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CN111706854B - 一种旋风炉低NOx掺烧气化残炭的系统 - Google Patents

一种旋风炉低NOx掺烧气化残炭的系统 Download PDF

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CN111706854B CN202010501976.2A CN202010501976A CN111706854B CN 111706854 B CN111706854 B CN 111706854B CN 202010501976 A CN202010501976 A CN 202010501976A CN 111706854 B CN111706854 B CN 111706854B
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Abstract

本发明公开了一种旋风炉低NOx掺烧气化残炭的系统，在旋风筒中心布置水冷管簇并敷设耐火材料用来形成液态渣膜，提高旋风炉捕渣率并捕捉气化残炭附壁燃烧；中心水冷管簇外壁布置管套，中心给粉套管套贯穿燃烧器并延伸至中心水冷管簇中部液态渣膜开始形成区域，气化残炭经过中心给粉套管套预热后被集中送入旋风筒高温区；通过空气膜分离器生成高氧浓度气流送入中心给粉套管帮助气化残炭着火和燃烧，其生成的低氧浓度气流补充二次风，使旋风筒形成深度空气分离效果降低燃料NOx生成量；将冷却液态熔渣生成的蒸汽和渣水用于制粉系统提高旋风炉能量利用效率。本发明可以实现气化残炭在旋风炉高效低NOx燃烧，并提高旋风炉捕渣率和能量利用效率。

Description

一种旋风炉低NOx掺烧气化残炭的系统
技术领域
本发明属于火力发电节能减排领域，具体涉及一种旋风炉高效低NOx掺烧气化残炭的系统，适用于对煤炭气化过程中产生的灰渣进行回收利用。
背景技术
煤气化工艺是对煤炭清洁高效利用的技术，目前在煤炭利用方面占有很大市场，但受限于工艺原理使煤气化过程产生了大量未燃尽的残炭，解决气化残炭难以利用的问题对煤气化工艺的发展有很大意义。
气化残炭相比原煤具有更细的粒径、较高的灰分含量和超低的挥发分含量，且在燃烧时存在较高的惰性和NOx转化率，在一般旋风锅炉进行燃烧时虽然灰分影响不大，且能满足其燃烧温度，但是较细的粒径导致其在旋风筒内停留时间短难以燃尽，此外如何降低旋风炉的 NOx排放量也成为新的问题。
发明内容
本发明目的是提供一种旋风炉高效低NOx掺烧气化残炭的系统，该系统采用旋风炉掺烧气化残炭，通过改变旋风筒内水冷壁布置方式、进气、进料方式等措施形成深层空气分级效果和旋风筒中心壁面吸附条件，达到气化残炭在旋风炉内附壁高效燃烧及降低旋风筒内燃料 NOx生成的效果，同时将旋风炉液态排渣余热用于燃料制粉系统，从而达到旋风炉节能减排的效果。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种旋风炉高效低NOx掺烧气化残炭的系统，包括空气压缩机、燃烧器、空气膜分离器、中心给粉套管套、旋风筒、中心水冷管簇、二次燃烧室和旋风炉液态熔渣余热利用系统；旋风炉液态熔渣余热利用系统包括粒化水箱、分离器、干燥室、磨煤机、流化床干燥器、除尘器和煤仓；其中，
