CN101949535A - 低倍率生物质循环流化床锅炉及其燃烧方法 - Google Patents

低倍率生物质循环流化床锅炉及其燃烧方法 Download PDF

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Abstract

低倍率生物质循环流化床锅炉及其燃烧方法,它涉及一种循环流化床锅炉及其燃烧方法。本发明解决了现有层燃炉和循环流化床锅炉在运行中存在的给料困难、炉排结渣、床料结焦、回火及出力下降等问题。中间风室与下部密相区的中部对应,侧风室与下部密相区之间设有侧布风板,中温汽冷旋风分离器设有在尾部竖井烟道与炉体的炉膛出口之间的连接处并与二者分别连通,中温汽冷旋风分离器通过返料器与下部密相区连通。方法采用负压给料方式,下部密相区的高速区的流化风速为4~5m/s,低速区的流化风速为1.5~2.0m/s,下部密相区温度在650~780℃以内,物料循环倍率为10以下。本发明适用于电厂用生物质循环流化床锅炉。

Description

低倍率生物质循环流化床锅炉及其燃烧方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种循环流化床锅炉及其燃烧方法,特别涉及一种燃烧生物质燃料的 低倍率循环流化床锅炉及其燃烧方法。
背景技术
[0002] 我国《可再生能源中长期发展规划》提出,到2020年生物质发电装机容量达到 2400万千瓦,未来的十年是生物质直燃发电产业快速发展时期,大规模利用农作物秸杆的 发电产业将会得到蓬勃发展。
[0003] 国内目前生物质发电锅炉的主要炉型有丹麦进口的水冷振动炉排炉和国产水冷 振动炉排炉、链条炉排炉、往复炉排炉(它们统称层燃锅炉)及循环流化床锅炉。
[0004] 层燃锅炉结构简单、操作方便、运行费用相对较低。但由于生物质挥发份高达 70-80%,在层燃炉排上的燃烧份额大约只有30%-50%,其余以半悬浮状态和气态燃烧, 炉排表面火焰温度维持在1100〜1300°C,由于生物质灰熔点一般只有900-1100°C,所以在 炉排表面结渣时有发生,同时因高温燃烧导致燃料中的碱金属及氯元素大部分进入气相, 部分碱金属直接形成碱盐蒸汽,通过气相、气固相的复杂化学过程形成低熔点的复杂化合 物,并在高温下呈熔融或部分熔融的形式进入上部炉膛以及炉膛出口的尾部受热面,导致 炉膛水冷壁严重结渣,炉内过热器严重结灰以及尾部受热面严重积灰、腐蚀问题。由于炉排 炉对燃料变动的适应性较差,对水分超过30%的燃料就更差,一旦燃料的物理、化学特性发 生改变,很容易造成燃烧效率降低和碱金属问题恶化。国内生物质燃料具有多样性和复杂 性,生物质电厂的燃料种类在各个季节差异很大,甚至同时混用多种燃料,各种燃料间的密 度、体积、水分等性质差别非常大,层状燃烧的炉排炉已难适应。
[0005] 采用循环流化床燃烧生物质,由于炉内灰浓度较高,给料点通常为微正压,很容易 出现回火现象,曾出现过因回火将给料系统严重烧毁的实例,因此存在给料困难及安全隐患。 实际应用中采取两项措施解决这一问题,一是加大炉膛出口负压,使得给料点微负压,相当于 提高引风机阻力,增加引风机电耗;二是降低炉内灰浓度(即减少循环灰量),在炉膛出口负 压增加不多的情况下,使得给料点微负压,这样导致炉内传热系数下降,锅炉出力下降。实际 应用中因引风机功率已定,所以通常采用后者,导致锅炉最大出力只有设计值的80%。此外 运行中还发现,采用高温绝热分离器时,发现分离器内结焦,即分离器内出现再燃现象,这在 燃煤循环流化床来说是正常现象,因为即使再燃也不会出现结焦问题(因为煤的灰熔点高), 但对燃烧生物质来说,情况完全不同,因为生物质灰熔点低,很容易造成分离器内结焦。某电 厂循环流化床锅炉经常发生高温分离器内结焦,为了解决这一问题,不得不增加燃烧风量,使 得炉膛出口氧量达到7-8%,保证烟气携带的飞灰进分离器之前就燃烧完全,否则分离器和 回料阀内就会结焦。这样增加锅炉排烟损失,降低锅炉热效率和发电效率。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提供一种低倍率生物质循环流化床锅炉及其燃烧方法,用以解决上述现有层燃炉和循环流化床锅炉在运行中存在的给料困难、炉排上结渣、床料结焦、回火 及出力下降等问题。本发明所述的“低倍率”是指循环倍率小于或等于10,循环倍率是指由 分离器捕捉下来且返回炉内的物料量与燃料量之比。
