CN102109165A

CN102109165A - 带高温分离器的高、低混合流速循环流化床锅炉

Info

Publication number: CN102109165A
Application number: CN 200910215187
Authority: CN
Inventors: 何相助
Original assignee: CHANGSHA HUCHUANG JIEJING ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: CHANGSHA HUCHUANG JIEJING ENERGY TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2009-12-25
Filing date: 2009-12-25
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2029-12-25
Also published as: CN102109165B

Abstract

一种带高温分离器的高、低混合流速循环流化床锅炉，包括炉膛、炉壁，炉膛下部安装有埋管和布风板，布风板底下为风室，炉膛顶上安装有锅筒；炉膛横截面下大上小，炉壁采用膜式水冷壁，并且锅炉内置高温分离器，炉膛上部出口连接高温分离器上部进口，高温分离器采用水冷壁结构，高温分离器的前墙就是炉膛的后墙，高温分离器底端通过返料装置连接至炉膛下部。本发明结构紧凑，占地面积小，携带能力强，分离效果好，磨损大为减轻，设备使用寿命长，燃烧效率高，环保性能好，极大地提高了锅炉的技术性能。

Description

带高温分离器的高、低混合流速循环流化床锅炉

技术领域：

本发明涉及一种锅炉装置，具体为一种带高温分离器的高、低混合流速循环流化床锅炉。

背景技术：

循环流化床锅炉技术是上世纪70年后发展起来的一项新型燃煤锅炉技术。我国也于80年代初开始了循环流化床锅炉的研发。由于循环流化床锅炉具有燃料适应性广，燃烧强度和燃烧效率高，环保性能好，利于大型化，负荷调节范围大(110％-25％)等优点，而获得迅速推广。我国的十一五发展纲要中明确指出用循环流化床锅炉改造和替代现有的低效工业锅炉，目前的工业锅炉统计表明容量70％的锅炉为循环流化床锅炉。

但是，循环流化床也有一些缺点，主要是：(1)高循环倍率流化床锅炉的炉膛大，初投资大，特别是不易小型化。(2)分离循环系统复杂，自身电耗大。(3)循环灰浓度大，受热面磨损大等，特别是我国许多锅炉，其循环流化床锅炉并非自主创新设计的产品，因此对其认识不够深刻，造成目前我国循环流化床锅炉，种类繁多，热效率参差不齐，低的不到65％，飞灰含碳量高的达到40％以上，由于锅炉受热面磨损严重，致使锅炉稳定运行周期不确定，有的能连续运行3000小时以上，有的不到200小时。由于在多数企业，作为动力源的锅炉的稳定运行非常重要，而因磨损造成故障的不确定，往往给企业带来灾难性的损失。针对不同锅炉厂，各种不同形式的循环流化床锅炉的共同问题：热效率低、锅炉出力不足、受热面磨损严重等，造成这些问题的根源是，原有的循环流化床锅炉理论存大四个误区：(1)循环流化床的炉膛设计要根据不同的煤种设计，只有定性的分析，没有定量的数据，事实上许多厂家并没有按照煤种设计；(2)评价分离器的分离效果，在热态下无法用监测的分离效率这一指标确定；(3)对于打破灰包碳的机理没有充分论述；(4)用炉内烟气停留时间评价过于理论化，对于第一线的技术人员，难以评价。通常得出高速床热效率高，低速床热效率低，小吨位的锅炉热效率低，大吨位锅炉热效率高的结论。过分强调循环倍率，炉内的流速高造成磨损严重，影响长期稳定运行。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：解决上述现有技术存在的问题，而提供一种带高温分离器的高、低混合流速循环流化床锅炉，结构紧凑，占地面积小，携带能力强，分离效果好，磨损大为减轻，设备使用寿命长，燃烧效率高，飞灰含碳量小于5％，热效率达90％以上，环保性能好。

