一种防止锅炉沾污的煤粉炉半焦热载体系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种防止锅炉沾污的煤粉炉半焦热载体系统及方法，通过加热提升管、热半焦槽、热解反应器形成半焦热载体原煤热解，与煤粉炉相结合的系统，将原煤先在热解反应器中与高温半焦混合进行高温热解，使可挥发的碱金属氯化物挥发到热解气中，从而减少煤粉炉入炉煤中碱金属含量，进而减少燃烧烟气中的碱金属，则能从根本上解决或者大大减轻对流受热面沾污状况，同时热解气经过净化装置对钠资源进行收集，净化后热解气和焦油送入煤粉炉中燃烧，有效利用煤中可燃组分，保证锅炉燃烧效率。
【专利说明】一种防止锅炉沾污的煤粉炉半焦热载体系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤粉炉【技术领域】，具体为一种防止锅炉沾污的煤粉炉半焦热载体系统及方法。
【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。煤粉炉具有燃烧迅速、完全、容量大、效率高、适应煤种广，便于控制调节等优点，当燃用高碱性煤种时，存在于煤中的碱性化合物，在燃烧过程中会挥发出来，易凝结在锅炉受热面上形成烧结或粘结的灰沉积，造成锅炉受热面的设备的腐蚀、结渣与沾污问题。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，结渣严重时可能导致炉膛熄火、爆管、非计划停炉等重大事故，是长期影响电站锅炉正常运行的重要问题之一。
[0003]为了防止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，炉内结渣既是一个复杂的物理化学过程，又是一个动力学过程，既与燃料特性有关，也与锅炉的结构和运行条件有关。学者提出了多个结渣判定指数，但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沾污对锅炉的危害问题。对于高碱性煤，由于煤中碱金属元素的挥发，容易在锅炉受热面冷凝形成一层打底附着物，打底物主要以氯化钠或硫酸钠形式存在。上述成分在高温环境下挥发后，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，且沾污物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，最终使炉膛出力大大降低造成停炉。
[0004]国内对于燃烧利用高碱性煤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，目前没有有效的利用办法。通过优化锅炉燃烧方式，控制炉膛内的温度和燃烧来减缓锅炉的结渣问题，在实际中并不便于操作也未得到推广。只有通过外煤掺烧的方式来减轻沾污问题，利用准东煤与其它煤种混合后进行掺烧，锅炉掺烧高碱性煤的比例不应超过30%，掺烧比例增大时，锅炉的对流受热面沾污积灰严重，同时碱金属对锅炉的本体材料腐蚀也非常严重。由于新疆地区高碱性煤利用方式多为坑口电站，掺烧时对外煤的需求量较大，这样对准东煤使用量非常有限，同时又要从其它地方购买优质燃煤，增加了发电企业的发电成本。对准东煤田的开发和电源基地的建设带来了困难，难于将准东煤的优势得以充分发挥，同时对煤粉锅炉的设计与运行带来很大困难。因此，锅炉纯烧高碱性煤时，对流受热面的沾污是亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种防止锅炉沾污的煤粉炉半焦热载体系统及方法，可有效解决现有电站锅炉对流受热面沾污问题，降低锅炉受热面布置难度，保证锅炉受热面充分换热，稳定锅炉出力；避免由于沾污所造成的对流受热面超温现象，大大降低爆管事故的发生；实现高碱性煤的大规模纯烧利用，同时不影响锅炉燃烧效率。
[0006]本发明的技术方案如下:
一种防止锅炉沾污的煤粉炉半焦热载体系统，其特征在于:包括煤粉燃烧炉、加热提升管、热半焦槽、热解反应器、分离器一，煤粉燃烧炉的烟气出口分别连接至加热提升管和尾部烟道装置，加热提升管的出口连接至热半焦槽；热半焦槽的高温半焦出口连接至热解反应器，热解反应器的煤灰出口分别连接至煤粉燃烧炉的进料端和加热提升管；
热半焦槽的烟气出口连接至分离器一，分离器一的煤灰出口连接至热解反应器，分离器一的烟气出口连接至尾部烟道装置；
热解反应器的烟气出口通过分离器二连接至煤粉燃烧炉；
热解反应器还设置有高碱性煤入口。
[0007]所述分离器二的烟气出口连接至煤粉燃烧炉的管道上设置有净化装置。
