基于快速内循环流化床解决高碱金属煤燃烧沾污的系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及基于快速内循环流化床解决高碱金属煤燃烧沾污的系统，包括鼓泡床和流化床，鼓泡床底部与流化床底部连通，靠近底部的位置还通过虹吸管连通，流化床顶部出口处设有U型钢分离器；鼓泡床侧壁的上部设有鼓泡床烟气出口，鼓泡床烟气出口连接至第二旋风分离器，鼓泡床顶部设有鼓泡床热解气出口，鼓泡床热解气出口连接至第一旋风分离器；流化床的顶部设有流化床烟气出口，流化床烟气出口连接至第二旋风分离器；本实用新型可减少炉膛入炉煤中的碱金属含量，使其燃烧烟气中的碱金属含量大大降低，不会冷凝粘附在对流受热面上，切断了沾污形成的源头，保护对流受热面充分换热，安全运行，提高了电厂的效益；实现高碱性煤的大规模纯烧利用。
【专利说明】基于快速内循环流化床解决高碱金属煤燃烧沾污的系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及快速内循环流化床的解决沾污技术，特别是基于快速内循环流化床解决高碱金属煤燃烧沾污的系统。
【背景技术】
[0002]目前我国火力发电量占全国总发电量的70%以上，发电用煤多采用劣质低品位煤，灰分较高，导致锅炉受热面结渣沾污。该问题在我国火力发电机组中较为普遍，半数以上电站锅炉存在着结渣沾污问题，严重影响设备的安全经济运行。为了防止结渣与沾污弱化锅炉受热面的传热能力，导致熄火、爆管、非计划停炉等重大事故，国内外学者对结渣与沾污的机理进行了大量的研究。研究表明结渣与沾污是复杂的物理化学反应过程，既与燃料特性有关，也与锅炉的结构和运行条件有关。
[0003]在电厂运行过程中，煤粉燃烧时，碱金属元素在高温下，会以气体状态挥发出，并随高温烟气在受热面上凝结下来，不断增厚、积累，最后形成沾污、积灰、结渣和腐蚀，使整个炉内热平衡变更，导致过热气温度改变，排烟温度升高，锅炉效率及可靠性降低，严重时将迫使锅炉降负荷运行甚至停炉。
[0004]准东煤田是近年在新疆探明的特大型煤田，煤炭资源预测储量3900亿t。对准东煤进行煤质特性分析发现，其灰分中碱金属含量远高于普通煤种。在燃用准东煤的过程中，煤中碱金属在高温下挥发，容易在锅炉受热面冷凝形成一层打底附着物。打底物主要以氯盐或硫酸盐形式存在，上述成分在高温下挥发后，易凝结在对流受热面上形成烧结或粘结的灰沉积，随着附着物对飞灰的吸附作用，使得对流受热面出现不同程度的沾污现象，且无法使用吹灰器清除，从而导致受热面传热能力下降，造成锅炉排烟温度升高等问题，最终使炉膛出力大大降低造成停炉。
[0005]国内对于燃用高碱性煤还缺乏工程运行经验，目前并没有高效的利用办法，仅新疆地区个别电厂通过外煤掺烧的方式来减轻高碱性煤燃烧带来的沾污问题。锅炉掺烧高碱性煤的比例不应超过30%，掺烧比例增大时，对流受热面仍会产生严重的结渣沾污。由于新疆地区高碱性煤利用方式多为坑口电站，掺烧方式对外煤的需求量较大，这种方式往往受到运输条件的限制，极大地增加了电站运行成本及负担。因此，高碱性煤的结渣沾污问题是其燃用过程中亟待解决的问题。
实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是提供基于快速内循环流化床解决高碱金属煤燃烧沾污的系统，可以减少炉膛入炉煤中的碱金属含量，使其燃烧烟气中的碱金属含量大大降低，不会冷凝粘附在对流受热面上，切断了沾污形成的源头，保护对流受热面充分换热，安全运行，增加了锅炉的运行时间，提高了电厂的效益；实现高碱性煤的大规模纯烧利用。
[0007]本实用新型的技术方案如下:
[0008]基于快速内循环流化床解决高碱金属煤燃烧沾污的系统，其特征在于:包括鼓泡床和流化床，鼓泡床的底部与流化床的底部连通，靠近底部的位置还通过虹吸管连通，流化床顶部出口处设有用于分离煤灰和烟气的U型钢分离器；鼓泡床侧壁的上部设有鼓泡床烟气出口，鼓泡床烟气出口连接至第二旋风分离器，鼓泡床顶部设有鼓泡床热解气出口，鼓泡床热解气出口连接至第一旋风分离器；流化床的顶部设有流化床烟气出口，流化床烟气出口连接至第二旋风分离器。
