CN102829468B - 一种防止锅炉沾污的粉煤灰和灰渣联合再循环的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防止锅炉沾污的粉煤灰和灰渣联合再循环的系统，包括粉煤灰再循环系统和灰渣再循环系统，粉煤灰再循环系统是从除尘器出口引出粉煤灰输送至磨煤机，灰渣再循环系统将锅炉渣池的灰渣收集到干燥机，将干燥后的灰渣进行破碎，经破碎的灰渣输送至灰渣储仓，再从灰渣储仓输送至磨煤机，在磨煤机中将粉煤灰、灰渣及原煤煤粉按照一定比例混合磨制至所需粒度后经过燃烧器喷入炉膛内燃烧；随着烟气的流动，烟气中的活性Na逐渐转变为不溶性Na盐；本发明可固定烟气中的活性Na，使其生成不溶性Na而不会冷凝粘附在对流受热面上，切断了沾污形成的源头，保护对流受热面安全运行，增加了锅炉的运行时间，提高了电厂的效益。
Description
技术领域
本发明涉及防止锅炉沾污技术，特别是一种防止锅炉沾污的粉煤灰和灰渣联合再循环系统。
背景技术
我国发电行业以火力发电为主，火电装机容量超过70%以上。火电动力用煤多采用劣质低品位煤，以至于会造成锅炉炉膛水冷壁结渣、对流受热面沾污等问题，这一系列问题是长期影响电站锅炉正常运行的重要因素。结渣和沾污会降低锅炉的传热效率，影响锅炉出力，使得设备的运行安全性严重降低，结渣严重时可能导致锅炉熄火、爆管、非计划停炉等重大事故。
在燃烧高碱性的准东煤时沾污现象尤为严重，只有掺混碱金属含量较低的煤种才能减轻对流受热面的沾污状况。高碱性煤种约占我国煤炭资源保有量的20%，目前该部分煤种还未实现独立应用，只能通过掺烧的模式部分利用。由于煤中含高碱性元素（主要为钠元素）的固有特性，导致燃烧设备受热面结渣及沾污严重，不能实现准东煤的纯烧利用和发挥准东煤储量达、价格低等优势，导致对于我国大量高碱金属含量煤的大规模利用受到限制，从而制约了我国煤炭资源利用的效率。
高碱性煤在煤粉锅炉燃烧过程中由于碱金属元素的挥发，容易在锅炉受热面冷凝形成一层打底附着物。打底附着物主要以NaCl或Na2SO4形式存在，上述成分在高温下挥发后，易凝结在受热面上形成烧结或粘结的灰沉积，随着附着物对飞灰的吸附作用，会使得受热面出现不同程度的沾污现象，且无法使用吹灰器清除，从而导致受热面传热能力下降，造成锅炉排烟温度升高等问题，最终使得炉膛出力大大降低造成停炉。另外一方面，沾污严重时会造成烟道堵塞以及腐蚀爆管，碱金属会与铁相元素形成络合物，对金属管壁形成啃噬作用，使得金属受热面的耐压强度降低，造成换热面管束发生爆管，严重影响设备运行的稳定性和可靠性。总之，研究高碱性煤利用工艺，降低或解决锅炉严重沾污倾向是大型锅炉安全运行的重点问题之一。
国内对于燃烧高碱性煤利用还缺乏工程运行经验，仅新疆地区个别电厂在研究高碱性煤的燃烧沾污问题，目前并没有高效的利用办法，只通过外煤掺烧的方式来减轻沾污问题，外煤掺烧问题实际上是通过添加其他低碱性金属煤，降低了原煤中碱金属的相对含量。锅炉掺烧高碱性煤的比例不应超过30%，掺烧比例增大时，对流受热面沾污积灰严重，形成烟气走廊，烟气冲刷造成高温再热器、高温过热器泄漏。由于新疆地区高碱性煤利用方式均为坑口电站，掺烧方式对外煤的需求量较大，这种方式往往受到运输条件的限制，极大增加了运行成本。因此，高碱性煤的沾污问题是亟待解决的问题。
特别对于电厂运行中的π型锅炉，煤粉在炉膛中燃烧，产生高温烟气和灰渣，对于高碱性煤种，其中的碱金属元素在高温下，会以气体状态挥发出，并随高温烟气流动至后续对流换热面，在与温度较低的对流换热面接触后，碱金属会沉积在对流换热表面，并因为具有较高的黏性吸附飞灰导致受热面发生沾污现象。由于沾污现象的发生，会导致对流受热面换热热阻增大，导致锅炉出力不足乃至发生爆管停炉等现象。
发明内容
