一種用于燃燒低熱值煤矸石的窯爐的制作方法

本發明屬于燃煤工業爐領域，特別涉及一種用于燃燒低熱值煤矸石的窯爐。

技術背景

煤矸石是采煤過程和洗煤過程中排放的固體廢物，是一種在成煤過程中與煤層伴生的一種含碳量較低、比煤堅硬的黑灰色巖石。包括巷道掘進過程中的掘進矸石、采掘過程中從頂板、底板及夾層里采出的矸石以及洗煤過程中挑出的洗矸石。煤矸石主要成分是Al2O3、SiO2，另外還含有數量不等的Fe2O3、CaO、MgO、Na2O、K2O、P2O5、SO3和微量稀有元素(鎵、釩、鈦、鈷)。煤矸石棄置不用，占用大片土地。煤矸石中的硫化物逸出或浸出會污染大氣、農田和水體。矸石山還會自燃發生火災，或在雨季崩塌，淤塞河流造成災害。因此必須對煤矸石進行再利用處理。

目前，對煤矸石的再利用處理主要是將其作為燃料，采用專門的煤矸石燃燒爐進行燃燒，以產生熱源進行利用。由于煤矸石的特殊性，目前的煤矸石的燃燒主要是利用專門的爐窯并采用較高熱值的煤矸石(6MJ/kg以上)與好煤一起燃燒。例如中國專利ZL200820209744.4公開了一種煤矸石活化窯爐，包括窯體墻體、出料口、進料口、爐膛、爐條、煙道、出煙口、火口、煙囪和保溫層，其中爐條在爐膛內，爐條形成的平面同水平面形成一定的角度，其角度為30-60°，爐條形成的平面同墻體交接處，上端設進料口，下端設出料口，爐膛頂部開出煙口并同煙道連通，出煙口形狀為方形或圓形。這種窯爐爐膛內溫度可到850℃，煙氣在爐膛內可燃盡，進而盡量減少向外排出的煙氣，減小環境污染。

但是這種窯爐采用現場耐火磚和紅磚砌筑形成墻體，施工周期長，費用高，而且對煤矸石要求是高熱值，對低熱值煤矸石(3.8MJ/kg～6MJ/kg)特別是4MJ/kg以下的煤矸石效果不好，不能充分燃燒，導致對低熱值煤矸石的再利用處理。

技術實現要素：

本發明提出了一種用于燃燒低熱值煤矸石的窯爐，其通過優化的結構布局和改進，使得其內的煤矸石能夠充分燃燒，燃燒效率很高，而且其爐墻為組裝結構，便于安裝施工。

實現本發明的目的所采用的具體技術方案如下：

一種用于燃燒低熱值煤矸石的窯爐，包括底座、流化床布風板、旋流式風帽、預制耐火混凝土爐墻、隔墻、爐膛、高溫分離器、預制耐火混凝土爐頂和后燃燒室，其中，

所述底座設置在窯爐基體上，其上四周布置有所述預制耐火混凝土爐墻，頂部布置所述預制耐火混凝土爐頂，內部形成爐腔；

所述隔墻設置在底座上并位于所述爐腔中部，其將爐腔分為爐膛和后燃燒室；

所述爐膛底部的底座上，設置有所述流化床布風板，其上開有多個出風孔，每個出風孔上對應布置有一個旋流式風帽，所述旋流式風帽整體呈桿狀，包括風帽本體，該風帽本體為中空結構，其頂端封閉，底端與布風板的出風孔相通，風帽本體的側壁上包括沿高度方向設置多個小孔層，每個小孔層包括沿側壁周向均勻布置的多個小孔，所述布風板流入的氣流經所述小孔噴入爐膛，吹動爐膛內的煤矸石燃燒；

