适合燃用强结渣沾污性固体燃料的液-固排渣耦合锅炉的制作方法

本发明涉及一种适合燃用强结渣沾污性固体燃料的液-固排渣耦合锅炉系统。

背景技术

新疆蕴藏着大量尚未开发的煤炭能源。预测资源总量达219万亿吨，占中国预测煤炭资源总量的40％。新疆由于蕴藏着丰富的煤炭资源，目前正成为全国能源界的焦点。在我国东、中部的一批老能源基地呈现出资源枯竭趋势及全国能源需求的不断增长情况下，新疆煤炭将成为中国十分重要的能源接续区和战略性能源储备区。

在新疆的各大煤田中，准东煤田(准噶尔盆地东部从阜康市到木垒哈萨克自治县的一条狭长地带，东西长约220公里)预测储量达3900亿吨，是我国目前最大的整装煤田。以现在我国煤炭年产量计算，一个准东煤田就能够全国使用一百年。目前，准东煤田是我国“新电东送”、“西气东输”、“新煤东运”最主要的能源保障基地，也是新疆煤电煤化工最主要的煤炭供应来源。

由于准东煤矿的历史成因和当地不同的自然条件，该地区的煤质也是沿着煤矿分布带而变化的。总体来说，该地区的煤质具有中高水分、中等发热值、煤质堆积密度小、易着火、易燃尽、强结焦、高碱金属含量、强结渣/沾污等特点。与国内已知动力用煤相比，准东煤具有很高含量的碱金属含量，一般说来，新疆高碱煤灰中na2o、cao、fe2o3含量可分别达到4～10％、20～40％和7～25％。因此，高碱煤燃烧过程中炉内煤灰强沾污、结渣特性，导致了燃用高碱煤时锅炉无法实现高负荷全烧高碱煤，目前在100％bmcr工况下只能掺烧80～90％高碱煤或80％bmcr以下负荷能够全烧高碱煤。当高负荷全烧高碱煤时，往往因锅炉水冷壁、分隔屏、过热器、再热器等受热面发生严重沾污、结渣、积灰，导致部分受热面壁温超温、爆管、烟道堵塞、掉焦等问题频发，严重制约了准东煤的开发利用。

技术实现要素：

本发明的目的是：使得准东煤能够得到充分的开发及利用。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种适合燃用强结渣沾污性固体燃料的液-固排渣耦合锅炉系统，包括大容量固态排渣锅炉及旋风燃烧锅炉，其特征在于：

当大容量固态排渣锅炉在低于50％负荷运行时，旋风燃烧锅炉停止运行；当大容量固态排渣锅炉在高于50％负荷运行时，根据需要选择运行旋风燃烧锅炉；

具有强结渣和沾污性的高碱煤作为燃料被送入旋风燃烧锅炉后，高碱煤在旋风燃烧锅炉的旋风燃烧器内进行燃烧，燃烧产生的液态渣从旋风燃烧器底部排出，燃烧产生的高温烟气经旋风燃烧锅炉炉膛换热后经耦合烟道进入大容量固态排渣锅炉炉膛，旋风燃烧锅炉产生的烟气与大容量固态排渣锅炉自身燃料燃烧产生的烟气混合，一起经过大容量固态排渣锅炉的尾部受热面换热后作为排烟排出；旋风燃烧锅炉燃烧所需的高温空气由大容量固态排渣锅炉b1的空气预热器出口的一部分高温空气提供；

大容量固态排渣锅炉的省煤器出口引出的水或水蒸汽作为旋风燃烧锅炉的受热面一的工质引入，工质引入旋风燃烧锅炉后先流经旋风燃烧锅炉的受热面，然后分为两路：一路经旋风燃烧锅炉的省煤器后，以液态水的状态引至大容量固态排渣锅炉的炉膛受热面入口；另一路依次经过旋风燃烧锅炉的蒸发受热面和过热器后，以蒸汽状态引至大容量固态排渣锅炉的炉膛受热面出口的汽水分离器。