[0009]第一旋风分离器的热解气出口通过一路管线连接至流化床，通过另一路管线连接第一换热器，换热器在通过管线连接至第一压缩机，第一压缩机连接至鼓泡床底部和虹吸管底部。
[0010]第二旋风分离器的烟气出口依次连接第二换热器、用于对流化床入口空气进行预热的空气预热器，空气预热器还连接引风机和烟囱；空气预热器与流化床入口的连接管线上连接有第二压缩机。
[0011 ] 所述鼓泡床的下端连接有给料器，给料器连接有煤斗。
[0012]因为已有的研究成果表明:碱金属盐、硫酸钙或者钠、钾、钙与硫酸盐的共晶体是形成粘性灰沉积的基本物质，其对锅炉沾污和结渣起到非常大的作用。如果能够降低烟气中碱金属化合物份额，则能从根源上解决或减轻锅炉对流受热面的沾污状况。
[0013]碱金属化合物大约在800°C即可升华，大部分的碱金属挥发进入气相中，煤焦中的碱金属含量很少。如能通过某种途径，使入炉煤燃烧之前煤粉灰分中的碱金属挥发掉，则可减少后续燃烧过程中的气侧高温沾污和腐蚀，降低沾污结灰的严重程度，减少在受热面上形成烧结或粘结的灰沉积，甚至解决高碱性煤燃烧的沾污结灰问题。
[0014]所以本实用新型采用的工艺原理如下:
[0015]煤粉通过输送设备进入鼓泡床中，在800°C—900°C的温度下进行热解，热解后的煤焦从鼓泡床底部进入流化床中，由于在热解过程中，大部分的碱金属挥发进入热解气中，故进入流化床的煤焦中碱金属含量大大降低；煤焦在压缩空气的作用下进行流化燃烧，燃烧温度约1200°C ;燃烧后的煤灰在流化床顶部经U型钢分离器与烟气分离，一方面进入鼓泡床中作为热载体为鼓泡床中煤粉的热解提供热量，另一方面起到稀释高碱金属煤碱金属含量的作用；热解气从鼓泡床顶部出去，经第一分离器分离后，一部分被冷却到约120°C中左右后再为鼓泡床的入口风使用，另一部分进入流化床中进行燃烧；流化床顶部出来的烟气，经第二分离器分离后，进行换热产生蒸汽，并对压缩空气进行预热后经烟囱排空。由于煤焦中碱金属大幅减少，避免了炉膛中燃烧烟气碱金属化合物遇冷粘附在对流受热面管壁上形成沾污的初始层，破坏了沾污形成的初始条件。
[0016]采用内循环式的双床系统，将燃煤先在鼓泡床中进行热解，使可挥发的碱金属化合物挥发到热解气中，从而减少流化床入炉煤中碱金属含量，进而减少燃烧烟气中的碱金属，则能从根本上解决或者大大减轻对流受热面沾污状况。
[0017]本实用新型的有益效果如下:
[0018](I)本实用新型采用内循环式的双床系统，燃煤在鼓泡床中先进行热解，流化床进行燃烧，采用内循环式换热，有助于延长颗粒的停留时间，提高燃烧效率，使碱金属在高温下挥发到热解气中，流化床入炉煤碱金属含量降低，燃烧过程烟气中的碱金属含量很少，从根本上解决了沾污现象发生的源头；
[0019](2)本实用新型煤粉热解所需的热载体来自于流化床燃烧后的粉煤灰，热量也由煤灰热载体提供，不需外加热源及其他运输，几乎不增加电厂运行成本，能够解决或者大大减轻对流受热面沾污问题，增加电厂运行时间，提高电厂运行效率；
[0020](3)本实用新型采用双床系统，设备的投资较小；另外，快速内循环式流化床相对于大循环倍率的循环流化床来说，颗粒对设备的冲刷和磨蚀较小，设备的使用率更高。
[0021](4)对于准东煤等高碱性煤种燃烧沾污问题的解决，大多采用掺烧低碱性煤种或添加剂的方式实现，本实用新型专利基于快速内循环流化床解决了由于掺烧而带来的煤粉或添加剂运输成本等问题，可以实现高碱性煤种的纯烧利用；
[0022](5)本实用新型的煤焦与煤灰在内循环床中燃烧与换热，增加了颗粒停留时间，优化调节了炉膛温度的工艺路线。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本实用新型的结构示意图
[0024]其中附图标记为:1煤斗；2给料器；3第一压缩机；4虹吸管；5鼓泡床；6 U型钢分离器；7流化床；8第一旋风分离器；9第二旋风分离器；10第二换热器；11第二压缩机；12空气预热器；13引风机；14烟囱；15第一换热器。
