一种导热油冷却式低NOx煤粉燃烧器冷却系统的制作方法

一种导热油冷却式低nox煤粉燃烧器冷却系统
技术领域
[0001]
本实用新型涉及导热油煤粉工业锅炉技术领域，尤其涉及一种导热油冷却式低nox煤粉燃烧器冷却系统。


背景技术：

[0002]
有机热载体锅炉是一种以导热油为循环介质供热的新型热能设备，以导热油为热载体，通过热油泵使热载体进行闭式循环，将热量传递给用热设备，具有高温低压的优点，同时该设备不需要水处理设备并且无蒸汽锅炉的跑、冒、滴、漏等热损失，因此，越来越多地被应用于食品、化工、防织等行业的供热设备。
[0003]
目前，燃煤有机热载体锅炉多数是以管架式链条炉为主体，由炉管与集箱组成炉膛，蛇形管组成对流受热面，导热油在炉管内强制循环流动。传统燃煤有机热载体锅炉能源利用效率较低、污染物排放难以达标。随着《锅炉大气污染物排放标准》gb13271-2014在全国范围内逐步实施后，在工业领域发挥重大作用的燃煤工业锅炉处境艰难，实现清洁排放成为锅炉行业当下急需要解决的难题。
[0004]
高效低no
x
液态排渣煤粉燃烧器作为锅炉的新型燃烧设备，抓住改善煤粉燃烧条件这个关键，把“炉”和“锅”分开来，这样可达到高温高强度燃烧，从而又可在贫氧的条件下稳定燃烧，在燃烧室内实现液态渣捕集，同时可抑制nox生成，锅炉热效率达到91％以上。锅炉不经过脱硝处理，no
x
排放值低于150mg/m3，完全能达到标准gb13271-2014规定的重点地区排放限定值。
[0005]
液排渣煤粉燃烧器作为锅炉的燃烧设备，主要完成煤粉的点燃与燃烧。由于液排渣燃烧器的高强度燃烧，其燃烧室内温度高达1500℃以上，燃烧室内炉衬结构工作环境恶劣，除了长期处于高温、强还原性气氛和高速旋转气流的冲刷环境下之外，还受到与之直接接触的熔渣侵蚀，且启炉、停炉过程存在较大的温度波动，长时间运行极易发生炉衬侵蚀烧穿现象。为实现炉衬持久稳定地工作，借鉴传统旋风炉及煤气化炉的发展经验，采用“以渣抗渣”来缓解侵蚀问题，其核心是对炉衬进行有效冷却，使炉衬壁面温度低于煤种软化温度，在其表面能够形成一层固态渣层，以提高炉衬抗侵蚀能力。
[0006]
对于现有液排渣燃烧器的冷却系统，普遍采用水冷法，如夹套式水冷法，其原理为：燃烧器外侧为双圆筒夹套空腔结构，在夹套空腔内通有强制循环的冷却水，冷却水吸热带走一部分热量，加快了燃烧器散热，冷却水与金属筒壁持续换热产生大量冷却热水。热水带走热量约占煤粉有效输入热量的10％，这部分水量和热量的合理利用对燃烧器运行状况影响很大，直接关乎锅炉运行的经济效益。对于蒸汽锅炉及热水锅炉，燃烧器冷却水可被系统本身直接利用；但对于有机热载体炉，其利用导热油作为换热载体，锅炉是以导热油循环的方式完成能量的吸收与应用，锅炉本身无汽水流程。若企业生产工艺无热水需求，大量冷却热水能量不能得到有效利用，采用水冷方式对燃烧器冷却会造成热能的极大浪费。
[0007]
为拓宽高效低nox液排渣煤粉燃烧器在有机热载体锅炉上的应用范围，本实用新型提出利用导热油来对炉衬冷却的新思路。若直接使用夹套式冷却结构，一方面，夹套式结
构承压能力差，导热油强制循环下，夹套强度不足以满足应用要求；另一方面，对于有机热载体锅炉，循环导热油流动有最低流速限制，一般辐射段管内流速不宜低于2m/s，对于对流段管内流速不宜低于1.5m/s。导热油在夹套内循环流动容易出现超温结焦，主要原因在于：(1)夹套式结构内部流通面积大且易导致导热油流速不均匀，导热油在通道内流动时有些区域流速过低：(2)夹套式壳型结构部分区域内流体易发生滞留现象，此区域导热油极易结焦变性。


技术实现要素：

[0008]