本发明针对现有高碱性煤利用过程中存在的沾污问题，提供了防止锅炉沾污的粉煤灰和灰渣联合再循环的方法和系统，实现了大大减轻现有电站锅炉燃用高碱性煤时对流受热面严重沾污、高温腐蚀与磨损的目的，稳定锅炉出力，保证锅炉受热面换热效果，可以避免由于沾污所造成的对流受热面超温现象，降低爆管事故的发生，达到实现高碱性煤的大规模纯烧利用的目的。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种防止锅炉沾污的粉煤灰和灰渣联合再循环的系统，其特征在于：包括粉煤灰再循环系统和灰渣再循环系统，其中：
粉煤灰再循环系统包括磨煤机和除尘器，磨煤机的出料口与锅炉燃烧器连接，除尘器的进料口与锅炉尾部烟道的空气预热器的出口连接；所述除尘器设置有两个出口，一个出口为输出煤灰出口，一个出口为返回煤灰出口，返回煤灰出口连接至磨煤机的进料口；
灰渣再循环系统包括磨煤机、灰渣储仓、灰渣破碎机、灰渣干燥机，磨煤机的出料口连接至锅炉的燃烧器，灰渣干燥机的进料口与锅炉的渣池出口连通，灰渣干燥机的出料口连接至灰渣破碎机的进料口，灰渣破碎机的出料口连接至灰渣储仓的进料口，灰渣储仓的出料口连接至磨煤机的进料口；灰渣干燥机位于渣池下端，灰渣破碎机位于干燥机下端；
所述磨煤机的进料口还连接原煤来源。
所述粉煤灰再循环系统的返回煤灰出口与磨煤机之间设置有粉煤灰返送装置。
所述锅炉的第一段烟道内设置有屏式过热器；中间的烟道内依次往后设置有高温过热器和高温再热器；锅炉的尾部烟道内设置有省煤器，省煤器位于空气预热器前端。
所述灰渣破碎机和灰渣储仓之间连接有灰渣输送装置。
所述渣池与灰渣干燥机之间设置有管路球阀，用于定期排渣。
防止锅炉沾污的粉煤灰和灰渣联合再循环的工艺系统的原理如下：
对于π型锅炉，煤粉在炉膛中燃烧，产生高温烟气和灰渣，对于高碱性煤种，其中的碱金属元素在高温下，会以气体状态挥发出，即活性Na蒸气。因为粉煤灰及灰渣中自身携带的有一定含量的SiO2、Al2O3及其他硅酸盐类，所以循环利用粉煤灰及灰渣来固定烟气中活性Na蒸气，则能从根本上解决或者大大减轻对流受热面沾污状况，其主要反应原理如下：
2NaCl+3SiO2+H2O Na2O.3SiO2+2HCl Na2SO4+3SiO2→Na2O.3SiO2+SO2+1/2O2
Na2O.3SiO2＋Al2O3-→Na2O.Al2O3 .2SiO2+ SiO2
2NaCl+H2O+nSiO2→Na2O.nSiO2+2HCl
上述反应使可挥发的碱金属氯化物和硫酸盐转化成铝硅酸盐，从而减少气相碱金属的排放。
整个系统的工作过程为：
在锅炉最初运行之前，通过掺烧低碱金属煤种或者外来粉煤灰保证对流受热面不产生沾污；运行一段时间后，两路工艺同时作业：（1）从除尘器出口引出所需粉煤灰采用粉煤灰返送装置输送至磨煤机，在磨煤机中粉煤灰与原煤煤粉混合磨制并干燥；（2）从锅炉下方渣池排出的灰渣经过灰渣干燥机干燥后送入灰渣破碎机进行初步破碎，通过灰渣输送装置送入灰渣储仓中，将灰渣送入磨煤机中混合磨制；根据原煤来源种类不同，粉煤灰与原煤煤粉按照1：5—1：20的比例混合，由于灰渣产量较小，在实际过程中选择用量返送至磨煤机（可全部返送至磨煤机），三者混合后磨制至所需粒度后经过燃烧器喷入炉膛内燃烧，随着烟气的流动，烟气中的活性Na逐渐转变为不溶性Na盐，当烟气经过屏式过热器时烟气中活性Na含量已经大大降低，烟气经过高温过热器及高温再热器时由于烟气中活性Na含量极少，基本不发生沾污。该两路工艺需保证运行一段时间后排空除尘器中粉煤灰及渣池灰渣以保证粉煤灰中SiO2或硅铝酸盐的过剩以能更好的固定烟气中的活性Na。
本发明的有益效果如下：
