CN102506420B - 粉煤灰流化床燃烧脱碳装置 - Google Patents

Abstract

一种粉煤灰流化床燃烧脱碳装置，包括炉膛(1)、冷灰器（2）、高温进灰阀（3）、送风机（4）、电加热器（5）、旋风分离器（6）、回料阀（7）、空气换热器（8）、除尘器（9）、引风机（10）和烟囱（11），炉膛（1）下部设置有电加热棒（1-8），送风机（4）前设置有电加热器（5），分别用于锅炉启动点火时加热炉内床料和提供高温空气；冷灰器（2）中部设有分隔墙（2-4），冷灰器布风板（2-10）与炉膛布风板（1-6）的面积比为3；空气换热器（8）和冷却一仓空冷蛇形管束（2-1）以及冷却二仓空冷蛇形管束（2-5）均为空冷受热面，本发明有效解决了现有粉煤灰脱碳技术对于高含碳量CFB锅炉粉煤灰分选效果差的问题。

Description

粉煤灰流化床燃烧脱碳装置

技术领域

本发明属于粉煤灰脱碳技术范畴，特别涉及一种通过热量自平衡方式纯燃烧粉煤灰的流化床锅炉装置。

背景技术

粉煤灰，又称飞灰，是燃煤电厂排放的固体废弃物，其处置方式主要是综合利用和灰场贮存。为了减少粉煤灰灰场贮存带来的污染和生态环境的破坏以及节省资源，应提高其综合利用率。目前我国每年由于燃煤所产生的粉煤灰约在4亿吨左右，其中只有约40%的粉煤灰得到综合利用。限制粉煤灰综合利用的主要因素为粉煤灰含碳量的多少，其中，含碳量高于10%的粉煤灰约占粉煤灰总量的一半，而用于水泥和混凝土中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级粉煤灰的含碳量分别不超过5%、8%、15%（GB/T1596-2005）；因此降低粉煤灰含碳量成为粉煤灰综合利用的关键因素。现有的粉煤灰脱碳方法主要分为两大类:一是湿法脱碳，如药剂浮选法等；二是干法脱碳，如摩擦静电分选法、滚筒式电选法等。湿法脱碳系统由于粉煤灰的干燥存在经济上的困难，加之湿法脱碳会降低粉煤灰的活性，因此不适于大规模的工业应用。干法脱碳虽能从含碳量较低的飞灰中分选出飞灰残碳，然而对于粒度小于74μm的粉煤灰，分选效果很差。由于中小型循环流化床（CFB）锅炉飞灰中74μm以下粒级的比例通常在90%以上，且含碳量通常大于15%，所以采用干法脱碳不能取得理想的效果；随着近几年来CFB锅炉装机容量的逐年增大， CFB锅炉飞灰的排放量逐年增加，因此如何降低这部分粉煤灰的含碳量以便于综合利用，是一个迫切需要解决的问题。

发明内容

 本发明的目的即为了克服上述背景技术的不足，而提出一种通过热量自平衡方式燃烧高碳CFB锅炉粉煤灰的流化床锅炉装置，能稳定燃烧含碳量大于12%的粉煤灰，同时能有效解决现有粉煤灰脱碳技术对于高含碳量CFB锅炉粉煤灰分选效果差的问题。

本发明所涉及的一种粉煤灰流化床燃烧脱碳装置，包括炉膛、冷灰器、高温进灰阀、送风机、电加热器、旋风分离器、回料阀、空气换热器、除尘器、引风机和烟囱，炉膛下部设置有电加热棒，送风机前设置有电加热器，分别用于锅炉启动点火时加热炉内床料和提供高温空气；炉膛内不布置任何受热面，四周覆盖耐火保温材料，形成一绝热燃烧区；冷灰器中冷却一仓和冷却二仓之间设有一分隔墙，冷却一仓内的高温底灰可以从分隔墙的上方和下方分别以溢流和底流两种方式进入冷却二仓；冷灰器布风板与炉膛布风板的面积比为3；空气换热器和冷却一仓空冷蛇形管束以及冷却二仓空冷蛇形管束均为空冷受热面，受热面工质来源于送风机，可大幅回收高温烟气和高温底灰中的物理热，并将换热后的高温空气送入炉内，以热量自平衡的方式维持炉内的稳定燃烧。

