CN2051324U

CN2051324U - 液排渣粉煤旋风燃烧装置

Info

Publication number: CN2051324U
Application number: CN 89215326
Authority: CN
Inventors: 冯旭; 倪学梓; 王景甫; 徐建石; 邹展
Original assignee: CHANGSHU CITY SPRAY NOZZLE FACTORY; University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: CHANGSHU CITY SPRAY NOZZLE FACTORY; University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 1989-08-23
Filing date: 1989-08-23
Publication date: 1990-01-17

Abstract

一种液排渣旋风燃烧装置，使用粉煤粒度为170 ～200目，采用三次旋转射流供风，其风量比例为(15 ～20)∶(60～75)∶(15～25)。燃烧室呈水平倾角15 ～45度，设粉煤喷嘴、燃烧室，扰流环、挂渣口及渣箱。燃烧室有效长度与其内径之比为3-6，扰流环流通直径与燃烧室内径比为0.3～0.6，燃烧室为普碳钢外壳，采用水冷挂渣。液渣捕渣率达99％以上，NO_x 排放量为250～450ppm。本装置可用于轧钢连续加热炉、锻造炉、回转窑及其它工业炉窑。

Description

本发明属于工业炉窑和锅炉的燃料燃烧装置。

液排渣粉煤旋风燃烧装置是由固态排渣炉演变而发展起来的。自本世纪40～50年代，美国、苏联、捷克、西德等国开始了卧式旋风炉的工业性试验，美国自50～60年代，有大量的卧式旋风炉投入运行。它克服固态排渣炉的炉壁结渣、燃烧强度低、不完全燃烧程度大等缺点，为提高其捕渣率，发展了液排渣旋风燃烧装置。该燃烧装置的缺点主要是析铁现象的存在，一些国家逐渐地放弃了这种燃烧装置的设计和制造。但是，自国外出现能源危机以来，自70年代中期，许多国家纷纷研制以煤代油***，重新开始对液排渣旋风燃烧装置的研究。美国TRW公司自1976年开始致力于高效率液排渣粉煤燃烧装置的研究，经过冷态和热态试验并进行半工业性试验，取得良好的试验结果，这种燃烧装置适合于以煤代油的锅炉改造，该装置气流旋转速度达20～30转／秒，其离心加速度远超过重力加速度，粉煤在该力场的作用下，粗颗粒附壁燃烧，细颗粒具有较大的反应面积，呈空间燃烧，燃烧强度大。（较粗的粉煤则抛向壁面，在壁面高温下燃烧）即在燃烧室内实现了粉煤的空间和壁面的双重燃烧，故粉煤在较小的空间内完成了燃烧过程，其燃烧强度可达（36～42）×10⁶KJ／h·m³，燃烧温度达1800℃，同时，由于火焰的涡旋作用下，使火焰充满燃烧室。因此，具有高燃烧效率和高排渣率、低污染的重要特点。

我国的能源结构是以煤为主，煤占全部能源的70％以上。目前工业燃煤方式主要是机械加煤和粉煤燃烧，机械加煤方式渣中含碳量为8～15％范围内，粉煤燃烧则灰渣全部留在炉内或排至大气中，既污染环境，也影响钢坯加热质量，并延缓了加热速度，尽管按装一套昂贵的除尘装置，仍不能达到国家规定的环保标准。液排渣粉煤旋风燃烧装置用于轧钢加热炉，煤中灰分的70～90％在烟气进入炉膛前，以液态渣的形式排除，烟气含大量的可燃气体成份，进入炉膛主要是气体燃料的燃烧，可以不需要安装除尘装置。在轧钢加热炉应用液排渣旋风燃烧装置，由于避免灰渣进入炉内，提高了钢坯、钢板、钢管坯的加热质量，消除了钢材表面积集灰渣造成的钢材的表面缺陷。同时，由于灰渣导热系数约为2～4.2KJ／m·h·c，为普碳钢导热系数的1／40－1／90，可见在同样供热的能力下，采用液排渣旋风燃烧装置将提高钢坯的加热速度和热效率，是轧钢加热炉较理想的燃烧装置。目前，该装置尚存在析铁现象、高温腐蚀等问题，正在逐步解决。