[0007] 本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:
[0008] 第一种方案:本发明所述的低倍率生物质循环流化床锅炉炉体和尾部竖井烟道、 省煤器、空气预热器、炉门、埋管、生物质燃料给料口、二次风风口、床料加料管、锅筒、吹灰 器、中温汽冷旋风分离器、返料器、第一级减温器和第二级减温器,所述锅炉还包括中间风 室、侧风室、中间布风板、侧布风板、排渣管、播料风口、顶部中温屏式过热器、高温对流过热 器和低温对流过热器;所述炉体的四周为膜式水冷壁,所述炉体由从上至下依次连通的上 部炉体、过渡段和下部炉体构成,上部炉体的炉膛为上部稀相区,下部炉体的炉膛为下部密 相区;中间风室和侧风室均设置在下部炉体的下方,中间风室与下部密相区的中部对应且 在二者之间水平设置有中间布风板,中间风室的前方和后方各设有侧风室,侧风室与下部 密相区之间设有侧布风板,侧布风板的外端高于内端且侧布风板的内端与中间布风板连 接,侧布风板与水平面之间的夹角为5°〜30° ;上部稀相区的炉膛横截面积大于下部密 相区的炉膛横截面积;上部炉体的下端两侧设有生物质燃料给料口,每个生物质燃料给料 口的下方均设有一个播料风口,炉门设置在下部炉体的侧壁上,下部炉体内在前后墙位置 处分别布置有埋管,且埋管位于播料风口与炉门之间;上部炉体的下端侧壁上设有床料加 料管、二次风风口,且二次风风口位于床料加料管与生物质燃料给料口之间;排渣管的一端 插装在中间布风板上并与下部密相区连通,排渣管的另一端露在中间风室之外;尾部竖井 烟道与炉体的上端顶部及侧壁相连通,中温汽冷旋风分离器设在尾部竖井烟道与炉体的炉 膛出口之间的连接处并与二者分别连通;中温汽冷旋风分离器通过返料器与下部密相区连 通;尾部竖井烟道的下端内设置有空气预热器;所述省煤器设置在尾部竖井烟道内,且所 述省煤器位于空气预热器的上方;在炉体的上端侧壁以及尾部竖井烟道的上端侧壁均设置 有吹灰器;锅筒设置在炉体的上方;所述第一级减温器布置在靠近尾部竖井烟道的上部外 侧壁的位置处,所述第二级减温器布置在高温过热器上方的位置处;所述顶部中温屏式过 热器、高温对流过热器依次设置在炉体的上端内,且高温对流过热器靠近旋风分离器;低温 对流过热器设置在尾部竖井烟道的上端内。
[0009] 第二种方案:本发明所述的低倍率生物质循环流化床锅炉包括炉体和尾部竖井烟 道、省煤器、空气预热器、炉门、埋管、生物质燃料给料口、二次风风口、床料加料管、锅筒、吹 灰器、中温汽冷旋风分离器、返料器和减温器(喷水或面式减温器),所述锅炉还包括中间 风室、侧风室、中间布风板、侧布风板、排渣管、播料风口、高温对流过热器和低温对流过热 器;所述炉体的四周为膜式水冷壁,所述炉体由从上至下依次连通的上部炉体、过渡段和下 部炉体构成,上部炉体的炉膛为上部稀相区,下部炉体的炉膛为下部密相区;中间风室和侧 风室均设置在下部炉体的下方,中间风室与下部密相区的中部对应且在二者之间水平设置 有中间布风板,中间风室的前方和后方各设有侧风室,侧风室与下部密相区之间设有侧布 风板,侧布风板的外端高于内端且侧布风板的内端与中间布风板连接,侧布风板与水平面 之间的夹角为5°〜30° ;上部稀相区的炉膛横截面积大于下部密相区的炉膛横截面积; 上部炉体的下端两侧设有生物质燃料给料口,每个生物质燃料给料口的下方均设有一个播 料风口,炉门设置在下部炉体的侧壁上,下部炉体内在前后墙位置处分别布置有埋管,且埋管位于播料风口与炉门之间;上部炉体的下端侧壁上设有床料加料管、二次风风口,且二次 风风口位于床料加料管与生物质燃料给料口之间;排渣管的一端插装在中间布风板上并与 下部密相区连通,排渣管的另一端露在中间风室之外;尾部竖井烟道与炉体的上端侧壁相 连通,中温汽冷旋风分离器设有在尾部竖井烟道与炉体的炉膛出口之间的连接处并与二者 分别连通;中温汽冷旋风分离器通过返料器与下部密相区连通;尾部竖井烟道的下端内设 置有空气预热器;所述省煤器设置在尾部竖井烟道内,且所述省煤器位于空气预热器的上 方;在炉体的上端侧壁以及尾部竖井烟道的上端侧壁均设置有吹灰器;锅筒设置在炉体的 上方;所述减温器布置在低温过热器上方的位置处;所述低温对流过热器设置在炉体的上 端内且靠近旋风分离器,所述高温对流过热器设置在尾部竖井烟道的上端内。
[0010] 利用上述方案一或方案二所述的低倍率生物质循环流化床锅炉燃烧生物质燃料 的燃烧方法按照以下步骤实现的:
[0011] 步骤一、从床料加料管向炉体的炉膛内添加平均粒径为0. 6〜0. 8mm的床料;
[0012] 步骤二、采用负压给料方式:生物质燃料通过给料机送到生物质燃料给料口,生物 质燃料靠自重和炉内负压吸入炉膛,在生物质燃料给料口下方的播料风的作用下,较重的 生物质燃料在下落过程中受到播料风吹扫,被分散到下部密相区燃烧,细屑被烟气吹到上 部稀相区燃烧;
[0013] 步骤三、采用大炉膛截面积,使得上部稀相区内的截面烟气速度为2〜3m/s ;
[0014] 步骤四、采用二级送风:一次风经高温空气预热器预热后进入中间风室,经中间布 风板进入下部密相区的中间部位(高速区)并控制流化风速为4〜5m/s ;二次风经低温空 气预热器预热后,一部分进入两侧风室,经侧布风板进入下部密相区的前后两侧(低速区) 并控制流化风速为1. 5〜2. Om/s ;另一部分由二次风风口进入炉膛参与燃烧。
[0015] 步骤五、通过倾斜设置的侧布风板来阻止少量混在生物质燃料中不可燃物滞留在 两侧的低速区,由于中间布风板上的流化速度高于两侧布风板上的流化速度,形成的密度 差使床料从两侧向中间流动(如图1所示),使得大块不燃物向中间布风板移动,进而通过 排渣口排出炉外;
[0016] 步骤六、额定负荷下设计炉内烟气停留时间为8〜IOs ;
[0017] 步骤七、在下部密相区两侧低速区布置埋管,控制下部密相区温度在650〜780V 以内,在上部稀相区四周布置大量膜式水冷壁,控制上部稀相区内的最高温度在850°C以 内,并控制炉膛出口温度在800°C以内;
[0018] 步骤八、通过中温汽冷旋风分离器将烟气中携带的颗粒分离后通过返料器返回炉 膛下部密相区内,以回收床料及少量未燃尽碳,分离后的烟气进入尾部烟道;并控制床料 (物料)循环倍率为10以下。
[0019] 本发明具有以下有益效果:
[0020] 本发明的具体优点表现在以下几个方面:(1)锅炉燃料采用负压给料方式,燃料 在自重和炉内负压的共同作用下进入炉内,有效解决多种燃料给料堵塞问题,彻底解决正 压给料可能带来的安全隐患。(2)通过布置密相区受热面可控制密相区在650-780°C温区 内,解决床料结焦问题。(3)采用大截面炉膛、给料区大水冷度以及二次风控制炉膛燃烧温 度在750-850°C温区内。(4)炉膛截面积大,烟速低,燃料燃烧停留时间延长至8-lOs,提高 燃烧效率,同时因烟速低,物料携带量少,减少了床料添加量。(5)鼓风机压头低于一般燃生
7物质循环流化床,减少自身电耗。(6)采用中温汽冷旋风分离器,分离器及回料阀内不会结 焦。(7)炉内燃烧温度低,碱金属及Cl析出少,因而积灰少,腐蚀轻。
[0021] 本发明的具体做法是在密相区布置埋管受热面,控制密相区温度在650-780°C, 确保密相区不会结焦;稀相区采用大截面、高水冷度,强化辐射换热,确保稀相区最高温度 在850°C以内,炉膛出口温度为750-800°C,同时稀相区截面烟速为2. 0-3. Om/s,烟气在炉 内停留时间达到8-10秒,确保生物质在炉内燃尽;采用中温高效汽冷旋风分离器,目的是 解决分离器内结焦问题,同时将烟气携带的物料分离回送炉膛,减少炉内床料添加量;采用 负压给料方式,是为了解决给料点回火问题,保证燃料顺畅入炉。采用低倍率循环流化床 的理由是:生物质不含硫或含硫极低、易燃尽,采用高循环倍率没有必要,因为高倍率是为 了解决脱硫和燃尽的问题。本锅炉生物质通过负压给料方式送入炉膛中部密相区,该密相 区内流化风速为4. 0-5. Om/s,与循环流化床相同,有利于生物质与床料充分混合,燃烧产生 的热量在两侧的低速区与埋管换热,低速区流化风速只有1. 5-2. Om/s,所以埋管的磨损很 轻(埋管防磨鳍片采用耐高温耐磨合金材料,防磨时间达到3万小时,满足一个大修期的需 要)。由于稀相区炉膛截面烟气速度只有2. 0-3. Om/s,所以离开炉膛的烟气仅夹带少量物 料颗粒,经过中温高效旋风分离器之后,绝大部分固体物料被旋风分离器分离下来,经返料 器返回炉膛,这样可大幅度减少床料的添加量。综上所述,低倍率循环流化床采用负压给料 方式,解决给料难题,消除火灾隐患。密相区温度控制在650-780°C以内,解决床料结焦问 题。炉膛出口严格控制在800°C以内,控制过热器积灰和腐蚀。
附图说明
