CN104061570B - 防止高钠煤燃烧结焦、沾污的燃烧方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防止高钠煤燃烧结焦、沾污的燃烧方法及装置，流化床的出口与所述旋风分离器的入口相连，旋风分离器一个出口经换热器和除尘器连接磨煤机的一个入口，另一出口连接焦炭预处理装置的一个入口；磨煤机的出口通过三级热解床连接焦炭预处理装置的另一个入口，焦炭预处理装置出口与流化床上的所述旋流燃烧器的入口相连；送风机分别与流化床的底部一次风入口和中部二次风入口相连。本发明利用三级热解床取代普通的热解装置，并在每一级热解床后均连接有热解气脱钠净化装置，可以有效解决热解过程中碱金属钠元素在各种形态之间相互转化而无法有效脱除的问题,既可以很好地解决焦炭难以在普通煤粉炉内有效燃烧的问题，又可以实现能源的有效利用。

Description

防止高钠煤燃烧结焦、沾污的燃烧方法及装置

技术领域

本发明涉及一种高钠煤清洁燃烧方法及装置，更具体地说，涉及一种防止高钠煤燃烧结焦、沾污的燃烧方法及装置。

背景技术

我国新疆地区煤炭储量巨大，开采成本低，煤反应性好，容易燃尽。但是，由于成煤历史和当地特殊的自然地理环境，该地所产煤中钠的含量总体都在2%以上（甚至到10%），远高于其他地区动力用煤。而煤中钠是煤在锅炉燃烧过程中造成换热面沾污的一个重要因素，由于煤中的钠元素的挥发，容易在锅炉受热面冷凝形成一层附着物，主要以NaCl或Na₂SO₄的形式存在，该成分在高温环境下挥发后，易凝结在对流受热面上形成烧结或粘结性积灰，该附着物对飞灰有吸附作用，会使受热面发生沾污，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，影响锅炉传热效率和出力，结渣和沾污严重时甚至可能导致炉膛熄火，爆管、停炉等重大事故。因此，高钠煤的燃烧利用受到了极大地限制。目前对新疆高钠煤的利用方式中，减轻沾污的方法大致分为锅炉的合理设计、合理的运行工况、换热面处理、合理配煤、使用添加剂、燃料预处理、高钠煤气化几个方面。前三种方法对于现运行锅炉成效不大；合理配煤即掺烧烧结性低的煤种，由于受运输条件的限制，极大地增加了成本，并且无法从根本上解决沾污问题，故不是主要的发展方向；对于煤粉炉，在原煤和炉膛中直接掺混添加剂影响煤的燃烧和燃尽，降低煤的燃烧效率和锅炉出力；燃料预处理和高钠煤气化都是要先对煤进行提质处理，这两种方法在减缓沾污方面有比较好的效果，因此，高钠煤脱钠的研究对于改善其燃烧利用时的沾污具有重要的现实意义和经济价值。

发明内容

本发明的目的：在于解决新疆高钠煤燃烧的沾污问题，提供一种防止高钠煤燃烧结焦、沾污的燃烧方法及装置，该方法及装置通过煤的三级热解技术和一、二级热解气净化装置联合使用，可以最大程度的脱除煤中的活性钠含量；并与循环流化床燃烧系统以及飞灰循环系统有机地结合起来，不但解决了焦炭和煤气的燃烧利用问题，而且可以进一步减轻燃烧过程中的结焦、沾污问题。

