CN101929669B

CN101929669B - 一种立式工业煤粉锅炉系统

Info

Publication number: CN101929669B
Application number: CN2010102682420A
Authority: CN
Inventors: 王树众; 吴志强; 陈林; 罗明
Original assignee: Xian Jiaotong University
Current assignee: Xian Jiaotong University
Priority date: 2010-08-31
Filing date: 2010-08-31
Publication date: 2012-07-18
Anticipated expiration: 2030-08-31
Also published as: CN101929669A

Abstract

本发明公开一种立式工业煤粉锅炉系统，包括炉前制粉装置，炉前制粉装置通过燃烧器连接煤粉锅炉本体，煤粉锅炉本体通过烟气处理装置与烟囱相连，其特征在于，所述煤粉锅炉本体包括水平烟道、分别连通水平烟道两端的炉膛、竖烟井，三者采用立式“∏”形布置，炉膛由膜式水冷壁组成，炉膛连通出水平烟道处设置有用于防止高温烟气结渣的凝渣管束，凝渣管束后的水平烟道中依次布置过热器、对流管束，对流管束连接位于水平烟道外上、下侧的上、下锅筒，竖烟井内从上至下依次布置省煤器以及空气预热器，竖烟井下部通过连接烟道与烟气处理装置相连。本发明具有集成化程度高、占地面积小、燃烧效率高；节能与环保，有着十分广阔的市场应用前景。

Description

一种立式工业煤粉锅炉系统

技术领域

本发明属于燃煤工业锅炉领域，特别涉及一种立式煤工业粉锅炉系统。

背景技术

工业锅炉是国民经济生活中的重要设备，使用广泛，需求数量巨大。目前，国内在用工业锅炉有58多万台，其中，燃煤锅炉约48万台，占工业锅炉总容量的83％左右，每年消耗原煤约6亿吨左右。

国内燃煤工业锅炉设计效率为72％-80％，接近国际水平，但其运行效率平均在60％-65％，比国外先进水平低15-20个百分点。工业锅炉热效率低下不但增加了能源消耗，而且造成环境的严重污染。我国工业锅炉每年排放烟尘约200万吨，二氧化硫约700万吨，工业锅炉能源消耗和污染排放均居全国工业行业第二，是仅次于火电厂的第二大煤烟型污染源。燃煤工业锅炉改造已被国家发展改革委员会列为“十一五”十大重点节能改造工程的首位。

我国是一个以煤为主要能源的国家，在未来相当长的一段时问内，燃煤工业锅炉仍将是我国工业锅炉的主导产品，且以中大容量(单台蒸发量≥10t)居多。采用清洁燃料和洁净燃烧技术的高效、节能、低污染工业锅炉将是产品发展的趋势。煤粉炉是大型电站锅炉应用的主要技术，其与链条炉相比具有热效率高、煤质适应性广，易于自动化的优点，且可以采用高效的脱硫除尘和NO_x控制技术，实现高效洁净燃烧的目的(相对传统工业锅炉而言)，因此工业锅炉采用煤粉燃烧具有很大的开发潜力。

目前煤炭科学总院北京煤化工分院成功设计开发并建造了卧式煤粉工业锅炉系统，国内有山东泰安泰山锅炉有限公司、山东华源锅炉有限公司及山东沂水县蓝天环保节能设备有限公司等采用。该技术开发设计的相关产品多采用集中供粉式锅炉系统。

该锅炉系统参考了国外燃油燃气锅炉的设计思路采用卧式内燃，具有节能效果显著、环境友好等优点。据煤炭科学院介绍该锅炉采用炉内脱硫或尾部干法脱硫、布袋除尘等措施，二氧化硫、烟尘排放浓度低于燃煤电站锅炉排放标准。