[0008]所述热解反应器的煤灰出口连接至换热器，换热器的煤灰出口连接至煤粉燃烧炉的进料端；煤粉燃烧炉进料端包括输送原煤的煤斗和给料器，还设有鼓风机和燃烧器，煤斗连接至给料器，给料器连接至燃烧器，鼓风机也连接至燃烧器，鼓风机输送燃烧所需的空气。
[0009]所述尾部烟道装置包括尾部烟道、除尘器和引风机，尾部烟道的末端安装除尘器，尾部烟道的出烟口连接引风机，经过除尘后由引风机排出。
[0010]该发明利用燃烧后的烟气温度较高，经水平烟道部分进入加热提升管，加热提升管中半焦与高温烟气进行换热和提升，半焦经加热后进入热半焦槽作为热载体用，排出的热烟气经分离器后送入尾部烟道。原煤经给料器进入热解反应器，来自热半焦槽的高温热半焦与原煤混合，完成煤的热解反应，煤粉中碱金属在高温下挥发进入热解气中，经净化除去碱金属后送入炉膛燃烧。热解反应器出口的部分半焦输送进入换热器，热量交换后送入煤斗中进行储存，煤斗中的煤从给料器送入燃烧器在炉膛中进行燃烧。由于煤焦中碱金属大幅减少，避免了炉膛中燃烧烟气碱金属化合物遇冷粘附在对流受热面管壁上形成沾污的初始层，破坏了沾污形成的初始条件。
[0011]整个系统的实现方法如下:
在开车阶段，可先通过煤粉燃烧炉进料端以外煤掺烧方式送入燃烧器进行燃烧，直到煤粉燃烧炉开始正常运行，炉温达到一定温度后，再利用锅炉自身的烟气对备用半焦进行加热，加热提升管运行正常后，可停止外煤的加入；锅炉正常运行阶段，经过热解的半焦与外来空气在煤粉燃烧炉的炉膛内进行燃烧，燃烧烟气一部分送入加热提升管，另外一部分经尾部烟道装置排入，加热提升管内的烟气进入热半焦槽；热解反应器一端通入高碱性煤，另一端通入来自热半焦槽的高温半焦，经过在热解反应器中进行热解，热解后的一部分半焦经过换热器进行温度调整后输送进入煤粉燃烧炉的进料端储存，另一部分半焦进入加热提升管，与来自炉膛的高温烟气进行换热；热解得到的气体经净化装置除去钠后送入煤粉燃烧炉进行燃烧。锅炉排渣在煤粉燃烧炉底部进行。
[0012]高碱性煤在热解反应器中进行热解后，可挥发性钠被大量去除，煤中的钠含量下降，在煤粉燃烧炉炉膛中进行燃烧时生成的烟气中活性钠含量已经大大降低，在经过后续受热面时由于烟气中活性钠含量极少，基本不发生沾污。
[0013]本发明具有以下有益效果: (1)采用一种在热解反应器中高温半焦与高碱性煤混合热解，通过热解移除煤中的可挥发性钠，降低了煤粉炉入炉煤中的钠元素含量，减少了锅炉对流受热面的沾污，提高了换热面的换热效率，稳定锅炉出力；
(2)通过利用高温半焦与高碱性煤混合热解，热解气净化后送入炉膛燃烧，能量利用效率提高，减少了气固分离除尘的问题，同时避免了高碱性煤目前只能通过掺烧途径利用所带来的高额成本；
(3)在对原锅炉设计改动不大的情况下，实现高碱性煤大规模纯烧利用，提高了电厂的效益。
[0014]本发明采用半焦热载体原煤热解和煤粉炉相结合的系统，将燃煤先在热解反应器中与高温半焦混合进行高温热解，使可挥发的碱金属氯化物挥发到热解气中，从而减少煤粉炉入炉煤中碱金属含量，进而减少燃烧烟气中的碱金属，则能从根本上解决或者大大减轻对流受热面沾污状况，同时热解气经过净化装置对钠资源进行收集，净化后热解气和焦油送入煤粉炉中燃烧，有效利用煤中可燃组分，保证锅炉燃烧效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为本发明的结构示意图。
[0016]其中，附图标记为:1煤斗、2给料器、3鼓风机、4燃烧器,5煤粉燃烧炉、6加热提升管、7热半焦槽、8热解反应器、9煤斗、10给料器、11分离器一、12换热器、13净化装置、14除尘器、15引风机。
【具体实施方式】
[0017]如图1所示，本发明所述的防止锅炉受热面沾污的半焦热载体煤粉炉系统，包括煤粉燃烧炉5、加热提升管6、热半焦槽7、热解反应器8、分离器一 11，煤粉燃烧炉5的烟气出口分别连接至加热提升管6和尾部烟道装置，加热提升管6的出口连接至热半焦槽7 ;热半焦槽7的高温半焦出口连接至热解反应器8，热解反应器8的煤灰出口分别连接至煤粉燃烧炉5的进料端和加热提升管6 ；
热半焦槽7的烟气出口连接至分离器一 11，分离器一 11的煤灰出口连接至热解反应器8，分离器一 11的烟气出口连接至尾部烟道装置；
热解反应器8的烟气出口通过分离器二连接至煤粉燃烧炉5 ；
热解反应器8还设置有高碱性煤入口。
[0018]所述分离器二的烟气出口连接至煤粉燃烧炉5的管道上设置有净化装置13。
