專利名稱：劣質(zhì)煤炭點(diǎn)燃和燃燒穩(wěn)定化方法與為實(shí)行此方法而用的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
此發(fā)明屬于動(dòng)力工程領(lǐng)域并可以用在熱電站，鍋爐房燃燒劣質(zhì)煤炭的時(shí)候點(diǎn)燃及煤塵火焰燃燒穩(wěn)定化。
現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)代熱力工程發(fā)展特點(diǎn)為越來越少地使用(緊缺的)液體燃料，因?yàn)橐后w燃料是石油加工工業(yè)的貴重的原料，和越來越廣泛地使用質(zhì)量不斷降低的固體燃料。固體燃料質(zhì)量變壞(灰分和濕度提高，燃燒熱和揮發(fā)物產(chǎn)生率降低)的原因在于地下采礦法優(yōu)質(zhì)煤炭礦區(qū)的消耗和轉(zhuǎn)移到露天的采礦辦法。因?yàn)樵趧?dòng)力工程中這種煤炭消耗量很大，所以估計(jì)煤炭選礦的容量達(dá)到熱電站所需要的程度的可能性很小。尤其考慮到，此過程是很費(fèi)錢的。而且，選礦過程中只可能降低煤炭的灰分和濕度。但是根本不能提高劣質(zhì)煤炭的揮發(fā)物產(chǎn)生率。
由于煤炭的顆粒含有揮發(fā)物數(shù)量少其疏松度很低，因此阻止氧氣進(jìn)入顆粒內(nèi)并造成對(duì)點(diǎn)燃組織和其全面燃燒的困難。由于發(fā)揮物產(chǎn)生率很低(5-15％)引起燃燒顆粒點(diǎn)燃比較完全的現(xiàn)象，所以要增大燃燒室容積，來完成燃燒過程(現(xiàn)代鍋爐高度達(dá)120米)并在降低燃燒室的熱負(fù)荷(150千瓦/立方米以下)進(jìn)行燃燒，上述因素是達(dá)10-15％不完全燃燒的原因，也是煤粉火焰不穩(wěn)定燃燒的原因。
這些原因降低燃料的使用效率和鍋爐整體的經(jīng)濟(jì)效益。為了改善低揮發(fā)物產(chǎn)生率和高灰分率的劣質(zhì)煤炭點(diǎn)燃和燃燒穩(wěn)定，熱力工程主要采取的補(bǔ)充措施如下提高磨細(xì)程度(R90＝6-8％)。
提高混合氣溫度(410K)和二次空氣溫度(673K)，供給高濃度(50kg/kg)煤灰，隨后使煤灰淡化，最后將煤炭和重油、天然氣同時(shí)燃燒。
這些措施具有降低鍋爐整體燃料使用效率和工作可靠性的缺點(diǎn)，同時(shí)對(duì)生態(tài)條件產(chǎn)生危害。特別是磨細(xì)程度增加引起為磨細(xì)使用的電能耗量的增加。也引起灰塵分離復(fù)雜化，這都降低鍋爐的效率?；旌蠚夂投慰諝鉁囟鹊奶岣?，提高使用過程中的火災(zāi)發(fā)生的危險(xiǎn)。
煤份火焰點(diǎn)燃和燃燒穩(wěn)定化最常用的辦法是利用氣體或液體燃料點(diǎn)燃并維持火焰的燃燒。
為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)辦法而用的裝置是補(bǔ)充用天然氣或重油點(diǎn)燃噴射器的煤炭燃燒器以保障向鍋爐整體燃燒室內(nèi)所供給主要的煤塵燃料不斷地燃燒。
點(diǎn)燃噴射器和主要的煤塵燃燒器共同被安裝或者被補(bǔ)充安裝。發(fā)電機(jī)組渦輪機(jī)裝置和鍋爐裝置功率為500和800兆瓦(多洛休克V.E.和盧班V.B.編輯，莫斯科“動(dòng)力”出版社1979年，107,203,207頁(yè))。
在用重油穩(wěn)定煤塵火焰時(shí)，緊缺的液體燃料消耗量很大，等于鍋爐燃燒熱功率的6-30％，而且煤炭質(zhì)量越壞(揮發(fā)物產(chǎn)生率低)重油消耗量越大。如果說煤炭揮發(fā)物產(chǎn)生率(Vr)為30-40％時(shí)重油消耗量不超過6-10％，但燃燒揮發(fā)物產(chǎn)生率為Vr＝5-7％的反應(yīng)活性低的煤炭如頓涅茨克無煙煤粉時(shí)，重油消耗達(dá)30％以上。
應(yīng)該要指出這樣廣泛地使用緊缺的，價(jià)格很貴的重油，不能解決提高燃料的使用效率問題。第一，在這種情況下，在較大的程度上發(fā)生不完全燃燒的現(xiàn)象，原因是液體和固體燃料反應(yīng)性不一樣，導(dǎo)致燃燒室內(nèi)的氧氣濃度降低。第二，同時(shí)燃燒煤炭和含硫量大的重油增加了氮氧化物和硫氧化物的產(chǎn)生。除此以外，還產(chǎn)生對(duì)鍋爐的使用造成困難的煙墨沉積層。
使用氣體燃料使煤炭火焰穩(wěn)定化的辦法也有同樣的缺點(diǎn)。而且使用氣體燃料時(shí)爆炸危險(xiǎn)也提高了。這樣，不是專門為此運(yùn)用的燃燒器(氣體的也好，重油的也好)引起固體燃料的不完全燃燒的現(xiàn)象也證明，這種辦法和裝置效率低。
眾所周知的還有熱化學(xué)處理燃料的幾種辦法，其可以提高燃料燃燒效率，同時(shí)降低對(duì)周圍環(huán)境的有害影響所提出的辦法中效率最高的是與以電能使煤炭發(fā)生熱化學(xué)變化有關(guān)的燃料動(dòng)力工藝。
知悉的有以電弧使煤塵混合加熱和點(diǎn)燃的辦法(英國(guó)專利號(hào)No.1585943，NKIF4T，121，1982)。此辦法中所用的點(diǎn)燃煤塵火焰的和穩(wěn)定其燃燒的方法利用在等離子體發(fā)生器中用電弧預(yù)熱到5000℃的高溫等離子流。用離子流點(diǎn)燃加寬的錐體形狀的從主要煤塵燃燒器里面進(jìn)入鍋爐燃燒室的煤塵火焰并使燃燒穩(wěn)定化。此機(jī)構(gòu)裝備有沿煤塵燃燒器的軸線安裝在水平的管上的低溫等離子流發(fā)生器，發(fā)生器裝備有電極，電力管道，水冷燃燒室和產(chǎn)生等離子流氣體的管道。產(chǎn)生等離子流的氣體，如空氣和氧氣，是在0.8-1.0Mpa氣壓的壓力下進(jìn)入裝備有為產(chǎn)生電弧的兩個(gè)金屬電極的燃燒室內(nèi)。進(jìn)入燃燒室的氣體由電弧加熱。然后經(jīng)過一個(gè)電極流出并產(chǎn)生等離子流。上述辦法在燃燒揮發(fā)物產(chǎn)生率大的優(yōu)質(zhì)煤炭時(shí)就有很高的效率。但是燃燒劣質(zhì)煤炭時(shí)，這種設(shè)備的效率不太高。第一，利用這些設(shè)備一定要將進(jìn)入燃燒室內(nèi)的全部煤炭加熱，該辦法不能在本質(zhì)上提高煤塵混合物均量溫度并降低了燃料的氣化程度。第二，這些設(shè)備利用從電場(chǎng)所分出來的等離子流(間接燒熱法)，其中大部分在電場(chǎng)作用下不停運(yùn)動(dòng)的粒子(離子和電子氣)對(duì)總的熱交換沒有貢獻(xiàn)，第三，因?yàn)楦邷囟鹊入x子流的高粘度所以等離子流與煤炭粒子混合過程變壞，對(duì)燃燒效率有不好的影響。除此之外，上述辦法的經(jīng)濟(jì)效益不高。