本发明的目的针对液排渣旋风燃烧装置存在的主要问题，为了防止析铁，采取减少液渣的停留时间，少积渣或不积渣的措施，本发明将卧式液排渣的旋风燃烧装置中的一次和二次燃烧室设计成具有一定水平倾角，以便减少液渣停留时间，液渣进入渣箱后，立即冲水粒化灰渣收集。为防止高温腐蚀水冷炉壁，采用旋流强度较大的旋流，以便克服壁面附近的还原气氛，出现的高温腐蚀，同时，在水冷壁面附以稳定的炉衬，保护水冷壁有效地防止高温腐蚀。该装置设计的结构，将提高燃烧效率，渣中含碳量为0～0.04％，减少钢坯表面积灰提高加热效率，避免加热引起钢坯表面缺陷，减少环境污染。

本发明液排渣粉煤旋风燃烧装置，见附图1，包括粉煤喷头（1），燃烧室（3），一次风口（4），二次风口（5），三次风口（6），排渣口。粉煤喷头附设有中心套管的点火孔道（2），外套管开设切向输送一次风和粉煤的入口（4），其旋流强度为S＝1～2，喷嘴为圆形环缝状；燃烧室具有水冷挂渣炉衬，内衬为0.01～0.015米的耐火材料层，燃烧室长度与其直径比L／D＝3～6，其水平倾角为15～45度；自喷嘴出口开始计算位于燃烧室总长的0.6～0.85处，安装具有中心孔的扰流环（7），排渣口和渣箱（8）位于扰流环下游的0.01～0.02米。一次风，二次风，三次风入口的开孔面积，按其风量和风速选择确定。一次风速10～15标米／秒，风量占总风量的15～20％，二次风速45～70标米／秒，风量占60～75％，三次风速45～70标米／秒，风量占15～25％。本发明的燃烧能力为200～1000公斤／时的粉煤，其总的空气系数为1.05～1.1，主燃烧室的空气系数为0.7～0.9，以保证维持其还原性气氛，有利于流渣，所产生的可燃性的气体成份，则当遇到三次风时，再进行炉内燃烧，这是气体燃烧实际是在轧钢加热炉膛内进行的，有利于提高钢坯加热效率和提高钢坯质量。

一次风和粉煤混合物通过安装于燃烧器端部的粉煤喷嘴，粉煤喷嘴的旋流强度为S＝1～2。粉煤喷嘴中心为一圆形截面管，即为点火孔。二次风和三次风均从燃烧室侧壁切向开孔，其旋转方向与一次风的旋转方向相同，二次风速、风温与三次风速、风温是相同的，风速为45～70米／标，风温为180～350℃。二次风量占总风量60～75％，三次风量占15～25％。

燃烧室采用普通碳钢制成，燃烧室壁采用水冷却，其壁面可衬耐火材料0.01～0.015米，依靠凝固于水冷壁面的灰渣层，以减少水冷壁的热负荷强度，起到保护燃烧室壁的作用，燃烧过程中，由于旋风离心力的作用，高温灰渣粘附在温度较低的水冷壁面上形成灰渣凝固层，凝固层逐渐增厚，达到一定凝固厚度后，面向火焰的灰渣层温度达到灰渣熔化温度，成为液态渣而分离，通过水平倾斜的燃烧室逐渐流入渣箱。同时，形成灰渣层后可以防止高温还原条件下的高温腐蚀现象，保证水冷壁的长寿命。

本发明燃烧室选择空气过剩系数为0.7～0.9，维持还原气氛，为不完全燃烧，烟气中含可燃气体成份为H₂和CO，在燃烧室出口、炉膛入口通入三次风，在炉膛内形成气体燃料燃烧。采用分段燃烧即可保证炉内熔渣熔点较低，有利液排渣，同时，又避免过高的炉内温度形成过高的NO_X，实验证明，当空气系数为0.7，空气预热温度340℃，烟气中NO_X含量最小，含量为250～450PPm。

