CN103175196A - 煤气化-燃烧复合循环流化床锅炉用炉内薄料层流化换热面 - Google Patents

Abstract

本发明是一种煤气化-燃烧复合循环流化床锅炉用炉内换热面，特别是一种薄料层流化换热面。本发明在中小型锅炉中通过设置薄料层流化换热面向密相区提供低温度颗粒实现密相区热平衡。所谓薄料层流化换热面也是布置在略高于密相区的炉膛内，是一组近于水平的低倾角水冷壁，管下方布有许多风帽，风帽小孔供入的空气使从高温旋风分离器返回和炉内沉降的颗粒沿换热面流动形成薄料层流化床，颗粒向下流动，最终返回密相区。从密相区垂直上升的气流在超过突然扩张的薄料层流化换热面时所携带的较大颗粒纷纷沉落在薄料层流化换热面上，经流化返回密相区吸热后再次被扬析、夹带，形成相当大的炉内循环量。薄料层流化换热面上的颗粒层厚度仅为10～15厘米。

Description

煤气化-燃烧复合循环流化床锅炉用炉内薄料层流化换热面

技术领域

本发明是一种煤气化-燃烧复合循环流化床锅炉用炉内换热面，特别是一种薄料层流化换热面。 

背景技术

目前使用的中小型锅炉就燃烧方式而言，主要有链条炉、煤粉炉和循环流化床炉。链条炉运行简单、电耗低，但热效率低、煤种适应性差、压火时有苯并芘之类的污染物排出；中小型煤粉炉一度因尘和氮氧化物排放量大、燃尽度差和电耗高等缺陷而被淘汰，近来煤炭科学研究院从煤粉制备、进煤方式、燃烧和除尘方面作了改进使之重新进入市场，但仍然存在电耗高、可用煤种单一等严重缺陷；现有的循环流化床炉可以良好燃用低热值、高水分、高灰分、低挥发分煤，燃烧效率也较高，但仍存在鼓风电耗高、炉内受热面磨损、燃用热值较高的煤需补充循环物料等缺陷。 

张诚等曾申请循环流化床气化-燃烧复合燃煤导热油炉专利，该炉型保留了循环流化床燃烧炉可燃用粗颗粒及低质煤、可在燃烧中脱硫、低氮氧化物排放和高燃烧效率的优点，同时显著降低鼓风电耗、减轻炉内受热面磨损、燃用热值较高的煤也不需补充循环物料，但需要加入少量水，通过水煤气反应吸热，实现密相区热平衡，热效率将因此降低2％左右。 

发明内容

本发明在保持上述优点的同时，希望不再依靠水和水煤气反应，而是通过设置薄料层流化换热面向密相区提供低温度颗粒实现密相区热平衡。现有循环流化床炉也是通过被冷却的固体颗粒返回密相区来实现密相区热平衡，这些颗粒可以是来自炉膛四周的水冷壁，由于只有高气速和高颗粒浓度才能达到较好的传热效果，从而造成水冷壁的严重磨损；这些颗粒也可以来自处于回灰回路 中的低速冷却床，因系统复杂，这一技术只用于部分大型炉，低速冷却床同样需要高鼓风风压。所谓薄料层流化换热面也是布置在略高于密相区的炉膛内，是一组近于水平的低倾角水冷壁，管下方布有许多风帽，风帽小孔供入的空气使从高温旋风分离器返回和炉内沉降的颗粒沿换热面流动形成薄料层流化床，颗粒对换热面的传热系数是直立水冷壁的一倍以上，颗粒向下流动，最终返回密相区。换热面上的颗粒流量很大，但速度不高，因而不会造成显著磨损。由于气化-燃烧复合炉的密相区内以生成CO为主反应，与现有流化床炉内生成CO₂的燃烧反应为主相比较，为实现密相区热平衡，前者需要支出的热量仅为后者的1/5以下，也就是说只需要较少的薄料层流化换热面即可完成。从密相区垂直上升的气流在超过突然扩张的薄料层流化换热面时会产生涡流，上升速度迅速降低，所携带的较大颗粒纷纷沉落在薄料层流化换热面上，经流化返回密相区吸热后再次被扬析、夹带，形成相当大的炉内循环量。颗粒循环也有利于它们的燃尽。薄料层流化换热面上的颗粒层厚度仅为10～15厘米，所需风压不高。如果水冷壁内介质为热水，与水平夹角为3～10度；如果是汽水混合物，与水平夹角为15度，这时可增加矮挡板以形成一定厚度的料层。 

