几种燃煤热风炉应用于喷雾干燥塔的分析比较＊

时间：2024-07-28

刘继武陶晓文燕子

（1国家建筑卫生陶瓷质量监督检验中心陕西咸阳 712000）（2咸阳陶瓷研究设计院陕西咸阳 712000）

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（1国家建筑卫生陶瓷质量监督检验中心陕西咸阳 712000）（2咸阳陶瓷研究设计院陕西咸阳 712000）

介绍了不同燃煤方式的热风炉的结构，燃烧机理及各自特点。其配套于喷雾干燥塔生产不同工艺陶瓷墙地砖，可替代燃油燃气热风炉，提高了热效率，降低了能耗及生产成本。

煤热风炉燃烧机理推广应用

用于为喷雾干燥塔提供热源的热风炉，以前普遍采用天燃气、柴油、重油、煤气为燃料，但近年来能源价格成倍上涨，增加了企业的生产成本。作为国内资源丰富的煤虽然价格也有上涨，但相对天燃气、石油而言，其性价优势显而易见。以煤为燃料的各种热风炉技术的成功开发研制，代替燃油、燃气热风炉，为喷雾干燥塔提供热源，既保证了产品质量，又降低了生产成本，其已在陶瓷墙地砖行业得到推广应用。笔者介绍几种燃煤热风炉技术及应用情况。

1 燃煤热风炉技术

1.1 燃煤气热风炉

燃煤气热风炉的结构与燃石油液化气、天然气、燃油热风炉的结构相似。然而制作煤气需要建设一套煤气发生炉及相关设备。按大约10.0t/h产量的喷雾干燥塔计算煤气的消耗量，至少需要配套一套直径3 000mm的两段式煤气发生站，造价大约300万元（含土建费用），一次性投资大，制作煤气时还要消耗大量的电。另外，煤气是二次能源，在整个转化过程中，煤的转化热效率大约为80%。加之煤气站产生的焦油、酚水、硫化物等副产品，污染严重。所以燃煤气热风炉有逐步被取代的趋势。

1.2 燃水煤浆热风炉

水煤浆由煤、水、添加剂混合磨制而成。它是由含55%～60%的煤及40%～45%的水、另加约1%的化学添加剂（配比因煤质而定），在球磨机中研磨到一定细度和粘度的液体，供热风炉使用。水煤浆流体燃料具有常温下不氧化，不自燃，无粉尘，无操作危险等优点。

水煤浆热风炉以水煤浆燃烧方式的不同分为直流燃烧式和旋流燃烧式2种。直流燃烧式炉体庞大，设备复杂，炉膛热效率低，除尘效果不理想已被性能优越的旋流式热风炉代替。旋流式水煤浆热风炉的研制成功，克服了直流燃烧式热风炉的不足，具有燃烧启动快捷，燃烧热效率高，除尘效果佳等特点。

水煤浆旋流式热风炉主要由燃烧室、除尘室、下灰器以及供浆、供风、供气系统和电控系统组成，如图1所示。

图1 水煤浆旋流式热风炉结构示图

炉体由配风室、除尘室、燃烧室和下灰室组成。配风室的作用是给燃烧室产生的高温气体适当配入冷风，使进入塔内的热风达到预定温度。除尘室是一个多层结构的圆锥体，通过气流的旋射作用除去炉内的尘粒。旋风燃烧室的特殊结构设计，使各种气液流（水煤浆被雾化喷入炉内）以不同的参数来控制燃烧所需的助燃、旋流、射流和风堵流的相互平衡，以满足水煤浆的高效燃烧的工况要求。

旋流式水煤浆热风炉的工作原理为，水煤浆热风炉在冷炉状态下采用燃油（燃气）的方式使炉体升温，当炉膛温度达到800℃时，将燃油切换为水煤浆，开始燃烧。水煤浆的燃烧是通过烧嘴将水煤浆雾化并喷射在炉膛的特定位置，由烧嘴的助燃装置供给其足够的助燃空气，在炉膛内形成上升旋转气流，雾化后的水煤浆即开始旋转燃烧，火焰呈高速旋转状态。燃烧室中心热空气上升至上部射流除尘室，在空气角向喷射作用下，热烟气高速旋转，灰渣沿炉壁螺旋下滑至下灰口，进入水封池内。中心较洁净的烟气进入热除尘器再次去除粉尘，使洁净的烟气进入干燥塔，供干燥用。

由于旋流式水煤浆热风炉的特殊结构及燃烧方式，炉体结构具有高效燃烧，自动旋流除尘的效果。加之进入炉内的水煤浆经球磨机细磨到一定粒度（过200目筛条约10%），易于充分燃烧。经旋流式水煤浆热风炉产生的热烟气较之前面介绍的直喷式热风炉和链排式热风炉产生的热烟气清洁度大大提高。在旋流式水煤浆热风炉的基础上，另外加上多级旋风和箱式除尘器除尘，进入干燥塔内的热空气清洁度可与燃气、燃油热风炉产生的热空气相媲美。生产的粉料除用于施釉墙地砖，也可用于普通抛光砖、聚晶微粉抛光砖。可完全代替燃油、燃气热风炉，为喷雾干燥塔提供热源。旋流式水煤浆热风炉的缺点是需要燃油或燃气预先加热到800℃以上，方能开始水煤浆燃烧。炉体升温慢，制备水煤浆需要另外添加水煤浆制备设备、土建费用。水煤浆中的水在蒸发过程中需要消耗热能，大约占10%的热耗。

