煤粉熱風(fēng)爐燃燒爐系統(tǒng)的設(shè)計

1、煤粉熱風(fēng)爐（燃燒爐）系統(tǒng)的設(shè)計1前言煤粉熱風(fēng)爐系統(tǒng)是我公司專為建筑陶瓷行業(yè)使用的噴霧干燥器配套而設(shè) 計的。它以煤為燃料，亦適用于建材、冶金、化工等行業(yè)的各類干燥器，該系統(tǒng) 的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、操作容易，能適應(yīng)噴霧干燥器起動和停止頻繁的工作特點， 并能自動連續(xù)運行；設(shè)備投資少，運行成本低，深受用戶好評。現(xiàn)將該系統(tǒng)的基 本結(jié)構(gòu)及工作原理介紹如下，供同行參考。2煤粉熱風(fēng)爐系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 工藝流程的確定根據(jù)生產(chǎn)實際需要，我們確定如下的工藝流程：安逸拄度 > 的k1 *煤粉熱風(fēng)爐工藝流程2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計其工作原理如下：按工藝流程設(shè)計的系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1。按圖1所示，將干燥后的原煤加入I

2、#破碎輸送機，破碎成粒度10mm 的煤，經(jīng)2#固定式磁選篩自動篩選和篩分后，再由 3#4式提升機送至4#儲煤倉 備用。煤倉與5#風(fēng)扇式磨煤機煤斗連通，煤量可自動補充。當系統(tǒng)運行時，風(fēng) 扇式磨煤機將煤磨成粒度< 120目的煤粉，用自身產(chǎn)生的一次風(fēng)通過6#煤管自動 輸往7#燃燒器；煤粉在燃燒器內(nèi)經(jīng)高溫燃燒和氣化反應(yīng)后，以半氣化狀態(tài)噴入 10#熱風(fēng)爐內(nèi)實現(xiàn)完全燃燒；燃燒過程產(chǎn)生的煤灰，部分由11#排渣機構(gòu)自行排出，部分隨煙氣經(jīng)12#熱風(fēng)除塵器排出，還有少量隨煙氣進入干燥塔內(nèi)。圖中13# 排煙裝置僅用于爐子冷態(tài)點火過程的短暫排煙。對粉熱風(fēng)爐系統(tǒng)的重要結(jié)構(gòu)部分，現(xiàn)分別介紹如下。2.2.1 預(yù)燃式燃

3、燒器預(yù)燃式燃燒器的結(jié)構(gòu)、它是高速燃燒器的一種。具有一個燃燒效率較高的 預(yù)燃室，部分燃料可在其中燃燒，使液體或固體半氣化后，能像煤氣那樣容易燃 燒完全，并獲得較高的燃燒效率。系統(tǒng)運行時，由磨煤機連續(xù)供給的一次風(fēng)和煤粉，通過燃燒器的蝸殼旋流， 在預(yù)燃室內(nèi)強烈旋轉(zhuǎn)；來自高壓助燃風(fēng)機的二次風(fēng)，經(jīng)過燃燒器的分配閥，分成 切線風(fēng)和直線風(fēng)；切線風(fēng)進入預(yù)燃室，與一次風(fēng)和煤粉充分混合并加大其旋流強 度，在預(yù)燃室中心造成局部負壓，形成回流區(qū)，建立起點火、穩(wěn)焰條件；同時旋 流煤粉停留時間增長，在高溫下完成所需的燃燒和氣化反應(yīng)，形成1200C。左右的半煤氣化混合物噴入爐內(nèi)，直線風(fēng)從燃燒器出口四周引射，使半煤氣燃燒完

4、全并起降低燃燒器表面溫度作用。預(yù)燃式燃燒器在工業(yè)應(yīng)用中與半工業(yè)性試驗的結(jié)果是不完全一樣的.因為半工業(yè)試驗的爐膛內(nèi)是常壓條件， 而工業(yè)實際應(yīng)用中，為了抽送燃氣，爐膛內(nèi)往 往形成一定負壓。當爐膛負壓大于燃燒器預(yù)燃室內(nèi)形成回流區(qū)所需負壓時，燃燒室失去點火穩(wěn)焰條件。此時，在其內(nèi)的點火和維持燃燒都是無法實現(xiàn)的。 在噴霧 干燥器上的實際應(yīng)用中，我們針對上述情況，將熱風(fēng)爐系統(tǒng)局部結(jié)構(gòu)作了調(diào)整， 同時，改變預(yù)燃式燃燒器的控制，使它在爐膛負壓變化時能自動以兩種不同的燃 燒方式正常工作。1）常壓下的冷態(tài)半煤氣點火方式。將排煙裝置打開，熱風(fēng)爐系統(tǒng)與干燥 塔熱風(fēng)管的通道同時關(guān)閉；啟動磨煤機和助燃風(fēng)機，熱風(fēng)爐自成系統(tǒng)運

