CN101344246A - 无枪投浆的蓄热移动床锅炉 - Google Patents

Abstract

无枪投浆蓄热移动床锅炉由耐火球移动床(33)、蓄热体(34、35)、罗茨鼓风机(36)、落球机(11)、升球机(31)、吸收浓缩塔(39)等组成。耐火球(1)为载浆体，球的移动由落球机(11)和升球机(31)实现，球于床顶滚过浆砚(2)，粘上浆状燃料，在落球机和升球机的作用下，球形燃料完成升温、着火燃烧、降温、磨灰、升上床顶浆砚的循环；蓄热体(34、35)由载有脱硫催化剂的瓷质蓄热单元(29)组成，蓄热体有自除灰功能，起蓄放热兼催化SO₂为SO₃的作用，SO₃经吸收浓缩塔(39)制成硫酸。蓄热是吸收从燃烧室(23)出来的未被水吸收的烟气余热。在程控器控制下，四通换向阀(38)周期性地改变烟气和空气的流向，使两蓄热床交替蓄放热，蓄热床放热为预热流过的空气，热空气匀烧球形燃料。

Description

无枪投浆的蓄热移动床锅炉

技术领域

本发明涉及锅炉。叫做无枪投浆的蓄热移动床锅炉。

无枪投浆的蓄热移动床锅炉是一种可燃用高低含硫量的浆状燃料(通常是水煤浆、也可以是水焦浆或乳化焦浆或油煤浆或油泥或生物质燃料)的锅炉，该锅炉有其适用的脱硫除尘方法。

背景技术

本发明的背景技术是用喷枪雾化的水煤浆锅炉。二十多年来，在本发明以前，水煤浆锅炉是用喷枪雾化的，把水煤浆喷入稳燃室燃烧。

现行喷枪雾化的水煤浆锅炉及其环保设施存在下列顽固问题：

1.水煤浆锅炉行业技术人员都知道，现行水煤浆锅炉都采用喷枪加稳燃室这种雾化燃烧模式，运行中普遍出现排渣难、除灰难、脱硫难、燃尽率低、易结焦等一系列问题，这些问题最终导致锅炉停炉率高、锅炉效率低，严重影响经济效益。

2.众所周知，目前普遍采用的脱硫方法是使用碱性物质吸收烟气中的二氧化硫，这种方法需要耗用碱类物质而产物要找地方堆填，脱硫费用高，长期以来，是中国的锅炉脱硫开工率低的主因。

3.无蓄热床的捕尘作用，需另设除尘器。

发明内容

本发明目的：是要克服现行喷枪雾化的水煤浆锅炉及其环保设施普遍存在的上列顽固问题，用以高效、环保地开创一个在锅炉中以水煤浆代替石油和天然气的事业：

本发明是一种燃用水煤浆等浆状燃料的锅炉，此种锅炉的燃烧方式叫做蓄热移动床(the Storageable Move Bed---SMB)燃烧方式，此种锅炉就叫做蓄热移动床(SMB)锅炉；因为这种锅炉不用喷枪就可以烧水煤浆，又叫无枪水煤浆锅炉。这是本发明区别于以往用喷枪雾化的水煤浆锅炉的最鲜明特征。

无枪投浆的蓄热移动床锅炉(以下称SMB锅炉)所要解决的问题和能达到的效果列表如表1和表2：

表1：SMB锅炉所要解决的问题列表

以往用喷枪雾化的水煤浆锅炉的存在问题	SMB锅炉解决了这些问题
		1.运行中普遍出现排渣难、除灰难、脱硫难、燃尽率低、易结焦等一系列问题，这些问题最终导致锅炉停炉率高、锅炉效率低，严重影响经济效益。2.目前普遍采用的脱硫方法是使用碱性物质吸收烟气中的二氧化硫，这种方法需要耗用碱类物质而产物要找地方堆填，脱硫费用高。3.无蓄热床的捕尘作用，需另设除尘器。	1.运行时不结渣、无积灰、实现有偿脱硫、燃尽率高、不结焦。而且投资少，运行可靠，运行费低。2.以催化脱硫法实现炉内二氧化硫转化为三氧化硫，再经吸收浓缩为有价值的硫酸，可用于制磷肥，而不用脱硫剂，扭转脱硫的负效益为正效益，化目前的消积脱硫为积极脱硫。3.蓄热床和脱硫塔具有双重除尘功能，无需另设除尘器。

