粉狀燃料自預熱裝置和方法、粉狀燃料燃燒鍋爐系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及燃燒技術領域，特別是一種粉狀燃料自預熱方法和裝置以及利用該粉狀燃料自預熱裝置的粉狀燃料燃燒鍋爐系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]煤粉電站鍋爐是中國火力發(fā)電的主要方式，2013年，燃煤火電裝機容量超過7.6億千瓦，發(fā)電量達37866億千瓦時，占總供電能力的80%以上。然而，低負荷條件下，煤粉電站鍋爐常需要投油助燃，低負荷穩(wěn)定燃燒能力差。此外，揮發(fā)分低于10%的無煙煤、半焦等燃料，存在著火困難、穩(wěn)燃特性差和燃燒效率低等主要問題。實現(xiàn)燃料特別是低揮發(fā)分燃料變負荷的高效穩(wěn)定燃燒，是煤粉高效燃燒技術遇到的主要困難。
[0003]CN102032564A公開了一種利用在燃燒器前設置等離子體或小型油槍方法，持續(xù)預熱煤粉，預熱的煤粉再送入燃燒室燃燒；煤粉預熱溫度超過800°C，預熱的煤粉送入燃燒室后不存在著火穩(wěn)定性和燃盡性問題，且負荷調(diào)節(jié)范圍寬。但該方法需要外部熱源持續(xù)加熱煤粉，增加了系統(tǒng)的復雜性。
[0004]CN 1082164A公開了一種流化床煤粉預燃加熱燃燒器，在煤粉一次風噴口外設置一小型流化床煤粉預燃加熱室，以期燃用難燃煤種，并解決煤粉鍋爐低負荷下通常需要助燃的問題。由于加入預燃加熱室的煤粉將被流化風直接向上輸送至燃燒室出口，無法在加熱室底部形成熾熱的密相區(qū)，因此很難提供高溫的煤粉。
[0005]CN 101158468A公開了一種煤粉高溫預熱方法，煤粉從循環(huán)流化床燃燒室中下部加入，從其底部通入空氣，通過煤粉部分燃燒放熱，將煤粉預熱到800°C以上。由于煤粉電站鍋爐的送粉系統(tǒng)采用一次風攜帶煤粉形成風粉混合物噴入鍋爐燃燒器，因此該方法無法與現(xiàn)有電站鍋爐送粉系統(tǒng)對接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種粉狀燃料自預熱裝置及方法，可用于粉狀燃料、特別是低揮發(fā)分煤粉及其它低揮發(fā)分粉狀燃料的高效、穩(wěn)定燃燒。
[0007]本發(fā)明的技術方案如下:
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個方面的實施例，提出了一種粉狀燃料自預熱裝置，包括:循環(huán)流化床預熱室，設置有預熱室出口和返料口 ；分離器，與預熱室出口相通；返料器，與返料口相通；錐形部，錐形部的頂部大于錐形部的底部，錐形部的頂部端緣與預熱室的底部端緣在形狀上相配合而彼此相接；以及風粉輸送管，與錐形部的底部相通，用于經(jīng)由錐形部向預熱室內(nèi)輸送粉狀燃料和一次風，其中，粉狀燃料適于在預熱室中部分燃燒而放熱。
[0009]可選地，風粉輸送管的輸送通道的尺寸與錐形部的底部的通道的尺寸相同。
[0010]可選地，在上下方向的投影中，錐形部的底部的投影位于錐形部的頂部的投影的中心。
[0011]可選地，所述預熱室的從預熱室的底部到頂部的整個內(nèi)部空間構造為粉狀燃料的循環(huán)流化空間。
[0012]可選地，所述預熱室的從預熱室的底部到頂部的橫截面的形狀和面積保持不變。
