CN105299626B - 一种减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的燃烧系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的燃烧系统，干式电除尘器出口通过再循环烟气管路连接循环风机，循环风机后的管道与一次风管路均与再循环管道连接，灰仓连接输灰机，带循环灰的烟气、空气混合气管路一端连接再循环管道和输灰机，另一端连接锅炉。本发明还提供了一种减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的方法，将低温循环烟气、部分一次风空气和飞灰的混合气流分层从锅炉四角旁炉墙送入炉膛，并在炉壁附近形成附壁流的保护气膜，实现烟气和飞灰再循环。本发明有利于调整煤粉的燃烧状况，并使锅炉对煤种的适应性更强，从而使得炉膛换热面的沾污结焦得以抑制，并带来换热能力的相应改变，减少了排烟损失，有效的提高了锅炉效率。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤锅炉技术领域，尤其涉及一种减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的燃烧系统及方法。
背景技术
新疆是我国高挥发分优质煤储量最大最集中的地区之一，是我国重要的能源与电力建设基地。准东煤田又是近年来在新疆探明的特大型整装煤田，储量达到3900亿吨。由于新疆特殊的地理位置和交通条件，准东煤大规模外运的可能性不大，准东煤就地应用于电站发电的前景十分广阔。新疆地区的部分电厂巳经开始掺烧准东煤，有的甚至全部试烧准东煤，并做出相应的锅炉改造，但改造效果并不明显。准东煤田为海洋性沉积型煤田，煤的原生矿物中含有大量Na、Ca，其含量远高于现有已知动力用煤中相应元素的含量。高纳高钙含量造成了准东煤的高结渣性、严重沾污性，这极大地限制了其在电站锅炉中的大规模应用。
而且，当地附近的井工煤、碱沟煤和高灰煤等非高碱煤日益减少，今后高碱煤面临必须大比例掺烧甚至纯烧的要求；同时，准东五彩湾地区规划了20多台660MW机组，这批机组将于2017年发电，届时，非高碱煤的需求将越来越大，电厂考虑经济压力，基本不可能从很远的地方运输非高碱煤来掺烧。这些因素都导致研究高碱煤的大比例燃用甚至纯烧是必须面临的挑战。
大比例掺烧或全烧高钠、高钙煤时，炉内水冷壁、高过、低再区域会形成大面积枯结性较强的积灰，伴随着严重的高温腐蚀，造成大面积爆管，被迫停炉，严重影响机组的安全正常运行。主要危害包括以下几点：
(1)降低炉内受热面的传热能力。灰污沉积在受热面后，由于其导热系数很低，相当于在烟气和受热面之间增加了一绝热层，最终导致排烟温度升高，降低锅炉效率，严重影响运行的经济性。
(2)炉膛出口烟温升高，恶化高温区域的过热器结渣，引起过热器汽温偏高，危害过热器，长此以往可能导致爆管。
(3)引起高温腐蚀。高温下，枯结在受热面上的灰渣会与管壁发生复杂的化学反应，形成高温腐烛，削减管壁厚度。
(4)传热阻力增加，锅炉难以维持满负荷运行，增加投煤量会引起出口烟温的进一步升高，灰渣更易枯附于受热面，形成恶性循环。
(5)燃烧室上部大块渣掉落时，掉入炉底水封装置，在炽热焦渣的冲击下水封装置的内存水汽化，大量的蒸汽导致炉腔燃烧波动甚至灭火，还可能砸坏水冷壁管和冷灰斗，造成炉腔氢爆的严重后果。
这些问题普遍存在于新疆地区掺烧或全烧准东煤的各电厂中。锅炉结渣、沾污，尾部受热面堵灰，爆管、高温腐蚀，准东煤的掺烧比例越大，这些现象越严重。燃用准东煤的过程中，其高结渣沾污的煤质特性已经严重影响到锅炉的安全正常运行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的燃烧系统及方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供一种减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的燃烧系统，包括依次连接的锅炉、脱硝设备、空气预热器、干式电除尘器、第一烟气-烟气再热器、湿法脱硫设备、第二烟气-烟气再热器、烟囱，干式电除尘器底部通过循环灰管路连接灰仓；
其特征在于：
所述干式电除尘器出口还连接再循环烟气管路，再循环烟气管路连接循环风机，循环风机后的管道与一次风管路均与再循环管道连接；灰仓连接输灰机，带循环灰的烟气、空气混合气管路一端连接再循环管道和输灰机，带循环灰的烟气、空气混合气管路另一端连接锅炉。
优选地，所述锅炉四角旁炉墙平行于水冷壁，并与水冷壁保持20～50cm；带循环灰的烟气、空气混合气从锅炉四角旁炉墙平行于水冷壁供入炉膛。
本发明还提供了一种减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的方法，其特征在于：将低温循环烟气、部分一次风空气和飞灰的混合气流分层从锅炉四角旁炉墙送入炉膛，并在炉壁附近形成附壁流的保护气膜，实现烟气和飞灰再循环。