【具体实施方式】
[0025]如图1所示，基于快速内循环流化床7解决高碱金属煤燃烧沾污的系统，其特征在于:包括鼓泡床5和流化床7，鼓泡床5的底部与流化床7的底部连通，靠近底部的位置还通过虹吸管4连通，流化床7顶部出口处设有用于分离煤灰和烟气的U型钢分离器6 ;鼓泡床5侧壁的上部设有鼓泡床5烟气出口，鼓泡床5烟气出口连接至第二旋风分离器9，鼓泡床5顶部设有鼓泡床5热解气出口，鼓泡床5热解气出口连接至第一旋风分离器8 ;流化床7的顶部设有流化床7烟气出口，流化床7烟气出口连接至第二旋风分离器9。
[0026]第一旋风分离器8的热解气出口通过一路管线连接至流化床7，通过另一路管线连接第一换热器15，换热器在通过管线连接至第一压缩机3，第一压缩机3连接至鼓泡床5底部和虹吸管4底部。
[0027]第二旋风分离器9的烟气出口依次连接第二换热器10、用于对流化床7入口空气进行预热的空气预热器12，空气预热器12还连接引风机13和烟囱14 ;空气预热器12与流化床7入口的连接管线上连接有第二压缩机11。
[0028]所述鼓泡床5的下端连接有给料器2，给料器2连接有煤斗I。
[0029]该系统的工艺原理如下:
[0030]煤粉通过输送设备进入鼓泡床5中，在800°C — 900°C的温度下进行热解，热解后的煤焦从鼓泡床5底部进入流化床7中，由于在热解过程中，大部分的碱金属挥发进入热解气中，故进入流化床7的煤焦中碱金属含量大大降低；煤焦在压缩空气的作用下进行流化燃烧，燃烧温度约1200°C ;燃烧后的煤灰在流化床7顶部经U型钢分离器6与烟气分离，一方面进入鼓泡床5中作为热载体为鼓泡床5中煤粉的热解提供热量，另一方面起到稀释高碱金属煤碱金属含量的作用；热解气从鼓泡床5顶部出去,经第一分离器分离后,一部分被冷却到约120°C中左右后再为鼓泡床5和虹吸管4的入口风使用，另一部分进入流化床7中进行燃烧；流化床7顶部出来的烟气，经第二分离器分离后，进行换热产生蒸汽，并对压缩空气进行预热后经烟囱14排空。由于煤焦中碱金属大幅减少，避免了炉膛中燃烧烟气碱金属化合物遇冷粘附在对流受热面管壁上形成沾污的初始层，破坏了沾污形成的初始条件。
【权利要求】
1.基于快速内循环流化床解决高碱金属煤燃烧沾污的系统，其特征在于:包括鼓泡床(5)和流化床(7)，鼓泡床(5)的底部与流化床(7)的底部连通，靠近底部的位置还通过虹吸管(4)连通，流化床(7)顶部出口处设有用于分离煤灰和烟气的U型钢分离器(6);鼓泡床(5 )侧壁的上部设有鼓泡床(5 )烟气出口，鼓泡床(5 )烟气出口连接至第二旋风分离器(9 )，鼓泡床(5 )顶部设有鼓泡床(5 )热解气出口，鼓泡床(5 )热解气出口连接至第一旋风分离器(8);流化床(7)的顶部设有流化床(7)烟气出口，流化床(7)烟气出口连接至第二旋风分离器(9)。
2.根据权利要求1所述的基于快速内循环流化床解决高碱金属煤燃烧沾污的系统，其特征在于:第一旋风分离器(8)的热解气出口通过一路管线连接至流化床(7)，通过另一路管线连接第一换热器(15)，换热器在通过管线连接至第一压缩机(3)，第一压缩机(3)连接至鼓泡床(5)底部和虹吸管(4)底部。
3.根据权利要求1所述的基于快速内循环流化床解决高碱金属煤燃烧沾污的系统，其特征在于:第二旋风分离器(9)的烟气出口依次连接第二换热器(10)、用于对流化床(7)入口空气进行预热的空气预热器(12)，空气预热器(12)还连接引风机(13)和烟囱(14);空气预热器(12 )与流化床(7 )入口的连接管线上连接有第二压缩机(11)。
4.根据权利要求1所述的基于快速内循环流化床解决高碱金属煤燃烧沾污的系统，其特征在于:所述鼓泡床(5)的下端连接有给料器(2)，给料器(2)连接有煤斗(I)。
【文档编号】F23C10/18GK204005967SQ201420461512
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】张媛, 曹立勇, 樊伟, 张春飞, 杜奇, 张修山, 雷宇 申请人:中国东方电气集团有限公司