[0013]可選地，風粉輸送管與預熱室的橫截面積之比為1: 10?1: 30。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的實施例，提出了一種粉狀燃料燃燒鍋爐系統(tǒng)，包括:粉狀燃料燃燒鍋爐，具有爐膛；和上述的粉狀燃料自預熱裝置，其中:分離器的氣體出口連接有粉狀燃料出口管道，用于將預熱的粉狀燃料以及煙氣送往爐膛。所述粉狀燃料可以為煤粉。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的再一個方面的實施例，提出了一種粉狀燃料自預熱方法，包括步驟:提供循環(huán)流化床預熱室，其中，預熱室的底部設置有錐形部，錐形部的頂部大于錐形部的底部，錐形部的頂部端緣與預熱室的底部端緣在形狀上相配合而彼此相接；提供粉狀燃料與一次風的風粉混合物；以及利用風粉輸送管將風粉混合物經(jīng)由錐形部輸送到預熱室內(nèi)部，其中，粉狀燃料在預熱室中部分燃燒而放熱。
[0016]可選地，上述方法還包括步驟:控制粉狀燃料與一次風的比例為0.3?3.0kg粉狀燃料:lm3空氣，優(yōu)選為0.5?2.0kg粉狀燃料:lm3空氣。
[0017]可選地，上述方法還包括步驟:控制分離器的分離效率在80?98%之間。
[0018]可選地，上述方法還包括步驟:調(diào)節(jié)經(jīng)返料器送回預熱室的粉狀燃料與經(jīng)由風粉輸送管送入預熱室的粉狀燃料的質(zhì)量比為5?50。
[0019]可選地，上述方法中，所述粉狀燃料為煤粉。
[0020]可選地，上述方法中，所述粉狀燃料粒徑小于200 μ m。
[0021]可選地，上述方法中，風粉混合物在風粉輸送管中的流速為20?30m/s。
[0022]可選地，上述方法中，預熱室內(nèi)的風粉混合物流速高于粉狀燃料顆粒的終端沉降速度。進一步地，預熱室內(nèi)的風粉混合物的流速為1?6m/s。更進一步地，預熱室內(nèi)的風粉混合物的流速為2?3m/s。
[0023]可選地，上述方法中，分離器的氣體出口連接有粉狀燃料出口管道，用于將預熱的粉狀燃料以及煙氣引出分離器。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明的一個示例性實施例的粉狀燃料自預熱裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0025]雖然將參照含有本發(fā)明的較佳實施例的附圖充分描述本發(fā)明，但在此描述之前應了解本領域的普通技術人員可修改本文中所描述的發(fā)明，同時獲得本發(fā)明的技術效果。因此，須了解以上的描述對本領域的普通技術人員而言為一廣泛的揭示，且其內(nèi)容不在于限制本發(fā)明所描述的示例性實施例。
[0026]如圖1所示，一種粉狀燃料自預熱裝置，包括:循環(huán)流化床預熱室2，設置有預熱室出口 21和返料口 22 ;分離器3，與預熱室出口 21相通；返料器4，與返料口 22相通；錐形部6，錐形部6的頂部大于錐形部的底部，錐形部6的頂部端緣與預熱室的底部端緣在形狀上相配合而彼此相接；以及風粉輸送管1，與錐形部6的底部相通，用于經(jīng)由錐形部向預熱室內(nèi)輸送粉狀燃料和一次風，其中，粉狀燃料適于在預熱室中部分燃燒(不完全燃燒)而放熱。
[0027]可選地，風粉輸送管1的輸送通道的尺寸與錐形部6的底部的通道的尺寸相同。
[0028]可選地，在上下方向的投影中，錐形部6的底部的投影位于錐形部的頂部的投影的中心。
[0029]可選地，所述預熱室2的從預熱室的底部到頂部的整個內(nèi)部空間構造為粉狀燃料的循環(huán)流化空間。換言之，預熱室2內(nèi)為空腔結構，且不設布風板、風帽或風管等對風粉混合物的流動形成障礙的部件。
[0030]可選地，所述預熱室的從預熱室的底部到頂部的橫截面的形狀和面積保持不變。
[0031]可選地，風粉輸送管與預熱室的橫截面積之比為1: 10?1: 30。分離器形式可以為旋風分離器或慣性分離器。
