CN102537941A - 一种纯烧低热值煤矸石的循环流化床锅炉技术 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种纯烧低热值煤矸石的循环流化床锅炉技术，主要解决现有技术中无法纯烧矸石，必须掺烧大量的煤，掺烧后热值达到3000kcal/kg以上，才能充分燃烧；即使纯烧矸石，出力也达不到规定值，而且磨损严重等问题；主要采用低风速、高床温、大床面、厚料层、远排渣的循环流化床锅炉燃烧技术，该技术由循环流化床锅炉的改进与纯烧低热值煤矸石的燃烧工艺参数两部分组成。
Description
技术领域
本发明属于循环流化床锅炉技术领域，具体涉及一种纯烧低热值煤矸石的循环流化床锅炉技术。
背景技术
随着我国煤炭产量的逐年增加,煤矸石堆积，占煤炭产量的约10%～15%。目前，累计堆有煤矸石山1500多座，约占40亿吨，占地1.3万公顷以上，而且每年约以1亿吨的速度递增。因为大量的煤矸石堆积，未能利用和处置，矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害，给环境带来了巨大的污染，因此合理利用煤矸石既可以保护环境又可以利用其富含的有价值能源和资源。
现有循环流化床锅炉，主要包括锅筒、膜式水冷壁炉膛、绝热旋风分离器、返料系统和竖井烟道；所述膜式水冷壁炉膛固定在刚性梁上并与锅炉构架连接，膜式水冷壁炉膛上部出口与绝热旋风分离器侧口相接，其上部中心出口筒与竖井烟道相通，分离器下部立管通过自平衡回料阀与返料系统相接；膜式水冷壁炉膛内下部为流化床燃烧室；所述返料系统与流化床燃烧室相通；位于流化床燃烧室底部的水冷式布风板，其上设有钟罩式风帽，其下连有一次风室和排渣口；所述流化床燃烧室内水冷壁上均布有密集销钉并涂敷耐磨可塑料，所述二次风箱采用单层结构，其上的方形二次风进口管布置在流化床燃烧室前墙和流化床燃烧室后墙的上部；所述竖井烟道内依次布置过热器系统、省煤器、空气预热器；
使用现有循环流化床锅炉不能纯烧矸石，热效率低，而且必须掺烧大量的煤，掺烧后热值达到3000 kcal/kg以上才能充分燃烧；即使纯烧矸石，出力也达不到规定值，而且磨损严重，其原因如下：
一、由于矸石比其它的煤种硬,煤中灰份较多、热值低，锅炉在运行时灰量约为普通循环流化床的4倍，而循环流化床受热面的磨损主要是由于灰与管子的碰撞造成的，由于普通流化床截面尺寸、防磨结构不能满足要求，如长期运行则使受热面会产生非常严重的磨损，而导致锅炉无法运行。
二、燃烧普通煤时床温控制在900℃，料层控制在500～600mmm,这种床温和料层无法保证煤矸石的燃烧稳定及碳颗料的燃烬。
三、一般循环流化床锅炉设计一次风比例约为60%，一次风的作用主要是保证流化，燃矸石循环流化床，一方面由于矸石比重较大，另一方面矸石中挥发份也较低，在下部燃烧份额比例必定加大，60%的一次风量无法保证煤矸石的燃尽。
发明内容
本发明目的是针对现有循环流化床锅炉的技术的不足，提供一种促进保护环境，同时又可以利用其富含的有价值能源和资源，能够纯烧矸石的循环流化床锅炉技术。
本发明为解决上述技术问题而采取的技术方案是：
一种纯烧低热值煤矸石的循环流化床锅炉技术，采用循环流化床锅炉，该技术包括循环流化床锅炉的结构改进与纯烧低热值煤矸石循环流化床锅炉燃烧及结构设计工艺参数两部分；
该循环流化床锅炉的结构改进：
1）锅炉的竖井烟道内受热面采用被动防磨技术，加装防磨护瓦，护瓦材质选用耐磨材质；
2）排渣口布置在靠近后墙的位置，排渣口设置在靠近返料口的位置；
3）多点排渣：冷渣机排渣量为现有技术的6～7.5倍；
4）采用绝热型旋风分离器；
5）采用自平衡回料阀，并将负压状态的灰送回到正压状态的流化床内；
6）二次风采用前、后墙布置，且前墙的二次风量大于后墙的二次风量；
7）二次风箱采用单层设置；
该纯烧低热值煤矸石燃烧工艺参数如下：
1）所述该循环流化床锅炉的炉内流化风速：在额定负荷状态下选取为4.3～4.7m/s；
2）所述该循环流化床锅炉的竖井烟道内各段烟气流速选取如下：
a.高温过热器段：10～11m/s；
b.低温过热器段：8～9m/s；
c.省煤器段：6～7m/s；
d.空预器段：9～10m/s；
3）该循环流化床锅炉的炉内床温控制在910～950℃；
4）该循环流化床锅炉的一次风与二次风比例为8：2；
5）该循环流化床锅炉的燃烧料层厚为800～1000mm。
所述的纯烧低热值煤矸石燃烧工艺参数部分还包括：所述的纯烧低热值煤矸石循环流化床锅炉结构设计工艺参数包括：所述纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的循环流化床锅炉，在相同级别的条件下，各部分设计工艺参数对比取值如下：
a. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的流化床炉膛截面为：1.3～1.6倍；
b. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的流化床面积为：1.80～2.00倍；
c. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的分离器截面为：1.05～1.25倍；
d. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的竖井烟道受热面中烟气流通面积为：1.15～1.25倍；
e. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的给煤管截面为：1.65～1.75倍；
f. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的排渣口截面为：2.55～2.65倍；
g. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的点火装置中的点火燃烧器截面为：1.8～2.2倍。
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：1、纯烧矸石，无需掺烧大量的煤；2、耐磨损，促进保护环境，同时又可以利用其富含的有价值能源和资源。
附图说明
图1为本发明的循环流化床锅炉示意图；
图2为本发明的布风装置示意图。
具体实施方式
一种纯烧低热值煤矸石的循环流化床锅炉技术，主要采用低风速、高床温、大床面、厚料层、远排渣的循环流化床锅炉；该技术由循环流化床锅炉的结构改进与纯烧低热值煤矸石循环流化床锅炉燃烧及结构设计工艺参数两部分组成：
如图1和图2所示，循环流化床锅炉主要包括锅筒1、膜式水冷壁炉膛5、绝热旋风分离器7、返料系统12和竖井烟道27；所述膜式水冷壁炉膛5固定在刚性梁3上并与锅炉构架4连接，膜式水冷壁炉膛5上部出口6与绝热旋风分离器7侧口相接，其上部中心出口筒2与竖井烟道27相通，分离器下部立管11通过自平衡回料阀25与返料系统12相接；膜式水冷壁炉膛5内下部为流化床燃烧室16；所述返料系统12与流化床燃烧室16相通；位于流化床燃烧室16底部的水冷式布风板18，其上设有钟罩式风帽26，其下连有一次风室19和排渣口20；所述流化床燃烧室16内水冷壁上均布有密集销钉并涂敷耐磨可塑料，所述二次风箱14采用单层结构，其上的方形二次风进口管布置在流化床燃烧室前墙13和流化床燃烧室后墙23的上部；所述竖井烟道27内依次布置过热器系统、省煤器、空气预热器；
该循环流化床锅炉的主要改进：
1）锅炉的竖井烟道27内受热面采用被动防磨技术，加装防磨护瓦，护瓦材质选用耐磨材质；
2）排渣口20布置在靠近后墙的位置：避免煤从给煤口17一入膜式水冷壁炉膛5就被排出，排渣口20设置在靠近返料口21的位置，当返料灰较多时，还可以起到排掉部分返料灰的作用；
3）多点排渣：冷渣机排渣量为现有技术的6～7.5倍；
4）采用绝热型旋风分离器7：提高主循环回路中的循环倍率，使颗粒在炉内停留时间加长，利于矸石的燃烬；此外，对于绝热型旋风分离器7，由于其温度高于炉膛温度，对细小碳颗料有二次燃烧的功能，有利于飞灰可燃物中含碳量的降低；
5）采用自平衡回料阀25：将负压状态的灰送回到正压状态的流化床内，有效防止烟气短路；
6）二次风采用前后墙布置且前墙13的二次风量大于后墙23的二次风量，改善给煤区的供氧状况；
7）二次风箱14采用单层设置：避免二次风的无组织行为；
该纯烧低热值煤矸石循环流化床锅炉燃烧工艺参数如下：
1）降低锅炉的炉内流化风速：因矸石灰颗料较硬，其对炉内受热面10的磨损较大，因此，采取较低的炉内流化风速，使大颗粒的扬析高度降低，但又不破坏膜式水冷壁炉膛5上部快速床的状态，额定负荷状态下所述锅炉的炉内流化风速选定为4.3～4.7m/s；
2）所述该循环流化床锅炉的竖井烟道27内各段烟气流速选取如下：
a.高温过热器段：10～11m/s；
b.低温过热器段：8～9m/s；
c.省煤器段：6～7m/s；
d.空预器段：9～10m/s；
3）采用较高床温控制燃烧：循环流化床的床温一般控制在850～900℃，为保证煤矸石的燃烧稳定及碳颗料的燃烬，炉内床温控制在910～950℃；
4）采用大床面积燃烧：加大一次风比例，一次风与二次风比例为8：2；
5）采用较厚料层燃烧：使下部底渣形成一个巨大的热源，料层越厚，则颗粒停留时间越长，停留时间的加长利于矸石的燃烬；料层厚为：800～1000mm。
所述的纯烧低热值煤矸石循环流化床锅炉结构设计工艺参数包括：所述纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的循环流化床锅炉，在相同级别的条件下，各部分设计工艺参数对比取值如下：
a. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的流化床炉膛截面为：1.3～1.6倍；
b. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的流化床面积为：1.80～2.00倍；
c. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的分离器截面为：1.05～1.25倍；
d. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的竖井烟道27受热面中烟气流通面积为：1.15～1.25倍；
e. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的给煤管截面为：1.65～1.75倍；
f. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的排渣口20截面为：2.55～2.65倍；
g. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的点火装置22中的点火燃烧器截面为：1.8～2.2倍。
工作原理：
烟气的走向：流化床燃烧室16所需的一次风从左右两侧风道引入一次风室19，一次风室19与膜式水冷壁炉膛5被水冷式布风板18相隔，一次风通过钟罩式风帽26均匀进入膜式水冷壁炉膛5流化床料；二次风通过分布在炉膛前后墙上的二次风进口管送入膜式水冷壁炉膛5下部的空间,煤矸石借助自身重力和引入的送煤风沿着煤矸石进口15滑落到下端，在距布风板18一定高度处，进入膜式水冷壁炉膛5后经点火装置22点燃，燃烧后的烟气经炉膛上部出口6进入绝热旋风分离器7，将烟气夹带的物料分离下来，通过返料系统12返回炉膛循环再燃；分离后的烟气经中心出口筒2和连接烟道流向竖井烟道27；煤矸石燃烧后的灰分别以底渣形式从炉膛底部排渣管20排出和以飞灰形式从竖井烟道27排出；竖井烟道27依次布置有调节过热器系统、省煤器、空气预热器。
汽水的走向：锅炉的给水经过水平布置的两组光管式省煤器加热后由吊挂管进入锅筒1。锅筒1内的锅水由集中下降管、分配管进入水冷壁下集箱和水冷屏下集箱、水冷壁管和炉内水冷屏、上集箱，然后由引出管进入锅筒，锅筒内设有汽水分离装置。
饱和蒸汽走向：从锅筒顶部的蒸汽连接管引至竖井烟道27侧包墙管、前包墙、后包墙、低温过热器、一级喷水减温器、炉膛内屏式过热器、二级喷水减温器、高温过热器、集汽集箱，最后将合格的过热蒸汽引向汽轮机。
Claims (2)
1.一种纯烧低热值煤矸石的循环流化床锅炉技术，采用循环流化床锅炉，其特征是：包括循环流化床锅炉的结构改进与纯烧低热值煤矸石循环流化床锅炉燃烧及结构设计工艺参数两部分；
该循环流化床锅炉的结构改进：
1）锅炉的竖井烟道（27）内受热面采用被动防磨技术，加装防磨护瓦，护瓦材质选用耐磨材质；
2）排渣口（20）布置在靠近后墙的位置，排渣口(20)设置在靠近返料口(21)的位置；
3）多点排渣：冷渣机排渣量为现有技术的6～7.5倍；
4）采用绝热型旋风分离器（7）；
5）采用自平衡回料阀（25），并将负压状态的灰送回到正压状态的流化床内；
6）二次风采用前、后墙布置，且前墙（13）的二次风量大于后墙（23）的二次风量；
7）二次风箱（14）采用单层设置；
该纯烧低热值煤矸石循环流化床锅炉燃烧工艺参数如下：
1）所述该循环流化床锅炉的炉内流化风速：在额定负荷状态下选取为4.3～4.7m/s；
2）所述该循环流化床锅炉的竖井烟道（27）内各段烟气流速选取如下：
a.高温过热器段：10～11m/s；
b.低温过热器段：8～9m/s；
c.省煤器段：6～7m/s；
d.空预器段：9～10m/s；
3）该循环流化床锅炉的炉内床温控制在910～950℃；
4）该循环流化床锅炉的一次风与二次风比例为8：2；
5）该循环流化床锅炉的燃烧料层厚为800～1000mm。
2.根据权利要求1所述的一种纯烧低热值煤矸石的循环流化床锅炉技术，其特征是：所述的纯烧低热值煤矸石循环流化床锅炉结构设计工艺参数包括：所述纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的循环流化床锅炉，在相同级别的条件下，各部分设计工艺参数对比取值如下：
a. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的流化床炉膛截面为：1.3～1.6倍；
b. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的流化床面积为：1.80～2.00倍；
c. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的分离器截面为：1.05～1.25倍；
d. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的竖井烟道（27）受热面中烟气流通面积为：1.15～1.25倍；
e. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的给煤管截面为：1.65～1.75倍；
f. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的排渣口（20）截面为：2.55～2.65倍；
g. 纯烧低热值煤矸石与燃烧普通煤种的点火装置（22）中的点火燃烧器截面为：1.8～2.2倍。
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