原因是等離子體發(fā)生器壽命不到200個(gè)小時(shí)，這對(duì)工作時(shí)間為1000小時(shí)以上的電站根本不夠。電極壽命短的原因是產(chǎn)生等離子體用的氣體是空氣或氧氣。氧化介質(zhì)急劇地降低通常等離子體發(fā)生器用的銅電極壽命。為保護(hù)電極而用的惰性氣體(如氬氣)需要在熱電站安裝氬氣管道，這從經(jīng)濟(jì)和技術(shù)方面都沒有利益。
最接近所提出的發(fā)明技術(shù)的處理是點(diǎn)燃使用固體燃料的熱電站鍋爐和使煤粉火焰穩(wěn)定燃燒的辦法，及為實(shí)現(xiàn)此辦法而用的以等離子體火焰來保障粉末狀固體燃料不間斷和穩(wěn)定燃燒的裝置(申請(qǐng)PCT/F 190/00012，MKI F 23 D1/00，F(xiàn) 23 Q13/00,1990)。
此辦法主要之點(diǎn)是為保持燃燒過程而用的補(bǔ)充氣流(下面稱穩(wěn)定流)是采用與等離子體發(fā)生器所產(chǎn)生的等離子流混合起來的粉末狀煤炭燃料。將混合燃料點(diǎn)燃，氣化然后同軸地送到燃料主流的中心。而且穩(wěn)定流和主流分開地流入。結(jié)果是燃料主流點(diǎn)燃(產(chǎn)生煙氣同時(shí))并產(chǎn)生少量氮氧化物和比煤炭和重油同時(shí)燃燒數(shù)量少的硫氧化物穩(wěn)定地燃料。為實(shí)行此辦法而用的設(shè)備是按照主要燃料器中心軸心而安裝的煤炭等離子體燃燒器。該設(shè)備還包括有燃料管道，空氣管道，等離子體發(fā)生器和等離子體煤炭燃燒器的噴嘴。經(jīng)過位于等離子體發(fā)生器正面的燃料支管的煤塵穩(wěn)定流，由等離子流點(diǎn)燃，并在等離子體發(fā)生器錐形噴嘴出口處形成的空間(加熱室)造成相互反應(yīng)作用，并部分氣化為一氧化碳。燃料主流通過支管進(jìn)入等離子體煤炭燃燒器和主要燃燒器機(jī)身中間的空間。
此辦法和裝置有設(shè)備復(fù)雜和煤炭大量不完全燃燒的特點(diǎn)。設(shè)備構(gòu)造復(fù)雜原因是必需提供向每個(gè)燃燒器供給煤塵混合物的兩條導(dǎo)管。因?yàn)閮蓚€(gè)燃燒流(主要和穩(wěn)定流)都通過獨(dú)立的支管到煤塵燃燒器。并且各條導(dǎo)管需要單獨(dú)吹風(fēng)機(jī)，灰塵集中機(jī)和單獨(dú)的線路(管道)。能力大的工業(yè)鍋爐整體可以安裝有幾十臺(tái)煤塵燃燒器(24臺(tái)以上)。結(jié)果是燃料供給系統(tǒng)突出地復(fù)雜化，為補(bǔ)充安裝吹風(fēng)機(jī)，灰塵集中機(jī)和幾千米燃燒供給導(dǎo)管而所需要的基本開支明顯提高。上述情況大大降低所周知的辦法和設(shè)備經(jīng)濟(jì)效益。知悉的辦法和設(shè)備中燃料大量不完全燃燒的現(xiàn)象和由此引起的煤炭燃燒不高效率的原因?yàn)槊簤m的多分散性。按照知悉的辦法穩(wěn)定流是獨(dú)立地形成的并與主流分開地進(jìn)入燃燒區(qū)。主流含有各種尺寸煤粒子，還有比穩(wěn)定流尺寸大的多數(shù)煤粒子。
用穩(wěn)定流加熱主流到點(diǎn)燃溫度，該溫度比穩(wěn)定流加熱的溫度低得多。結(jié)果是主流燃料粗粒級(jí)的一部分在燃燒室里來不及燒盡，增加了不完全燃燒及降低了煤燃燒效率。發(fā)明的主要任務(wù)是研究制造劣質(zhì)煤炭點(diǎn)燃及穩(wěn)定燃燒的工藝。依靠提高煤混合氣燃燒前的熱準(zhǔn)備效率使不完全燃燒能夠較大降低。并通過代替所知道的工藝(原型)用兩條燃料供給線的方法，利用一條固體燃料供給線方法使發(fā)電站的設(shè)備有很大的簡(jiǎn)化。
由所提出的發(fā)明而解決的第二種任務(wù)是利用以煙道氣作為制造等離子體的氣體加強(qiáng)穩(wěn)定流的反應(yīng)能力的辦法來提高經(jīng)濟(jì)效益。
用所提出的發(fā)明也可以在燃燒有較低揮發(fā)物產(chǎn)生率的劣質(zhì)煤炭時(shí)提高設(shè)備的熱能效率。
發(fā)明詳述提出的任務(wù)是以劣質(zhì)煤炭點(diǎn)燃及穩(wěn)定燃燒過程新組織的辦法和為實(shí)現(xiàn)此辦法制造的新設(shè)備來解決的。根據(jù)本發(fā)明，過程的新組織本質(zhì)是，將為燃燒發(fā)送的煤混合氣分為兩個(gè)不平均的部分-主流及穩(wěn)定流，而且使穩(wěn)定流被高溫流加熱。在這種情況下穩(wěn)定流的反應(yīng)劑(煤及空氣)消耗量和向它們供給的熱能(等離子體、重油或天然氣的火焰)的比例允許揮發(fā)物從煤里全部流出，并為了保障可熱氣體總流出達(dá)到能夠不用重油或氣體火焰而點(diǎn)燃和穩(wěn)定燃燒高反應(yīng)性煤所含揮發(fā)物量的水平，將焦炭剩余進(jìn)行部分煤氣化。結(jié)果是由高溫流帶的煤混合氣小部分(不管原來的質(zhì)量怎樣)能夠取得可在與混合氣主流混合的情況下點(diǎn)燃及穩(wěn)定燃燒過程的高反應(yīng)性的二元燃料(可燃?xì)怏w+焦炭剩余)。為提高方法的效率，重要在于用一條燃燒通道使煤混合物進(jìn)入燃燒過程，此后在此過程中使其分為主流及穩(wěn)定流的辦法。在這種制造穩(wěn)定流的情況下，和原型不一樣的是出現(xiàn)放棄在鍋爐整體及燃燒器以外分開煤混合氣流可能性。其結(jié)果是，已無必要運(yùn)用補(bǔ)充的吹風(fēng)機(jī)、灰塵集中機(jī)及供給燃料的管道。提出的方法包括如下步驟a)用由主流、尺寸最大煤炭微粒(90-200μm左右)及最大濃度的燃料帶分出穩(wěn)定流并將剩余的部分作為主流的方法，制造主流和穩(wěn)定流。
b)利用以等離子體流或者燃燒液體或氣體燃料時(shí)產(chǎn)生的氣流形成的高溫流，制造高溫流。
c)將高溫流與最后加熱的穩(wěn)定流混合在一齊，結(jié)果是，產(chǎn)生揮發(fā)物并且部分燃料氣化。
d)使產(chǎn)生的加熱混合氣進(jìn)入主流。
e)燃料主流的點(diǎn)燃和煙道氣的產(chǎn)生。
提出方法的主要特點(diǎn)是用由主流、尺寸最大煤粒子及最大濃度燃料的帶中分出穩(wěn)定流的辦法，制造穩(wěn)定流。
這允許在穩(wěn)定流與高溫流混合時(shí)使含有粗粒子的較高濃度流遭受高溫度等離子體流-2600-3000℃，重油的火焰-1800-2100K的影響，并對(duì)其進(jìn)行有效的加熱。
