专利名称：用蒸汽代替空气进行高压流化风的方法
技术领域：
本发明涉及一种用蒸汽代替空气进行高压流化风的方法，用于循环流化床锅炉回料器的流化，属于循环流化床锅炉流化技术领域。
背景技术：
自20世纪80年代开始，循环流化床锅炉在我国飞速发展，到目前为止，130t/h等级以上的循环流化床锅炉就有好几百台在运行或正处于安装和设计中。随着循环流化床锅炉燃烧技术的日趋成熟，锅炉的容量等级也不断增加，135MW带中间一次再热循环流化床锅炉也于2002年底投入了商业运行，200MW、300MW及以上循环流化床锅炉的研究、开发也进入各大科研单位和锅炉制造厂家的日程，实践证明循环流化床这种新型的“清洁”燃煤技术具有煤种适应性广、锅炉负荷调节范围大、污染物排放量低等诸多优点。但从实际运行的情况来看，循环流化床锅炉在燃用着火燃尽性能较差的燃料时，由于锅炉运行的最佳温度大都在850-900℃的范围内，燃料一次性通过炉膛燃烧室不能燃烧完全，一部分碳粒在炉膛出口随着烟气高速进入旋风分离器，含碳颗粒在旋风分离器内高速旋转并与烟气中的空气接触发生后燃，这种后燃随着物料被分离进入回料器，由于回料器是用空气来流化的，这种后燃随着物料与回料器高压流化空气接触后更加加剧，使得回料器的温度升高而结焦。这对于灰熔点低的燃料更容易发生。特别是目前大多数循环流化床锅炉采用高温绝热式旋风分离器，运行中发现回料器的回灰温度要比炉膛出口高，有些要高出50-100℃，从而发生回料器风帽烧损和结焦的现象。另外，由于回料流化风压头高，风机电耗高，高压头流化风机噪音大，风道振动严重，有些电厂甚至发现由于高压流化风道的振动而引起回料器风室和整个回料器振动损坏，影响了锅炉的运行。
发明内容
本发明的目的是发明一种回料器不易结焦、风帽不易烧损并具有提高脱硫功能的用蒸汽代替空气进行高压流化风的方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种用蒸汽代替空气进行高压流化风的方法，其特征在于，在锅炉正常运行中用蒸汽进行高压流化风，其方法包括
(1)用蒸汽管道将汽轮机排汽或其它蒸汽源与回料器连接；(2)在锅炉开始启动时，开启高压流化风机，用空气来流化回料器内的循环物料；(3)当锅炉升温到回料器内循环物料的温度大于300℃左右，汽轮机的流化蒸汽或其它蒸汽汽源参数符合压力大于60Kpa(g)，过热度大于30℃以上后，打开汽轮机蒸汽管道上的截止阀，使用蒸汽来流化回料器内的循环物料，并关闭高压流化风机和截止阀。
(4)在锅炉停炉过程中，当回料器温度小于300℃时，开启高压流化风机，用空气来流化回料器内的循环物料，并关闭汽轮机或其它蒸汽汽源的截止阀。
使用这个方法所需的系统包括锅炉炉膛、旋风分离器、回料器、风帽和蒸汽喷嘴、风和蒸汽室、尾部对流烟道、高压流化风机、截止阀，其特点在于，由蒸汽管道连接回料器与汽轮机或其它蒸汽汽源，在回料器和汽轮机之间的蒸汽管道上置有截止阀。
