煤粉熱風爐燃燒爐系統(tǒng)的設計

1、煤粉熱風爐（燃燒爐）系統(tǒng)的設計1前言煤粉熱風爐系統(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 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) 的結構簡單、緊湊、操作容易，能適應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；設備投資少，運行成本低，深受用戶好評?，F(xiàn)將該系統(tǒng)的基 本結構及工作原理介紹如下，供同行參考。2煤粉熱風爐系統(tǒng)的總體結構設計2.1 工藝流程的確定根據生產實際需要，我們確定如下的工藝流程：安逸拄度 > 的k1 *煤粉熱風爐工藝流程2.2 總體結構設計其工作原理如下：按工藝流程設計的系統(tǒng)總體結構如圖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#風扇式磨煤機煤斗連通，煤量可自動補充。當系統(tǒng)運行時，風 扇式磨煤機將煤磨成粒度< 120目的煤粉，用自身產生的一次風通過6#煤管自動 輸往7#燃燒器；煤粉在燃燒器內經高溫燃燒和氣化反應后，以半氣化狀態(tài)噴入 10#熱風爐內實現(xiàn)完全燃燒；燃燒過程產生的煤灰，部分由11#排渣機構自行排出，部分隨煙氣經12#熱風除塵器排出，還有少量隨煙氣進入干燥塔內。圖中13# 排煙裝置僅用于爐子冷態(tài)點火過程的短暫排煙。對粉熱風爐系統(tǒng)的重要結構部分，現(xiàn)分別介紹如下。2.2.1 預燃式燃

3、燒器預燃式燃燒器的結構、它是高速燃燒器的一種。具有一個燃燒效率較高的 預燃室，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)供給的一次風和煤粉，通過燃燒器的蝸殼旋流， 在預燃室內強烈旋轉；來自高壓助燃風機的二次風，經過燃燒器的分配閥，分成 切線風和直線風；切線風進入預燃室，與一次風和煤粉充分混合并加大其旋流強 度，在預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，形成1200C。左右的半煤氣化混合物噴入爐內，直線風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。預燃式燃燒器在工業(yè)應用中與半工業(yè)性試驗的結果是不完全一樣的.因為半工業(yè)試驗的爐膛內是常壓條件， 而工業(yè)實際應用中，為了抽送燃氣，爐膛內往 往形成一定負壓。當爐膛負壓大于燃燒器預燃室內形成回流區(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 干燥器上的實際應用中，我們針對上述情況，將熱風爐系統(tǒng)局部結構作了調整， 同時，改變預燃式燃燒器的控制，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，熱風爐系統(tǒng)與干燥 塔熱風管的通道同時關閉；啟動磨煤機和助燃風機，熱風爐自成系統(tǒng)運

5、行。此時 爐膛內為常壓。用油棉紗在燃燒器內引火，煤粉能在幾十秒鐘內點燃，并在預燃 定內強烈燃燒；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，干燥塔熱風管接通，在主排風機的作用下，爐膛內形成負壓，燃燒立即自 動從燃燒器的預燃室內轉入爐膛內，此時燃燒器是將高速旋轉的霧狀煤粉噴人熾 熱的爐堂內懸浮燃燒，并以這種燃燒方式持續(xù)運行。熱風爐暫停后的熱態(tài)點火， 也是采用這種燃燒方式。此時，不用再在預燃室內點火。只須通過燃燒器將煤粉 噴入爐內即可使爐溫迅速回升。預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煤粉熱風妒受燃燒器火焰長度等的限制，我們設計的 4000型以下的煤粉熱風爐均采 用臥式結構，爐內設有三個室：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。室內設計有足夠的燃燒空問；空氣過剩系數(shù) a設計在1.52.0范圍任何調節(jié)，使室內始終保 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。爐內結構設計，決定了主燃燒室的火

7、焰流只能經 90。轉向，分成兩股進入副燃燒 室，使燃料在爐內逗留時間加長，并加強了氣體擾動和空氣助燃作用. 使燃燒更 為完全。該室設計空間不大，主要是避免因局部氣流不暢。導致溫度過高，造成 結渣。3）混合室。以副燃燒室出來的1000c以上的燃氣，在此與配風機輸送的冷風混合， 變成干燥器所需的進風溫度后，送入熱風管路?；旌鲜胰莘e應適當大。我們在設 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，為了加強爐內氣體的攪動，提高燃燒效率，在爐風還沒有爐膛二次 風裝置。由高壓風機分出的二次風，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。爐膛二次風的設置

8、，使爐膛風氣體發(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。爐膛二次風的設置，也是控制和提高空氣過剩系數(shù) a的有效手段， 使揮發(fā)物和不完全燃燒產物達到完全燃燒。3排渣結構在煤粉熱風爐系統(tǒng)設計上，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 熱風爐運行中，爐膛內生成的爐渣數(shù)量及其排除方式， 直接影響系統(tǒng)工作的連續(xù) 性。因此，爐體結構設計著重考慮的是減少爐內熔渣的形成，其次是排渣結構。影響爐膛結渣的主要因素，除了前面提到的爐膛本身結構以外，還有爐溫、 煤的灰熔點和煤灰在爐膛內的停