因高溫度梯度及熱沖擊，煤粗粒子的加熱引起它們的起泡、開裂、打碎成為粉碎粒子。例如尺寸為90μm的煤粒子在2500-3000K溫度下破碎為8-10個(gè)碎塊。由于熱沖擊和煤粗粒子被打得粉碎結(jié)果補(bǔ)償了煤混合氣在離心或重力-離心分選情況下發(fā)生煤粒子尺寸粗硬的消極影響。在這種情況下燃料經(jīng)熱化學(xué)準(zhǔn)備，其出去參量(單位能量消耗、熱化學(xué)反應(yīng)時(shí)間，可燃組分的流出)達(dá)到與加熱各種尺寸分布的煤粒子原混合氣過程中的參量同樣的數(shù)值。但在按本發(fā)明造成的穩(wěn)定流與由增氧和含有細(xì)煤粒子的剩余的燃料主流混合情況下，發(fā)生主煤粉流的更強(qiáng)烈的點(diǎn)燃及從能力方面更有效的燃燒，使燃料的不完全燃燒降低。
按此方法，穩(wěn)定流的制造是用由混合氣主流周邊帶分出穩(wěn)定流的辦法而進(jìn)行的。在此過程中混合氣主流用沿著離心-重力分離的及有可能以隨后用穩(wěn)定流補(bǔ)充旋轉(zhuǎn)曲線軌道辦法或通過離心分離主流旋轉(zhuǎn)的辦法來點(diǎn)燃。選擇上述方式取決于燃燒的煤炭質(zhì)量及燃料揮發(fā)物含量。對(duì)含大量揮發(fā)物(Vr＝30-45％)的煤采用的離心-重力分離曲線軌道的辦法即可。對(duì)含普通量揮發(fā)物(Vr＝15-30％)的燃料要對(duì)上述操作適當(dāng)加上爾后被旋轉(zhuǎn)的穩(wěn)定流。
對(duì)含最小量揮發(fā)物(Vr＝4-15％)的低反應(yīng)性煤，如頓涅茨克的無煙煤的煤粉、朝鮮的無煙煤等，必須對(duì)帶離心分離全部主流進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。在旋轉(zhuǎn)流量反應(yīng)劑在高溫度帶的時(shí)間比在直流里的時(shí)間長(zhǎng)，使含小量揮發(fā)物的低反應(yīng)性煤的加工效益提高。
在點(diǎn)燃及劣質(zhì)煤炭穩(wěn)定燃燒過程中，合理利用等離子流做為高溫流。
高濃度能量的電弧等離子(200-300MW/m3)、化學(xué)活性的原子(O，H，C)、基(OH，CH，HO2)、離子(O-2，H-2，OH-，C+，H+)及電子體氣的利用促進(jìn)燃料及氧化劑的熱化學(xué)變化被多次加速，結(jié)果使燃料燃燒得更全更快。因此，用等離子法使劣質(zhì)煤炭點(diǎn)燃及穩(wěn)定燃燒的方法比傳統(tǒng)使用的方法效益高。與知悉的煤等離子燃燒方法不同，本發(fā)明使用的是直接加熱，即放熱帶(高溫的等離子弧)和吸收帶(煤加熱)在一個(gè)燃燒室結(jié)合起來，使用結(jié)合帶的方法，即利用開弧的方法將煤加熱，使熱料粒子進(jìn)入弧帶，并加快了被在電場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的熱粒子離子和電子氣加熱的煤在反應(yīng)帶里的熱質(zhì)交換。
結(jié)果加強(qiáng)了煤燃燒的過程，并最終降低劣質(zhì)煤炭不完全燃燒的現(xiàn)象。在燃燒優(yōu)質(zhì)煤炭時(shí)，本方法以點(diǎn)燃的液體燃料流或氣體流(如重油、天然氣，等)作為高溫?zé)崃鞅Ｕ嫌行У囊技叭紵姆€(wěn)定，因?yàn)樵诜磻?yīng)時(shí)，可以使用重油噴油器或氣體燃燒器。這種工藝比用等離子的方法簡(jiǎn)單得多。同時(shí)，按上述的方法，也可大量的節(jié)省高價(jià)及緊缺的重油和天然氣。用本說明可以將在燃料主流燃燒時(shí)取得的部分煙道氣用為造等離子的氣體。
這樣就有補(bǔ)充效益，即增加穩(wěn)定流的反應(yīng)能力提高此過程的經(jīng)濟(jì)效益。以CO2含量大的煙道氣作為造等離子的氣體的方法，靠的反應(yīng)可獲得高于正常的燃燒熱能的可燃?xì)怏w。因?yàn)楸痉椒ɡ眉訜岬臒煹罋?，所以同時(shí)保障混合氣的溫度增高及此過程的熱效率增長(zhǎng)。已知道的，是煙道氣和“干凈”氣體相比具有大量活性中心的工作體。上述因素的結(jié)合，即可燃?xì)怏w發(fā)熱能力的提高及其溫度的提高與活性中心濃度的增加使穩(wěn)定流的反應(yīng)能力猛漲。所提出的劣質(zhì)煤炭的點(diǎn)燃及燃燒穩(wěn)定方法是用新結(jié)構(gòu)的設(shè)備來實(shí)行的。第一種方案用的設(shè)備包括混合氣主流的引入管道、二次空氣的供給連接管、混合氣穩(wěn)定流的加熱室和高溫流的發(fā)生器。它的特點(diǎn)是穩(wěn)定流的加熱室是以帶有以曲線段相聯(lián)的傾斜段及水平段的圓柱形的單流式的曲線管道形式而制作的，高溫流的發(fā)生器是在曲線段上安裝的，而且，其軸在水平段的軸下處，并與其平行。高溫流的發(fā)生器是以等離子管或液體燃料的燃燒設(shè)備(如重油噴射器)或以氣體燃料燃燒設(shè)備(如氣體燃燒器)形式而制作的。為防止煤在燃燒器里起火，本發(fā)明建議在單流式的水平段內(nèi)安裝位于此段軸上面處的水平隔板。在管道曲線段內(nèi)本發(fā)明建議安裝和管道側(cè)板具有環(huán)形間隙的曲線嵌套管?；旌蠚庠诠艿览镅厍壍肋\(yùn)動(dòng)時(shí)，離心力和重力使固相的混合氣主要部分走向大直徑管道的側(cè)板，產(chǎn)生具有最大尺寸煤粒子和燃料最大濃度的帶，這樣制造穩(wěn)定流。將高溫流發(fā)生器安裝在曲線管道向水平段過道區(qū)里時(shí)，由發(fā)生器流出的高溫流流過用離心-重力分離辦法由主流分出的混合氣穩(wěn)定流的主要部分。沿曲線管道的大半徑方向上，發(fā)生器軸的移動(dòng)使高溫流進(jìn)入由大粒子尺寸和高濃度的煤灰流組成的穩(wěn)定流的主要部分。通過減少不完全燃燒顯著提高了劣質(zhì)煤的燃燒效率。
臥式隔板隔斷圓柱形的管道以保持圓柱形管道下部高的煤塵濃度及更低的氧余。這樣可以避免設(shè)備的過熱及設(shè)備的全部破壞。另外，存在的隔板在一定長(zhǎng)度管道處存在煤灰的大尺寸粒子的高濃度區(qū)和熱能輸入部分。在這時(shí)煤塵大粒子與高溫氣流的接觸時(shí)間增長(zhǎng)，煤加熱及煤氣化程度提高，使用劣質(zhì)煤炭的設(shè)備的工作效率也相應(yīng)提高。
阻塞圓柱形管道的水平段，制造兩條平行的管道。這時(shí)被高溫流強(qiáng)烈加熱的混合氣沿下面管道而運(yùn)動(dòng)，正常溫度的混合氣同時(shí)沿上面管道而運(yùn)動(dòng)。為了在平行管道里減少流體動(dòng)力的阻力必須把隔板的軸向曲線管道的較小半徑方向(即向正常溫度混合氣的上部管道方向)移位。