中心水冷管簇布置在旋风筒中心，其上下端口与旋风筒内壁水冷壁连接，外部敷设耐火材料，中心给粉套管套设置在中心水冷管簇外，其贯穿旋风炉燃烧器并延伸至中心水冷管簇外壁液态渣膜开始形成的位置，中心给粉套管套入口为气化残炭风粉入口，燃烧器入口为旋风炉原燃料的一次风粉入口，空气压缩机入口为一次风入口，其出口与空气膜分离器连接，空气膜分离器出口分别与二次风入口、气化残炭风粉入口连接；
旋风筒底部设有灰渣出口，灰渣出口连接粒化水箱，粒化水箱设置冷却水入口、渣水和低温蒸汽出口，粒化水箱的蒸汽出口连接旋风炉的二次燃烧室中部加热管道，其渣水出口连接分离器，分离器液体出口连接干燥室，干燥室入口为原煤入口，干燥室出口连接磨煤机，磨煤机出口连接流化床干燥器，二次燃烧室加热管道出口连接流化床干燥器，流化床干燥器出口连接煤仓和除尘器，除尘器出口连接煤仓和干燥室，干燥室汽水混合物出口连接粒化水箱冷却水入口。
本发明进一步的改进在于，空气膜分离器出口连接二次风入口的管道上设置有流量阀。
本发明进一步的改进在于，该系统在原旋风炉燃烧器送燃料的基础上增加气化残炭风粉入口，气化残炭从中心给粉套管套直接送入旋风筒温区。
本发明进一步的改进在于，旋风炉中心设置中心水冷管簇并敷设耐火材料，一方面在中心给粉套管套中通入气化残炭促使得中心水冷管簇捕捉细颗粒燃料形成液态渣膜，另一方面液态渣膜捕捉包含气化残炭在内的细颗粒燃料提高旋风炉捕渣率和燃烧率。
本发明进一步的改进在于，冷却液态熔渣产生的蒸汽经旋风炉二次燃烧室加热为过热蒸汽，并通过流化床干燥器干燥粉煤，干燥后的低温蒸汽与粒化水箱分离出来的低温水在干燥室混合并与原煤进行换热，初步烘干后的原煤经磨煤机粉碎后送入流化床干燥器干燥而后进入煤仓，干燥室出口的低温汽水混合物送入粒化水箱循环使用，一方面在制粉过程利用了熔渣余热提高了旋风炉能量利用效率，另一方面使熔渣冷却水循环使用减少了水资源损失。
本发明进一步的改进在于，通过空气膜分离器生成高氧浓度气流送入旋风筒的中心给粉套管，帮助气化残炭着火燃烧并促使中心水冷管簇外壁生成稳定液态渣膜；空气膜分离器生成的低氧浓度气流补充入旋风炉二次风入口，使旋风筒中心给粉套管出口以上炉膛相比下部炉膛氧气浓度更低；旋风炉燃烧器一次风氧气浓度不变保证燃料着火；结合燃尽风量的控制，使旋风筒上部过量空气系数低于0.7，旋风筒下部过量空气系数为0.7～0.8，二次燃烧室内过量空气系数为1.2，使燃料在深度空气分级方式下燃烧，降低旋风炉燃料的NOx生成量；其次通过将气化残炭和原燃料分开送入炉膛不同位置降低旋风炉入口燃烧温度，降低燃料的热力型NOx生成量。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种旋风炉高效低NOx掺烧气化残炭的系统，采用深入旋风筒的中心给粉套管对气化残炭进行预热，使气化残炭在高氧浓度气流携带下集中送入旋风筒高温区燃烧，通过旋风筒中心给粉套管上形成的液态渣膜捕集气化残炭，从而增加气化残炭在高温区的停留时间使气化残炭高效燃烧。
进一步，旋风筒中心敷设耐火材料的水冷管簇可以形成液态渣膜，不仅可以捕捉气化残炭，还能捕捉旋风筒内小颗粒燃料提高旋风炉捕渣率。
