本实用新型属于流化床锅炉结构技术领域，特别是一种抑制污染物生成的节能型循环流化床锅炉。
背景技术：
煤炭燃烧排放的SO2和NOX等污染气体会对大气环境和人体健康产生严重的危害，为了控制SO2和NOX的排放量，国家制定了严格的SO2和NOX排放标准，现已有较多的单独脱除SO2和NOX的控制技术。
循环流化床锅炉因其具有高可靠性，高稳定性，高可利用率，优异的环保特性以及广泛的燃料适应性，特别是对劣质燃料的适应性，使其越来越受到人们的广泛关注。我国的能源利用结构和能源利用品质的差异，决定了燃煤型循环流化床锅炉仍然是主要的能源利用方式。而循环流化床锅炉采用煤粒作为燃料的粗放型燃烧方式，造成循环流化床锅炉的低氮及高效脱硫等环保特性不能充分发挥出来。特别是随着环保和排放标准的日益严格，对于已经生成的硫化物和氮氧化物等污染物的脱除设备及运行费用，给用户造成极大的环保处理压力。硫化物和氮氧化物的生成，与燃烧方式和锅炉结构设计密切相关。而现有的循环流化床锅炉，在控制硫化物和氮氧化物排放指标方面，尚无针对性的锅炉整体结构设计方法。
技术实现要素：
鉴于此，本实用新型提出一种抑制污染物生成的节能型循环流化床锅炉，在锅炉整体结构设计方面采取针对性措施，克服现有技术的缺点，从源头上降低循环流化床锅炉燃烧过程中硫化物和氮氧化物的生成量，使锅炉原始排放接近超低排放及环保指标的要求，通过锅炉整体结构设计来实现燃烧过程中硫化物和氮氧化物的低生成和低排放。
为了达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种抑制污染物生成的节能型循环流化床锅炉，包括给煤装置、燃烧装置和分离返料装置，燃烧装置包括炉膛和布风装置，布风装置包括连通的风室和外置风室，外置风室另一端设有一次热风道，炉膛呈下部收缩的椎体，其收缩部分为炉膛密相区，炉膛密相区下方设有风室，风室与炉膛之间通过布风板分隔开，炉膛上部侧壁设有出烟口，并通过出烟口连接分离返料装置，分离返料装置有两个输出端，一端连接至炉膛密相区，另一端连接尾部烟道，所述给煤装置设置在炉膛密相区的侧壁上，给煤装置包括密封式给煤机、给煤管及布置在给煤管上的播煤风管和输煤风管，输煤风管设置在给煤管的上部，播煤风管设置在给煤管与炉膛密相区的交接处，炉膛密相区侧壁、给煤管上方设有二次风喷口。
所述分离返料装置包括旋风分离器和自平衡返料装置，旋风分离器的输入端与炉膛上部的出烟口连接，输出端有两个，一端连接尾部烟道，另一端连接到自平衡返料装置的输入端，自平衡返料装置的输出端连接至炉膛密相区的下部侧壁。
所述自平衡返料装置下方设有返料风室，返料风室外侧设有独立的罗茨风机。
所述布风板上设有一定数量的风帽。
所述炉膛密相区的二次风喷口下部区域的炉壁上设置独立的脱硫剂喷口。
所述尾部烟道转角处设有补燃风管，补燃风管采用喷口射流结构。
所述尾部烟道的出口部位通过管道经增压风机引入到一次热风道。
本实用新型的有益效果是：
1.本实用新型的炉膛采用等流速设计理念，并据此进行密相区收缩段和布风板设计，以降低磨损，维持炉膛下部的低温强还原性燃烧，强化脱硫反应，减少硫化物及氮氧化物等污染物的生成量；
2.本实用新型通过强化炉内的低温低氧分级燃烧技术，从燃烧源头降低硫化物和氮氧化物的生成量，使燃烧生成的硫化物和氮氧化物排放明显降低，特别是氮氧化物的排放可控制在100mg/Nm3以下，用户只需要配投资和运行费用较低的SNCR脱硝装置，就能达到国家超低排放≤50mg/Nm3排放标准要求。通过添加脱硫剂实行炉内脱硫，其脱硫效率高达90%以上，明显的降低了硫化物的排放量。
附图说明：
图1为本实用新型总体结构示意图；
具体实施方式：
依照以下的附图详细说明关于本实用新型的示例性实施例。
图中序号所代表的含义为：1-炉膛，2-二次风喷口，3-密封式给煤机，4-给煤管，5-输煤风管，6-脱硫剂喷口，7-播煤风管，8-炉膛密相区，9-风帽，10-布风板，11-风室，12-外置风室，13-一次热风道，14-阀门，15-增压风机，16-返料风室，17-罗茨风机，18-尾部烟道出口，19-自平衡返料装置，20-旋风分离器，21-最上一级高温受热面，22-尾部烟道，23-补燃风管，24-温度或压力测点。
