搭载蓄热式旋转换向加热器的粉状固体燃料锅炉的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种搭载蓄热式旋转换向加热器的粉状固体燃料锅炉，包括：炉膛；蓄热式旋转换向加热器；烟气通路，烟气通路的入口端与炉膛的顶部相连通，且出口端与蓄热式旋转换向加热器相连通，蓄热式旋转换向加热器包括热载体，所述热载体分别容纳在所述容纳部分中，所述热载体由非金属固体材料所形成，并且所述热载体设置有脱硝催化剂层；空气通路，空气通路用于将空气至少通入成对的容纳部分中的另一个内。根据本发明的粉状固体燃料锅炉，高温烟气对加热载体进行了加热，使热载体温度升高较快并且热载体设置脱硝催化剂层将高温烟气进行脱硝处理，使得粉状固体燃料锅炉能降低氮氧化合物排放。
【专利说明】搭载蓄热式旋转换向加热器的粉状固体燃料锅炉
【技术领域】
[0001]本发明涉及热交换【技术领域】，尤其涉及一种搭载蓄热式旋转换向加热器的粉状固体燃料锅炉。
【背景技术】
[0002]回转式空气预热器是现在各大电厂锅炉上普遍采用的烟气尾端换热装置。其性能直接影响锅炉热效率。传统的回转式空气预热器一般以金属作为传热介质，只能够回收500°C以下烟气的热量，通过预热助燃空气，将烟气热量带回炉膛，并且改善燃烧状况，从而提高锅炉的效率。
[0003]并且需要将尾气进行脱硝处理，现有技术是通过SCR (选择性催化还原法)脱硝法进行脱硝处理，采用现有技术SCR脱硝法，需要在锅炉的尾部加装脱硝装置。脱硝装置可布置在除尘装置之前，也可以布置在除尘装置之后。现有技术的脱硝方法存在以下缺陷:
1、加装脱硝装置占用空间较大，对于现有锅炉，存在尾部空间不足，不能加装脱硝装置的问题；2、如果脱硝装置布置于除尘装置之前，烟气含尘量大，飞灰对催化剂的污染、磨损严重，有时会出现堵塞的问题；3、如果脱硝装置布置于除尘装置之后，由于除尘后烟气温度降低，催化剂的效能下降，使得脱硝效率降低。
【发明内容】
[0004]本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种可以高效方便脱硝的搭载蓄热式旋转换向加热器的粉状固体燃料锅炉。
[0005]根据本发明实施例的搭载蓄热式旋转换向加热器的粉状固体燃料锅炉，所述粉状固体燃料锅炉包括有:炉膛；蓄热式旋转换向加热器，所述蓄热式旋转换向加热器包括:换热器主体；驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述换热器主体绕其中心轴线旋转；分隔件，所述分隔件沿着所述中心轴线的方向设置在所述换热器主体内，且将所述换热器主体分隔成至少一对容纳部分，所述每对容纳部分相对所述中心轴线成径向相对设置；热载体，所述热载体分别容纳在所述容纳部分中，所述热载体由非金属固体材料所形成，并且所述热载体设置有脱硝催化剂层；烟气通路，所述烟气通路的入口端与所述炉膛的顶部相连通，且出口端与所述蓄热式旋转换向加热器相连通，以将炉膛内产生的烟气通入至少所述成对的所述容纳部分中的一个内并与其中容纳的所述热载体换热；空气通路，所述空气通路用于将空气至少通入所述成对的所述容纳部分中的另一个内，以使得其中容纳的所述热载体与所述空气进行换热。
[0006]根据本发明实施例的粉状固体燃料锅炉，在所述非金属固体材料制成的热载体旋转过程中，高温烟气对加热载体进行了加热，使热载体温度升高较快并且热载体设置脱硝催化剂层将高温烟气进行脱硝处理使得粉状固体燃料锅炉能降低氮氧化合物排放。
[0007]另外，根据本发明的粉状固体燃料锅炉系统还可具有如下附加技术特征:
