燃用含堿金屬成分燃料的循環(huán)流化床鍋爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可燃用含堿金屬成分燃料的循環(huán)流化床鍋爐，其包括鍋爐本體，鍋爐本體的煙氣出口與旋風分離器連接，旋風分離器通過尾部煙道及設置在鍋爐進風系統(tǒng)前的空預器與除塵器連接，所述鍋爐的尾部煙道為兩級尾部煙道，并配置有煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括連接在再循環(huán)煙氣取氣口和再循環(huán)煙氣回送口之間的再循環(huán)煙道和設置在所述煙道上的煙氣再循環(huán)風機，再循環(huán)煙氣取氣口位于空預器以后，再循環(huán)煙氣回送口位于鍋爐本體的爐膛上部區(qū)域或之后，且位于尾部煙道的上部區(qū)域或之前，該鍋爐燃用含堿金屬成分燃料時不易發(fā)生受熱面沾污，可以純燒含堿金屬成分較高的燃料，從而實現(xiàn)此類燃料的規(guī)?；?，用于循環(huán)流化床鍋爐的新設計或改造。
【專利說明】燃用含堿金屬成分燃料的循環(huán)流化床鍋爐
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及循環(huán)流化床燃燒【技術領域】。
【背景技術】
[0002]我國現(xiàn)已成為世界第一的能源生產(chǎn)國和消費國，近十年煤炭在能源結(jié)構(gòu)中所占比重一直在70%左右，并預計將持續(xù)至本世紀中葉。目前隨著煤炭資源的廣泛開發(fā)利用，逐漸發(fā)現(xiàn)在燃用某些煤種時出現(xiàn)鍋爐受熱面粘結(jié)的問題。自2010年起，中國電力行業(yè)開始逐步認識到這些煤種的特有屬性，并發(fā)現(xiàn)煤中堿金屬類物質(zhì)對鍋爐受熱面有嚴重粘結(jié)傾向。以燃用新疆地區(qū)該類煤種的鍋爐為例，2009年新疆部分電廠如紅巖池電廠、烏魯木齊熱電廠開始摻燒準東高鈉煤，在摻燒過程中發(fā)現(xiàn)，鍋爐受熱面粘結(jié)嚴重，屏式過熱器、高溫過熱器、高溫再熱器、低溫再熱器、低溫過熱器管的壁附有大量灰顆粒。2010年，隨著準東煤的使用范圍擴大，粘結(jié)引發(fā)的電廠停產(chǎn)也越來越普遍。例如，2011年大南湖電廠試運行期間燃用鄯善沙爾湖煤，僅僅運行幾天，對流受熱面粘結(jié)嚴重，迫使電廠放棄沙爾湖煤重新組織煤源。可見，粘結(jié)問題已嚴重阻礙了這類煤炭資源的銷售與開采，增加了電廠的發(fā)電成本。
[0003]目前，僅新疆煤炭預測資源量就超過2萬億噸，約占全國煤炭資源總量的41%，位居全國之首，加之新疆煤炭資源具有稟賦條件好、煤層開發(fā)成本低等特點，因此迫切需要可以燃燒此類煤質(zhì)的鍋爐。
[0004]受熱面的粘結(jié)問題，又可細分為沾污和結(jié)渣兩類。而且，從生成機理上講沾污和結(jié)渣有本質(zhì)的區(qū)別。沾污是指低于灰熔點的灰顆粒在對流受熱面積聚?；翌w粒溫度低于灰熔點變硬失去了粘性，自身是不會粘結(jié)在受熱面上的，因此，沾污發(fā)生的過程中一定伴隨著粘結(jié)劑的產(chǎn)生。沾污又可分為兩種類型:高溫粘結(jié)性沾污與低溫灰沉積。高溫沾污形成于某一溫度范圍內(nèi)，溫度范圍和高溫沾污機理有關，一般產(chǎn)生于屏式過熱器、對流過熱器、對流再熱器上；低溫灰沉積則主要出現(xiàn)在溫度低于酸露點的管壁上，如低溫省煤器和空氣預熱器，它是由酸液與飛灰凝聚而成。結(jié)渣與沾污不同，它是指熔融或半熔融狀態(tài)灰顆粒接觸到溫度較低受熱面時的凝固收縮聚集，通常發(fā)生在水冷壁及屏式過熱器底部。