以下结合具体情况说明本实用新型的示例性实施例：
如图1的一种抑制污染物生成的节能型循环流化床锅炉，包括给煤装置、燃烧装置和分离返料装置，燃烧装置包括炉膛1和布风装置，布风装置包括连通的风室11和外置风室12，外置风室12另一端设有一次热风道13，炉膛1呈下部收缩的椎体，其收缩部分为炉膛密相区8，炉膛密相区8下方设有风室11，风室11与炉膛1之间通过布风板10分隔开，炉膛1上部侧壁设有出烟口，并通过出烟口连接分离返料装置，分离返料装置有两个输出端，一端连接至炉膛密相区8，另一端连接尾部烟道22，所述给煤装置设置在炉膛密相区8的侧壁上，给煤装置包括密封式给煤机3、给煤管4及布置在给煤管上的播煤风管7和输煤风管5，输煤风管5设置在给煤管4的上部，播煤风管7设置在给煤管4与炉膛密相区8的交接处，炉膛密相区8侧壁、给煤管4上方设有二次风喷口2。
所述分离返料装置包括旋风分离器20和自平衡返料装置19，旋风分离器20的输入端与炉膛1上部的出烟口连接，输出端有两个，一端连接尾部烟道22，另一端连接到自平衡返料装置19的输入端，自平衡返料装置19的输出端连接至炉膛密相区8的下部侧壁。
所述自平衡返料装置下方设有返料风室16，返料风室16外侧设有独立的罗茨风机17。
所述布风板10上设有一定数量的风帽9。
所述炉膛密相区8的二次风喷口2下部区域的炉壁上设置独立的脱硫剂喷口6。
所述尾部烟道22转角处设有补燃风管23，补燃风管23采用喷口射流结构。
所述尾部烟道22的出口部位通过管道经增压风机15引入到一次热风道13。
本实用新型抑制污染物生成的工作原理如下：
循环流化床炉内的流态分布通常认为是下部为鼓泡床，上部为快速床，不同的煤种对应不同的最佳鼓泡床和最佳的快速床状态。煤种不同，流态分布也不尽相同，其所对应的受热面吸热份额也相应不同，从而影响炉膛传热，燃烧温度和污染物生成量。根据硫化物和氮氧化物的生成及脱除机理，通过优化燃烧来达到抑制硫化物和氮氧化物的生成量和排放量，以更好的发挥循环流化床燃烧技术的环保优势。因此在确保燃料和脱硫剂合理粒径的给料前提下，需要根据煤种确定最佳的鼓泡床和快速床状态，以此来确定锅炉的给煤装置、燃烧装置和分离返料装置的匹配设计方法，通过均匀布料，流化均匀，合理控制炉膛烟气表观速度（4-5m/s）和燃烧温度(850-880℃)，控制燃烧空气量（炉膛出口过量空气系数一般为1.1-1.2），优化配风，改变炉内燃烧份额，进而合理强化炉内低温燃烧所需要的还原性氛围和氧化氛围及其转换，在最大限度的减少氮氧化物生成的同时又兼顾较高的脱硫效率，也即通过优化燃烧方案来抑制硫化物和氮氧化物的生成，从而实现燃烧过程中硫化物和氮氧化物的低生成和低排放。
本实用新型提供一种抑制污染物生成的节能型循环流化床锅炉，主要包括给煤装置、燃烧装置和分离返料装置的设计匹配方法。
其中给煤装置含密封式给煤机、给煤管及布置在给煤管上的播煤风和输煤风，从而确保炉内微正压高效燃烧。采用密封式给煤机的给煤密封结构，并通过在给煤管上部设置输煤密封风，来防止炉内正压和热烟气反窜，从而确保炉内微正压高效燃烧，提高燃烧效率，控制炉膛燃烧的过量空气系数，做到低氧燃烧，控制污染物的生成；通过在给煤管与炉膛连接部位设置播煤风，形成喷口射流作用，将给煤来料沿床面均匀播开，均匀布料，强化流化质量，防止局部堆积造成流化不良，发生局部高温燃烧而造成结焦，从给料上抑制污染物生成量。给煤装置的布风均来自压力较高的一次热风，以增强密封和播煤效果，并设置独立的阀门控制。
燃烧装置包含炉膛和布风装置。炉膛和布风装置满足煤种的最佳流态和燃烧需求。采用通用的全膜式壁密封炉膛，但炉膛设计方法须综合考虑煤种特性来进一步确定炉膛最佳烟气表观速度（4-5m/s）和最佳燃烧温度(850-880℃)及炉膛出口物料浓度（2.0-3.0kg/Nm3），使炉膛燃烧处于低过量空气系数下的低温燃烧状态（炉膛出口过量空气系数一般为1.1-1.2），并根据煤种燃尽时间来设计炉膛高度，来确保燃料的燃尽和污染物的低排放，同时减轻磨损，提高锅炉利用率。本专利的炉膛采用等流速设计理念，并据此进行密相区收缩段和布风板设计，以降低磨损，维持炉膛下部的低温强还原性燃烧，强化脱硫反应，减少硫化物及氮氧化物等污染物的生成量。
