一种燃用超低热值燃料的低床压重组流化床及其使用方法与流程

本发明属于流化床燃烧设备技术领域，具体涉及一种燃用超低热值燃料的低床压重组流化床及其使用方法。

背景技术：

我们国家环保对煤炭洁净燃烧要求越来越高，大于300公里远运的煤炭一般是低灰洁净高热值煤炭：洗煤，随着洗煤技术的创新发展，洗煤厂产出的洗矸热值越来越低，低位发热值大都低于1000大卡/千克；同时洗煤厂产出的煤泥热值也越来越低，35%水分的煤泥低位发热值低于1500大卡/千克。

现今洗煤矸石电厂的锅炉所燃用矸石热值都在1800大卡/千克以上；煤泥热值都在2500大卡/千克以上。这就造成洗煤厂一方面大量的矸石、煤泥需征地堆放变成废物，另一方面所配的矸石、煤泥电厂燃用大量的中煤(掺烧矸石)，不但污染环境，同时又浪费能源，增加了企业的发电供热成本。

煤化工和化肥制造企业产生大量的造气炉渣，其热值一般在1500大卡/千克左右；北方大量供暖链条锅炉产生的链条炉渣，其热值一般在大于1200大卡/千克左右。由于以前的锅炉燃烧技术只能用较高热值的原煤掺烧造气渣，大量的链条炉渣只能用来铺路，造成低位能源的大量浪费。

造纸和印染企业产生大量污泥，其热值一般在大于600大卡/千克左右，也迫切需要处理。

现今燃用低热值流化床锅炉，无论鼓泡床或快速床，因为密相区床料颗粒比较粗均采用高风压运行，过量空气系数大，低热值矸石、炉渣燃料成灰性能差，燃烧煤泥返料量太大造成主床熄火，所以不能采用高倍率循环物料运行，原始排放nox在400-500mg/m³以上，为烟气达标排放，环保运行费用居高不下。

煤矸石、炉渣、煤泥、污泥等超低热值燃料在流化床内燃烧完全，产生的蒸汽能供热，同时生产大量的电能，所产生的灰渣还是水泥行业建材原料，能产生巨大的经济及社会效益。

传统流化床燃烧室密相区流态设计定态区域为0-8mm、0-10mm、0-13mm三种，无法适应低燃值燃料的充分燃烧。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供一种燃用超低热值燃料的低床压重组流化床及其使用方法，实现密相区燃料粒径为0-6mm，提高矸石、炉渣成灰性能，减少流化风机压头节能和减少燃烧室磨损，而且床内流化均匀稳定，过量空气系数小，缺氧燃烧抑制了nox的产生，使流化床物料平衡系统能形成更细物料的循环，细灰浓度高，扩展了还原性气氛高度，还原反应降低了nox排放，平均粒度变细可以降低石灰石粒度，提高比表面积，加强炉内脱硫效率，为燃低热值燃料的设备烟气进一步治理，极大降低烟气达标排放环保运行费用，以解决现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种燃用超低热值燃料的低床压重组流化床，包括炉膛，炉膛下方设置有等压风室，并通过小风帽布风板与等压风室连通，其上方设置有高位埋管，其烟气出口处设置蜗壳分离器，蜗壳分离器通过选择性u型返料器连接到炉膛返料口处，选择性u型返料器一侧还设置有放料管，炉膛的进料口处设置有破碎装置，破碎装置出口设置有上下双层筛选板，上下双层筛选板的网孔孔径分别为6mm和4mm，下层筛选板出口以及下方分别通过两称重皮带给料机连接到搅拌器内，搅拌器出口连通到炉膛的进料口。