將具有間隙的同心曲線嵌套管在曲線管道里的安裝目的是防止高溫流對(duì)本段的影響，存在的間隙保障內(nèi)部嵌套管被混合氣流吹走，使結(jié)構(gòu)的耐熱性提高。本設(shè)備可以在燃燒含大量揮發(fā)物的煤(Vr＝30-45％)時(shí)有效地工作燃燒。含較小量揮發(fā)物的煤(Vr＝15-30％)更合理的是利用另一種設(shè)備。本設(shè)備的混合氣穩(wěn)定流加熱室是以帶蝸形管的圓柱形燃燒室的形式而造成的。高溫流的發(fā)生器位于本蝸形管端面上。在發(fā)生器里蝸形管轉(zhuǎn)入緊挨著混合氣主流供給通道的帶有可調(diào)整的隔板的通道。穩(wěn)定流的加熱室出口與主流供給通道的出口連接。本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也保障把穩(wěn)定流從最大尺寸煤粒子及高燃料濃度的區(qū)域區(qū)分開?？烧{(diào)整的隔板允許改變穩(wěn)定流的消耗量。由主流分出后的穩(wěn)定流用蝸形管旋轉(zhuǎn)，使煤粒子在高溫帶的時(shí)間增長(zhǎng)。結(jié)果是，可以達(dá)到煤粒子的更強(qiáng)烈的加熱，并提高燃料的氣化程度的目的。
對(duì)含更小量揮發(fā)物的煤，最合理利用的是第三種設(shè)備方案。這種設(shè)備包括有高溫流發(fā)生器、二次空氣供給連接管、位于蝸形主流供給室內(nèi)的穩(wěn)定流加熱室。穩(wěn)定流供給連接管是以有平面?zhèn)劝宓目p式通道形式而制作的。其進(jìn)口端面位于主流供給室的外側(cè)板前。在本設(shè)備里同時(shí)進(jìn)行混合氣主流和穩(wěn)定流的旋轉(zhuǎn)。而且煤粒子在高溫帶的時(shí)間大大地增長(zhǎng)，燃料氣化度也提高。所以燃燒揮發(fā)物產(chǎn)生率低(Vr＝4-15％)、反應(yīng)性低的頓涅茨克無煙分的煤、朝鮮的無煙煤時(shí)候，上述結(jié)構(gòu)可發(fā)揮較高的效益。
所提出的幾種設(shè)備的共同點(diǎn)是，它們都裝備有一條固體燃料供給通道。和利用兩個(gè)獨(dú)立的燃料供給管道的原型相比，所提出的技術(shù)方案大大簡(jiǎn)化了發(fā)電站型設(shè)備的熱力部分，并允許大大降低資本費(fèi)用。
以利用等離子加熱穩(wěn)定流燃燒揮發(fā)物產(chǎn)生率低的劣質(zhì)煤以提高設(shè)備熱能效率，最好至少安裝兩個(gè)把混合氣加熱室空腔與等離子管陰極和陰極冷卻器內(nèi)部側(cè)板創(chuàng)造的空腔聯(lián)起來的管道。本技術(shù)方案的實(shí)質(zhì)是把加熱物由混合氣加熱室抽出來，用CO，CO2，H2等恢復(fù)氣進(jìn)行煤炭的氣化，并用上述管道使它們進(jìn)入陰極冷卻器和陰極之間的空腔里以防護(hù)棒狀石墨電極熱端。
煤氣加熱的產(chǎn)物使用辦法與原來使用冷氣體辦法不同，使裝置的熱能效率提高。有兩個(gè)原因使保護(hù)恢復(fù)氣沿管道運(yùn)動(dòng)第一，在加熱室中由于加熱室氣體的膨脹，和煤氣化室大量的氣體分離，存在壓力升高現(xiàn)象。
第二，由于棒形電弧柱變窄在陰極旁邊領(lǐng)域發(fā)生從陰極到陽(yáng)極定向的高速等離子流。并且電弧柱作為在電極旁邊保證吸收煤氣的電磁泵而工作。在電弧內(nèi)的流強(qiáng)度在電弧受外面磁場(chǎng)的影響下大大地增加。電弧柱更大地?cái)U(kuò)大以及在電弧內(nèi)的流強(qiáng)度達(dá)到最高限度，在棒形電極旁邊領(lǐng)域的抽空度也同時(shí)增強(qiáng)。這樣，在混合氣加熱室增加壓力棒形電極尾端抽空度影響下，氣化產(chǎn)物順著套管不斷進(jìn)入陰極和陰極冷卻器的內(nèi)部表面的空間。取決于混合氣體加熱室工作狀態(tài)保護(hù)恢復(fù)氣經(jīng)過套管的消耗總量可以達(dá)0.5-50克/秒。研究結(jié)果表明為了可靠保護(hù)陰極所需要的效耗量不大，只有0.35-2.1克/秒。
為了讓保護(hù)氣進(jìn)入陰極旁邊的領(lǐng)域所選定的管道位置依靠下面幾種根據(jù)。套管長(zhǎng)度-增加會(huì)對(duì)順著套管運(yùn)行氣體的內(nèi)阻也增加，所以為了不限制經(jīng)過它的氣體消耗量，套管應(yīng)該有最小的阻力，氣體運(yùn)行最小的距離是經(jīng)過等離子體發(fā)生器小室和螺母管之間，另外的提議的套管位置不增加設(shè)備外形尺寸，也不妨礙用保護(hù)罩蓋上等離子體發(fā)生器。根據(jù)技術(shù)保護(hù)要求，由于在鍋爐室含塵量和濕度很大，在熱電站應(yīng)該使用保護(hù)罩。
附圖
簡(jiǎn)述本發(fā)明由下列的圖紙說明。
1和2號(hào)圖紙為權(quán)利要求9-11的裝置。即為點(diǎn)燃和穩(wěn)定揮發(fā)物產(chǎn)生率Vr＝30-45％相當(dāng)大的劣質(zhì)煤炭燃燒的裝置，即裝置根據(jù)權(quán)利要求第1或2條實(shí)行所提出的方法。1號(hào)圖紙顯示以等離子體發(fā)生器作為高溫流發(fā)生器的裝置，在2號(hào)圖紙為高溫流發(fā)生器使用的是重油噴射器。
3號(hào)圖紙顯示另一種方案裝置，即權(quán)利要求12裝置。這種裝置根據(jù)權(quán)利要求1或3實(shí)行為燃燒揮發(fā)物平均產(chǎn)生率為Vr＝15-30％的煤炭而用的辦法，這種裝置的高溫流發(fā)生器的作用是由等離子體發(fā)生器來實(shí)現(xiàn)的，在第4號(hào)圖紙顯示的類似裝置是由重油噴射器來實(shí)現(xiàn)的。
5號(hào)圖紙顯示權(quán)利要求13的為了燃燒揮發(fā)物產(chǎn)生率低的Vr＝4-15％的劣質(zhì)煤炭而用的裝置。這種裝置以等離子體發(fā)生器作為高溫流發(fā)生器使用。
在重油噴射器類似的裝置是在第6號(hào)圖紙而顯示的，在7號(hào)圖紙顯示的裝置和在5號(hào)圖紙的一樣，但補(bǔ)充裝備有為了送去煤氣化加熱產(chǎn)物的套管。
8號(hào)圖紙顯示根據(jù)權(quán)利要求8以煙道氣為等離子氣體在鍋爐側(cè)面所提議的裝置配置情況。
本發(fā)明的幾個(gè)實(shí)施例1號(hào)圖紙依照第一方案裝置包含混合氣主流引入道1，二次空氣送進(jìn)連接管2，穩(wěn)定流加熱室3，高溫流的發(fā)生器，其作用是由等離子體發(fā)生器4而產(chǎn)生的。
所提議的裝置是在鍋爐整體5側(cè)面安裝的。
