旋风炉的分类

5.5.2　旋风炉的分类

旋风炉主要有立式旋风炉和卧式旋风炉两种类型。立式旋风炉按照旋风筒与主炉膛的布置方式，又有前置式和下置式之分。

1.立式旋风炉

图5.79　前置式立式旋风炉

1－筒体；2－燃尽室；3－冷却炉膛；4－叶片型燃烧器；5－一次风管道；6－叶片；7－冷却管圈；8－二次风喷口

图5.79所示为前置式立式旋风炉。前置式旋风筒体由上下两个环形集箱和沿圆周密布的水冷壁管连接而成。管子的向火面焊有销钉，敷有耐火材料。筒的下端有冷却管圈形成的出渣口。炉膛也称二次室，下部敷满耐火材料的区域称为燃尽室，上部则为冷却炉膛。由旋风筒至炉膛的烟道称为过渡烟道。过渡烟道由旋风筒的水冷壁管围成，内壁亦敷满耐火材料。燃尽室的前墙水冷壁管在过渡烟道内拉稀成4～6排捕渣管束，以捕除20%～25%的液态灰渣。二次室后墙有折烟角，其作用在于改善燃尽室内的流动工况，减轻燃尽室炉底死角和流动死滞区内的堆渣现象。另外，这种折烟角也有利于提高燃尽室温度。旋风筒顶部装有叶片型煤粉燃烧器，其两根一次风道对冲引入，从一次风入口到出口旋流叶片之前保持有足够的混合长度，以使煤粉分布均匀。整个燃烧器由内外套管组成，向火侧端部采用耐热合金钢。固定在出口处的旋流叶片使环状一次风煤粉气流在喷入筒体时呈伞形的旋转气流，其内外两侧均能卷吸高温烟气以帮助着火。二次风喷口布置在筒体的上部，二次风切向引入。

前置式立式旋风炉燃用粗煤粉。制粉系统根据不同煤种可用仓储式或直吹式。对于热风送粉的系统，乏气作三次风喷口可布置在燃尽室的侧墙上。煤粉从顶部的叶片式燃烧器送入，二次风从二次风喷口切向引入，烟气由旋风筒下部的出口经捕渣管束进入燃尽室，熔渣则从旋风筒底部渣口排出。

旋风筒内的燃烧过程与空气动力场有密切关系。分析和测定表明，筒内各点气流的切向速度和轴向速度的分布形态如图5.80所示。

图5.80　立式旋风筒内冷态空气动力场

靠近筒壁的外圈气流接近于势流，而靠近中央的内圈气流通过动量交换和物质交换被外圈气流所带动，也跟着旋转，由于流体有粘性，内圈气流的运动接近于刚体的旋转。在距中心0.7～0.9半径处，切向速度有一最大值，气流的旋转最为强烈。沿筒身不同的横截面上，切向速度分布以及最大切向速度分量的绝对值的大小均有所不同。这是由于有摩擦损耗存在，气流愈往下，旋转强度愈弱，但基本形态是类似的。热态运行时，由于筒壁上存在熔渣膜，气流中含有大量固体颗粒以及由于高温下气体粘性的增大，各点切向速度绝对值下降更快一些。当筒身长度达到4倍直径时，在下端出口附近，气流的旋转强度已大为减弱。

旋风筒中央有向上的回流。但热态运行时，由于煤粉气流燃烧时产生的气体体积膨胀，以及旋转强度比冷态时有较快的减弱，向上的回流只有在着火段内才有一定程度的存在。

前置式立式旋风炉的煤种适应范围很广，可燃用褐煤、烟煤、贫煤和无烟煤。对于煤种的限制主要是煤的灰熔点，这与液态排渣炉相似。这种旋风炉在我国还成功地用于综合利用方面，其中附烧钙镁磷肥具有较高的经济效益，因为此时锅炉不仅生产蒸汽，而且还烧制磷肥。另外，此时还因为加入熔剂会降低灰分熔化温度，因而煤的灰熔点就不再是限制因素了。

