一种锅炉系统及其分层煤斗

本实用新型公开一种新型分层煤斗及锅炉系统，按照前饲式机械炉排层燃炉煤层内各层次，可提供的有效可燃烧时间，和燃烧环境温度自上而下，逐层递减的特点，筛分出与各层次有效可燃烧时间，和燃烧环境温度相匹配的可燃尽粒径。将煤层自上而下地筛分为：大粒煤在上，中粒煤居中，细末煤在下，小粒煤铺底层防漏的四层分层模式。让不同粒径的煤粒在不同时间段被引燃后在炉排尾部全部燃尽。从源头上避免现有分层给煤设备所存在的底煤层大粒煤难以燃尽，上部煤层细末煤渣容易被烧结成致密性大块板渣等问题，以此达到节能降排目的。

技术领域

本实用新型涉及层燃锅炉机械炉排给煤设备技术领域，具体涉及一种锅炉系统及其分层煤斗。

背景技术

新煤由炉排沿x轴方向，自前拱入口送入炉膛后，依靠接受炉内高温辐射热和层内明火层邻间辐射热，从煤层表面开始引燃，表煤层着火后，沿y轴方向自上而下进行层内引燃。

通常，炉排层燃炉的炉膛内，表煤层在炉内有效可燃烧时间最长，底煤层在炉内有效可燃烧时间最短。也即，煤层内有效可燃烧时间自上而下逐层递减。且在相同的燃烧环境条件下，粒径的平方与所需燃尽时间成正比，粒径越大，所需燃尽时间越长。

现有的分层煤斗在进行煤粒分层顺序排列时，所沿用的是上世纪的处理方案：大粒在下，中粒居中，小粒和细末在上的三层筛分模式，或者，采用简版处理方案：大粒在下，中粒、小粒和细末混合在上的二层筛分模式。实际应用时，该方案存在以下几点不足：

（1）将所需燃烧时间最长的大粒煤，放在层内可提供有效可燃烧时间最短的底煤层，不利于大粒煤燃尽。特别是，受限于底煤层的层内空气过量系数最大且燃烧环境温度最低的特点，使用低挥发分煤种时炉渣含碳量更高。

（2）将所需燃尽时间最短的小粒和细末煤，放在层内可提供最长有效可燃烧时间的煤层上部，浪费层内可燃烧资源。

（3）将可以迅速燃尽的细末煤，放在层内燃烧环境温度最高，在高温接力烘烤时间最长的煤层上部，极易将燃尽后的低灰熔点细末煤渣烧结成大块致密性板渣。高灰熔点的细末煤渣在火床上面形成高风阻、高热阻的灰渣“被”，直接影响层内通风与燃烧。

（4）大粒在下，中粒居中，小粒和细末在上的分层方式，还会在层内形成自下而上的渐缩性粒间通风道。当底煤层被引燃后，层间烟气体积会随着层内燃烧环境温度逐层膨胀，烟气速度也会在渐缩性粒间通道内逐层递增。此时上部煤层内细末煤大部分已燃尽，递增后的烟气无法起到加快残碳氧渗透的作用，反而会将燃烧失重后的煤灰吹起，增加炉内粉尘起始浓度。基于此，现有技术提出一种改进方案，在上述方案的基础上对煤层上部进行纵向分垄，分垄后的煤层在横向立剖面上呈峰谷起伏的波浪形。当新煤进入炉膛后，煤层表面迎火面积增加，垄体和垄沟表面均可同时引燃。实际燃料过程具有以下特点：

（1）在炉内燃烧前期，可为垄沟底部煤层争取一些有效可燃烧时间，但是垄沟底部煤层与垄体底部煤层的引燃时间存在时间差。两者在炉内有效可燃烧时间也各不相同。

（2）上述纵向条状分垄能够防止细末煤燃尽后在主燃区火床表面形成整张高风阻、高热阻灰渣“被”，并在预防后续燃烧中细末灰渣被烧结成致密性大块板渣。但是，基于分垄后的垄体由于煤焦和灰渣的动堆积角均的存在，垄峰在炉排运动中无法将垄沟自行填平，在后续燃烧中垄沟部位会在横向煤层中形成通风低阻区，垄体部位则会形成横向通风高阻力区，会降低煤炭的燃烧速度，不利于煤炭燃尽。