所述隔墻上位于爐膛和后燃燒室之間處設置有高溫分離器，在爐膛內燃燒后的煙氣通過該高溫分離器通向后燃燒室，并通過設置在后燃燒室側壁上的高溫煙氣出口排出。

優選地，所述旋流式風帽包括呈陣列式分布且高度相同的第一組旋流式風帽和間隔布置在各第一組旋流式風帽之間的多個高于第一組旋流式風帽的第二組旋流式風帽，且所述第二組旋流式風帽由設置在爐膛中央的一個高度最高的中心旋流式風帽，以及以該中心旋流式風帽為中心圍繞其呈環形布置的多個高度相對較低的外圍旋流式風帽組成。

優選地，所述外圍旋流式風帽圍成的環形為同心布置的多層環形，各層環形層均以所述中心旋流式風帽為中心但直徑各不相同。

優選地，每一層環形的外圍旋流式風帽的高度比其外圍相鄰的一層環形外圍旋流式風帽的高度高，優選高1.2-2.0倍，更優選是1.4-1.6倍。

優選地，所述每個小孔層上的多個小孔其出口中心線與旋流式風帽的風帽本體外周表面相切。

優選地，所述高溫分離器包括頂板、底板以及設置在頂板和底板之間的葉片上分離片，該高溫分離器安裝設置在所述隔墻的上表面上，其位于爐膛一側的高度大于位于后燃燒室一側的高度。

優選地，所述葉片式分離片為沿從爐膛至后燃燒室方向分布的多片，各葉片式分離片為由兩片子葉片以一定角度組合而成的彎折狀葉片，每一層上的葉片式分離片等距間隔布置，且相鄰兩層之間的葉片式分離片相互錯開，從而使得煙氣通過該高溫分離器時形成曲折氣流路線，煙氣依此拐彎碰撞上述葉片式分離片，從而可分離一定粒度的顆粒。

優選地，所述預制耐火混凝土爐墻為多層結構的墻體，從內壁依次向外包括第一內襯層、第二內襯層、中間隔熱層、保溫層和外防護層，其中，第一內襯層內襯由耐火水泥和耐火骨料按一定配比與耐熱元鋼澆注而成，形成第一層耐熱層；所述第二內襯層由耐火骨料與不銹鋼絲網澆注而成；所述中間隔熱層由硅酸鋁纖維毛氈和硅藻保溫磚層疊制成；所述保溫層為無機保溫材料制備；所述外防護層為鋼制護板。

優選地，所述爐膛和后燃燒室中布置有風冷受熱面，外部送風機來的冷空氣可在爐腔內經過所述風冷受熱面被加熱，成為高溫空氣并通過管道輸出作為熱源利用。

優選地，所述爐膛和后燃燒室中布置有水冷受熱面，軟化處理后的水可經外部水泵送至爐腔內經該水冷受熱面后被加熱，可成為蒸汽并通過管道輸出作為熱源利用。

本發明的窯爐由于在流化床的密相區未布置受熱面，所以熱值很低的煤矸石引燃后能在沒有吸熱的工況下積累熱量，形成高溫，加熱并使新補充的煤矸石燃燒，周而復始，達到高溫、充分、穩定的燃燒，用調節風煤比的手段控制爐膛溫度和爐子的熱功率。

本發明在床內的布風板上等三角形布置旋流式風帽。風帽為耐熱耐磨的鑄鋼制作，風帽中心為內空結構，空氣經此處被均勻分配至風帽小孔，小孔出口中心與風帽圓周相切，使從小孔出來的高壓氣流切向噴出，推動床料粒子旋轉，橫向 擾動，與上升氣流一起形成強烈的氣固兩相流混合運動，提高燃燒效率。

本發明在爐膛出口處，布置有耐熱鋼制成的百葉式高溫分離器，將20μm以上的碳粒分離出來沿壁面下滑至床區繼續燃燒，提高碳的燃燼率。

本發明的窯爐下部即密相區內未布置受熱元件，煤矸石入爐引燃放熱后，由于沒有吸熱和散熱(或散熱很少)，因而爐溫迅速上升達到能使煤矸石充分燃燒的高溫；加之物料顆粒不斷擾動上下沸騰，與空氣充分接觸，完全滿足了燃燒的高溫、氧氣和燃燒時間需求，所以低熱值煤矸石能充分燃燒、長期穩定運行。另外，通過改變風煤配比來控制爐膛溫度及爐子的熱功率。用積木式模塊爐墻的結構組裝，與現場磚砌爐子相比，大大縮短了施工周期，重量減輕了2/3以上。