优选的，上述上层筛选板出口通过皮带回收输送装置连接到破碎装置入口。

优选的，上述高位埋管位于炉膛内670-785mm处。

优选的，上述蜗壳分离器采用下倾入口，入口处设置加长加速段，蜗壳分离器上端设置上排气出口。

优选的，上述u型返料器采用u型返料阀，包括两个出口，一个连接到炉膛返料口，另一个选择性放灰口连接到灰渣冷却设备回收热量。

优选的，上述炉膛内布风板靠近返料口处设置有放细灰冷渣口。

优选的，上述小风帽布风板的风帽直径为50mm，风帽上的透风孔直径为5mm，相邻风帽间间距为70mm。

优选的，上述炉膛采用单回程高大型或三回程矮胖型。

优选的，上述一种燃用超低热值燃料的低床压重组流化床的使用方法，该方法包括：炉膛内风室设置为等压风室，风室进口介质为自然空气和小于30%比重的尾部烟气掺和，煤泥或污泥由炉膛顶部加入，将煤矸石或炉渣极低热值燃料从炉膛侧面进料口加入流化床下部小风帽布风板上，极低热值燃料的颗粒直径通过破碎装置的双层筛选板控制，颗粒直径为0-6mm，其中颗粒直径小于4mm占比大于80%，颗粒直径为4-6mm占比小于20%，合计100%，通过控制流化床床压，粗颗粒在炉膛密相区燃烧，细颗粒进入上部低流速长流程炉膛燃烧：流速3-4m/s，长流程使燃烧时间6-8s；细颗粒经过炉膛后进入炉膛外蜗壳分离器，经过蜗壳分离器的下倾入口和加长加速段，实现细灰分离，细灰粒径d50=10-12微米，细灰分离后进入选择性u型返料器，经过选择性u型返料器的选择性放灰口分离飞灰以控制稀相区床压和调节细灰循环倍率，同时流化床布风板后部靠近返料口设置选择性放灰渣口调节床压和辅助调节细灰循环倍率。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的效果如下：

（1）本发明在燃料进料口处设置带双层筛选板的破碎装置，破碎筛分后实现颗粒直径为0-6mm，且采用两称重皮带给料机分别反馈出小于4mm和4-6mm两种颗粒的配比，小于4mm和4-6mm的颗粒分别比重为大于80%和小于20%，大大提高矸石、炉渣成灰性能，不但减少流化风机压头节能和减少燃烧室磨损，而且床内流化均匀稳定，采用等压风室，控制空气含量，过量空气系数小，缺氧燃烧抑制了nox的产生，并采用蜗壳分离器和选择性u型返料器形成流化床平衡系统，控制更细物料的循环，循环物料中位粒径d50=10-12微米，平均粒径100微米，减少燃烧室尾部磨损，细灰浓度高，扩展了还原性气氛高度，还原反应降低了nox排放，平均粒度变细可以降低石灰石粒度，提高比表面积，加强炉内脱硫效率；为燃低热值燃料的设备烟气进一步治理，极大降低烟气达标排放环保运行费用；

（2）本发明适应燃用煤矸石、炉渣、煤泥、污泥，极低热值燃料，通过实验证明，其燃用燃料煤矸石、炉渣低位发热量大于800大卡/千克、煤泥低位发热量大于1100大卡/千克、污泥（掺烧）低位发热量大于600大卡/千克的条件下，流化床设备不仅减少流化风机压头节能和减少燃烧室磨损，而且床内流化均匀，长期稳定运行，燃烧效率高，同时很好地解决了尾部磨损的问题，燃烧设备原始排放nox在200mg/m³以下，低挥发分燃料原始排放nox在100mg/m³以下，能够通过scr、sncr脱硝处理做到超低排放，nox小于50mg/m³，采用细石灰石炉内脱硫效果好，企业达标排放的环保运行费用大大降低；

（3）本发明采用小风帽布风板，风帽数量多、出风孔小、风速度高，加上粒度小，保证了床内物料流化均匀度和温度的均匀度，抑制nox产生量；

（4）密相区床压富裕度取决于最大燃料的重量，例如8mm重量是6mm的1.77倍，10mm重量是6mm的2.77倍，所以燃料的颗粒直径0-6mm，相对其他流化床所需床压富裕度低，鼓风电耗少，燃烧过程中选择靠近返料口的放细灰冷渣口辅助调节锅炉飞灰循环量；

（5）炉膛的结构采用低流速长流程：流速3-4m/s，长流程使燃烧时间6-8s，其受热面敷盖卫燃带，炉膛结构的长燃烧时间不但对难以燃尽的极低热值燃料燃尽有利，而且炉膛上部高浓度细灰炽热炭粒形成了对nox的强还原性条件，还原反应极大减少nox排放量。平均粒度变细可以降低石灰石粒度，提高比表面积，加强炉内脱硫效率；