[0005]對于受熱面的結(jié)渣而言，目前控制結(jié)渣的技術措施已很成熟，且判別煤灰結(jié)渣的方法也已明確，因此通過合理的組織爐內(nèi)燃燒、選取合適的爐膛熱負荷、控制爐膛出口溫度即可很好的控制水冷壁與屏式過熱器底部結(jié)渣。
[0006]對于受熱面的沾污問題，一般認為在燃料中鈉鉀等堿金屬鹽在析出過程中接觸到溫度較低的受熱面時發(fā)生冷凝，并聚集在管子表面，由于聚集的鈉鹽有一定的粘度，因此煙氣中的超細灰顆粒由于質(zhì)量小動量弱就會被吸附，這一過程即形成了沾污。目前，世界范圍內(nèi)還都沒有找到根治這一問題的解決方法，已公開的一些方法包括:
[0007]第一、使用液態(tài)化學添加劑:在爐內(nèi)噴入液態(tài)化學添加劑如硫酸鹽溶液將有助于吸收爐內(nèi)堿金屬鹽蒸汽。然而，研究表明，僅在試驗臺上進行此類液態(tài)化學添加劑的噴入已經(jīng)非常昂貴，因此該辦法難于推廣應用到工程中去。
[0008]第二、采用吹灰器吹灰:由于沾污的形成伴隨粘性物質(zhì)附著在管子外壁，吹灰器投運時，會阻止當時煙氣中固體顆粒被吸附的程度，但一旦吹灰器吹灰結(jié)束，則阻礙沾污的效果就失去了。因此吹灰器更適合吹掃浮灰，而對除去管外形成的沾污層效果有限。另一方面，若長期連續(xù)不斷的吹灰，則會提高能耗，降低機組效率。同時，高溫高壓蒸汽持續(xù)不斷的沖刷管子外壁，也會對受熱面管子的壽命產(chǎn)生不利影響。
[0009]第三、與其他燃料混合摻燒:研究表明，摻燒其他堿金屬鹽含量低的燃料或灰、沙等物質(zhì)會稀釋堿金屬鹽蒸汽的濃度，可以起到延緩沾污的效果。通過摸索不同摻燒燃料的摻燒比例，可對燃用高堿金屬鹽含量的煤有很好的減輕受熱面沾污效果。然而，對于部分沒有摻燒條件的機組如坑口電廠等，則難于采用摻燒方法。
[0010]第四、使用固體添加劑:通常認為，煤粉鍋爐的煤灰是捕集堿金屬的潛在的吸收齊U。這是因為，煤灰中的硅鋁酸鹽含量較高，硅鋁酸鹽可以與堿金反應生成堿金屬硅鋁酸鹽，且該反應為不可逆反應。然而，煤灰的分析結(jié)果表明，由于煤粉鍋爐的燃燒溫度較高，硅鋁酸鹽均轉(zhuǎn)化為不適合吸收堿金屬的惰性結(jié)構(gòu)。
[0011]第五、加防護蓋板:已有試驗研究表明，通過在前排受熱面管外加設防護蓋板，可以在一定程度上緩解該區(qū)域受熱面的沾污問題，然而，這一方法所能延長的時間非常有限，并非長久的辦法。
[0012]以上因素均限制了含堿金屬成分燃料的利用，使這類煤炭資源難于大規(guī)模開采使用。
實用新型內(nèi)容
[0013]本實用新型所要解決的技術問題是提供一種可燃用含堿金屬成分燃料的循環(huán)流化床鍋爐，該鍋爐燃用含堿金屬成分燃料時不易發(fā)生受熱面沾污。
[0014]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:燃用含堿金屬成分燃料的循環(huán)流化床鍋爐，包括鍋爐本體，鍋爐本體的煙氣出口與旋風分離器連接，旋風分離器通過尾部煙道及設置在鍋爐進風系統(tǒng)前的空預器與除塵器連接，所述鍋爐包括至少兩臺冷卻型旋風分離器，每臺旋風分離器至多對應一臺外置式熱交換器，尾部煙道為兩級尾部煙道，尾部煙道配置有煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，所述煙氣再循環(huán)系統(tǒng)包括連接在再循環(huán)煙氣取氣口和再循環(huán)煙氣回送口之間的再循環(huán)煙道和設置在再循環(huán)煙道上的煙氣再循環(huán)風機，所述再循環(huán)煙氣取氣口位于空預器以后，所述再循環(huán)煙氣回送口位于鍋爐本體的爐膛上部區(qū)域或之后，且位于尾部煙道的上部區(qū)域或之前。