本发明扰流环见附图2，自喷嘴出口计算位于燃烧室总长的0.6～0.85处，安装扰流环，其形为环状体，中心开圆形孔（9）流通直径d，其外为冷却环（10），内径为d，外径为燃烧室内径D，冷却环的外环宽为δ，扰流环下端开出豁口（11）宽度为a，扰流环流通直径d与燃烧室的内径D之比d／D＝0.3～0.6，相应的外环宽δ与内径D之比δ／D＝0.2～0.5，豁口宽度与内径D之比a／d＝0.25～0.4。采用扰流环代替了传统的旋风炉的回流喷口，回流喷口形状复杂、寿命低。扰流环结构简单，便于制作，不易积渣，寿命长，扰流环下游0.01～0.20米处。安装排渣口及排渣箱，渣箱内设喷水液渣粒化装置，保证减少积渣。同时，燃烧室里15～45度水平倾角较常规卧式旋风燃烧装置，具有液渣停留时间短，较迅速地流入渣箱，极有利地避免燃烧室壁出现析铁现象。

本发明采用风扇磨及其它类型磨。将煤磨至180～200目粉煤，用机械或气力输送方法将粉煤输送至粉煤喷嘴，燃烧室呈水平倾角30度，一次风量占15％风速15标米／秒，其旋流温度S＝1.98，采用引燃点火方式点燃一次风与粉煤混合物，在主燃烧室加入二次空气，其风速52标米／秒，风量60％，风温为250－350℃。扰流环位于离喷嘴出口总长的0.64处，扰流环d／D＝0.59，δ／d＝0.3，a／d＝0.25，排渣口位于扰流环下游0.02米。点燃粉煤后，经半小时燃烧室的温度由室温提高至灰渣熔化温度，达到1400～1500℃，开始出现液渣，三次风燃烧主燃烧室的可燃气体，使炉膛温度达1300～1500℃。冷却壁用水，可用工业水，最好用净化水，水压为0.2－0.4MPa，液渣排至渣箱用水冲击液渣成粒化固渣，可作水泥骨料。

本发明采用水平倾角的燃烧室及相应扰流环等措施，提高了燃烧强度和燃烧率，后者可达99％以上，灰渣中含碳为0～0.04％，一般机械加粉煤的燃烧装置，渣中含碳量达8～15％，相比较说明本发明提高燃烧率，能量利用较好。采用扰流环等措施捕渣率可达70～90％，大大减少灰分对环境的污染，因而，可减少昂贵除尘装置，其费用占建炉总投资的60％左右，以年产20万吨小型连续加热炉为例，若采用本发明，减少投资约50～80万元。本发明降低钢坯表面积灰，提高钢坯加热效率，减少氧化烧损，提高钢坯质量，按减少氧化损失1％计，20万吨轧钢厂采用该技术后，每年可增产钢材约2000吨。

采用三次供风的多级燃烧方式。在还原气氛下燃烧，炉渣熔点较低，有利于液排渣，同时，由于燃烧室内温度低，则降低烟气中NO_X的含量，空气预热温度为340℃，空气系数为0.7，烟气中的NO_X含量只有250～450PPm，大大减少了环境污染。

本发明可用于轧钢连续式加热炉，回转窑、锻造炉、工业锅炉及其它工业炉窑。

Claims

1、一种液排渣粉煤旋风燃烧装置，包括粉煤喷头、燃烧室、一次风口、二次风口、三次风口、排渣口，其特征在于粉煤喷头附设有中心套管的点火孔道，外套管开设切向送一次风和粉煤的入口，喷嘴为环缝状其旋流数为S=1～2；燃烧室具有水冷挂渣炉衬，内衬0.01～0.015米耐火材料层，燃烧室长度与其直径比，L/D=3～6，其水平倾角为15～45度；位于燃烧室总长0.6～0.85处(自喷嘴出口标起)，安装具有中心孔的扰流环；排渣口位于扰流环下游的0.01～0.2m；一次风、二次风、三次风开孔面积，按其相应风量和风速选择确定，一次风速10～15标米/秒，风量占15～20%，二次风速45～70标米/秒，风量占60～75%，三次风速45～70标米/秒，风量占15～25%。

2、根据权利要求1所述旋风燃烧装置，其特征在于扰流环，中心开圆形孔d，其外为冷却环内径为d，外径为D，冷却环外环宽为δ，扰流环下端开出豁口宽度为a，扰流环内径与外径之比d／D＝0.3～0.6，宽与内径之比δ／d＝0.2～0.5，豁口宽度与内径比a／d＝0.25～0.4。