專利名稱：燃用多成分低熱值燃料的流化床鍋爐及其運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流化床鍋爐及其運行方法，尤其涉及一種以多成分、低熱值的固體可燃質(zhì)(如城市生活廢棄物及其它各種可燃的廢棄物)為燃料的流化床鍋爐及其運行方法。
現(xiàn)有的流化床鍋爐，一般要求燃料的粒徑在一定的篩分范圍內(nèi)，循環(huán)灰的粒徑一般也在相應(yīng)范圍。從流動和物料循環(huán)的角度看，床料粒度較小而均勻，會使流動、燃燒的組織都易于控制。但這勢必會增加燃料制備的能耗和費用。目前國內(nèi)的流化床大都采用稍寬篩分的床料(如0～10mm)，這樣又會增加流動和物料循環(huán)的困難，此種情況，則必須適當增大風速和風量以使各種粒徑的物料充分流化，同時要求分離裝置有較高的分離效率，以維持物料平衡。這就帶米床內(nèi)受熱面和分離器的磨損和分離器效率是否足夠高的問題。
此外，現(xiàn)有的流化床燃燒設(shè)備除了要求燃料的篩分特性以外，一般還要求燃料有足夠的灰分以及燃料的成分及密度相對穩(wěn)定(或固定)。對于灰分少，粒度變化很大和成分、密度很不穩(wěn)定的燃料(如城市固體垃圾或一些可燃的工業(yè)廢棄物)，使用現(xiàn)有的流化床燃燒設(shè)備是困難的，無法很好地達到燃燼和環(huán)境保護的要求。
本發(fā)明的目的是提供一種流化床鍋爐及其運行方法，該流化床鍋爐對于熱值低，灰分少，粒徑范圍變化很大，成份密度很不穩(wěn)定(如城市固體垃圾或一些可燃的工業(yè)廢棄物)、燃燒及其它物理、化學特性不同的多種成分的燃料可以充分地燃燼并可達到環(huán)保要求。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種流化床鍋爐及其運行方法，該流化床鍋爐可有效地防止床內(nèi)受熱面的嚴重磨損及高溫腐蝕。
本發(fā)明的目的和任務(wù)是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的它主要由流化床鍋爐本體，氣固分離裝置，送風系統(tǒng)以及能量回收系統(tǒng)組成，所述流化床鍋爐本體主要包括燃燒室，設(shè)置在燃燒室下部的布風板，進料系統(tǒng)及排渣系統(tǒng)；氣固分離裝置設(shè)置在燃燒室外部的煙氣出口處，上述能量回收系統(tǒng)包括燃燒室內(nèi)的受熱面，對流蒸發(fā)受熱面，對流式省煤器以及設(shè)置在煙氣通道內(nèi)的蒸汽過熱器，其特征是所述燃燒室具有變截面特征，即該燃燒室的截面形狀或面積是沿其高度方向而變化，并在燃燒室內(nèi)不布置或少布置受熱面；其進料系統(tǒng)采用一個水平或傾斜的可運動爐排，與該爐排低端相連的是一個傾斜的布風板，在布風板的低端設(shè)置溢流排渣裝置，在排渣裝置內(nèi)設(shè)有一機械閥。
上述燃燒室內(nèi)受熱面的布置方式，應(yīng)保證其受熱面的吸熱量為能量回收系統(tǒng)總吸熱量的0-10％。目的是為了維持在整個爐膛高度上的溫度相對均勻一致，使得燃燒室的中、上部保持燃燒所需的溫度，提高整個爐膛的燃燒強度，保證全體可燃物在燃燒室內(nèi)有足夠的停留時間，以充分燃燼。
為了使排出的煙氣符合環(huán)境保護的要求，在流化床尾部煙道的空氣預(yù)熱器出口連接一個污染物脫除裝置。該裝置能脫除HCl、SOx和NOx等煙氣中的有害物質(zhì)。