（3）垄沟内通风低阻区则会形成风沟，增加炉内空气过量系数和排烟Q2损失，降低锅炉热效率。同时，垄沟内强风虽然能吹走一部分细小灰渣，加深对灰渣“被”的纵向切割，降低热阻，但是吹走的飞灰现时会增加炉拱背和锅炉对流受热段积灰速度，增加清灰工作量增加除尘器负荷。

有鉴于此，亟待另辟蹊径针对分层模式进行优化设计，以克服上述缺陷。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种锅炉系统及其分层煤斗，通过分层布煤模式的结构优化可有效地规避现有分层给煤技术所导致的大粒煤在底煤层难以燃尽，小粒煤和细末煤在顶煤层被烧结成大块致密性板渣，或者在主燃区煤层上部覆盖高风阻灰渣被影响层内燃烧等问题，以此达到节能降排目的。

本实用新型提供的分层煤斗，包括煤斗本体，以及配置在煤斗本体内部的输煤轮和筛分装置；所述筛分装置位于所述输煤轮的下方，所述输煤轮的转动中心线垂直于炉排输送方向；所述筛分装置包括第一棒条筛、第二棒条筛和第三棒条筛，其中，所述第一棒条筛位于近所述煤斗本体的出煤口侧，倾斜设置的所述第一棒条筛配置为：下沿与煤斗本体前壁之间形成第一筛上落煤通道，上沿与煤斗本体后壁之间形成过煤通道；所述第二棒条筛位于所述第一棒条筛的上方，倾斜设置的所述第二棒条筛配置为：上沿与所述煤斗本体前壁相连，下沿与所述煤斗本体后壁之间形成第二筛上落煤通道；所述第三棒条筛位于所述第二棒条筛的上方，倾斜设置的所述第三棒条筛配置为：上沿与所述煤斗本体前壁相连，下沿与所述煤斗本体后壁之间形成第三筛上落煤通道；其中，所述第二筛上落煤通道小于或等于所述过煤通道，所述第三筛上落煤通道小于所述第二筛上落煤通道；所述第三棒条筛的筛孔孔径大于所述第二棒条筛的筛孔孔径，所述第二棒条筛的筛孔孔径大于所述第一棒条筛的筛孔孔径。

优选地，所述煤斗本体具有与所述煤斗本体前壁固定的上导流板和与所述煤斗本体后壁固定的下导流板，所述输煤轮位于所述上导流板和所述下导流板形成的落煤口上方，并配置为：所述输煤轮转动时，其低点位置可形成与炉排输送方向相反的送煤趋势；且在水平投影面内，所述下导流板覆盖所述第三筛上落煤通道。

优选地，所述输煤轮具有多个桨叶，每个所述桨叶通过沿轴向间隔设置的多个桨杆固定设置的轮轴上；且固定相邻两个所述桨叶的两组多个所述桨杆，沿轴向依次错开设置；所述下导流板为圆弧板，其圆心与所述输煤轮的转动中心重合。

优选地，还包括调节板，其一端与所述煤斗本体前壁之间形成顶部落煤通道，其另一端枢接于所述下导流板的下方，所述调节板设置在所述落煤口下方，并可相对于所述煤斗本体转动切换所述调节板的板体工作位置；并配置为：在水平投影面内，所述顶部落煤通道位于所述落煤口的旁侧。

优选地，所述第一棒条筛的筛孔孔径为6mm，所述第二棒条筛的筛孔孔径为8mm，所述第三棒条筛的筛孔孔径为12mm。

优选地，所述下导流板的下端位于所述调节板的枢接端的上方5mm-10mm处；所述输煤轮的外缘与所述下导流板之间的径向间隙为20mm；所述桨叶与所述轮轴之间的径向空隙大于50mm；所述第一棒条筛、所述第二棒条筛和所述第三棒条筛的筛面下倾角为35°-45°。

