[实用新型]一种节能型水蒸气助燃的炉膛结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及水蒸气助燃装置技术领域，具体是指一种节能型水蒸气助燃的炉膛结构。

背景技术

目前我国化工园区很多厂都具有自产蒸汽的小型锅炉。自产蒸汽可以降低企业运营成本，极大提升了企业竞争力。然而，蒸汽锅炉需要大量消耗煤炭，且会对大气造成严重烟尘污染。要有效解决烟尘污染，关键在于控制烟气中的二氧化碳浓度、悬浮可吸入颗粒物的密度和烟气的林格曼黑度。其中，悬浮可吸入颗粒物的密度和林格曼黑度与燃煤在炉膛中燃烧程度息息相关。燃烧程度越大，该两项指标控制越好。

因此，为了使燃煤燃烧充分，许多厂采用了助燃剂方法。水蒸气助燃作为一种较为成熟的手段，因其成本低廉，容易实现且高效助燃，得到了广泛应用。其具体原理如下所述。

煤炭在炉排中燃烧过程可以分为四个阶段：（1）水分蒸发；（2）挥发物燃烧；（3）焦炭燃烧；（4）燃尽阶段。煤炭燃烧产热主要在第三阶段，即焦炭燃烧阶段，释放大量热量。然而，焦炭燃烧阶段也是最难完成阶段。由于焦炭易结成块状物，导致炉排下部的通风进炉的氧气很难完全渗入到焦炭内部，因此焦炭中极易形成缺氧区。缺氧会导致大量碳单质颗粒的形成，随气流吹到炉膛烟气口，随烟气一同进入水膜除尘器等地方。而水膜除尘器对于小粒径（如1μm以下）的碳颗粒无吸收作用，因此碳单质最后随烟气排出，成为黑烟。

水蒸气助燃的基本原理则是：在燃烧的第三阶段，外部引入水蒸气进入到焦炭，在高温下，适量水蒸气会和焦炭发生如下反应：

C + H₂O → CO + H₂

从上面方程式可以看到，这一手段的助燃关键点有两点：第一，此种燃烧无需氧气参与，在缺氧条件下依然可以“燃烧”；第二，上述反应形成氢气，而氢气具有扩散迅速、且作为催化剂引发连锁反应，显著改善燃烧效果。因此水蒸气助燃广泛应用于锅炉中。如无锡某棉纺厂经过水蒸气助燃技改后，锅炉灰渣含碳量下降19.19%，飞灰含碳量下降22.28%，锅炉热效率升高3.76%。可见水蒸气助燃是一个较为高效的助燃手段。

然而，目前许多水蒸气助燃忽略一个细节，即水蒸气必须在焦炭燃烧阶段通入，才能较大程度发挥助燃效果。若在煤炭燃烧的第一或者第二阶段通入，非但不能产生助燃效果，还会白白增加锅炉热损失。原因在于第一、第二阶段分别为水分蒸发、挥发物燃烧阶段，此时通入水蒸气中水相只会吸热蒸发，增大锅炉热损失。而水蒸气气相也仅会排挤气流，无助燃作用。而大多数专利报道中，并无严格划分燃煤燃烧阶段，因此造成不必要的热损失。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种节能型水蒸气助燃的炉膛结构，具有燃烧效率高、能耗成本低和结构简单的特点。

本实用新型可以通过以下技术方案来实现：

本实用新型公开了一种节能型水蒸气助燃的炉膛结构，包括形成半封闭结构的锅炉前拱和锅炉后拱，所述锅炉前拱上设有煤斗，所述半封闭结构下方设有移动式的炉排，所述炉排上设有水蒸气喷嘴，所述水蒸气喷嘴通过水蒸气进气管与锅炉总蒸汽管的过热蒸汽相连，所述蒸气喷嘴与炉排呈一固定角度θ，所述水蒸气喷嘴与炉排呈固定角度θ满足：45°≤θ≤75°。

在本实用新型中，水蒸气的进气位置设定较为关键，直接影响到焦炭与水蒸气接触时间。过早通入水蒸气，会使得水蒸气大量浪费且无法达到助燃效果；过晚通入，则会错过焦炭助燃的最佳时期，从而助燃效果变差。水蒸气喷嘴与炉排呈一倾斜夹角θ，使水蒸气向炉排后端喷射，从而一定程度的减小了水蒸气返回炉排前段的概率，从而进一步提高水蒸气助燃效率。

进一步地，所述水蒸气进气管位置离煤斗距离为S，炉排总长度为L，所述水蒸气进气管位置离煤斗距离S与炉排总长度L满足以下条件： 1/4L≤S≤3/5L。

进一步地，所述锅炉前拱上设有挡板，挡板与炉排呈一固定角度α，所述挡板与炉排呈一固定角度α满足：0°≤α≤30°。

在本实用新型中，炉膛前拱上装有一挡板，其目的在于防止蒸发的水蒸气过多的扩散至炉排前段部分，影响燃煤燃烧的第一、第二阶段，使更多水蒸气停留在燃煤燃烧的第三阶段，即焦炭燃烧阶段，从而进一步提高水蒸气助燃效率。

进一步地，所述挡板投影长度为L1，炉膛水平最短距离为H，所述挡板投影长度L1满足：0＜L1≤1/3H。

进一步的，所述炉排以特定速度V向前推进满足以下条件：对于产气量＜10t/h、或者10-35t/h小中型锅炉而言，2m/s≤V＜8m/s；对于产气量≥35t/h大型锅炉而言，8≤V＜20m/s。