CN103148476A - 一种燃用高钠钾含量燃料的烟气再循环锅炉系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃用高钠钾含量燃料的烟气再循环锅炉系统，包括炉膛、设置在炉膛出口后的混合烟室以及烟气再循环装置；所述混合烟室的出口设置温控装置并连接有对流烟道，对流烟道内设置有若干级对流受热面；所述烟气再循环装置的一端与尾部烟道相连通，另一端通过烟气混合喷射装置与混合烟室相连通。本发明通过设置烟气再循环装置，将流过尾部烟道的一部分低温烟气通回到混合烟室中，利用低温的再循环烟气给高温烟气降温，使烟气中的碱金属化合物蒸气在混合烟室中全部凝固下来，从而避免了升华灰在对流受热面表面发生凝结而产生冷凝液膜，因此从根源上解决了高钠钾含量燃料在燃烧时存在的高温对流受热面严重的积灰结渣问题。
Description
技术领域
本发明属于热能工程研究领域，涉及一种烟气再循环锅炉系统，尤其是一种燃用高钠钾含量燃料的烟气再循环锅炉系统。
背景技术
能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础，一直为世界各国所重视。近年来随着我国国民经济的快速发展，能源消耗亦与日俱增。然而我国是一个能源短缺的国家，因此实现对现有能源的安全高效利用具有重大意义。
我国有着丰富的高钠钾含量燃料资源，所谓高钠钾含量燃料是指燃料中当量Na2O（当量Na2O=(Na2O+0.659K2O)×Ad/100，%；式中：Na2O、K2O为燃料灰中氧化钠与氧化钾含量，%；Ad为燃料的干燥基灰分，%；0.659为Na2O与K2O分子量之比）含量大于等于0.45的高沾污性燃料，对于那些当量Na2O含量小于0.45但燃烧时仍以挥发态碱金属在受热面上凝结为主而导致积灰结渣的燃料仍应归类到高钠钾含量燃料。例如2005年被勘探发现的准东煤田。准东煤田资源预测储量达3900亿吨，是我国目前最大的整装煤田，以现在我国煤炭年产量计算，一个准东煤田就够全国使用120多年。此外，大多数生物质燃料也具有碱金属含量高的特点。生物质能不仅总量大，而且可再生，据测算，如果充分利用我国目前的农业生物质资源，每年可新增5亿吨左右标准煤，能极大补充我国能源缺口。然而由于准东煤等高钠钾含量燃料燃烧时存在严重的受热面积灰结渣问题，目前电厂在燃用准东煤时只能掺烧，且最大掺烧比例不超过50%。
准东煤等高钠钾含量燃料碱金属含量高，在高温燃烧下除了以硅铝酸盐形式存在的碱金属化合物有很高的熔点外（NaAlSiO4在1550℃的高温下也不会分解或者蒸发，它最终留在灰中），其他低熔点的碱金属化合物都会从燃料中挥发出来形成升华灰。升华灰非常细小，很容易冷凝到受热面表面形成呈粘稠状熔融态的冷凝液膜，以这层液膜为粘结剂，一方面捕集飞灰，一方面还可继续形成粘结物，使得高温粘结灰层迅速增长，最终导致严重的积灰结渣问题。锅炉受热面的积灰结渣不仅会影响锅炉出力，降低锅炉效率，还会在受热面管壁产生高温腐蚀，使管子金属处于超温运行状态，降低受热面管子强度，当积灰结渣严重时会导致锅炉爆管，增加检修工作量或被迫停炉，给锅炉的安全经济运行带来极大威胁。因此，准东煤等高钠钾含量燃料在我国的广泛高效利用受到极大限制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种避免高钠钾含量燃料燃烧时积灰结渣的燃用高钠钾含量燃料的烟气再循环锅炉系统。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