优选地，所述煤斗本体前壁上设置有观察门，所述煤斗本体的底部设置测孔标尺。

优选地，所述观察门为插板式观察门，所述测孔标尺具有两列测孔，两例所述测孔的上下等距相错排列，所述测孔的孔径为4mm，且所述测孔的旁侧标有刻度线形成的标尺，每列中相邻的所述测孔中心距离为10mm。

优选地，所述煤斗本体前壁的底部开设有送入口，还包括与所述送入口相应设置的挡板，所述挡板枢接于所述第一筛上落煤通道下方，并可相对于所述煤斗本体转动切换所述挡板的板体工作位置。

本实用新型还提供一种锅炉系统，包括炉膛和将煤粒输送至所述炉膛的炉排，以及如前所述的分层煤斗。

针对现有层燃炉分层煤斗所存在的缺陷，本实用新型创新性地提出了一种煤粒分层的排列顺序。具体地，其筛分装置的三个筛板依次间隔设置，且位于下方的第一棒条筛的筛孔孔径最小，位于上方的第三棒条筛的筛孔孔径最大；当自由下落的煤料至第三棒条筛时，筛上分离后的大煤粒沿第三棒条筛下滑至其下沿后经由第三筛上落煤通道落下；通过第三棒条筛的煤粒自由下落至第二棒条筛时，筛上分离后的中煤粒沿第二棒条筛下滑至其下沿后经由第二筛上落煤通道落下；相应地，通过第二棒条筛的煤粒自由下落至第一棒条筛时，筛上分离后的小煤粒沿第一棒条筛下滑，至其下沿与煤斗本体前壁之间的第一筛上落煤通道落下，而通过第一棒条筛的细末煤自由下落。

本方案中，第一筛上落煤通道、第一棒条筛构建的筛下落煤通道、第二筛上落煤通道和第三筛上落煤通道在炉排输送方向上依次前后布置，这样，在系统运转过程中，在第一棒条筛筛上分离后，小煤粒经由第二筛上落煤通道首先铺在炉排表面，形成小煤粒层；接下来，通过第一棒条筛的细末煤铺在小煤粒层上，形成细末煤层；然后在第二棒条筛筛上分离后的中煤粒铺在细末煤层上方，形成中煤粒层；最后在第三棒条筛筛上分离后的大煤粒铺在中煤粒层上，形成大煤粒层。如此设置，本方案将煤层自上而下地筛分为：大粒煤在上，中粒煤居中，细末煤在下和小粒煤铺底层防漏的分层模式；一方面，可燃烧时间从上至下依次递减，以可燃尽粒径配可燃尽时间，该分层模式符合燃烧环境温度自上而下，且逐层递减的趋势，从而使得不同粒径的煤粒在不同时间段被引燃后在炉排尾部全部燃尽；同时，在层内形成渐扩式粒间通风道，以降低层内热态通风阻力，进一提高上述技术优势，且可完全规避以往上部煤层为细末煤层容易被烧结成致密性大块板渣等问题。此外，本方案细末煤铺设在小粒煤上方，以小粒煤铺底能够避免细末煤下漏，提高燃料利用率。

在本实用新型的另一优选方案中，在煤斗本体内导流板的落煤口下方设置有调节板，经由该落煤口输出的煤粒落至调节板上，然后沿调节板滑落至另一端，再通过其与煤斗本体前壁之间形成顶部落煤通道下落进行层级筛分；同时，通过转动该调节板可切换调节板体工作位置，以形成不同的滑落引导倾角。如此设置，当调节板上扬时，顶部落煤通道口径收缩，出煤量减少，炉排煤层减薄；当调节板下俯时，顶部落煤通道口径增大，出煤量增大，炉排煤层增厚。进下地，当调节板倾角不低于水平面0°倾角时，且输煤轮停止转动后，该调节板具有可以防止斗内煤粒自流的自锁功能。此外，当燃煤的湿度和湿度不同时，还可以转动调整调节板获得同样的煤层厚度，可提高煤斗的可适应性。

附图说明null实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参见图1，该图示出了本实施方式所述分层煤斗的整体结构示意图。