[0022] 图1是本发明的整体结构示意图(为高温高压低倍率生物质循环流化床锅炉的示 意图,图中箭头表示床料的循环流动),图2是图1中的A-A剖视图(图中空心箭头表示烟 气的走向),图3是本发明的整体结构示意图(为中温中压或次高温次高压低倍率生物质循 环流化床锅炉的示意图)。
具体实施方式
[0023] 具体实施方式一:如图1〜2所示,本实施方式所述低倍率生物质循环流化床锅炉 包括炉体10和尾部竖井烟道24、省煤器17、空气预热器18、炉门3、埋管5、生物质燃料给 料口 7、二次风风口 8、床料加料管23、锅筒13、吹灰器14、中温汽冷旋风分离器15、返料器 19、第一级减温器20和第二级减温器21,所述锅炉还包括中间风室1、侧风室2、中间布风板
1-1、侧布风板2-1、排渣管22、播料风口 6、顶部中温屏式过热器11、高温对流过热器12和 低温对流过热器16 ;所述炉体10的四周为膜式水冷壁,所述炉体10由从上至下依次连通 的上部炉体10-1、过渡段10-2和下部炉体10-3构成,上部炉体10-1为炉膛上部稀相区9, 下部炉体10-3为下部密相区4 ;中间风室1和侧风室2均设置在下部炉体10-3的下方,中 间风室1与下部密相区4的中部对应且在二者之间水平设置有中间布风板1-1,中间风室1 的前方和后方各设有侧风室2,侧风室2与下部密相区4之间设有侧布风板2-1,侧布风板
2-1的外端高于内端且侧布风板2-1的内端与中间布风板1-1连接,侧布风板2-1与水平面 之间的夹角α为5°〜30° ;上部稀相区9的炉膛横截面积大于下部密相区4的炉膛横截 面积;上部炉体10-1的下端两侧设有生物质燃料给料口 7,每个生物质燃料给料口 7的下方均设有一个播料风口 6,炉门3设置在下部炉体10-3的侧壁上,下部炉体10-3内在前后 墙位置处分别布置有埋管5,且埋管5位于播料风口 6与炉门3之间;上部炉体10-1的下 端侧壁上设有床料加料管23、二次风风口 8,且二次风风口 8位于床料加料管23与生物质 燃料给料口 7之间;排渣管22的一端插装在中间布风板1-1上并与下部密相区4连通,排 渣管22的另一端露在中间风室1之外;尾部竖井烟道24与炉体10的上端顶部及侧壁相连 通,中温汽冷旋风分离器15设在尾部竖井烟道24与炉体10的炉膛出口之间的连接处并与 二者分别连通;中温汽冷旋风分离器15通过返料器19与下部密相区4连通;尾部竖井烟道 24的下端内设置有空气预热器18 ;所述省煤器17设置在尾部竖井烟道24内,且所述省煤 器17位于空气预热器18的上方;在炉体10的上端侧壁以及尾部竖井烟道24的上端侧壁 均设置有吹灰器14 ;锅筒13设置在炉体10的上方;所述第一级减温器20布置在靠近尾部 竖井烟道24的上部外侧壁的位置处,所述第二级减温器21布置在高温过热器12上方的位 置处;所述顶部中温屏式过热器11、高温对流过热器12依次设置在炉体10的上端内,且高 温对流过热器12靠近旋风分离器15 ;低温对流过热器16设置在尾部竖井烟道24的上端 内。
[0024] 本实施方式所述空气预热器18分为高温段18-1和低温段18-2。高温段18_1为 一次风预热段,低温段18-2为二次风预热段。
[0025] 采用脉冲(燃气或压缩空气)吹灰,控制过热器、省煤器及空气预热器积灰。
[0026] 本实施方式所述中温汽冷旋风分离器15为现有技术(已在专利申请号: 200910308124. 5 “循环流化床带加速段的水冷或汽冷高温卧式旋风分离器”中披露)。
[0027] 本实施方式所述的低倍率生物质循环流化床锅炉是高温高压低倍率生物质循环 流化床锅炉。所述“高温高压”是指蒸汽出口压力9.810^、蒸汽出口温度5401:。
[0028] 本实施方式是这样进行的,生物质通过给料机送到进料口 7,靠自重和炉内负压 吸入炉膛,进料口下方设有播料风口 6,较重的物料在下落过程中受到播料风吹扫,被分散 到下部密相区燃烧,细屑被烟气吹到上部稀相区燃烧。由于稀相区截面速度只有2〜3m/ s,所以,绝大部分物料进入下部密相区燃烧。燃料从锅炉两侧进料口送到密相区中间的高 速区(无埋管,流化风速为4〜5m/s),有利于燃料与床料迅速混合,燃烧释放出的热量与 布置在前后墙低速区(流化风速为1. 5-2. Om/s)的埋管5进行热交换,控制密相区温度在 650-780°C以内,从而彻底解决密相区结焦问题。采用大截面炉膛、四周膜式水冷壁能够迅 速降低炉膛上部稀相区温度,控制稀相区最高温度在850°C以内,并控制炉膛出口温度在 800°C以内。由于截面速度低,只能带出较细的床料,因而烟气携带物料量少,通过布置在高 温过热器12后面的高效汽冷旋风分离器15,将烟气中携带的颗粒分离后通过返料器19返 回炉膛下部密相区4,减少床料的飞失。分离器的设置主要是考虑回收床料及少量未燃尽 碳,分离后的烟气进入尾部烟道。
