一种可清洁燃烧高碱金属煤的双低型锅炉的制作方法
【专利摘要】一种可清洁燃烧高碱金属煤的双低型锅炉，包括炉膛，炉膛分为小尺寸炉膛密相区和大尺寸炉膛稀相区，小尺寸炉膛密相区接给煤系统，大尺寸炉膛稀相区接分离器入口烟道，大尺寸炉膛稀相区的容积是小尺寸炉膛密相区容积的5倍以上，本实用新型通过降低炉膛空塔流速、增加炉膛有效高度和碱金属富集灰排放系统，降低炉膛运行温度和分离器出口温度，使燃烧区域温度控制在650～850℃之间，改变了碱金属及其化合物的析出形式并减少其析出量，使燃烧时生成的气态碱金属及其化合物大部分固化在飞灰、底渣和床料中，避免产生严重积灰和结渣，提高连续运行周期，该锅炉还具有污染物排放低、不受机组容量限制、煤种适应性广、不投油稳燃负荷低、燃烧效率高、底渣排放量少等优点。
【专利说明】一种可清洁燃烧高碱金属煤的双低型锅炉
【技术领域】
[0001]本实用新型属于清洁煤燃烧利用【技术领域】，特别涉及一种可清洁燃烧高碱金属煤的双低型锅炉。
【背景技术】
[0002]我国是煤炭资源丰富的国家，预测煤炭总资源量超过5万亿吨，居世界第三，但我国大多数的煤炭资源位于新疆等西部地区。在燃用新疆等地煤的过程中发现，相当数量的锅炉炉膛内、过热器和再热器区域在短期内会形成大片粘结性很强的积灰，并伴有严重的高温腐蚀，最终导致锅炉大面积爆管，直接影响了锅炉运行的可靠性、安全性和经济性。研究发现，造成上述问题的原因主要是煤中钠和钾等碱金属含量偏高，这类高碱金属含量煤的水分和挥发分含量一般较高，灰分、热值较低。受到煤灰中的钠和钾等碱金属含量较高的影响，煤的灰熔点普遍较低，在燃烧过程中煤灰表现出了极强的沾污性，属于强积灰结渣型灰。
[0003]由于燃用高碱金属含量煤会引起受热面沾污并影响锅炉传热，现有技术手段中，一般通过增加炉膛截面积、优化燃烧及配风、增加吹灰频次、使用添加剂、配煤掺烧等手段加以延缓，但始终难以根治。国内外燃用高碱金属含量煤均属一大难题，因此高碱金属含量煤仅在美国、澳大利亚和我国新疆地区少数电厂进行掺烧利用。掺烧过程中，煤粉锅炉容易在炉内燃烧器区域结渣和高温过热器、高温再热器出现沾污堵塞问题，循环流化床锅炉容易在床面出现结焦和尾部烟道受热面沾污堵塞问题。虽然整体而言燃用高碱金属含量煤的循环流化床锅炉的运行周期要长于煤粉锅炉，且循环流化床锅炉的掺烧比例要高于煤粉锅炉(一般为40%?50%)，但由于所掺烧煤种价格较高，机组运行的经济性受到了显著地影响。
[0004]因此，要想实现我国煤炭资源的大规模利用，迫切需要寻求一种直接燃用高碱金属煤的装置和方法。
【发明内容】
[0005]为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种可清洁燃烧高碱金属煤的双低型锅炉，能够清洁高效的燃用高碱金属煤，避免积灰和结渣。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是:
[0007]一种可清洁燃烧高碱金属煤的双低型锅炉，包括炉膛，所述炉膛分为小尺寸炉膛密相区I和大尺寸炉膛稀相区2，小尺寸炉膛密相区I接给煤系统18，大尺寸炉膛稀相区2接分离器入口烟道3，大尺寸炉膛稀相区2的容积是小尺寸炉膛密相区I容积的5倍以上。
[0008]所述大尺寸炉膛稀相区2的净高度是小尺寸炉膛密相区I长度的2倍以上或是小尺寸炉膛密相区I宽度的5倍以上。
[0009]所述大尺寸炉膛稀相区2内设有炉内强化受热面A。