优选地，并通过对再循环烟气循环倍率的调节来控制炉内温度和炉膛出口温度。
优选地，循环烟气的循环倍率控制在0.1～0.3之间。
优选地，引入的一次风空气量控制在总风量的5％以内。
优选地，除尘循环灰的循环倍率控制在0.15～0.3之间。
优选地，炉膛出口烟温控制在950～1000℃之间。
优选地，炉膛出口含氧浓度控制在3％～6％之间。
优选地，过量空气系数控制在1.1～1.3之间。
引入低温烟气，一方面使得换热面附近温度降低，降低结渣的可能性；另一方面烟气与空气的混合气可在水冷壁附近形成一层气膜，进而对碱金属化合物和炉渣飘尘形成隔离效果，从而减少水冷壁的沾污结渣。
引入空气，可使换热面附近形成氧化性气氛，防止由于还原性气氛造成的灰渣整体灰熔点下降，有效抑制结渣。
引入飞灰，一方面增强燃尽区的湍流扰动，提高燃尽率；另一方面可增强炉内主燃烧区的辐射换热，同时给钠钾铁等硫酸盐低熔点共融化合物提供冷却凝结的载体。
本发明通过在原有锅炉设计的基础上增加烟气空气混合气再循环系统并引入循环灰，从锅炉四角旁炉墙平行于水冷壁供入炉膛，在一定程度上改变了炉膛内部的燃烧气氛，通过调节烟气的循环倍率可以调节炉膛出口的温度和氧气浓度，这有利于调整煤粉的燃烧状况并使锅炉对煤种的适应性更强，从而使得炉膛换热面的沾污结焦得以抑制，并带来换热能力的相应改变，减少了排烟损失，有效的提高了锅炉效率，进而确保了锅炉长期、稳定、安全、高效地运行。
附图说明
图1为本实施例提供的减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的燃烧系统示意图；
图2为带循环灰的烟气、空气混合气管路与锅炉连接部分剖视图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
图1为本实施例提供的减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的燃烧系统示意图，所述的减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的燃烧系统由锅炉1，脱硝设备2，空气预热器3，干式电除尘器4，第一烟气-烟气再热器GGH5，湿法脱硫设备6，第二烟气-烟气再热器GGH7，烟囱8，再循环烟气管路9，循环风机10，一次风管路11，循环灰管路12，灰仓13，输灰机14，带循环灰的烟气、空气混合气管路15等组成。
锅炉1、脱硝设备2、空气预热器3、干式电除尘器4、第一烟气-烟气再热器5、湿法脱硫设备6、第二烟气-烟气再热器7、烟囱8依次连接，干式电除尘器4底部通过循环灰管路12连接灰仓13；干式电除尘器4出口还连接再循环烟气管路9，再循环烟气管路9连接循环风机10，循环风机10后的管道开孔连接一次风管路11，二者汇合后与水平再循环管道连接，灰仓13通过输灰机14连接水平再循环管道，最后通过带循环灰的烟气、空气混合气管路15连接锅炉1。
结合图2，锅炉四角旁炉墙平行于水冷壁，并与水冷壁保持20～50cm。带循环灰的烟气、空气混合气从锅炉四角旁炉墙平行于水冷壁供入炉膛。
减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的方法为：将低温循环烟气、部分一次风空气和飞灰的混合气流分层从锅炉四角旁炉墙送入炉膛，并在炉壁附近形成附壁流的保护气膜，实现烟气和飞灰再循环。并通过对再循环烟气循环倍率的调节来控制炉内温度和炉膛出口温度。
从干式电除尘器4后通过循环风机10引入循环烟气，通过在循环风机10之后的管道开孔引入部分一次风空气，循环烟气和空气的混合气经再循环管通过炉膛四角旁炉墙送入炉膛；循环灰经输灰机14定量给入开孔的水平再循环管道，然后经烟气和空气的混合气带入炉膛。
循环烟气的循环倍率控制在0～0.3之间，优选高于0.1，更优选控制在0.1～0.3范围内。
引入一次风空气量控制在总风量的5％以内。
除尘循环灰的循环倍率控制在0～0.3之间，优选控制在0.1以上，更优选是0.15～0.3。
炉膛出口烟温控制在950～1000℃之间。
炉膛出口含氧浓度控制在3％～6％之间。
过量空气系数控制在1.1～1.3之间。
本发明中，引入适量的低温循环烟气，通过炉膛四角旁炉墙平行于水冷壁注入，与水冷壁保持20-50cm，一方面降低水冷壁前区域烟气温度和锅炉绝热燃烧温度，使部分熔融状态的灰焦、硫酸钠、硫酸钾等化合物迅速遇冷达到一定冷却效果，同时由于循环烟气未经脱硫脱水处理，含水量可高达20％，硫酸钠、硫酸钾等化合物易溶于水的性质促进了它们更易被循环烟气带走，这均有效抑制了高温腐蚀；另一方面在水冷壁附近形成一层气膜，可以有效的阻止热态切圆的扩大程度，防止燃烧火焰刷墙，减缓刷墙造成的水冷壁结渣沾污，从而改善换热面传热效果。