包括炉膛、设置在炉膛出口后的混合烟室以及烟气再循环装置；所述混合烟室的出口设置温控装置并连接有对流烟道，对流烟道内设置有若干级对流受热面；所述烟气再循环装置的一端与尾部烟道相连通，另一端通过烟气混合喷射装置与混合烟室相连通。
上述的炉膛下部设置有燃烧器，上部设置有用于吸收炉膛辐射热的屏式受热面。
上述屏式受热面的屏节距大于等于700mm，均为辐射式受热面。
上述的屏式受热面和对流受热面周围设置有若干用于防止屏式受热面结渣挂渣和对流受热面积灰的吹灰器。
上述的烟气再循环装置包括连通混合烟室与尾部烟道的烟气再循环管道；所述烟气再循环管道上设置有用于控制混合烟室内混合烟气温度的烟气再循环阀门、烟气再循环风机、温度流量测量装置以及烟气混合喷射装置。
上述混合烟室的四周敷设有膜式管，并与烟气再循环管道的出气端通过烟气混合喷射装置相连通。
上述温控装置布置在混合烟室的出口，监测混合烟气的温度并与烟气再循环阀门和烟气再循环风机的控制系统相连接；所述控制系统根据温控装置反馈的混合烟气温度信息调节再循环烟气的量，从而控制混合烟室出口烟气温度在设定值。
上述的尾部烟道包括除尘器，以及除尘器前面的低温对流烟道和除尘器后面的排烟烟道，排烟烟道与烟囱相连通。
上述烟气再循环管道的抽气端设置有两条管道分别与低温对流烟道以及排烟烟道相连通，且这两条管道上分别设置有控制各自管路的阀门。
上述对流受热面布置在混合烟室之后，并采用降低烟气流速的结构，同时对流受热面的前排管束上安装有防磨瓦或者采用耐磨管材防止采用烟气再循环后烟气量明显增大而造成的磨损加剧。
本发明通过设置烟气再循环装置，将流过尾部烟道的一部分低温烟气通入到混合烟室中，实现炉膛出口的高温烟气与低温的再循环烟气的均匀混合，利用低温的再循环烟气给高温烟气降温，使烟气中的碱金属化合物蒸气在混合烟室中全部凝固下来，保证了在到达混合烟室出口后的对流受热面的烟气中不再含有气相的碱金属化合物，从而避免了升华灰在对流受热面表面发生凝结而产生冷凝液膜，因此从根源上解决了高钠钾含量燃料在燃烧时存在的高温对流受热面严重的积灰结渣问题。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
其中：1为燃烧器；2为炉膛；3为屏式受热面；4为炉膛出口；5为混合烟室；6为混合烟室出口；7为温控装置；8为对流受热面；9为吹灰器；10为除尘器；11为烟气再循环管道；12为烟气再循环阀门；13为烟气再循环风机；14为温度流量测量装置；15为烟气混合喷射装置。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的整体结构做进一步详细描述：
参见图1，本发明包括炉膛2、设置在炉膛出口4后的混合烟室5以及烟气再循环装置，混合烟室5的四周敷设有膜式管；混合烟室出口6设置温控装置7并连通有对流烟道；尾部烟道上设置有除尘器10，除尘器10前端为低温对流烟道，后端为排烟烟道；炉膛2下部设置有燃烧器1，上部设置有用于吸收炉膛辐射热且屏节距大于等于700mm的屏式受热面3；所述对流烟道与混合烟室出口6相连通，排烟烟道与烟囱相连通；所述对流受热面8布置在对流烟道内，并采用降低烟气流速的结构，同时对流受热面的前排管束上安装有防磨瓦或者采用耐磨管材。屏式受热面3和对流受热面8周围设置有若干用于防止屏式受热面3结渣挂渣和对流受热面8积灰的吹灰器9。烟气再循环管道11的出气端设置有烟气混合喷射装置15并与混合烟室5相连通，且烟气再循环管道11的抽气端分别与低温对流烟道以及排烟烟道相连通；烟气再循环管道11上还设置有用于控制混合烟室5内混合烟气温度的烟气再循环阀门12、烟气再循环风机13以及温度流量测量装置14。
