CN104595894A - 一种低壁温换热面解决高钠煤燃烧沾污的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低壁温换热面解决高钠煤燃烧沾污的系统和方法，主要是在锅炉的对流换热区域之前设置低壁温换热区域，锅炉中经过分离器得到的烟气经过烟道后，再经过低壁温换热面低温换热，将烟气中的钠盐大量析出固化，可大幅减少烟气中的钠盐含量，从而易于清除，从而可以在不大幅影响锅炉效率的条件下减缓或解决对流受热面沾污的问题；本发明可有效保护受热面，使得锅炉可以安全、稳定、连续运行，增加了锅炉的运行时间，提高了电厂的效益，保证受热面换热能力；本发明对锅炉本体改动小，易于布置，几乎不增加电厂运行成本。

Description

一种低壁温换热面解决高钠煤燃烧沾污的系统和方法

技术领域

    本发明涉及减少高钠煤燃烧产生的沾污技术，特别是一种低壁温换热面解决高钠煤燃烧沾污的系统和方法。

背景技术

中国煤资源相对丰富，煤炭是我国主体能源，在一次能源结构中占70%。截至2010年底，全国煤炭保有查明资源储量13412亿吨，其中以低阶煤和高碱性煤为代表的低质煤占有较大比例，其中高碱性煤种约占我国煤炭资源保有量的20%。高碱性煤主要分布在新疆地区，其中准东煤田资源预测储量达3900亿吨，目前累计探明煤炭资源储量为2136亿吨，以高钠煤为主，准东煤有热值中等灰分极少的优点，但准东煤由于成煤历史和当地特殊的自然地理环境，灰中碱性物质如钾、钠等含量远高于普通煤，且具有严重的沾污性。

国内电厂对于燃烧高钠煤还缺乏工程运行经验，新疆地区多个电厂直接燃烧高碱金属煤种时，由气态碱金属诱发的对流受热面沾污粘结问题，导致受热面传热能力下降，造成锅炉排烟温度升高，最终使炉膛出力大大降低。电厂锅炉满负荷连续运行一周就必须停炉清理。由于对流受热面沾污粘结后，空间受限，清理粘结非常困难，严重影响了锅炉的长期安全、高效、连续稳定运行。

目前对高钠煤种的燃烧利用主要采用掺烧沾污性弱的煤种方式，但这种控制方法只能减缓沾污，无法从根本上解决问题。外煤掺烧比例过大时，外煤的需求量较大，但受到运输条件的限制，极大增加了运行成本，且掺烧时准东煤的掺烧比例必须控制在较小的范围，限制了准东煤的大规模高效纯烧利用，致使大量开采成本低、燃烧活性好、低污染、低排放的高钠煤得不到很好地利用。也有利用改进锅炉结构的方式减少沾污的方法，例如公开号为CN202813354U，公开日为2013年03月20日的中国实用新型专利文献，公开了“一种利用烟气再循环降低高钠煤沾污活性的装置”，安装于煤粉锅炉上，在煤粉锅炉分隔屏的屏底和屏后位置均设置有冷烟气接入点，冷烟气接入点通过循环风机出口烟道与再循环风机相连通，再循环风机经再循环风机进口烟道与除尘器的冷烟气引出点相连通，再循环风机进口烟道上设置有调节风门；该技术方案主要是冷烟气急冷屏底或屏后的区域的高温烟气，进而降低高钠煤沾污活性，并使其附着于飞灰颗粒中，从而避免或减轻尾部对流受热面出现的沾污、磨损和腐蚀等问题，但是还是不能从根本上解决问题。

国内外研究机构对电厂燃烧高钠煤中时受热面沾污的机理进行了大量的研究。研究表明沾污是复杂的物理化学反应过程，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。电厂运行过程中，高碱性煤粉燃烧时，煤中碱金属在高温条件下生成多种盐（钠盐、钾盐），会明显增强煤灰的沾污性，受热面沾污受烟气温度影响大。通过理论及试验研究发现：受热面发生沾污现象是烟温与壁温共同作用的结果，烟温的作用是使得钠元素从煤中析出（以液态或气态形式存在）或不析出，而钠盐是否沾污至受热面则取决于钠盐的固化过程。具体如下：