裝置結(jié)構(gòu)的新方案是混合氣穩(wěn)定流加熱室的形式，其具有用傾斜的部分連接的傾斜的6和水平的7部分的筒式直流的曲線管道模樣，以及等離子體發(fā)生器4-高溫流發(fā)生器的位置，這個(gè)等離子體發(fā)生器位于曲線部分，而且發(fā)生器4的中心線位于水平部分7中心線以下，并與它平行。
裝置的另一個(gè)特征是在水平部分7里面存在著水平的隔板8，這個(gè)隔板位于這個(gè)部分的中心線以上。
曲線部分內(nèi)有彎曲的插入物9。這個(gè)插入物和管道側(cè)壁之間有環(huán)形間隙。
使混合氣加熱的等離子體高溫流10從等離子體發(fā)生器4出口流出。
裝置工作方式如下混合氣進(jìn)入主流供給通道1，由于通道里具有曲線形式3以及有傾斜部分6煤塵是向大半徑通道的側(cè)壁而分開的。開動(dòng)等離子體發(fā)生器4并用它產(chǎn)生等離子體流10。塵粒子同時(shí)侵入從等離子體發(fā)生器4流出的等離子體流10，使以劣質(zhì)煤炭為燃料的裝置的工作效率提高。
在高溫區(qū)煤強(qiáng)烈地加熱，揮發(fā)物從燃料產(chǎn)出并部分氣化。所產(chǎn)生的由燃?xì)夂图訜岬慕固拷M成的二組分燃料，順著安裝有隔板8的管道7的水平部分而運(yùn)行。隔板位于水平的部分7，在隔板8安排區(qū)內(nèi)雙流(由隔板上下分開)不混合在一起地單獨(dú)地運(yùn)行。在加熱室3流出口前面加熱的穩(wěn)定流與主流混合并使它加熱。然后加熱的雙流到鍋爐整體燃燒空處流出。這里，在等離子體內(nèi)經(jīng)過熱處理和有可燃?xì)怏w豐富的混合氣點(diǎn)燃。在混合氣穩(wěn)定流燃燒時(shí)產(chǎn)生熱能，此熱能使混合氣主流點(diǎn)燃和穩(wěn)定地燃燒。所必要的氧化劑量順著二次空氣供給連接管2而進(jìn)入。為了降低熱力對(duì)加熱室3曲線部分的影響，其內(nèi)部安裝具有間隙9的同心的曲線插入物。
1號(hào)例子。
蒸汽生產(chǎn)量為75噸/小時(shí)的鍋爐裝置裝備有三個(gè)位于正面的渦流式燃燒器總共消耗量為11噸/小時(shí)的庫(kù)茲涅茨克煤。煤質(zhì)量指標(biāo)如下燃燒熱為QHP＝4878千卡/公斤，灰分為AP＝17.7％，濕度為WP＝12.5％，揮發(fā)物產(chǎn)生率為Vr＝35％。為了預(yù)先加熱鍋爐端面裝置備有煤消耗量為1.5噸/小時(shí)的兩個(gè)馬弗爐燃燒器。上述的裝置是在每個(gè)馬弗爐燃燒器的鍋爐端面安裝的。
準(zhǔn)備點(diǎn)燃鍋爐以后開動(dòng)了等離子體發(fā)生器。每一個(gè)等離子體發(fā)生器的功率為65千瓦，電流為250安培，電壓為260伏。應(yīng)用空氣作為等離子體發(fā)生氣體。每一個(gè)等離子體發(fā)生器空氣消耗量為90立方米/小時(shí)。等離子體的火焰溫度為2600K。等離子體發(fā)生器效率為85.5％，離子體發(fā)生器工作，同時(shí)煤塵消耗量增加到1.5噸/小時(shí)，煤塵混合氣進(jìn)入加熱室時(shí)，有了點(diǎn)燃和煤塵火焰穩(wěn)定的燃燒。在馬弗爐壓力差為588.4Pa的時(shí)候，第二次空氣消耗量為2000立方米/小時(shí)，在混合氣加熱室出口的溫度達(dá)1370K。在燃燒室的出口煤塵流溫度達(dá)1600K。
鍋爐點(diǎn)燃時(shí)間為3.25小時(shí)，鍋爐內(nèi)氣壓增加速度符合規(guī)范表。在鍋爐內(nèi)氣壓達(dá)3.1MPa以后，鍋爐轉(zhuǎn)到正面的燃燒器工作，并使其與主要汽管并聯(lián)。供水溫度為150℃，排出煙道氣溫度為150℃，過熱蒸汽溫度為415℃?？紤]到原燃料含灰量燃料不完全燃燒程度以燃燒產(chǎn)物物理化學(xué)分析來決定，并在本例子中其值為1.5％。2號(hào)圖紙利用的裝置為與1號(hào)圖紙的類似裝置。區(qū)別在于高溫流發(fā)生器是具有空氣供給連接管12的重油噴射器11。
2號(hào)例子。
條件與1號(hào)例子條件類似。區(qū)別是將等離子體發(fā)生器換為重油噴射器。燃燒的是燃燒熱為QHP＝9530千卡/公斤的爐用重油。重油消耗量為6.75公斤/小時(shí)，為燃燒重油而用的空氣消耗量為97.2公斤/小時(shí)。重油火焰溫度為1820K?；旌蠚怏w在加熱室出口的溫度為1020K煤塵流在燃燒氣出口溫度為1460K，燃料的不完全燃燒共計(jì)2.5％。
使用氣體燃燒器作為高溫流發(fā)生器的裝置組成和工作與上述的相類似。
3號(hào)圖紙裝置是第二方案裝置，即使用等離子體發(fā)生器高溫流燃燒器作為發(fā)生器以點(diǎn)燃和穩(wěn)定(Vr＝15-30％)燃燒中等揮發(fā)物產(chǎn)生率(Vr＝15-30％)的煤炭裝置。上面是裝置的側(cè)視圖。下面是俯視圖。
此裝置包括有為供給混合氣體的主流而用的管道1，位于鍋爐5側(cè)壁管道1上面的為供給二次空氣而用的連接管2，具有位于其端部的等離子體發(fā)生器4的穩(wěn)定流加熱室3?；旌蠚怏w穩(wěn)定流加熱室3是用帶有蝸形輸送器13的筒形室而制作的。蝸形輸送器轉(zhuǎn)接至與混合氣體的主流進(jìn)入的管道1成角度的管道14。管道14補(bǔ)充有可調(diào)整隔板15以改變穩(wěn)定流消耗量。隔板15對(duì)水平面的傾斜角度由位于管道14外面的調(diào)整器16來調(diào)整。穩(wěn)定流加熱室出口3與主流進(jìn)入管道出口1對(duì)頭接合。
裝置工作方式如下煤混合氣體被供給到主流進(jìn)入管道1。用離心-重力分開的穩(wěn)定流主要含有高濃度大尺寸的微粒。由于有了隔板15此流運(yùn)行到道管14。然后穩(wěn)定流順著管道14進(jìn)入蝸形輸送器13，并在其內(nèi)旋轉(zhuǎn)進(jìn)入加熱室3。這里穩(wěn)定流被等離子體發(fā)生器4的等離子流加熱，同時(shí)產(chǎn)生揮發(fā)物和燃料部分氣化。產(chǎn)生的含有可燃?xì)獾暮图訜岬慕固渴Ｓ嗖糠侄剂?，與混合氣的主流混合在一起，并使它加熱。以后加熱的混合氣進(jìn)入鍋爐整體燃燒器，與順著連接管2送進(jìn)的二次空氣結(jié)合在一起點(diǎn)燃。調(diào)整隔板15角度就可以改變混合氣穩(wěn)定流消耗量。
