CN102032585B - 煤粉锅炉煤粉分离及浓缩一体化装置 - Google Patents

Abstract

煤粉锅炉煤粉分离及浓缩一体化装置，包括底部通过回粉管(16)与磨煤机(1)连接、顶部与切向引出轴向型煤粉浓缩器连接的轴向型粗粉分离器；粗粉分离器包括入口段(2)、带有圆柱台阶底(4)的封闭内筒体(6)、外壳(3)、环形导流圈(5)、粗粉分离器轴向叶片(7)，粗粉分离器顶部出口为锥形缩口(8)；煤粉浓缩器包括圆柱形外壳(9)、带整流叶片(10)的煤粉浓缩器旋流稳定器(11)、连接为一体的内插式乏气引出圆管(12)和乏气出口圆管(14)、热风入口(15)、浓缩出口(13)，来自热风入口的热风与来自浓缩出口的煤粉在浓缩出口末端混合形成的高氧量高浓度煤粉气流通入锅炉一次风气流管路。本发明可实现高性能、低阻力的煤粉分离与浓缩，具有制粉出力高、制粉电耗低、煤粉细、煤粉均匀性好、浓缩性能优以及调节灵活等优点。

Description

煤粉锅炉煤粉分离及浓缩一体化装置

技术领域

本发明属于热能动力工程相关设备领域，具体涉及到一种燃用高水分褐煤(燃煤收到基水分≥40％)煤粉锅炉集制粉***煤粉分离和燃烧***煤粉浓缩功能于一体的装置。

背景技术

褐煤的地址埋藏年龄约1.5～4万年，依其地质埋藏年代及碳化程度不同，可分为年轻褐煤和老年褐煤。老年褐煤碳化程度较深，组织结构致密，外观呈黑褐色，其热值与含碳量相对较高，收到基水分含量一般在35％以下，干燥无灰基挥发分一般在40％～50％，收到基低位发热量在10MJ/kg～16MJ/kg之间。青年褐煤也即高水分褐煤碳化程度较浅，外观呈棕色，木质素含量高，收到基水分多为40％～65％，极个别可高达70％，干燥无灰基挥发分一般在50％以上，收到基低位发热量在5MJ/kg～9MJ/kg之间。我国褐煤资源丰富，其中老年性褐煤主要集中分布于东北地区、内蒙古及云南省。年轻褐煤主要集中于云南省，在内蒙古东部地区也存在一些收到基水分达到40％的高水分褐煤。

我国对高水分褐煤在煤粉锅炉制粉及燃烧方面的研究相对较少，目前也仅只有国电阳宗海发电有限公司1号锅炉所使用的燃煤全年均保持收到基水分≥42％。对于制粉方面：当褐煤水分过高(≥40％)或者发热量过低(＜9MJ/kg)时，由于制粉过程需要大量的干燥剂用于干燥褐煤，因此，对制粉***的干燥出力、通风出力及风机提升压头均提出了更高的要求，在风扇磨煤机叶轮外边缘最大线速度受限的情况下，无限制增加磨煤机的尺寸是不现实的，因此，通过制粉***的改进优化增加风扇磨煤机的通风量并提高煤粉细度是行之有效的一种方法；对于燃烧方面：大量的干燥剂用量将导致从制粉***出来的风粉混合物中煤粉浓度过低，同时又由于一次风中氧浓度低(干燥剂中相当比例是烟气)，使得直接点燃这样的煤粉气流所需着火热偏高而能够达到的理论燃烧温度又偏低，容易导致稳燃的困难。目前除国电阳宗海发电有限公司1号锅炉外，我国过去尚无自己的切向引出轴向型煤粉浓缩器的应用实例与成熟设计经验，更无法将浓缩器的来流分为直流或者旋流进行区分设计，但随着未来我国对高水分褐煤的不断开发利用以及对国外的工程、技术输出，这一项技术的应用前景将日益广阔。

发明内容

本发明是针对上述国内高水分褐煤(燃煤收到基水分≥40％)煤粉锅炉在制粉和燃烧方面尚存在的空白，提供一种制粉出力更高、制粉电耗更低、煤粉更细、煤粉均匀性更好、浓缩性能更优以及调节灵活性更大的煤粉分离及浓缩一体化装置。

