燃煤锅炉和用于燃煤锅炉的脱硫吸收剂喷嘴的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及燃煤锅炉技术，更具体地涉及用于燃煤锅炉的脱硫吸收剂喷嘴。本实用新型旨在解决燃煤锅炉的现有烟气脱硫工艺结构复杂、成本高的问题。所述燃煤锅炉包括炉膛和下层燃烧器。所述脱硫吸收剂喷嘴设置在所述下层燃烧器的下方，用于将脱硫吸收剂以雾化方式喷射至锅炉炉膛的底部；其中，所述脱硫吸收剂喷嘴包括接入口、喷出口以及将所述接入口与所述喷出口连通的管状通道，所述脱硫吸收剂喷嘴的管状通道是截头圆锥形的并且设置有一个或多个导流雾化器。通过采用上述用于燃煤锅炉的脱硫吸收剂喷嘴，本实用新型提高了燃煤锅炉烟气脱硫的效率并且降低了烟气脱硫的成本。
【专利说明】燃煤锅炉和用于燃煤锅炉的脱硫吸收剂喷嘴
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及燃煤锅炉技术，更具体地涉及用于燃煤锅炉的脱硫吸收剂喷嘴。
【背景技术】
[0002]燃煤锅炉是一种利用煤炭燃烧释放的能量加热水或其他物质，以便产生符合规定要求的参数(温度、压力)和品质的蒸汽、热水或其他物质的设备。燃煤锅炉总体上包括锅炉本体和辅助设备两个部分。锅炉本体主要包括炉膛和锅筒，锅炉本体还可包括燃烧器、水冷壁、过热器、空气预热器、构架和炉墙等部件。燃煤锅炉的辅助设备可包括给水装置、排污系统、水处理设备及管道、除尘除灰系统、控制系统等。
[0003]对燃煤锅炉(例如高压燃煤锅炉)来说，一个亟待解决的问题是:在锅炉的燃烧过程期间煤粉中的硫会以二氧化硫等形式挥发，造成严重的污染。现有技术中通常采用湿法脱硫工艺进行燃煤锅炉的烟气脱硫。湿法脱硫需要损耗大量的石灰石，并且在其后续处理中还需要使用脱水装置(例如，压滤机或离心机等)。因此，现行的湿法脱硫工艺成本高，从而带来了额外的成本负担。
[0004]另外，在燃煤锅炉的实际使用过程中，冷却水的消耗量非常巨大(约占其用水总量的四分之三)。在实际生产中常常将城市污水处理厂处理后的中水进一步处理后用作锅炉冷却水。中水用作锅炉冷却水会带来以下几个问题:暂时硬度较高，含有氨氮、磷酸盐及微生物废浆液等污染物，容易导致冷却水系统化学和生物结垢，以及造成设备腐蚀等等。石灰混凝处理实验表明，石灰混凝法对城市中水进行深度处理可以有效地降低水的碱度、碳酸盐硬度、浊度，对有机物和氨氮也有一定的去除能力，该方法运行成本低、出水水质好，完全能够保证燃煤循环冷却水系统的稳定、安全运行。
[0005]石灰处理法是通过投加石灰乳将出水的PH值控制为10.3 - 10.5 (发生化学反应)，产生各种形态的大量CaCO3结晶，降低水中暂时硬度，同时生成结晶核心还可以对其它杂质起凝聚、吸附作用；而且石灰乳引起的PH值的升高也为氨氮和磷酸盐的去除创造了条件。
[0006]给城市中水添加杀菌剂次氯酸钠后，直接进入压力混合器，在压力混合器中添加凝聚剂(聚合硫酸铁)和助凝剂(PAM溶液)，压力混合器出水进入机械加速澄清池，在澄清池中加入石灰乳，实施软化、絮凝澄清过程。澄清池出水的PH值为10.3 — 10.5，浊度<15mg/L。澄清池出水经过汽水分离器实现汽水分离后，进入单室单层过滤器，在过滤器中实现过滤过程，过滤器的出水浊度<2mg/L。过滤器的出水进入压力混合器中添加硫酸将PH值调节为7.5 — 8.5。压力混合器出水进入软水池中，软水池出水用作循环补充水和锅炉补给水处理系统。而澄清池的排泥输送至废浆液池，再通过排泥输送泵输送至连续式浓缩池进行浓缩，浓缩后的废浆液由排泥泵输送至脱水机，经脱水处理后进行泥饼外运。