由于從布風板引入的空氣即一次風是不足以將燃燒室內(nèi)的燃料完全燃燒，因而可在燃燒室的中、上部引入二次風。該二次風以前、后墻或兩側(cè)墻對沖的方式布置，或以四角切圓的方式布置。
為了使床內(nèi)的不可燃的相對粗大或重的顆粒順利向排渣裝置內(nèi)運動，在燃燒室下部設(shè)置有傾斜的布風板和相連的風室，所述布風板和風室分成兩部分；其一的風帽噴口方向與另一布風板上的風帽的噴口方向在燃燒室內(nèi)相交成銳角；風帽在不同的風室部分的噴射方向是固定的，但彼此可以是一致或不一致的。
上述流化床鍋爐燃燒運行方法如下將燃料放在一個可運動的爐排上，并在爐排上形成一個料層，該料層在爐排的作用下向燃燒室運動的過程中被熱空氣或熱煙氣加熱和干燥；通過調(diào)節(jié)兩個風室的不同的風壓和風量以及利用布風板上風帽的噴口方向的布置，控制物料向溢流排渣裝置方向流動，將流化床不可燃的相對重和粗大的物料及時排出，并用經(jīng)過加熱的熱空氣作為流化和燃燒的一次風和補燃的二次風。
上述一次風和二次風的熱空氣是來自設(shè)置在鍋爐尾部的從煙氣中取得熱量的空氣預(yù)熱器，其熱空氣的溫度應(yīng)在200℃以上，以便使燃燒室的燃料充分燃燒。
為了降低從燃燒室排出的煙氣中的SOx和HCl的含量，可在爐膛的中、下部向爐膛噴入石灰石等一些活性物質(zhì)，以便降低SOx和HCl在燃燒室出口煙氣中的含量。
本發(fā)明與現(xiàn)有的流化床相比，具有以下優(yōu)點及有益效果一方面對燃料的篩分特性無特殊要求；另一方面對于熱值低、灰分少，粒徑變化很大，成分、密度很不穩(wěn)定的燃料以及燃燒及其它物理、化學特性不同的多種成分的燃料可以充分的燃燼。因此，該流化床鍋爐是一種燃料適應(yīng)性很廣，燃燒效率高，且能很好地適應(yīng)環(huán)境保護要求的流化床鍋爐。它不僅可燃用一些低熱值的難燃煤種，而且可燃用城市固體垃圾或一些的工業(yè)廢棄物等低熱值燃料。
附

圖1是本發(fā)明所述流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標號所示部件如下1.送料斗2.運動爐排 3.隔墻4.傾斜布風板5.風室6.排渣溢流裝置 7.排渣閥8.燃燒室(爐膛)9.污染物脫除劑進口10.二次風口11.爐墻 12.氣固分離裝置 13.物料回送裝置14.煙氣通道15.過熱器 16.對流蒸發(fā)受熱面 17.空氣預(yù)熱器18.省煤器19.污染物脫除室20.除塵室下面結(jié)合附圖詳細描述本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、運行方法及最佳實施例本發(fā)明所述的流化床鍋爐主要包括流化床本體，氣固分離裝置12，能量回收裝置和污染物脫除裝置19。上述流化床鍋爐本體主要包括燃燒室8，設(shè)置在燃燒室下部的布風板4和與布風板相連的風室5、運動爐排2、進料斗1及溢流排渣裝置6。燃燒室8是由一前墻、兩側(cè)墻和一后墻鄰接而成。該燃燒室具有變截面特征，即沿燃燒室高度方向的截面形狀或面積是變化的。燃燒室內(nèi)不布置或少布置受熱面，其受熱面的吸熱量應(yīng)以能量回收系統(tǒng)總吸熱量的0-10％為宜。燃燒室下部設(shè)置一個水平或傾斜的可運動爐排2，與爐排相連的是傾斜的布風板4和風室5，傾斜布風板4的表面敷設(shè)耐火材料層和風帽。布風板和風室各分成兩部分，其一布風板上的風帽的噴口方向與另一布風板上的風帽噴口方向在爐膛內(nèi)相交成銳角，風帽在不同的風室部分的噴射方向是固定的，但彼此可以是一致或不一致的。在布風板的低端設(shè)置一個排渣溢流裝置6，在排渣溢流裝置內(nèi)設(shè)有機械閥7，用以控制排渣量。