本发明的技术方案如下：

一种防止高钠煤燃烧结焦、沾污的燃烧装置，由循环流化床燃烧系统、热解脱钠系统和飞灰循环系统组成，其特点是：循环流化床燃烧系统包括：流化床、旋风分离器、焦炭预处理装置、旋流燃烧器、气体燃烧器和送风机；热解脱钠系统包括：三级热解床、一级热解气脱钠净化装置和二级热解气脱钠净化装置；所述飞灰循环系统包括：换热器、除尘器、磨煤机和给煤系统；流化床的出口与所述旋风分离器的入口相连，旋风分离器一个出口经换热器和除尘器连接磨煤机的一个入口，另一出口连接焦炭预处理装置的一个入口；所述磨煤机的出口通过三级热解床连接焦炭预处理装置的另一个入口，焦炭预处理装置出口与流化床上的所述旋流燃烧器的入口相连；三级热解床出口通过一级热解气脱钠净化装置和二级热解气脱钠净化装置与位于流化床的炉膛中的所述气体燃烧器的入口相连，所述送风机分别与流化床的底部一次风入口和中部二次风入口相连。

三级热解床设有三级气体出口，每一级气体出口连接一个一级热解气脱钠净化装置，三个一级热解气脱钠净化装置的出口均连接至同一个所述二级热解气脱钠净化装置的入口。 磨煤机入口同时连接除尘器和原煤给煤系统。

一种防止高钠煤燃烧结焦、沾污的燃烧方法，具体步骤是： 首先将高温含灰烟气送入到旋风分离器中进行分离，分离后烟气从旋风分离器的上端出口流出，经过换热器换热后进入除尘器进行除尘和收集的灰分，除尘器收集的灰分送入到磨煤机中与从原煤给煤系统送入的原煤充分混合后，磨制成煤颗粒，然后送入到三级热解床中进行热解，三级热解床的第一至第三级温度分别为550℃、700℃和900℃,，三级热解床采用吸附的方式除去热解气中的钠,然后通过三个一级热解气脱钠净化装置的出口汇集到同一个二级热解气脱钠净化装置进一步脱除钠，从二级热解气脱钠净化装置中出来的热解煤气被送入到流化床中，并从二次风入口上方进入到炉膛内助燃。

与传统的煤粉炉燃烧相比，本发明的有益效果如下：

本发明可以实现新疆高钠煤的高效清洁利用，由于采用对煤热解后的热解气进行脱钠，热解气中的活性钠主要是NaCl，可以使用活性矾土进行吸附，过程简单而且高效，几乎可以吸附全部的NaCl，并且该过程是物理吸附，吸附剂可以循环利用，大大降低了工艺和材料成本。

本发明在传统循环流化床的基础上，将返料装置改为旋流燃烧器，以提高其穿透性；并在炉膛二次风入口以上位置采用热解煤气助燃技术，即可以很好地解决焦炭难以在普通煤粉炉内有效燃烧的问题，又可以实现能源的有效利用；采用飞灰循环技术，可以有效提供硅铝酸盐，起到固定燃烧过程中气态活性钠的作用，从而减少了添加剂的使用量，不但可以促进焦炭的燃烧和燃尽，而且可以减轻锅炉受热面和烟道的磨损。

三级热解床的温度分别控制在550℃、700℃和900℃，可以最大程度的提高煤热解过程中钠的挥发，并通过后序的一、二级热解气脱钠净化装置有效降低煤中的钠含量；将热解后的焦炭经预处理后送入流化床炉膛燃烧，以解决焦炭的利用问题；将净化后的热解气送入流化床炉膛中助燃，以促进焦炭的燃烧和燃尽，合理利用资源；将除尘器中收集的飞灰和原煤混合，以提高煤中硅铝酸盐的含量，从而减轻煤燃烧过程中的沾污问题；在上述处理过程中，由于三级热解床的终温是900℃，略高于流化床的燃烧温度，此时大部分挥发性钠已析出，进入炉膛燃烧的焦炭中钠的含量已大幅度减少，并且飞灰中的硅铝酸盐能在高温燃烧时固定烟气中的活性钠，从而可以有效减少燃烧过程中挥发性钠的含量，达到减轻锅炉结渣和对流受热面沾污的目的。对于大范围高效合理利用高钠煤具有广阔的前景。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明的防止高钠煤燃烧结焦、沾污的燃烧装置，由循环流化床燃烧系统、热解脱钠系统和飞灰循环系统组成。