根据气固两相流的原理，当通过固定床的气或汽体流量增加到气或汽体对颗粒的曳力刚好等于颗粒的重量减去浮力时，颗粒处于一种拟悬浮状态，颗粒转变为类似于流体的一种运行状态，此时固定床转化为初始流化状态，这时最小的风速为颗粒流化的临界流化速度Vlj。根据理论计算和实验得出计算临界流化风速Vlj的经验公式如下Vlj＝0.0882Ar0.528(vy/Ddl) m/s式中Ar=gDdl3/vy2*(γg-γy)/γy]]>-阿基米德准则vy-气(汽)体的运动黏度系数，m2/sγg-固体颗粒的真比重，kg/m3γy-床层温度下气(汽)体的比重，kg/m3Ddl-固体颗粒的平均直径，mg-重力加速度，一般取9.81m/s2根据以上公式可以看出影响气或汽体对颗粒流化的临界速度取决于气或汽体的比重和运动黏度系数，气或汽体的比重越大，颗粒流化的临界流化速度越小，也就越容易使物料流化，动力黏度越大所需要的临界流化速度越小。根据空气和蒸汽的物理特性可以看出，对于蒸汽，当蒸汽压力不是很大，温度不太低的情况下可以作为理想气体来处理，对于循环流化床锅炉炉膛布风板、回料器、流化床冷渣器和外置式换热器等部分，蒸汽均可以作为理想气体来处理。对于相同压力和温度下，蒸汽的比重比空气小，黏度比空气大，因此用蒸汽流化颗粒物料的效果基本与空气等同。经过计算分析发现其它条件相同的情况下，达到相同的流化速度所需的蒸汽质量流量要比空气的质量流量小。从理论分析得出使用蒸汽代替空气来流化物料是完全可行的。
本发明的优点是1.可有效地防止回料器结焦；由于回料器中通蒸汽代替空气，燃料一次性通过炉膛燃烧室不能燃烧完全，一部分碳粒在炉膛出口随着烟气高速进入旋风分离器，含碳颗粒在旋风分离器内高速旋转并与烟气中的空气接触发生后燃，这种后燃随着物料被分离进入回料器，可以避免进一步燃烧，同时蒸汽吸热可以降低回灰温度，防止结焦。
2.蒸汽替代高压流化风，可以使回料器区域水蒸汽浓度增加，CaO被活化，增加石灰石的脱硫效率；目前循环流化床锅炉炉内脱硫的脱硫剂一般采用石灰石CaCO3、白云石CaCO3.MgCO3，对于相同的Ca/S摩尔比的情况下，Ca(OH)2的脱硫效率比石灰石CaCO3、白云石CaCO3.MgCO3高得多，这是由于当CaO水化成Ca(OH)2时，其比表面积将增大，空隙尺寸分布较好，当Ca(OH)2受热再分解成CaO放出水蒸汽的过程中形成空隙，增加了CaO的比表面积，强化了CaO的活性，使石灰石的利用率提高。另外，根据CaO的脱硫机理，CaCO3颗粒转变成CaO颗粒时其摩尔体积缩小了45％，因而使原CaCO3内的自然空隙扩大了许多，这有利于多孔隙的CaO与SO2进行反应生成CaSO4，但是CaO变成CaSO4的反应过程其摩尔体积会增大180％左右，因此在反应开始，就会在CaO的表面生成一层致密CaSO4薄层，阻碍了SO2进一步扩散到CaO颗粒内层进行反应，使用蒸汽流化可以使CaSO4与蒸汽发生水合反应而破裂，露出新的CaO表面，提高钙的脱硫利用率。
其次，用蒸汽替代高压流化空气，会使烟气中的水蒸汽含量增加，起到炉内喷钙尾部烟道增湿脱硫的效果，使得细小的CaO颗粒飞出旋风分离器后，在尾部对流烟道低温区和H2O反应生成Ca(OH)2和烟气中的SO2相遇以后具有很高的反应速度将SO2吸收，提高钙的利用率和进一步降低SO2的排放浓度。在同样条件下，得到同样的脱硫效率，利用蒸汽流化石灰石的消耗量要比空气流化低20-30％。锅炉实际运行的经验表明，随着Ca/S摩尔比的减小，NOx的排放浓度也有所降低。