本发明通过以下内容实现发明目的：

煤粉锅炉煤粉分离及浓缩一体化装置，包括底部通过回粉管与磨煤机连接、顶部与切向引出轴向型煤粉浓缩器连接的轴向型粗粉分离器；所述粗粉分离器包括与磨煤机连接的入口段，位于入口段上方的带有圆柱台阶底的封闭内筒体，罩于入口段上段和封闭内筒体外的外壳，位于封闭内筒体和外壳之间的环形导流圈，安装于导流圈上的角度可调的粗粉分离器轴向叶片，粗粉分离器顶部出口为锥形缩口；所述煤粉浓缩器包括底部与锥形缩口连接的圆柱形外壳，位于圆柱段外壳内的带整流叶片的煤粉浓缩器旋流稳定器，位于旋流稳定器上部的内插式乏气引出圆管以及与乏气引出圆管连接为一体的乏气出口圆管，设置于圆柱形外壳外侧的热风入口，在圆柱形外壳切开以切向为起点的浓缩出口，来自热风入口的热风与来自浓缩出口的煤粉在浓缩出口的末端相互混合形成的具有较高氧量的高浓度煤粉气流通入锅炉一次风气流管路。

本发明所述煤粉浓缩器旋流稳定器中的带整流叶片为固定叶片或角度可调整的叶片。所述导流圈上角度可调的粗粉分离器轴向叶片，叶片调整角度在与水平方向夹角0°到90°内等差调节。在粗粉分离器封闭内筒体顶部设置有一个与水平方向夹角超过40°的锥帽；引出的浓缩煤粉气流通过隔板分为1至3股。回粉管为倾斜向下逐渐缩小结构，且回粉管最窄喉部横截面积与进入轴向煤粉浓缩器的每秒气体流量之比小于1∶300。所述整流叶片为平板式直叶片，整流叶片与水平方向的夹角为30°到60°之间。

本发明装置可以实现高性能、低阻力的煤粉分离与浓缩，与传统的制粉***粗粉分离器和燃烧***的煤粉浓缩器相比较具有制粉出力更高、制粉电耗更低、煤粉更细、煤粉均匀性更好、浓缩性能更优以及调节灵活性更大等优点。

以下结合说明书附图进一步阐述本发明的内容。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明装置安装于锅炉***中的示意图。

图中，1-磨煤机；2-入口段；3-外壳；4-圆柱台阶底；5-环形导流圈；6-封闭内筒体；7-粗粉分离器轴向叶片；8-锥形缩口；9-圆柱形外壳；10-整流叶片；11-旋流稳定器；12-内插式乏气引出圆管；13-浓缩出口；14-乏气出口圆管；15-热风入口；16-回粉管。

具体实施方式

如图所示，本发明是一种应用于高水分褐煤(收到基水分≥40％)煤粉锅炉的集煤粉分离及浓缩功能于一体的装置。包括底部通过回粉管16与磨煤机1连接、顶部与切向引出轴向型煤粉浓缩器连接的轴向型粗粉分离器。轴向型粗粉分离器包括与磨煤机1连接的入口段2，位于入口段上方的带有圆柱台阶底4的封闭内筒体6，罩于入口段2上段和封闭内筒体6外的外壳3，位于封闭内筒体6和外壳3之间的环形导流圈5，安装于导流圈上的角度可调的粗粉分离器轴向叶片7，粗粉分离器顶部出口为锥形缩口8。切向引出轴向型煤粉浓缩器包括底部与锥形缩口8连接的圆柱形外壳9，位于圆柱段外壳内的带整流叶片10的煤粉浓缩器旋流稳定器11，位于旋流稳定器上部的内插式乏气引出圆管12以及与乏气引出圆管连接为一体的乏气出口圆管14，在圆柱形外壳9外侧设置热风入口15，在圆柱形外壳9切开以切向为起点的浓缩出口13，来自热风入口15的热风与来自浓缩出口13的煤粉在浓缩出口13的末端相互混合形成的具有较高氧量的高浓度煤粉气流通入锅炉一次风气流管路。粗粉分离器分离出的粗煤粉由回粉管16送回至磨煤机1进行重新磨制。浓缩后形成的具有较高氧量的高浓度煤粉气流是由在煤粉浓缩器圆柱形外壳9上所开缺口由切向方向引出，引出的浓缩煤粉气流可分为1至3股，每股浓缩后的煤粉气流气体流量占进入煤粉浓缩器气体流量的10％到30％，浓缩后的各股煤粉气流中煤粉总量占进入煤粉浓缩器煤粉量的50％到85％，由热风入口15进入一次风(热风与浓缩煤粉气流的混合含粉气流)的热风总量占一次风总量的5％到40％。

