一种减轻高碱性煤种沾污的cfb-u型辐射锅炉的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-U型辐射锅炉，包括依流化床炉膛、分离装置、辐射换热装置和对流烟道，流化床炉膛连接分离装置；辐射换热装置包括烟气均流室、水冷辐射换热室和锅炉中间沉降室，对流烟道内设置有对流沉降室、对流换热室；分离装置通过锅炉高温烟道连接辐射换热装置的烟气均流室，烟气均流室连接水冷辐射换热室，水冷辐射换热室连接锅炉中间沉降室，锅炉中间沉降室连接对流沉降室，对流沉降室连接对流换热室，对流换热室连接有排烟烟道；本发明采用传统CFB锅炉炉膛与U辐射锅炉配合，避免700℃—1100℃区间出现对流换热面，大大减轻了高碱金属煤种燃烧的沾污问题。
【专利说明】—种减轻高碱性煤种沾污的CFB-U型辐射锅炉
【技术领域】
[0001]本发明涉及高碱性煤的防沾污【技术领域】，特别是一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-U型辐射锅炉。
【背景技术】
[0002]我国发电行业以火力发电为主，火电装机容量超过70%以上。火电动力用煤多采用劣质低品位煤，锅炉炉膛水冷壁结渣、对流受热面沾污问题是长期影响电站锅炉正常运行的重要问题之一。结渣和沾污会降低锅炉的传热效率，影响锅炉出力，使得设备的运行安全性严重降低，结渣沾污严重时可能导致锅炉熄火、爆管、非计划停炉等重大事故。
[0003]为了预防由于结渣与沾污所带来的各种问题，国内外学者对结渣与沾污的机理进行了大量的研究。研究表明结渣与沾污是复杂的物理化学反应过程，与煤自身特性、锅炉设计、运行状况等众多因素有关，提出了多个结渣与沾污判定指数。但由于煤在锅炉中燃烧是一个极其复杂的过程，这些结渣判定指数在实际应用过程中有着很大的局限性，只能作为初步判断并不能从根本上解决解决结渣与沾污对锅炉的危害问题。
[0004]准东煤田是近年在新疆探明的特大型煤田，煤炭资源预测储量3900亿t，其煤中富含碱金属元素，在电厂燃用过程中出现高温过热器(高过)、高温再热器(高再)沾污堵塞问题，而其他高碱金属煤种在燃烧过程中也会出现严重沾污现象。
[0005]高碱性煤在煤粉锅炉燃烧过程中由于碱金属元素的挥发，容易在锅炉受热面冷凝形成一层打底附着物。打底物主要以NaCl或Na2SO4形式存在，上述成分在高温下挥发后，易凝结在对流受热面上形成烧结或粘结的灰沉积，随着附着物对飞灰的吸附作用，会使得对流受热面出现不同程度的沾污现象，且无法使用吹灰器清除，从而导致受热面传热能力下降，造成锅炉排烟温度升高等问题，最终使得炉膛出力大大降低造成停炉。
[0006]国内对于燃烧高碱性煤利用还缺乏工程运行经验，仅新疆地区个别电厂在研究高碱性煤的燃烧沾污问题，目前并没有高效的利用办法，只通过外煤掺烧的方式来减轻沾污问题，外煤掺烧问题实际上是通过添加其他低碱性金属煤，降低了原煤中碱金属的相对含量。锅炉掺烧高碱性煤的比例不应超过30%，掺烧比例增大时，对流受热面沾污积灰严重，形成烟气走廊，烟气冲刷造成高温再热器、高温过热器泄漏。由于新疆地区高碱性煤利用方式多为坑口电站，掺烧方式对外煤的需求量较大，这种方式往往受到运输条件的限制，极大增加了运行成本。
[0007]对于传统电站锅炉而言，在燃用高碱性煤种时，由于煤中富含的碱金属元素易在对流受热面上沉积，在对流受热面上出现严重的沾污现象，导致锅炉出力不足，管壁温度过高导致爆管等现象，研究表明，烟气温度处于700— 1100°C区间属于沾污发生严重区域。因此，高碱性煤的沾污问题是亟待解决的问题。
【发明内容】
[0008]本发明针对传统电站锅炉燃用高碱性煤种产生的沾污问题，提出了一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-U型辐射锅炉，利用传统CFB电站锅炉炉膛与U型辐射锅炉结合的混合炉型，大大减轻受热面沾污问题，实现高碱性煤种的大规模纯烧利用。
[0009]本发明的技术方案如下:
一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-U型辐射锅炉，包括依次连接的流化床炉膛、分离装置、辐射换热装置和对流烟道，流化床炉膛连接分离装置，其特征在于:辐射换热装置包括烟气均流室、水冷辐射换热室和锅炉中间沉降室，对流烟道内设置有对流沉降室、对流换热室；分离装置通过锅炉高温烟道连接辐射换热装置的烟气均流室，烟气均流室连接水冷辐射换热室的前端，水冷辐射换热室的后端连接锅炉中间沉降室，锅炉中间沉降室连接对流沉降室的如端，对流沉降室的后端连接对流换热室的如端，对流换热室的后端连接有排烟烟道。
[0010]所述水冷辐射换热室内设置有膜式水冷壁和辐射换热屏，所述膜式水冷壁是由多个竖直的立管拼接形成的长方形结构，长方形结构内为空腔；所述辐射换热屏位于膜式水冷壁的空腔内，辐射换热屏包括多个竖直平面辐射子屏，每一个辐射子屏均是由多个竖直的立管拼接形成，辐射子屏以膜式水冷壁竖直方向的中心轴线为圆心发散布置；所述膜式水冷壁和辐射换热屏的每相邻两个立管均是通过焊接方式连接。
[0011]所述辐射换热装置包括四个侧壁、一顶壁和漏斗型底壁，侧壁、顶壁均有由外层耐火保温材料和内层膜式水冷壁构成，漏斗型底壁为耐火材料结构；漏斗型底壁布置于锅炉中间沉降室的下方，形成辐射段除灰斗。
[0012]每个立管的上端均与上端的集箱连通，每个立管的下端与下端的环形的集箱连通。
[0013]所述辐射换热装置底部还设置有排灰装置。
[0014]所述对流烟道内布置有对流传热部件，对流传热部件包括依次网上布置的高温省煤器、低温省煤器及空气预热器；对流传热部件为多组对流管束。
[0015]所述对流烟道壁面为耐火保温材料，对流沉降室底部为漏斗型锥面，构成对流段除灰斗。
[0016]所述流化床炉膛为带水冷壁面的常规流化床炉膛，其上设置有煤粉进料口、添加剂进口，炉膛底部设置有流化风口。
[0017]所述分离装置为旋风分离装器。
[0018]本发明的工作过程为:
本发明包括依次连接的流化床炉膛、分离装置、高温烟道、辐射式换热装置和对流烟道；辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置为U型辐射锅炉，包括入辐射换热室、对流换热室。经过破碎等预处理的高碱性煤粉与添加剂进入流化床炉膛，与从流化风口进入经空气预热器，经过空气预热器中的热空气燃烧后产生的高温烟气经过炉膛上部的炉膛出口进入分离装置，经分离装置分离除去高温烟气中绝大多数的飞灰颗粒返回到流化床炉膛继续循环燃烧；从分离装置中分离出来的高温烟气通过锅炉高温烟道进入辐射换热装置，高温烟气与辐射换热屏及膜式水冷壁换热后，高温烟气温度大幅下降，烟气温度降至700°C以下，烟气的体积大幅度减小，烟气流速也大幅减小，得到灰渣，灰渣进入锅炉中间沉降室，将有部分较大颗粒灰尘沉降下来；然后烟气气流由中间沉降室出口烟通道继续反折进入对流换热室，进一步降温冷却；烟气在对流换热室内的上行过程中与高温省煤器、低温省煤器、空气预热器换热后，通过锅炉排烟烟道排出，送除尘器除尘达标后排空，满足环保要求。
[0019]该回转式热回收装置将辐射换热与对流换热结合为一体，并尽可能多的回收高温合成气所带显热。
[0020]本发明的原理是，在高温烟气冷却的过程中，通过调整换热冷却结构的参数(例如面积、水冷壁管中冷水的流量与流速)控制流出出口烟窗的烟气温度不超过700°C，也就是说，进入对流烟道的烟气温度不超过700°C，因此，当烟气进入对流烟道后，由于避开了700— 1100°C这个容易生成粘结性积灰的温度段，因此，生成积灰的量大大减少。从而，克服了现有技术中由于积灰所导致的种种缺陷，提高了对流烟道传热的效率，进而提高高碱性煤种热能的利用率；并且，积灰的减少也降低了金属氯化物对对流烟道的金属壁面有很强的腐蚀作用。
[0021]该锅炉炉型炉膛布置采用传统的CFB锅炉炉膛方式，由于在CFB烟气分离装置与对流烟道之间，设置有辐射换热装置，而该辐射换热装置的墙壁采用膜式壁结构，包括侧壁、顶壁，在侧壁内设置辐射换热屏，在膜式水冷壁管和辐射换热屏管中通冷水，因此可以通过辐射的方式，对烟气进行冷却，并且由于膜式壁处于墙壁的位置，高温灰粘结的机会小；在冷却的过程中，通过调整膜式壁结构的参数(例如面积、水冷壁管中冷水的流量与流速)控制流出出口烟道的烟气温度不超过700°C，也就是说，进入对流烟道的烟气温度不超过700°C，因此，当烟气进入对流烟道后，由于辐射锅炉截面积较大，因此其下行速率极慢，烟气处于层流状态，其辐射换热可充分进行，使烟气在缓慢下降的过程中与壁面不接触或少接触。由于避开了 700— 1100°C这个容易生成粘结性积灰的温度段，因此，生成积灰的量大大减少。
