专利名称：生物质高效燃烧和余热回收的循环流化床锅炉装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及锅炉领域，主要涉及生物质燃料、余热回收和循环流化床锅炉装置。
背景技术：
随着非再生能源资源的渐趋枯竭，且对生态环境已造成的沉重压力，使人们对可再生清洁能源的关注程度越来越高。生物质能源是可再生能源中的一部分，是世界第四大能源，已成为可再生能源中的重要研究对象。生物质能是国际公认的清洁能源，开发生物质能源对我国有深远的社会意义和广阔的市场前景，就我国的基本国情和生物质利用开发水平而言，生物质直接燃烧技术无疑是最简便可行的高效利用生物质能源的方式之一。然而生物质燃料具有自身的燃烧特性，生物质燃料水分含量高且随季节变化，挥发份含量高，燃料着火温度较低，一般在250 350°C温度下挥发份就大量析出，并开始剧烈燃烧，在燃烧室的中下部区域产生烟气高温区域，高温会导致熔点较低的生物质燃料出现熔融结焦的现象，严重的会导致炉膛及内部换热设备大面积挂焦影响设备安全，须停炉清理；挥发份析出燃烬后，受到灰烬包裹和空气渗透困难的影响，焦炭颗粒燃烧速度缓慢，燃烬困难，且由于生物质燃料密度小，容易被烟气携带直接离开物料循环系统，将会导致灰烬中残留较多的余碳，增大机械不完全燃烧损失，这也是生物质锅炉燃烧效率较低的主要原因。同时由于生物质燃料中含有大量的碱金属，因而在生物质的热转化过程中，碱金属会带来诸如受热面结垢、炉内聚团、结渣等问题，生物质燃料燃烧后产生的灰较轻而且粘性强，容易造成尾部受热面的积灰和堵灰，同时生物质燃料中Cl含量比较高，在燃烧过程中产生腐蚀性气体而腐蚀烟道内换热设备。在我国现行的生物质直接燃烧利用中，主要的是层燃和流态化两种燃烧方式。由于循环流化床锅炉自身的燃料适应性广，负荷调节范围大，操作简便以及低NOx排放等特点，能够更好的适应生物质燃料高水、低灰，燃烧迅速等特性，提高生物质燃料的燃烧效率。循环流化床技术是将生物质作为清洁能源加以开发利用的有效途径之一。然而，由于生物质燃料的特殊性，常规的循环流化床锅炉不能很好的克服燃料高效燃烧、换热面高低温腐蚀、积灰和堵灰等现象，不能有效保证锅炉的安全连续运行。
发明内容
本发明的目的是:为克服上述不足，从而提供一种用于生物质燃料高效燃烧和余热回收的循环流化床锅炉装置，该装置可以有效控制生物质燃料的燃烧进程，强化燃烧室内物料和烟气的充分混合和燃烧，同时使得燃料在燃烧室和烟道内具有充分的停留时间，提高燃料的燃烧效率。本发明的另一目的是:提供一种减弱受热面管束的积灰挂焦，保证换热面清洁，提高换热效率的用于生物质燃料高效燃烧和余热回收的循环流化床锅炉装置。本发明的又一目的是:提供一种减弱生物质燃料燃烧所引起的热面出现高低温腐蚀的用于生物质燃料高效燃烧和余热回收的循环流化床锅炉装置。为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是:一种生物质高效燃烧和余热回收的锅炉装置，具有炉膛、旋风分离器、物料循环系统和尾部多烟道、二次配风系统，其特征在于:所述炉膛下部燃烧室铺设耐火耐磨浇注料，保证床温在70(T77(rC范围；生物质燃料加入燃烧室后，在大量的高温循环物料加热作用下，水分和挥发份迅速析出，并进行迅速燃烧；
所述炉膛采用比常规流化床锅炉大40%飞0%的大截面结构，保证炉膛内的烟气上升速度在3.2 3.8 m/s左右；延长了燃料颗粒在炉内的停留时间，有利于提高燃料的一次燃烬率，从而相应地提高燃烧效率，同时增加炉内内循环物料量，大量的物料可以有效的抑制挥发份迅速燃烧所产生的高温；