本发明所提出的锅炉系统在实际运行时炉膛出口的高温烟气在混合烟室中与温度较低的再循环烟气混合降温，通过调整再循环烟气量控制混合烟室的出口烟气温度（即进入密集对流受热面的烟气温度）在挥发态碱金属化合物的凝结温度以下，从而避免高温粘结灰的产生，进而解决高钠钾含量燃料燃烧时所存在的严重积灰结渣问题；燃料经燃烧器在炉膛内燃烧后产生的烟气最终经除尘器由引风机引至烟囱排出。
所述混合烟室设置在炉膛出口之后，四周敷设膜式管，混合烟室与烟气再循环管道通过烟气混合喷射装置相连通，炉膛出口的高温烟气与由烟气混合喷射装置喷入的低温再循环烟气在混合烟室内均匀混合；所述炉膛出口位置按公认方法界定划分。
所述温控装置布置在混合烟室的出口，监测混合烟气的温度并与烟气再循环阀门和烟气再循环风机的控制系统相连接；所述控制系统根据温控装置反馈的混合烟气温度信息调节再循环烟气的量，从而控制混合烟室出口烟气温度在设定值。
所述控制混合烟室的出口烟气温度在挥发态碱金属化合物的凝结温度以下是指混合烟室的出口烟温控制在700℃到850℃范围间，在此温度范围内，燃料在高温燃烧时产生的气相碱金属化合物基本完全凝固下来，在进入密集对流受热面的烟气中不再含有挥发态碱金属化合物。
所述屏式受热面的屏节距S1≥700mm，均为辐射式受热面，布置在炉膛上部直接吸收炉膛的辐射热。
所述对流受热面布置在混合烟室之后，采用降低烟气流速设计，并在受热面的前排管束上加装防磨瓦或者采用耐磨管材以防止采用烟气再循环而产生的磨损加剧。
所述吹灰器布置在屏式受热面和对流受热面周围，根据锅炉的实际运行情况，以合理的吹灰间隔时间和一次吹灰的持续时间工作，达到防止屏式受热面结渣挂渣和对流受热面积灰严重的目的。
所述烟气再循环装置包括烟气再循环管道、烟气再循环阀门、烟气再循环风机、温度流量测量装置及烟气混合喷射装置，布置在锅炉尾部烟道并与混合烟室相连通，抽取尾部烟道中的低温烟气至混合烟室；抽取方式包括单点抽取、多点同时抽取；抽烟点设置在锅炉尾部烟道，所述尾部烟道包括除尘器后面的排烟烟道和其前面的低温对流烟道。
所述烟气再循环阀门、烟气再循环风机及温度流量测量装置布置在烟气再循环管道上，用于监测调节再循环烟气的温度和流量，进而控制混合烟室的出口烟气温度；所述烟气混合喷射装置设置在烟气再循环管道的出气端，用以实现混合烟室中烟温和流场均匀。
结合附图，本发明的基本工作过程是这样的：
如图1所示，高钠钾含量燃料和热风从燃烧器1送入炉膛2中着火燃烧，燃烧产生的烟气携带飞灰及气相碱金属化合物流经炉膛2上方屏式受热面3和炉膛出口4后进入混合烟室5。高温烟气与烟气再循环管道11从尾部烟道抽取的低温再循环烟气在混合烟室5中混合降温后，经混合烟室出口6后流过各级对流受热面8，进入尾部烟道后一部分烟气进入烟气再循环管道11，另一部分烟气经除尘器10后由烟囱排出锅炉。
该锅炉系统在设计运行时通过烟气再循环管道11上的烟气再循环阀门12、烟气再循环风机13及温度流量测量装置14调节再循环烟气量控制混合烟室出口烟温在700℃到850℃之间，在此温度范围内，烟气中的升华态碱金属基本全部冷凝为凝固态碱金属。混合后的烟气在通过对流受热面8时，由于烟气中已无气相碱金属化合物，因此在受热面上只发生干松灰的积聚，干松灰在吹灰器9的作用下极易清除，故密集对流受热面的积灰结渣问题可得到彻底解决。