3.运行维护简单，蒸汽压力易于调节；在循环流化床锅炉的设计中，为了便于回料器返料流畅和防止炉膛烟气反窜，回料风所需压头要比一次风压头高得多，需配备专门的流化风机，并且为了增加系统的可靠性，通常还需配备备用风机，使得系统布置、维护复杂，投资增加。如果使用蒸汽代替该部分流化空气，蒸汽的压力可以根据运行工况和煤中的变化随意调整，也不需要配备备用风机，系统设备简单可靠，操作方便。
4.避免管道和高压流化风机的震动和噪音，改善电厂运行环境。
图1为循环流化床锅炉系统示意图。
具体实施例方式
由于锅炉本身产蒸汽，蒸汽通过汽轮机到发电机发电，因此蒸汽可以来自于汽轮机排汽或中间抽汽，也可以来自锅炉本身或其他源发生装置。
本实施例以上海锅炉厂有限公司150MW带中间再热循环流化床锅炉为例，蒸汽由汽轮机排汽或中间抽汽提供如图1所示，为循环流化床锅炉系统示意图，由锅炉1、旋风分离器2、回料器3、风帽和蒸汽喷嘴4、风和蒸汽室5、尾部对流烟道6、截止阀7、汽轮机8、高压流化风机9、截止阀10组成，旋风分离器2连接锅炉1的上端，旋风分离器2的上端连接尾部对流烟道6，旋风分离器2的下端连接回料器3，回料器3连接锅炉1的下端，回料器3里置有风帽和蒸汽喷嘴4，回料器3的下端用蒸汽管道连接汽轮机8，在回料器3和汽轮机8之间的蒸汽管道上装上截止阀7，用空气管道连接高压流化风机9，在回料器3和高压流化风机9的空气管道上装上截止阀10。
用蒸汽代替空气进行高压流化风的方法为(1)在锅炉1开始启动时，开启高压流化风机9，用空气来流化回料器3内的循环物料；(2)当锅炉1升温到回料器3内循环物料的温度大于300℃左右，汽轮机8的流化蒸汽汽源参数符合压力大于60Kpa(g)，过热度大于30℃以上后，打开汽轮机8蒸汽管道上的截止阀7，使用蒸汽来流化回料器3内的循环物料，并关闭高压流化风机9和截止阀10。
(3)在锅炉1停炉过程中，当回料器3温度小于300℃时，开启高压流化风机9，用空气来流化回料器3内的循环物料，并关闭汽轮机8上的截止阀7。
燃料在锅炉1的炉膛中燃烧，烟气高速进入旋风分离器2，分离后烟气由尾部对流烟道6排出，大量的物料和一部分未燃尽的含碳颗粒在旋风分离器内高速旋转并强化与烟气中的空气混合发生后燃，这种后燃随着物料被分离进入回料器3，由汽轮机提供的低压蒸汽进入回料器3，由风帽和蒸汽喷嘴4喷出对循环物料进行流化。
上海锅炉厂有限公司150MW带中间再热循环流化床锅炉共用2个回料器，每个回料器的床面积为4.96m2，根据设计运行时流化速度为0.6-0.8m/s，流化蒸汽蒸汽量按1.0m/s进行计算，所需流化蒸汽为35712m3/h，设计回灰温度870℃，压力34.0KPa，绝对压力为0.1353MPa，在此状况下，蒸汽按理想气体处理，蒸汽的比容为3.9m3/kg，因此所需的回料器流化蒸汽量为9157kg/h。
根据锅炉或电厂汽机蒸汽的来源的方便选取汽源，现按进口汽源温度为150-200℃，蒸汽焓按2800-3000kJ/kg来考虑。如果汽源来自锅炉系统以外，锅炉效率将增加。若来自锅炉自身蒸汽，锅炉的排烟热损失将增加。根据热力计算，锅炉在没有用蒸汽替代高压流化空气的情况下，锅炉的排烟量为635424kg/h，烟气中水蒸汽的重量份额为4.042％，烟气中水蒸汽的重量为25684kg/h，燃料中水蒸汽的热损失按高位发热量为0.97％。如果锅炉利用蒸汽代替回料器高压流化风，此时锅炉烟气中水蒸汽的重量份额为5.4％，燃料中水蒸汽的热损失按高位发热量为1.32％，将使锅炉的排烟热损失增加0.3-0.4％。按热损失计算，锅炉每小时热损耗为1620kw左右，如果机组按35％的发电效率计算，则电耗为567kw/h，与高压流化风机的电耗基本持平。