[0029] 燃烧系统采用二级配风,一次风经空气预热器18-1预热后进入中间风室1,经过 布风板上的风帽进入中间密相区,此区的流化风速为4. 0-5. Om/s,目的是让进料口落下的 生物质与床料充分混合燃烧。二次风经空气预热器18-2后一部分进入两侧风室2,经布风 板上的风帽进入两侧密相区的低速区(流化风速为1. 5-2. Om/s),另一部分进入二次风管8 进入炉膛参与燃烧。风室2的布风板2-1与水平夹角为5°〜30°,目的是阻止少量混在 生物质中不可燃物(如砖头、石子及瓦块)滞留在两侧的低速区。由于中间布风板1-1上的流化风速高于两侧布风板2-1上的流化风速,所以,两侧布风板上的床料的表观密度高 于中间布风板上的床料的表观密度,从而形成密度差,导致床料从两侧向中间循环(如图1 所示),使得不可燃物在床料内循环作用下进入中间布风板,通过排渣管22排出炉外。
[0030] 中温屏式过热器11布置在炉膛出口顶部接受炉膛的辐射热,高温对流过热器12 布置在中温屏式过热器11之后,中温汽冷旋风分离器15位于高温过热器出口和尾部竖井 烟道之间,旋风分离器下的返料器19将分离下来的物料送回炉膛下部密相区4。尾部竖井 烟道内依次布置低温过热器16、省煤器17和空气预热器18。
[0031] 饱和蒸汽从锅筒13引入中温汽冷旋风分离器15,之后进入低温过热器16、第一级 喷水减温器20、中温屏式过热器11、第二级喷水减温器21和高温过热器12。中温屏式过热 器11、高温过热器12材料皆为TP347H,低温过热器16为蛇形管纯对流型、顺列布置,最上 面的管材采用15CrMo,下面材料为20G。省煤器17布置在低温过热器的下部区域,顺列布 置,材料为20G。
[0032] 利用本实施方式所述锅炉燃烧生物质时,一次鼓风机压头为12000Pa,二次鼓风机 压头为8000Pa,返料器19所用的流化风机由高压罗茨风机提供,压头为30000-40000Pa。
[0033] 具体实施方式二 :如图3所示,本实施方式所述低倍率生物质循环流化床锅炉取 消屏式过热器,将低温过热器16布置在炉膛出口、中温汽冷旋风分离器15之前,高温过热 器12放置在尾部竖井烟道上部,减温器25 (喷水或面式减温器)布置在低温过热器16的 上方。饱和蒸汽从锅筒13引入中温汽冷旋风分离器15,之后进入低温过热器16、减温器 25和高温对流过热器12。高温对流过热器12的材料为TP347H,低温过热器16的材料为 20g(中温中压)或20G(次高温次高压)。本实施方式所述的低倍率生物质循环流化床锅 炉是中温中压或次高温次高压低倍率生物质循环流化床锅炉。所述“中温中压”是指蒸汽 出口压力3. 82MPa、蒸汽出口温度450°C ;所述“次高温次高压”是指蒸汽压力5. 3MPa、蒸汽 出口温度450-480°C。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
[0034] 具体实施方式三:如图1〜3所示,本实施方式所述的与具体实施方式一或二所述 的低倍率生物质循环流化床锅炉燃烧生物质燃料的燃烧方法是按照以下步骤实现的:
[0035] 步骤一、从床料加料管23向炉体10的炉膛内添加平均粒径为0. 6-0. 8mm的床料;
[0036] 步骤二、采用负压给料方式:生物质燃料通过给料机送到生物质燃料给料口 7,生 物质燃料靠自重和炉内负压吸入炉膛,在生物质燃料给料口 7下方的播料风的作用下,较 重的生物质燃料在下落过程中受到播料风吹扫,被分散到下部密相区4燃烧,细屑被烟气 吹到上部稀相区9燃烧;
[0037] 步骤三、采用大炉膛截面积,使得上部稀相区9内的截面烟气速度为2〜3m/s ;
[0038] 步骤四、采用二级送风:一次风经高温空气预热器18-1预热后进入中间风室1,经 中间布风板1-1进入下部密相区4的中间部位(高速区)并控制流化风速为4-5m/s ;二次 风经低温空气预热器18-2预热后,一部分进入两侧风室2,经侧布风板2-1进入下部密相区 4的前后两侧(低速区)并控制流化风速为1. 5-2. Om/s ;另一部分由二次风风口 8进入炉 膛参与燃烧。