进一步，通过空气膜分离器形成的高氧浓度气流送入旋风筒中心给粉套管可以促进气化残炭着火及燃烧、帮助旋风筒中心给粉套管形成液态渣膜，其形成的低氧浓度气流通入旋风炉二次风入口可以降低旋风筒上部氧气浓度，但保证旋风筒整体氧气浓度不变，使旋风筒内上下部形成深度空气分级效果，降低旋风筒内燃料的NOx生成率，达到旋风筒减排的效果，相比旋风筒侧壁从上至下均匀补充二次风，本发明的配风方式的不同之处是通过调整配风中氧气浓度来改变旋风筒不同部位过量空气系数，对旋风筒内壁渣膜影响较小，可以使旋风筒上部低氧浓度区域范围增大，所达到的空气分级效果更好且更有利于气化残炭的燃烧。
进一步，粒化水箱中冷却液态熔渣产生的蒸汽在二次燃烧室中进行加热，形成的过热蒸汽是一种性价比很高的流化床干燥器热源，同时将干燥后的低温蒸汽与分离渣水产生的低温水混合用来烘干原煤，可以进一步提高旋风炉余热利用率，最后将原煤干燥室出口的低温汽水混合物通入粒化水箱进行循环利用可以提高旋风炉的水资源利用率。
进一步，流量阀可以调节进气流量，保证旋风筒内旋转流场和气化残炭的燃烧效果，同时控制旋风筒内氧气分布状况降低燃料的NOx生成量。
进一步，旋风炉液态熔渣利用系统采用渣水分离器分离出熔渣，可以保证参与制粉系统换热介质的纯净度。
综上所述，本发明通过改变旋风炉的水冷壁布置方式、配风方式、送料方式以及粒化水箱中蒸汽及渣水的利用方式，可以针对气化残炭粒径小的特点，使气化残炭在旋风炉中能高效燃烧，不仅可以解决气化残炭的利用问题，同时可以提高旋风炉捕渣率、能量利用效率和降低其氮氧化物排放量。
附图说明
图1为本发明一种旋风炉高效低NOx掺烧气化残炭系统的结构示意图；
图2为本发明旋风炉液态熔渣余热利用系统的流程图。
附图标记说明：
1-空气压缩机；2-燃烧器；3-空气膜分离器；4-中心给粉套管套；5-流量阀；6-旋风筒；7- 中心水冷管簇；8-粒化水箱；9-二次燃烧室；
A-一次风入口；B-气化残炭风粉入口；C-一次风粉入口；D-二次风入口；E-燃尽风入口； F-烟气出口。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
如图1和图2所示，本发明提供的一种旋风炉高效低NOx掺烧气化残炭的系统，包括空气压缩机1、燃烧器2、空气膜分离器3、中心给粉套管套4、流量阀5、旋风筒6、中心水冷管簇7、二次燃烧室9和液态熔渣余热利用系统；旋风炉液态熔渣余热利用系统包括粒化水箱8、分离器、干燥室、磨煤机、流化床干燥器、除尘器和煤仓。
其中，空气压缩机1出口连接空气膜分离器3入口，空气膜分离器3的低氧浓度气流出口与旋风筒二次风入口D连接，高氧浓度气流出口与中心给粉套管套4入口连接，流量阀5布置在空气膜分离器3的出口管道上；中心水冷管簇7布置在旋风筒6的中心，其上下部端口与旋风筒6内侧水冷壁联通；中心给粉套管套4贯穿旋风炉燃烧器2并延伸至中心水冷管簇7的中部；粒化水箱8布置在旋风筒6的下部，粒化水箱8设置冷却水入口、渣水和低温蒸汽出口，低温蒸汽通过二次燃烧室9加热至过热蒸汽用于旋风炉液态熔渣余热利用系统。
旋风筒液态熔渣进入粒化水箱8进行冷却，产生的低温蒸汽经过旋风炉二次燃烧室9加热至过热蒸汽后通入流化床干燥器，流化床干燥器的气流出口连接除尘器入口，除尘器的粉尘出口与流化床干燥器的粉煤出口连接至煤仓，除尘器的气流出口连接至原煤干燥室换热器入口；粒化水箱8的渣水出口连接分离器，分离器的出水口连接干燥室换热器入口；干燥室汽水混合物出口连接粒化水箱8冷却水口；原煤经过干燥室干燥后送入磨煤机粉碎，磨煤机出口连接流化床干燥器颗粒相入口，粉煤经流化床干燥器干燥后进入煤仓。