5、行。此時 爐膛內(nèi)為常壓。用油棉紗在燃燒器內(nèi)引火，煤粉能在幾十秒鐘內(nèi)點燃，并在預(yù)燃 定內(nèi)強烈燃燒；噴出的半煤氣火焰迅速將爐膛溫度提高到800c以上。2）負壓下的正常運行方式。當爐堂溫度升高，煙囪不冒黑煙時，進行煙氣 切換，干燥塔熱風(fēng)管接通，在主排風(fēng)機的作用下，爐膛內(nèi)形成負壓，燃燒立即自 動從燃燒器的預(yù)燃室內(nèi)轉(zhuǎn)入爐膛內(nèi)，此時燃燒器是將高速旋轉(zhuǎn)的霧狀煤粉噴人熾 熱的爐堂內(nèi)懸浮燃燒，并以這種燃燒方式持續(xù)運行。熱風(fēng)爐暫停后的熱態(tài)點火， 也是采用這種燃燒方式。此時，不用再在預(yù)燃室內(nèi)點火。只須通過燃燒器將煤粉 噴入爐內(nèi)即可使爐溫迅速回升。預(yù)燃式燃燒器在實用中的兩種燃燒形式和冷、 熱態(tài)點火迅速是其最重要的 特

6、點。它正好適合噴霧干燥器操作上的隨時啟停的需要。2煤粉熱風(fēng)妒受燃燒器火焰長度等的限制，我們設(shè)計的 4000型以下的煤粉熱風(fēng)爐均采 用臥式結(jié)構(gòu)，爐內(nèi)設(shè)有三個室：1）主燃燒室。從燃燒器噴入的細煤粉以懸浮狀態(tài)集中在這里燃燒。室內(nèi)設(shè)計有足夠的燃燒空問；空氣過剩系數(shù) a設(shè)計在1.52.0范圍任何調(diào)節(jié)，使室內(nèi)始終保 持超氧化性氣氛。此舉，一可減少各種燃燒損失，取得較高的燃燒效率；二可減 少大塊熔渣的出現(xiàn)，確保自行排渣。該室設(shè)計溫度可達1300c以上，實際操作須考慮灰熔點等因素，一般控制在略低狀態(tài)。2）副燃燒室。作用是提高未燃揮發(fā)物以及氣體和固體未完全燃燒物如CO亨的燃盡率。爐內(nèi)結(jié)構(gòu)設(shè)計，決定了主燃燒室的火

7、焰流只能經(jīng) 90。轉(zhuǎn)向，分成兩股進入副燃燒 室，使燃料在爐內(nèi)逗留時間加長，并加強了氣體擾動和空氣助燃作用. 使燃燒更 為完全。該室設(shè)計空間不大，主要是避免因局部氣流不暢。導(dǎo)致溫度過高，造成 結(jié)渣。3）混合室。以副燃燒室出來的1000c以上的燃氣，在此與配風(fēng)機輸送的冷風(fēng)混合， 變成干燥器所需的進風(fēng)溫度后，送入熱風(fēng)管路?；旌鲜胰莘e應(yīng)適當大。我們在設(shè) 計時，使其具有一定的高度空間。這樣，它又同時起了沉降室的作用。止匕外，為了加強爐內(nèi)氣體的攪動，提高燃燒效率，在爐風(fēng)還沒有爐膛二次 風(fēng)裝置。由高壓風(fēng)機分出的二次風(fēng)，以50m/s的速度細而有力地穿過主燃燒室的 火焰中心，從底部進入副燃燒室。爐膛二次風(fēng)的設(shè)置

8、，使爐膛風(fēng)氣體發(fā)生渦流， 混合更完全，從而延長了氣體燃燒時間，改進了空氣助燃作用，對減少不完全燃 燒有力。同時。爐膛二次風(fēng)的設(shè)置，也是控制和提高空氣過剩系數(shù) a的有效手段， 使揮發(fā)物和不完全燃燒產(chǎn)物達到完全燃燒。3排渣結(jié)構(gòu)在煤粉熱風(fēng)爐系統(tǒng)設(shè)計上，僅解決了燃燒問題，還不能做到使系統(tǒng)工作連 續(xù)和對產(chǎn)品及環(huán)境無明顯影響。與燃燒同樣重要的，還有排渣和除塵同題。煤粉 熱風(fēng)爐運行中，爐膛內(nèi)生成的爐渣數(shù)量及其排除方式， 直接影響系統(tǒng)工作的連續(xù) 性。因此，爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計著重考慮的是減少爐內(nèi)熔渣的形成，其次是排渣結(jié)構(gòu)。影響爐膛結(jié)渣的主要因素，除了前面提到的爐膛本身結(jié)構(gòu)以外，還有爐溫、 煤的灰熔點和煤灰在爐膛內(nèi)的停