优选地，所述旋风燃烧锅炉产生的蒸汽的温度与引出至大容量固态排渣锅炉的炉膛受热面出口的汽水分离器的工质温度相差在20℃范围以内。

优选地，所述耦合烟道中烟气的温度在400～1200℃范围内。

优选地，所述旋风燃烧锅炉的最大热功率不超过所述大容量固态排渣锅炉的最大热功率的30％。

优选地，烟气经所述耦合烟道从大容量固态排渣锅炉炉膛冷灰斗区域引入。

本发明提供的耦合锅炉系统，根据现有固态排渣燃用强结渣沾污性固体燃料的实际情况(低负荷下能够全燃强结渣沾污性固体燃料，高负荷下无法实现全烧强结渣沾污性固体燃料)，通过固态排渣锅炉与液态排渣锅炉间的耦合，实现低负荷下仅投运常规固态排渣锅炉即可实现全燃强结渣沾污性固体燃料；在高负荷下，通过旋风燃烧液态排渣锅炉与固态排渣锅炉间的耦合，将一部分强结渣沾污性固体燃料的灰渣在旋风燃烧液态排渣锅炉内燃烧、造渣以及排出，实现部分强结渣沾污性固体燃料的炉外造渣，大幅度降低进入炉膛的灰渣量(液态排渣锅炉出口烟气含尘量大幅降低)、避免了高负荷下炉膛、受热面出现严重沾污、结渣，实现大容量电站机组锅炉全负荷下燃用强结渣沾污性固体燃料。从锅炉运行的角度来看，这一特点使得大容量固态排渣锅炉受热面的沾污情况将得到很大的缓解，从而大大增加了锅炉吹灰间隔时间，提高了锅炉运行的经济性、安全性。

旋风燃烧锅炉和大容量固态排渣锅炉的耦合通过将一部分灰渣以液态形式排出锅炉的方式实现全烧强结渣沾污性固体燃料，且不需对原有锅炉进行大范围改造，具有较低的改造成本。

此外，在大容量固态排渣锅炉中高负荷下，可以灵活选择旋风燃烧锅炉是否与大容量固态排渣锅炉并行运行，并行运行时旋风燃烧锅炉也可以部分负荷运行，因此该耦合锅炉系统具有非常好的灵活性。

在耦合锅炉系统中，在烟风侧，通过将两个锅炉燃烧产生的烟气在大容量固态排渣锅炉炉膛内混合，然后一起经大容量固态排渣锅炉尾部受热面排出，同时旋风燃烧锅炉燃烧需要的空气全部来自大容量固态排渣锅炉的空气预热器，这些措施尽可能地减小了耦合系统对烟气侧的影响；在工质侧，绝大部分工质经旋风燃烧锅炉加热后以液态方式进入大容量固态排渣锅炉炉膛受热面，仅有一小部分工质经加热后流进大容量固态排渣锅炉炉膛受热面下游某一级受热面或混合容器入口，尽可能地减小了耦合系统对工质侧的影响。综合来看，通过对烟气侧和工质侧的合理设计，大大降低了耦合系统对原大容量固态排渣锅炉系统的影响，充分保证了耦合系统的灵活性。

附图说明

图1为本实施案例提供的一种适合燃用高碱煤的液-固排渣耦合锅炉系统示意图；

图2为本实施案例提供的耦合锅炉系统中旋风燃烧锅炉的汽水系统流程示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

本实案例提供了一种适合高碱煤燃烧的耦合锅炉系统，包括旋风燃烧锅炉a1，大容量固态排渣锅炉b1及耦合烟道fg1。旋风燃烧锅炉a1的最大热功率不超过大容量固态排渣锅炉b1最大热功率的30％。大容量固态排渣锅炉b1在低于50％负荷运行时，无需运行旋风燃烧锅炉a1；当大容量固态排渣锅炉b1在高于50％负荷运行时，可根据需要灵活选择是否运行旋风燃烧锅炉a1。

大容量固态排渣锅炉b1包括炉膛、燃烧器b2、各级受热面一以及烟气净化装置。旋风燃烧锅炉a1为采用旋风燃烧器的液态排渣锅炉，包括旋风燃烧器、炉膛、各级受热面二。

旋风燃烧锅炉a1的燃料为具有强结渣和沾污性的高碱煤。旋风燃烧锅炉a1的给煤f1在旋风燃烧器内进行燃烧，燃烧产生的液态渣e1从旋风燃烧器底部排出，燃烧产生的高温烟气经旋风燃烧锅炉a1炉膛换热后经耦合烟道fg1进入大容量固态排渣锅炉b1炉膛冷灰斗区域。耦合烟道fg1中烟气的温度为1000℃。旋风燃烧锅炉a1产生的烟气与大容量固态排渣锅炉b1自身燃料燃烧产生的烟气混合，一起经过大容量固态排渣锅炉b1的尾部受热面换热后作为排烟排出。旋风燃烧锅炉a1燃烧所需的高温空气由大容量固态排渣锅炉b1的空气预热器出口的一部分高温空气提供。

旋风燃烧锅炉a1的受热面工质为水或水蒸汽。旋风燃烧锅炉a1的给水由大容量固态排渣锅炉省煤器出口s1引入，引入的工质先流经受热面二hs1，然后分为两路：一路经旋风燃烧锅炉a1的省煤器hs2后，以液态水的状态引至大容量固态排渣锅炉b1的炉膛受热面入口s2；另一路依次经过旋风燃烧锅炉a1的蒸发受热面hs3和过热器hs4后，以蒸汽状态引至大容量固态排渣锅炉b1的炉膛受热面出口的汽水分离器s3。旋风燃烧锅炉a1产生的蒸汽的温度与引出至大容量固态排渣锅炉b1的汽水分离器的工质温度相差在10℃以内。