3號(hào)例子蒸汽生產(chǎn)量為200噸/小時(shí)的鍋爐裝備有四個(gè)位于鍋爐角上的燃燒器。燃燒器結(jié)構(gòu)為垂直的一排管體系，其中直徑為200毫米的三個(gè)管道是為了供給一次空氣混合氣而用的。燃燒器還裝備為輸送第二次和第三次空氣而用的管道。通過每一個(gè)管道的煤消耗量為2.43噸/小時(shí)。煤質(zhì)如下QHP＝4500千卡/公斤，AP(含灰量)＝38.8％，WP(溫度)＝5.28％，Vr(揮發(fā)物產(chǎn)生率)＝21.80％。在混合氣下面的供給管道的兩個(gè)對(duì)面的燃燒器各裝備有上述的一個(gè)裝置。如3號(hào)圖紙所示。鍋爐準(zhǔn)備點(diǎn)燃以后，開動(dòng)等離子體發(fā)生器，每一個(gè)等離子體發(fā)生器的功率為120千瓦，電壓為300伏，電流為400安培。每一個(gè)等離子體發(fā)生器空氣消耗量為100立方米/小時(shí)。等離子體火焰溫度為2850K。在5分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)了加熱室的混合氣的加熱。
以后把煤塵和空氣送到裝置(3號(hào)圖)同時(shí)將燃料消耗量逐步地提到1噸/小時(shí)，將氣體消耗量提高了2.33噸/小時(shí)。并將煤消耗和空氣消耗比值保持恒定η＝0.3。隔板安裝角度為15°，加熱室出口的穩(wěn)定流溫度為1650K。在煤塵混合氣進(jìn)入加熱室和等離子體發(fā)生器工作時(shí)煤塵火焰點(diǎn)燃并穩(wěn)定地燃燒。火焰為亮黃色。燃燒的煤塵火焰長(zhǎng)度達(dá)4.5-5米。燃燒器出口煤塵混合氣的溫度等于1520K。在燃燒室的中心部分在煤塵火焰碰撞區(qū)其溫度為1310K。
用等離子體發(fā)生器點(diǎn)燃鍋爐時(shí)間為4.5小時(shí)。鍋爐壓力提高速度符合規(guī)范表，以后把鍋爐轉(zhuǎn)為主要燃燒器工作并將主要蒸汽管與平行管線接通。煤的不完全燃燒為2.5％。
4號(hào)圖紙裝置為與3號(hào)圖紙類似的裝置，區(qū)別是為高溫流發(fā)生器而用的是具有空氣供給連接管12的重油噴射器11。
作為高溫流發(fā)生器的氣體燃燒器采用不改變4號(hào)圖紙所示裝置的原則性的組成和工作。
4號(hào)例子條件與3號(hào)例子條件類似，區(qū)別是把等離子體發(fā)生器換為重油噴射器。
所燃燒的是燃燒熱為QHP＝9530千卡/公斤的爐用重油。重油消耗量為5.25公斤/小時(shí)。為燃燒重油而用的空氣消耗量為75.6公斤/小時(shí)。重油火焰溫度為1820K加熱室出口混合氣溫度為1120K。煤塵流在燃燒器口的溫度為1410K。燃料的不完全燃燒為3.5％。
在5號(hào)圖紙顯示的是用以點(diǎn)燃低反應(yīng)性揮發(fā)物產(chǎn)生率低的(Vr＝4-15％)煤炭，并使其燃燒穩(wěn)定化，使用等離子體發(fā)生器作為高溫流發(fā)生器的裝置(所提議的發(fā)明第3種方案)。
裝置包含等離子體發(fā)生器4，圓柱錐形穩(wěn)定流加熱室3，主流蝸形輸送器的小室17，筒式管道18和二次空氣供給連接管3。等離子體發(fā)生器4包括有帶機(jī)械供給裝置20的消耗的棒形石墨電極19和環(huán)形水冷銅陽(yáng)極21。等離子體發(fā)生器4小室22裝備有為送等離子體產(chǎn)生氣而用的連接管23。從等離子體發(fā)生器小室22的外面被與電弧串聯(lián)的電磁線圈螺線管24纏繞。穩(wěn)定化混合氣3加熱室同軸地位于主流17的供給室內(nèi)。供給室17具有蝸形輸送器的形狀。在小室3內(nèi)有矩形斷面26的縱裂口與縱裂口26連接的扁平側(cè)壁的裂口管道27。裂口管道27的進(jìn)入端面位于主流供給室17的外旁邊。裝置是在鍋爐整體5側(cè)面上安裝的。裝置工作方式如下
開動(dòng)電弧等離子體發(fā)生器4，電弧25就在陰極19和陽(yáng)極21之間點(diǎn)燃。在電磁圈24影響下電弧25順著環(huán)形電極21旋轉(zhuǎn)。等離子體產(chǎn)生氣通過連接管23進(jìn)入。此氣體把電弧25吹出到穩(wěn)定流加熱室3。把混合氣供到主流供給蝸形輸送器14，混合氣在離心力影響下按流份和濃度分離，大的流份沖向小室17的外面壁板，小的流份留在中心部分內(nèi)，經(jīng)過有扁平側(cè)壁的裂口形的通道27，煤的粗粒級(jí)和高濃度部分，順著切線平衡地流到加熱室3，并繼續(xù)在其內(nèi)旋轉(zhuǎn)并受到開啟電弧25的影響。這樣，混合氣流直接用所提供的裝置分隔為主流和穩(wěn)定流，并把穩(wěn)定流從外圍區(qū)分離。在粗粒級(jí)煤炭加熱時(shí)以及高濃度混合氣在低溫度等離子體中時(shí)燃燒微粒分裂為小于微米的碎塊，揮發(fā)物流出并產(chǎn)生可燃?xì)狻Ｋa(chǎn)生的由可燃?xì)夂图訜岬氖Ｓ嘟固慷M成的二元燃料在筒形通道18內(nèi)與混合氣主流混合在一起，在煤塵混合氣進(jìn)入燃燒室時(shí)使其點(diǎn)燃并穩(wěn)定劣質(zhì)煤燃燒過程。經(jīng)過連接管2供給的二次空氣使燃燒室內(nèi)的煤炭保持燃燒。這樣，靠降低不完全燃燒來提高此辦法和裝置經(jīng)濟(jì)效率。
5號(hào)例子裝備有6個(gè)渦流式燃燒器的鍋爐蒸汽產(chǎn)量為230噸/小時(shí)。這些燃燒器以三角形面向底面地位于燃燒室的側(cè)面上。頓涅茨克的無煙煤的粉經(jīng)過每一個(gè)燃燒器的消耗量為5噸/小時(shí)，煤質(zhì)如下QHP＝4700千卡/公斤。AP＝32％，WP＝9％，Vr＝4％。磨細(xì)度R90＝7％。在燃燒器中心部分安裝有(在5號(hào)圖紙顯示的)具有縱裂口的圓柱錐形穩(wěn)定流的加熱室。裂口管道的斷面面積為0.012平方米。蝸形輸送器小室的進(jìn)入口斷面為0.1485平方米。
在穩(wěn)定流加熱室安裝有電弧等離子體發(fā)生器。用空氣作為等離子體產(chǎn)生氣。每一個(gè)等離子體發(fā)生器空氣消耗量為160立方米/小時(shí)。等離子體發(fā)生器功率為360千瓦，電流為900安培，電壓為395伏，等離子體火焰溫度為3000K，效率為85％。
裝置中用在旋轉(zhuǎn)流在離心力作用下分離混合氣流。開動(dòng)等離子體發(fā)生器時(shí)，無煙煤的煤粉火焰在圓柱錐形室出口穩(wěn)定地燃燒。
煤塵火焰為清黃顏色，穩(wěn)定流在加熱室出口處火焰溫度為1700K。一次空氣消耗量為6000立方米/小時(shí)，在燃燒器的出口處粉塵主流溫度為1480K，粉塵點(diǎn)燃的距離為0.4米。煙道氣溫度為160℃，過熱蒸汽溫度為510℃，供水溫度為210℃，都符合在鍋爐范例中所使用的規(guī)范表。煤的不完全燃燒為3％。
6號(hào)圖紙顯示的是5號(hào)圖紙顯示的裝置，此裝置將具有空氣供給連接管12的噴射器11起高溫流發(fā)生器的作用。
氣體噴射口(圓上未示出)的使用和在6號(hào)圖紙顯示的重油噴射器的使用類似。