（6）炉膛布风板后部靠近返料口设置选择性的放细灰冷渣口和选择性u型返料器与炉膛外蜗壳分离器的组合，既实现了高效分离又降低了飞灰份额；

（7）选择性u型返料器与常规锅炉不同，由于燃料本身含碳量很低，烟气中飞灰含碳量相对也不高，为避免大量的飞灰一次性随烟气排去并磨损尾部受热面，因此，采用选择性u型返料器，u型器有两个出口，其中一个为选择性放灰出口，放出的灰进入灰渣冷却设备回收热量。

附图说明

图1是三回程矮胖型流化床结构示意图；

图2是单回程高大型流化床结构示意图；

图3是破碎装置处结构示意图；

图4是图1中的a-a剖面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1：如图1-图4所示，一种燃用超低热值燃料的低床压重组流化床，包括炉膛1，炉膛1下方设置有等压风室2，并通过小风帽布风板3与等压风室2连通，其上方设置有高位埋管4，其烟气出口处设置蜗壳分离器5，蜗壳分离器5通过选择性u型返料器6连接到炉膛返料口7处，选择性u型返料器6一侧还设置有放料管8，炉膛1的进料口9处设置有破碎装置10，破碎装置10出口设置有上下双层筛选板11，上下双层筛选板11的网孔孔径分别为6mm和4mm，下层筛选板11出口以及下方分别通过两称重皮带给料机12连接到搅拌器13内，搅拌器13出口连通到炉膛1进料口。

本发明是一种完全适应燃用煤矸石、炉渣、煤泥、污泥等极低热值燃料的低床压重组流化床，节能、稳定、高效率、轻磨损，企业达标排放的环保运行费用低，而且烟气进一步治理后满足超低排放要求。

本发明改变传统流化床流态设计定态区域，传统流化床燃烧室密相区流态设计定态区域为0-8mm、0-10mm、0-13mm三种，低热值矸石、炉渣燃料成灰性能差，改变流化床密相区流态设计重组后为0-6mm，提高了矸石、炉渣成灰性能，不但降低流化风机压头以达到节能和减少燃烧室磨损，而且床内流化均匀稳定，过量空气系数小，缺氧燃烧抑制了nox的产生。二是重组物料平衡系统，通过提高炉膛外蜗壳分离器对更细物料的分离效率，使流化床物料平衡系统能形成更细物料的循环。传统流化床飞灰中位粒径d50=20微米，改进分离器对细灰分离效率后飞灰中位粒径d50=10-12微米，平均粒径100微米。平均粒度变细不但可以降低石灰石粒度，提高比表面积，加强炉内脱硫效率。而且因为灰粒细，低速烟气可以携带更多物料实现中倍率循环物料运行，灰浓度反而高，扩展了还原性气氛高度，还原反应降低了nox排放。上述流化床可以实现原始排放nox在200mg/m³以下，通过scr、sncr脱硝处理做到超低排放：nox小于50mg/m³，企业进行烟气进一步治理超低排放的环保运行费用低。

优选的，上述上层筛选板11出口通过皮带回收输送装置连接到破碎装置10入口，实现大颗粒的回收循环利用。

优选的，上述高位埋管4位于炉膛1内670-785mm处，通过降低床料颗粒直径即重量和速度，减少冲击动能从而减轻埋管磨损。

优选的，上述蜗壳分离器5采用下倾入口，入口处设置加长加速段14，蜗壳分离器5上端设置上排气出口。

优选的，上述u型返料器6采用u型返料阀，包括两个出口，一个连接到炉膛返料口7，另一个选择性放灰口连接到灰渣冷却设备回收热量。

优选的，上述炉膛1内布风板靠近返料口处设置有放细灰冷渣口，放细灰冷渣口辅助调节锅炉飞灰循环量。

优选的，上述小风帽布风板3的风帽直径为50mm，风帽上的透风孔直径为5mm，相邻风帽间间距为70mm。

优选的，上述炉膛1采用单回程高大型或三回程矮胖型，炉膛的结构采用低流速长流程：流速3-4m/s，长流程使燃烧时间6-8s，其受热面敷盖卫燃带，炉膛结构的长燃烧时间不但对难以燃尽的极低热值燃料燃尽有利，而且炉膛上部高浓度细灰炽热炭粒形成了对nox的强还原性条件，还原反应极大减少nox排放量。平均粒度变细可以降低石灰石粒度，提高比表面积，加强炉内脱硫效率。