[0022]本发明的有益效果如下:
(1)本发明采用传统CFB锅炉炉膛与U辐射锅炉配合，避免700°C—1100°C区间出现对流换热面，大大减轻了高碱金属煤种燃烧发生的沾污问题；
(2)克服了现有技术中由于积灰所导致的种种缺陷，提高了对流烟道传热的效率，进而提高高碱性煤种热能的利用率；并且，积灰的减少也降低了金属氯化物对对流烟道的金属壁面的腐蚀作用；
(3)辐射锅炉段结束后布置常规省煤器和空气过热器及后续处理工序，由于辐射锅炉的特殊布置，省煤器及空预器中积灰将大大降低。
[0023](4)本发明采用U型辐射锅炉受热面形式，所需过热蒸汽可在辐射锅炉出口得到。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为本发明的剖视结构示意图；
图2为本发明图1中的A-A截面剂视不意图。
[0025]其中，附图标记为:I流化床炉膛，2分离装置，3辐射换热装置，4对流烟道，5煤粉进料口，6添加剂进口，7流化风口，8集箱，9烟气均流室，10水冷辐射换热室，11膜式水冷壁，12辐射换热屏，13锅炉高温烟道，14锅炉中间沉降室，15对流换热室，16排烟烟道，17侧壁，18顶壁，19漏斗型底壁，20辐射段除灰斗，21出口烟道，22高温省煤器，23低温省煤器，24空气预热器，25对流沉降室，26对流段除灰斗。
【具体实施方式】
[0026]如图1-2所示，一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-U型辐射锅炉，包括依次连接的流化床炉膛1、分离装置2、辐射换热装置3和对流烟道4，流化床炉膛I连接分离装置2，辐射换热装置3包括烟气均流室9、水冷辐射换热室10和锅炉中间沉降室14，对流烟道4内设置有对流沉降室25、对流换热室15 ;分离装置2通过锅炉高温烟道13连接辐射换热装置3的烟气均流室9，烟气均流室9连接水冷辐射换热室10的前端，水冷辐射换热室10的后端连接锅炉中间沉降室14，锅炉中间沉降室14连接对流沉降室25的前端，对流沉降室25的后端连接对流换热室15的前端，对流换热室15的后端连接有排烟烟道16。
[0027]所述水冷辐射换热室10内设置有膜式水冷壁11和辐射换热屏12，所述膜式水冷壁11是由多个竖直的立管拼接形成的长方形结构，长方形结构内为空腔；所述辐射换热屏12位于膜式水冷壁11的空腔内，辐射换热屏12包括多个竖直平面辐射子屏，每一个辐射子屏均是由多个竖直的立管拼接形成，辐射子屏以膜式水冷壁11竖直方向的中心轴线为圆心发散布置；所述膜式水冷壁11和辐射换热屏12的每相邻两个立管均是通过焊接方式连接。
[0028]所述辐射换热装置3包括四个侧壁17、一顶壁18和漏斗型底壁19，侧壁17、顶壁18均有由外层耐火保温材料和内层膜式水冷壁11构成，漏斗型底壁19为耐火材料结构；漏斗型底壁19布置于锅炉中间沉降室14的下方，形成辐射段除灰斗20。
[0029]每个立管的上端均与上端的集箱8连通，每个立管的下端与下端的环形的集箱8连通。
[0030]所述辐射换热装置3底部还设置有排灰装置。
[0031]所述对流烟道4内布置有对流传热部件，对流传热部件包括依次网上布置的高温省煤器22、低温省煤器23及空气预热器24 ;对流传热部件为多组对流管束。
[0032]所述对流烟道4壁面为耐火保温材料，对流沉降室25底部为漏斗型锥面，构成对流段除灰斗26。
[0033]所述流化床炉膛I为带水冷壁面的常规流化床炉膛，其上设置有煤粉进料口 5、添加剂进口 6，炉膛底部设置有流化风口 7。
[0034]所述分离装置2为旋风分离装器。
[0035]本发明的工作过程为:
本发明包括依次连接的流化床炉膛1、分离装置2、高温烟道、辐射式换热装置和对流烟道4 ;辐射锅炉预热锅炉混合式热回收装置为U型辐射锅炉，包括入辐射换热室、对流换热室15。经过破碎等预处理的高碱性煤粉与添加剂进入流化床炉膛1，与从流化风口 7进入经空气预热器24，经过空气预热器24中的热空气燃烧后产生的高温烟气经过炉膛上部的炉膛出口进入旋风分离器，经旋风分离器分离除去高温烟气中绝大多数的飞灰颗粒返回到流化床炉膛I继续循环燃烧；从旋风分离器中分离出来的高温烟气通过锅炉高温烟道13进入辐射换热装置3，高温烟气与辐射换热屏12及膜式水冷壁11换热后，高温烟气温度大幅下降，烟气温度降至700°C以下，烟气的体积大幅度减小，烟气流速也大幅减小，得到灰渣，灰渣进入锅炉中间沉降室14，将有部分较大颗粒灰尘沉降下来；然后烟气气流由中间沉降室出口烟通道继续反折进入对流换热室15，进一步降温冷却；烟气在对流换热室15内的上行过程中与高温省煤器22、低温省煤器23、空气预热器24换热后，通过锅炉排烟烟道16排出，送除尘器除尘达标后排空，满足环保要求。
[0036]该回转式热回收装置将辐射换热与对流换热结合为一体，并尽可能多的回收高温合成气所带显热。
[0037]对于该发明，也可通过受热面及水蒸气的流动路径得到汽轮机发电所需过热蒸汽。锅炉给水通过低温省煤器23进口进入，低温省煤器23采用逆流布置以得到最大热量利用，给水经过加热后进入高温省煤器22，加热后的给水从高温省煤器22送出并进入炉膛水冷壁加热，炉膛水冷壁出口蒸汽通过汽水分离得到的合格蒸汽送入辐射过热器管屏中进行过热，过热蒸汽进入汽轮机中发电。
[0038]本发明的原理是，在高温烟气冷却的过程中，通过调整换热冷却结构的参数(例如面积、水冷壁管中冷水的流量与流速)控制流出出口烟窗的烟气温度不超过700°C，也就是说，进入对流烟道4的烟气温度不超过700°C，因此，当烟气进入对流烟道4后，由于避开了700— 1100°C这个容易生成粘结性积灰的温度段，因此，生成积灰的量大大减少。从而，克服了现有技术中由于积灰所导致的种种缺陷，提高了对流烟道4传热的效率，进而提高高碱性煤种热能的利用率；并且，积灰的减少也降低了金属氯化物对对流烟道4的金属壁面有很强的腐蚀作用。
[0039]该锅炉炉型炉膛布置采用传统的CFB锅炉炉膛方式，由于在CFB烟气分离装置2与对流烟道4之间，设置有辐射换热装置3，而该辐射换热装置3的墙壁采用膜式壁结构，包括侧壁17、顶壁18，在侧壁17内设置辐射换热屏12，在膜式水冷壁11管和辐射换热屏12管中通冷水，因此可以通过辐射的方式，对烟气进行冷却，并且由于膜式壁处于墙壁的位置，高温灰粘结的机会小；在冷却的过程中，通过调整膜式壁结构的参数(例如面积、水冷壁管中冷水的流量与流速)控制流出出口烟道21的烟气温度不超过700°C，也就是说，进入对流烟道4的烟气温度不超过700°C，因此，当烟气进入对流烟道4后，由于辐射锅炉截面积较大，因此其下行速率极慢，烟气处于层流状态，其辐射换热可充分进行，使烟气在缓慢下降的过程中与壁面不接触或少接触。由于避开了 700— 1100°C这个容易生成粘结性积灰的温度段，因此，生成积灰的量大大减少。
【权利要求】
1.一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-υ型辐射锅炉，包括依次连接的流化床炉膛(I)、分离装置(2)、辐射换热装置(3)和对流烟道(4)，流化床炉膛(I)连接分离装置(2)，分离装置(2)通过锅炉高温烟道(13)连接至辐射换热装置(3)，辐射换热装置(3)通过出口烟道(21)连接对流烟道(4)，其特征在于:辐射换热装置(3)包括烟气均流室(9)、水冷辐射换热室(10 )和锅炉中间沉降室(14 )，对流烟道(4 )内设置有对流沉降室(25 )、对流换热室(15);分离装置(2)通过锅炉高温烟道(13)连接辐射换热装置(3)的烟气均流室(9)，烟气均流室(9)连接水冷福射换热室(10)的如端，水冷福射换热室(10)的后端连接锅炉中间沉降室(14)，锅炉中间沉降室(14)连接对流沉降室(25)的前端，对流沉降室(25)的后端连接对流换热室(15)的前端，对流换热室(15)的后端连接有排烟烟道(16)。