6號(hào)例子條件與第5號(hào)例子的條件類似。區(qū)別是把等離子體發(fā)生器換為重油噴射器。
燃燒的是燃燒熱為QHP＝9530千卡/公斤的爐用重油。重油消耗量為40.5公斤/小時(shí)，為燃燒重油而用的空氣消耗量為583公斤/小時(shí)。重油火焰溫度為1820K?；旌蠚庠诩訜崾页隹诘臏囟葹?220K。煤塵流在噴射口的出口的溫度為1380K。燃料的不完全燃燒為5％。
在5號(hào)圖紙所顯示的裝置是將穩(wěn)定流加熱室的空腔處與等離子體發(fā)生器的靠陰極的空腔連接起來(7號(hào)圖)，陰極冷卻器28和陰極19之間的空腔與加熱室3的空腔處是通過位于等離子體發(fā)生器4小室22和電磁線圈24之間的2個(gè)套管29連接的。絕緣套管30將管道29與等離子體發(fā)生器4小室22、線圈24和環(huán)形陽(yáng)極21相絕緣。
為了供給冷卻水裝置裝備有連接管(31，32)。等離子體發(fā)生器4小室22是以絕緣套管33和陰極冷卻器28相絕緣的。
等離子體發(fā)生器工作時(shí)，煤塵混合氣經(jīng)過等離子體流加熱過程而產(chǎn)生的氣體部分，順著連接管29從加熱室3的空腔處流到陰極冷卻器28和陰極19之間的空腔處。將上述的空腔處充滿后，氣化產(chǎn)物保護(hù)陰極(如果產(chǎn)生等離子體而用的是氧化物氣體時(shí)，例如空氣)。結(jié)果是在陰極旁邊區(qū)的電弧25在煤氣化加熱氣體狀產(chǎn)物介質(zhì)中燃燒，使裝置的熱能效率提高。在等離子體發(fā)生器工作過程中。環(huán)形陽(yáng)極21由熔融物層遮蓋，與電弧一起旋轉(zhuǎn)使熱能損失大大地降低，使裝置的熱效率增加，使其工作期限增加。這樣，可保障電弧式等離子體發(fā)生器的長(zhǎng)壽命，其不間斷工作可達(dá)幾千個(gè)小時(shí)，這已經(jīng)與發(fā)電站的主要設(shè)備(鍋爐整體、煤塵燃燒器、磨碎機(jī)等等)的工作可靠性可以比較，并為熱電站廣泛采用先進(jìn)的等離子體技術(shù)而開辟發(fā)展遠(yuǎn)景。
7號(hào)例子在鍋爐中使用頓涅茨克無煙煤粉的燃燒穩(wěn)定化的裝置，其蒸汽產(chǎn)量為230噸/小時(shí)。鍋爐裝備有三角形面向底面地位于燃燒室側(cè)壁上的6個(gè)渦流式燃燒器。經(jīng)過每一個(gè)燃燒器的無煙煤粉消耗量為5噸/小時(shí)。煤質(zhì)為QHP＝4650千卡/公斤，AP＝32％，WP＝9％，Vr＝4％，R90＝7％。在燃燒器的中心管內(nèi)安裝的是(7號(hào)圖紙所顯示的)設(shè)備。加熱室的圓柱錐形，長(zhǎng)度為545毫米，內(nèi)直徑為345毫米。它是用厚度為10毫米鋼板而制造的，里面砌耐火材料，加熱室有寬度為35毫米、長(zhǎng)度為205毫米的混合氣的正切引入管。電弧等離子體發(fā)生器尺寸如下放電小室長(zhǎng)度為150毫米，出口孔直徑為40毫米。使用直徑為50毫米的棒形石墨陰極做電極。電極包括有小輪形夾緊饋電線和帶發(fā)動(dòng)機(jī)的降壓器。
陰極水冷卻器是用鋼制造的。冷卻器內(nèi)直徑為65毫米，外直徑為75.5毫米，長(zhǎng)度為200毫米。陰極和冷卻器的內(nèi)表面之間空腔處形狀是寬度為7.5毫米、長(zhǎng)度為170毫米的筒式管道。此空腔處用兩個(gè)鋼管和混合氣加熱室相連接。這些管子和放電小室是被剛鐓石套管絕緣的，鍋爐點(diǎn)燃后，開動(dòng)了等離子體發(fā)生器并將混合氣供給到加熱室。等離子體發(fā)生器的功率為360千瓦，電流為900安培，電壓為395伏，空氣消耗量為160立方米。等離子體流溫度為3000K，煤塵進(jìn)入加熱室時(shí)等離子體發(fā)生器同時(shí)工作，無煙煤粉的火焰在混合氣加熱室出口穩(wěn)定燃燒。煤塵火焰顏色為清黃色。在穩(wěn)定流加熱室出口的火焰溫度為1830K，一次空氣消耗量為6000立方米/小時(shí)。混合氣出燃燒室時(shí)，其溫度為1500K。經(jīng)過燃燒氣化而產(chǎn)生的進(jìn)入陰極和冷卻器之間空腔處的恢復(fù)保護(hù)氣消耗量共為3.5克/秒。裝置效率為85.5％，石墨陰極的腐蝕為5×10-7g/c。煤炭不完全燃燒為5％。
8號(hào)圖顯示的是為實(shí)行將煙道氣作為產(chǎn)生等離子體的氣體的反應(yīng)辦法而用的裝置布置圖。
在鍋爐5側(cè)面上安裝的是帶有等離子體發(fā)生器4的上述三種方案裝置34的任何一種。在鍋爐旁邊布置的有再循環(huán)式抽煙機(jī)35，沿著抽煙機(jī)加熱煙道氣在壓力下進(jìn)入磨碎機(jī)(圖中未示出)。再循環(huán)式抽煙機(jī)35用套管36與供給等離子體發(fā)生器4的氣體而用的連接管相連接。
裝置操作方法如下火焰從裝置34進(jìn)入鍋爐燃燒器(圖上畫的只有其側(cè)面5)。加熱的廢氣被再循環(huán)式抽煙機(jī)35抽吸并沿套管36進(jìn)入電弧等離子體發(fā)生器4。
由于加熱煙道氣的使用，可燃?xì)獾陌l(fā)熱量和溫度提高。由于煙道氣含有各類微元素，活性中心的數(shù)量增加。這樣可以得到穩(wěn)定流反應(yīng)能力的顯著提高。
所提議的辦法和裝置的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效率在于發(fā)電站熱力部分的簡(jiǎn)化和不完全燃燒的降低。說明此裝置效率的數(shù)據(jù)由下面圖表綜合說明裝置方案 煤揮發(fā)物等離子體 重油消耗 向燃燒室提 煤炭的不產(chǎn)生率 發(fā)生器功 量 供煤的管線 完全燃燒率 公斤/小時(shí)的數(shù)量 率百分比千瓦1號(hào)例子 35 65 0 1 1.5裝置2號(hào)例子 35 0 6.751 2.5裝置3號(hào)例子 21.8120 0 1 2.5裝置4號(hào)例子 21.80 5.251 3.5裝置5號(hào)例子 4 360 0 1 3裝置6號(hào)例子 4 0 40.51 5裝置7號(hào)例子 4 360 0 1 5裝置從圖表中可以看到本發(fā)明中煤的不完全燃燒率為1.5-5％，取決于燃料質(zhì)量。在常用的裝置中煤的不完全燃燒率特別高。如所提議的裝置將可燃重油火焰作為高溫流，液體燃料消耗量就等于上述重油5.25-40.5公斤/小時(shí)，比常用工藝使用的油消耗量顯著減少。所提議的發(fā)明也允許以一條固體燃料供給線代替在PCT/F I 90/00012申請(qǐng)中描述的技術(shù)方案的兩條供給線并且保障煤混合氣流在鍋爐整體燃燒器之內(nèi)分開同時(shí)從其中分出含最大尺寸的煤粒子高度集中的穩(wěn)定流。