[0039] 步骤五、通过倾斜设置的侧布风板2-1来阻止少量混在生物质燃料中不可燃物滞 留在两侧的低速区,由于中间布风板1-1上的流化速度高于两侧布风板2-1上的流化速度, 形成的密度差使床料从两侧向中间流动(如图1所示),使得大块不燃物向中间布风板1-1移动,进而通过排渣口 22排出炉外;
[0040] 步骤六、额定负荷下设计炉内烟气停留时间为8-lOs ;
[0041] 步骤七、在下部密相区4两侧低速区布置埋管,控制下部密相区4温度在 650-780°C以内,在上部稀相区四周布置大量膜式水冷壁,控制上部稀相区9内的最高温度 在850°C以内,并控制炉膛出口温度在800°C以内;
[0042] 步骤八、通过中温汽冷旋风分离器15将烟气中携带的颗粒分离后通过返料器19 返回炉膛下部密相区4内,以回收床料及少量未燃尽碳,分离后的烟气进入尾部烟道;循环 倍率为10以下。
[0043] 针对本发明再进行如下阐述:
[0044] 床料:由于生物质的灰含量较少(一般木质为1_2%,农作物秸秆4-6%,稻草、稻 壳为15-18% ),而且燃烧的灰基本上以飞灰的形式离开炉膛,进入尾部烟道,因此,实际运 行的纯烧生物质的循环流化床锅炉要加入合适的床料,本发明床料采用燃煤循环流化床底 料、石灰石或含铝的矿石颗粒作为循环物料,要求粒径范围:0-2mm,平均粒径0. 6-0. 8mm。 在炉膛下部设置加料管23,可以从此处加入循环床料。
[0045] 锅炉的防磨:低倍率循环流化床锅炉燃烧系统内由于灰浓度较低,屏式受热面及 对流受热面的磨损很轻。而埋管区域流化风速只有1. 5-2m/s,所以埋管磨损也很轻。此外, 本发明在埋管易发生磨损的部位(如迎风面第一排管子及弯头)焊接耐高温耐磨合金防磨 鳍片,保证3万小时不维修。低温过热器16的前两排管子均加装防磨盖板,并在过热器弯 头及穿墙管部位加装防磨罩。省煤器17的第一排管、弯头和穿墙部位必须加装防磨盖板防 磨。空气预热器18入口采用防磨套管等防磨措施,解决受热面磨损问题。
[0046] 防止结焦、积灰措施:
[0047] 生物质中含有大量的碱金属(主要是钾),灰熔点低,床温高时容易发生床料结 焦,所以需要控制床层温度;此外,高温下K、ci及其化合物会挥发转移到气相中,遇到冷受 热面(如水冷壁、过热器、省煤器等)就会凝结在上面产生结渣、积灰,影响锅炉安全、稳定 的运行,所以要控制炉膛上部燃烧温度。
[0048] 因此,防止结焦、积灰的措施就是控制密相区温度与稀相区温度,使其低于灰的变 形温度,减少K、Cl气相挥发,控制密相区结焦和过热器、省煤器积灰。
[0049] 虽然降低炉膛出口温度可以减少K、Cl气相挥发,降低灰的粘性,减轻过热器、省 煤器等积灰,但不能彻底解决积灰问题。对于过热器、省煤器积灰的清除必须通过吹灰器来 实现。实践证明,当炉膛出口温度低于800°C,过热器、省煤器的积灰是松结灰,脉冲吹灰器 产生的振动很容易清理下来。本发明在屏式过热器11、高温过热器12、低温过热器16、省煤 器17前布置燃气或压缩空气脉冲吹灰器,根据燃料的不同,选择合理的吹灰时间,实践表 明,清灰效果很好。
[0050] 防止高温腐蚀的措施:
[0051] 高温腐蚀是指过热器受热面腐蚀,由于生物质中含有一定量的氯,燃烧过程中部 分会以HCl形式析出,会在过热器受热面上发生HCl腐蚀。采用低温燃烧使得Cl转移到气 相中大幅度下降,对防止高温腐蚀有利。
[0052] 对高温腐蚀的机理研究表明,锅炉受热面的高温腐蚀和管壁的温度和积灰关系密 切。如果管壁积灰弱,即使管壁温度较高,高温腐蚀的速度也较慢;如果积灰严重,腐蚀速度随着管壁温度的升高急剧增加。本发明把中温屏式过热器11 (蒸汽出口温度480°C左右) 放置在炉膛顶部,工质侧采用顺流布置,即来至低温过热器的蒸汽(350-400°C )进入屏式 过热器11的高温烟气侧,蒸汽出口温度为480°C在屏式过热器11出口的低温烟气侧。实践 证明,屏式过热器积灰较弱,加上脉冲吹灰,壁温可控制在530-550°C以内,从而发生高温腐 蚀机会大为降低。同时,屏式过热器的材料为TP 347H,材料本身具有良好的抗腐蚀能力,以 上两种措施,有效避免了屏式过热器的高温腐蚀。
[0053] 高温过热器12 (出口温度540°C )放置在650°C以内的温区内,采用逆流布置,材 质为TP347H,实践证明,高温过热器抗腐蚀性能良好。