烟气在流经屏式受热面3时，主要发生辐射换热，对流扩散的作用很小，因此烟气中气相碱金属化合物在屏表面发生凝结的很少，在屏式受热面周围亦布置有吹灰器9，故屏也不会产生严重的结渣挂渣。
对流受热面8采用降低烟气流速设计，并在受热面的前排管束上加装防磨瓦或使用耐磨管材以防止采用烟气再循环后烟气量明显增大而造成的磨损加剧。
烟气再循环管道11一端通过烟气混合喷射装置15与混合烟室5相连通，另一端连接在锅炉尾部烟道上抽取较低温的再循环烟气。本实施实例中从尾部烟道两个不同的烟气抽取点同时抽取再循环烟气，两股温度不同的再循环烟气混合后被引入混合烟室5中。通过烟气再循环阀门12调节两股再循环烟气的流量可方便控制进入混合烟室5中的再循环烟气的温度和流量，温度和流量参数可由温度流量测量装置14监测获得。
布置在混合烟室出口的温控装置7，可监测混合烟气的温度并与烟气再循环阀门和烟气再循环风机的控制系统相连接，控制系统根据温控装置反馈的混合烟气温度信息调节再循环烟气的量，从而控制混合烟室出口烟气温度在设定值。
再循环烟气由烟气混合喷射装置15喷入混合烟室内，可实现混合烟室中烟温和流场均匀。
基本原理
准东煤等高钠钾含量燃料碱金属含量高，在高温燃烧时低熔点的碱金属化合物会从燃料中挥发出来，主要以气相氯化物、硫酸盐、氧化物等形式混合在高温烟气中形成升华灰，升华灰极易冷凝在受热面上形成呈粘稠状熔融态的冷凝液膜，进而导致严重的积灰结渣问题，对锅炉的安全经济运行构成极大威胁。
本发明提出的一种适于燃用高钠钾含量燃料的烟气再循环锅炉系统，燃料和热风通过炉膛下部的燃烧器进入炉膛燃烧，在主燃烧区的高温作用下，燃料中的低熔点碱金属化合物全部挥发出来，混合在烟气中形成升华灰。从炉膛出口出来的含有碱金属化合物蒸气和飞灰的高温烟气进入混合烟室。混合烟室与烟气再循环装置相连通，来自尾部烟道的低温再循环烟气在此与高温烟气均匀混合，混合后的烟气经混合烟室的出口依次流经各级对流受热面。
炉膛出口的高温烟气在混合烟室中与再循环烟气混合降温，通过布置在混合烟室出口处的温控装置和烟气再循环管道上的风机、阀门及温度流量测量装置调整再循环烟气的温度和流量，从而控制混合烟室的出口烟气温度（即进入密集对流受热面的烟气温度）在挥发态碱金属化合物的凝结温度以下，使得碱金属化合物蒸气在混合烟室中全部凝固下来，保证在到达混合烟室出口后的对流受热面的烟气中不再含有气相的碱金属化合物，从而避免了升华灰在受热面表面发生凝结而产生冷凝液膜，因此从根源上解决准东煤等高钠钾含量燃料在燃烧时存在的高温对流受热面严重的积灰结渣问题。在实际设计运行中控制混合烟室的出口烟温在700℃到850℃之间，在此温度范围内，燃料燃烧时产生的主要气相碱金属化合物已基本全部凝固下来。混合有碱金属化合物蒸气的烟气在流经炉膛上部屏式受热面时主要以辐射换热为主，由于对流扩散作用到达屏表面发生凝结的升华灰很少，此外该系统还在屏式受热面周围设置有吹灰器使得屏区结渣挂渣的问题得到解决。混合烟室之后的烟气在流经对流受热面时，由于烟气中所含的碱金属化合物均已凝固，因此对流受热面的沾污主要以干松灰为主，积聚的干松灰灰粒间呈松散状态，在吹灰器的作用下十分容易清除。
使用烟气再循环后，流经混合烟室之后的对流受热面的烟气量明显增大，为了防止磨损加剧，对流受热面采用降低烟气流速设计，并在受热面的前排管束上加装防磨瓦或使用耐磨管材。