[0008]根据本发明的一个实施例，所述煤粉由无烟煤、贫煤中的至少一种所形成。[0009]可选地，从所述烟气通路的所述入口端朝向所述烟气通路的所述出口端依次设置有屏式过热器、包墙过热器和过热器。由此，通过设置过热器，可有效提高整个蒸汽动力装置的循环热效率。
[0010]进一步地，在靠近所述烟气通路的所述出口端的所述烟气通路内设置有省煤器。由此，通过设置省煤器，可有效吸收烟气的热量，降低排烟温度，减少排烟损失，从而节省燃料。
[0011]根据本发明的一个实施例，从所述烟气通路进入所述蓄热式旋转换向加热器内的烟气速度可调节。由此，有效地提高了待预热空气的温度。
[0012]可选地，所述热载体为SiC或者陶瓷，且具有小球状、片状或者多孔状的结构。由此，蓄热式旋转换向加热器可耐高温、耐腐蚀且耐磨损。
[0013]可选地，经过所述蓄热式旋转换向加热器换热后的烟气的温度为50-80°C。
[0014]根据本发明的一个实施例，所述空气为富氧空气，且所述空气经过所述蓄热式旋转换向加热器换热后被加热至300-650°C。由此，空气提升温度较高。
[0015]根据本发明的一个实施例，所述蓄热式旋转换向加热器进一步包括:冷凝液体移除装置，所述冷凝液体移除装置设置在所述换热器主体的下方，以移除换热过程中产生的冷凝液体。
[0016]更进一步地，所述热载体包括:热载体上层，所述热载体上层设置有脱硝催化剂层；以及热载体下层，所述热载体下层与所述述热载体上层进行固定。由于上层热载体温度较闻因此可以进一步的提闻脱硝效率。
[0017]可选地，所述热载体中添加有用于催化NOx的催化剂。
[0018]可选地，所述粉状固体燃料的直径为50-500um。
[0019]本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0021]图1是根据本发明一个实施例的搭载蓄热式旋转换向加热器的粉状固体燃料锅炉的示意图。
【具体实施方式】
[0022]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0023]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此夕卜，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0024]在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0025]下面参考图1描述根据本发明实施例的搭载蓄热式旋转换向加热器的粉状固体燃料锅炉系统100。
[0026]如图1所示，根据本发明实施例的搭载蓄热式旋转换向加热器的粉状固体燃料锅炉I包括:蓄热式旋转换向加热器2、烟气通路3、空气通路4。在下述中将以煤粉作为粉状固体燃料的示例来进行说明，但是需要说明的是，本发明不限于此，只要能在锅炉内作为燃料燃烧的任何粉状固体燃料都可以采用本发明的构思，例如燃烧生物质等其他粉状固体燃料，可选地，燃料的直径可以在50-500um之间。由此，此处煤粉的示例只是出于示例和说明的目的，而不能用来限制本发明的保护范围。
[0027]蓄热式旋转换向加热器2用于将高温烟气和待预热空气进行热交换，从而使待预热空气的温度升高到某一定值。蓄热式旋转换向加热器2包括:换热器主体21、驱动装置、分隔件22和热载体。其中，驱动装置用于驱动换热器主体21绕其中心轴线旋转。分隔件22沿着中心轴线的方向设置在换热器主体21内，且将换热器主体21分隔成至少一对容纳部分，每对容纳部分相对中心轴线成径向相对设置。热载体分别容纳在容纳部分中，热载体由非金属固体材料所形成。根据本发明的一个实施例，所述热载体中可以添加有用于催化NOx的催化剂，由此使得该锅炉工艺可以降低NOx，同时由于在热载体内设置用于催化NOx的催化剂，从而消除了现有的烟气出口处必须单独设置去除NOx的装置，从而也提高了整个系统的效率同时降低了成本。