结合图1和图2可以看出旋风炉高效低NOx掺烧气化残炭系统的实施过程是：
旋风炉原燃料从旋风炉一次风粉入口C进入旋风炉燃烧，气化残炭从气化残炭风粉入口 B送入旋风炉燃烧。一次风入口A连接空气膜分离器3入口，利用空气膜分离器3产生氧气浓度高低不同的助燃气流，高氧浓度气流携带气化残炭经中心给粉管套4预热后送入旋风筒 6，使气化残炭被旋风筒中心水冷管簇7上液态渣膜捕捉高效燃烧；空气膜分离器3产生的低氧浓度气流与二次风混合送入旋风炉二次风入口D，帮助旋风炉燃烧器2送入的大颗粒燃料燃烧。燃尽风通过燃尽风入口E送入二次燃烧室9帮助燃料完全燃烧。旋风炉生成的液态熔渣进入粒化水箱8中水冷，产生的低温蒸汽经二次燃烧室9加热成过热蒸汽用于流化床干燥器干燥粉煤，干燥后的低温蒸汽经除尘后通入干燥室，与粒化水箱8产生的渣水经分离器分离出的低温水一起烘干原煤，干燥室出口低温汽水返回粒化水箱8重复使用；原煤经干燥室干燥后送入磨煤机粉碎，而后经流化床干燥器干燥后送入煤仓。
本发明提出的旋风炉高效低NOx掺烧气化残炭系统的运行过程是：
气化残炭在旋风筒中心给粉套管套4中进行预热，通过空气膜分离器3产生的高氧浓度气流帮助着火和燃烧，被敷设耐火材料的中心水冷管簇7下部液态渣膜捕捉高效燃烧，旋风炉燃烧器2通入的大颗粒燃料在旋风炉一次风、空气膜分离器3产生的低氧浓度气流与空气混合形成的二次风作用下燃烧，未燃尽燃料在旋风炉二次燃烧室9中燃尽风的作用下进一步燃尽；燃料燃烧生成的灰渣进入粒化水箱8冷却并通过附图2中液态熔渣余热利用系统回收余热；燃料燃烧产生的烟气从旋风炉二次燃烧室9的烟气出口F进入锅炉尾部烟气换热区。
本发明所述实施方案，其核心思想是针对气化残炭细粒径和难燃的特点，通过采取合理的措施使其能在旋风炉中高效低NOx燃烧，具体措施包括：通过将气化残炭通入旋风筒中心给粉套管套4进行预热并集中送入旋风筒高温区；通过空气膜分离器3产生的高氧浓度气流帮助气化残炭燃烧及帮助中心水冷管簇7下部形成液态渣膜；通过中心水冷管簇7下部形成的液态渣膜捕捉气化残炭和旋风炉细颗粒燃料，帮助气化残炭附壁燃烧并提高旋风炉捕渣率；通过空气膜分离器3产生的低氧浓度气流形成旋风筒内深度空气分离系统，使旋风筒上部燃料在还原性气氛下燃烧降低旋风炉燃料的NOx生成量。
所述实施方案，通过将旋风炉中粒化水箱8冷却液态熔渣产生的蒸汽和渣水用于制粉系统，提高了熔渣余热利用率和旋风炉整体能量利用效率。
所述实施方案，可通过调整空气膜分离器3和调节流量阀5来控制旋风筒内深层空气分级效果，保证气化残炭的燃烧效果并降低旋风炉燃料的NOx生成量。
所述实施方案，在空气膜分离器3前添加空气压缩机1，以保证空气膜分离器3的工作效率。
所述实施方案，旋风炉中心给粉套管套4贯穿燃烧器2并延伸至中心水冷管簇7液态渣膜开始形成的地方，帮助中心水冷管壁面生成液态渣膜并提高气化残炭被渣膜捕捉的概率。

Claims (6)

1.一种旋风炉低NOx掺烧气化残炭的系统，其特征在于，包括空气压缩机(1)、燃烧器(2)、空气膜分离器(3)、中心给粉套管套(4)、旋风筒(6)、中心水冷管簇(7)、二次燃烧室(9)和旋风炉液态熔渣余热利用系统；旋风炉液态熔渣余热利用系统包括粒化水箱(8)、分离器、干燥室、磨煤机、流化床干燥器、除尘器和煤仓；其中，