所述炉膛布风板上6.4-17.6m高度区域四周水冷壁上设置了大量小片水冷蒸发屏，用于吸收生物质燃料迅速燃烧所产生的热量，维持炉膛内较低的燃烧温度；防止出现由于高温所产生的物料熔融粘结挂焦现象；同时较低的炉内燃烧温度可以有效地减少燃料中的碱金属盐进入气相的量，遏制受热面初始沉积，从而缓解受热面的高温腐蚀。所述物料循环系统采用蜗壳式旋风分离器进行中温分离，控制分离器进口烟温在7500C以下；确保旋风分离器和回料器内不结渣，回料稳定，同时蜗壳式分离器分离效率非常高，能有效捕集更细的颗粒，从而提高燃烧效率。中温回灰还可以有效地控制炉膛特别是密相区炉膛的燃烧温度。所述尾部烟道设有三个串联平行通道:尾部第一烟道，尾部第二烟道和尾部第三烟道；
所述尾部第一烟道入口连接于旋风分离器水平烟道出口，出口转向180°连接于尾部第二烟道入口，尾部第二烟道出口转向180°连接于尾部第三烟道入口 ；
炉膛内的烟气在尾部第一烟道中向下流动，在尾部第二烟道中向上流动，在尾部第三烟道中烟气向下流动；
所述尾部第二烟道中顺序布置有高温过热器和低温过热器；该烟道内的烟气向上流动爬升，即烟气流动方向与灰自身重力沉降的方向相反，这样可以大大减弱受热面管束表面的灰分沉积，保证受热面清洁；
所述尾部烟道内设置有受热面；
所述尾部第一烟道内的受热面为大节距的倾斜管中温过热器，其管壁温度在400°C至480°C之间，用于捕捉进入尾部烟道700°C 80(TC的烟气中的灰分，同时补偿尾部过热器热面长期运行由于表面沾污所引起的热面减少；
所述炉膛二次配风装置设置于炉膛的下部，腰部及中部，每一层在前、后墙的布置，其上下、左右均为错位设置，形成上下、水平左右交叉的配风结构；所述配风结构使得多层二次风射流在高度方向和水平方向相互交叉喷射进入炉膛，使烟气物料以连续“之”字形状路线上升，多次转向，延长烟气和物料在燃烧室内的停留时间。本发明还可以进一步完善:
作为优选，所述尾部第一烟道和尾部第二烟道共用中间隔墙。作为优选，所述尾部第一烟道和尾部第二烟道转接处设置转向离心分离灰斗，用于部分分离尾部烟道内烟气中所携带的灰分。
作为优选，所述大节距倾斜管中温过热器呈“W”型布置；起到凝渣作用和补偿过热器由于沾污所减少的面积。作为优选，所述尾部第二烟道中的高温级过热器采用顺流布置方式，维持高温过热器蒸汽出口部位较低的烟气温度；高温过热器出口部位管束采用优质抗腐蚀不锈钢材质。作为优选，所述尾部第二烟道中的受热面，依次布置有高温过热器和低温过热器；尾部第三烟道中的受热面，依次布置有省煤器、高温级烟气冷却器和低温级烟气冷却器。作为优选，所述过热器采用大节距低烟气流速布置方式，以减轻受热面的磨损，避免积灰堵塞。作为优选，所述的尾部第三烟道中的高、低温烟气冷却器管束内部走的是温度较高的工质水，防止出现生物质燃料燃烧后的烟气所产生的低温腐蚀现象。作为优选，所述炉膛内采用小片水冷蒸发屏和屏式过热器，用于吸收生物质剧烈燃烧所释放的部分热量和维持炉膛的低温燃烧。与现有技术相比，本发明有如下优点:
1、锅炉炉膛内二次风分级送风，设置大量小片水冷蒸发屏，保证炉膛内温度场均匀合理，不会出现大面积物料熔融粘结现象，炉膛内较低的上升烟气流速降低了烟气携带的飞灰浓度，减轻尾部对流受热面的积灰、堵灰，保证有效换热面积在锅炉长期运行过程中充裕，保证主汽参数达到设计要求；