[0007]为了解决城市中水石灰处理系统产生的废浆液问题，需要设置脱水机对其进行脱水操作，从而会消耗相当大量的电能，并且脱水处理后的泥饼外运也会给电厂造成一定的经济负担。因此，需要一种能够有效地直接利用城市中水石灰处理系统产生的废浆液的系统，从而省却脱水和泥饼外运的工序，进而降低电厂生产成本，提高经济效益。
实用新型内容
[0008]本实用新型旨在解决上述问题。具体而言，本实用新型旨在解决现有燃煤锅炉的脱硫系统效率低且成本高的问题。为此目的，本实用新型提供一种用于燃煤锅炉的脱硫吸收剂喷嘴。所述燃煤锅炉包括炉膛和下层燃烧器。所述脱硫吸收剂喷嘴设置在所述下层燃烧器的下方，用于将脱硫吸收剂以雾化方式喷射至锅炉炉膛的底部；其中，所述脱硫吸收剂喷嘴包括接入口、喷出口以及将所述接入口与所述喷出口连通的管状通道，所述脱硫吸收剂喷嘴设置有一个或多个导流雾化器。
[0009]在上述脱硫吸收剂喷嘴的一个优选实施方式中，所述脱硫吸收剂是城市中水石灰处理系统产生的废浆液。
[0010]在上述脱硫吸收剂喷嘴的一个优选实施方式中，所述脱硫吸收剂喷嘴是蒸汽雾化喷嘴或机械雾化喷嘴或多级混合式蒸汽机械雾化喷嘴，并且所述脱硫吸收剂喷嘴的雾化压力、雾化角和射程取决于废浆液的浓度和炉膛尺寸。
[0011]在上述脱硫吸收剂喷嘴的一个优选实施方式中，所述一个或多个导流雾化器具有多孔结构或螺旋结构。
[0012]在上述脱硫吸收剂喷嘴的一个优选实施方式中，所述管状通道的直径从所述接入口到所述喷出口是逐渐减小的。
[0013]在上述脱硫吸收剂喷嘴的一个优选实施方式中，所述管状通道是截头圆锥形的。在上述脱硫吸收剂喷嘴的一个优选实施方式中，所述管状通道的形状设置成:在靠近所述接入口的一端是圆柱状的并且在靠近所述喷出口的一端是截头圆锥形的。
[0014]本实用新型还提供一种包括上述脱硫吸收剂喷嘴的燃煤锅炉。
[0015]本实用新型的用于燃煤锅炉的脱硫吸收剂喷嘴可以直接将城市中水石灰处理系统产生的废浆液作为脱硫吸收剂高效地喷射到炉膛中，从而提高燃煤锅炉的烟气脱硫效率并且降低其烟气脱硫成本。另一方面，由于城市中水石灰处理系统产生的废浆液被直接利用，因此，本实用新型还能省却电厂的脱水和泥饼外运的工序，从而降低电厂的生产成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]通过下面结合附图进行的详细描述，本领域技术人员将会更充分地理解本实用新型，附图中:
[0017]图1示出了根据本实用新型的燃煤锅炉的局部放大图，其中示意性地示出了用于输送脱硫吸收剂(更具体地是废浆液)的脱硫吸收剂喷嘴和其他相关部件。
[0018]图2是图1所示脱硫吸收剂喷嘴的一个优选实施例。
[0019]图3是图1所示脱硫吸收剂喷嘴的另一个优选实施例。
[0020]图4示出了导流雾化器的多孔结构。
【具体实施方式】
[0021]城市中水废浆液作为脱硫吸收剂由炉内脱硫和炉后脱硫组成，其工艺流程化学过程如下:
[0022]a.炉内吸收剂热解固硫，指的是将磨细到325目左右的石灰石粉用气流输送方法喷射到炉膛上部温度为900 - 1250°C的区域，CaCO3立即分解并与烟气中的SO2和少量的SO3反应生成CaSO4。
[0023]CaCO3 = CaCHCO2
[0024]2Ca0+2S02+02 = 2CaS04
[0025]Ca0+S03 = CaSO4
[0026]b.脱硫吸收塔增湿活化固硫，目前大型火力发电厂基本配置使用烟气石灰石湿法脱硫装置，烟气通过湿法脱硫装置的吸收塔使烟气进一步得到喷水增湿，在吸收塔内炉膛中未反应的烟气中游离的CaO与喷入的水反应生成Ca(OH)2, SO2与生成Ca(OH)2快速反应生成CaSO3,有部分被氧化成CaSO4。