[0010]所述炉内强化受热面A为多片布置的屏式受热面。[0011]所述屏式受热面之间的截距大于0.5m,高度大于大尺寸炉膛稀相区2净高度的60%,宽度大于大尺寸炉膛稀相区2净宽度的15%。
[0012]所述小尺寸炉膛密相区I通过回料管7连接有返料器6，返料器6通过立管5连接偏心旋风分离器4的排尘口，偏心旋风分离器4的含尘烟气出口通过分离器入口烟道3接大尺寸炉膛稀相区2，偏心旋风分离器4除尘后的洁净烟气由分离器中心筒8进入转向烟道9，转向烟道9接纵向的尾部烟道10，尾部烟道10底部设置有灰斗11。
[0013]为提高燃烧效率分离器中心筒还可以采用变径布置，本实用新型的偏心旋风分离器4的分离效率在99.5%以上。
[0014]所述转向烟道9中设置有附加强化冷却受热面C，所述附加强化冷却受热面C优选为对流式受热面，可以降低烟气温度50°C以上。
[0015]所述尾部烟道10中设置有多个平行的尾部烟道受热面B，冷却后的烟气最终由尾部烟道10的出口排出。优选地所述尾部烟道受热面B采用大截距设计，相邻尾部烟道受热面B之间的截距大于0.15m，尾部烟道10的容积是尾部烟道受热面B容积的20倍以上。
[0016]所述尾部烟道受热面B，
[0017]所述小尺寸炉膛密相区1:
[0018]通过惰性床料添加管15连接惰性床料添加系统14 ；
[0019]通过脱硫剂添加管17连接脱硫剂添加系统16 ；
[0020]设置有排渣口 23。
[0021]通过脱硫剂添加系统16可以定期或连续补充石灰石、消石灰、电石渣或可以充当脱硫剂的物质，以降低SO2排放浓度。
[0022]所述分离器入口烟道3中设置有脱硝还原剂喷入口 21，通过脱硝还原剂喷入口 21可以定期或连续喷入尿素水溶液、氨水、液氨或可以充当脱硝剂的物质，以降低NOx排放浓度。
[0023]所述分离器入口烟道3、转向烟道9和尾部烟道10中均设置有烟气沿程吹扫清灰系统20，沿烟气流动方向进行强化吹灰，在烟气沿程吹扫清灰系统20周边设置有清灰孔，可以由人力或机械进行补充清灰。
[0024]所述烟气沿程吹扫清灰系统20主要包括吹灰器，可沿烟气流动方向紧密布置在不同受热面之间或相同受热面的不同区域之间，吹灰器数量为每米I台以上，吹灰介质可以是蒸汽、空气、燃气或水。
[0025]所述小尺寸炉膛密相区I和大尺寸炉膛稀相区2:
[0026]工作温度控制在650?850°C之间；
[0027]气流流动速度为3?5m/s ；
[0028]高碱金属煤停留时间为5s以上。
[0029]与现有技术相比，本实用新型的有益效果是:
[0030]1.由于燃烧温度低，最大限度的降低了碱金属及其化合物的释放量；
[0031]2.虽然燃烧温度有所降低，但利用高效偏心旋风分离器实现了飞灰高效捕集回送，气流速度低，加之炉膛净高度较高，延长了颗粒的停留时间，保证了燃烧效率；
[0032]3.燃用高碱金属煤的同时实现了脱硫和脱硝，锅炉环保指标优越；
[0033]4.利用炉内床料的大量自循环，保证了炉内水冷壁和炉内强化受热面的自清灰作用；
[0034]5.大容积尾部烟道和大截距尾部烟道受热面的积灰非常疏松，烟气沿程吹扫清灰系统易于清理，避免了沉积。
【专利附图】
【附图说明】
[0035]图1是本实用新型整体结构示意图。。
[0036]图2是图1的俯视图。
【具体实施方式】
[0037]以下结合附图对本实用新型作进一步说明。但本领域技术人员了解，本实用新型的保护范围并不限于下述实施例的内容，任何在本实用新型基础上做出的改进和变化，都在本实用新型的保护范围之内。
[0038]实施例1:
[0039]一种用于发电的大型锅炉，主要燃用高碱金属含量煤。参见图1和图2，该锅炉的炉膛包括I个小尺寸炉膛密相区I和位于其上方的大尺寸炉膛稀相区2，小尺寸炉膛密相区I接给煤系统18、脱硫剂添加系统16和惰性床料添加系统14，并在底部设置有排渣口 23。大尺寸炉膛稀相区2接分离器入口烟道3。大尺寸炉膛稀相区2内设有炉内强化受热面A，炉内强化受热面A为16片布置的屏式受热面。燃烧所需的燃料通过给煤系统18由落煤管19送入小尺寸炉膛密相区1，为了降低SO2排放浓度，通过脱硫剂添加系统16连续向小尺寸炉膛密相区I内补充石灰石作为脱硫剂进行炉内脱硫。
[0040]大尺寸炉膛稀相区2采用大容积、高净高设计，大尺寸炉膛稀相区2的容积是小尺寸炉膛密相区I容积的5倍，同时大尺寸炉膛稀相区2的净高度是小尺寸炉膛密相区长度的2倍。炉内强化受热面A分别布置在炉膛的前墙和后墙对称布置8片，每片屏式受热面之间的截距为2m，高度大于大尺寸炉膛稀相区净高度的60%，宽度大于大尺寸炉膛稀相区净宽度的15%。
[0041]大尺寸炉膛稀相区2与偏心旋风分离器4通过分离器入口烟道3相连接，偏心旋风分离器4共3台，经偏心旋风分离器4除尘后的洁净烟气由分离器中心筒8进入转向烟道9，分离器中心筒8采用偏心布置。为了避免碱金属及其氧化物在尾部烟道的沉积，转向烟道9内设置了附加强化冷却受热面C，其为对流式受热面，通过该受热面可以降低烟气温度50°C以上。
[0042]转向烟道9连接有纵向的尾部烟道10，尾部烟道10底部有灰斗11，尾部烟道10内布置有尾部烟道受热面B，冷却后的烟气最终由尾部烟道出口 13排出。少量的灰尘在灰斗11中聚集后，从灰斗排灰口 12排出。尾部烟道10为大容积尾部烟道，其容积是尾部烟道受热面B总容积的40倍以上。同时，尾部烟道受热面B采用大截距设计，其截距大于0.3m。
[0043]小尺寸炉膛密相区I和大尺寸炉膛稀相区2的温度控制在650?850°C之间，气流流动速度为4.5m/s,由于此温度低于循环流化床锅炉的最佳燃烧温度，因此采用多种手段确保燃烧效率。第一，采用锅炉整体高净高的设计，确保颗粒整体停留时间为5s以上；第二，利用惰性床料添加系统定期或补充循环灰充当床料，减少床料残炭、提高脱硫剂利用效率；第三，采用提高分离器的分离效率至99.5%以上，减少不完全燃烧热损失。[0044]灰渣的细颗粒由烟气携带走，一部分由小尺寸炉膛密相区I设置的排渣口 23和返料器6设置的碱金属富集灰排放系统22定期排出。由于燃烧温度低，凝结固化在飞灰、底渣和床料中气态碱金属及其化合物也可通过排渣口 23和碱金属富集灰排放系统22进行置换和富集排出。
[0045]由于碱金属及其氧化物会在受热面形成一层附着物，进而粘结在受热面上，随着运行时间的延长，逐步加厚，直至堵塞。为此，在分离器入口烟道3、转向烟道9、尾部烟道10内设置了烟气沿程吹扫清灰系统20，烟气沿程吹扫清灰系统20主要包括一个吹灰器，沿烟气流动方向进行强化吹灰，吹灰介质选用蒸汽和燃气，吹灰器布置密度为每米1.5台。此夕卜，在烟气沿程吹扫清灰系统20周边还设置有清灰孔，特殊情况下可以由人力进行补充清灰。尾部烟道10下部设置的灰斗11和灰斗排灰口 12，可定期排放尾部烟道内的积灰。
[0046]为了降低NOX排放浓度，锅炉还设置有脱硝还原剂喷入口 21，运行期间连续喷入尿素水溶液充当脱硝剂，进行烟气脱硝。
[0047]实施例2:
[0048]一种用于蒸汽供应的小型锅炉，主要燃用高碱金属煤。大尺寸炉膛稀相区2内设有4片布置的屏式受热面A，均布置在前墙，每片屏式受热面之间的截距为3m。偏心旋风分离器4共设置2台。