本发明是在保持锅炉基本形式不变的前提下，可以固定烟气中的活性Na，使其生成不溶性Na而不会冷凝粘附在对流受热面上，切断了沾污形成的源头，保护对流受热面安全运行，增加了锅炉的运行时间，提高了电厂的效益；粉煤灰及灰渣再循环至磨煤机中与煤混合磨制，粉煤灰自身携带的热量能够起到干燥煤粉的作用，并且使粉煤灰与煤粉能够更好的混合，入炉后粉煤灰固定活性Na的效果更佳；实现了粉煤灰及灰渣的重复利用，减轻了输渣及排灰系统的压力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中，附图标记为：1磨煤机，2燃烧器，3屏式过热器，4高温过热器，5高温再热器，6省煤器，7空气预热器，8除尘器，9粉煤灰返送装置，10灰渣干燥机，11灰渣破碎机，12灰渣输送装置，13灰渣储仓。
具体实施方式
如图1所示，一种防止锅炉沾污的粉煤灰和灰渣联合再循环的系统，包括粉煤灰再循环系统和灰渣再循环系统，其中：
粉煤灰再循环系统包括磨煤机1和除尘器8，磨煤机1的出料口与锅炉燃烧器2连接，除尘器8的进料口与锅炉尾部烟道的空气预热器7的出口连接；所述除尘器8设置有两个出口，一个出口为输出煤灰出口，一个出口为返回煤灰出口，返回煤灰出口连接至磨煤机1的进料口；
灰渣再循环系统包括磨煤机1、灰渣储仓13、灰渣破碎机11、灰渣干燥机10，磨煤机1的出料口连接至锅炉的燃烧器2，灰渣干燥机10的进料口与锅炉的渣池出口连通，灰渣干燥机10的出料口连接至灰渣破碎机11的进料口，灰渣破碎机11的出料口连接至灰渣储仓13的进料口，灰渣储仓13的出料口连接至磨煤机1的进料口；灰渣干燥机10位于渣池下端，灰渣破碎机11位于干燥机下端；
所述磨煤机1的进料口还连接原煤来源。
所述粉煤灰再循环系统的返回煤灰出口与磨煤机1之间设置有粉煤灰返送装置9。
所述锅炉的第一段烟道内设置有屏式过热器3；中间的烟道内依次往后设置有高温过热器4和高温再热器5；锅炉的尾部烟道内设置有省煤器6，省煤器6位于空气预热器7前端。
所述灰渣破碎机11和灰渣储仓13之间连接有灰渣输送装置12。
所述渣池与灰渣干燥机10之间设置有管路球阀，用于定期排渣。
防止锅炉沾污的粉煤灰和灰渣联合再循环的工艺系统的原理如下：
对于π型锅炉，煤粉在炉膛中燃烧，产生高温烟气和灰渣，对于高碱性煤种，其中的碱金属元素在高温下，会以气体状态挥发出，即活性Na蒸气。因为粉煤灰及灰渣中自身携带的有一定含量的SiO2、Al2O3及其他硅酸盐类，所以循环利用粉煤灰及灰渣来固定烟气中活性Na蒸气，则能从根本上解决或者大大减轻对流受热面沾污状况，其主要反应原理如下：
2NaCl+3SiO2+H2ONa2O.3SiO2+2HCl Na2SO4+3SiO2→Na2O.3SiO2+SO2+1/2O2
Na2O.3SiO2＋Al2O3-→Na2O.Al2O3 .2SiO2+ SiO2
2NaCl+H2O+nSiO2→Na2O.nSiO2+2HCl
上述反应使可挥发的碱金属氯化物和硫酸盐转化成铝硅酸盐，从而减少气相碱金属的排放。
整个系统的工作过程为：
在锅炉最初运行之前，通过掺烧低碱金属煤种或者外来粉煤灰保证对流受热面不产生沾污；运行一段时间后，两路工艺同时作业：（1）从除尘器8出口引出所需粉煤灰采用粉煤灰返送装置9输送至磨煤机1，在磨煤机1中粉煤灰与原煤煤粉混合磨制并干燥；（2）从锅炉下方渣池排出的灰渣经过灰渣干燥机10干燥后送入灰渣破碎机11进行初步破碎，通过灰渣输送装置12送入灰渣储仓13中，将灰渣送入磨煤机1中混合磨制；根据原煤来源种类不同，粉煤灰与原煤煤粉按照1：5—1：20的比例混合，由于灰渣产量较小，在实际过程中选择用量返送至磨煤机1（可全部返送至磨煤机1），三者混合后磨制至所需粒度后经过燃烧器2喷入炉膛内燃烧，随着烟气的流动，烟气中的活性Na逐渐转变为不溶性Na盐，当烟气经过屏式过热器3时烟气中活性Na含量已经大大降低，烟气经过高温过热器4及高温再热器5时由于烟气中活性Na含量极少，基本不发生沾污。该两路工艺需保证运行一段时间后排空除尘器8中粉煤灰及渣池灰渣以保证粉煤灰中SiO2或硅铝酸盐的过剩以能更好的固定烟气中的活性Na。