针对上述现有技术中存在的至少一种缺陷，本实用新型提供一种导热油冷却式低nox煤粉燃烧器冷却系统，以解决有机热载体锅炉燃烧器采用水冷法造成的能量浪费问题，提高锅炉能效，降低烟气污染物排放，并鉴于夹套式冷却结构不适宜用于导热油冷却方式，而采用螺旋盘管作为导热油冷却方式的基本结构，使导热油在螺旋盘管内强制循环并达到紊流状态，从而减小近壁面导热油的油膜厚度，避免超温结焦发生，保证有机热载体锅炉运行安全。
[0009]
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0010]
一种导热油冷却式低nox煤粉燃烧器冷却系统，包括燃烧器和冷却循环装置，所述燃烧器通过冷却循环装置与热用户设备连接，所述燃烧器的后端设有炉膛，所述冷却循环装置，包括回油支管、出油支管、出油总管、并联油管和螺旋盘管，所述螺旋盘管通过导热油出口依次与出油支管、出油总管、热用户设备、回油总管和回油支管相连接，所述回油支管与螺旋盘管的导热油进口连接，所述回油总管及出油总管还分别与对流段到炉膛的循环支路连接，所述出油支管中设有温度变送器。
[0011]
所述燃烧器，包括喷燃器和燃烧室，所述喷燃器通过外壳分别与喷燃器二次热风进口及燃烧室的前端面连接，所述外壳内设有钝体、点火器、喇叭体和旋流叶片，所述喇叭体的小圆端连接有穿过外壳的一次风/煤粉管，所述喇叭体大圆端连接所述燃烧室的前端，所述一次风/煤粉管通过喇叭体与燃烧室相连通，所述一次风/煤粉管的出口处设有钝体，所述喇叭体上还设有旋流叶片，所述喇叭体连接有穿过外壳的点火器。
[0012]
所述燃烧室，包括外圆筒、冷却组件、螺旋盘管、炉衬和燃烧室热风进口，所述冷却组件包括螺旋盘管、内壁面、外壁面，所述冷却组件设置在所述外圆筒内部并与其同轴设置，所述外圆筒、外壁面的两端分别与前端面、后端面连接形成等压风室，所述螺旋盘管两端的导热油出口和导热油进口分别从外圆筒穿出，所述等压风室连接有燃烧室热风进口，所述螺旋盘管相邻两管的外侧顶点通过外扁钢焊接连接，形成所述外壁面，相邻两管的内侧顶点通过内扁钢焊接连接，形成所述内壁面，所述内壁面内侧设有炉衬，所述炉衬，包括渣钉和浇注料，所述渣钉均匀焊接在内扁钢的内壁上，渣钉被浇注料覆盖，沿所述燃烧室轴向方向并穿过所述外壁面、内壁面、炉衬设置有均匀分布的分级风管。所述炉膛内设有落渣管，所述落渣管下方设有出渣机，所述炉膛内还设有烟气对流段，烟气对流段末端连接烟气出口。
[0013]
所述分级风管联通所述等压风室与燃烧室，所述外壁面、内壁面与所述螺旋盘管所围成的空隙内填充有导热填料。
[0014]
本实用新型的有益效果：
[0015]
(1)通过在炉衬207的外层设置螺旋盘管205，燃烧器10运行时，燃烧室200内的高温热量通过炉衬207、内壁面203、导热填料212传入螺旋盘管205，回油端的低温导热油流过螺旋盘管205与其换热，加快了燃烧器10的散热速度，对燃烧器10起到冷却作用，使燃烧器10不会因高温而烧坏。螺旋盘管205通过内扁钢216和外扁钢217焊接固定，拥有较好的承压能力，安全性能较高。(2)导热油从燃烧器10吸热升温后与锅炉对流段24-炉膛23出油一起输送至热用户设备21，热量被消耗降温后又回流到燃烧器10继续换热，形成导热油燃烧器10冷却循环支路，该支路直接利用有机热载体锅炉自身循环导热油对燃烧器10进行冷却，无需复杂的工艺与设备，导热油冷却所吸收的热量有效的应用到生产上，提高了能量的使用价值与利用率，避免了能量的浪费。(3)燃烧室200设置有轴向分级的布风系统，煤粉在燃烧室200内燃烧时，二次热风通过燃烧室热风进口215送入等压风室202，然后经分级风管208喷入燃烧室200内参与煤粉燃烧。