该分层煤斗包括一煤斗本体1，该煤头本体1具有燃煤送料口A，燃煤经由该送料口进入煤斗后进行分层筛分，经筛分处理后煤粒经煤头本体1底部的出煤口逐层铺设在下方炉排上。

如图所示，输煤轮2和筛分装置3设置在煤斗本体1的内部。该输煤轮2的转动中心线垂直于炉排输送方向（图中箭头所示），由此搅动、切割进入煤斗内的煤层，并在煤层自由落体趋势的基础上形成内部输送的助力。该筛分装置3位于输煤轮2的下方，包括由下至上依次设置的三个不同筛孔孔径的筛板：第一棒条筛31、第二棒条筛32和第三棒条筛33，第三棒条筛33的筛孔孔径大于第二棒条筛32的筛孔孔径，第二棒条筛32的筛孔孔径大于第一棒条筛31的筛孔孔径。

其中，第一棒条筛31位于近煤斗本体1的出煤口B侧，也即煤斗最下层的筛板。该倾斜设置的第一棒条筛31配置为：其上沿与煤斗本体后壁11之间形成过煤通道，其下沿与煤斗本体前壁12之间形成第一筛上落煤通道P1。煤粒自由下落至第一棒条筛时，被第一棒条筛31拦截的小煤粒沿第一棒条筛31下滑，至其下沿与煤斗本体前壁12之间的第一筛上落煤通道P1落下；而通过第一棒条筛31的细末煤经由第一棒条筛31构建的筛下落煤通道P2自由下落。作为优选，第一棒条筛31的筛孔孔径可以为5mm-6mm，优选为6mm。将所需可燃尽时间小于下煤层可提供的有效可燃烧时间的小粒煤和细末煤，置于煤层内可提供有效可燃烧时间最短、层内空气过量系数最大、燃烧环境温度最低的下煤层，以避免细末煤渣受高温长时间烘烤被烧结成大块致密性板渣。

其中，第二棒条筛32位于所述第一棒条筛31的上方，该倾斜设置的第二棒条筛32配置为：其上沿与煤斗本体前壁12相连，其下沿延伸至过煤通道，并与煤斗本体后壁11之间形成第二筛上落煤通道P3。当自由下落的煤料至第二棒条筛32时，被第二棒条筛32拦截的中煤粒沿第二棒条筛32下滑至其下沿后经由第二筛上落煤通道P3落下。这里，过煤通道用于通过第二棒条筛32筛上滑落的中煤粒以及第三棒条筛33筛上滑落的大煤粒，故第二筛上落煤通道P3小于或等于过煤通道，以确保形成可靠的落煤顺位。作为优选，第二棒条筛32的筛孔孔径为7mm-8mm，优选为8mm，将所需可燃尽时间小于中煤层可提供的有效可燃烧时间的中粒煤，置于煤层中部。

其中，第三棒条筛33位于第二棒条筛32的上方，第二棒条筛32和第三棒条筛33之间垂直距离可配置为150mm-200mm，第三棒条筛33与煤斗本体后壁11之间水平距离50 mm-100mm，第二棒条筛32与煤斗本体后壁11之间的水平距离可以约为150mm-200mm，上、下两层筛条出口端前后相错，两个出口端垂线之间水平距离为100mm。该倾斜设置的第三棒条筛33配置为：其上沿与煤斗本体前壁12相连，其下沿与煤斗本体后壁11之间形成第三筛上落煤通道P4；这里，第三筛上落煤通道P4小于第二筛上落煤通道P3，沿炉排输送前后方向，该第三筛上落煤通道P4位于最后侧，以确保大煤粒完全铺设在中煤粒层的上方。由于其筛孔孔径大于第二棒条筛32的筛孔孔径，当自由下落的煤料至第三棒条筛33时，被第三棒条筛33拦截的大煤粒沿第三棒条筛33下滑至其下沿后，经由第三筛上落煤通道P4落下。作为优选，第三棒条筛33的筛孔孔径为11mm -12mm，优选为12mm。将所需可燃尽时间长的大粒径煤，置于煤层内可提供有效可燃烧时间最长、燃烧环境温度最高、燃烧速度最快的上部煤层用于提高大粒煤的燃尽率。