9、留時間等。 煤的灰熔點主要通過煤種的選擇加以 控制；爐溫在實際控制上由于有燃燒效率和燃凈率的限制，也不能太低，故在爐風(fēng)結(jié)構(gòu)研究上，主要集中在：降低灰渣溫度；減短灰渣在爐內(nèi)的停留時間。煤粉熱風(fēng)爐的設(shè)計溫度可以達到1300c以上，通?？刂圃?200c以下， 由于高溫集中在主、副燃燒室，因此結(jié)渣主要形成在這里，在煤粉熱風(fēng)爐研制初 期，由于對煤粉燃燒的結(jié)渣量和溶渣程度分析不足， 在結(jié)構(gòu)設(shè)計上采用的是爐門 除法的方案盡管簡單可行，但必須由人工定時出渣，勞動強度大，工作環(huán)境惡劣， 偶爾因操作上的延誤還會影響系統(tǒng)運行的連續(xù)性。改進后的方案采用了自行降溫 排渣結(jié)構(gòu)，從根本上解決了上述問題。圖 3為其結(jié)構(gòu)示意圖

10、。渣斗的出渣口設(shè)在副燃燒室下部,此處為爐膛灰渣集中的地方。爐內(nèi)主 要灰渣來不及形成大塊熔渣就靠自重垂直落入渣斗，迅速降溫，自行排出，同 時.該處也是爐膛三個室相互連接處， 也便于局部熔渣直接落人排出；渣斗的進 口延伸至混合室。該結(jié)構(gòu)熱風(fēng)爐的混合室容腔較大， 燃氣至此流速減緩，在與冷 風(fēng)混合過程中，部分沉降的飛灰可進入渣斗排出； 主燃燒室不設(shè)法斗，不設(shè)置吹 風(fēng)降溫裝置，一方面是為了確保主燃燒室內(nèi)燃燒溫度穩(wěn)定和提高煤粉的燃凈率， 另一方面。建立起底部沿壁風(fēng)，高速吹掃沉降的灰渣。使灰渣的溫度迅速降低， 消除熔渣條件；將爐底沉降的灰渣掃入渣斗，減少其在高溫區(qū)的停留熔渣時間； 將沉降在爐底的部分未燃物吹

11、起. 促其繼續(xù)燃燒，提高燃燒效率，控制和增大爐 內(nèi)空氣過剩系數(shù)a,降低CO值，減緩爐膛內(nèi)的結(jié)焦。此外，為了提高吹渣效率， 主燃燒室底部設(shè)計成向渣斗傾斜，即使吹渣裝置不開啟，燃燒器噴出的高速氣流 也能將大部分爐膛沉降物吹入渣斗。燃燒器的布置和爐膛局部結(jié)構(gòu)的設(shè)計也直接影響爐內(nèi)結(jié)渣，當使用兩個以上燃燒器時，設(shè)計上除了要確定在爐體上的位置外， 還必須考慮它的相對位置及 其旋流方向的相互影響。從理論上講，如果造成燃燒器出口煤粉氣流濃度不均勻 或嚴重離析，就會使一些地方出現(xiàn)還原性氣氛。在這種環(huán)境中，煤灰內(nèi)的Fe203將被還原成FeQ而FeO與SQ形成的共晶體，其熔點比Fe03低得多，有時會 將灰熔點下降1

12、50-200C,容易結(jié)成熔渣，在實際應(yīng)用中，兩個燃燒器的布置， 我們通常采用距離拉開，旋向相反的方案，效果比較理想。爐膛局部結(jié)構(gòu)設(shè)計上，要注意燃燒器與爐體的連接處和主、副燃燒室之間 連接處的氣流流暢，避免在這些地方產(chǎn)生渦流，使局部溫度過高產(chǎn)生熔渣。另外，針對熱風(fēng)可能會因操作失誤偶爾出現(xiàn)塊狀結(jié)渣不能自行排出的情 況.特在渣斗進口處設(shè)有人工振打機構(gòu)， 各爐室亦設(shè)有出渣爐門，以備特殊情況 的出渣和日常維護觀察之用。4煙塵處理系統(tǒng)煤粉熱風(fēng)爐在冷態(tài)點火和爐溫偏低等情況下會有許多完全未燃或未完全燃 盡的煤粉隨煙氣進入熱風(fēng)管道，即使在正常燃燒的情況下，亦有大量的飛灰隨煙 氣進入干燥塔內(nèi)，嚴重影響陶瓷粉料的質(zhì)