轴向分级的布风使煤粉燃烧氛围从缺氧过度到富氧，在缺氧阶段煤粉燃烧产生大量的还原基，形成强还原性气氛，在强还原气氛下不利于n的氧化，使nox的生成受阻，并且在高温还原气氛下nox还将被还原成n2；在富氧区，通过过量空气使燃烧温度降低，有效的降低热力型nox的生成；通过以上过程，实现煤粉的清洁燃烧，降低nox的生成。(4)由于导热油在受高温的情况下易变性结焦，导热油的结焦会在管内壁面形成结焦层，导致流动阻力增大和传热效率下降，严重的导致爆管而发生事故；为避免导热油在螺旋盘管205内受高温结焦，通过调节阀13和加压泵14来控制导热油燃烧循环流量，使其出油温度控制在结焦温度之内，并保证其流速≥1.5m/s，在此流速条件下，导热油在管内呈湍流，此时管内边界层较薄，可有效避免导热油结焦并能强化传热。
附图说明
[0016]
图1为本实用新型的整体结构示意图；
[0017]
图2为本实用新型的燃烧器的内部结构示意图；
[0018]
图3为图2的局部a放大图；
[0019]
图4为本实用新型的螺旋盘管结构示意图；
[0020]
图5为图4的左视图。
[0021]
图中：10燃烧器、11液态渣、12回油支管、13调节阀、14加压泵、15止回阀、16并联油管、17温度变送器、18出油支管、19循环油泵、20回油总管、21热用户设备、22出油总管、23炉膛、24对流段、25烟气出口、26、落渣管、27出渣机、28二次热风道、100喷燃器、101一次风/煤粉管、102钝体、103点火器、104喇叭体、105旋流叶片、106外壳、107喷燃器二次热风进口、200燃烧室、201外圆筒、202等压风室、203内壁面、204外壁面、205螺旋盘管、206后端面、207炉衬、208分级风管、209前端面、210渣钉、211浇注料、212导热填料、213导热油进口、214导热油出口、215燃烧室热风进口、216内扁钢、217外扁钢。
具体实施方式
[0022]
下面结合附图对本实用新型进行详细和清楚的描述，应当理解的是，附图的提供只是为了更好的理解本实用新型，不能理解为对本实用新型的限制。
[0023]
如图1-5所示，一种导热油冷却式低nox煤粉燃烧器冷却系统，包括燃烧器10和冷却循环装置，所述燃烧器10通过冷却循环装置与热用户设备21连接，所述燃烧器10的后端
设有炉膛23，所述冷却循环装置，包括回油支管12、出油支管18、出油总管22、并联油管16和螺旋盘管205，所述螺旋盘管205通过导热油出口214依次与出油支管18、出油总管22、热用户设备21、回油总管20和回油支管12相连接，所述回油支管12与螺旋盘管205的导热油进口213连接，所述回油总管20及出油总管22还分别与对流段24到炉膛23的循环支路连接，所述出油支管18中设有温度变送器17。
[0024]
所述燃烧器10，包括喷燃器100和燃烧室200，所述喷燃器100通过外壳106分别与喷燃器二次热风进口107及燃烧室200的前端面209连接，所述外壳106内设有钝体102、点火器103、喇叭体104和旋流叶片105，所述喇叭体104的小圆端连接有穿过外壳106的一次风/煤粉管101，所述喇叭体104大圆端连接所述燃烧室200的前端，所述一次风/煤粉管101通过喇叭体104与燃烧室200相连通，所述一次风/煤粉管101的出口处设有钝体102，所述喇叭体104上还设有旋流叶片105，所述喇叭体104连接有穿过外壳106的点火器103。
[0025]