本发明将轴向型粗粉分离器与切向引出轴向型煤粉浓缩器串联组合，将轴向型粗粉分离器所形成的旋转气流保持并引入到与之串联连接的切向引出轴向型煤粉浓缩器内，煤粉浓缩器旋流稳定器11上的整流叶片10仅对旋转气流场进行浓缩前的最后整流作用，这样将旋流进行二次利用的方式，可以解决***中由于流场方向改变不一致所产生的***总阻力偏大的问题，而在降低***总阻力后，风扇磨的通风量也随之相应增加，达到了增加制粉***出力的目的。粗粉分离器采用带有圆柱台阶底4的粗粉分离器封闭内筒体6上的圆台对由粗粉分离器入口段2的煤粉气流进行一次碰撞分离。国内选用风扇磨煤机所配的粗粉分离器均为单流惯性折向挡板型式的粗粉分离器，这样的分离器由于分离原理较为落后导致分离效率不高，而本发明采用了针对风扇磨煤机进行了专门优化的轴向型粗粉分离器，通过煤粉在内筒台阶底面进行的一次碰撞和在导流圈与外筒进行的二次碰撞，快速将较大颗粒的不合格煤粉分离出来，而经过初步筛选并进行过流场均一化的煤粉气流进入轴向叶片区域产生旋流，在离心作用和自然沉降原理的共同作用下，进行最终的第三次合格煤粉分离。由于采用了更为科学合理的分离方式，使得煤粉更细、煤粉均匀性更好的目的得以保证。经一次碰撞分离后的煤粉气流在变向后在粗粉分离器外壳3及环形导流圈5上进行二次碰撞减速分离，并由环形导流圈5对煤粉气流进行流场的均匀化，使得进入到轴向叶片7的气流场更均匀。均一化的气流进入粗粉分离器轴向叶片7区域，在叶片的导向作用下产生旋流，并利用离心作用与沉降作用对煤粉进行最终分离。角度可调的粗粉分离器轴向叶片7的调整角度在与水平方向夹角0°到90°内等差调节，调节角度差值在4°以内。一般情况下粗粉分离器轴向叶片7工作的角度范围为与水平方向夹角在26°到60°之间。在粗粉分离器封闭内筒体6顶部设置一个与水平方向夹角超过40°的锥帽6a，其作用是为消除顶部中心区域因流速过低而形成的积粉区域。

在粗粉分离器出口通过一个抑制煤粉扩散的锥形缩口8与煤粉浓缩器圆柱段外壳9相连接，以避免煤粉向圆柱形外壳9中心过多扩散。进入煤粉浓缩器的煤粉旋转气流，在整流叶片10的作用下进行浓缩前的整流，并分别将浓缩后的煤粉气流由在煤粉浓缩器圆柱形外壳9上所开缺口由切向方向引出，含粉较少的乏气由内插式乏气引出圆管12引出，同时浓缩煤粉与来自热风入口15的热风相混合形成高煤粉浓度具有较高氧量的锅炉一次风气流。粗粉分离器分离的回粉管16采取斜向下渐缩的形式将分离器分离出的不合格粗非法送回磨煤机重新磨制。回粉管16最窄喉部横截面积(单位：m²)与进入煤粉浓缩器的每秒实际气体流量(单位：m³/s)的数值之比小于1∶300。采用倾斜向下逐渐缩小结构形式的回粉管，能够保证在顺畅回粉的同时，最大限度地克服由于回粉管存在所造成的气流短路，从而反过来又增加了制粉***的净通风量，制粉出力得以提升，而在不改变风扇磨的气体流量的情况下，风扇磨的电耗变化很小，但制粉量的提升可以使得制粉***的电耗更低。本发明在装置的容易磨损位置，如粗粉分离器外壳3、导流圈5、粗粉分离器轴向叶片7、粗粉分离器出口锥形缩口8、煤粉浓缩器圆柱段外壳9、浓缩出口13等部位采取焊接陶瓷、龟甲网、喷涂等防磨措施。在粗粉分离器出口设置一个抑制煤粉扩散的锥形缩口8与煤粉浓缩器相连接，该锥形缩口的作用是通过一个渐缩的过渡段使得进入煤粉浓缩器的旋转气流逐步变向，从而避免煤粉向圆柱段外壳中心过多扩散。这样保证了进入煤粉浓缩器的煤粉更集中于外壁附近，保证了下一步的浓缩效果。进入煤粉浓缩器的煤粉气流为旋转气流，整流叶片10均为平板式直叶片，叶片在正常工作状态下与水平方向的夹角为30°到60°之间。本发明通过煤粉浓缩器旋流稳定器上的整流叶片10将旋转气流进行最终的流场整定，保证进入浓缩出口和乏气出口的旋流强度和带粉率负荷设计要求。同时，由于设置了合理的浓缩器气流、煤粉浓缩参数以及旋流风比例关系，可以避免煤粉浓缩不够而导致的锅炉稳燃困难，也可以避免由于煤粉浓缩过渡而导致的一次风输粉困难，同时还保证了一次风中有充足的氧量提供燃烧初期所需及后期的燃尽。通过以上措施保证了煤粉浓缩器的浓缩性能更优。