本发明采用的技术方案是：这种带高温分离器的高、低混合流速循环流化床锅炉，包括炉膛、炉壁，炉膛下部安装有埋管和布风板，布风板底下为风室，炉膛顶上安装有锅筒；炉膛横截面下大上小，炉壁采用膜式水冷壁，并且锅炉内置高温分离器，炉膛上部出口连接高温分离器上部进口，高温分离器采用水冷壁结构，高温分离器的前墙就是炉膛的后墙，高温分离器底端通过返料装置连接至炉膛下部。

上述技术方案中，高温分离器为上排气旋风分离器，炉膛上部出口气流切向进入高温分离器。

上述技术方案中，高温分离器的灰斗及料腿也采用水冷壁结构。

上述技术方案中，炉膛内从布风板风帽小孔中心线至炉膛出口中心线的锅炉有效容积大于4.2045V^-0.125，其中V为煤的干燥基挥发份。

上述技术方案中，高温分离器必须布置在过热器以前，才能防止过热器、省煤器的磨损，保证过热器的寿命大于10年，省煤器寿命大于5年。

本发明技术特点

(1)、采用高、低混合流速循环流化床燃烧方式

锅炉上部为高流速，携带能力强，分离效率高，循环倍率高；下部为低速床，即磨损严重的密相区为低流速，所以磨损大为减轻。

(2)、采用内置水冷上排气高温旋风分离器

A、采用内置方形分离器结构形式，分离器前墙就是炉膛后墙，分离器、料斗与锅炉为一个整体，锅炉结构布置紧凑，占地面积小。

B、采用上排气旋风分离器，成为当今循环流化床锅炉的主流分离器形式，分离效率高，分离效果好。

C、分离器采用水冷结构，分离器既是锅炉蒸发受热面的一部分，同时又保护分离器免受高温烟气烧坏，与绝热型旋风分离器相比，使用寿命及检修周期都大大延长，成为当今最为先进的分离器。

D、分离器灰斗及料腿为水冷形式，可将分离下来的飞灰适当冷却，避免飞灰重燃结焦，堵塞返料管。

E、采用高温分离，分离器置于过热器前，返料温度高，物料返回炉膛后重燃条件好，有利于飞灰的燃尽。同时由于对烟气中的飞灰进行了分离，使进入过热器的烟气含尘浓度大为降低，减轻了过热器的磨损。

F、采用这一次技术，飞灰含碳量可以降到5％以内，热效率达到90％以上。

(3)带高温分离器的高、低混合流速循环流化床锅炉是历时数年、独立研发成功的高科技产品。已有超100台以上的成功试验案例，单台最长稳定运行超过10年。

主要包括以下三点核心内容：

A、锅炉有效容积大于4.2045×V^-0.125(其中V为煤的干燥基挥发份)；

B、分离效果好，即分离下来的灰小于0.08mm的大于80％，阻力低，阻力小于800Pa；

C、一定要有切向旋转燃烧过程，才能打破灰包碳，有利燃烬。

本发明彻底解决了目前在用的多数循环流化床锅炉所存在的热效率偏低、受热面磨损严重等问题，符合国家十分紧迫的节能减排形势和政策导向，是传统高污染、高能耗燃煤工业锅炉的升级换代产品。

技术指标

燃烧效率： ≥98％

锅炉热效率 ≥90％

飞渣中的可燃物： ≤2％

飞灰中的可燃物： ≤4％

排烟温度： ≤140％

给水温度： 150℃

负荷调节范围： 60-110％

烟气黑度：＜格林曼一级

附图说明：

图1为本发明实施例结构示意图

图2为图1的侧视图

图3为高温分离器结构示意图

图4为图3的侧视图

图5为图3的A-A视图

图6为图3的B-B视图

具体实施方式：

参见附图，本发明的带高温分离器的高、低温合流速循环流化床锅炉，包括炉膛1、炉壁2，炉膛1下部安装有埋管3和布风板4，布风板4底下为风室，炉膛1顶上安装有锅筒5，炉膛1横截面下大上小，炉壁2采用膜式水冷壁，并且锅炉内置高温分离器6，炉膛1上部出口连接高温分离器6上部进口，高温分离器6采用水冷壁结构，高温分离器6的前墙就是炉膛1的后墙，高温分离器6底端通过返料装置连接至炉膛1下部。