但是上述卧式工业煤粉锅炉仍存在一定的不足：

1)该锅炉系统主要采用集中式供粉，要求采用该锅炉系统的单位附近必须有可靠而稳定的煤粉来源，其推广在很大程度上受制于煤粉加工厂。

2)如该系统采用炉前制粉设备，则所需的炉前制粉设备造价过高。

3)该锅炉采用卧式内燃，燃烧并不十分均匀，在前后烟室常存在一定的热偏差，且因炉膛空间有限，不利于低NO_x燃烧技术的应用。

4)在烟气处理环节采用干式除尘和干式脱硫需要两套独立的装置使得系统相对复杂，而采用炉内脱硫则使得煤粉制造成本提高。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有卧式锅炉系统所存在的不足，提供一种新型的立式工业煤粉锅炉系统。

为了达到上述目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种立式工业煤粉锅炉系统，包括炉前制粉装置，炉前制粉装置通过燃烧器连接煤粉锅炉本体，煤粉锅炉本体通过烟气处理装置与烟囱相连，其特征在于，所述煤粉锅炉本体包括水平烟道、分别连通水平烟道两端的炉膛、竖烟井，三者采用立式“∏”形布置，炉膛由膜式水冷壁组成，炉膛连通出水平烟道处设置有用于防止高温烟气结渣的凝渣管束，凝渣管束后的水平烟道中依次布置过热器、对流管束，对流管束连接位于水平烟道外上、下侧的上、下锅筒，竖烟井内从上至下依次布置省煤器以及空气预热器，竖烟井下部通过连接烟道与烟气处理装置相连，烟气处理装置由旋风水膜脱硫除尘器和引风机构成；在上锅筒与旋风水膜脱硫除尘器之间增设有排污水装置，包括连接上锅筒与连续排污扩容器的主调节阀，连接连续排污扩容器和旋风水膜脱硫除尘器的副调节阀，其中，副调节阀与旋风水膜脱硫除尘器的连接管路之间还串接有压力表及转子流量计。

所述炉前制粉装置由高压悬辊磨和螺旋给煤机构成。

所述燃烧器根据锅炉蒸发量的不同采用旋流燃烧器前墙布置或前后墙对冲布置。

本发明与卧式工业煤粉锅炉相比具有以下几点优势：

1、立式煤粉锅炉的水冷壁采用膜式结构，膜式水冷壁对炉墙的保护作用比较好，炉墙只需用保温材料，而不用耐火材料，使炉墙厚度、重量都大为减小的同时水冷壁的金属消耗量也增加不多。煤粉锅炉采用立式“∏”形布置，整体密封效果较好，热效率相对较高，运行维护成本也就相对较低。此外，膜式水冷壁还具有气密性好、漏风量少不易结渣和由制造厂焊成组件出厂，具有安装快速方便等优点。

2、立式煤粉锅炉锅筒的中心标高较高，锅炉水循环压差相对较大，水循环安全性相对较高。

3、卧式煤粉锅炉中烟气为水平流动，易出现烟气在锅炉高度方向上的偏流，从而影响换热效果；此外烟气中烟尘浓度纵向分布不均匀，烟尘对受热面上部和下部的冲刷不一样，下部的积灰较多，上部的积灰较少，并且随着运行时间的增加，如清灰不及时或不得当，上下部传热效果不一样，会影响锅炉的运行及使用寿命。而本发明可以合理组织烟气动力场，使烟气流平稳均匀，从而在确保传热效果的同时达到锅炉安全、稳定运行的目的；

4、立式煤粉锅炉有利于空气分级燃烧技术的运用，可以有效降低氮氧化物的排放。

进一步的，本发明炉前制粉系统采用高压悬辊磨配以螺旋给煤粉机，具有整机占地面积小耗能低的特点。烟气处理选择旋风水膜脱硫除尘器为脱硫除尘一体化装置，具有初期投资低、运行费用低、结构紧凑和占地面积小等优点。