综上分析，本发明提出的带烟气再循环的锅炉系统可完全适用于准东煤等高钠钾含量燃料的燃烧而不会产生严重的积灰结渣。
本发明所提出的锅炉系统，具有如下优点：
（1）该锅炉系统最大的优点在于能够彻底解决高钠钾含量燃料在燃烧时存在的严重积灰结渣问题，可大大促进我国对准东煤等高碱含量燃料的安全高效利用。
（2）结构合理、调节方便。设置的混合烟室可实现炉膛出口的高温烟气与低温的再循环烟气均匀混合，通过温控装置、阀门等控制再循环烟气量可方便调节进入对流受热面的烟气温度。
（3）燃料着火燃烧稳定，受再循环烟气的影响较小。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种燃用高钠钾含量燃料的烟气再循环锅炉系统，其特征在于：包括炉膛（2）、设置在炉膛出口（4）后的混合烟室（5）以及烟气再循环装置；所述混合烟室的出口设置温控装置（7）并连接有对流烟道，对流烟道内设置有若干级对流受热面（8）；所述烟气再循环装置的一端与尾部烟道相连通，另一端通过烟气混合喷射装置（15）与混合烟室（5）相连通。
2.根据权利要求1所述的燃用高钠钾含量燃料的烟气再循环锅炉系统，其特征在于：所述的炉膛（2）下部设置有燃烧器（1），上部设置有用于吸收炉膛辐射热的屏式受热面（3）。
3.根据权利要求2所述的燃用高钠钾含量燃料的烟气再循环锅炉系统，其特征在于：所述屏式受热面（3）的屏节距大于等于700mm，均为辐射式受热面。
4.根据权利要求1或2所述的燃用高钠钾含量燃料的烟气再循环锅炉系统，其特征在于：所述的屏式受热面（3）和对流受热面（8）周围设置有若干用于防止屏式受热面（3）结渣挂渣和对流受热面（8）积灰的吹灰器（9）。
5.根据权利要求1所述的燃用高钠钾含量燃料的烟气再循环锅炉系统，其特征在于：所述的烟气再循环装置包括连通混合烟室（5）与尾部烟道的烟气再循环管道（11）；所述烟气再循环管道（11）上设置有用于控制混合烟室（5）内混合烟气温度的烟气再循环阀门（12）、烟气再循环风机（13）、温度流量测量装置（14）以及烟气混合喷射装置（15）。
6.根据权利要求5所述的燃用高钠钾含量燃料的烟气再循环锅炉系统，其特征在于：所述混合烟室（5）的四周敷设有膜式管，并与烟气再循环管道（11）的出气端通过烟气混合喷射装置（15）相连通。
7.根据权利要求1所述的燃用高钠钾含量燃料的烟气再循环锅炉系统，其特征在于：所述的温控装置（7）布置在混合烟室的出口，监测混合烟气的温度并与烟气再循环阀门（12）和烟气再循环风机（13）的控制系统相连接；所述控制系统根据温控装置（7）反馈的混合烟气温度信息调节再循环烟气的量，从而控制混合烟室出口烟气温度在设定值。
8.根据权利要求1所述的燃用高钠钾含量燃料的烟气再循环锅炉系统，其特征在于：所述的尾部烟道包括除尘器（10），以及除尘器（10）前面的低温对流烟道和除尘器（10）后面的排烟烟道，排烟烟道与烟囱相连通。
9.根据权利要求5或8所述的燃用高钠钾含量燃料的烟气再循环锅炉系统，其特征在于：所述烟气再循环管道（11）的抽气端设置有两条管道分别与低温对流烟道以及排烟烟道相连通，且这两条管道上分别设置有控制各自管路的阀门。
10.根据权利要求1所述的燃用高钠钾含量燃料的烟气再循环锅炉系统，其特征在于：所述对流受热面（8）布置在混合烟室（5）之后，并采用降低烟气流速的结构，同时对流受热面的前排管束上安装有防磨瓦或者采用耐磨管材。
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