1.3 燃煤链排式热风炉

燃煤链排式热风炉是直接燃烧煤块。其优点是投资少，占地小，直接利用一次能源，成本低。缺点是启动、停车不方便，排渣物中可燃物含量较高，可达10%以上。由于使用一次能源，相对而言燃烧效率高，燃烧成本低。

燃煤链排式热风炉由炉体、加料斗、送煤机构、配风装置、除尘装置和控制柜等组成，其示意图如图2所示。

图2 燃煤链排式热风炉结构示意图

以链条炉排锅炉用煤为燃料，通过供煤斗及送煤机构将定量的煤送人燃烧室，同时由助燃风机送入具有一定压力的风量，使煤粉充分燃烧产生大量的热烟气，热烟气经过旋风除尘装置使高温气流与粉尘分离，符合要求的高温热气供喷雾干燥塔使用。

链排式燃煤热风炉各部分功用为，炉体是链排式燃煤热风炉的主要组成部分，由钢结构焊接而成，坚固耐用，结构合理。燃烧室筑于炉体之内采用独特的人字型炉形，加之二次吸风助燃，升温快，密封性好。采用高质量耐火材料砌筑，耐高温，不易烧裂崩塌。加料斗采用锅炉用爬式加料机，具有平稳、可靠、安全的特点。溜煤斗具有煤储仓作用，同时也具有控制煤层厚度的作用。送煤机构采用了原锅炉链排运转装置，具有运转平稳、可靠、故障率低、耐高温等特点，并配有调整装置，使煤层均匀，供煤量可调。既保证了燃烧所需的煤量又保证了煤层的充分燃烧，使燃烧值达到最佳状态。配风机构的风机的风量采用变频器控制，各风口配有独立的调节装置，使风量配比达到最佳状态。充分燃烧的煤渣经排渣装置自动排出。除尘系统采用旋风除尘器将高温气流中的粉尘分离出来，以保证热空气的清洁。控制箱包括温度调控、助燃风量调控、链排速度调控，使其整套设备程序化运行。

链排式燃煤热风炉具有点火容易、升温速度快、封火性能好、供热稳定、热效率高、操作方便、运行安全、使用寿命长、维护成本低的优点。由于采用了锅炉用燃煤及燃烧系统，要求煤质热值高（热值大于22 990kJ/kg煤）。由于锅炉链排尺寸限制了热量供用的调节范围，在设计选型时要留有一定的余地，以防煤质变化而影响所供热量。由于燃烧的煤分为块煤和粉煤，燃烧产生的热空气中夹杂着未燃烧的煤粉及灰粉，必须经过热旋风除去灰粉后方可送入喷雾干燥塔。由于产生的热烟气的清洁性受到限制，目前配套链排式燃煤热风炉的喷雾干燥塔生产的粉料，不仅用于生产施釉墙地砖，也可用于生产渗花抛光砖。

1.4 直喷式燃煤粉热风炉

直喷式燃煤粉热风炉广泛应用于发电厂，近几年开始应用于陶瓷墙地砖行业。直喷式燃煤粉热风炉结构示意图如图3所示。

图3 直喷式燃煤粉热风炉结构示意图

直喷式燃煤粉热风炉工艺流程为，直径小于20mm，水分小于6%的原煤，经斗式提升机送到自动粉煤机料斗内，料斗下安装有盘式自动供煤装置（由变频器控制）将煤定时定量送入粉煤机磨腔内。磨腔内特殊结构的风扇式粉碎盘将煤粉粉碎到一定细度（细度可调节），并依自身产生的风力将磨腔内达到细度要求的煤粉风送到热风炉的烧嘴，特殊结构的烧嘴将煤粉与来自助燃风机的助燃风混合，喷射进热风炉内燃烧。考虑到煤粉在炉内燃烧需要一定时间，燃烧后的灰粉能自动下沉到排渣口，以减少对粉料的污染，热风炉体采用特殊的结构设计，并设置不同部位的档灰墙，延长火焰的燃烧时间，阻挡沉积燃烧后的灰粉。炉体后部设置有配风门，保证进入干燥塔的热空气达到预定温度，供干燥用。直喷式燃煤粉热风炉具有燃烧稳定，热容量大，温度调节方便，供热量大等优点。适用于煤质热值较低（热值约16 720kJ/kg煤）的地区使用。由于直喷式燃煤粉热风炉采用煤粉直接进入炉膛燃烧，不可避免会有一些未完全燃烧的煤粉及灰粉由热空气带入干燥塔内，对粉料产生污染。笔者建议由直喷式燃煤粉热风炉配套的喷雾干燥塔制备的粉料应用于二次烧成的施釉墙地砖的生产线，或西瓦生产线。