综上，本发明煤粉工业锅炉系统具有集成化程度高、占地面积小、燃烧效率高；采用旋流燃烧器结合空气分级燃烧技术可以有效控制NO_x的排放，而旋风水膜脱硫除尘器能高效的将烟气中的粉尘和硫氧化物脱除，达到了节能与环保的双重效果，符合国家政策要求也满足市场需要，有着十分广阔的市场应用前景。

附图说明

以下结合附图及具体实施方式对本发明做进一步的详细描述。

图1为本发明系统结构示意图。

图2为图1水路结构示意图。

图3为图1系统增加的排污水装置结构示意图。

图1-图3中：1-高压悬辊磨；2-螺旋给煤机；3-燃烧器；4-炉膛；5-连接烟道；6-旋风水膜脱硫除尘器；7-引风机；8-烟囱；9-上锅筒；10-膜式水冷壁；11-凝渣管束；12-排渣器；13-过热器；14-下锅筒；15-对流管束；16-水平烟道；17-竖烟井；18-省煤器；19-空气预热器；20-出灰口；21-主调节阀；22-连续排污扩容器；23-副调节阀；24-压力表；25-转子流量计。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种立式工业煤粉锅炉系统，包括炉前制粉装置、煤粉锅炉本体、烟气处理装置和烟囱8。炉前制粉装置由高压悬辊磨1和螺旋给煤机2构成；烟气处理装置由旋风水膜脱硫除尘器6和引风机7构成。煤块运至锅炉房后由高压悬辊磨1进行进一步粉碎以满足煤粉锅炉燃烧之需，合格煤粉随气流进入螺旋给煤机2输送至带有送风机的燃烧器3，进入锅炉本体燃烧。

锅炉本体包括炉膛4、水平烟道16、竖烟井17，三者采用立式“∏”形布置，炉膛4由密封良好的膜式水冷壁10组成，燃烧器3根据锅炉蒸发量的不同可采用旋流燃烧器前墙布置或前后墙对冲布置。炉膛连通出水平烟道16处设置有用于防止高温烟气结渣的凝渣管束11，凝渣管束后布置过热器13，过热器进口连接上锅筒9，出口为设计所需工质(高温蒸汽)；过热器13后布置对流管束15，对流管束连接位于水平烟道外部上、下侧的上、下锅筒9、14，竖烟井17内从上至下依次布置省煤器18以及空气预热器19。

空气预热器19通过热风管道连通燃烧器3进一步利用烟气热量产生热空气用于辅助燃烧。

煤粉在炉膛4中燃烧后生成高温烟气，并放出大量的热量与膜式水冷壁10进行热交换，高温烟气经水平烟道16依次与过热器13、对流管束15再次进行热交换，温度降低后，又依次与竖烟井17中的省煤器18、空气预热器19进行第三次热交换，烟气最终通过连接烟道5进入旋风水膜脱硫除尘器6，与其中的脱硫剂发生一系列的物理化学反应。在脱硫除尘设备内大多硫化物和烟尘在重力和离心力的双重作用下从脱硫除尘器筒壁四周流下，经出灰口20排到沉淀池，灰水则循环使用，烟气经脱硫净化后，经引风机7进入烟囱8排入空中。

对目前现有锅炉烟气脱硫除尘一体化装置经济指标进行对比分析见表1。

表1 锅炉烟气脱硫除尘一体化装置经济指标对比

由上表可见旋风水膜除尘脱硫装置具有锅炉投资低、运行费用适中以及应用广泛等特点，故选取该装置为本设计的烟气处理设备。所用水取自锅炉排污水，此举减少了污水的排放，回收利用了资源。锅炉排污水是碱性的高温高压饱和水，一般锅炉排污水都是直接入地沟，不仅会浪费大量能量，而且会对环境造成污染。把锅炉排污水用于脱硫除尘，不仅可以利用其吸收硫氧化物和烟尘，而且可以降低污水排放对环境的污染，节约能源。