请一并参见图2，该图为本实施例所述分层煤斗的筛分模式示意图。

由于第一筛上落煤通道P1、第一棒条筛31构建的筛下落煤通道P2、第二筛上落煤通道P3以及第三筛上落煤通道P4，在炉排输送方向上依次前后布置。这样，在系统运转过程中，被第一棒条筛31拦截的小煤粒经由第一筛上落煤通道P1首先铺在炉排表面，形成小煤粒层L1；接下来，通过第一棒条筛31的细末煤，通过筛下落煤通道P2铺在小煤粒层L1上，形成细末煤层L2；然后被第二棒条筛32拦截的中煤粒，经由第二筛上落煤通道P3再铺在细末煤层L2上方，形成中煤粒层L3；最后，被第三棒条筛33拦截的大煤粒，经由第三筛上落煤通道P4铺在中煤粒层L3上，形成大煤粒层L4。

如此设置，从源头上解决了现有分层给煤设备所出现的：底煤层大粒煤难以燃尽，上部煤层细末煤渣容易被烧结成致密性大块板渣等问题。将煤层自上而下地筛分为：大粒煤在上，中粒煤居中、细末煤在下和小粒煤铺底层防漏的分层模式；一方面，可燃烧时间从上至下依次递减，以可燃尽粒径配可燃尽时间，该分层模式符合燃烧环境温度自上而下，且逐层递减的趋势，从而使得不同粒径的煤粒在不同时间段被引燃后在炉排尾部全部燃尽；同时，可完全规避以往上部煤层为细末煤层容易被烧结成致密性大块板渣等问题，此外，本方案细末煤铺设在小粒煤上方，以小粒煤铺底能够避免细末煤下漏，可有效减少炉排风孔和缝隙漏煤量，提高燃料利用率。

进一步地，第一棒条筛31、第二棒条筛32和第三棒条筛33的筛孔孔径，理论上来说，也可根据各地的煤质特点在上述优选数值的基础上进行调整，例如但不限于，第一棒条筛31的筛孔孔径为6±3mm，第二棒条筛32的筛孔孔径为8±3mm，第三棒条筛33的筛孔孔径为12±3mm。且同层相邻筛条采用长短间隔分布，相邻筛条长度差为20mm-30mm，利用相邻筛条两边力矩与重力差导致的筛条弹性振幅不同，抖落卡在筛条之间的煤粒。

本方案中，煤斗本体1具有上导流板13和下导流板14，两者间形成落煤口。其中，上导流板13固定在煤斗本体前壁12上，下导流板14固定在煤斗本体后壁11上，输煤轮2位于上导流板13和下导流板14形成的落煤口上方，并配置为：输煤轮2转动时，其的低点位置可形成与炉排输送方向相反的送煤趋势；例如但不限于，图1所示炉排输送方向由左至右，相应地，输煤轮2顺时针转动。同时，在水平投影面内，下导流板14覆盖第三筛上落煤通道P4，以便燃煤依据预设路径进行相应的筛分处理。

当然，图中所示下倾设置的上导流板13下沿，可采用角钢15增强。由此，可防上导流板14下端在重力作用下弯曲变形，从而可避免煤层厚度不均。

需要说明的是，输煤轮2的结构可根据具体燃煤特点进行选择。例如但不限于，图3和图4所示的可获得良好搅拌、切割煤层功能的输煤轮结构；其中，图3为图1中所示输煤轮的横向截面示意图，图4为图3的A向视图。

该输煤轮2具有多个桨叶21，优选为4-8个，而非局限于图中所示的四个桨叶21。每个桨叶21通过沿轴向间隔设置的多个桨杆22固定设置的轮轴23上；且固定相邻两个桨叶21的两组多个所述桨杆22，沿轴向依次错开设置。基于桨叶21与轮轴23之间留有的空隙，可以使得斗内煤粒在重力作用下通过该空隙自由下落，优选该径向空隙大于50mm；这样，相邻两组桨杆22沿轴向错列布置，可形成对进入轮心煤层的搅动和切割，确保后续煤粒筛分的可靠性。该轮轴23两端可采用双列向心球面自动调心轴承。

