立式旋風爐

立式旋風爐是液態排渣爐。它由立式旋風筒、二次室以及尾聲部受熱面組成,與其它煤粉爐相比只多了1個旋風筒。立式旋風筒是旋風爐的關鍵燃燒設備。

基本介紹

• 中文名：立式旋風爐
• 外文名：vertical cyclone stove
• 分類：兩種
• 分類依據：旋風筒與主爐膛的布置方式
• 性質：科學
• 類型：前置式和下置式

前置式立式旋風爐

圖1（1-筒體；2-燃盡室；3-冷卻爐膛；4-葉片型燃燒器；5-一次風管道；6-葉片；7-冷卻管圈；8-二次風噴口）所示為前置式立式旋風爐。前置式旋風筒體由上下兩個環形集箱和沿圓周密布的水冷壁管連線而成。管子的向火面焊有銷釘，敷有耐火材料。筒的下端有冷卻管圈形成的出渣口。爐膛也稱二次室，下部敷滿耐火材料的區域稱為燃盡室，上部則為冷卻爐膛。由旋風筒至爐膛的煙道稱為過渡煙道。過渡煙道由旋風筒的水冷壁管圍成，內壁亦敷滿耐火材料。燃盡室的前牆水冷壁管在過渡煙道內拉稀成4～6排捕渣管束，以捕除20%～25%的液態灰渣。二次室後牆有折煙角，其作用在於改善燃盡室內的流動工況，減輕燃盡室爐底死角和流動死滯區內的堆渣現象。另外，這種折煙角也有利於提高燃盡室溫度。旋風筒頂部裝有葉片型煤粉燃燒器，其兩根一次風道對沖引入，從一次風人口到出口旋流葉片之前保持有足夠的混合長度，以使煤粉分布均勻。整個燃燒器由內外套管組成，向火側端部採用耐熱合金鋼。固定在出口處的旋流葉片使環狀一次風煤粉氣流在噴入筒體時旱傘形的旋轉氣流，其內外兩側均能卷吸高溫煙氣以幫助著火。二次風噴口布置在筒體的上部，二次風切向引入。

圖1 前置式立式旋風爐

前置式立式旋風爐燃用粗煤粉。制粉系統根據不同煤種可用倉儲式或直吹式。對於熱風送粉的系統，乏氣作三次風噴口可布置在燃盡室的側牆上。煤粉從頂部的葉片式燃燒器送入，二次風從二次風噴口切向引入，煙氣由旋風筒下部的出口經捕渣管束進入燃盡室，熔渣則從旋風筒底部渣口排出。

旋風筒內的燃燒過程與空氣動力場有密切關係。分析和測定表明，筒內各點氣流的切向速度和軸向速度的分布形態如圖2所示。靠近筒壁的外圈氣流接近於勢流，而靠近中央的內圈氣流通過動量交換和物質交換被外圈氣流所帶動，也跟著旋轉，由於流體有粘性，內圈氣流的運動接近於剛體的旋轉。在距中心0.7～0.9半徑處，切向速度有一最大值，氣流的旋轉最為強烈。沿筒身不同的橫截面上，切向速度分布以及最大切向速度分量的絕對值的大小均有所不同。這是由於有摩擦損耗存在，氣流愈往下，旋轉強度愈弱，但基本形態是類似的。熱態運行時，由於筒壁上存在熔渣膜，氣流中含有大量固體顆粒以及由於高溫下氣體粘性的增大，各點切向速度絕對值下降更快一些。當筒身長度達到4倍直徑時，在下端出VI附近，氣流的旋轉強度已大為減弱。

圖2 立式旋風筒內冷態空氣動力場

旋風筒中央有向上的回流。但熱態運行時，由於煤粉氣流燃燒時產生的氣體體積膨脹，以及旋轉強度比冷態時有較快的減弱，向上的回流只有在著火段內才有一定程度的存在。前置式立式旋風爐的煤種適應範圍很廣，可燃用褐煤、煙煤、貧煤和無煙煤。對於煤種的限制主要是煤的灰熔點，這與液態排渣爐相似。這種旋風爐在我國還成功地用於綜合利用方面，其中附燒鈣鎂磷肥具有較高的經濟效益，因為此時鍋爐不僅生產蒸汽，而且還燒制磷肥。另外，此時還因為加入熔劑會降低灰分熔化溫度，因而煤的灰熔點就不再是限制因素了。

前置式立式旋風爐，由於其燃燒得到強化，因而容積熱負荷為一般煤粉爐的十幾倍。在燃用煙煤時容積熱負荷約為2.2 MW/m，燃用無煙煤時約為1.25MW/m。為了保證有較高的燃盡程度和捕渣率，旋風筒呈細長形，長徑比L/D約為3.5～4.5。這種爐子的捕渣率通常為60%～70%。旋風筒出口的過量空氣係數一般為1.05，煤粉細度控制在等於或略高於煤的可燃基揮發分的數值。

下置式立式旋風爐

下置式立式旋風爐的旋風燃燒室置於冷卻爐膛之下，二次風和煤粉沿旋風室割向引入，煙氣由旋風室上部出口排入冷卻爐膛，如圖3（1-出渣口；2-旋風室(圓柱形旋風筒體)；3-切向布置燃燒器；4-矩形冷卻爐膛）所示。冷卻爐膛為矩形截面，在冷卻爐膛和旋筒的交界處，一部分水冷壁拉下形成圓柱形旋風簡體。這種旋風室的直徑大、二次風速低，所以容積熱負荷較低，約為1.2～1.4 MW/m。

圖3 下置式立式旋風爐

立式旋風爐的特點

立式旋風爐是液態排渣爐。它由立式旋風筒、二次室以及尾聲部受熱面組成,與其它煤粉爐相比只多了1個旋風筒。立式旋風筒是旋風爐的關鍵燃燒設備。它由上下環形聯箱和沿圓周布置的水冷壁管連線而成,組成一細長的圓筒形室,管子迎火面焊有銷釘,覆蓋炭化磚坯或其它組分的耐火材料,筒的下端由冷卻水盤管圍成渣欄,其主要作用是將爐底渣聚積到一定高度,形成熔渣池,使渣集中,由缺口流出。在旋風筒與二次室之間,有由二次室前牆水冷壁管拉伸而成的捕渣管束。旋風筒的捕渣率在60%左右(即將60%的煤粉灰在旋風筒內融化,通過渣欄排渣口流人粒化水箱內,變成不污染環境易於存貯運輸的水淬渣),對燃用煤種的適應性較強。因旋風筒底部渣池溫度在1420℃左右,對於灰熔點低(t₃<1350℃)的煤可不摻或少摻助熔添加劑,而對於灰熔點高(t₃>1400℃)的煤種,經過試燒必須摻燒一定比例的助熔添加劑,才能保證渣口正常流渣。