[0028]在本发明的一个示例中，换热器主体21可形成为中空的圆柱体，分隔件22可大致呈板形，该分隔间沿着换热器主体21中心线轴线的方向延伸，从而将换热器主体21分隔成一对容纳部分，热载体分别设在两个容纳部分中，热载体可由非金属固体材料制成，并且所述热载体设置有脱硝催化剂层，烟气和待预热空气分别通入两个容纳部分中，然后通过驱动装置驱动换热器主体21旋转、烟气和与其所在的容纳部分中的热载体进行热交换使热载体温度升高，使烟气进行脱硝处理使得粉状固体燃料锅炉能降低氮氧化合物排放；待预热空气和与其所在的容纳部分中的热载体进行热交换，从而使得待预热空气温度升高。
[0029]当然，本发明不限于此，在本发明的另一些示例中，分隔件22还可将换热器主体21分隔成两对、三对甚至多对容纳部分。
[0030]在现有的气体换热系统中，烟气在通过该气体换热器之后的出口温度是不能降低到130°C以下，因为这会导致硫酸析出，从而导致对该气体换热器内由金属制造的部件的严重腐蚀。但是，在本发明的上述蓄热式旋转换向加热器2中(针对例如含硫的高温烟气)，由于热载体由例如SiC、陶瓷等的非金属固体材料所形成，从而不用顾虑硫在130°C存在露点所导致的腐蚀性问题，而可以把高温烟气的出口温度降低到硫的露点之下的温度，从而最大程度地进行换热，根据本发明的一个实施例，所述高温烟气离开所述气体换热器的出口温度小于130°C，进一步地，所述高温烟气离开所述气体换热器的出口温度小于70°C。该温度在传统的气体换热系统中是几乎不可能实现的。此外，在将出口温度降低到露点的温度之下，水蒸汽冷凝析出为液体水，释放了大量的潜热(水从100°C变为100°C的水蒸汽吸收的热量相当于水从(TC升高至100°C时所吸收热量的3倍)。由于热载体由非金属固体材料所形成，所以在硫沉积一定程度之后，对该容纳部分中所容纳的热载体清洗即可以继续使用，从而降低了传统的气体换热系统中所存在的零部件替换所导致的成本增加的问题。在例如燃煤锅炉的尾气换热过程中，出口温度每降低10°C，整个锅炉的效率可以提高0.5%，而所释放的潜热相当于提高了整个锅炉效率的1.5%。根据发明人使用该领域内的公认计算方法计算，通过搭载蓄热式旋转换向加热器，将冷风加热到热风利于燃烧的同时，将排烟温度降到50-80°C，有效的利用了燃料的余热，并将锅炉的效率提高3个百分点以上。此外，本发明的粉状固体燃料锅炉的可用煤炭的范围得以扩大，即可以降低所使用的煤的品位，进一步地降低了生产成本。
[0031]其中，粉状固体燃料锅炉I限定有炉膛11。烟气通路3的入口端与炉膛11的顶部相连通，且出口端与蓄热式旋转换向加热器2相连通，以将炉膛11内产生的烟气通入至少成对的蓄热式旋转换向加热器2的容纳部分中的一个内，并与容纳部分中容纳的热载体换热。空气通路4用于将空气至少通入成对的容纳部分中的另一个内，以使得容纳部分中容纳的热载体与空气进行换热，经过换热后的空气被供给至炉膛11的内部。经过蓄热式旋转换向加热器2换热后的烟气流出。
[0032]在下面的描述中，以换热器主体21逆时针转动，且烟气沿着中心轴线的右侧通入换热器主体21内，待预热空气沿着中心轴线的左侧通入换热器主体21为例进行说明。