1、当烟气温度在区间700℃（低温）～1100℃（高温），受热面外壁面温度在区间550℃～700℃内时，烟气中钠盐易附着在受热面的管壁上，并在受热面上凝结下来，不断增厚、积累，最后形成沾污和腐蚀。

2、当烟气温度低于700℃时，受热面外壁面温度在任意范围内时，烟气中钠盐以固态形式存在，若附着在受热面壁面上，易通过吹扫清除，受热面沾污不发生发生。

3、当烟气温度在区间700℃（低温）～1100℃（高温），受热面外壁面温度小于550℃时，此时钠盐在烟气中以液态或气态存在，当钠盐与受热面接触时，由于受热面外壁温度较低，接触的钠盐会由液态或气态（粘结态）变为固态（非粘结态），此时受热面不发生沾污。

由以上研究结果可知，若对流受热面壁温低于550℃，即使烟气温度在沾污温度区间（700℃～1100℃）内，受热面上形成的积灰易通过吹扫清除。

因此，可以采取在高烟温区域布置低壁温换热面将钠盐析出固化的方式减或避免受热面的沾污，从而实现高钠煤的纯烧利用，实现准东煤资源大规模利用。

发明内容

本发明为解决现有电站锅炉燃烧高钠煤受热面存在的沾污问题，提供了一种低壁温换热面解决高钠煤燃烧沾污的系统和方法，该技术方案是在锅炉烟道对流换热面前部布置一段低壁温（外壁温<550℃）换热面区域，通过低壁温换热面区域与烟气换热，使得钠盐析出固化，换热面上钠盐和积灰可通过吹灰装置吹扫，避免受热面沾污，同时，提高低壁温换热管内介质温度所消耗的能量可以有效利用，可以避免锅炉效率的大幅下降。从而，可以在不大幅影响锅炉效率的前提下有效缓解或解决高钠煤纯烧时的受热面沾污现象，使得锅炉可以长期、安全、高效的运行；本发明可以有效解决现有电站锅炉对流受热面沾污问题，保证锅炉受热面充分换热，稳定锅炉出力，解决燃烧烟气温度降温换热面壁面沾污，保证换热面区域壁面不发生粘结，稳定锅炉换热能力，实现高碱性煤的大规模纯烧利用。

本发明的技术方案如下：

一种低壁温换热面解决高钠煤燃烧沾污的系统，其特征在于：在锅炉的对流受热区域之前设置有低壁温换热区域，低壁温换热面区域包括有低壁温换热面，低壁温换热面包括中空腔体和温度低于550℃的外壁，中空腔体内设置换热介质，锅炉内温度大于700℃的高温烟气经过低壁温受热面后，降低烟气中的钠盐含量。

所述中空腔体内的换热介可以是低温蒸汽，也可以是锅炉给水，都用于吸收高温烟气的热量，进行热量交换，提高热量利用效率。

所述低壁温换热面为列管式结构，或者低壁温换热面为蛇形管式结构，都是用于将烟气中钠盐析出固化，降低烟气中钠盐含量。

所述系统可以用于多种锅炉，其工艺过程如下：

步骤一，将高碱性煤种入锅炉中；

步骤二，在锅炉炉膛中，高碱性煤种与空气混合燃烧，燃烧后生成的高温烟气；

步骤三，进入后续烟道的高温烟气通过与低壁温换热区域的低壁温换热面进行换热，使得高温烟气中的钠盐析出固化，通过吹扫或者收集装置清除；

步骤五，经过与低壁温换热区域换热除钠后的烟气进入对流受热区域，受热面不发生沾污，烟气经过对流受热区域换热后，进入省煤器和空预器，最后排出。

所述系统可以适用于流化床锅炉，还适用于煤粉炉锅炉和炉排炉锅炉等等，都是高温烟气经过低壁温换热面后，析出固化烟气中的大量钠盐，在不大幅影响锅炉效率的条件下大幅减少烟气中的钠盐含量，从而减缓或解决对流受热面沾污的问题。