氣固分離裝置12設(shè)置在燃燒室外部的煙氣出口處，用以分離并回送從燃燒室隨煙氣帶出的固體顆粒。
能量回收裝置即受熱面的布置，包括燃燒室內(nèi)的受熱面，對流蒸發(fā)受熱面16，對流式省煤器18和空氣預(yù)熱器17以及設(shè)置在煙氣通道14內(nèi)的蒸汽過熱器15。燃燒室內(nèi)可以不布置或少布置受熱面，其布置受熱面的吸熱量應(yīng)以能量回收系統(tǒng)總吸熱量的0-10％為宜。氣固分離裝置內(nèi)不布置受熱面。
上述燃燒室中、上部布置有補燃的二次風10，該二次風以前、后墻或兩側(cè)墻對沖的方式布置，或以四角切圓的方式布置。
燃燒室的前墻、兩側(cè)墻和后墻，由耐火耐磨材料砌筑而成，并借助于密度較大的抓釘結(jié)構(gòu)與外層金屬板鉚接成爐墻11，上部的爐墻采用耐火和抗酸腐蝕的材料。
為了使排出的煙氣符合環(huán)境保護要求，在尾部煙道中空氣預(yù)熱器17的出口設(shè)置一個污染物脫出室19，該裝置能脫除HCl、SOx和NOx等煙氣中的有害物質(zhì)。
本發(fā)明所述的流化床鍋爐燃燒過程及運行狀況如下將多成分、低熱值的燃料，如未經(jīng)分選和破碎處理的原始城市固體廢棄物從料斗1下落到運動爐排2的高端，燃料在爐排的表面形成一個料層，料層在爐排作用下向燃燒室8中運動。燃料從料斗1至燃燒室內(nèi)移動的過程中，一方面受到爐膛內(nèi)高溫(800～1000℃)的氣固兩相介質(zhì)的輻射、對流傳熱作用，并有部分炙熱的固體顆粒被拋射到燃料層上表面；另一方面燃料層受到從爐排下方流入的熱流動介質(zhì)(200℃以上，如熱風或熱煙氣)的松動和加熱作用，因此燃料從料斗向燃燒室內(nèi)部運動的過程中就被預(yù)熱和干燥，而且伴有表面的局部燃燒過程。
燃料經(jīng)過預(yù)熱和干燥后，在爐排2的低端越過隔墻3滑向燃燒室下部的布風板4上方，在床內(nèi)與炙熱而且流化的床內(nèi)物料混和進而著火燃燒。燃料在流化床燃燒室內(nèi)燃燒和流動的過程，與燃煤的流化床鍋爐基本相似，但稍有差異。一方面，一些自然或人工的有機質(zhì)燃料燃燒過程十分迅速，而且?guī)缀鯖]有灰分，因此燃料從爐排上進入流化床燃燒室后體積迅速減少；同時在燃燒室中、下部即流化床燃燒室8的密相區(qū)和過渡區(qū)內(nèi)燃燒熱的釋放份額較大，這部分熱量由于本發(fā)明與普通燃煤流化床在受熱面布置上的差異，無法在燃燒室8的中、下部被受熱面吸收，將主要由煙氣中的H2O、CO2等熱容較大的氣體成分和顆粒帶走。同時有一部分熱量將被用米加熱，干燥新進的燃料。另一方面，由于多成分的燃料中往往含有人工高分子化合物，這些物質(zhì)在燃燒室中、下部欠氧環(huán)境中不能完全燃盡成為CO2、H2O等，而是生成了一些有機的中間產(chǎn)物和CO等，其中有一些有機中間產(chǎn)物如呋喃是對環(huán)境有污染的物質(zhì)，必須充分燃燼才能排放，因此在燃燒室中、上部需噴入熱空氣用以補燃，使煙氣中的CO及有機中間產(chǎn)物在離開燃燒室8之前充分反應(yīng)。這部分補燃的熱空氣即二次風由噴口10噴入，該二次風要求溫度在200℃以上。