[0033]如图1所示，粉状固体燃料锅炉I内限定出炉膛11以用于容纳煤粉，烟气通道3的一端与炉膛11相通，其另一端与蓄热式旋转换向加热器2相通，以将炉膛11内产生的烟气通入蓄热式旋转换向加热器2的第一容纳部分211中(例如为图1中所示的蓄热式旋转换向加热器2的右侧)，蓄热式旋转换向加热器2的第二容纳部分212中(例如为图1中所示的蓄热式旋转换向加热器2的左侧)用于通入待预热空气，在换热器主体21处于未旋转状态时，烟气和第一容纳部分211中的热载体换热以使热载体的温度升高，热载体吸收热量后，换热器主体21逆时针旋转，第一容纳部分211旋转到中心轴线的左侧，第二容纳部分212旋转到中心轴线的右侧，旋转到左侧的第一容纳部分211内的热载体与待加热空气进行换热以使带加热空气温度升，同时，烟气对旋转到右侧的第二容纳部分212内的热载体进行加热。
[0034]换热器主体21继续逆时针转动，此时第一容纳部分211被旋转回到中心轴线的右侦牝第二容纳部分212被旋转回到中心轴线的左侧，旋转回左侧的第二容纳部分212内的热载体与待加热空气进行热交换，烟气对旋转回右侧的第一容纳部分211内的热载体进行加热，如此循环重复，以完成对待预热空气的加热。
[0035]在本发明的其中一个示例中，待预热空气加热到一定温度后可从粉状固体燃料锅炉I的底部供入炉膛11内，从而与煤粉在炉膛11内进行高温氧化燃烧。
[0036]可选地，煤粉由无烟煤、贫煤中的至少一种所形成。
[0037]与待预热空气进行换热后的烟气通过排气通路101排出。[0038]根据本发明实施例的粉状固体燃料锅炉1，通过设置蓄热式旋转换向加热器2可将高温烟气的温度大大降低，使热载体温度较现有技术升高较大，可以提高脱硝催化剂脱硝的效率，因此可以将烟气进行脱硝处理使得粉状固体燃料锅炉能降低氮氧化合物排放。
[0039]可选地，从烟气通路3的入口端朝向烟气通路3的出口端依次设置有屏式过热器
6、包墙过热器7和过热器。例如在图1的示例中，屏式过热器6和包墙过热器7邻近烟气通路3的入口端设置，且在左右方向上相互间隔开设置，过热器邻近烟气通路3的出口端设置。由此，通过设置过热器，可有效提高整个蒸汽动力装置的循环热效率。
[0040]进一步地，在靠近烟气通路3的出口端的烟气通路3内设置有省煤器9。例如在图1的示例中，省煤器9设在过热器的下方，且与过热器在上下方向上间隔开一定距离。由此，通过设置省煤器9，可有效吸收烟气的热量，降低排烟温度，减少排烟损失，从而节省燃料。
[0041]在本发明的一个实施例中，从烟气通路3进入蓄热式旋转换向加热器2内的烟气速度可调节。由此，有效地提高了待预热空气的温度。
[0042]可选地，热载体为SiC或者陶瓷，且具有小球状、片状或者多孔状的结构。由此，蓄热式旋转换向加热器2可耐高温、耐腐蚀且耐磨损。
[0043]在本发明的一个实施例中，蓄热式旋转换向加热器2进一步包括:冷凝液体移除装置10，冷凝液体移除装置10设置在换热器主体21的下方，以移除换热过程中产生的冷凝液体，例如含酸的冷凝水。
[0044]可选地，经过蓄热式旋转换向加热器2换热后的烟气的温度为50-80°C。此时，烟气中的水蒸汽析出，与三氧化硫反应，形成含酸冷凝水，经过冷凝液体移除装置能脱除烟气中30%的硫，从而起到预脱硫的效果，极大地降低烟气后续脱硫的成本。此外，可回收烟气中部分气化潜热，从而提高了锅炉的热效率。
[0045]可选地，空气为富氧空气，且空气经过蓄热式旋转换向加热器2换热后被加热至300-650°C。由此，空气提升温度较高。
[0046]进一步的为了便于加工可以将热载体设置为热载体上层和热载体下层，热载体上层设置有脱硝催化剂层，热载体上层和热载体下层通过焊接、螺接、铆接等形式进行固定。热载体上层高度具体数值的确定是根据锅炉型号进行确定。
