CN102183012A - 一种工业与民用小型循环流化床锅炉 - Google Patents

Abstract

一种工业与民用小型循环流化床锅炉，解决了取代火床式锅炉应用到工业与民用生活的一些实际技术问题。主要实现了占地面积小，集中把循环流化床锅炉的炉体、旋风气固分离器、回料导管、燃料仓、螺旋燃料推进器、余热水箱、设计为一整体，被压缩在圆柱体保温空间内，使之整体化，移动运输安装方便。由于流态化燃烧特性有利于优化燃料成分，使本发明对燃料适用性更广，更高效清洁燃烧。自动运行，操作简便，稍经培训人人都会操作。达到全民高效节能减排。

Description

一种工业与民用小型循环流化床锅炉

技术领域

本发明涉及到流态化燃烧设备制造及运行的技术问题。

背景技术

锅炉是一种重要的热功耗能设备。在发展过程中急需优化的技术问题有：燃料适用性广，提高效率，清洁燃烧，高效节能减排。

循环流化床锅炉是目前世界上较先进的燃烧设备，现在广泛用应于火力发电系统，称为大型循环流化床锅炉，与其他燃烧方式的锅炉相比具有效率高，床内自行高效脱硫，氮氧化物排量低和燃料适应性广。因而是国内外近阶段重点研究开发的有发展前途的高效清洁燃烧的新型锅炉。

然而这种先进的新型锅炉，目前只局限用于火力发电系统，而工业与民用的小型锅炉大都是火床式锅炉，这种火床式锅炉在运行中突显很多缺点：

火床式锅炉炉底面积大，启动时需煤量多，煤块堆满炉排，用风量大小调节锅炉负荷，但风速过大容易把小煤块吹出炉膛，所以风量只能适中，调节速度慢，煤块只能缓慢燃烧放热，显然耗煤高效率低。

火床式锅炉需外置除尘、脱硫设备，需要特殊技术减排氮氧化物NOx。额外增加投资，造成浪费。

火床式锅炉结构复杂焊点多，制造维修难度大。

火床式锅炉燃料适应性窄，只有好煤才能满意燃烧。

火床式锅炉运行是人工上煤、手工操作，因而劳动强度高。

针对上述火床式锅炉的缺点，如果能将循环流化床锅炉小型化，应用到工业生产及民用生活中，取代火床式锅炉，那将为人类实现高效节能减排、做出巨大贡献。

发明内容

发明创造所需解决的技术问题：

本发明完全保留大型循环流化床锅炉的优点，优化设计，精简结构。

燃料适用性广，各种煤炭、煤矸石、煤泥、生物质、稍经处理都可满意燃烧。

突显“三高两低”即“高效燃烧，高效吸收，高效脱硫、低能耗，低排放”。

结合流态化燃烧特性，科学设计复合燃料组分。配方为煤粉5%、生物质粉90%、脱硫剂（石灰石粉）5%、细沙杂质5%。实现自动运行、清洁燃烧。

采用循环流化床锅炉直流设计原理，运行安全可靠。

技术方案：

本发明由五个系统组成

循环流态化燃烧系统：包括：裸体炉膛（8）炉门（9）一次风导管（11）助燃水蒸汽导管（13）一次风分布箱（15）二次风导管（16）旋风气固分离器（24）回料导管（22）烟气导  管（26）一次风分布板（27）

燃料、回料供给系统：包括：燃料仓（23）燃料仓导管（21）螺旋燃料推进器（18）螺旋燃料推进器单项电动机120W（20）负压上料器（2）负压上料器单项电动机900W（1）

冷热水强制循环系统：包括：炉体水夹套（7）旋风气固分离器水夹套连体余热水箱（25）循环水上导管接口（3）循环水下导管接口（10）供用户热水或水蒸汽导管接口（4）

无尘排渣系统：包括：排渣导管（12）无尘排渣器（14）排渣器传动轴（17）排渣器传动链条（19）

炉体保温系统：包括：保温体外壳（5）珍珠岩（6）

（二）循环燃烧流程：燃料在裸体炉膛（8）中上下飞舞剧烈燃烧，烟气夹杂未燃尽的颗粒飞入旋风气固分离器（24），烟气沿烟气导管（26）排出，未燃尽的颗粒从回料导管（22）进入螺旋燃料推进器（18）与新鲜燃料汇合，一同被推进炉膛中燃烧，到此一个循环结束下一个循环开始，周而复始的稳定燃烧运行

与现有的技术相比，本发明具有的优点和有益效果

保留了大型循环流化床锅炉的优点。但也有改进之处：

改进（1）：大型循环流化床锅炉用钢管水冷壁受热面，炉膛内衬耐火材料。而本发明采用炉体水夹套受热面，炉膛不衬耐火材料，视为裸体炉膛。简化结构、降低造价。

改进（2）：大型循环流化床锅炉旋风气固分离器功能单一。而本发明旋风气固分离器集分离物料和余热回收为一体，一个构件两个功能。

改进（3）：大型循环流化床锅炉回料采用气动回料阀，结构复杂，运行需外加高压空气或水蒸汽，操作难度大，若有不当，影响燃烧运行。而本发明去掉气动回料阀，直接将回料用导管导入螺旋燃料推进器，既简化了结构又稳定了自动运行。