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，故在爐風結構研究上，主要集中在：降低灰渣溫度；減短灰渣在爐內的停留時間。煤粉熱風爐的設計溫度可以達到1300c以上，通?？刂圃?200c以下， 由于高溫集中在主、副燃燒室，因此結渣主要形成在這里，在煤粉熱風爐研制初 期，由于對煤粉燃燒的結渣量和溶渣程度分析不足， 在結構設計上采用的是爐門 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 排渣結構，從根本上解決了上述問題。圖 3為其結構示意圖

10、。渣斗的出渣口設在副燃燒室下部,此處為爐膛灰渣集中的地方。爐內主 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。該結構熱風爐的混合室容腔較大， 燃氣至此流速減緩，在與冷 風混合過程中，部分沉降的飛灰可進入渣斗排出； 主燃燒室不設法斗，不設置吹 風降溫裝置，一方面是為了確保主燃燒室內燃燒溫度穩(wěn)定和提高煤粉的燃凈率， 另一方面。建立起底部沿壁風，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 內空氣過剩系數(shù)a,降低CO值，減緩爐膛內的結焦。此外，為了提高吹渣效率， 主燃燒室底部設計成向渣斗傾斜，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構的設計也直接影響爐內結渣，當使用兩個以上燃燒器時，設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,容易結成熔渣，在實際應用中，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。爐膛局部結構設計上，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，避免在這些地方產生渦流，使局部溫度過高產生熔渣。另外，針對熱風可能會因操作失誤偶爾出現(xiàn)塊狀結渣不能自行排出的情 況.特在渣斗進口處設有人工振打機構， 各爐室亦設有出渣爐門，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，嚴重影響陶瓷粉料的質

13、量。因此，煙塵處理是煤粉熱風爐系統(tǒng) 設計中必須解決的問題。我們?yōu)?000型和3200型煤粉熱風爐系統(tǒng)設計的由排煙 裝置的熱風除塵器組成的煙塵處理系統(tǒng)，經實踐驗證，是一種比較成功的結構。1）排煙裝置排煙裝置是為了排除煤粉熱風爐冷態(tài)點火和非正常燃燒時煙氣中含有的 煤粉而設置的。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型煤粉熱風爐系統(tǒng)為例，它配有兩個 YRM-3501預燃式燃燒器，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。根據實測 推算，其中燃燒掉的和從渣斗排出的約占 80%其余進入煙道。如果不設排煙裝 置，這些粒度4120目的煤粉在短時間內集中進入干燥塔，其對陶瓷粉料污染是 非常重要的。排煙裝置是在煤粉熱風爐的混合室上部設置的，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，必須關閉熱風管的進風通道；同樣，在煤粉熱風爐下沉運行時，為了防止熱風從煙囪外漏，也 必須關閉排煙通道。在排煙裝置中，充當這一任務的是煙氣切換閥門。 其工作原 理是，當煤粉熱風爐冷態(tài)點火時，人工放下閥板，關閉熱風管進口。此時，煤粉 熱

15、風爐與干燥塔隔離，自成系統(tǒng)運行，點火時黑煙從煙囪排出；當熱風爐點火成 功，爐內煤粉燃燒正常，煙囪無黑煙排出時，拉起閥板，煙囪被關閉，熱風轉換 路徑，經熱風管進入干燥塔。煙氣切換閥門盡管結構簡單，但它卻是系統(tǒng)中減少煙塵對干燥粉料影響的 關鍵設備。它的合理設計，使煤粉熱風爐系統(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)熱風除塵器的設置煤粉熱風爐正常燃燒時，爐風煤粉在燃燒器一、二次旋轉風和爐膛二次風 的強勁攪動下，迅速燃燒成灰燼。其中相對較小顆粒在配風和抽風的共同作用下， 以懸浮狀態(tài)隨煙氣進入熱風管道。熱風除塵器的設置是為了減少進入干燥塔內的 這部分灰量，使其對產品的影響降

16、到最低點。根據煤粉爐煙塵的顆粒分散度和雙級旋風除塵器分類凈化度的有關資料 以及實測數(shù)據計算，噴霧干燥器系統(tǒng)正常運行時，煤粉熱風爐中的煤灰約有25%隨熱風進入煙道，熱風除塵器可除去其中的 60%Z上，化驗數(shù)據表明，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?？梢姡瑹犸L除塵器不但可除去熱 風中大部分飛灰，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。熱風除塵器設置在干燥塔的熱風管路中間， 因此對其保溫旋熱性有很高的 要求。盡管它的設置會增加設備投資成本并帶來一些熱損失，但它使產品質量提 高帶來的效益，足以彌補這一缺陷。3、經濟效益國內現(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。它們之間在設備投