[0054] 低温过热器16放置在尾部烟道中,低温过热器出口的蒸汽温度350-400°C,管壁 温度小于450°C,大大降低了低温过热器的高温腐蚀,同时,选取较高的烟气流速和有效的 吹灰设备,减轻低温过热器的积灰状况,这样,可以有效避免低温过热器的高温腐蚀。
[0055] 防止低温腐蚀的措施:
[0056] 锅炉的低温腐蚀主要是指空气预热器低温段的酸腐蚀,由于烟气中水蒸气含量较 高,烟气中氯化氢酸性气体会在管壁上凝结,发生低温腐蚀。
[0057] 本发明中,空气预热器的低温段18-2管材使用了 STN钢,STN钢目前普遍在垃圾 焚烧炉中使用,抗低温腐蚀的效果较好,通过这样的方案选择,可以有效降低空气预热器低 温段的低温腐蚀。

Claims (3)

  1. 一种低倍率生物质循环流化床锅炉,所述锅炉包括炉体(10)和尾部竖井烟道(24)、省煤器(17)、空气预热器(18)、炉门(3)、埋管(5)、生物质燃料给料口(7)、二次风风口(8)、床料加料管(23)、锅筒(13)、吹灰器(14)、中温汽冷旋风分离器(15)、返料器(19)、第一级减温器(20)和第二级减温器(21),其特征在于:所述锅炉还包括中间风室(1)、侧风室(2)、中间布风板(1‑1)、侧布风板(2‑1)、排渣管(22)、播料风口(6)、顶部中温屏式过热器(11)、高温对流过热器(12)和低温对流过热器(16);所述炉体(10)的四周为膜式水冷壁,所述炉体(10)由从上至下依次连通的上部炉体(10‑1)、过渡段(10‑2)和下部炉体(10‑3)构成,上部炉体(10‑1)的炉膛为上部稀相区(9),下部炉体(10‑3)的炉膛为下部密相区(4);中间风室(1)和侧风室(2)均设置在下部炉体(10‑3)的下方,中间风室(1)与下部密相区(4)的中部对应且在二者之间水平设置有中间布风板(1‑1),中间风室(1)的前方和后方各设有侧风室(2),侧风室(2)与下部密相区(4)之间设有侧布风板(2‑1),侧布风板(2‑1)的外端高于内端且侧布风板(2‑1)的内端与中间布风板(1‑1)连接,侧布风板(2‑1)与水平面之间的夹角(α)为5°~30°;上部稀相区(9)的炉膛横截面积大于下部密相区(4)的炉膛横截面积;上部炉体(10‑1)的下端两侧设有生物质燃料给料口(7),每个生物质燃料给料口(7)的下方均设有一个播料风口(6),炉门(3)设置在下部炉体(10‑3)的侧壁上,下部炉体(10‑3)内在前后墙位置处分别布置有埋管(5),且埋管(5)位于播料风口(6)与炉门(3)之间;上部炉体(10‑1)的下端侧壁上设有床料加料管(23)、二次风风口(8),且二次风风口(8)位于床料加料管(23)与生物质燃料给料口(7)之间;排渣管(22)的一端插装在中间布风板(1‑1)上并与下部密相区(4)连通,排渣管(22)的另一端露在中间风室(1)之外;尾部竖井烟道(24)与炉体(10)的上端顶部及侧壁相连通,中温汽冷旋风分离器(15)设在尾部竖井烟道(24)与炉体(10)的炉膛出口之间的连接处并与二者分别连通;中温汽冷旋风分离器(15)通过返料器(19)与下部密相区(4)连通;尾部竖井烟道(24)的下端内设置有空气预热器(18);所述省煤器(17)设置在尾部竖井烟道(24)内,且所述省煤器(17)位于空气预热器(18)的上方;在炉体(10)的上端侧壁以及尾部竖井烟道(24)的上端侧壁均设置有吹灰器(14);锅筒(13)设置在炉体(10)的上方;所述第一级减温器(20)布置在靠近尾部竖井烟道(24)的上部外侧壁的位置处,所述第二级减温器(21)布置在高温过热器(12)上方的位置处;所述顶部中温屏式过热器(11)、高温对流过热器(12)依次设置在炉体(10)的上端内,且高温对流过热器(12)靠近旋风分离器(15);低温对流过热器(16)设置在尾部竖井烟道(24)的上端内。
