CN102937290A - 一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统，包括流化床燃烧炉、旋风分离器、煤灰分配器、流化床热解炉，流化床燃烧炉连接至旋风分离器，旋风分离器连接至煤灰分配器，煤灰分配器的第一煤灰出口经过返料器连接至流化床燃烧炉侧壁的煤灰入口，同时流化床热解炉的煤灰出口也通过外置床连接至返料器，通过返料器连接至流化床燃烧炉；本发明采用双床系统将燃煤在流化床热解炉中进行高温热解，使得碱金属氯化物挥发到热解气中，减少流化床燃烧炉入炉煤中的碱金属含量，进而减少燃烧烟气中的碱金属，从而大大减轻对流受热面沾污状况，同时外置床受热面通过与热解半焦与煤粉灰进行换热，既增加了换热量，又可调节双床温度，使系统保持最优工况。

Description

一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统
技术领域
本发明涉及防止双流化床的锅炉沾污的技术，更具体地说，涉及一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统。
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。循环流化床燃烧技术具有控制污染成本低廉、燃料适用性广、负荷调节范围大等优点，当燃用高碱性煤种时，存在于煤中的碱性化合物，在燃烧过程中会挥发出来，易凝结在锅炉受热面上形成烧结或粘结的灰沉积，造成锅炉受热面的设备的腐蚀、结渣与沾污问题。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。
为了防止由于结渣与沾污所带来的各种问题，国内外学者对结渣与沾污的机理进行了大量的研究，研究表明结渣与沾污是复杂的物理化学反应过程，炉内结渣既是一个复杂的物理化学过程，又是一个动力学过程，既与燃料特性有关，也与锅炉的结构和运行条件有关。学者提出了多个结渣判定指数，但这些结渣判定指数在实际应用过程中有着很大的局限性，只能作为初步判断并不能从根本上解决沾污对锅炉的危害问题。在电厂运行过程中，煤粉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器表面，并因为具有较高的黏性吸附飞灰而导致受热面发生沾污现象。对于高碱性煤，已有研究表明：由于煤中碱金属元素的挥发，碱金属盐、硫酸钙或者钠、钾、钙与硫酸盐的共晶体是形成粘性灰沉积的基本物质，主要以NaCl或Na2SO4形式存在。随着附着物对飞灰的吸附作用，会使得对流受热面出现不同程度的沾污现象，且沾污物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。
因此，如果能够降低烟气中碱金属化合物份额，则能从根源上解决或减轻锅炉对流受热面的沾污状况。
目前国内对于燃烧利用高碱性煤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，还没有有效的利用办法。即使有通过优化锅炉燃烧方式，控制炉膛内的温度和燃烧来减缓锅炉的结渣问题，在实际中并不便于操作也未得到推广。通过外煤掺烧的方式来减轻沾污问题，利用准东煤与其它煤种混合后进行掺烧，锅炉掺烧高碱性煤的比例不应超过30%，掺烧比例增大时，锅炉的对流受热面沾污积灰严重，同时碱金属对锅炉的本体材料腐蚀也非常严重，对循环流化床锅炉的设计与运行带来很大困难。由于新疆地区高碱性煤利用方式多为坑口电站，掺烧时对外煤的需求量较大，这样对准东煤使用量非常有限，同时又要从其它地方购买优质燃煤，增加了发电企业的发电成本。对准东煤田的开发和电源基地的建设带来了困难，难于将准东煤的优势得以充分发挥。因此，锅炉纯烧高碱性煤时，对流受热面的沾污是亟待解决的问题。