[0015]所述再循環(huán)煙氣取氣口位于除塵器以后。
[0016]所述再循環(huán)煙氣回送口位于鍋爐本體的爐膛上部區(qū)域。
[0017]所述再循環(huán)煙氣回送口位于尾部煙道上部區(qū)域。
[0018]所述再循環(huán)煙氣回送口位于旋風分離器的進口區(qū)域。
[0019]所述再循環(huán)煙氣回送口位于旋風分離器出口區(qū)域。
[0020]所述鍋爐配有低溫省煤器，低溫省煤器與空預器并聯(lián)地設置于尾部煙道和除塵器之間。
[0021]本實用新型的有益效果是:通過設置煙氣再循環(huán)系統(tǒng)，將在空預器換熱后的低溫煙氣再回送至鍋爐本體的爐膛上部區(qū)域與尾部煙道的上部區(qū)域之間的煙氣通路中，使尾部煙道進口處的煙溫降低，避開高溫粘結(jié)的峰值溫度區(qū)間，使得尾部受熱面的粘污情況大幅減輕，從而實現(xiàn)了燃用含堿金屬燃料鍋爐的長期連續(xù)運行。應用本實用新型的循環(huán)流化床鍋爐可以純燒含堿金屬鹽成分較高的燃料，從而實現(xiàn)此類燃料的大規(guī)模廣泛利用，可用于循環(huán)流化床鍋爐的新設計或改造。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本實用新型實施例1的示意圖。
[0023]圖2是本實用新型實施例2的示意圖。
[0024]圖3是本實用新型實施例3的示意圖。
[0025]圖中標記為:鍋爐本體1、旋風分離器2、尾部煙道3、低溫省煤器4、除塵器5、空預器6、外置式換熱器7、水平煙道8、煙氣再循環(huán)系統(tǒng)10、煙氣再循環(huán)風機101、再循環(huán)煙氣取氣口 102、再循環(huán)煙氣回送口 103。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0027]如圖1、圖2、圖3所示，本實用新型的燃用含堿金屬成分燃料的循環(huán)流化床鍋爐，包括鍋爐本體I，鍋爐本體I的煙氣出口與旋風分離器2連接，旋風分離器2通過尾部煙道3及設置在鍋爐進風系統(tǒng)前的空預器6與除塵器5連接，所述鍋爐包括冷卻型旋風分離器2，每臺旋風分離器2至多對應一臺外置式熱交換器。為避免燃料在分離器內(nèi)進一步燃燒而釋放出更多的堿金屬成分造成尾部受熱面的沾污，需要采用冷卻型旋風分離器吸收熱量。同時為了減少尾部受熱面以減少尾部受熱面沾污發(fā)生的幾率，根據(jù)煤種的不同設置外置式熱交換器。尾部煙道3配置有煙氣再循環(huán)系統(tǒng)10，所述煙氣再循環(huán)系統(tǒng)10包括連接在再循環(huán)煙氣取氣口 102和再循環(huán)煙氣回送口 103之間的再循環(huán)煙道和設置在再循環(huán)煙道上的煙氣再循環(huán)風機101。煙氣再循環(huán)系統(tǒng)10將在空預器6換熱后的低溫煙氣再回送至鍋爐本體I的爐膛上部區(qū)域與尾部煙道3的上部區(qū)域之間的煙氣通路中，使尾部煙道3進口處的煙溫降低，避開高溫粘結(jié)的峰值溫度區(qū)間，使得尾部受熱面的粘污情況大幅減輕，從而實現(xiàn)了燃用含堿金屬燃料鍋爐的長期連續(xù)運行。
[0028]通過對含堿金屬成分煤種的試燒試驗可知，燃料中的堿金屬成分會在燃燒過程中釋放，并以氣態(tài)形式存在于高溫煙氣中。對不同煙溫下的多個工況的試樣管的沾污試驗結(jié)果表明，管子的沾污具有溫度敏感特性，即存在一煙溫區(qū)間，當煙溫低于此溫度時，沾污輕微，當溫度達到或超過此溫度區(qū)間后，沾污加劇，且在進一步提高煙溫后，沾污嚴重。
