CN102829472B - 一种防止锅炉沾污的粉煤灰再循环的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防止锅炉沾污的粉煤灰再循环的方法和系统，是在锅炉运行一段时间后，从除尘器出口引出所需粉煤灰通过返送装置输送至磨煤机，在磨煤机中粉煤灰与原煤按照一定比例混合磨制并干燥，磨制到燃烧所需粒度后经过燃烧器喷入炉膛内燃烧；随着烟气的流动，粉煤灰与烟气中的活性Na反生反应生成不溶性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；本发明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钠，使其生成不溶性Na而不会冷凝粘附在对流受热面上，从根本上解决沾污现象。
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再循环的方法和系统。
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，提供了一种防止锅炉沾污的粉煤灰再循环的方法和系统，该系统结构简单，可实现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再循环的方法，其特征在于步骤如下：
第一步，在锅炉最初运行之前，对流受热面不产生沾污；
第二步，在锅炉运行一段时间后，从锅炉烟道尾部引出所需粉煤灰与原煤混合，根据原煤种类不同，粉煤灰与原煤按照重量比1:5~1:20的比例混合（根据燃烧沾污状况可进行适当调节），混合后磨制得到混合煤粉；
第三步，将混合煤粉喷进炉膛燃烧；
第四步，炉膛内，随着烟气的流动，粉煤灰与烟气中的活性Na反生反应生成不溶性Na盐，减少了活性Na的含量。
锅炉结渣沾污与与烟气中活性Na的含量有直接关系(如：Na2SO4、NaCl等)，如果能够降低烟气中活性Na份额或使活性Na转变为不溶性Na（硅酸铝钠等），则能从根源上解决或减轻锅炉对流受热面的沾污状况。
因为粉煤灰中自身携带有一定含量的SiO2、Al2O3及其他硅酸盐类，所以将粉煤灰重新利用来固定烟气中活性Na蒸气，其反应原理如下：
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
上述反应完毕，使可挥发的碱金属氯化物和硫酸盐转化成铝硅酸盐，减少了气相碱金属的排放。
为实现上述方法，采用一种防止锅炉沾污的粉煤灰再循环的系统，其特征在于：包括磨煤机和除尘器，磨煤机的出料口与锅炉燃烧器（2）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入料口；所述磨煤机的入料口还连接原煤来源。
所述返回煤灰出口与磨煤机之间设置有返送装置。
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。
所述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。
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，从除尘器出口引出所需粉煤灰通过返送装置输送至磨煤机，根据原煤种类不同，在磨煤机中粉煤灰与原煤按照重量比1:5~1:20的比例混合（根据燃烧沾污状况可进行适当调节），混合后磨制并干燥得到混合煤粉，当混合煤粉被磨制达到符合燃烧所需粒度时，经过燃烧器喷入炉膛内燃烧；随着烟气的流动，粉煤灰与烟气中的活性Na反生反应生成不溶性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；为了锅炉能一直循环正常运行，需要定期排空除尘器中的粉煤灰，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，使除尘器收集的粉煤灰返回至磨煤机与煤粉混合磨制后送入炉膛燃烧，燃烧过程中可以固定烟气中的活性钠，使其生成不溶性Na而不会冷凝粘附在对流受热面上，从根本上解决了沾污现象发生的源头；粉煤灰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；在设备上，粉煤灰来自本厂锅炉燃烧产生，只需加装一条粉煤灰输送线路即可，几乎不增加电厂运行成本，还可以实现高碱性煤种的纯烧利用，能够解决或者大大减轻对流受热面沾污问题，增加电厂运行时间，提高电厂运行效率。
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返送装置。
具体实施方式
如图1所示，一种防止锅炉沾污的粉煤灰再循环的方法，步骤如下：
第一步，在锅炉最初运行之前，对流受热面不产生沾污；
第二步，在锅炉运行一段时间后，从锅炉烟道尾部引出所需粉煤灰与原煤混合，根据原煤种类不同，粉煤灰与原煤按照重量比1:5~1:20的比例混合（根据燃烧沾污状况可进行适当调节），混合后磨制得到混合煤粉；
第三步，将混合煤粉喷进炉膛燃烧；
第四步，炉膛内，随着烟气的流动，烟气中的活性Na（NaCl、Na2SO4等）与粉煤灰中的过剩的SiO2或硅铝酸盐进行化学反应，生成不溶性的硅酸钠盐或者硅酸铝钠盐，避免烟气中活性Na化合物遇冷粘附在对流受热面管壁上形成沾污的初始层，破坏了沾污形成的初始条件。
经过研究得到：锅炉结渣沾污与与烟气中活性Na的含量有直接关系(如：Na2SO4、NaCl等)。如果能够降低烟气中活性Na份额或使活性Na转变为不溶性Na（硅酸铝钠等），则能从根源上解决或减轻锅炉对流受热面的沾污状况。
因为粉煤灰中自身携带有一定含量的SiO2、Al2O3及其他硅酸盐类，所以将粉煤灰重新利用来固定烟气中活性Na蒸气，其反应原理如下：
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
上述反应完毕，使可挥发的碱金属氯化物和硫酸盐转化成铝硅酸盐，减少了气相碱金属的排放。
为实现上述方法，采用一种防止锅炉沾污的粉煤灰再循环的系统，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的入料口；所述磨煤机1的入料口还连接原煤来源。
所述返回煤灰出口与磨煤机1之间设置有返送装置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。
所述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。
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，从除尘器8出口引出所需粉煤灰通过返送装置9输送至磨煤机1，根据原煤种类不同，在磨煤机1中粉煤灰与原煤按照重量比1:5~1:20的比例混合（根据燃烧沾污状况可进行适当调节），混合后磨制并干燥得到混合煤粉，当混合煤粉被磨制达到符合燃烧所需粒度时，经过燃烧器2喷入炉膛内燃烧；随着烟气的流动，粉煤灰与烟气中的活性Na反生反应生成不溶性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；为了锅炉能一直循环正常运行，需要定期排空除尘器8中的粉煤灰，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 (4)
1.一种防止锅炉沾污的粉煤灰再循环的方法，其特征在于步骤如下：
第一步，在锅炉最初运行之前，对流受热面不产生沾污；
第二步，在锅炉运行一段时间后，从锅炉烟道尾部引出所需粉煤灰与原煤混合，根据原煤种类不同，粉煤灰与原煤按照重量比1:5~1:20的比例混合，混合后磨制得到混合煤粉；
第三步，将混合煤粉喷进炉膛燃烧；
第四步，炉膛内，随着烟气的流动，粉煤灰与烟气中的活性Na反生反应生成不溶性Na盐，减少了活性Na的含量；
所述粉煤灰中携带有SiO2、Al2O3及其他硅酸盐类，所以粉煤灰与烟气中的活性Na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
上述反应完毕，使可挥发的碱金属氯化物和硫酸盐转化成铝硅酸盐，减少了气相碱金属的排放。
2.适用于权利要求1所述方法的系统，其特征在于：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）的入料口；所述磨煤机（1）的入料口还连接原煤来源；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）；所述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。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述返回煤灰出口与磨煤机（1）之间设置有返送装置（9）。
4.根据权利要求3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，通过计算确定固定烟气活性钠所需粉煤灰量，从除尘器（8）出口引出所需粉煤灰通过返送装置（9）输送至磨煤机（1），在磨煤机（1）中粉煤灰与原煤按照重量比范围1:5~1:20混合磨制并干燥，磨制到燃烧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，粉煤灰与烟气中的活性Na反生反应生成不溶性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；为了锅炉能一直循环正常运行，需要定期排空除尘器（8）中的粉煤灰，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。
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