[0049]小尺寸炉膛密相区I和大尺寸炉膛稀相区2的温度控制在840°C，气流流动速度为4.2m/s。转向烟道9内不设置附加强化冷却受热面C。
[0050]锅炉不设置碱金属富集灰排放系统2，凝结固化在飞灰、底渣和床料中气态碱金属及其化合物通过排渣口 23富集排出。
[0051]烟气沿程吹扫清灰系统20，吹灰器布置密度为每米I台，吹灰介质为蒸汽。
【权利要求】
1.一种可清洁燃烧高碱金属煤的双低型锅炉，包括炉膛，其特征在于，所述炉膛分为小尺寸炉膛密相区(I)和大尺寸炉膛稀相区(2)，小尺寸炉膛密相区(I)接给煤系统(18)，大尺寸炉膛稀相区(2)接分离器入口烟道(3)，大尺寸炉膛稀相区(2)的容积是小尺寸炉膛密相区(I)容积的5倍以上。
2.根据权利要求1所述的可清洁燃烧高碱金属煤的双低型锅炉，其特征在于，所述大尺寸炉膛稀相区(2)的净高度是小尺寸炉膛密相区(I)长度的2倍以上或是小尺寸炉膛密相区(I)宽度的5倍以上。
3.根据权利要求1所述的可清洁燃烧高碱金属煤的双低型锅炉，其特征在于，所述大尺寸炉膛稀相区(2)内设有炉内强化受热面(A)。
4.根据权利要求3所述的可清洁燃烧高碱金属煤的双低型锅炉，其特征在于，所述炉内强化受热面(A)为多片布置的屏式受热面。
5.根据权利要求4所述的可清洁燃烧高碱金属煤的双低型锅炉，其特征在于，所述屏式受热面之间的截距大于0.5m,高度大于大尺寸炉膛稀相区(2)净高度的60%，宽度大于大尺寸炉膛稀相区(2)净宽度的15%。
6.根据权利要求1所述的可清洁燃烧高碱金属煤的双低型锅炉，其特征在于，所述小尺寸炉膛密相区(I)通过回料管(7 )连接有返料器(6 )，返料器(6 )通过立管(5 )连接偏心旋风分离器(4 )的排尘口，偏心旋风分离器(4 )的含尘烟气出口通过分离器入口烟道(3 )接大尺寸炉膛稀相区(2)，偏心旋风分离器(4)的除尘后的洁净烟气由分离器中心筒(8)进入转向烟道(9)，转向烟道(9)接纵向的尾部烟道(10)，尾部烟道(10)底部设置有灰斗(11)。
7.根据权利要求6所述的可清洁燃烧高碱金属煤的双低型锅炉，其特征在于，所述转向烟道(9)中设置有附加强化冷却受热面(C);所述尾部烟道(10)中设置有多个平行的尾部烟道受热面(B)，相邻尾部烟道受热面(B)之间的截距大于0.15m，尾部烟道(10)的容积是尾部烟道受热面(B)容积的20倍以上。
8.根据权利要求1所述的可清洁燃烧高碱金属煤的双低型锅炉，其特征在于，所述小尺寸炉膛密相区(I): 通过惰性床料添加管(15)连接惰性床料添加系统(14)； 通过脱硫剂添加管(17)连接脱硫剂添加系统(16)； 设置有排渣口(23)。
9.根据权利要求1所述的可清洁燃烧高碱金属煤的双低型锅炉，其特征在于，所述分离器入口烟道(3)中设置有脱硝还原剂喷入口(21)，所述分离器入口烟道(3)、转向烟道(9)和尾部烟道(10)中均设置有烟气沿程吹扫清灰系统(20)，在烟气沿程吹扫清灰系统(20)周边设置有清灰孔。
【文档编号】F23B70/00GK203478209SQ201320386307
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年7月1日 优先权日:2013年7月1日
【发明者】肖平, 江建忠, 黄中, 徐正泉, 许世森 申请人:中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司