所提議的裝置補(bǔ)充優(yōu)點(diǎn)是利用煙道氣作為產(chǎn)生等離子體的氣體，使穩(wěn)定流反應(yīng)能力增加的辦法，而提高經(jīng)濟(jì)效率。
另外，此發(fā)明在用燃料氣化產(chǎn)物的恢復(fù)氣通過連接混合氣加熱小室的空腔處和等離子體發(fā)生器靠陰極的空腔處的兩條套管再循環(huán)時(shí)保障裝置的熱效率提高，也有效地保障陰極不受氧化氣的影響。
權(quán)利要求
1.一種劣質(zhì)煤炭點(diǎn)燃和燃燒穩(wěn)定化的方法，包括形成煤混合氣主流和穩(wěn)定流，產(chǎn)生高溫流把加熱的高溫流和穩(wěn)定流混合，將所產(chǎn)生的加熱的混合氣供給主流用產(chǎn)生的煙道氣使其點(diǎn)燃，此方法特征如下穩(wěn)定流形成的方法是從最大尺寸煤粒子及高燃料濃度區(qū)的混合氣主流中分離出來，形成穩(wěn)定流，而且將剩余部分作為主流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于穩(wěn)定流的制造是向混合氣主流周邊帶提供沿離心-重力分離的曲線軌道燃燒。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于用分出的穩(wěn)定流補(bǔ)充旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于穩(wěn)定流形成的方法是在離心分離器作用下主流旋轉(zhuǎn)，并從旋轉(zhuǎn)流的周邊區(qū)選擇煤混合氣得到穩(wěn)定流。
5.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3或4的方法，其特征在于用離子流作為高溫流。
6.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3或4的方法，其特征在于將燃燒液體燃料時(shí)得到的流作為高溫流。
7.根據(jù)權(quán)利要求1，2，3或4的方法，其特征在于將燃燒氣體燃料時(shí)得到的流作為高溫流。
8.根據(jù)權(quán)利要求5的方法，其特征在于作為產(chǎn)生等離子體的氣體是分離的煙道氣的部分。
9.一種用于劣質(zhì)煤炭點(diǎn)燃和燃燒穩(wěn)定化的設(shè)備，包括為供給混合氣的主流而用的管道、二次空氣的供給連接管、混合氣穩(wěn)定流的加熱室和高溫流的發(fā)生器，它不同于混合氣穩(wěn)定流加熱室的形式，該形式具有用傾斜的部分連接傾斜的和水平的部分的筒式單向曲線管道模樣，以及高溫流發(fā)生器位于曲線部分，而且發(fā)生器的中心線位于水平部分中心線以下，并與它平行。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，其特征在于在單向管道的水平段內(nèi)裝有水平隔板，并位于這段的中心線以上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的裝置，其特征在于在管道的曲線部?jī)?nèi)有曲線的插入，這個(gè)插入物和管壁之間有環(huán)形間隙。
12.用于劣質(zhì)煤炭點(diǎn)燃和燃燒穩(wěn)定化的裝置，具有供給混合氣主流用的管道、二次空氣的供給連接管、混合氣穩(wěn)定流的加熱室和高溫流發(fā)生器，其特征在于，混合氣體穩(wěn)定流加熱室是用具有蝸形輸送器的筒形室制作的，高溫流發(fā)生器位于蝸形輸送器的筒形室端面上并且蝸形輸送器轉(zhuǎn)接到與混合氣的主流進(jìn)入管道成角度的管道內(nèi)，管道裝備有可調(diào)整隔板，穩(wěn)定流加熱室出口與主流進(jìn)入管道出口對(duì)頭接合。
13.用于劣質(zhì)煤炭點(diǎn)燃和燃燒穩(wěn)定化的裝置，具有高溫流發(fā)生器，它在混合氣穩(wěn)定流加熱室的出口處與供給管道相連，供給主流室和為供給二次空氣連接管，其特征在于，穩(wěn)定流加熱室位于在其有蝸形輸送器的形狀的供給主流室里面，供給穩(wěn)定化流的連接管由扁平側(cè)壁的裂口管道而制作的，其進(jìn)入的端面位于供給主流室外面的區(qū)域。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13之一的裝置，其特征在于用等離子體發(fā)生器作為高溫流發(fā)生器。
15.根據(jù)權(quán)利要求9至13之一的裝置，其特征在于用具有供給空氣連接管的重油噴射器作為高溫流發(fā)生器。
16.根據(jù)權(quán)利要求9至13之一的裝置，其特征在于用氣體燃燒器作為高溫流發(fā)生器。
17.根據(jù)權(quán)利要求13或14的裝置，其特征在于最少有兩個(gè)小管將等離子體發(fā)生器陰極和陰極冷卻器內(nèi)側(cè)壁造成的空腔處和混合氣加熱室的空腔處聯(lián)接。
全文摘要
本發(fā)明屬于動(dòng)力工程領(lǐng)域，可用來點(diǎn)燃劣質(zhì)煤炭并使其燃燒穩(wěn)定化。根據(jù)發(fā)明，為燃燒而供給的燃料形成兩條流穩(wěn)定流和主流；穩(wěn)定流是從主流的大尺寸煤粒子和燃料最大濃度區(qū)域中分出來的。燃料剩下來的部分就用作主流，上述區(qū)域是用沿著離心—重力的分離曲線軌道，或者沿離心分離使它旋轉(zhuǎn)的曲線軌道供給燃料而造成的。穩(wěn)定流用高溫度流(即等離子體流，或者在燃燒液體或氣體燃料而產(chǎn)生的高溫度流)加熱，揮發(fā)物流出和部分燃料氣化同時(shí)發(fā)生。此后穩(wěn)定流使混合氣主流點(diǎn)燃。用所提議的辦法可以使煤混合氣受到有效的熱化學(xué)處理，因此可以大大提高劣質(zhì)煤炭反應(yīng)能力使其完全燃燒。上述三種裝置方案，可以實(shí)現(xiàn)發(fā)明所提議的辦法。
文檔編號(hào)F23Q13/00GK1160439SQ95195427
公開日1997年9月24日 申請(qǐng)日期1995年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月1日
發(fā)明者易卜拉耶夫·紗米里·紗氏易烏里, 美色爾樂·偉拉吉米爾·葉夫列摸尾切, 薩吉波夫·薩爾科氏·北可摸圍其, 塞提摸夫·圖爾斯別克·摸爾大合滅托偉其 申請(qǐng)人:哈薩克斯坦動(dòng)力研究所, 易卜拉耶夫·紗米里·紗氏易烏里, 薩吉波夫·薩爾科氏·北可摸圍其, 美色爾樂·偉拉吉米爾·葉夫列摸尾切, 塞提摸夫·圖爾斯別克·摸爾大合滅托偉其, 阿里亞洛夫·必爾列斯別克·卡泥葉偉其, 烏撒切夫·偉克托爾·偉拉吉米洛衛(wèi)其