布风板将风室和炉膛分开，对炉膛进行功能划分。布风板上布置流化床钟罩式风帽，满足均匀布风、流化燃烧的需要。风室内为一次风，主要满足燃料流化，并提供部分燃烧需要的氧气。在炉膛密相区收缩段的贫氧区高度上设置二次风喷口，补入二次风来强化燃烧。二次风喷口采用前后墙分层布置并独立精细调节，以满足燃料分层燃烧的需求。为提高二次风的穿透能力和混合效果，并有效消除因一次风量不足而引起的燃烧贫氧区，采用大动量高流速的二次风喷口设计。一二次风的配比根据煤种的不同而确定最佳比例，以强化炉膛密相区的还原性燃烧氛围来抑制燃料的剧烈燃烧，控制燃烧温度，从而抑制污染物大量生成。通过二次风的分层补入，使炉膛中上部整体形成氧化燃烧氛围，但又形成局部的还原——氧化——还原燃烧氛围并形成转换，以此维持炉膛内低氧完全燃烧，均匀炉膛中上部温度，提高燃烧效率，并增强炉膛传热效果。锅炉通过返料风、给煤管布风、一次风和二次风的独立供给和分层精确控制，使炉膛燃烧处于低过量空气系数下的低温燃烧状态（炉膛出口过量空气系数一般为1.1-1.2，燃烧温度850-880℃），从而优化燃烧工况，既确保高效燃烧，又使硫化物和氮氧化物的生成量减少。
为提高布风均匀性，防止因风室压力波动造成流化不良而影响燃烧，一次风室采用等压风室结构，并在等压风室外增加外置风室，提前均风，减少供风的气流脉动和布风死区，以确保均匀布风和流化质量。
为进一步增强锅炉密相区的还原性气氛，强化炉膛密相区的还原性燃烧氛围来抑制燃料的剧烈燃烧，从而抑制污染物大量生成。本方法采用将锅炉尾部的部分烟气通过增压风机引入一次风空预器出口部位的一次热风道，与一次热空气预先混合后再进入风室，做到既满足流化需求，又降低一次供风的氧量水平，达到强化还原性燃烧氛围的效果。推荐控制进入风室一次热风的含氧量为16-18%，通过控制连接在增压风机的电动阀门来实现氧量自动控制。
进一步的，采用在炉膛二次风下部区域的炉壁上设置独立的脱硫剂喷口，并控制脱硫剂粒度，增强脱硫效率，降低硫化物的生成，减少污染物的排放。
分离返料装置包含旋风分离器和自平衡返料装置。旋风分离器采用高效旋风汽冷分离器，根据燃料类别，通过优化分离器模型，提高分离器的分离效率，使分离器的d50=10-15微米，d99=40-60微米，实现高效分离，满足炉膛传热所需要的循环物料和炉膛出口物料浓度，使炉膛处于低温燃烧工况，同时也相应提高燃料的燃尽率和脱硫剂的利用率。设计与之匹配的自平衡式返料装置，并采用独立的罗茨风机提供返料动力，确保返料通畅。采用汽冷高效旋风分离器，可以进一步的增强烟气换热，降低热烟气温度，控制整个物料分离和返料回路的工作温度为有利于超低氮氧化物排放所需的最佳温度，更有利于抑制污染物的生成。
进一步的，在分离器出口转向烟道内再布置补燃风，并采用喷口射流结构，补充部分空气，进一步加强燃料燃烧，降低CO及其他污染物的排放。
为合理监控炉膛内的低氧低温燃烧工况，分别在炉膛的不同部位布置温度及压力测点，通过测点的数值来判定炉内燃烧工况。为合理监控分离器及返料回路工况，在不同部位也设置有温度和压力测点，同时在尾部烟道的合适温度区间设置氧量测点（推荐安装在尾部烟道的最上一级高温受热面21之后，以便精准控制燃烧氧量），以监督风煤比并调整燃烧。在风室连接管道上另外设计氧量计，以监控风室热风的含氧量工况。为精确控制配风，分别在返料风、一次热风、二次热风和播煤输煤风道上设置有风量计、风压计及控制阀组，以满足锅炉经济运行和精细调节的需求，从而控制燃烧来抑制污染物的生成和脱除。
以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围，任何本领域的技术人员在不脱离本实用新型构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。