发明内容
本发明为解决上述提及的现有煤粉炉锅炉及循环流化床锅炉燃用高碱性煤时对流受热面沾污问题，提出了一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统，可以降低锅炉受热面布置难度，增加换热面积，保证锅炉受热面充分换热，稳定锅炉出力；还可以避免由于沾污所造成的对流受热面超温现象，大大降低爆管事故发生。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统，其特征在于：包括流化床燃烧炉、旋风分离器、煤灰分配器、流化床热解炉，流化床燃烧炉连接有第一给料器，流化床燃烧炉侧壁上端的出口连接至旋风分离器的入口，旋风分离器将来自流化床燃烧炉的高温煤灰进行分离；旋风分离器底部的出口连接至煤灰分配器的入口，将分离得到的高温煤灰通入到煤灰分配器中，旋风分离器顶部设置有烟气出口；所述煤灰分配器设置有第一煤灰出口和第二煤灰出口，第一煤灰出口经过返料器连接至流化床燃烧炉侧壁的煤灰入口，第二煤灰出口连接至流化床热解炉侧壁的煤灰入口；所述流化床热解炉的侧壁的上端设置有热解气出口，流化床热解炉的侧壁的中部设置有原煤入口，流化床热解炉的侧壁下端设置有煤焦和煤灰的混合物出口，所述煤焦和煤灰的混合物出口通过外置床连接至返料器，通过返料器连接至流化床燃烧炉的煤灰入口。
所述系统还设置有净化装置和热解分离器，热解分离器的侧面设置有热解气入口，顶部设置有热解气出口，底部设置有分流得到热解煤灰的热解煤灰出口；热解分离器的热解气入口连接流化床热解炉的热解气出口，热解分离器的热解气出口连接至净化装置的入口，热解分离器的热解煤灰出口连接至外置床，通过外置床连接至返料器，返料器连接至流化床燃烧炉。
所述旋风分离器顶部的烟气出口经鼓风机连接至流化床热解炉底部，将分离得到的高温烟气通入流化床热解炉。
进一步的，所述旋风分离器的烟气出口经过引风机连通至烟囱。
也就是说，从旋风分离器顶部出来的烟气，一部分经鼓风机进入流化床热解炉，一部分则经引风机通过烟囱排出。
进一步的，所述流化床热解炉的煤灰出口连接至外置床，通过外置床经过同一返料器连接至流化床燃烧炉侧壁的煤灰入口。
所述第一给料器设置有煤斗。
所述净化装置的出口连接至流化床燃烧炉侧壁的热解气入口。
所述流化床热解炉的原煤入口连接第二给料器，第二给料器设置有煤斗。
本系统的工作过程如下：
经过热解的半焦在流化床燃烧炉的炉膛内与空气进行燃烧，生成的煤灰与烟气进入旋风分离器进行分离；分离得到的烟气一部分经鼓风机送入流化床热解炉，另外一部分经引风机由烟囱排出；分离得到的煤灰进入煤灰分配器，根据流化床热解炉的需要将煤灰分为两路，一路通过第一煤灰出口直接经返料器返回流化床燃烧炉的炉膛，另一路通过第二煤灰出口进入流化床热解炉与来自煤斗、第二给料器的高碱性煤进行混合，在流化床热解炉中进行热解，热解得到的气体经净化装置除去钠后进入流化床燃烧炉燃烧，热解后的热灰及高碱性煤半焦进入外置床进行换热，热灰及高碱性煤半焦温度经过调整后由外置床进入返料器，使用烟气送入流化床燃烧炉在炉膛进行燃烧；锅炉排渣在流化床燃烧炉的底部进行；高碱性煤在流化床热解炉中进行热解后，可挥发性钠被大量去除，煤中的钠含量下降，在流化床燃烧炉的炉膛中进行燃烧时生成的烟气中活性钠的钠含量已经大大降低，在经过后续受热面时由于烟气中活性钠含量极少，基本不发生沾污。
本发明采用双床系统，将燃煤先在流化床热解炉中进行高温热解，使可挥发的碱金属氯化物挥发到热解气中，从而减少流化床燃烧炉中煤的碱金属含量，进而减少燃烧烟气中的碱金属，则能从根本上解决或者大大减轻对流受热面沾污状况，同时热解气经过净化装置除钠后送入流化床燃烧炉中燃烧，有效利用煤中可燃组分，保证锅炉燃烧效率。外置床受热面通过与热解半焦与煤粉灰进行换热，即增加了换热量，又可调节热解和燃烧流化床温度，使系统保持最优工况。