如图所示，该下导流板14为圆弧板，其圆心与输煤轮2的转动中心重合，由此可在下导流板14与输煤轮2的外缘之间形成径向相等的间隙，避免输煤轮2运转卡滞。作为优选，下导流板14的下端位于调节板4的枢接端的上方5mm-10mm处；同时，输煤轮2的外缘与下导流板14之间的径向间隙可以为19mm-20mm，略大于煤层内最大可燃尽粒径即可。

为了进一步提高煤斗的可适应性，可在落煤口下方增设一调节板4，该调节板4的一端与煤斗本体前壁12之间形成顶部落煤通道P5，其另一端枢接于下导流板14的下方，该调节板4可相对于煤斗本体1转动切换，进而切换改变调节板4的板体工作位置；并配置为：在水平投影面内，顶部落煤通道P5位于该落煤口的旁侧，这样，在输煤轮2的搅动推动下，燃煤经由落煤口首先落至调节板4上，可形成如静堆积角轮廓线C所示的煤层初始态。

这里，调节板4的板体41固定在旋转轴42上，该旋转轴42可由与旋转轴42传动连接的涡轮-蜗杆机构（图中未示出）进行控制，进行仰俯调节。请一并参见图5，该图为图1中所示调节板的示意图。图中所示，通过固定旋转轴42与板体41之间筋板43调节板4，能够有效提高调节板4承载能力。

工作过程中，经由该落煤口输出的煤粒落至调节板4上，然后沿调节板4滑落至另一端，再通过其与煤斗本体前壁12之间形成顶部落煤通道P5下落进行层级筛分；同时，通过转动该调节板4可切换调节板体41工作位置，以形成不同的滑落引导倾角。如此设置，当调节板上扬时，顶部落煤通道口径收缩，出煤量减少，炉排煤层减薄；当调节板下俯时，顶部落煤通道口径增大，出煤量增大，炉排煤层增厚。进下地，当调节板倾角不低于水平面0°倾角时，且输煤轮2停止转动后，该调节板4还具有可以防止斗内煤粒自流的自锁功能。此外，当燃煤的湿度和湿度不同时，还可以转动调整调节板4获得同样的煤层厚度，可提高煤斗的可适应性。

进一步地，可在煤斗本体前壁12的底部设置一送入口121，在与所述送入口相应设置有挡板5，该挡板5枢接于第一筛上落煤通道P1的下方，并可相对于煤斗本体1转动切换该挡板5的板体工作位置。这样，当挡板5向上开启时，通过该送入口121将引火物送进炉排，而该挡板5呈向下姿态放置时，可封堵该预留口121，起到阻挡小粒径煤顺筛条冲出炉排的作用。具体地，该式挡板5的操作可以由斗外曲柄摇把（图中未示出）控制。

另外，在煤斗本体前壁12上还可设置有观察门6，用于观察煤斗内输煤与各层次筛分状况，便于司炉工及时清理故障；优选采用插板式观察门，横向间隔均布即可满足上述观察功能的需要。

此外，可在煤斗本体1的底部设置测孔标尺7，用于测量煤斗内分层后煤层厚度，请一并参见图6，该图为图1中所示测孔标尺的示意图。

具体地，两列测孔71垂直平行排列，左、右测孔上下等距相错排列，测孔孔径φ=4mm，测孔中心边标有刻度线形成的标尺72，同列测孔上、下中心距离为10mm，相邻测孔之间高度相错5mm，测量精度为5mm，测孔配合探针和标尺判断煤层厚度。

除前述分层煤斗外，本实施方式还提供一种锅炉系统，包括炉膛以及将煤粒输送至所述炉膛的炉排（图中未示出）。

具体来说，输煤轮和炉排可采用同一电机作为驱动部件，通过传动机构使得输煤轮的外径运行线速度为炉排运行线速度的1.5倍，即可形成图中所示的稳定煤层配置；对于大型炉排，输煤轮可采用独立电机和减速机，具体需要减速机变速档位与炉排减速机保持一致。

进一步地，还可建立炉前筛分装置、阻止不可燃尽粒径和冻块直接进入煤斗。将大于炉内煤层上部最大可燃尽粒径的大块煤筛分破碎后入炉，可以进一步降低炉渣含碳量，减少不必要的浪费。

不同煤种最大可燃尽粒径试取表：