2、高大炉膛和尾部多烟道设计，较长的烟气流通通道，从分保证了物料具备充分的燃烧和燃烬时间，提高了燃烧效率，降低灰渣含碳量，保持灰渣活性，有利于灰渣综合利用 ’锅炉结构布置紧凑合理，便于部件的安装检修。3、多层二次风射流在高度方向和水平方向相互交叉喷射进入炉膛，可以有效的改变竖直向上的物料烟气流的运动方向，使其以连续“之”字形状路线上升，极大增加了物料烟气流的扰动和混合，使物料在炉膛内停留时间大大增加，燃烧得更加充分，提高燃烧效率；同时二次风分多层布置能够有效的控制燃料在炉膛高度方向的燃烧份额，防止爆燃超温导致结焦，合理控制氧量，有利于降低NOx排放浓度。4、根据烟气和物料的流动特性合理布置热面以及受热面管束采用大节据顺列布置，减少管束间搭桥堵塞的可能性，有效避免烟道内热面的挂渣、积灰、堵灰等现象；
5、较低的炉内燃烧温度可以有效地减少燃料中的碱金属盐进入气相的量，遏制受热面初始沉积，同时通过热面的合理布置和材质选择，从而缓解受热面的高温腐蚀。低温燃烧环境还减少了原料中氯化物的析出，降低了烟气中的HCl浓度，减弱了含氯盐酸雾所引起的低温腐蚀。6、物料循环系统采用中温分离技术，确保旋风分离器和回料器内不结渣，回料稳定，保证设备长期连续安全运行。
附图1是本发明的一种结构布置示意 附图2是图1中炉膛内配风及气流状态主视 附图3是图1中炉膛内配风及气流状态俯视图；附图4是图1中大节距斜向管束中温级过热器放大图。附图标记说明:1-炉膛，2-旋风分离器，3-回料器，4-尾部第一烟道，5尾部第二烟道，6-尾部第三烟道，7-低温过热器，8-大节距倾斜管束中温过热器，9-屏式过热器，10-高温过热器，11-省煤器，12-高温级烟气冷却器，13-低温级烟气冷却器，14-离心转向灰斗，15-小片水冷蒸发屏，40-炉底一次风配风装置，50-上层二次风炉膛配风装置，60-中间层二次风炉膛配风装置，70-下层二次风炉膛配风装置。
具体实施例方式下面通过实施例结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体说明。如图1、2、3、4所示的一种用于生物质燃料高效燃烧和余热回收的循环流化床锅炉装置，具有炉膛，所述炉膛采用比常规流化床锅炉大50%的大截面结构，保证炉膛内的烟气上升速度在3.2^3.8 m/s左右；延长了燃料颗粒在炉内的停留时间，有利于提高燃料的一次燃烬率，从而相应地提高燃烧效率，同时增加炉内内循环物料量，大量的物料可以有效的抑制挥发份迅速燃烧所产生的高温；炉膛下部燃烧室铺设有耐火耐磨浇注料的高度较高，保证较高的床温，生物质燃料加入燃烧室后，在大量的高温循环物料加热作用下，水分和挥发份迅速析出，并进行迅速燃烧；
在炉膛I布风板上6.4-17.6m高度区域的四周水冷壁上设置了大量的小片水冷蒸发屏15，还设有屏式过热器9，用来吸收生物质燃料迅速燃烧所产生的热量，用来降低所产生的高温烟气峰值，维持炉膛的低温燃烧，防止出现由于高温所产生的物料熔融粘结挂焦现象。炉膛的底部装有炉底一次风配风装置40，在炉膛I前后墙的下部、腰部及中部装有下层炉膛配风装置70、中间层炉膛配风装置60和上层炉膛配风装置50，前后墙之间每一层配风装置错位布置，形成上下、水平左右交叉的三层配风结构，所述配风装置使得多层二次风射流在高度方向和水平方向相互交叉喷射进入炉膛。其中各层风箱用撑架支撑固定在炉膛I前后墙水冷壁上，二次风引入风管并在风管内得到加速，然后二次风射流通过喷嘴以足够的速度和刚度引入炉膛，对竖直向上的一次风物料流在水平方向和高度方向进行扰动，并分层补充燃料燃烧所需的氧量。