表2：SMB锅炉与喷枪雾化锅炉的运行效果对比：

对比项目	SMB锅炉	喷枪雾化锅炉	备注
				操作周期	8000小时	1400小时
同一台锅炉投运初与一年后的锅炉效率对比	90.2→89.1％	88.6→80.3％
				脱硫费用(含硫5％的石油焦)	-40元/吨	250元/吨	负号表示每吨石油焦的脱硫副产品可盈利40元
两种锅炉投运一年后的锅效对比	89.1％	80.3％

10T/H炉造价(万元)

100

40

发明的详细描述：

本发明以本人的蓄热移动床(发明专利申请号：200610123561.6，申请日：2006年11月9日)为基本燃烧方式，经过多次改进，不断完善，使该蓄热移动床燃烧装置能在锅炉上燃用水煤浆，这种锅炉是无枪投浆的，是为了解决以往用喷枪雾化的水煤浆锅炉的存在问题而问世的。

SMB锅炉由耐火球移动床(33)、蓄热体L(34)、蓄热体(35)、罗茨鼓风机(36)、升球机(31)、吸收浓缩塔(39)等组成。见图1，在实物锅炉中，耐火球移动床(33)和左右两边的蓄热床(34、35)是紧靠在一起的一个整体，外包以炉墙，外形大体上象立起的长方体，其外观可参看图7：蓄热移动床锅炉外形图。

炉墙由轻质隔热耐火砖墙(42)、保温层(43)和钢板炉皮(44)三层构成。图1中为了容易看明白，把蓄热床(34、35)和耐火球移动床(33)画成分体的三个部分。

这种锅炉的结构和运作过程详解于下文A～D点：

A如何无枪地投浆状燃料入炉烧起来：

阅读本A节内容时，请参看图2：耐火球移动床和图4：升球机布置及其排灰口位置图，图7：蓄热移动床锅炉外形图。

本发明用耐火球粘浆入燃烧室(23)，所以不用喷枪。

耐火球是一种用耐高温材料制成的球形耐火材料，具有2000K以上的熔点和较强的耐热冲击性。

耐火球(1)被升球机(31)提升到移动床预热耐火球入口(4)处，滚过一个叫做浆砚(2)的低洼处，浆状燃料就粘附于耐火球的外表面，粘有浆状燃料的耐火球叫球形燃料，这种球形燃料再顺势滚到移动床的上段，这一段叫移动床预热段(22)，用以预热升温球形燃料；移动床由预热段(22)、燃烧室(23)、冷却段(24)三段构成，移动床是装满耐火球工作的，耐火球是循环使用的，它们依次地、缓慢地从上向下移动通过预热段(22)、燃烧室(23)、冷却段(24)，其间球形燃料完成升温、着火燃烧、降温的过程。

以往用喷枪雾化的水煤浆锅炉的排渣难、燃尽率低、易结焦、结渣问题由于下列三种原因，可以切底解决：

1.在SMB中移动床火室中的燃烧峰值温度可以且必须控制在燃料的灰熔点以下，因为可以通过调节罗茨鼓风机(36)和落球机(11)的转速比来调节空气与水煤浆的比，从而调节了移动床火室中的燃烧峰值温度，使其一直在灰熔点以下以免把灰烧熔而粘牢在耐火球上。