本发明工艺路线为利用燃烧后的煤粉灰温度较高，经旋风分离器连续分离收集下来，通过煤灰分配器进入流化床热解炉，与第二给料器送入的煤粉均匀混合，入炉煤粉利用煤粉灰和流化床燃烧炉燃烧气的热量在流化床热解炉中热解，煤粉中碱金属在高温下挥发进入热解气中，热解气经流化床热解炉顶部分离器出口进入净化装置，经净化除去碱金属后热解气送入流化床燃烧炉炉膛燃烧。流化床热解炉出口的煤焦和煤灰混合物经外置床调整温度后进入返料器，返料器将其送入流化床燃烧炉中进行燃烧。由于煤焦中碱金属大幅减少，避免了流化床燃烧炉燃烧烟气中碱金属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。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明通过在流化床热解炉中锅炉热灰与高碱性煤混合热解移除煤中的可挥发性Na，降低了燃烧流化床煤中的Na元素含量，减少了锅炉对流受热面的沾污，提高了换热面的换热效率，稳定锅炉出力；
（2）通过利用锅炉循环热灰对高碱金属煤加热进行热解，热解气净化后送入炉膛燃烧，能量利用效率提高，减少了气固分离除尘的问题，同时避免了高碱性煤目前只能通过掺烧途径利用所带来的高额成本；
（3）通过利用外置式换热器内受热面的布置，增加了换热面积，减轻锅炉内受热面布置难度，减轻锅炉受热面沾污，提高了锅炉负荷调节的灵活性、汽温调节性能、燃料的适用性和传热性能；
（4）在对原锅炉设计改动不大，不影响锅炉燃烧效率的情况下，实现高碱性煤大规模纯烧利用，提高了电厂的效益。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
其中，附图标记为：1煤斗，2第一给料器，3鼓风机，4流化床燃烧炉，5旋风分离器，6煤灰分配器，7热解分离器，8流化床热解炉，9煤斗，10第二给料器，11引风机，12鼓风机，13返料器，14净化装置，15外置床。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
如图1所示，一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统，包括流化床燃烧炉4、旋风分离器5、煤灰分配器6、流化床热解炉8，流化床燃烧炉4连接有第一给料器2，流化床燃烧炉4侧壁上端的出口连接至旋风分离器5的入口，旋风分离器5将来自流化床燃烧炉4的高温煤灰进行分离；旋风分离器5底部的出口连接至煤灰分配器6的入口，将分离得到的高温煤灰通入到煤灰分配器6中，旋风分离器5顶部设置有烟气出口；所述煤灰分配器6设置有第一煤灰出口和第二煤灰出口，第一煤灰出口经过返料器13连接至流化床燃烧炉4侧壁的煤灰入口，第二煤灰出口连接至流化床热解炉8侧壁的煤灰入口；所述流化床热解炉8的侧壁的上端设置有热解气出口，流化床热解炉8的侧壁的中部设置有原煤入口，流化床热解炉8的侧壁下端设置有煤焦和煤灰的混合物出口，所述煤焦和煤灰的混合物出口通过外置床15连接至返料器13，通过返料器13连接至流化床燃烧炉4的煤灰入口。
所述系统还设置有净化装置14和热解分离器7，热解分离器7的侧面设置有热解气入口，顶部设置有热解气出口，底部设置有分离得到热解煤灰的热解煤灰出口；热解分离器7的热解气入口连接流化床热解炉8的热解气出口，热解分离器7的热解气出口连接至净化装置14的入口，热解分离器7的热解煤灰出口连接至外置床15，通过外置床15连接至返料器13，返料器13连接至流化床燃烧炉4。
所述旋风分离器5顶部的烟气出口经鼓风机12连接至流化床热解炉8底部，将分离得到的高温烟气通入流化床热解炉8。