循环流化床燃烧系统包括：流化床4、旋风分离器5、焦炭处理装置13、旋流燃烧器3、气体燃烧器2和送风机1；

热解脱钠系统包括：三级热解床10、一级热解气脱钠净化装置11和二级热解气脱钠净化装置12；

飞灰循环系统包括：换热器6、除尘器8、磨煤机7和给煤系统9；

上述部件的连接关系如下：

流化床4的出口与所述旋风分离器5的入口相连，该旋风分离器5的下降管出口连接所述焦炭预处理装置13入口，该焦炭预处理装置13的出口与流化床4上的所述旋流燃烧器3的入口相连，该旋流燃烧器3的出口在所述流化床4的炉膛中。

旋风分离器5上部烟气出口与所述换热器6的入口相连，该换热器6的出口与所述除尘器8的入口相连，该除尘器8的出口连接至所述磨煤机7的一个入口，该磨煤机7的另一个入口与所述原煤给煤系统9的出口相连。

磨煤机7的出口与所述三级热解床10的入口相连，该三级热解床10的各级出口均单独与一个所述一级热解气脱钠净化装置（11）的入口相连，该三个一级热解气脱钠净化装置11的出口均连接至同一个所述二级热解气脱钠净化装置12的入口，该二级热解气脱钠净化装置12的出口连接至流化床4上的所述气体燃烧器2的入口，该气体燃烧器2的出口在流化床4的炉膛中。

送风机1分别与流化床4的底部一次风入口和中部二次风入口相连。

本发明的吸附剂优选活性矾土。本发明的焦炭预处理装置的主要作用和目的是充分混合从旋风分离器中分离下来的固体颗粒和从三级热解床中制得的焦炭，并作一定的处理，从而改善焦炭的燃烧特性。

本发明的工作原理：一是，将三级热解床的温度分别控制在550℃、700℃和900℃。在550℃时，一部分水溶性钠和酸不溶性钠向水不溶但酸溶性钠即有机钠转化，而在焦炭的燃烧过程中有机钠的存在可以促进焦炭的燃烧；700℃时，由于有机钠的挥发达到极大值，这时候钠的挥发效率最大，可以将有机钠转化成气体从而脱除；当热解温度在1100℃以下时，只要有足够的氯和硫存在，热解气中的钠则主要以NaCl和少量Na₂SO₄的形式存在，并且800—1000℃时，NaCl的释放已与温度无明显关系，热解温度对钠挥发的影响很小，900℃时钠的挥发性已经很高，并且高于循环流化床的燃烧温度850℃，此时循环流化床内燃烧的焦炭中可挥发性钠含量已经降到最低，提高温度对于脱钠的作用已经不大，只会增加成本，故从经济性角度考虑，热解床的第三级温度应选择900℃。通过以上三级热解，可以最大程度减少烟气中的活性钠含量，有效降低钠盐在锅炉及对流受热面上的粘结和沉积，从而有效防止受热面的沾污。

二是，煤灰中的主要成分是硅铝酸盐，在高温下可以和烟气中的活性钠反应生成硅铝酸钠盐，可以固定烟气中的活性钠，并且由于烟灰的循环，可以减少流化床燃烧室使用添加剂的量，从而减轻各受热面和尾部烟道的磨损。

三是，由于焦炭存在难以着火和燃尽的问题，普通的煤粉炉无法有效燃烧热解焦炭，采用循环流化床及热解煤气助燃技术，不但可以很好地解决这一问题，而且可以实现热解煤气的有效利用。