[0029]此外，在煙氣回送位置的選取上，需要考慮以下因素:一是冷煙氣引入后，在冷、熱煙氣的交界面可能存在含堿金屬成分物的析出，為此需要確保冷熱煙氣的混合均勻性，二是考慮如何排出此析出物。
[0030]根據(jù)上述的解決思路，可選擇所述再循環(huán)煙氣取氣口 102位于除塵器5以后，對于某些高灰分的煤種，經(jīng)空氣預熱器出來后的煙氣中含塵量仍然很高，為此選取經(jīng)過除塵器除塵后的煙氣，可為再循環(huán)系統(tǒng)中再循環(huán)風機的長期使用提供先決條件。
[0031]所述再循環(huán)煙氣回送口 103位于鍋爐本體I的爐膛上部區(qū)域，在爐膛出口引入再循環(huán)煙氣，可使冷熱煙氣交界面處析出物直接從爐膛排出，無需增加額外的輔助排灰裝置，且可在爐頂布置足夠的再循環(huán)煙氣送入口，使冷熱煙氣均勻的混合，并避開沾污的敏感溫度區(qū)間。
[0032]所述再循環(huán)煙氣回送口 103位于尾部煙道3上部區(qū)域，在此區(qū)域引入再循環(huán)煙氣，對鍋爐結(jié)構(gòu)調(diào)整最小，即不需調(diào)整爐膛和分離器結(jié)構(gòu)，僅需調(diào)整尾部受熱面的結(jié)構(gòu)，特別適合于舊機組改造。在尾部煙道頂部布置足夠的再循環(huán)煙氣送入口，使冷熱煙氣均勻的混合，避開沾污的敏感溫度區(qū)間。對于在冷熱煙溫交界面析出的顆粒，通過常規(guī)設置的吹灰器，即可滿足尾部受熱面免于沾污。
[0033]所述再循環(huán)煙氣回送口 103位于旋風分離器2的進口區(qū)域，旋風分離器內(nèi)的氣固兩相擾動劇烈，無論析出物是否存在粘性，均會被足夠的顆粒包圍而不會沾污受熱面，且還可以隨著大量顆粒一起離開分離器。同時分離器內(nèi)劇烈的氣固兩相流動還利于煙氣的均勻混合。
[0034]所述再循環(huán)煙氣回送口 103位于旋風分離器2出口區(qū)域，在此區(qū)域引入再循環(huán)煙氣，對鍋爐結(jié)構(gòu)調(diào)整較小，不需調(diào)整爐膛和分離器本體結(jié)構(gòu)，僅需調(diào)整分離器出口和尾部受熱面的結(jié)構(gòu)，適合舊機組改造。此外，在分離器出口處摻混再循環(huán)煙氣，相當于預留出一個混合空間，使得冷熱煙氣可以在充分混合后，進入尾部煙道換熱。
[0035]所述鍋爐配有低溫省煤器4，再循環(huán)系統(tǒng)加入后，煙氣流量增加，而由于鍋爐容量未變，燃燒所需風量并未增加。對空氣預熱器的熱平衡而言，空氣無法將包括再循環(huán)煙氣量的煙氣冷卻至常規(guī)水平，因此會增加整個系統(tǒng)的熱損失。為此，通過布置低溫省煤器來回收這部分熱量。而對于某些煤種來說(如含硫量很高的燃料)，低溫省煤器受熱面將存在嚴重的腐蝕風險，可以不設置。
[0036]實施例1:
[0037]如圖1所示，本實施例包括單爐膛的鍋爐本體1、旋風分離器2、尾部煙道3、低溫省煤器4、除塵器5、空預器6和包括煙氣再循環(huán)風機101的煙氣再循環(huán)系統(tǒng)10。煙氣再循環(huán)系統(tǒng)10的取氣口位于除塵器5以后，煙氣再循環(huán)系統(tǒng)10的煙氣回送口位于旋風分離器2的出口區(qū)域，即在旋風分離器2與尾部煙道3之間的煙氣通路上。
[0038]實施例2:
[0039]如圖2所示，本實施例包括單爐膛的鍋爐本體1、旋風分離器2、尾部煙道3、低溫省煤器4、除塵器5、空預器6、外置式換熱器7和包括煙氣再循環(huán)風機101的煙氣再循環(huán)系統(tǒng)