13、量。因此，煙塵處理是煤粉熱風(fēng)爐系統(tǒng) 設(shè)計中必須解決的問題。我們?yōu)?000型和3200型煤粉熱風(fēng)爐系統(tǒng)設(shè)計的由排煙 裝置的熱風(fēng)除塵器組成的煙塵處理系統(tǒng)，經(jīng)實踐驗證，是一種比較成功的結(jié)構(gòu)。1）排煙裝置排煙裝置是為了排除煤粉熱風(fēng)爐冷態(tài)點火和非正常燃燒時煙氣中含有的 煤粉而設(shè)置的。在系統(tǒng)中，它們實際使用頻率很低，但其作用卻不可小視。以 3200型煤粉熱風(fēng)爐系統(tǒng)為例，它配有兩個 YRM-3501預(yù)燃式燃燒器，每個額定 燃煤量為350kg/h。點火時，用一個燃燒器.煤量控制在額定量的一半約180kg/h。按正常情況計算：點火需2min,升溫需10min,則每次點火耗煤量為：180X (10+2)/60=3

14、6(kg)。即正常點火時有36kg未燃或未燃盡的煤粉從燃燒器噴入爐內(nèi)。根據(jù)實測 推算，其中燃燒掉的和從渣斗排出的約占 80%其余進入煙道。如果不設(shè)排煙裝 置，這些粒度4120目的煤粉在短時間內(nèi)集中進入干燥塔，其對陶瓷粉料污染是 非常重要的。排煙裝置是在煤粉熱風(fēng)爐的混合室上部設(shè)置的，由煙氣切換閥門和煙囪組 成的裝置。在冷態(tài)點火時，為了避免含有大量煤粉的燃氣進入干燥塔，必須關(guān)閉熱風(fēng)管的進風(fēng)通道；同樣，在煤粉熱風(fēng)爐下沉運行時，為了防止熱風(fēng)從煙囪外漏，也 必須關(guān)閉排煙通道。在排煙裝置中，充當這一任務(wù)的是煙氣切換閥門。 其工作原 理是，當煤粉熱風(fēng)爐冷態(tài)點火時，人工放下閥板，關(guān)閉熱風(fēng)管進口。此時，煤粉 熱

15、風(fēng)爐與干燥塔隔離，自成系統(tǒng)運行，點火時黑煙從煙囪排出；當熱風(fēng)爐點火成 功，爐內(nèi)煤粉燃燒正常，煙囪無黑煙排出時，拉起閥板，煙囪被關(guān)閉，熱風(fēng)轉(zhuǎn)換 路徑，經(jīng)熱風(fēng)管進入干燥塔。煙氣切換閥門盡管結(jié)構(gòu)簡單，但它卻是系統(tǒng)中減少煙塵對干燥粉料影響的 關(guān)鍵設(shè)備。它的合理設(shè)計，使煤粉熱風(fēng)爐系統(tǒng)冷態(tài)點火時的排煙和正常運行時的 隔熱防漏效果均達到了較理想狀態(tài)。2)熱風(fēng)除塵器的設(shè)置煤粉熱風(fēng)爐正常燃燒時，爐風(fēng)煤粉在燃燒器一、二次旋轉(zhuǎn)風(fēng)和爐膛二次風(fēng) 的強勁攪動下，迅速燃燒成灰燼。其中相對較小顆粒在配風(fēng)和抽風(fēng)的共同作用下， 以懸浮狀態(tài)隨煙氣進入熱風(fēng)管道。熱風(fēng)除塵器的設(shè)置是為了減少進入干燥塔內(nèi)的 這部分灰量，使其對產(chǎn)品的影響降

16、到最低點。根據(jù)煤粉爐煙塵的顆粒分散度和雙級旋風(fēng)除塵器分類凈化度的有關(guān)資料 以及實測數(shù)據(jù)計算，噴霧干燥器系統(tǒng)正常運行時，煤粉熱風(fēng)爐中的煤灰約有25%隨熱風(fēng)進入煙道，熱風(fēng)除塵器可除去其中的 60%Z上，化驗數(shù)據(jù)表明，這60%勺 飛灰不但粒度相對較大，而且單位重量的含C量亦是進入塔內(nèi)飛灰的2倍，而陶 瓷釉面磚燒成最忌諱的就是原料中含 C量過高。可見，熱風(fēng)除塵器不但可除去熱 風(fēng)中大部分飛灰，而且除去的恰恰是對粉料影響較大的那部分含 C量高的較大顆 粒。熱風(fēng)除塵器設(shè)置在干燥塔的熱風(fēng)管路中間， 因此對其保溫旋熱性有很高的 要求。盡管它的設(shè)置會增加設(shè)備投資成本并帶來一些熱損失，但它使產(chǎn)品質(zhì)量提 高帶來的效益，足以彌補這一缺陷。3、經(jīng)濟效益國內(nèi)現(xiàn)有供熱系統(tǒng)有煤粉式、鏈排式、水煤漿式和發(fā)生爐煤氣式等四種燃 燒形式。它們之間在設(shè)備投