本发明的原理及工作过程如下：

粉煤灰颗粒较细，易于结絮成团，为了保证较好的流化质量，炉膛下部采用下小上大的渐扩式结构，同时能延长颗粒在炉内的停留时间，提高颗粒燃尽率；由于粉煤灰热值很低，基于稳定炉内燃烧的思想，炉膛内不布置任何受热面，四周覆盖耐火保温材料，形成绝热燃烧区；炉膛下部布置有电加热棒，用于锅炉启动点火时加热炉内床料；在锅炉启动点火时，还需启动位于送风机前的电加热器，将空气直接加热至所需的温度后送入炉膛，以保证炉内的稳定燃烧。

炉内燃烧所需要的粉煤灰，由螺旋给料机供入，通过控制螺旋给料机的转速来调节入炉粉煤灰的多少。燃烧产生的过量高温底灰，通过炉膛底部的炉膛主排灰管（或通过炉膛侧墙溢流口）进入冷灰器冷却一仓内，冷却一仓和冷却二仓底部布置有冷灰器布风板，冷灰器布风板上设置有辅助排灰管，冷却一仓和冷却二仓均工作在鼓泡床状态。进入冷却一仓内的高温底灰，从分隔墙的上方和下方分别以溢流和底流两种方式进入冷却二仓，在冷却一仓和冷却二仓内，高温灰在流化风和空冷蛇形管束的共同作用下得到冷却。被冷却后的底灰最后溢流进入冷灰器主排灰管，并由旋转排渣阀控制排出。当冷灰器主排灰管出现故障时，可通过辅助排灰管将多余的高温底灰排出。冷灰器内携带少量细颗粒的流化风经回风管在烟道内与高温烟气汇合（或直接在冷灰器上部空间混合），混合后的气体与空气换热器换热后由除尘器收集其中的细灰。

携带大量固体颗粒的高温烟气进入旋风分离器，被分离下来的绝大部分固体颗粒经立管后通过回料阀送回炉内，继续参与炉内的燃烧；小部分极细的颗粒随高温烟气一同进入烟道，与冷灰器内经换热后的流化风混合后再与空气换热器进行热交换，换热后的烟气经除尘器除尘后由引风机经烟囱排出。

系统正常运行时，由送风机提供的冷空气首先进入烟道内的空气换热器，与高温烟气进行热交换后进入冷灰器。空气换热器由若干空冷管束构成，结构形式为蛇形管式。经空气换热器加热后的空气依次流经冷灰器冷却二仓和冷却一仓的蛇形管束继续吸热升温，形成的高温空气经供风管道最终送入炉膛风室。在锅炉启动点火时，由送风机提供的冷空气直接经电加热器加热至所需温度后送入炉膛风室。

通过炉膛床压大小的变化来调节锅炉对冷灰器的排灰量。由于炉膛风室和冷灰器各仓风室均采用单独供风，从而能有效调节炉内以及冷灰器内的物料平衡和热平衡。冷灰器的流化风来自于送风机提供的冷空气。

本发明装置可燃烧含碳量大于12%的粉煤灰，且不需与其他燃料混合燃烧；由于粉煤灰所含的热值很低（4MJ～10MJ），因此本发明装置炉膛内不布置任何受热面，采用绝热燃烧的方式，且炉膛周围敷设了耐火层及保温层，从而保证了炉内的稳定燃烧；通过炉膛床压大小的变化，有效调节锅炉对冷灰器的排灰量。通过设置空气换热器以及可产生高温空气的冷灰器，大幅度回收烟气和高温底灰中的物理热，并将该高温空气送入炉内，从而通过热量自平衡的方式实现炉内的稳定燃烧。