本发明中，引入适量的一次风空气，通过炉膛四角旁炉墙平行于水冷壁注入，与水冷壁保持20-50cm，这不但可以同循环烟气一样降低水冷壁前区域烟气温度和锅炉绝热燃烧温度，使部分熔融状态的灰焦、硫酸钠、硫酸钾等化合物迅速遇冷达到一定冷却效果，而且可以在水冷壁附近形成氧化性气氛，防止由于还原性气氛造成的灰渣整体灰熔点下降，减缓受热面的结渣程度。
本发明中，引入循环灰，被循环烟气和空气的混合气带入炉膛。之所以引入循环灰，一方面是为了给钠钾化合物提供冷却凝结的载体；另一方面是因为烟气和空气混合气的注入强烈的影响到绝热火焰温度和炉内换热。常规燃烧时，由于气相混合物所含水蒸气、二氧化碳份额较少，对整个封闭系统复杂化学反应过程热量变化影响甚小可予以不计，而在采用烟气再循环过程中，水蒸气、二氧化碳对燃料的气化反应作用尤为重要，另外二氧化碳的浓度的升高导致了炉内烟气热容的升高，吸收相同的热量温度的变化值将减小，因而对燃烧的绝热燃烧温度也有很大的影响。绝热燃烧温度又关系到辐射传热和对流换热的分配。随着循环倍率的增大，绝热燃烧温度呈降低趋势，这导致了水冷壁的辐射换热下降，加入循环灰可以有效促进炉内的辐射换热效果，从而弥补烟气和空气混合气的注入带来的辐射换热比例的减少。
本发明的主要创新点如下：
1、在炉膛四角各层增加烟气的再循环步骤，即将循环风机引入的循环烟气通过炉膛四角旁炉墙平行于水冷壁注入炉膛，在水冷壁附近形成附壁流的效果；
2、在循环风机后的管道开孔引入部分一次风，用电动阀门控制其流量，使得循环烟气与一次风空气的混合气经上述管道，注入炉膛；
3、在循环风机后的水平循环管道(循环烟气与一次风空气的混合管道)开孔引入干式电除尘器收集下来的飞灰，飞灰经输灰机定量给入，然后经烟气和空气的混合气带入炉膛；
4、通过对循环烟气、空气以及循环灰流量的合理调节过程，可使得燃用高碱煤锅炉受热面的结焦沾污问题得到有效抑制。
Claims (9)
1.一种减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的燃烧系统，包括依次连接的锅炉(1)、脱硝设备(2)、空气预热器(3)、干式电除尘器(4)、第一烟气-烟气再热器(5)、湿法脱硫设备(6)、第二烟气-烟气再热器(7)、烟囱(8)，干式电除尘器(4)底部通过循环灰管路(12)连接灰仓(13)；
其特征在于：
所述干式电除尘器(4)烟气出口还连接再循环烟气管路(9)，再循环烟气管路(9)连接循环风机(10)，循环风机(10)后的管道与一次风管路(11)均与再循环管道连接；灰仓(13)连接输灰机(14)，带循环灰的烟气、空气混合气管路(15)一端连接再循环管道和输灰机(14)，带循环灰的烟气、空气混合气管路(15)另一端连接锅炉(1)；
所述锅炉四角旁炉墙平行于水冷壁，并与水冷壁保持20～50cm；带循环灰的烟气、空气混合气从锅炉四角旁炉墙平行于水冷壁供入炉膛。
2.一种减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的方法，采用如权利要求1所述的减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的燃烧系统，其特征在于：将低温循环烟气、部分一次风空气和飞灰的混合气流分层从锅炉四角旁炉墙送入炉膛，并在炉壁附近形成附壁流的保护气膜，实现烟气和飞灰再循环。
3.如权利要求2所述的一种减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的方法，其特征在于：并通过对再循环烟气循环倍率的调节来控制炉内温度和炉膛出口温度。
4.如权利要求2或3所述的一种减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的方法，其特征在于：循环烟气的循环倍率控制在0.1～0.3之间。
5.如权利要求2或3所述的一种减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的方法，其特征在于：引入的一次风空气量控制在总风量的5％以内。
6.如权利要求2或3所述的一种减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的方法，其特征在于：除尘循环灰的循环倍率控制在0.15～0.3之间。
7.如权利要求2或3所述的一种减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的方法，其特征在于：炉膛出口烟温控制在950～1000℃之间。
8.如权利要求2或3所述的一种减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的方法，其特征在于：炉膛出口含氧浓度控制在3％～6％之间。
9.如权利要求2或3所述的一种减缓燃用高碱煤锅炉结渣和沾污的方法，其特征在于：过量空气系数控制在1.1～1.3之间。
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