高温分离器6为上排气旋风分离器，炉膛1上部出口气流切向进入高温分离器6内。

炉膛内从布风板风帽小孔中心线至炉膛出口中心线的锅炉有效容积大于4.2045V^-0.125，其中V为煤的干燥基挥发系数。

本发明的锅炉后端还通过烟室7连接烟井8，烟井8内从上至下依次安装有过热器9、省煤器10、空气预热器11及烟气出口12.

图3、图5中的标注如下：13-分离器前墙下集箱，14-分离器侧下集箱，15-分离器前墙管系，16-分离器前墙上集箱，17-分离器导气管，18-分离器联通集箱，19-分离器侧墙管系，20-分离器后墙管系，21-分离器后墙下集箱，22-分离器隔墙管系。

下面对本发明锅炉结构的有效容积及其典型案例作进一步详细说明：

为提高循环流化床的热效率和有效地解决磨损问题、提供完整的技术途径与解决方案：

所谓锅炉有效容积指的是：从布风板风帽小孔中心线到炉膛出口中心线，炉膛里温度高于850℃(无烟煤高于930℃)的容积除以锅炉的吨位。

根据多年的实践经验，通过对约500台循环流化床锅炉运行试验数据统计分析，认为：不论什么煤种、不论高速床、低速床锅炉，要想热效率大于90％，飞灰含碳小于4％、燃烧效率大于99％、过热器寿命大于十年、省煤器寿命大于五年，必须满足如下三个条件：

1)锅炉有效容积大于4.2045V^-0.125，其中v为煤的干燥基挥发份，满足这点即可保证煤粒在炉膛内的停留时间，但比后者更直观，更易于计算。

2)分离器分离下来的灰小于0.08mm的要大于80％，分离器的阻力要小于800Pa。

3)一定要有切向旋转燃烧过程。这样才能打破灰包碳，有利燃烬。满足这点必须是高温旋风分离。因为要通过气流切向旋转打破灰包碳气流速度必须在20m/s以上、要达到燃烧条件、温度必须在850℃以上；而炉膛里是不能同时满足这两点的、只能在分离器完成，所以必须是高温旋风分离。

典型案例

案例A：某锅炉厂的一台75t/h的高温分离高速循环流化床锅炉，锅炉总容积为390m³，有效容积为5.2m³。在浙江某用户，燃用14％的贫煤，理论上有效容积为5.38m³，与该锅炉实际容积基本上接近理论值，所以它的热效率较高，达到了88％，飞灰含碳量为6％。但同一型号同一规格同一批75t/h高速循环流化床锅炉在福建某用户使用，燃用挥发份为4％的无烟煤，最小有效容积应为6.29m³，锅炉实际有效容积比这个要求的值低，所以该锅炉热效率不到76％，飞灰含碳量高达30％。尽管该厂调试了一个多月，因锅炉结构定型，毫无效果。

案例B：某企业一台15t/h带高温分离的高低混合循环流化床锅炉，燃用挥发份为5％的无烟煤。锅炉容积为930m³，有效容积为6.2m³，大于理论的最小值，该锅炉热效率90％，飞灰含碳量为4％。但另一台240t/h高速循环流化床锅炉，锅炉容积为1180m³，远低于烧同一煤时要求的最小有效容积，锅炉热效率只有78.4％，飞灰含碳量高达26％。从这两台炉子可知，原有的理论低速床热效率低，小吨位的热效率低，并不符合实际。