2.耐火球的熔点很高，在2000K以上，不易被烧熔而粘上灰渣，

3.SMB锅炉能给浆状燃料足够长的停留时间，使其燃尽率高，残碳非常少，这种烧透了的灰渣是疏松的，这样，球形燃料烧后剩下的是一层疏松的灰壳，在经升球机向浆砚输送过程中被磨掉。

进球速度是由落球机(11)的转速控制着的；从落球机(11)落下筛球栅(12)的耐火球，滚到斜道(17)，再由升球机(31)沿升球管(32)提升到移动床预热段的耐火球入口(4)处，完成一个循环。这样，耐火球可以不间断地把浆状燃料投入到燃烧室(23)中，水煤浆由进浆管(3)进入，多余的浆从回浆管(26)溢出返回贮浆罐，水煤浆的加入速度基本上与进球速度成正比例，可由落球机(11)的转速调节，移动床的下移速度决定炉的功率，负荷调节范围很宽。

在同一台锅炉中，落球机(11)、升球机(31)所组成的运球机构可以因锅炉蒸发量的大小有一套或多套，单套的蒸发量可达10吨。

上述投浆入炉过程是不用喷枪的，因此，本发明的投浆方法称为：无浆枪投浆法，这种锅炉又叫无枪水煤浆锅炉，这是本发明区别于以往用喷枪雾化的水煤浆锅炉的最鲜明特征。

落球机(11)的具体构造本申请不作公开。

升球机(31)的具体构造本申请不作公开。

锅炉本体及其各蒸发管排(8、9、19)的具体构造本申请不作公开。

为使耐火球无障碍地通过移动床，特意把移动床的各段做成向下渐扩状，燃烧室(23)的向下渐扩状最明显，安装在燃烧室(23)内的左、右侧蒸发管排(19、8)和中部蒸发管排(9)之间的耐火球下移通道也被做成这种向下渐扩状，移动床的横截面是矩形的。

在移动床冷却段(24)设有炉门和点火系统(18)。

破损的球从筛球栅(12)掉落格栅(14)，从破球出口(13)清除出去。

在这里，耐火球不单指某个耐火球，而是包括移动床内所有参与循环的耐火球。

B蓄热移动床燃烧装置的运作过程：

阅读本B节内容时，请参看图1：蓄热移动床锅炉工作流程图、图2：耐火球移动床和图3：蓄热体L，图7：蓄热移动床锅炉外形图。

蓄热体有左右两坐，分置于燃烧室(23)两侧，分别叫蓄热体R(34)和蓄热体L(35)，蓄热体中装备有瓷质蓄热单元(29)并有除灰功能，蓄热体设置有蓄热体集灰口(27)用以收集除下的灰，回收利用。

蓄热体的自除灰设置是本发明得以实现的关键之一。蓄热体集灰口(27)的位置参见图7：蓄热移动床锅炉外形图。

蓄热体的具体构造本申请不作公开。

蓄热体起蓄放热兼催化二氧化硫为三氧化硫的作用，蓄的是从燃烧室(23)出来的未被燃烧室(23)两侧的管排(8或19)吸收的烟气余热，该蓄热体升温后接着释放热量预热流经蓄热体的助燃空气，助燃空气参与燃烧室(23)中球形燃料的燃烧。

移动床的下移速度是由落球机(11)控制的，球形燃料移到移动床冷却段(24)就成了炽热的包有一层灰渣的耐火球，需要冷却回收热能才排出移动床，所以床底安排了一股冷却空气从耐火球冷却空气入口(25)吹入，上升到燃烧室(23)参与燃烧，该路空气从罗茨鼓风机送风总管上分配得来。在程控器控制下，四通换向阀(38)周期性地改变烟气和空气的流向，使一个蓄热体由蓄热转放热，另一个则由放热转蓄热。这些过程是在程控器控制下周而复始、循环不息地进行着。