改进（4）：本发明占地面积少，把所有构件压缩在很小的圆柱体保温空间内，使之为一整体。运输、安装、操作、灵活方便。

与火床式锅炉相比，具有以下优点：

优点（1）：火床式锅炉燃料范围窄，单一优煤。而本发明燃料适用性广，各种煤炭、煤矸石、煤泥，生物质、稍经处理都可满意燃烧。

优点（2）：火床式锅炉炉排面积大，启动时需煤量多，煤块堆满炉排，以风量调节负荷，调节范围小，煤块缓慢燃烧放热，显然耗煤高效率低。循环流化床锅炉炉底面积小，有流态化燃烧性能，启动后粉状燃料细细流入炉膛剧烈燃烧、迅速放热。根据负荷调节给煤量，速度快、范围广，显然耗煤低效率高

优点（3）：火床式锅炉需外置除尘、脱硫设备，要有特殊的技术减排氮氧化物NO_x，而本发明避免这笔投入是在炉膛内自行高效脱硫，最佳自控氮氧化物NO_x排放量。

优点（4）：火床式锅炉人工加煤，工人劳动强度大。而本发明实现运行自动化。

优点（5）：火床式锅炉工作环境差，而本发明清洁燃烧安全可靠。

本发明为什么会产生如此多的有益效果

复合燃料适应流态化燃烧特性：本发明是一快速锅炉，运行中炉膛内存在大量由固体颗粒构成的床料，这些炙热的固体颗粒有石灰石粉（脱硫剂）、煤灰细砂。加入的新鲜复合燃料只占床料总量的3%～5%，当这些燃料进入炉膛与高速高温剧烈运动的气固床料充分混合并迅速燃烧放出热能，使炉膛内温度均匀的保持在850℃左右运行。

运行中突显“三高两低”即“高效燃烧、高效吸收、高效脱硫、低能耗、低排放”。现在市面上的火床式锅炉效率一般在75%左右，而本发明可以达到95%～99%之间。其主要原因如下：本发明在运行的时候，燃烧区域扩展整个炉膛。新鲜的燃料进入炉膛与大量炙热床料、气体固体强烈混合，二次配风供氧充足，使燃料颗粒迅速燃烧释放热能。未燃尽的颗粒被旋风气固分离器分离送回炉膛继续燃烧，直至燃尽，达到高效燃烧的目的。产生的热能被炉体水夹套吸收，炉体外壁用保温体与空间隔绝。有一部分热能随气流带入旋风气固分离器，又被分离器水夹套吸收，当热烟气穿过余热水箱进入烟道时，烟气温度在30℃左右，达到高效吸收的目的。脱硫方式更为先进，燃料和廉价的脱硫剂（石灰石粉）同时进入炉膛进行自行高效脱硫。根据燃料的成分分析硫化物和氮氧化物主要含在煤中，而煤占复合燃料的成分只有5%，也就是说从燃料的根源上硫化物、氮氧化物含量就低。再加上炉温设计为最佳脱硫温度850℃，当Ca/S比为2的情况下，其脱硫效率高达90%以上，脱硫剂利用率可达50%以上。排入大气的烟气中SO₂含量（标准状态）小于200mg/m³符合国家环保标准，可不必采用昂贵的外置烟气脱硫装置。在能耗方面本发明做了多次燃烧试验，在一套0.1T的小型循环流化床锅炉中加入75KG冷水，燃烧2.5KG左右的复合燃料，在10min之内达到沸腾并产生强劲蒸汽，消耗燃料量为15kg/h。本发明设计分段配风分段燃烧，达到氮氧化物NOx排量低的目的。研究表明，氮氧化物NOx的生成与燃烧温度密切相关，温度愈高生成愈多。有三种类型；热力型、快速型、燃料型。这三种类型生成机理各不相同。

热力型NOx是燃料用空气中所含的N2在高温时氧化生成的

快速性NOx是燃料燃烧分解时所产生的中间产物与N2所生成的。

燃料型NOx是燃料中所含有机氮氧化合物在燃烧时氧化生成的。

其中快速型NOx占总NOx含量比较少，一般在5%以下。因此主要是热力型NOx和燃料型NOx。循环流化床锅炉运行炉膛温度为850℃左右（最佳脱硫、减氮）。此时热力型NOx生成量已较少。一般只占NOx总排放量的10%以下。加上循环流化床锅炉燃烧所需空气采用分段送入方式，一次风从分布板下送入由于其量低于燃烧化学当量，因而含的氮不能充分与氧反应生成氧化氮。二次配风在炉膛还原区以上送入炉膛，此时燃料析出的氮已为分子氮，因而也不容易形成氮氧化物NOx。由于合理组织了分段送风和分段燃烧，可以有效地减少燃料型NOx的生成。因而循环流化床锅炉烟气中的氮氧化物NOx排放浓度一般为（50～150）×10^-6，可以满足各国的环保法规的要求。

附图说明

图1是：原理示意图。

Claims (3)

1.一种工业与民用小型循环流化床锅炉，外观为圆柱体、包括：负压上料单项电动机900W（1）、负压上料器（2）、循环水上导管接口（3）、供用户热水或水蒸气导管接口（4）、炉体保温外壳（5）、炉门（9）、循环水下导管接口（10）、一次风导管（11）、助燃水蒸气导管（13）、无尘排渣器（14）、二次风导管（15）、排渣器传动轴（17）、排渣器传动链条（19）、螺旋燃料推进器单项电动机120W（20）、烟气导管（26）。

2.权利1所述一种工业与民用小型循环流化床锅炉中包括：保温体（6）、排渣导管（12）、一次风分布箱（15）、螺旋燃料推进器（18）、燃料仓导管（21）、回料导管（22）、燃料仓（23）、旋风气固分离器（24）、旋风气固分离器连体余热水箱（25）。

3.权利1所述一种工业与民用小型循环流化床锅炉中包括：裸体炉膛（8）、炉膛水夹套（7）、一次风分布板（27）。

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