本发明的有益效果如下：

（1）本发明在保持锅炉基本形式不变的前提下采用低壁温换热面，当烟气温度在区间700℃（低温）～1100℃（高温），低壁温换热面温度小于550℃时，此时钠盐在烟气中以液态或气态存在，而当钠盐与受热面接触时，由于温度较低，接触的钠盐会由液态或气态（粘结态）变为固态（非粘结态），易于清除，在烟气温度较高的条件下脱除烟气中的钠盐，使得烟气中钠盐含量大幅降低，经过受热面时，受热面不发生沾污，有效保护受热面，使得锅炉可以安全、稳定、连续运行，增加了锅炉的运行时间，提高了电厂的效益；

（2）本发明可以保证对流受热面沾污不易发生，保证受热面换热能力；

（2）本发明低壁温换热壁面内换热介质可以采取低温蒸汽（或者锅炉给水、其他冷却介质），吸收高温烟气的热量，提高蒸汽温度，提高热量利用效率，对锅炉效率影响较小；

（3）本发明对锅炉本体改动小，易于布置，几乎不增加电厂运行成本。

附图说明

图1为本发明适用于流化床锅炉的系统结构示意图；

图2为本发明适用于煤粉炉锅炉的系统结构示意图；

图3为本发明适用于炉排炉锅炉的系统结构示意图；

图4为本发明低壁温换热面的外壁呈列管式的侧面结构示意图；

图5为图4中外壁的截面结构示意图；

图6为本发明低壁温换热面的外壁呈蛇形管式的侧面结构示意图；

图7为图6中外壁的俯视结构示意图；

其中，附图标记为：1风室、2给料口、3流化床、4分离器、5返料器、6烟道、7低壁温换热面、8受热面、9省煤器、10空预器、11除尘器、12送风机、13料仓、14给料口、15煤粉炉炉膛、16对流烟道、17引风机、18送风机、19风室、20炉排、21料口、22燃烧室、23烟道、24烟气出口。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例1

本发明适用于流化床锅炉时，如图1所示。该结构包括风室1、给料口2、流化床3、分离器4、返料器5、烟道6，烟道6下面设置有低壁温换热区域和对流受热区域，对流受热区域之前设置低壁温换热区域，对流受热区域下面依次设置有省煤器9、空预器10、除尘器11。

其中，所述低壁温换热面区域包括有低壁温换热面，低壁温换热面包括中空腔体和温度低于550℃的外壁，低壁温换热面包括外壁和中空腔体，中空腔体内设置换热介质，外壁可以采用列管式结构，如图4-5所示，或者蛇形管式结构等，如图6-7所示。

所述低壁温换热面内的换热介可以是低温蒸汽，也可以是锅炉给水，都用于吸收高温烟气的热量，进行热量交换，提供热量利用效率。

所述对流受热区域设置有受热面8。

整个系统的工作过程为：锅炉正常运行阶段，原煤从给料口2进入流化床3的炉膛，与来风室1的空气在炉膛中进行燃烧，生成的烟气进入分离器4进行气固分离，分离得到的烟气进入空烟道6，经低壁温换热面7后，流到换热面8进行对流换热，烟气经过换热后进入到省煤器9，和空气预热器10，完成换热后进入除尘器11，经引风机排入烟囱。分离得到的煤灰颗粒落入返料器5返回流化床3炉膛中。锅炉排渣在流化床3的底部进行。高温烟气经过低壁温换热面7后，烟气中的钠盐大量析出固化，可大幅减少烟气中的钠盐含量，从而可以在不大幅影响锅炉效率的条件下减缓或解决对流受热面沾污的问题。