蓄热移动床锅炉用罗茨鼓风机(36)鼓入助燃空气，罗茨鼓风机(36)前有空气过滤器(37)。

值得一提的是，这里的蓄热移动床燃烧装置是烧水煤浆等含有较高灰份的浆状燃料的，这类燃料含有比石油产品或天然气所含的高得多的灰份，而以往的烧水煤浆等含有较高灰份的浆状燃料的蓄热式燃烧装置未见公开。

而且，SMB锅炉运行非常可靠，因为供浆系统大大简化了：

SMB锅炉无需用到以往的喷枪雾化的水煤浆锅炉所用的那些前置稳燃室，不用耐高温的耐火材料，也不用空压机和枪前的浆泵、燃料集成箱、日用浆缸、过滤器等一系列设备，供浆系统大大简化，降低发生故障的机率。

以往用喷枪雾化的水煤浆锅炉的除灰难、锅炉效率衰减快的问题是这样解决的：

这里所指的灰是燃用浆状燃料的锅炉中粘结或沉积在对流传热段管子上的积灰，这些会恶化传热工况，降低锅炉效率。一方面，SMB锅炉以蓄热体的瓷质蓄热单元(29)替代了喷枪雾化锅炉的对流传热段管子，而蓄热体是有自除灰功能的，除灰能力比吹灰器强多了；另一方面，燃烧室(23)中球形燃料缓慢下移，比喷枪雾化燃烧方式的飞灰少得多，灰的来源少多了；使锅炉效率得以保证。

载有脱硫催化剂的瓷质蓄热单元(29)在蓄热体内把烟气中的二氧化硫转化为三氧化硫，再经引风机(41)送到吸收浓缩塔(39)浓缩为有价值的硫酸。吸收浓缩塔(39)有硫酸循环泵(40)打硫酸上塔顶淋洗吸收三氧化硫。

这种脱硫所得的硫酸可用于制磷肥，脱硫过程不用脱硫剂，脱硫将不是用户的负担，可以化目前的消积脱硫为积极脱硫。

吸收浓缩塔(39)的具体构造本申请不作公开。

新风或烟气管口(28)是新风进口或烟气出口，蓄热体蓄热时是出烟口，放热时成了进风口。

C燃烧室(23)设置中部管排的必要性：

阅读本C节内容时，请参看图2：耐火球移动床和图6：燃烧温度在燃烧室中沿火焰流动方向的曲线图。

蓄热移动床锅炉的锅炉本体由左右汽包(21、5)，上升总管(6)，下降总管(7)，上联箱(20)，下联箱(10)，蒸发管排(8、9、19)组成。上联箱(20)，下联箱(10)，蒸发管排(8、9、19)安装在燃烧室(23)内，是锅炉的全部辐射传热面。

经左或右蓄热体预热的高温助燃空气从燃烧室(23)的左或右边横向吹过燃料层(见图1)，使燃料层在高温(一般有923K)进气的助燃下燃烧，而灰熔点一般是1573K，若不设置中部管排(9)，则需要大量的过剩空气，才能把燃烧峰值温度控制在灰熔点(1573K)以下，这样，鼓、引风机要配得比其他锅炉大很多，将会浪费很多电能。设计本发明的锅炉时，在燃烧室(23)设置若干组中部管排(9)，使即将达到灰熔点温度的火焰及时得到中部管排的冷却，燃烧温度在燃烧室(23)中沿火焰流动的方向的曲线图如图6一样，此图是在燃烧室(23)设置了两组中部管排的例子，可以看到温度曲线呈梯级形，且每一个燃烧峰值温度都处在火焰到达管排边上处，都低于灰熔点。