[0019]所述热解反应器8的煤灰出口连接至换热器12，换热器12的煤灰出口连接至煤粉燃烧炉5的进料端，煤粉燃烧炉5进料端包括煤斗1、给料器2和燃烧器4，燃烧器4还连接有用于通入空气的鼓风机3。
[0020]所述尾部烟道装置包括尾部烟道、除尘器14和引风机15，尾部烟道的末端安装除尘器14，尾部烟道的出烟口连接引风机15，经过除尘后由引风机15排出。
[0021]整个系统的实现方法如下:
在锅炉开车阶段，可先通过煤斗1、给料器2以外煤掺烧方式送入燃烧器4进行燃烧，直到煤粉燃烧炉5开始正常运行炉温达到一定温度后，再利用锅炉自身的烟气对备用半焦进行加热，提升管6运行正常后，可停止通过煤斗1、给料器2外煤的加入。锅炉正常运行阶段，经过热解的半焦与来自鼓风机3的空气在煤粉燃烧炉5的炉膛内进行燃烧，燃烧烟气一部分送入加热提升管6，另外一部分经尾部烟道降温后排入烟囱。来自煤斗9、给料器10的高碱性煤从热解反应器8 —端进入，来自热半焦槽7的高温半焦由热解反应器8另一端进入，原煤在热解反应器8中进行热解，热解后的半焦一部分进入换热器12，温度进行调整后输送进入煤斗I储存，另一部分进入加热提升管6，与来自炉膛的高温烟气进行换热。热解得到的气体经净化装置13除去钠后送入煤粉燃烧炉5进行燃烧。锅炉排渣在煤粉燃烧炉5底部进行。
[0022]高碱性煤在热解反应器8中进行热解后，可挥发性钠被大量去除，煤中的钠含量下降，在煤粉燃烧炉5炉膛中进行燃烧时生成的烟气中活性钠含量已经大大降低，在经过后续受热面时由于烟气中活性钠含量极少，基本不发生沾污。
【权利要求】
1.一种防止锅炉沾污的煤粉炉半焦热载体系统，其特征在于:包括煤粉燃烧炉(5)、加热提升管(6)、热半焦槽(7)、热解反应器(8)、分离器一(11)，煤粉燃烧炉(5)的烟气出口分别连接至加热提升管(6)和尾部烟道装置，加热提升管(6)的出口连接至热半焦槽(7);热半焦槽(7)的高温半焦出口连接至热解反应器(8)，热解反应器(8)的煤灰出口分别连接至煤粉燃烧炉(5)的进料端和加热提升管(6);热半焦槽(7)的烟气出口连接至分离器一(11)，分离器一(11)的煤灰出口连接至热解反应器(8)，分离器一(11)的烟气出口连接至尾部烟道装置；热解反应器(8)的烟气出口通过分离器二连接至煤粉燃烧炉(5);热解反应器(8 )还设置有高碱性煤入口。
2.根据权利要求1所述的防止锅炉沾污的煤粉炉半焦热载体系统，其特征在于:所述分离器二的烟气出口连接至煤粉燃烧炉(5 )的管道上设置有净化装置(13)。
3.根据权利要求1所述的防止锅炉沾污的煤粉炉半焦热载体系统，其特征在于:所述热解反应器(8)的煤灰出口连接至换热器(12)，换热器(12)的煤灰出口连接至煤粉燃烧炉(5)的进料端；煤粉燃烧炉(5)进料端包括输送原煤的煤斗(I)和给料器(2)，还设有鼓风机(3)和燃烧器(4)，煤斗(I)连接至给料器(2)，给料器(2)连接至燃烧器(4)，鼓风机(3)也连接至燃烧器(4 ),鼓风机(3 )输送燃烧所需的空气。
4.根据权利要求1所述的防止锅炉沾污的煤粉炉半焦热载体系统，其特征在于:所述尾部烟道装置包括尾部烟道、除尘器(14)和引风机(15)，尾部烟道的末端安装除尘器(14)，尾部烟道的出烟口连接引风机(15)，经过除尘后由引风机(15)排出。
5.根据权利要求1-4任意一项所述系统的防止锅炉沾污的方法，其特征在于: 在开车阶段，先通过煤斗(I )、给料器(2)以外煤掺烧方式送入燃烧器(4)进行燃烧，直到煤粉燃烧炉(5)开始正常运行，炉温达到一定温度后，再利用煤粉燃烧炉(5)内自身的烟气进行加热，加热提升管(6)运行正常后，停止外煤的加入； 锅炉正常运行阶段，经过热解的半焦与来自鼓风机(3)的空气经燃烧器(4)在煤粉燃烧炉(5)的炉膛内进行燃烧，燃烧烟气一部分送入加热提升管(6)，另外一部分经尾部烟道装置排出；加热提升管(6 )内的烟气进入热半焦槽(7 );热解反应器(8 ) —端经煤斗(9 )、给料器(10 )送入高碱性煤，另一端通入来自热半焦槽(7 )的高温半焦，经过在热解反应器(8 )中进行热解，热解后的一部分半焦经过换热器(12)进行温度调整后输送进入煤斗(I)储存，另一部分半焦进入加热提升管(6)，与来自炉膛的高温烟气进行换热热解；热解得到的气体经净化装置(13)除去钠后送入煤粉燃烧炉(5)进行燃烧；锅炉排渣自煤粉燃烧炉(5)的底部排出。
【文档编号】F23K3/00GK104180385SQ201410402225
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】杜奇, 曹立勇, 樊伟, 张鑫, 李阳, 雷宇, 银燕 申请人:中国东方电气集团有限公司