流化床鍋爐在燃燒室內(nèi)只布置很少甚至沒有布置受熱面，因此可以維持在整個爐膛高度上的溫度相對均勻一致，使得燃燒室8的中、上部仍保持有燃燒所需的溫度，這樣可以延長煙氣在燃燒區(qū)域的停留時間，使在煙氣中的各種可燃質(zhì)在二次風配合下充分燃燼，同時也使一些顆粒在爐膛中、上部繼續(xù)燃燒，從而提高整個爐膛的燃燒強度。
從燃燒室8的頂部隨煙氣流出的固體顆粒(其中還有一些含有可燃成分)，在氣固分離裝置12的作用下，大部分固體顆粒進入回送裝置13并被送進燃燒室8。被回送的固體顆粒進入燃燒室8時，首先落在可運動的爐排2上的燃料上表面，并與燃料一起進入流化床爐膛，從而加速燃料的預(yù)熱、干燥過程。從氣固分離裝置12排出的煙氣，進入煙氣通道14。在煙氣通道14中布置有耐HCl、H2S等高溫腐蝕的金屬制成的受熱面，如過熱器15。煙氣在經(jīng)過過熱器15后流經(jīng)蒸發(fā)受熱面16，該受熱面將主要以對流方式從煙氣中取得熱量，所得熱量把受熱面管內(nèi)的工質(zhì)汽化成蒸汽。煙氣離開蒸發(fā)受熱面16時，溫度大約在400～500℃。煙氣離開受熱面16后將進入尾部豎直煙道，其中布置有兩級空氣預(yù)熱器17和一級省煤器18?？諝忸A(yù)熱器17是將環(huán)境溫度(如25℃)下的空氣加熱到200℃以上，用來流化燃燒室8內(nèi)的物料和作為燃燒的一次風和補燃的二次風?？紤]到煙氣中的對流受熱面的低溫腐蝕，空氣預(yù)熱器17的第一級(在煙氣低溫段)將采用結(jié)構(gòu)較簡單的可拆卸部件，以便及時更換。省煤器18使用抗煙氣低溫腐蝕的材料(如鑄鐵)制成。
從空氣預(yù)熱器17的第一級出來的煙氣進入污染物脫除室19，在污染物脫除室19中，煙氣中的HCl、NOx和SOx被吸收劑有效吸收，從而使煙氣中的有害成分含量達到環(huán)境保護的標準。此后煙氣進入除塵器20，脫除其中的固體顆粒，從而使煙氣中粉塵含量達到環(huán)境保護要求的標準。
燃燒室8的底部是傾斜布風板4，該布風板下的風室5分成兩個風室，各個風室的風壓、風量可獨立調(diào)節(jié)。布風板4上的風帽是定向的，其方向在燃燒室8內(nèi)相交成銳角，這樣可保證不可燃的相對大或重顆粒向溢流排渣裝置6運動并集聚，該裝置內(nèi)的排渣閥7可控制不可燃的相對大顆粒和一般灰渣的有效排放，從而維持燃燒室8內(nèi)物料的適宜水平。
為了降低燃燒室出口煙氣中HCl、SOx的相對含量，在燃燒室中、下部設(shè)置了污燃物脫除劑噴口9，可向爐膛內(nèi)噴入一些如石灰石等的活性物質(zhì)，使之在爐膛內(nèi)與HCl、SOx反應(yīng)生成相應(yīng)的鹽類。
權(quán)利要求
1.一種燃用多成份低熱值燃料的流化床鍋爐，它主要由流化床鍋爐本體，氣固分離裝置，送風系統(tǒng)以及能量回收系統(tǒng)組成，所述流化床鍋爐本體主要包括燃燒室[8]，設(shè)置在燃燒室下部的布風板[4]，進料系統(tǒng)及排渣系統(tǒng)，氣固分離裝置設(shè)置在燃燒室外部的煙氣出口處，上述能量回收系統(tǒng)包括燃燒室內(nèi)的受熱面，對流蒸發(fā)受熱面[16]，對流式省煤器[18]以及設(shè)置在煙氣通道[14]內(nèi)的蒸汽過熱器[15]，其特征是所述燃燒室的截面形狀或面積是沿其高度方向而變化，且燃燒室內(nèi)不布置或少布置受熱面；其進料系統(tǒng)采用一個水平或傾斜的可運動妒排[2]，爐排的前端與進料斗[1]相連，與該爐排另一端相連的是一個傾斜的布風板[4]，在布風板的低端設(shè)置排渣溢流裝置[6]，在排渣溢流裝置內(nèi)設(shè)有機械閥[7]。