前后墙的三层二次风喷嘴在高度方向进行交叉错位布置，并且前后墙每一层的二次风喷嘴在水平方向进行交叉布置，这样可以避免对称布置的喷嘴所产生的二次风射流动量对冲相互抵消，使得射流具有充分穿透力，并使竖直向上的物料流不断的改变流动方向。燃料在炉膛I中燃烧形成750°C左右的热烟气，热烟气夹带循环物料经炉膛I出口通过旋风分离器2入口水平烟道进入旋风分离器中，在分离器的离心分离作用下，烟气中大部分较大粒径物料颗粒被分离出来，实现中温分离，分离下来的物料经过下料立管进入回料阀3中，再经过回料阀回到炉膛，实现了循环流化床的物料循环。其中，烟气在尾部第一烟道4中向下流动，在尾部第二烟道5中向上流动，在尾部第三烟道6中烟气向下流动。尾部第一烟道4中布置有大节距倾斜管束中温过热 器8，所述中温过热器8呈“W”形状，用于补偿过热器管束由于表面沾污积灰所减少的吸热量，同时还起到一定的捕渣作用，以减轻尾部其它对流受热面灰粘结和堵灰，尾部第二烟道5中设置有高温过热器10和低温过热器7，尾部后端(第三)烟道6中设置有省煤器11和烟气冷却器(高温级烟气冷却器12和低温级烟气冷却器13)，以上对流过热器采用大节距低烟气流速布置方式，以减轻受热面的磨损，避免积灰堵塞。尾部第一烟道4和尾部第二烟道5之间设置转向离心分离灰斗改变烟气的流动方向，有利于飞灰在转向离心力作用下从烟气中分离出来，通过底部放灰口排出炉外，进一步降低后续尾部烟道内烟气中的飞灰浓度，同时烟气在尾部第二烟道内向上流动爬升通过高温过热10和低温过热器7管束，烟气流动方向与灰自身重力沉降的方向相反，大大减弱了烟气中的飞灰在对流受热面管束上的沉降，保证换热面的清洁。通过尾部烟道受热面的合理分配以及高温过热器管束采用顺流布置，能够有效地控制高温过热器10的出口温，避免受热面的高温腐蚀。多烟道布置使烟气流动距离更长，增加了燃料在锅炉烟道内的停留时间，提高了燃料的燃烧效率，减少了飞灰含碳量，节约燃料，也有利于飞灰的综合利用，同时由于尾部第一烟道4和尾部第二烟道5之间采用中间隔墙，部件结构设置紧凑，节省空间，也便于安装检修。
权利要求
1.一种生物质高效燃烧和余热回收的循环流化床锅炉装置，具有炉膛、旋风分离器、物料循环系统和尾部多烟道、二次配风系统，其特征在于: 所述炉膛下部燃烧室铺设耐火耐磨浇注料，保证床温在70(T77(rc范围； 所述炉膛采用比常规流化床锅炉大40%飞0%的大截面结构，保证炉膛内的烟气上升速度在3.2 3.8 m/s左右； 所述炉膛布风板上6.4-17.6m高度区域四周水冷壁上设置了大量小片水冷蒸发屏，用于吸收生物质燃料迅速燃烧所产生的热量，维持炉膛内较低的燃烧温度； 所述物料循环系统采用蜗壳式旋风分离器进行中温分离，控制分离器进口烟温在750°C以下； 所述尾部烟道设有三个串联平行通道:尾部第一烟道，尾部第二烟道和尾部第三烟道； 所述尾部第一烟道入口连接于旋风分离器水平烟道出口，出口转向180°连接于尾部第二烟道入口，尾部第二烟道出口转向180°连接于尾部第三烟道入口 ； 炉膛内的烟气在尾部第一烟道中向下流动，在尾部第二烟道中向上流动，在尾部第三烟道中烟气向下流动； 所述尾部第二烟道中顺序布置有高温过热器和低温过热器；该烟道内的烟气向上流动爬升，即烟气流动方向与灰自身重力沉降的方向相反，这样可以大大减弱受热面管束表面的灰分沉积，保证受热面清洁； 