D耐火球(1)载体的冷却磨灰：

阅读本D节内容时，请参看图2：耐火球移动床、图4：升球机布置及其排灰口位置图和图5：升球机及其排灰口位置示意图。

这里的耐火球只是一种载体，一种在燃烧室(23)和浆砚(2)间循环不息地运载浆状燃料的载体，从燃烧室(23)下来的耐火球带有的热量要回收，表面的燃料燃尽后的灰壳要除去，所以从落球机(11)下方鼓入耐火球冷却空气(25)用以冷却下移的耐火球，耐火球上的灰壳则在经升球机(31)向浆砚(2)输送过程中被磨掉，磨下的灰从升球机(31)下的升球机出灰口(30)排出集中利用，从而避免灰的累积使燃烧室(23)里球间过流间隙被堵塞。从落球机(11)掉落的灰则经螺旋排灰机(16)从落球机出灰口(15)排出集中利用。

因水煤浆的水份蒸发时会在预热段(22)的顶部产生蒸汽，这里用下述方法回收水煤浆的水份蒸发热。

蒸发量4吨以上的锅炉的耐火球冷却空气，为了回收水煤浆的水份蒸发热，先经翅片式空气预热器(45)预热后，再从移动床下部的耐火球冷却空气入口(25)吹入。

综上所述，可以知道SMB锅炉具备下面四个能提高锅炉效率的优点：

1、SMB锅炉能给浆状燃料一个小时以上的停留时间，残碳非常少。

2、不用前置稳燃室，没有这个散热损失。

3、也不用集渣水坑，也没有这个吸热损失。

4、由于蓄热体的能保持清洁，能高效吸放热，可以让排烟温度保持较低，保持锅炉效率不衰减。

5、蒸发量4吨以上的锅炉的耐火球冷却空气，可以回收水煤浆的水份蒸发热。

上述五点使锅炉效率得以充份提高。

SMB锅炉更可代替燃煤锅炉：

SMB锅炉更可替代目前各种工业燃煤锅炉，并将获得良好的环境效益和经济效益，从下述一些业内人士所公认的事实我们不难理解：

传统的工业锅炉因为烟气流道有一大段昏暗的对流传热段，煤烟或飞碳到此将熄灭，变成黑烟排出，黑烟里含大量的多环芳烃(POM)，多环芳烃(POM)是一类有致癌公害的排放物，还有产生酸雨和损害呼吸系统的SO₂。这是因为本SMB锅炉的燃烧室(23)就是一个很稳的稳燃室，且氧浓度在10％以上，保证火焰一值延伸到蓄热体上部，飞碳在火焰区有足够长的停留时间，能燃尽黑烟。

附图说明：

见说明书附图1、2、3、4、5、6、7。

图1为蓄热移动床锅炉工作流程图，图2为耐火球移动床(图1中的33)，图3为蓄热体L(图1中的34)，图4为升球机布置及其排灰口位置图(图1的1——1剖面左视图)，图5为升球机及其排灰口位置示意图(图1是正立面此图是背立面)，图6为燃烧温度在燃烧室中沿火焰流动方向的曲线图，图7为蓄热移动床锅炉外形图。

上述各图中，1是耐火球，2是浆砚，3是进浆管，4是耐火球入口，5是右汽包，6是上升管，7是下降管，8是右侧蒸发管排，9是中部蒸发管排，10是下联箱，11是落球机，12是筛球栅，13是破球出口，14是格栅，15是落球机出灰口，16是螺旋排灰机，17是斜道，18是炉门和点火系统，19是左侧蒸发管排，20是上联箱，21是左汽包，22是预热段，23是燃烧室，24是冷却段，25是耐火球冷却空气入口，26是回浆管，27是蓄热体集灰口，28是新风或烟气管口，29是瓷质蓄热单元，30是升球机出灰口，31是升球机，32是升球管，33是耐火球移动床，34是蓄热体L，35是蓄热体R，36是罗茨鼓风机，37是空气过滤器，38是四通换向阀，39是吸收浓缩塔，40是硫酸循环泵，41是引风机，42是轻质隔热耐火砖墙，43是保温层，44是钢板炉皮，45是翅片式空气预热器。

Claims (10)