2.根据权利要求1所述的一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-U型辐射锅炉，其特征在于:所述水冷辐射换热室(10)内设置有膜式水冷壁(11)和辐射换热屏(12)，所述膜式水冷壁(11)是由多个竖直的立管拼接形成的长方形结构，长方形结构内为空腔；所述辐射换热屏(12)位于膜式水冷壁(11)的空腔内，辐射换热屏(12)包括多个竖直平面辐射子屏，每一个辐射子屏均是由多个竖直的立管拼接形成，辐射子屏以膜式水冷壁(11)竖直方向的中心轴线为圆心发散布置；所述膜式水冷壁(11)和辐射换热屏(12)的每相邻两个立管均是通过焊接方式连接。
3.根据权利要求2所述的一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-U型辐射锅炉，其特征在于:所述辐射换热装置(3)包括四个侧壁(17)、一顶壁(18)和漏斗型底壁(19)，侧壁(17)、顶壁(18)均有由外层耐火保温材料和内层膜式水冷壁(11)构成，漏斗型底壁(19)为耐火材料结构；漏斗型底壁(19)布置于锅炉中间沉降室(14)的下方，形成辐射段除灰斗(20)。
4.根据权利要求2所述的一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-U型辐射锅炉，其特征在于:每个立管的上端均与上端的集箱(8)连通，每个立管的下端与下端的环形的集箱(8)连通。
5.根据权利要求1所述的一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-U型辐射锅炉，其特征在于:所述辐射换热装置(3)底部还设置有排灰装置。
6.根据权利要求1所述的一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-U型辐射锅炉，其特征在于:所述对流烟道(4)内布置有对流传热部件，对流传热部件包括依次网上布置的高温省煤器(22)、低温省煤器(23)及空气预热器(24);对流传热部件为多组对流管束。
7.根据权利要求1所述的一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-U型辐射锅炉，其特征在于:所述对流烟道(4)壁面为耐火保温材料，对流沉降室(25)底部为漏斗型锥面，构成对流段除灰斗(26)。
8.根据权利要求1所述的一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-U型辐射锅炉，其特征在于:所述流化床炉膛(I)为带水冷壁面的流化床炉膛(1)，设置有煤粉进料口(5)、添加剂进口(6),炉膛底部设置有流化风口(7)。
9.根据权利要求1所述的一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-U型辐射锅炉，其特征在于:所述分离装置(2)为旋风分离装器。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-U型辐射锅炉，其特征在于工作过程为:经过预处理的高碱性煤粉与添加剂进入流化床炉膛(1)，与从流化风口(7)进入经空气预热器(24)，经过空气预热器(24)中的热空气燃烧后产生的高温烟气经过炉膛上部的炉膛出口进入分离装置(2)，经分离装置(2)分离除去高温烟气中的飞灰颗粒返回到流化床炉膛(I)继续循环燃烧；从分离装置(2)中分离出来的高温烟气通过锅炉高温烟道(13)进入辐射换热装置(3)，高温烟气与辐射换热屏(12)及膜式水冷壁(11)换热后，高温烟气温度下降，烟气温度降至700°C以下，烟气的体积减小，烟气流速也减小，得到灰渣，灰渣进入锅炉中间沉降室(14)，灰渣中的部分颗粒灰尘沉降下来；然后烟气气流由中间沉降室出口烟通道继续反折进入对流换热室(15)，进一步降温冷却；烟气在对流换热室(15)内的上行过程中与高温省煤器(22)、低温省煤器(23)、空气预热器(24)换热后，通过锅炉排烟烟道(16)排出，送除尘器除尘排空。
【文档编号】F22B31/08GK104390203SQ201410681014
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年11月25日 优先权日:2014年11月25日
【发明者】曹立勇, 张春飞, 张媛, 郭盼, 刘正宁, 李阳, 张鑫, 樊伟, 杜奇, 胡春云, 雷宇 申请人:中国东方电气集团有限公司