所述尾部烟道内设置有受热面； 所述尾部第一烟道内的受热面为大节距的倾斜管中温过热器，其管壁温度在400°C至480°C之间，用于捕捉进入尾部烟道700°C 80(TC的烟气中的灰分，同时补偿尾部过热器热面长期运行由于表面沾污所引起的热面减少； 所述炉膛二次配风装置设置于炉膛的下部，腰部及中部，每一层在前、后墙的布置，其上下、左右均为错位设置，形成上下、水平左右交叉的配风结构；所述配风结构使得多层二次风射流在高度方向和水平方向相互交叉喷射进入炉膛，使烟气物料以连续“之”字形状路线上升，多次转向，延长烟气和物料在燃烧室内的停留时间。
2.根据权利要求1所述的生物质高效燃烧和余热回收的循环流化床锅炉装置，其特征在于:所述尾部第一烟道和尾部第二烟道共用中间隔墙。
3.根据权利要求1或2所述的生物质高效燃烧和余热回收的循环流化床锅炉装置，其特征在于:所述尾部第一烟道和尾部第二烟道转接处设置转向离心分离灰斗，用于部分分离尾部烟道内烟气中所携带的灰分。
4.根据权利要求1或2所述的生物质高效燃烧和余热回收的循环流化床锅炉装置，其特征在于:所述大节距倾斜管中温过热器呈“W”型布置；起到凝渣作用和补偿过热器由于沾污所减少的面积。
5.根据权利要求1或2所述的生物质高效燃烧和余热回收的循环流化床锅炉装置，其特征在于:所述尾部第二烟道中的高温级过热器采用顺流布置方式，维持高温过热器蒸汽出口部位较低的烟气温度；高温过热器出口部位管束采用优质抗腐蚀不锈钢材质。
6.根据权利要求1或2所述的生物质高效燃烧和余热回收的循环流化床锅炉装置，其特征在于:所述尾部第二烟道中的受热面，依次布置有高温过热器和低温过热器；尾部第三烟道中的受热面，依次布置有省煤器、高温级烟气冷却器和低温级烟气冷却器。
7.根据权利要求1或2所述的生物质高效燃烧和余热回收的循环流化床锅炉装置，其特征在于:所述过热器采用大节距低烟气流速布置方式，以减轻受热面的磨损，避免积灰堵塞。
8.根据权利要求1或2所述的生物质高效燃烧和余热回收的循环流化床锅炉装置，其特征在于:所述的尾部第三烟道中的高、低温烟气冷却器管束内部走的是温度较高的工质水，防止出现生物质燃料燃烧后的烟气所产生的低温腐蚀现象。
9.根据权利要求1或2所述的生物质高效燃烧和余热回收的循环流化床锅炉装置，其特征在于:所述炉膛内采用屏式过热器 。
全文摘要
本发明涉及一种生物质高效燃烧和余热回收的循环流化床锅炉装置，具有炉膛、尾部烟道、二次配风系统，其特征在于所述尾部烟道设有三个串联平行通道尾部第一烟道，尾部第二烟道和尾部第三烟道；所述尾部第一烟道入口连接于旋风分离器水平烟道出口，出口转向180°连接于尾部第二烟道入口，尾部第二烟道出口转向180°连接于尾部第三烟道入口；所述尾部烟道内布置有受热面，尾部第一烟道内设置大节距的倾斜管中温过热器；所述炉膛二次配风系统为布置于炉膛的下部，腰部及中部，前、后墙每层错位布置，形成上下、水平左右交叉的配风结构；所述配风结构使得多层二次风射流在高度方向和水平方向相互交叉喷射进入炉膛。本发明锅炉燃烧效率高，CO排放量少，降低烟气中飞灰浓度，保证主汽参数达到设计要求。
文档编号F23C10/10GK103148479SQ20131005679
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月22日 优先权日2013年2月22日
发明者颜飞龙, 叶忠, 黄兵, 刘志, 任旭峰, 薛鹏毅 申请人:杭州锅炉集团股份有限公司