附图说明：

图1为本发明实施例1的粉煤灰流化床燃烧脱碳装置结构示意图；

图2为实施例1的炉膛结构示意图；

图3为实施例1的冷灰器结构示意图；

图4为图2的A-A剖视图；

图5为图2的B-B剖视图；

图6为图3的C-C剖视图；

图7为图3的D-D剖视图；

图8为图3的E-E剖视图；

图9为本发明实施例2的粉煤灰流化床燃烧脱碳装置结构示意图；

图10为实施例2的一体式锅炉冷灰器结构示意图；

图11为图10的F-F剖视图；

图12为图10的G-G剖视图；

图13为图10的H-H剖视图；

图14为图10的I-I剖视图；

上述图中，1炉膛，1-1粉煤灰料仓，1-2为螺旋给料机，1-3为炉膛风室，1-4为炉膛主排灰管，1-5为事故排灰管，1-6为炉膛布风板，1-7为炉膛风帽，1-8为电加热棒，1-9为返料管，1-10为炉膛出口烟道，1-11为炉膛侧墙溢流口，2为冷灰器，2-1为冷却一仓空冷蛇形管束，2-2为冷却一仓，2-3为冷灰器进灰管，2-4为分隔墙，2-5为冷却二仓空冷蛇形管束，2-6为回风管，2-7为冷却二仓，2-8为冷灰器主排灰管，2-9为旋转排渣阀，2-10为冷灰器布风板，2-11为辅助排灰管，2-12为冷灰器风室，2-13为冷灰器风帽，2-14为空冷蛇形管束联箱，2-15为混合烟道，3为高温进灰阀，4为送风机，5为电加热器，6为旋风分离器，7为回料阀，8为空气换热器，9为除尘器，10为引风机，11为烟囱。

具体实施方式：

下面结合说明书附图和实施例对本发明装置进一步说明如下。

实施例1

本实施例的一种粉煤灰流化床燃烧脱碳装置，如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示，该装置包括炉膛1、冷灰器2、高温进灰阀3、送风机4、电加热器5、旋风分离器6、回料阀7、空气换热器8、除尘器9、引风机10和烟囱11，炉膛1的下部设置有电加热棒1-8，送风机4前设置有电加热器5，分别用于锅炉启动点火时加热炉内床料和提供高温空气；炉膛1内不布置受热面，四周覆盖耐火保温材料，形成一绝热燃烧区；冷灰器2中冷却一仓2-2和冷却二仓2-7之间设有一分隔墙2-4，冷却一仓2-2内的高温底灰可以分别从分隔墙2-4的上方和下方以溢流和底流两种方式进入冷却二仓2-7；冷灰器布风板2-10与炉膛布风板1-6的面积比为3；空气换热器8和冷却一仓空冷蛇形管束2-1以及冷却二仓空冷蛇形管束2-5均为空冷受热面，受热面工质来源于送风机4，可大幅回收高温烟气和高温底灰中的物理热，并将换热后的高温空气送入炉内，以热量自平衡的方式维持炉内的稳定燃烧。

本实施例的一种粉煤灰流化床燃烧脱碳装置工作过程如下：

在锅炉启动点火时，启动炉膛1下部的电加热棒1-8，用于加热炉内床料；同时还需开启电加热器5，将空气加热至所需的温度后直接送入炉膛风室1-3。炉膛1底部布置有炉膛布风板1-6和炉膛风室1-3。

炉内燃烧所需要的粉煤灰，由螺旋给料机1-2供入，通过调节螺旋给料机1-2的转速来调节入炉粉煤灰的多少。

系统正常运行时，燃烧产生的过量高温底灰，由炉膛主排灰管1-4排出，经冷灰器进灰管2-3进入冷灰器冷却一仓2-2内，由高温进灰阀3控制进灰量；当炉膛主排灰管1-4出现故障时，可通过事故排灰管1-5排出过量的高温底灰。冷灰器冷却一仓2-2内的高温底灰在流化风和冷却一仓空冷蛇形管束2-1的共同作用下得到初步冷却后，从分隔墙2-4的上部和底部分别以溢流和底流两种方式进入冷却二仓2-7继续冷却，空冷蛇形管束穿过壁面与空冷蛇形管束联箱2-14相联。被充分冷却后的高温底灰最后溢流进入冷灰器主排灰管2-8，并由旋转排渣阀2-9控制排出。当冷灰器主排灰管2-8出现故障时，可通过辅助排灰管2-11将多余的底灰排出。冷灰器2底部布置有冷灰器布风板2-10和冷灰器风室2-12，冷却一仓2-2和冷却二仓2-7均工作在鼓泡床状态。冷灰器2内携带少量细颗粒的流化风经回风管2-6与高温烟气汇合，混合后的气体与空气换热器8换热后送入除尘器9中的除尘。

炉膛1内的上部颗粒运动处于快速床状态，此时炉内气固混合强烈，存在大量固体颗粒的成团返混。携带大量固体颗粒的高温烟气经炉膛出口烟道1-10后进入旋风分离器6内，其中绝大部分的固体颗粒被分离下来，经回料阀7后通过返料管1-9送回炉内，继续参与炉内的燃烧。小部分极细的颗粒随高温烟气一同与冷灰器2内经换热后的流化风在烟道内混合，混合后的气体与空气换热器8进行热交换，换热后的气体经除尘器9除尘后由引风机10引入烟囱11排出。冷灰器2的流化风为来自于送风机4的冷空气。