案例C：某企业一台130t/h高温分离的高速循环流化床锅炉，燃用挥发份为22％的烟煤，锅炉总的容积为687m³，有效容积5.28m³，大于理论的最小值，热效率达到90％，飞灰含碳量只有4％。后改用挥发份为10％的贫煤，飞灰含碳量高达18％，热效率只有83％。经过改造后扩大了炉膛容积达到780m³，有效容积达到6m³，热效率达到90％，飞灰含碳量只有4％。从这一实例可以看出该锅炉其他部位都未做改变，仅仅是锅炉的后墙后移，只改变了锅炉的有效容积，热效率又达到了原有的水平。

案例D：某企业一台65t/h中温分离的低速床，燃用挥发份8％的无烟煤，锅炉的总容积为455m³，有效容积为7m³，当炉膛出口温度只有720℃，有效容积仅为4.2m³，热效率只有72％，飞灰含碳量高达28％。经整改后，调整炉膛受热面，使炉膛出口温度达到950℃，整个炉膛都是有效容积，这样有效容积达到了7m³，热效率达到86％，飞灰含碳量降至12％，由于是中温分离，分离温度只有550℃，无烟煤在燃烧过程中产生的灰包碳无法打破，飞灰难以燃烬，尽管有效容积大，热效率仍低于90％。

案例E：某企业一台75t/h高温分离的循环流化床锅炉，燃用挥发份18％的烟煤，锅炉的容积为400m³，有效容积为5.33m³，产品说明书上，分离器的分离效率为99％，但该锅炉运行热效率仅82％，飞灰含碳量高达21％，负荷仅有62t/h，过热器严重超温。后经检查分离器下面的灰用200目筛子去筛灰，小于0.08m³的仅有22％，分离效果明显不好。后对分离器进行了改进，用200目筛子去筛分离器下面的灰，小于0.08m³的达到68％，锅炉热效率达到了88％，且能满负荷运行，过热器温度正常。分离器对锅炉效果的影响相当大，评价分离器的效果，不能用分离器分离效率来评论，而要用直观的方法，才更准确。

案例F、某企业一台29MW两级分离的高速循环流化床，高温分离为百叶窗分离，低温分离为旋风分离，有效容积只有3.8m³，燃用挥发份20％的烟煤，热效率只有72％，飞灰含碳量高达26％，改为水冷上排气高温旋风分离，分离温度为900℃，通过后墙后移，改为高低混合流速循环流化床，使有效容积达到了5.2m³，分离器分离下来的灰，小于0.08mm的大于86％，热效率达到了88％，飞灰含碳量仅为4.8％。

Claims

1.一种带高温分离器的高、低混合流速循环流化床锅炉，包括炉膛、炉壁，炉膛下部安装有埋管和布风板，布风板底下为风室，炉膛顶上安装有锅筒；其特征在于炉膛横截面下大上小，炉壁采用膜式水冷壁，并且锅炉内置高温分离器，炉膛上部出口连接高温分离器上部进口，高温分离器采用水冷壁结构，高温分离器的前墙就是炉膛的后墙，高温分离器底端通过返料装置连接至炉膛下部。

2.根据权利要求1所述的带高温分离器的高、低混合流速循环流化床锅炉，其特征在于高温分离器为上排气旋风分离器，炉膛上部出口气流切向进入高温分离器。

3.根据权利要求1所述的带高温分离器的高、低混合流速循环流化床锅炉，其特征在于高温分离器的灰斗及料腿也采用水冷壁结构。

4.根据权利要求1所述的带高温分离器的高、低混合流速循环流化床锅炉，其特征在于炉膛内从布风板风帽小孔中心线至炉膛出口中心线的锅炉有效容积大于4.2045V^-0.125，其中V为煤的干燥基挥发份。

5.根据权利要求1所述的带高温分离器的高、低混合流速循环流化床锅炉，其特征在于高温分离器必须布置在过热器以前。