实施例2：一种燃用超低热值燃料的低床压重组流化床的使用方法，包括上述一种燃用超低热值燃料的低床压重组流化床，该方法包括：炉膛内风室设置为等压风室，风室进口介质为自然空气和小于30%比重的尾部烟气掺和，煤泥或污泥由炉膛顶部加入，将煤矸石或炉渣极低热值燃料从炉膛侧面进料口加入流化床下部小风帽布风板上，极低热值燃料的颗粒直径通过带双层筛选板的破碎装置，破碎筛分后颗粒直径为0-6mm，其中颗粒直径小于4mm占比大于80%，颗粒直径为4-6mm占比小于20%，合计100%，因为降低粒度对难以燃尽的极低热值燃料燃尽有利，减少其燃尽时间，通过控制流化床床压，粗颗粒在炉膛密相区燃烧，细颗粒进入上部低流速长流程炉膛燃烧：流速3-4m/s，长流程使燃烧时间6-8s；细颗粒经过炉膛后进入炉膛外蜗壳分离器，经过蜗壳分离器的下倾入口和加长加速段，实现细灰分离，细灰粒径d50=10-12微米，细灰分离后进入选择性u型返料器，经过选择性u型返料器的选择性放灰口分离飞灰以控制稀相区床压和调节细灰循环倍率，同时流化床布风板后部靠近返料口设置选择性放灰渣口调节床压和辅助调节细灰循环倍率。

泥、污泥由炉膛顶部加入，将煤矸石、炉渣等极低热值燃料加入流化床下部小风帽布风板上，燃料的颗粒直径0-6mm：其中小于4mm占比大于80%，4-6mm占比小于20%；由于采用较大的床内面积和较细燃料颗粒，可以采用较低床压富裕度即可保证流化运行，流化风采用等压风室内新鲜空气+部分尾部烟气；可以保证密相区床内为缺氧燃烧，降低nox产生量。

粗颗粒在密相区燃烧完全，其部分放热由高位埋管接受，细颗粒进入低流速长流程炉膛：流速3-4m/s，长流程使燃烧时间6-8s，其受热面敷盖卫燃带，炉膛结构的长流程燃烧时间不但对难以燃尽的极低热值燃料燃尽有利，而且炉膛上部高浓度细灰炽热炭粒形成了对nox的强还原性条件，还原反应极大减少nox排放量。平均粒度变细可以降低石灰石粒度，提高比表面积，加强炉内脱硫效率。

细颗粒经过炉膛后进入炉膛外蜗壳分离器，由于分离器采用下倾入口、带加长加速段蜗壳分离、上排气结构，对于极细循环床料的分离效率较常规流化床的分离器高；保证了细灰分离，粒径d50=10-12微米，同时减轻尾部受热面磨损。细灰分离后进入选择性u型返料器：选择性u型返料器有两个出口，其中一个为选择性放灰出口，选择性u型返料阀与炉膛外蜗壳分离器的组合，既实现了高效分离又降低了飞灰份额，放出的灰进入灰渣冷却设备回收热量，同时布风板后部靠近返料口设置选择性放灰渣口调节床压和辅助调节细灰循环倍率。

实验验证例：以六盘水火铺洗煤矸石发电厂为例，该厂3台12mw发电机组，原配3台75t/h无锡锅炉厂循环流化床锅炉，原燃料采用中煤+煤泥，中煤发热量在4000kcal/kg以上，煤泥发热量在2600kcal/kg以上。随着洗煤工艺的升级改造，煤矸石发热量降为800-1500kcal/kg，煤泥发热量降为1100-1500kcal/kg，锅炉无法运行，2015年，利用上述技术将其中2台锅炉改造成低床压重组流化床，实际运行煤矸石发热量800-1200kcal/kg，煤泥发热量为1100-1500kcal/kg，锅炉燃烧稳定，各项参数都达到设计要求，床压5000-5800pa床温能稳定在850°c-920°c，飞灰含碳量在3-6%，炉渣含碳量在1-2%，排烟温度在120-130°c，不加烟气流化原始排放nox在130mg/m³以下，加烟气流化原始排放nox在80mg/m³以下，锅炉未采用炉内脱硫，仅在炉外采用石灰石石膏法脱硫。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。