系统正常运行时，由送风机4提供的冷空气首先进入空气换热器8，与高温烟气进行热交换后进入冷灰器2。空气换热器8由若干空冷管束构成，结构形式为蛇形管式。经空气换热器8加热后的空气依次流经冷却二仓空冷蛇形管束2-5和冷却一仓空冷蛇形管束2-1与管外的高温底灰进行热交换，最后经空冷蛇形管束联箱2-14后最终送入炉膛风室1-3。在锅炉启动点火时，由送风机4提供的冷空气经电加热器5加热至所需温度后直接送入炉膛风室1-3。

实施例2

本实施例的一种粉煤灰流化床燃烧脱碳装置，如图9、图10、图11、图12、图13和图14所示，结构上与实施例1不同之处在于布置方式上，炉膛1与冷灰器2采用整体式布置。通过炉膛侧墙溢流口1-11将炉膛1和冷灰器2两部分联系起来。冷灰器布风板2-10所在平面高于炉膛布风板1-6所在平面500mm。

系统正常运行时，炉膛1内燃烧产生的高温烟气经炉膛侧墙溢流口1-12进入冷灰器2内，高温烟气与冷灰器2内经换热后的流化风在冷灰器2上部空间混合后进入混合烟道2-15，与空气换热器8换热后送入除尘器9中的除尘。通过调节炉膛1流化风速的大小来控制床层膨胀高度，从而控制进入冷灰器2内灰量的多少。由于炉膛1内的颗粒运动只存在鼓泡床状态，此时气固混合没有实施例1那么剧烈，燃烧产生的烟气中携带的固体颗粒很少，因此未设置旋风分离器6和回料阀7。其余结构与实施例1相同。

实施例1和实施例2的粉煤灰的流化床燃烧脱碳装置，均能稳定燃烧含碳量大于12%的粉煤灰，且不需与其他燃料混合燃烧；由于炉膛内不布置任何受热面，采用绝热燃烧的方式，且炉膛周围敷设了耐火层及保温层，从而保证了炉内的稳定燃烧；通过炉膛床压大小的变化，有效调节锅炉对冷灰器的排灰量。通过设置空气换热器以及可产生高温空气的冷灰器，大幅度回收烟气和高温底灰中的物理热，并将该高温空气送入炉内，从而通过热量自平衡的方式实现炉内的稳定燃烧。有效解决了现有粉煤灰脱碳技术对于高含碳量CFB锅炉粉煤灰分选效果差的问题。

Claims (2)

1.一种粉煤灰流化床燃烧脱碳装置，包括炉膛(1)、冷灰器（2）、高温进灰阀（3）、送风机（4）、电加热器（5）、旋风分离器（6）、回料阀（7）、空气换热器（8）、除尘器（9）、引风机（10）和烟囱（11），其特征在于：炉膛（1）下部设置有电加热棒（1-8），送风机（4）前设置有电加热器（5），分别用于锅炉启动点火时加热炉内床料和提供高温空气；炉膛（1）内不布置受热面，四周覆盖耐火保温材料，形成一绝热燃烧区；冷灰器（2）中冷却一仓（2-2）和冷却二仓（2-7）之间设有一分隔墙（2-4），冷却一仓（2-2）内的高温底灰从分隔墙（2-4）的上方和下方分别以溢流和底流两种方式进入冷却二仓（2-7）；冷灰器布风板（2-10）与炉膛布风板（1-6）的面积比为3；空气换热器（8）和冷却一仓空冷蛇形管束（2-1）以及冷却二仓空冷蛇形管束（2-5）均为空冷受热面，受热面工质来源于送风机（4），可大幅回收高温烟气和高温底灰中的物理热，并将换热后的高温空气送入炉内，以热量自平衡的方式维持炉内的稳定燃烧。 

2.根据权利要求1所述的一种粉煤灰流化床燃烧脱碳装置，其特征在于，炉膛（1）与冷灰器（2）采用整体式布置，冷灰器布风板（2-10）所在平面高于炉膛布风板（1-6）所在平面500mm。

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