本发明装置在***集成的时候还将如图2所示在乏气管道上设置再循环风管17、再循环风门18与高温干燥剂管道19相连通，同时还设置乏气风门20，在制粉***需要降低制粉出力时可以将再循环风门与乏气风门配合使用，这样保证了制粉***的调节灵活性更大的要求。

以上所述为本发明的详尽描述而已，并不用以限制本发明。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或者变动。凡在本发明技术涵盖之内作出的任何修改、等同替换和引申出的变化或变动，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.煤粉锅炉煤粉分离及浓缩一体化装置，其特征在于：

①包括底部通过回粉管(16)与磨煤机(1)连接、顶部与切向引出轴向型煤粉浓缩器连接的轴向型粗粉分离器；

②所述粗粉分离器包括与磨煤机(1)连接的入口段(2)，位于入口段上方的带有圆柱台阶底(4)的封闭内筒体(6)，罩于入口段(2)上段和封闭内筒体(6)外的外壳(3)，位于封闭内筒体(6)和外壳(3)之间的环形导流圈(5)，安装于导流圈上的角度可调的粗粉分离器轴向叶片(7)，粗粉分离器顶部出口为锥形缩口(8)；

③所述煤粉浓缩器包括底部与锥形缩口(8)连接的圆柱形外壳(9)，位于圆柱段外壳内的带整流叶片(10)的煤粉浓缩器旋流稳定器(11)，位于旋流稳定器上部的内插式乏气引出圆管(12)以及与乏气引出圆管连接为一体的乏气出口圆管(14)，设置于圆柱形外壳(9)外侧的热风入口(15)，在圆柱形外壳(9)切开以切向为起点的浓缩出口(13)，来自热风入口(15)的热风与来自浓缩出口(13)的煤粉在浓缩出口(13)的末端相互混合形成的具有较高氧量的高浓度煤粉气流通入锅炉一次风气流管路。

2.根据权利要求1所述的煤粉锅炉煤粉分离及浓缩一体化装置，其特征在于：煤粉浓缩器旋流稳定器(11)中的带整流叶片(10)为固定叶片或角度可调整的叶片。

3.根据权利要求1所述的煤粉锅炉煤粉分离及浓缩一体化装置，其特征在于：所述导流圈上角度可调的粗粉分离器轴向叶片(7)，叶片调整角度在与水平方向夹角0°到90°内等差调节。

4.根据权利要求1所述的煤粉锅炉煤粉分离及浓缩一体化装置，其特征在于：在粗粉分离器封闭内筒体(6)顶部设置有一个与水平方向夹角超过40°的锥帽(6a)；

5.根据权利要求1所述的煤粉锅炉煤粉分离及浓缩一体化装置，其特征在于：引出的浓缩煤粉气流通过隔板分为1至3股；

6.根据权利要求1所述的煤粉锅炉煤粉分离及浓缩一体化装置，其特征在于：回粉管(16)为倾斜向下逐渐缩小结构，且回粉管(16)最窄喉部横截面积与进入轴向煤粉浓缩器的每秒气体流量之比小于1∶300。

7.根据权利要求2所述的煤粉锅炉煤粉分离及浓缩一体化装置，其特征在于：所述整流叶片(10)为平板式直叶片，整流叶片与水平方向的夹角为30°到60°之间。

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