如图2所示，上下锅筒9、14及对流管束15、省煤器18、过热器13的水路系统为：给水经省煤器18预热后至上锅筒9，经对流管束15被水平烟道中的烟气再加热后进入至下锅筒14，然后经管道连接至膜式水冷壁10与炉膛4中的烟气换热后送至上锅筒9，热水在上锅筒9中大部分被分离到过热器13，经过热器13与水平烟道中的烟气再次热交换，最后输出高温蒸汽给用户。

实施例2

如图3所示，在上锅筒9与旋风水膜脱硫除尘器6之间增设有排污水装置，使得上锅筒9排污水经排污水装置减压后引入水膜脱硫除尘器6，此举减少了污水的排放，回收利用了资源。

排污水装置包括主、副调节阀21、23，连续排污扩容器22，压力表24，转子流量计25。主调节阀21连接在上锅筒9与连续排污扩容器22之间的管路中，副调节阀23、压力表24、转子流量计25连接在排污扩容器22与旋风水膜脱硫除尘器6之间的管路中。

本实施例可有效利用锅炉排污水，锅炉排污水主要为来自锅炉上锅筒中的碱性废水，这部分水占锅炉总蒸发量的1％-5％左右，其中一般锅炉连续排污水的PH值在11～14之间。水中的碱度常以钾、钠、镁的化合物、重碳酸化合物和磷酸等形式存在，就氢氧化物碱度和碳酸盐碱度来讲，它和SO_x会有如下反应：

SO₂+NaOH→NaHSO₃

SO₂+2NaOH→Na₂SO₃+H₂O

SO₂+2Na₂CO₃→Na₂SO₃+CO₂

SO₃+NaOH→NaHSO₄

SO₃+2NaOH→Na₂SO₄+H₂O

SO₃+Na₂SO₃→Na₂SO₄+H₂O

烟气中的NO_x主要为NO和NO₂，与烟道中的氧气和水蒸气生成HNO₂和HNO₃，它们再与碱反应生成稳定的硝酸盐。

对于一般中小型工业锅炉而言，排污水都是直排地沟，根据GB8978-1996《污水综合排放标准》中对直排污水PH为6～9的规定，若锅炉排污水的PH值过高，则会造成环境污染，同时还造成能量和资源的浪费。因此将锅炉排污水减压处理后引入脱硫除尘设备可以减少脱硫剂的使用。

Claims

1.一种立式工业煤粉锅炉系统，包括炉前制粉装置，炉前制粉装置通过燃烧器连接煤粉锅炉本体，煤粉锅炉本体通过烟气处理装置与烟囱相连，其特征在于，所述煤粉锅炉本体包括水平烟道、分别连通水平烟道两端的炉膛、竖烟井，三者采用立式“∏”形布置，炉膛由膜式水冷壁组成，炉膛连通出水平烟道处设置有用于防止高温烟气结渣的凝渣管束，凝渣管束后的水平烟道中依次布置过热器、对流管束，对流管束连接位于水平烟道外上、下侧的上、下锅筒，竖烟井内从上至下依次布置省煤器以及空气预热器，竖烟井下部通过连接烟道与烟气处理装置相连，烟气处理装置由旋风水膜脱硫除尘器和引风机构成；在上锅筒与旋风水膜脱硫除尘器之间增设有排污水装置，包括连接上锅筒与连续排污扩容器的主调节阀，连接连续排污扩容器和旋风水膜脱硫除尘器的副调节阀，其中，副调节阀与旋风水膜脱硫除尘器的连接管路之间还串接有压力表及转子流量计。

2.如权利要求1所述的立式工业煤粉锅炉系统，其特征在于，所述炉前制粉装置由高压悬辊磨和螺旋给煤机构成。

3.如权利要求2所述的立式工业煤粉锅炉系统，其特征在于，所述燃烧器根据锅炉蒸发量的不同采用旋流燃烧器前墙布置或前后墙对冲布置。