1.无枪投浆的蓄热移动床锅炉，由耐火球移动床(33)、蓄热体L(34)、蓄热体R(35)、罗茨鼓风机(36)、落球机(11)、升球机(31)、吸收浓缩塔(45)等组成。这样的锅炉不需要使用喷枪就可燃用高低含硫量和高低含灰量的浆状燃料，它以耐火球粘浆入炉，耐火球是重复使用的，其循环路径是：耐火球(1)被升球机(31)提升到移动床预热段入口(4)处，经过浆砚(2)，移动床预热段(22)，燃烧室(23)、冷却段(24)，其间球形燃料完成升温、着火、燃烧完全、降温的过程；再从落球机(11)落下筛球栅(12)，滚到斜道(17)，再由升球机(31)沿升球管(32)提升到移动床预热段入口(4)处，完成一个循环。

2.权力要求1所述的无枪投浆的蓄热移动床锅炉中，其特征之一是：，这种锅炉又叫无枪水煤浆锅炉，这是本发明区别于以往用喷枪雾化的水煤浆锅炉的最鲜明特征。耐火球是重复使用的，其循环路径详情请看说明书第3～4页。

3.权力要求1所述的无枪投浆的蓄热移动床锅炉中，其特征之二是：在同一台锅炉中，落球机(11)、升球机(31)所组成的运球机构可以因锅炉蒸发量的大小有一套或多套。

4.权力要求1所述的无枪投浆的蓄热移动床锅炉中，其特征之三是：蓄热体L(34)、蓄热体R(35)底下必须有一个类似蓄热体集灰口(27)的集灰用的管或口，工作时，必有水煤浆的灰从此处排出。蓄热体集灰口(27)的位置参见图7：蓄热移动床锅炉外形图。这是本发明得以实现的关键之一。

5.权力要求1所述的无枪投浆的蓄热移动床锅炉中，其特征之四是：耐火球上的灰壳在经升球机(31)向浆砚(2)输送过程中被磨掉，磨下的灰从升球机(31)下的升球机出灰口(30)排出集中利用，从而避免灰的累积使燃烧室(23)里球间过流间隙被堵塞。这个特征归结为：升球机(31)底下必须有一个类似升球机出灰口(30)的集灰用的管或口，工作时，必有水煤浆的灰从此处排出。升球机出灰口(30)的位置参见图7：蓄热移动床锅炉外形图。这是本发明得以实现的关键之二。

6.权力要求1所述的无枪投浆的蓄热移动床锅炉中，其特征之五是：锅炉由罗茨鼓风机(36)鼓入助燃空气，助燃空气中必有一路用作耐火球冷却空气，从移动床下部的耐火球冷却空气入口(25)吹入。

7.权力要求1所述的无枪投浆的蓄热移动床锅炉中，其特征之六是：必须在燃烧室(23)设置若干组中部管排(9)，使即将达到灰熔点温度的火焰及时得到中部管排的冷却。

8.权力要求1所述的无枪投浆的蓄热移动床锅炉中，其特征之七是：为使耐火球无障碍地通过移动床，特意把移动床的各段做成向下渐扩状，燃烧室(23)的向下渐扩状最明显，安装在燃烧室(23)内的蒸发管排(8、9、19)之间的耐火球下移通道也被做成这种向下渐扩状，移动床的横截面是矩形的。

9.权力要求1所述的无枪投浆的蓄热移动床锅炉中，其特征之八是：载有脱硫催化剂的瓷质蓄热单元(29)在蓄热体内把烟气中的二氧化硫转化为三氧化硫，再到吸收浓缩塔(39)浓缩为有价值的硫酸。

10.权力要求1所述的无枪投浆的蓄热移动床锅炉中，蒸发量4吨以上的锅炉的耐火球冷却空气，为了回收水煤浆的水份蒸发热，先经翅片式空气预热器预热后，再从移动床下部的耐火球冷却空气入口(25)吹入。

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