附圖說明

圖1為按照本發明實施例的用于燃燒低熱值煤矸石的窯爐的整體結構示意圖；

圖2為圖1中的窯爐中的預制耐火混凝土爐墻的結構示意圖；

圖3為圖1中的窯爐中的風帽的結構示意圖；

圖4為圖3中的風帽的橫截面示意圖；

圖5為圖1中的窯爐中的高溫分離器7的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。

本實施例的一種用于燃燒低熱值煤矸石的窯爐，如圖1所示，包括鋼制的底座1、布風板2、旋流式風帽3、預制耐火混凝土爐墻4、隔墻5、爐膛6、百葉式高溫分離器7、預制耐火混凝土爐頂8、后燃燒室9、高溫煙氣出口10。

如圖1，鋼制底座1設置在窯爐基體上，其上四周布置預制耐火混凝土爐墻4，頂部布置有預制耐火混凝土爐頂8，內部形成窯爐的爐腔，以進行煤矸石的燃燒。

預制耐火混凝土爐墻4為多層結構的墻體，從內壁依次向外包括第一內襯層41、第二內襯層42、中間隔熱層43、保溫層44和外防護層45，其中，第一內襯層內襯41由耐火水泥和耐火骨料按一定配比與耐熱元鋼澆注而成，形成第一 層耐熱層，其厚度根據實際需求可以為0.5-5cm。第二內襯層42由耐火骨料與不銹鋼絲網澆注而成，形成第二層耐熱層，其厚度根據實際需求可以為0.5-5cm。中間隔熱層43由硅酸鋁纖維毛氈和硅藻保溫磚層疊制成，其厚度根據實際需求可以為1-10cm。保溫層為無機保溫材料制備，例如為硅藻保溫磚。外防護層45為鋼制護板。

隔墻5設置在鋼制底座1上，優選位于爐腔中部，其將爐腔分為爐膛6和后燃燒室9兩個腔室。

在爐膛6底部的鋼制底座1上，設置有布風板2，布風板2上開有多個出風孔，每個出風孔上布置有一個旋流式風帽3，風從旋流式風帽3中噴出，吹動爐膛6內的煤矸石燃燒。

旋流式風帽3的結構和出風效果對于煤矸石的燃燒具有重要影響，其風向和出風量的分布可以對煤矸石的燃燒效率產生決定性作用。如圖3和4所示，本發明實施例的旋流式風帽3整體呈桿狀，包括風帽本體31，該風帽本體31的中心為內空結構，頂端封閉，底端與布風板2的風孔相通。在風帽本體31的側壁上包括沿桿體高度方向上設置的多個小孔層，各小孔層分布在側壁的不同高度上，其中每個小孔層包括沿側壁軸向均勻布置的多個小孔32，空氣經此處被均勻分配至風帽小孔。優選地，小孔32出口中心與桿狀風帽3的外圓周相切，使從小孔出來的高壓氣流切向噴出，推動床料粒子旋轉，橫向擾動，與上升氣流一起形成強烈的氣固兩相流混合運動，提高燃燒效率。優選地，每個小孔層上的小孔數量為4-8個。