一种防止高钠煤燃烧结焦、沾污的燃烧方法及装置，其工作过程如下：

流化床4上端烟气出口与旋风分离器5的上端烟气进口相连，旋风分离器5上端烟气出口与尾部烟道联通，烟道上布置有换热器6和除尘器8，烟道后经过一系列的脱硫脱硝装置后接入大气，将除尘器8收集的灰分送入到磨煤机7中与从原煤给煤系统9送入的原煤充分混合后，磨制成一定粒度的煤颗粒，然后送入到三级热解床10中进行热解，三级热解床10的各级温度分别为550℃、700℃和900℃,而热解床每一级的气体出口都连接有一个一级热解气脱钠净化装置11，采用吸附的方式除去热解气的钠（主要是NaCl）,然后三个一级热解气脱钠净化装置11的出口汇集到一个二级热解气脱钠净化装置12进一步脱除钠，从二级热解气脱钠净化装置12中出来的热解煤气被送人到流化床炉膛，从二次风入口上方进入到炉膛助燃。一次风和二次风由所述送风机1送入流化床4的炉膛中提供焦炭燃烧和燃尽所需的空气量。从旋风分离器下降管的出口出来的固体颗粒与经过三级热解而得到的焦炭在焦炭预处理装置中混合并经过一定的处理，然后经旋流燃烧器送入到流化床炉膛中进行燃烧。

本发明可以有效减少燃烧过程中挥发性钠的含量，在防止锅炉的结渣和对流受热面的沾污方面效果明显。对于大范围高效合理利用高钠煤具有广阔的前景。

Claims (3)

1.一种防止高钠煤燃烧结焦、沾污的燃烧装置，由循环流化床燃烧系统、热解脱钠系统和飞灰循环系统组成，其特征在于：所述循环流化床燃烧系统包括：流化床（4）、旋风分离器（5）、焦炭预处理装置（13）、旋流燃烧器（3）、气体燃烧器（2）和送风机（1）；所述热解脱钠系统包括：三级热解床（10）、一级热解气脱钠净化装置（11）和二级热解气脱钠净化装置（12）；所述飞灰循环系统包括：换热器（6）、除尘器（8）、磨煤机（7）和给煤系统（9）；所述流化床（4）的出口与所述旋风分离器（5）的入口相连，所述旋风分离器（5）一个出口经换热器（6）和除尘器（8）连接磨煤机（7）的一个入口，另一出口连接焦炭预处理装置（13）的一个入口；所述磨煤机（7）的出口通过三级热解床（10）连接焦炭预处理装置（13）的另一个入口，焦炭预处理装置（13）出口与流化床（4）上的所述旋流燃烧器（3）的入口相连；所述三级热解床（10）出口通过一级热解气脱钠净化装置（11）和二级热解气脱钠净化装置（12）与位于流化床（4）的炉膛中的所述气体燃烧器（2）的入口相连，所述送风机（1）分别与流化床（4）的底部一次风入口和中部二次风入口相连；所述三级热解床（10）设有三级气体出口，每一级气体出口连接一个一级热解气脱钠净化装置（11），三个一级热解气脱钠净化装置（11）的出口均连接至同一个所述二级热解气脱钠净化装置（12）的入口。

2.根据权利要求1所述的防止高钠煤燃烧结焦、沾污的燃烧装置，其特征在于：所述磨煤机（7）入口同时连接除尘器（8）和原煤给煤系统（9）。

3.一种采用如权利要求1或2所述的燃烧装置的防止高钠煤结焦、沾污的燃烧方法，其特征在于，具体步骤是：

首先将高温含灰烟气送入到旋风分离器（5）中进行分离，分离后烟气从旋风分离器（5）的上端出口流出，经过换热器（6）换热后进入除尘器（8）进行除尘和灰分的收集，除尘器（8）收集的灰分送入到磨煤机（7）中与从原煤给煤系统（9）送入的原煤充分混合后，磨制成煤颗粒，然后送入到三级热解床（10）中进行热解，三级热解床（10）的第一至第三级温度分别为550℃、700℃和900℃,三级热解床（10）采用吸附的方式除去热解气中的钠,然后通过三个一级热解气脱钠净化装置（11）的出口汇集到同一个二级热解气脱钠净化装置（12）进一步脱除钠，从二级热解气脱钠净化装置（12）中出来的热解煤气被送入到流化床（4）中，并从二次风入口上方进入到炉膛内助燃。