从计算分析可以看出，蒸汽流化使烟气水蒸气含量从4.04％增加到5.4％，因此只要煤的湿度适中，尾部烟气水蒸气的含量不会明显增加，对空预热器低温腐蚀不会造成严重影响，同时蒸汽流化后由于石灰石脱硫效率的提高，SO2的排放减少，空预热器低温腐蚀情况大大改善。
权利要求
1.一种用蒸汽代替空气进行高压流化风的方法，其特征在于，在锅炉正常运行中用蒸汽进行高压流化风，其方法包括(1)用蒸汽管道将汽轮机排汽或中间抽汽(8)与回料器(3)连接；(2)在锅炉(1)开始启动时，开启高压流化风机(9)，用空气来流化回料器(3)内的循环物料；(3)当锅炉(1)升温到回料器(3)内循环物料的温度大于300℃左右，汽轮机排汽或中间抽汽(8)的流化蒸汽汽源参数符合压力大于60Kpa(g)，过热度大于30℃以上后，打开汽轮机(8)蒸汽管道上的截止阀(7)，使用蒸汽来流化回料器(3)内的循环物料，并关闭高压流化风机(9)和截止阀(10)。(4)在锅炉(1)停炉过程中，当回料器(3)温度小于300℃时，开启高压流化风机(9)，用空气来流化回料器(3)内的循环物料，并关闭汽轮机(8)上的截止阀(7)。
2.使用这个方法所需的系统包括锅炉(1)、旋风分离器(2)、回料器(3)、蒸汽喷嘴(4)、风和蒸汽室(5)、尾部对流烟道(6)、高压流化风机(9)、截止阀(10)，其特征在于，由蒸汽管道连接回料器(3)与汽轮机(8)，在回料器(3)和汽轮机(8)之间的蒸汽管道上置有截止阀(7)。
3.根据权利要求1或2所述的用蒸汽代替空气进行高压流化风的方法和系统，其特征在于，所述的蒸汽可以来自于汽轮机排汽或中间抽汽，也可以来自锅炉本身或其他汽源发生装置。
全文摘要
本发明涉及一种用蒸汽代替空气进行高压流化风的方法，其特点在于，在锅炉正常运行中用蒸汽进行高压流化风，其方法包括用蒸汽管道将汽轮机排汽或中间抽汽与回料器连接；在锅炉开始启动时，开启高压流化风机，用空气来流化回料器内的循环物料；当锅炉升温到回料器内循环物料的温度大于300℃左右，汽轮机的流化蒸汽汽源参数符合压力大于60KPa(g)，过热度大于30℃以上后，打开汽轮机蒸汽管道上的截止阀，使用蒸汽来流化回料器内的循环物料，并关闭高压流化风机和截止阀；在锅炉停炉过程中，当回料器温度小于300℃时，开启高压流化风机，用空气来流化回料器内的循环物料，并关闭汽轮机上的截止阀。本发明的优点是通过用蒸汽替代高压流化风可以防止和减轻回料器或其它高温区的结焦，提高锅炉运行的可靠性，同时利用蒸汽流化提高循环流化床锅炉脱硫剂的利用率和降低NOx的排放浓度，节约电厂运行成本。
文档编号F23C10/22GK1566749SQ0312917
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月11日 优先权日2003年6月11日
发明者肖峰, 陈干锦, 倪晓晖, 邵国桢 申请人:上海锅炉厂有限公司