優選的是，本發明實施例的旋流式風帽3為陣列式分布，各旋流式風帽3伸入爐腔內的高度并不都完全相同。優選在陣列式分布的各高度相同的旋流式風帽3(本實施例中稱為第一組旋流式風帽)中間隔布置多個高度較高的旋流式風帽3(本實施例中稱為第二組旋流式風帽)。如圖1所示，多個高度較高的旋流式風帽3即第二組旋流式風帽頂部高出第一旋流式風貌3，伸入爐腔中心。第二旋流式風帽3的優選布置方式是，以布風板2上位于爐膛6中心位置布置有一個高度最高的旋流式風帽3(中心旋流式風帽)，并以該高度最高的旋流式風帽3為中心圍繞其布置多個高度較高的旋流式風帽3(外圍旋流式風帽)，以形成多個環形旋流式風帽。其中，最高的中心旋流式風帽3的高度例如可以為爐膛高度的二 分之一或三分之二或其他高度，以其為中心外圍分布的多層高度較低的旋流式風帽3中，每一層圍成環形的各個旋流式風帽3的高度優選相同，而每一層環形的第二旋流式風帽3的高度比其外圍的另一層環形的第二旋流式風帽3的高度高。優選地，每一層環形的第二旋流式風帽3的高度為其外圍的另一層環形的第二旋流式風帽3高度的1.2-2.0倍，更優選是1.4-1.6倍。依次方式，通過多個高度相同的第一旋流式風帽3的陣列布置以及多個高度不同但形成多層環形布置的第二旋流式風帽3交替間隔設置，可以使得從風帽進入爐膛內的出風風量最大，且風向均勻穩定，風流在爐膛內形成穩定貫通整個爐膛的氣氛；同時突出的多層環形的第二旋流式風帽3可以對爐膛內的煤矸石在燃燒中形成攪拌和間隔分離作用，使得其中的燃燒風更加均勻地與煤矸石混合，有利于煤矸石的充分燃燒，提升燃燒效率。

優選地，旋流式風帽3采用耐熱耐磨的鑄鋼制作。

如圖1所示，在隔墻5上位于爐膛6和后燃燒室9兩個腔室之間的部分還設置有高溫分離器7，燃燒后的煙氣通過該高溫分離器7通向后燃燒室9，大于一定直徑(如20μm)的顆粒碰撞到百葉式分離器后被隔離。

如圖4所示，在一個實施例中，隔墻5上表面為傾斜表面，其中爐膛6一側的高度小于后燃燒室一側的高度。隔墻5上的高溫分離器7整體呈百葉式，包括頂板72、底板73以及設置在頂板72和底板73之間的葉片上分離片71。高溫分離器7安裝設置在上述隔墻5上表面上，相匹配地，其位于爐膛6一側的長度大于位于后燃燒室一側的長度。高溫分離器7包括沿從爐膛至后燃燒室方向分布的多層葉片式分離片71，其中葉片式分離片71為由兩片子葉片以一定角度(優選是30°-60°)組合而成的彎折狀葉片，每一層上的葉片式分離片71等距間隔布置，且相鄰兩層之間的葉片式分離片71相互錯開，從而使得煙氣通過該高溫分離器7時形成曲折氣流路線，煙氣依此拐彎碰撞上述葉片式分離片，從而可分離一定粒度例如大于20μm以上的顆粒，上述顆粒可沿隔墻的斜坡下滑返回至流化床中進一步燃燒。

工作時，低熱值煤矸石入爐后，在爐子下部流化床中的密相區內燃燒，較粗的碳粒在其中上下翻騰擾動，停留時間達30分鐘以上，能充分燃燼，用調節風煤配比來控制爐膛溫度，從爐子底部排出爐渣的含碳量達0.5％以下。46內燃燒 后被氣流帶至后燃燒室9仍繼續燃燒。高溫煙氣從出口10送至用戶烘干物料或焙燒產品。在爐膛6出口處，布置有百葉式高溫分離器，煙氣依此拐彎碰撞后可分離大于20μm以上的顆粒，沿隔墻的斜坡下滑返回至流化床中進一步燃燒，以提高效率。

后燃燒室9側壁上開有高溫煙氣出口10，后燃燒室燃燒后的煙氣通過該高溫煙氣出口10排出。

在一個實施例中，爐膛6和后燃燒室9中，布置有風冷受熱面。由外部送風機來的冷空氣在爐腔內經過此處的風冷受熱面被加熱，成為高溫空氣，通過管道輸出，可以用于烘干糧食、面粉等干凈產品，其余結構與實施例1相同。

在一個實施例中，在爐膛6和后燃燒室9中，布置有水冷受熱面。軟化處理后的水經外部水泵送至爐腔內，經該水冷受熱面后被加熱，可成為蒸汽通過管道輸出，以供用戶使用。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。