图5.81　下置式立式旋风炉

1—出渣口；2—旋风室（圆柱形旋风筒体）；3—切向布置燃烧器；4—矩形冷却炉膛

前置式立式旋风炉，由于其燃烧得到强化，因而容积热负荷q_V为一般煤粉炉的十几倍。在燃用烟煤时q_V约为2.2MW/m³，燃用无烟煤时约为1.25 MW/m³。为了保证有较高的燃尽程度和捕渣率，旋风筒呈细长形，长径比L/D约为3.5～4.5。这种旋风炉的q₃几乎等于零，q₄可小于1%。因此，虽然q₆比固态排渣炉高些，但锅炉效率仍可达到92%。这种炉子的捕渣率通常为60%～70%。旋风筒出口的过量空气系数一般为1.05，煤粉细度R₉₀控制在等于或略高于煤的可燃基挥发分V_daf的数值。

下置式立式旋风炉的旋风燃烧室置于冷却炉膛之下，二次风和煤粉沿旋风室割向引入，烟气由旋风室上部出口排入冷却炉膛，如图5.81所示。冷却炉膛为矩形截面，在冷却炉膛和旋筒的交界处，一部分水冷壁拉下形成圆柱形旋风筒体。这种旋风室的直径大、二次风速低，所以容积热负荷较低，约为1.2～1.4MW/m³。可燃用V_daf≥12%、R₉₀＝15%～45%的煤粉。

2.卧式旋风炉

卧式旋风炉按照燃料进入方式的不同分为轴向进煤和切（割）向进煤两种。

轴向进煤卧式旋风炉如图5.82所示。这种旋风炉的旋风筒由水冷壁管弯制拼装而成。

图5.82　轴向进煤卧式旋风炉

1—二次风喷口；2—蜗壳一次风进口；3—中心风管；4—出口尾锥；5—旋风筒流渣口；6—燃尽室；7—总流渣口；8—捕渣管束；9—冷却炉膛

燃料经旋流式燃烧器沿轴向送入旋风筒，二次风以高速（约150m/s）切向喷入筒内，烟气从后环室喉口进入燃尽室，再经捕渣管束进入冷却炉膛，熔渣则从后环室下部的一次渣口流到燃尽室底部，再经二次渣口排出炉子。这种旋风炉可燃用V_daf≥15%、粒度小于5mm的煤屑。其容积热负荷在几种旋风炉中最高，可达3.5～7.0MW/m³。

切（割）向进煤卧式旋风炉与轴向进煤卧式旋风炉的不同之处仅在于燃料是在二次风口下以切（或割）向送入旋风筒。可以燃用着火困难的低挥发分燃料，一般燃用V_daf＞10%的粗煤粉（R₉₀＝40%～70%）。由于燃料切向引入，可以防止大量细粉沿旋风筒轴线涌出，避免机械不完全燃烧损失增大。

卧式旋风筒内的燃烧强度之所以比立式旋风筒还要高，是由于后锥（也称喇叭口）的存在使空气动力场和燃烧过程具有独特性。图5.83所示为冷态试验中筒内气流的轴向运动规律。在靠近筒壁处，气流一面旋转一面向筒的后端行进，在进入后环室之后又退出来。这股退出来的环形旋转气流遇到近中心另一股向后运动的气流时，就分成两股，一股经后锥流出旋风筒，另一股又回向后环室而形成循环气流。在筒中央，一股圆柱形中心回流由筒外流进来，这是旋转气流中心负压所造成的（图5.82中蜗壳型燃烧器中心风只能使中心回流缩短行程，但筒内流动结构的基本形态不变）。二次风速愈高，上述各股气流的分界愈明显。筒内各点切向速度的分布和立式旋风筒相似。

图5.83　卧式旋风筒内气流轴向运动的规律

卧式旋风炉的热效率与立式旋风炉大致相同，捕渣率为85%～90%，q_V可达（3.5～7）MW/m³。但卧式旋风炉不宜烧无烟煤或劣质烟煤，否则燃烧不易稳定，q₄太大。这是因为二次风混入早，着火条件比不上立式旋风炉的缘故。

旋风炉在运行中所发生的问题，不少与液态排渣有关，其它方面一个较普遍的问题是二次风口结渣，即使采用割向进风也难以避免，在运行中多采用使两组二次风口轮流停风，烧去所结之渣。