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃用多成份低熱值燃料的流化床鍋爐，其特征是上述燃燒室內(nèi)受熱面的布置方式，應(yīng)保證其受熱面的吸熱量為能量吸收系統(tǒng)總吸熱量的0-10％的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃用多成份低熱值燃料的循環(huán)流化床鍋爐，其特征是上述傾斜布風板[4]和與其相連的風室[5]分成兩部分，其一布風板上的風帽的噴口方向與另一布風板上的風帽噴口方向在燃燒室內(nèi)相角成銳角。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃用多成份低熱值燃料的循環(huán)流化床鍋爐，其特征是在燃燒室中、上部布置有補燃的二次風，該二次風以燃燒室的前后墻或兩側(cè)墻對沖的方式布置，或以四角切圓的方式布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃用多成份低熱值燃料的循環(huán)流化床鍋爐，其特征是在空氣預(yù)熱器的出口設(shè)置一個HCl、SOx和NOx等污染物脫出裝置[19]。
6.一種燃用多成份低熱值燃料的循環(huán)流化床鍋爐的運行方法，其特征是使燃料在一個可運動的爐排上形成一個料層，該料層在運動爐排的作用下向燃燒室運動的過程中被熱空氣或煙氣加熱和干燥；通過調(diào)節(jié)兩個風室的不同風壓或風量以及利用不同布風板上風帽的噴口的布置方式，使流化床內(nèi)不可燃的相對大和重的顆粒及時排出，并用經(jīng)過加熱的空氣作為流化和燃燒的一次風及補燃的二次風。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種燃用多成份低熱值燃料的循環(huán)流化床鍋爐的運行方法，其特征是上述用來加熱和干燥燃料以及作為一次風和二次風的熱空氣是來自設(shè)置在鍋爐尾部的從煙氣中取得熱量的空氣預(yù)熱器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種燃用多成份低熱值燃料的循環(huán)流化床鍋爐的運行方法，其特征是上述熱空氣的溫度應(yīng)在200℃以上。
全文摘要
一種燃用多成分低熱值燃料的流化床鍋爐及其運行方法，其鍋爐燃燒室具有變截面特征，在燃燒室內(nèi)不布置或少布置受熱面；進料采用一個水平或傾斜的可運動爐排，燃燒在向燃燒室運動過程中被熱空氣或熱煙氣加熱和干燥。在爐排低端連接傾斜的布風板，布風板低端設(shè)置溢流排渣裝置。該流化床鍋爐對于灰分少，粒徑變化很大，成分、密度很不穩(wěn)定以及含多種成分的燃料可充分的燃燼。因此不僅可燃用一些低熱值煤，且對城市固體垃圾或可燃的工業(yè)廢料具有燃燒效率高，能量回收率高，符合環(huán)保要求等優(yōu)點。
文檔編號F23C1/06GK1164628SQ9710397
公開日1997年11月12日 申請日期1997年4月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年4月11日
發(fā)明者張衍國, 呂俊復(fù), 姚忠建 申請人:清華大學