所述燃烧室200，包括外圆筒201、冷却组件、螺旋盘管205、炉衬207和燃烧室热风进口215，所述冷却组件包括螺旋盘管205、内壁面203、外壁面204，所述冷却组件设置在所述外圆筒内部并与其同轴设置，所述外圆筒201、外壁面204的两端分别与前端面209、后端面206连接形成等压风室202，所述螺旋盘管205两端的导热油出口214和导热油进口213分别从外圆筒201穿出，所述等压风室202连接有燃烧室热风进口214，所述螺旋盘管205相邻两管的外侧顶点通过外扁钢217焊接连接，形成所述外壁面204，相邻两管的内侧顶点通过内扁钢216焊接连接，形成所述内壁面203，所述内壁面203内侧设有炉衬207，所述炉衬207，包括渣钉210和浇注料211，所述渣钉210均匀焊接在内扁钢216的内壁上，渣钉210被浇注料211覆盖，沿所述燃烧室200轴向方向并穿过所述外壁面204、内壁面203、炉衬207设置有均匀分布的分级风管208。
[0026]
所述回油支管12上设有调节阀13和止回阀15，所述回油支管12还通过并联油管16设有加压泵14，所述回油总管20设有循环油泵19。
[0027]
所述炉膛23内设有落渣管26，所述落渣管26下方设有出渣机27，所述炉膛23内还设有烟气对流段24，烟气对流段24末端连接烟气出口25。
[0028]
所述分级风管208联通所述等压风室202与燃烧室200，所述外壁面204、内壁面203与所述螺旋盘管205所围成的空隙内填充有导热填料212。
[0029]
该导热油冷却式低nox煤粉燃烧器系统实现燃烧器冷却和散热能量的高质量利用：通过燃烧器冷却循环装置，利用有机热载体锅炉自身的循环导热油用于燃烧器冷却，经过燃烧器冷却装置换热升温后的导热油与炉膛出油一起送入至热用户设备，经生产耗能降温后回流重新循环，包括以下步骤：
[0030]
s1：锅炉运行的循环油泵启动，导热油在循环油泵的驱动下分两路流动，一路经燃烧器的冷却循环装置形成导热油燃烧器冷却循环支路，另一路经对流段-炉膛形成导热油对流段-炉膛循环支路；
[0031]
s2：在导热油燃烧器冷却循环支路上流动的低温回油在调节阀的调控下，经回油支管流入螺旋盘管，燃烧器产生的高温热量通过炉衬、内壁面、导热填料传入螺旋盘管使其升温，低温回油在高温螺旋盘管流动并与之换热形成高温出油；
[0032]
s3：经过导热油燃烧器循环支路换热升温的高温出油与导热油对流段-炉膛循环支路换热升温的高温出油一起经出油总管送入热用户设备，经生产耗能降温后成为低温回
油流入回油总管，在循环油泵的驱动下重新循环。
[0033]
所述步骤s2中通过燃烧器的高温出油温度设置有一个设定温度值，其值等于炉膛出油温度设定值并保证其值不超过导热油最高使用温度。
[0034]
所述燃烧器的出油温度是通过控制导热油燃烧器循环支路中导热油流量来实现的，根据测量的出油温度对比设定温度，低于设定温度时，减小流量，流量最低时应满足导热油在螺旋盘管中的流速≥1.5m/s，高于设定温度时，加大流量。
[0035]
所述步骤s1中的导热油燃烧器冷却循环支路的导热油流量是通过控制调节阀开度和加压油泵频率来控制的，当锅炉运行负荷较小时，所述调节阀能满足流量调控要求时，所述加压油泵不启动，当锅炉运行负荷较高时，所述调节阀全开还不能满足流量要求时，启动所述加压油泵。
[0036]
工作原理：
[0037]
本实用新型实现燃烧器10冷却散热及对能量高质量利用：采用有机热载体锅炉自身循环导热油用于对燃烧器10的冷却，使锅炉导热油循环系统分为两路进行循环，一路为锅炉本身的对流段24至炉膛23的循环支路，一路为燃烧器10冷却循环支路，导热油经过燃烧器10冷却循环系统和对流段24到炉膛23循环支路吸热升温后混合一起输送至热用户设备21，热量经加工利用后重新回流两支路加热循环。
[0038]
所述出油支管18上设置有温度变送器17，用于测量燃烧器10的出油温度，所述导热油出口214的温度应保证不超过其结焦温度，其设定温度等于炉膛23的出油设定温度。