10。煙氣再循環(huán)系統(tǒng)10的煙氣抽取位置位于除塵器5以后，煙氣再循環(huán)系統(tǒng)10的煙氣回送位置位于尾部煙道3的上部區(qū)域，即在尾部煙道3的進氣端。
[0040]實施例3:
[0041]如圖3所示，本實施例包括單爐膛的鍋爐本體1、旋風分離器2、尾部煙道3、除塵器
5、空預器6、外置式換熱器7和包括煙氣再循環(huán)風機101的煙氣再循環(huán)系統(tǒng)10。煙氣再循環(huán)系統(tǒng)10的煙氣抽取位置位于空預器6之后、除塵器5之前，煙氣再循環(huán)系統(tǒng)10的煙氣回送位置位于爐膛I的上部區(qū)域。
【權(quán)利要求】
1.燃用含堿金屬成分燃料的循環(huán)流化床鍋爐，包括鍋爐本體(1)，鍋爐本體(I)的煙氣出口與旋風分離器(2 )連接，旋風分離器(2 )通過尾部煙道(3 )及設置在鍋爐進風系統(tǒng)前的空預器(6)與除塵器(5)連接，其特征是:所述鍋爐包括冷卻型旋風分離器(2)，每臺旋風分離器(2)至多對應一臺外置式熱交換器(7)，尾部煙道(3)，尾部煙道(3)配置有煙氣再循環(huán)系統(tǒng)(10)，所述煙氣再循環(huán)系統(tǒng)(10)包括連接在再循環(huán)煙氣取氣口( 102)和再循環(huán)煙氣回送口(103)之間的再循環(huán)煙道和設置在再循環(huán)煙道上的煙氣再循環(huán)風機(101)，所述再循環(huán)煙氣取氣口(102)位于空預器(6)以后，所述再循環(huán)煙氣回送口(103)位于鍋爐本體(I)的爐膛上部區(qū)域或之后，且位于尾部煙道(3)的上部區(qū)域或之前。
2.如權(quán)利要求1所述的燃用含堿金屬成分燃料的循環(huán)流化床鍋爐，其特征是:所述再循環(huán)煙氣取氣口( 102 )位于除塵器(5 )以后。
3.如權(quán)利要求1所述的燃用含堿金屬成分燃料的循環(huán)流化床鍋爐，其特征是:所述再循環(huán)煙氣回送口(103)位于鍋爐本體(I)的爐膛上部區(qū)域。
4.如權(quán)利要求1所述的燃用含堿金屬成分燃料的循環(huán)流化床鍋爐，其特征是:所述再循環(huán)煙氣回送口(103)位于尾部煙道(3)的上部區(qū)域。
5.如權(quán)利要求1所述的燃用含堿金屬成分燃料的循環(huán)流化床鍋爐，其特征是:所述再循環(huán)煙氣回送口( 103)位于旋風分離器(2)的進口區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1所述的燃用含堿金屬成分燃料的循環(huán)流化床鍋爐，其特征是:所述再循環(huán)煙氣回送口(103)位于旋風分離器(2)出口區(qū)域。
7.如權(quán)利要求1?6中任意一項權(quán)利要求所述的燃用含堿金屬成分燃料的循環(huán)流化床鍋爐，其特征是:所述鍋爐配有低溫省煤器(4)。
【文檔編號】F23C10/10GK203718759SQ201420050939
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2014年1月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月27日
【發(fā)明者】王鵬, 蘇虎, 周棋, 鞏李明, 黃敏, 郭強, 楊雪芬, 尹莉, 楊虎, 梁紅偉, 魯佳易 申請人:東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司