[0027]CaCHH2O = Ca (OH) 2
[0028]Ca (OH) 2+S02 = CaS03+H20
[0029]2CaS03+02 = 2CaS04
[0030]图1和图2中的附图标记与相关部件的对应关系如下:101锅炉炉膛，25水冷壁，26渣斗，X — X’下层燃烧器的中心线，10脱硫吸收剂喷嘴，接入口 11，喷出口 12，管状通道13。
[0031]图1示出了根据本实用新型的燃煤锅炉的局部放大图，其中示意性地示出了用于输送脱硫吸收剂(更具体地说是废浆液)的脱硫吸收剂喷嘴10和其他相关部件。城市中水石灰混凝处理系统产生的废浆液(或者称为泥浆)作为燃煤锅炉的脱硫吸收剂是将连续式浓缩池中浓度2 - 5%的废浆液由排泥泵输送至废浆液储存池中，废浆液需定期用搅拌器进行搅拌以防止沉淀，将废浆液储存池中的废浆液通过废浆液输送泵经废浆液输送系统输送到锅炉燃烧器下部的水冷壁上(即下层燃烧器下部I 一 3米)的脱硫吸收剂喷嘴10，脱硫吸收剂喷嘴10将废浆液以雾化方式喷射至锅炉炉膛101的底部，雾化的废浆液与煤粉燃烧锅炉下落的高温灰渣(> 850°C )接触，直接促使废浆液流与炽热烟气产生强烈混合，水分迅速蒸发。废浆液蒸发后的烟气和碳酸钙颗粒由于炉膛系统的微负压作用，沿着锅炉炉膛101上升经过炉膛的燃烧区，气流又受到炉膛四壁和高温火焰的辐射，从而将悬浮在气流中的碳酸钙颗粒迅速加热，碳酸钙颗粒获得了足够的热量并达到了一定温度(1500 -1SOO0C )从而发生高温分解，使碳酸钙分解成氧化钙，并与烟气中的二氧化硫发生硫化反应，生成硫酸钙，最终达到脱硫的目的。
[0032]同时使碳酸钙颗粒和水蒸汽中的二恶英类及重金属污染物质得到全部分解，高温下废弃物中主要有机物的有害成分焚毁率可达99.999%以上，碳酸钙颗粒中的重金属经高温熔融后也不会溶出，气体在整个高温区的停留时间长(大于4秒)，其后续的烟气经过静电除尘器和脱硫吸收塔的洗涤可捕集烟气中尚存的有害气体，确保了所排放烟气得到彻底净化。
[0033]在进行废浆液喷嘴雾化时，为了适应废浆液这种特殊的介质应用，脱硫吸收剂喷嘴10必须具备良好的雾化特性，合适的雾化压力、雾化角和射程。城市中水石灰混凝处理的废浆液的雾化难度比较大，因此优选的是采用多级混合式蒸汽机械雾化喷嘴。雾化蒸汽温度> 3000C，第一级雾化是用多层蒸汽流冲击废浆液流，此时废浆液表面的水分遇到过热蒸汽后立即汽化形成碳酸钙颗粒团和蒸汽的混合物；第二级雾化是混合物在混合室及喷头内强烈扰动并多次冲击壁面使混合进一步均匀和细化颗粒团；第三级雾化是混合物在压差的作用下喷出，混合物体积快速膨胀同时与炉膛气体强烈摩擦的共同作用将碳酸钙颗粒分散和粉碎，最终得到颗粒团。如果采用机械雾化，则石灰混凝处理废浆液中水分的汽化全部依靠炉内加热。
[0034]图2和图3示出了图1所示脱硫吸收剂喷嘴的两个优选实施例。脱硫吸收剂喷嘴10不但要求具备良好的雾化特性，还应具备能防止喷嘴在不焚烧废浆液时不被炉内高温烧毁的特性，并且具有良好的防堵性能，应该相应地设计在喷嘴被堵塞后可进行吹扫、疏通的系统，以保证焚烧系统的连续性和稳定性，从而保证长期连续运行。优选地，脱硫吸收剂喷嘴10包括接入口 11、喷出口 12以及将所述接入口与所述喷出口连通的管状通道13。在图2所示的优选实施例中，管状通道13是截头圆锥形的(即，其直径逐渐变小)。但是，应当理解的是，管状通道13的大小也可以是恒定不变的、或者具有不违背本实用新型的原理的其他形状。图3中所示管状通道的形状是:在靠近所述接入口的一端是圆柱状的并且在靠近所述喷出口的一端是截头圆锥形的。