  2. 2. 一种低倍率生物质循环流化床锅炉,所述锅炉包括炉体(10)和尾部竖井烟道(24)、 省煤器(17)、空气预热器(18)、炉门(3)、埋管(5)、生物质燃料给料口(7)、二次风风口(8)、床料加料管(23)、锅筒(13)、吹灰器(14)、中温汽冷旋风分离器(15)、返料器(19)和 减温器(25),其特征在于:所述锅炉还包括中间风室(1)、侧风室(2)、中间布风板(1-1)、 侧布风板(2-1)、排渣管(22)、播料风口(6)、高温对流过热器(12)和低温对流过热器(16);所述炉体(10)的四周为膜式水冷壁,所述炉体(10)由从上至下依次连通的上部炉 体(10-1)、过渡段(10-2)和下部炉体(10-3)构成,上部炉体(10-1)的炉膛为上部稀相区(9),下部炉体(10-3)的炉膛为下部密相区(4);中间风室(1)和侧风室(2)均设置在下部 炉体(10-3)的下方,中间风室(1)与下部密相区(4)的中部对应且在二者之间水平设置有 中间布风板(1-1),中间风室(1)的前方和后方各设有侧风室(2),侧风室(2)与下部密相区(4)之间设有侧布风板(2-1),侧布风板(2-1)的外端高于内端且侧布风板(2-1)的内 端与中间布风板(1-1)连接,侧布风板(2-1)与水平面之间的夹角(α)为5°〜30° ;上 部稀相区(9)的炉膛横截面积大于下部密相区(4)的炉膛横截面积;上部炉体(10-1)的下 端两侧设有生物质燃料给料口(7),每个生物质燃料给料口(7)的下方均设有一个播料风 口(6),炉门(3)设置在下部炉体(10-3)的侧壁上,下部炉体(10-3)内在前后墙位置处分 别布置有埋管(5),且埋管(5)位于播料风口(6)与炉门(3)之间;上部炉体(10-1)的下 端侧壁上设有床料加料管(23)、二次风风口(8),且二次风风口(8)位于床料加料管(23) 与生物质燃料给料口(7)之间;排渣管(22)的一端插装在中间布风板(1-1)上并与下部密 相区(4)连通,排渣管(22)的另一端露在中间风室(1)之外;尾部竖井烟道(24)与炉体 (10)的上端侧壁相连通,中温汽冷旋风分离器(15)设有在尾部竖井烟道(24)与炉体(10) 的炉膛出口之间的连接处并与二者分别连通;中温汽冷旋风分离器(15)通过返料器(19) 与下部密相区(4)连通;尾部竖井烟道(24)的下端内设置有空气预热器(18);所述省煤器 (17)设置在尾部竖井烟道(24)内,且所述省煤器(17)位于空气预热器(18)的上方;在炉 体(10)的上端侧壁以及尾部竖井烟道(24)的上端侧壁均设置有吹灰器(14);锅筒(13)设 置在炉体(10)的上方;所述减温器(25)布置在低温过热器(16)上方的位置处;所述低温 对流过热器(16)设置在炉体(10)的上端内且靠近旋风分离器(15),所述高温对流过热器 (12)设置在尾部竖井烟道(24)的上端内。
  3. 3. 一种利用权利要求1或2所述的低倍率生物质循环流化床锅炉燃烧生物质燃料的燃 烧方法,其特征在于:所述方法是按照以下步骤实现的:步骤一、从床料加料管(23)向炉体(10)的炉膛内添加平均粒径为0. 6〜0. 8mm的床料;步骤二、采用负压给料方式:生物质燃料通过给料机送到生物质燃料给料口(7),生物 质燃料靠自重和炉内负压吸入炉膛,在生物质燃料给料口(7)下方的播料风的作用下,较 重的生物质燃料在下落过程中受到播料风吹扫,被分散到下部密相区(4)燃烧,细屑被烟 气吹到上部稀相区(9)燃烧;步骤三、采用大炉膛截面积,使得上部稀相区(9)内的截面烟气速度为2〜3m/s ; 步骤四、采用二级送风:一次风经高温空气预热器(18-1)预热后进入中间风室(1),经 中间布风板(1-1)进入下部密相区(4)的中间部位并控制流化风速为4-5m/s ;二次风经低 温空气预热器(18-2)预热后,一部分进入两侧风室(2),经侧布风板(2-1)进入下部密相区 (4)的前后两侧并控制流化风速为1.5-2.0m/s ;另一部分由二次风风口(8)进入炉膛参与 燃烧;步骤五、通过倾斜设置的侧布风板(2-1)来阻止少量混在生物质燃料中不可燃物滞留 在两侧的低速区,由于中间布风板(1-1)上的流化速度高于两侧布风板(2-1)上的流化速 度,形成的密度差使床料从两侧向中间流动,使得大块不燃物向中间布风板(1-1)移动,进 而通过排渣口(22)排出炉外;步骤六、额定负荷下设计炉内烟气停留时间为8〜IOs ;步骤七、在下部密相区(4)两侧低速区布置埋管,控制下部密相区(4)温度在650〜 780°C以内,在上部稀相区四周布置大量膜式水冷壁,控制上部稀相区(9)内的最高温度在 850°C以内,并控制炉膛出口温度在800°C以内;步骤八、通过中温汽冷旋风分离器(15)将烟气中携带的颗粒分离后通过返料器(19) 返回炉膛下部密相区(4)内,以回收床料及少量未燃尽碳,分离后的烟气进入尾部烟道;并 控制床料循环倍率为10以下。
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