实施例2

本发明低壁温换热面解决高钠煤燃烧沾污的系统适用于煤粉炉锅炉时，如图2所示。

该结构包括送风机12、料仓13、给料口14、煤粉炉炉膛15、对流烟道16、低壁温换热面7、受热面8、省煤器9、空预器10、除尘器11、引风机17。

整个系统的工作过程为：锅炉正常运行阶段，原煤从料仓13经播煤风由给料口14进入煤粉炉炉膛15，与来自送风机12的空气在煤粉炉炉膛15中进行燃烧，燃烧烟气进入对流烟道16，经过低壁温换热面7后，流通到两个受热面8进行对流换热，烟气经过换热后进入到省煤器9和空气预热器10，完成换热后进入除尘器11，经引风机17排入烟囱。高温烟气经过低壁温换热面7后，烟气中的钠盐大量析出固化，可大幅减少烟气中的钠盐含量，从而可以在不大幅影响锅炉效率的条件下减缓或解决对流受热面沾污的问题。

实施例3

本发明低壁温换热面解决高钠煤燃烧沾污的系统适用于炉排炉锅炉时，如图3所示。

该结构包括送风机18、风室19、炉排20、料口21、燃烧室22、烟道23、低壁温换热面7、对流受热面8、省煤器9、空预器10、烟气出口24。

整个系统的工作过程为：炉排炉正常运行阶段，原煤从料口21给入炉排20上进入燃烧室22，与来自送风机18的空气，经风室19布风后，在燃烧室22中进行燃烧，燃烧烟气进入烟道23，经过低壁温换热面7后，流通到受热面8进行对流换热，烟气经过对流受热面换热后进入到省煤器9和空气预热器10，完成换热后从烟气出口24排出。高温烟气经过低壁温换热面后，烟气中的钠盐大量析出固化，可大幅减少烟气中的钠盐含量，从而可以在不大幅影响锅炉效率的条件下减缓或解决对流受热面沾污的问题。

Claims (6)

1.一种低壁温换热面解决高钠煤燃烧沾污的系统，其特征在于：在锅炉的对流受热区域之前设置有低壁温换热区域，低壁温换热区域包括有低壁温换热面，低壁温换热面（7）包括中空腔体和温度低于550℃的外壁，中空腔体内设置换热介质，锅炉内温度大于700℃的高温烟气经过低壁温受热面（7）后，降低烟气中的钠盐含量。

2.根据权利要求1所述的一种低壁温换热面解决高钠煤燃烧沾污的系统，其特征在于：所述中空腔体内的换热介质是低温蒸汽，换热介质用于吸收高温烟气的热量，进行热量交换。

3.根据权利要求1所述的一种低壁温换热面解决高钠煤燃烧沾污的系统，其特征在于：所述中空腔体内的换热介质是锅炉给水，换热介质用于吸收高温烟气的热量，进行热量交换。

4.根据权利要求1所述的一种低壁温换热面解决高钠煤燃烧沾污的系统，其特征在于：所述低壁温换热面（7）为列管式结构。

5.根据权利要求1所述的一种低壁温换热面解决高钠煤燃烧沾污的系统，其特征在于：所述低壁温换热面（7）为蛇形管式结构。

6.基于权利要求1所述的一种低壁温换热面解决高钠煤燃烧沾污的系统的实现方法，其特征在于工艺过程如下：

步骤一，将高碱性煤种入锅炉中；

步骤二，在锅炉炉膛中，高碱性煤种与空气混合燃烧，燃烧后生成的高温烟气；

步骤三，进入后续烟道的高温烟气通过与低壁温换热区域的低壁温换热面进行换热，使得高温烟气中的钠盐析出固化，通过吹扫或者收集装置清除；

步骤五，经过与低壁温换热区域换热除钠后的烟气进入对流受热区域，受热面不发生沾污，烟气经过对流受热区域换热后，进入省煤器和空预器，最后排出。