附图说明

图1为该发明的系统图，图2为系统关键部件示意图； 

其中编号分别代表：(1)薄料层流化换热面、(2)煤、(3)密相区、(4)一次风、(5)稀相区、(6)二次风、(7)烟气、(8)高温旋风分离器、(9)粉尘中粒径较大者、(10)薄料层流化换热面低位端、(11)风帽、(12)横向小孔、(13)直径为8～12mm的孔、(14)布风板、(15)流化风室、(16)薄料层流化换热面高位端、(17)梳形挡板 

具体实施方式

本发明是这样实现的：如图1，为实现煤气化-燃烧复合循环流化床炉密相区热平衡，在略高于密相区的炉膛内设置薄料层流化换热面(1)。煤(2)在入炉后，较大颗粒首先在密相区(3)完成干馏产生干馏煤气，在富碳和超过950℃条件下与从密相区底部供入的一次风(4)反应产生空气煤气，煤气和小颗粒煤在稀相区(5)与二次风(6)反应。烟气(7)离开炉膛进入高温旋风分离器(8)，所携带粉尘中粒径较大者(9)被分离并送回炉膛再行燃尽，在分离器内烟气强烈扰动，保证过量空气仅为5～10％时，也不会有明显的气体不完全燃烧损失，从而保证了低氮氧化物排放。薄料层流化换热面是一组与水平有一定夹角的水冷壁，水冷壁管间间隙为25～35mm，其低位端(10)略高于密相区，其标高较密相区布风板高1～2米，当水冷壁内介质为水时，与水平夹角为3～10度；如果是汽水混合物，与水平夹角为15度。每10⁷KJ燃烧热量布置1.～3.m²薄料层流化换热面。其细部如图2，在该水冷壁间隙下方布置风帽(11)，风帽直径为15～35mm，侧面有横向小孔(12)4～6个，各向均布，小孔直径为1.5～3mm，孔长度为3～5mm。风帽小孔中心线距管底20～50mm，风帽间横向距离与管间距相等，纵向距离为80～200mm，错列布置，风帽中心自下而上有直径为8～12mm的孔(13)，顶部不穿透，横向小孔与中心孔连通。小孔气速为20～50m/s。风帽置于布风板(14)上，下为流化风室(15)，风室风压为1000～2000Pa。从高温旋风分离器返回的颗粒落在薄料层流化换热面高位端(16)之上。当薄料层流化换热面与水平夹角超过5度时，应设置垂直于管中心线的梳形挡板(17)，挡板底部与布风板连接，顶部与管上表面等高，梳形挡板由耐热材质制成。 

Claims (5)

1.本发明是一种煤气化-燃烧复合循环流化床锅炉用炉内换热面，其特征是一种薄料层流化换热面；

2.依据权利要求1，在略高于密相区的炉膛内设置薄料层流化换热面，薄料层流化换热面是一组与水平有一定夹角的水冷壁，其低位端略高于密相区，其标高较密相区布风板高1～2米，当水冷壁内介质为水时，与水平夹角为3～10度；如果是汽水混合物，与水平夹角为15度。每10⁷KJ燃烧热量布置1～3m²薄料层流化换热面。

3.依据权利要求1在该水冷壁间隙下方布置风帽，风帽直径为15～35mm，侧面有横向小孔4～6个，各向均布，小孔直径为1.5～3mm，孔长度为3～5mm。风帽小孔中心线距管底20～50mm，风帽间横向距离与管间距相等，纵向距离为80～200mm，错列布置，风帽中心自下而上有直径为8～12mm的孔，顶部不穿透，横向小孔与中心孔连通。小孔气速为20～50m/s。风帽置于布风板上，下为流化风室，风室风压为1000～2000Pa。

4.依据权利要求1，从高温旋风分离器返回的颗粒落在薄料层流化换热面高位端在略高于密相区的炉膛内设置薄料层流化换热面之上。

5.依据权利要求1，当薄料层流化换热面与水平夹角超过5度时，应设置垂直于管中心线的梳形挡板，挡板底部与布风板连接，顶部与管上表面等高，梳形挡板由耐热材质制成。

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