进一步的，所述旋风分离器5的烟气出口经过引风机11连通至烟囱。
也就是说，从旋风分离器5顶部出来的烟气，一部分经鼓风机12进入流化床热解炉8，一部分则经引风机11通过烟囱排出。
进一步的，所述流化床热解炉8的煤灰出口连接至外置床15，通过外置床15经过同一返料器13连接至流化床燃烧炉4侧壁的煤灰入口。
所述第一给料器2设置有煤斗1。
所述净化装置14的出口连接至流化床燃烧炉4侧壁的热解气入口。
所述流化床热解炉8的原煤入口连接第二给料10，第二给料10设置有煤斗9。
本系统的工作过程如下：
经过热解的半焦在流化床燃烧炉4的炉膛内与来自鼓风机3的空气进行燃烧，生成的煤灰与烟气进入旋风分离器5进行分离；分离得到的烟气一部分经鼓风机12送入流化床热解炉8，另外一部分经引风机11由烟囱排出；分离得到的煤灰进入煤灰分配器6，根据流化床热解炉8的需要将煤灰分为两路，一路通过第一煤灰出口直接经返料器13返回流化床燃烧炉4的炉膛，另一路通过第二煤灰出口进入流化床热解炉8与来自煤斗9、第二给料器10的高碱性煤进行混合，在流化床热解炉8中进行热解，热解得到的气体经净化装置14除去钠后进入流化床燃烧炉4燃烧，热解后的热灰及高碱性煤半焦进入外置床15进行换热，热灰及高碱性煤半焦温度经过调整后由外置床15进入返料器13，使用烟气送入流化床燃烧炉4在炉膛进行燃烧；锅炉排渣在流化床燃烧炉4的底部进行；高碱性煤在流化床热解炉8中进行热解后，可挥发性钠被大量去除，煤中的钠含量下降，在流化床燃烧炉4的炉膛中进行燃烧时生成的烟气中活性钠的钠含量已经大大降低，在经过后续受热面时由于烟气中活性钠含量极少，基本不发生沾污。
本发明采用双床系统，将燃煤先在流化床热解炉8中进行高温热解，使可挥发的碱金属氯化物挥发到热解气中，从而减少燃烧流化床入炉煤中碱金属含量，进而减少燃烧烟气中的碱金属，则能从根本上解决或者大大减轻对流受热面沾污状况，同时热解气经过净化装置14除钠后送入流化床燃烧炉4中燃烧，有效利用煤中可燃组分，保证锅炉燃烧效率。外置床15受热面通过与热解半焦与煤粉灰进行换热，即增加了换热量，又可调节热解和燃烧流化床温度，使系统保持最优工况。
本发明工艺路线为利用燃烧后的煤粉灰温度较高，经旋风分离器5连续分离收集下来，通过煤灰分配器6进入流化床热解炉8，与第二给料10送入的煤粉均匀混合，入炉煤粉利用煤粉灰和流化床燃烧炉4燃烧气的热量在流化床热解炉8中热解，煤粉中碱金属在高温下挥发进入热解气中，热解气经流化床热解炉8顶部分离器出口进入净化装置14，经净化除去碱金属后热解气送入流化床燃烧炉4炉膛燃烧。流化床热解炉8出口的煤焦和煤灰混合物经外置床15调整温度后进入返料器13，返料器13将其送入流化床燃烧炉4中进行燃烧。由于煤焦中碱金属大幅减少，避免了流化床燃烧炉4燃烧烟气中碱金属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。

Claims (9)

1.一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统，其特征在于：包括流化床燃烧炉（4）、旋风分离器（5）、煤灰分配器（6）、流化床热解炉（8），流化床燃烧炉（4）侧壁上端的出口连接至旋风分离器（5）的入口，旋风分离器（5）将来自流化床燃烧炉（4）的高温煤灰进行分离；旋风分离器（5）底部的出口连接至煤灰分配器（6）的入口，将分离得到的高温煤灰通入到煤灰分配器（6）中，旋风分离器（5）顶部设置有烟气出口；所述煤灰分配器（6）设置有第一煤灰出口和第二煤灰出口，第一煤灰出口经过返料器（13）连接至流化床燃烧炉（4）侧壁的煤灰入口，第二煤灰出口连接至流化床热解炉（8）侧壁的煤灰入口；所述流化床热解炉（8）的侧壁的上端设置有热解气出口，流化床热解炉（8）的侧壁的中部设置有原煤入口，流化床热解炉（8）的侧壁下端设置有煤焦和煤灰的混合物出口，所述煤焦和煤灰的混合物出口通过外置床（15）连接至返料器（13），通过返料器（13）连接至流化床燃烧炉（4）的煤灰入口。