Claims (7)
1.一种防止锅炉沾污的粉煤灰和灰渣联合再循环的系统，其特征在于：包括粉煤灰再循环系统和灰渣再循环系统，其中：
粉煤灰再循环系统包括磨煤机(1)和除尘器(8)，磨煤机(1)的出料口与锅炉燃烧器(2)连接，除尘器(8)的进料口与锅炉尾部烟道的空气预热器(7)的出口连接；所述除尘器(8)设置有两个出口，一个出口为输出煤灰出口，一个出口为返回煤灰出口，返回煤灰出口连接至磨煤机(1)的进料口；
灰渣再循环系统包括磨煤机(1)、灰渣储仓(13)、灰渣破碎机(11)、灰渣干燥机(10)，磨煤机(1)的出料口连接至锅炉的燃烧器(2)，灰渣干燥机(10)的进料口与锅炉的渣池出口连通，灰渣干燥机(10)的出料口连接至灰渣破碎机(11)的进料口，灰渣破碎机(11)的出料口连接至灰渣储仓(13)的进料口，灰渣储仓(13)的出料口连接至磨煤机(1)的进料口；灰渣干燥机(10)位于渣池下端，灰渣破碎机(11)位于干燥机下端；
所述粉煤灰再循环系统的磨煤机(1)和灰渣再循环系统的磨煤机(1)为同一个磨煤机(1)，磨煤机(1)的进料口还连接原煤来源。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述粉煤灰再循环系统的返回煤灰出口与磨煤机(1)之间设置有粉煤灰返送装置(9)。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述锅炉的第一段烟道内设置有屏式过热器(3)；中间的烟道内依次往后设置有高温过热器(4)和高温再热器(5)；锅炉的尾部烟道内设置有省煤器(6)，省煤器(6)位于空气预热器(7)前端。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述灰渣破碎机(11)和灰渣储仓(13)之间连接有灰渣输送装置(12)。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述渣池与灰渣干燥机(10)之间设置有管路球阀，用于定期排渣。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述粉煤灰及灰渣在炉膛中与烟气的主要反应包括：
Na2SO4+3SiO2→Na2O.3SiO2+SO2+1/2O2
Na2O.3SiO2+Al2O3-→Na2O.Al2O3.2SiO2+SiO2
2NaCl+H2O+nSiO2→Na2O.nSiO2+2HCl
上述反应使可挥发的碱金属氯化物和硫酸盐转化成铝硅酸盐，从而减少气相碱金属的排放。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的系统，其特征在于工作过程为：
在锅炉最初运行之前，通过掺烧低碱金属煤种或者外来粉煤灰保证对流受热面不产生沾污；运行一段时间后，两路工艺同时作业：
从除尘器(8)出口引出所需粉煤灰采用粉煤灰返送装置(9)输送至磨煤机(1)，在磨煤机(1)中粉煤灰与原煤煤粉混合磨制并干燥；
同时，从锅炉下方渣池排出的灰渣经过灰渣干燥机(10)干燥后送入灰渣破碎机(11)进行初步破碎，通过灰渣输送装置(12)送入灰渣储仓(13)中，将灰渣送入磨煤机(1)中混合磨制；根据原煤来源种类不同，粉煤灰与原煤煤粉按照1：5—1：20的比例混合，根据灰渣产量的实际情况选择灰渣用量返送至磨煤机(1)，三者混合后磨制至所需粒度后经过燃烧器(2)喷入炉膛内燃烧；随着烟气的流动，烟气中的活性Na逐渐转变为不溶性Na盐，当烟气经过屏式过热器(3)时烟气中活性Na含量降低；烟气经过高温过热器(4)及高温再热器(5)。
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