[0047]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0048]尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解:在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
【权利要求】
1.一种搭载蓄热式换向加热器的粉状固体燃料锅炉，其特征在于，所述粉状固体燃料锅炉包括有: 炉膛； 蓄热式旋转换向加热器，所述蓄热式旋转换向加热器包括: 换热器主体； 驱动装置，所述驱动装置用于驱动所述换热器主体绕其中心轴线旋转； 分隔件，所述分隔件沿着所述中心轴线的方向设置在所述换热器主体内，且将所述换热器主体分隔成至少一对容纳部分，所述每对容纳部分相对所述中心轴线成径向相对设置； 热载体，所述热载体分别容纳在所述容纳部分中，所述热载体由非金属固体材料所形成，并且所述热载体设置有脱硝催化剂层； 烟气通路，所述烟气通路的入口端与所述炉膛的顶部相连通，且出口端与所述蓄热式旋转换向加热器相连通，以将炉膛内产生的烟气通入至少所述成对的所述容纳部分中的一个内并与其中容纳的所述热载体换热； 空气通路，所述空气通路用于将空气至少通入所述成对的所述容纳部分中的另一个内，以使得其中容纳的所述热载体与所述空气进行换热。
2.根据权利要求1所述的粉状固体燃料锅炉，其特征在于，所述粉状固体燃料为煤粉，且所述煤粉由无烟煤、贫煤中的至少一种所形成。
3.根据权利要 求1所述的粉状固体燃料锅炉，其特征在于，从所述烟气通路的所述入口端朝向所述烟气通路的所述出口端依次设置有屏式过热器、包墙过热器和过热器。
4.根据权利要求3所述的粉状固体燃料锅炉，其特征在于，在靠近所述烟气通路的所述出口端的所述烟气通路内设置有省煤器。
5.根据权利要求1所述的粉状固体燃料锅炉，其特征在于，从所述烟气通路进入所述蓄热式旋转换向加热器内的烟气速度可调节。
6.根据权利要求1所述的粉状固体燃料锅炉，其特征在于，所述热载体为SiC或者陶瓷，且具有小球状、片状或者多孔状的结构。
7.根据权利要求1所述的粉状固体燃料锅炉，其特征在于，经过所述蓄热式旋转换向加热器换热后的烟气的温度为50-80度。
8.根据权利要求1所述的粉状固体燃料锅炉，其特征在于，所述空气为富氧空气，且所述空气经过所述蓄热式旋转换向加热器换热后被加热至300-650°C。
9.根据权利要求1所述的粉状固体燃料锅炉，其特征在于，所述蓄热式旋转换向加热器进一步包括: 冷凝液体移除装置，所述冷凝液体移除装置设置在所述换热器主体的下方，以移除换热过程中产生的冷凝液体。
10.根据权利要求1所述的一种粉状粉状固体燃料锅炉，其特征在于，所述热载体包括: 热载体上层，所述热载体上层设置有脱硝催化剂层；以及 热载体下层，所述热载体下层与所述述热载体上层进行固定。
11.根据权利要求1所述的粉状固体燃料锅炉，其特征在于，所述热载体中添加有用于催化NOx的催化剂。
12.根据权利要求1所述的粉状固体燃料锅炉，其特征在于，所述粉状固体燃料的直径为 50_500um。`
【文档编号】F23L15/00GK103672843SQ201310018711
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年1月18日 优先权日:2013年1月18日
【发明者】吴道洪, 王胜美, 陈琳, 吴玉林, 鲁光明, 沈大平 申请人:北京神雾环境能源科技集团股份有限公司