[0032]需要指出的是，在本發(fā)明中，粉狀燃料可以是煤粉，也可以是半焦細粉等低揮發(fā)性燃料。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的實施例，提出了一種粉狀燃料燃燒鍋爐系統(tǒng)，包括:鍋爐，具有爐膛；和上述的粉狀燃料自預熱裝置，其中:分離器氣體出口連接有粉狀燃料出口管道，用于將預熱的粉狀燃料以及煙氣送往爐膛。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的再一個方面的實施例，提出了一種粉狀燃料自預熱方法，包括步驟:提供循環(huán)流化床預熱室，其中，預熱室的底部設置錐形部，錐形部的頂部大于錐形部的底部，錐形部的頂部端緣與預熱室的底部端緣在形狀上相配合而彼此相接；提供風粉輸送管，風粉輸送管直接連通到錐形部的底部；提供粉狀燃料與一次風的風粉混合物；以及利用風粉輸送管將風粉混合物經(jīng)由錐形部輸送到預熱室內(nèi)部，其中，粉狀燃料在預熱室中部分燃燒而放熱。
[0035]可選地，上述方法還包括步驟:控制粉狀燃料與一次風的比例為0.3?3.0kg粉狀燃料:lm3空氣，優(yōu)選為0.5?2.0kg粉狀燃料:lm3空氣。
[0036]可選地，上述方法還包括步驟:控制分離器的分離效率在80?98%之間。分離器3的分離效率在80?98%之間時，可獲得適宜的循環(huán)量。
[0037]可選的，上述方法還包括步驟:控制預熱室的溫度在800?1300°C之間。
[0038]可選地，上述方法還包括步驟:調(diào)節(jié)經(jīng)返料器送回預熱室的粉狀燃料與經(jīng)由風粉輸送管送入預熱室的粉狀燃料的質(zhì)量比為5?50。
[0039]可選地，上述方法中，所述粉狀燃料粒徑小于200 μ m。
[0040]可選地，上述方法中，風粉混合物在風粉輸送管中的流速為20?30m/s。
[0041]可選地，上述方法中，預熱室內(nèi)的風粉混合物流速高于粉狀燃料顆粒的終端沉降速度。進一步地，預熱室內(nèi)的風粉混合物的流速為1?6m/s。更進一步地，預熱室內(nèi)的風粉混合物的流速為2?3m/s。
[0042]可選地，上述方法中，分離器的氣體出口連接有粉狀燃料出口管道，用于將攜帶粉狀燃料的煙氣引出分離器。
[0043]本發(fā)明的粉狀燃料自預熱裝置可直接與煤粉鍋爐等的送粉系統(tǒng)對接，裝置結構簡單，操作簡便。
[0044]經(jīng)返料器送回預熱室的粉狀燃料成為穩(wěn)定持續(xù)的點火源。本發(fā)明的粉狀燃料自預熱裝置無需外熱源即可將粉狀燃料預熱至高溫，不存在著火穩(wěn)定性差和熄火問題，且能很好的適應鍋爐變負荷的高效燃燒問題，特別適合無煙煤等低揮發(fā)分燃料的高效、穩(wěn)定燃燒，還可適用于半焦細粉等低揮發(fā)分燃料的燃燒。
[0045]下面以煤粉為例，進一步說明根據(jù)本發(fā)明的粉狀燃料自預熱方法。
[0046]來自煤粉鍋爐制粉系統(tǒng)的粒徑小于200 μ m的煤粉與一次風混合形成的風粉混合物從循環(huán)流化床預熱室底部噴入循環(huán)流化床預熱室；風粉混合物中，煤粉與一次風的比例為0.3?3.0kg粉狀燃料:lm3空氣，優(yōu)選為0.5?2.0kg粉狀燃料:lm3空氣。在這樣的空氣、煤粉比例下，風粉輸送管內(nèi)空氣攜帶煤粉的狀態(tài)為稀相輸送，配合20?30m/s的氣流速度，可避免煤粉在風粉輸送管內(nèi)的沉積、同時防止管道的磨損；不僅如此，這樣的煤粉空氣比例還使得煤粉僅可部分燃燒，可將煤粉的燃燒份額控制在理想的范圍內(nèi)，同時又可達到預定的煤粉預熱溫度。風粉混合物噴入循環(huán)流化床預熱室后，首先與從返料器返回循環(huán)流化床預熱室的高溫物料混合，噴入循環(huán)流化床預熱室的煤粉和一次風受熱溫度上升，當煤粉溫度超過著火點時，煤粉與一次風中的氧氣發(fā)生部分燃燒反應，煤中的C向CO、C02和CH4轉化，C向C02的轉化為放熱反應，一次風與煤粉的反應過程中，一次風轉化為含有CO、
0)2和CH4的還原性煙氣。煤粉與一次風部分燃燒反應放熱，使循