[0035]通过使脱硫吸收剂喷嘴10以多种方式附接到锅炉炉膛101，将该喷嘴10设置到炉膛101内的下层燃烧器(图中未示出)的下方。优选地，根据采用本实用新型的具体锅炉型号，喷嘴10的中心线与下层燃烧器的中心线之间的距离可设置为1000 - 3000mm。上述的多种方式的附接可以是，例如但不限于，铆接、焊接和螺纹连接。在某些优选实施方式中，脱硫吸收剂喷嘴10与炉膛101可以整体成型而无需另外附接或者连接。喷出口 12处可以设置一个或多个导流雾化器(图中未示出)，所述导流雾化器可以具有多孔结构，也可以具有螺旋结构；当然，有助于脱硫吸收剂的导流、变速或者雾化的其他结构的部件也将落入本实用新型的原理范围内。所属领域技术人员应当理解的是，本实用新型中所述的导流雾化器是指:具有导流、分流、变速和雾化等作用中的一个或多个作用的部件。图3示出了导流雾化器的多孔结构部分。优选地，根据废浆液的性质，该导流雾化器的孔的直径可以5 - 20毫米之间，优选地在10 - 20mm之间。
[0036]因此，石灰混凝处理城市污水废浆液焚烧过程中CaCO3具有吸硫作用，使燃烧过程中的SO2和CaCO3发生化学反应，形成固态硫酸钙(CaSO4)，附着在灰尘上或凝聚成细微颗粒被除尘器收集下来，所以整个系统对二氧化硫的实际排放浓度有降低作用。
[0037]根据本实用新型，城市中水石灰混凝处理系统产生的废浆液作为脱硫吸收剂，可大幅度减少脱硫系统吸收剂的石灰石耗用量，并减少城市中水所产生的污泥排放量，同时大幅度降低城市中水脱水机的运行时间，减少城市中水处理的电耗，进而达到节能环保降低发电成本的目的。
[0038]尽管上面结合具体实施例描述了本实用新型的技术方案，然而本实用新型不局限于这些实施例，在不改变本实用新型的原理和教导的情况下，本领域技术人员能够在本实用新型的范围内做出多种改型和变型。
【权利要求】
1.一种用于燃煤锅炉的脱硫吸收剂喷嘴，所述燃煤锅炉包括炉膛和下层燃烧器，所述脱硫吸收剂喷嘴设置在所述下层燃烧器的下方，用于将脱硫吸收剂以雾化方式喷射至锅炉炉膛的底部， 其特征在于，所述脱硫吸收剂喷嘴包括接入口、喷出口以及将所述接入口与所述喷出口连通的管状通道，所述脱硫吸收剂喷嘴设置有一个或多个导流雾化器。
2.如权利要求1所述的脱硫吸收剂喷嘴，其特征在于，所述脱硫吸收剂是城市中水石灰处理系统产生的废浆液。
3.如权利要求2所述的脱硫吸收剂喷嘴，其特征在于，所述脱硫吸收剂喷嘴是蒸汽雾化喷嘴或机械雾化喷嘴或多级混合式蒸汽机械雾化喷嘴，并且所述脱硫吸收剂喷嘴的雾化压力、雾化角和射程取决于废浆液的浓度和炉膛尺寸。
4.如权利要求1至3中任一项所述的脱硫吸收剂喷嘴，其特征在于，所述一个或多个导流雾化器具有多孔结构或螺旋结构。
5.如权利要求4所述的脱硫吸收剂喷嘴，其特征在于，所述管状通道的直径从所述接入口到所述喷出口是逐渐减小的。
6.如权利要求5所述的脱硫吸收剂喷嘴，其特征在于，所述管状通道是截头圆锥形的。
7.如权利要求4所述的脱硫吸收剂喷嘴，其特征在于，所述管状通道的形状设置成:在靠近所述接入口的一端是圆柱状的并且在靠近所述喷出口的一端是截头圆锥形的。
8.一种燃煤锅炉，其特征在于包括权利要求1所述的脱硫吸收剂喷嘴。
【文档编号】B01D53/80GK204051426SQ201420537757
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月18日 优先权日:2014年9月18日
【发明者】任振伟, 于治津 申请人:青岛天兰环境股份有限公司