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统还设置有净化装置（14）和热解分离器（7），热解分离器（7）的侧面设置有热解气入口，顶部设置有热解气出口，底部设置有分离得到热解煤灰的热解煤灰出口；热解分离器（7）的热解气入口连接流化床热解炉（8）的热解气出口，热解分离器（7）的热解气出口连接至净化装置（14）的入口，热解分离器（7）的热解煤灰出口连接至外置床（15），通过外置床（15）连接至返料器（13），返料器（13）连接至流化床燃烧炉（4）。
3.根据权利要求1或2所述一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统，其特征在于：所述旋风分离器（5）顶部的烟气出口经鼓风机（12）连接至流化床热解炉（8）底部，将分离得到的高温烟气通入流化床热解炉（8）。
4.根据权利要求3所述一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统，其特征在于：所述旋风分离器（5）的烟气出口经过引风机（11）连通至烟囱。
5.根据权利要求4所述一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统，其特征在于：所述流化床热解炉（8）的煤灰出口连接至外置床（15），通过外置床（15）经过同一返料器（13）连接至流化床燃烧炉（4）侧壁的煤灰入口。
6.根据权利要求5所述一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统，其特征在于：所述第一给料器（2）设置有煤斗（1）。
7.根据权利要求2或5所述一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统，其特征在于：所述净化装置（14）的出口连接至流化床燃烧炉（4）侧壁的热解气入口。
8.根据权利要求7所述一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统，其特征在于：所述流化床热解炉（8）的原煤入口连接第二给料（10），第二给料（10）设置有煤斗（9）。
9.根据权利要求8所述一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统，其特征在于工作过程如下：
经过热解的半焦在流化床燃烧炉（4）的炉膛内与空气进行燃烧，生成的煤灰与烟气进入旋风分离器（5）进行分离；分离得到的烟气一部分经鼓风机（12）送入流化床热解炉（8），另外一部分经引风机（11）由烟囱排出；分离得到的煤灰进入煤灰分配器（6），根据流化床热解炉（8）的需要将煤灰分为两路，一路通过第一煤灰出口直接经返料器（13）返回流化床燃烧炉（4）的炉膛，另一路通过第二煤灰出口进入流化床热解炉（8）与来自煤斗、第二给料（10）的高碱性煤进行混合，在流化床热解炉（8）中进行热解，热解得到的气体经净化装置（14）除去钠后进入流化床燃烧炉（4）燃烧，热解后的热灰及高碱性煤半焦进入外置床（15）进行换热，热灰及高碱性煤半焦温度经过调整后由外置床（15）进入返料器（13），使用烟气送入流化床燃烧炉（4）在炉膛进行燃烧；锅炉排渣在流化床燃烧炉（4）的底部进行；高碱性煤在流化床热解炉（8）中进行热解后，去除大量可挥发性钠，煤中的钠含量下降，不发生沾污。
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