中心水冷管簇(7)布置在旋风筒(6)中心，其上下端口与旋风筒(6)内壁水冷壁连接，外部敷设耐火材料，中心给粉套管套(4)设置在中心水冷管簇(7)外，其贯穿旋风炉燃烧器(2)并延伸至中心水冷管簇(7)外壁液态渣膜开始形成的位置，中心给粉套管套(4)入口为气化残炭风粉入口(B)，燃烧器入口为旋风炉原燃料的一次风粉入口(C)，空气压缩机(1)入口为一次风入口(A)，其出口与空气膜分离器(3)连接，空气膜分离器(3)出口分别与二次风入口(D)、气化残炭风粉入口(B)连接；
旋风筒(6)底部设有灰渣出口，灰渣出口连接粒化水箱(8)，粒化水箱(8)设置冷却水入口、渣水和低温蒸汽出口，粒化水箱(8)的蒸汽出口连接旋风炉的二次燃烧室(9)中部加热管道，其渣水出口连接分离器，分离器液体出口连接干燥室，干燥室入口为原煤入口，干燥室出口连接磨煤机，磨煤机出口连接流化床干燥器，二次燃烧室(9)加热管道出口连接流化床干燥器，流化床干燥器出口连接煤仓和除尘器，除尘器出口连接煤仓和干燥室，干燥室汽水混合物出口连接粒化水箱(8)冷却水入口。
2.根据权利要求1所述的一种旋风炉低NOx掺烧气化残炭的系统，其特征在于，空气膜分离器(3)出口连接二次风入口(D)的管道上设置有流量阀(5)。
3.根据权利要求1所述的一种旋风炉低NOx掺烧气化残炭的系统，其特征在于，该系统在原旋风炉燃烧器送燃料的基础上增加气化残炭风粉入口(B)，气化残炭从中心给粉套管套(4)直接送入旋风筒(6)高温区。
4.根据权利要求1所述的一种旋风炉低NOx掺烧气化残炭的系统，其特征在于，旋风炉中心设置中心水冷管簇(7)并敷设耐火材料，一方面在中心给粉套管套(4)中通入气化残炭促使得中心水冷管簇(7)捕捉细颗粒燃料形成液态渣膜，另一方面液态渣膜捕捉包含气化残炭在内的细颗粒燃料提高旋风炉捕渣率和燃烧率。
5.根据权利要求1所述的一种旋风炉低NOx掺烧气化残炭的系统，其特征在于，冷却液态熔渣产生的蒸汽经旋风炉二次燃烧室(9)加热为过热蒸汽，并通过流化床干燥器干燥粉煤，干燥后的低温蒸汽与粒化水箱(8)分离出来的低温水在干燥室混合并与原煤进行换热，初步烘干后的原煤经磨煤机粉碎后送入流化床干燥器干燥而后进入煤仓，干燥室出口的低温汽水混合物送入粒化水箱(8)循环使用，一方面在制粉过程利用了熔渣余热提高了旋风炉能量利用效率，另一方面使熔渣冷却水循环使用减少了水资源损失。
6.根据权利要求1所述的一种旋风炉低NOx掺烧气化残炭的系统，其特征在于，通过空气膜分离器(3)生成高氧浓度气流送入旋风筒的中心给粉套管(4)，帮助气化残炭着火燃烧并促使中心水冷管簇(7)外壁生成稳定液态渣膜；空气膜分离器(3)生成的低氧浓度气流补充入旋风炉二次风入口(D)，使旋风筒中心给粉套管(4)出口以上炉膛相比下部炉膛氧气浓度更低；旋风炉燃烧器(2)一次风氧气浓度不变保证燃料着火；结合燃尽风量的控制，使旋风筒(6)上部过量空气系数低于0.7，旋风筒(6)下部过量空气系数为0.7～0.8，二次燃烧室(9)内过量空气系数为1.2，使燃料在深度空气分级方式下燃烧，降低旋风炉燃料的NOx生成量；其次通过将气化残炭和原燃料分开送入炉膛不同位置降低旋风炉入口燃烧温度，降低燃料的热力型NOx生成量。
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