[0039]
所述燃烧器10的出油温度的控制是通过控制导热油燃烧器10的循环支路中导热油流量来实现的。根据测量的出油温度对比设定温度，低于设定温度时，减小流量，流量最低时应满足导热油在螺旋盘管205中的流速≥1.5m/s，高于设定温度时，加大流量。
[0040]
所述燃烧器10的循环支路的导热油流量是通过控制调节阀13开度和加压泵14的频率来控制的，当锅炉运行负荷较小时，所述调节阀13能满足流量调控要求时，所述加压泵14不启动；当锅炉运行负荷较高时，所述调节阀13全开还不能满足流量要求时，启动所述加压泵14。
[0041]
所述燃烧器10为液排渣燃烧器10，其燃烧室200的炉衬208外层设置有螺旋盘管205，所述螺旋盘管205通过油管与锅炉导热油循环系统连接；锅炉运行时，燃烧器10利用导热油循环系统的低温回油对其冷却，不仅能满足燃烧器10的冷却要求，还能将换热升温后的导热油直接用于工业生产，使其等效于锅炉受热面。
[0042]
本实用新型利用有机热载体锅炉自身导热油循环系统对燃烧器10进行冷却，设备工艺简单，充分吸收利用了燃烧器10散热的能量，有效提高了能量利用率，冷却燃烧器10的能量直接用于生产中，提高了能量利用价值。燃烧器10采用高温低氧旋风燃烧，空气分级配风，能有效降低污染排放，对锅炉节能减排具有显著意义。
[0043]
本实用新型具体实施过程：煤粉气流通过一次风/煤粉管101送入喷燃器100后经钝体102分流，二次热风从空气预热器通过二次热风道28，分别从喷燃器100的喷燃器二次热风进口107和燃烧室200的燃烧室热风进口215引入喷燃器100和等压风室202，进入喷燃器100的二次热风经旋流叶片105形成的二次旋风与分流后的煤粉气流混合，再经点火器103点燃后随二次旋风进入燃烧室200内，沿燃烧室200轴向设置有均匀分布的分级风管208，进入等压风室202的二次热风从分级风管208喷入燃烧室200内与煤粉燃烧，使煤粉燃
烧环境从缺氧过度到富氧，实现了煤粉空气分级燃烧，有效的降低了氮氧化物的生成与排放。由于燃烧配风都设置在燃烧器10内，所以煤粉燃烧进程绝大部分在燃烧器10内完成，煤粉在燃烧器10内短时间高强度燃烧产生的高温使灰分熔化成液态渣11，液态渣11在旋风作用下覆在炉衬207内壁上，随高温烟气流向燃烧器10出口经落渣管26落入出渣机27中，炉衬207通过与高温液态渣11换热，把热量传到螺旋盘管205。为保证螺旋盘管205拥有较好的力学性能和均匀受热，通过内扁钢216和外扁钢217把螺旋盘管205焊接在一起，并在其间隙中填充导热填料212。燃烧器10燃烧产生的高温烟气从燃烧器10进入炉膛23，然后经过对流段24再从烟气出口25流出。导热油在循环油泵19的驱动下，分两路进行换热循环，一路为燃烧器10冷却循环支路，一路为对流段24-炉膛23循环支路，燃烧器10冷却循环支路中的导热油主要吸收高温液态渣11的热量，对流段24-炉膛23循环支路的导热油主要吸收高温烟气的热量，两支路经换热升温后形成的高温出油一起被送入至热用户设备21，经过生产耗能后的低温回油再回流至两支路加热循环。为防止导热油在螺旋盘管205内受高温结焦，通过调节阀13和加压泵14来控制经过螺旋盘管205的导热油流量，使其出油温度低于结焦温度并保证其导热油流速大于1.5m/s。
[0044]
以上所述仅是对本实用新型的实施方式做了详细的说明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。

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