CN105805736B - 循环流化床锅炉和防止其受热面碱金属化合物沾污的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种循环流化床锅炉，包括依次相连的炉膛、气固分离器、返料器，以及与气固分离器气体出口相连的尾部烟道，其中，尾部烟道高温区布置有蒸发受热面，所述蒸发受热面出口的烟气温度不高于600℃。本发明还涉及一种防止循环流化床锅炉受热面碱金属化合物沾污的方法，包括步骤：在尾部烟道高温区布置蒸发受热面，使得流过所述蒸发受热面的烟气中的至少部分碱金属化合物凝固为固态。

Description

循环流化床锅炉和防止其受热面碱金属化合物沾污的方法
技术领域
本发明的实施例涉及循环流化床锅炉技术领域，特别是燃用高碱燃料的循环流化床锅炉以及防止或减轻循环流化床锅炉受热面碱金属化合物沾污的方法。
技术背景
富含钠、钾等碱金属的燃料称为高碱燃料，我国储量丰富的准东煤以及多种生物质燃料都属于高碱燃料。但由于燃烧过程中碱金属元素会以气态形式随高温烟气流动至锅炉尾部对流换热面，并凝结在温度较低的换热表面上，使受热面出现严重的沾污，且难以清除，导致受热面换热能力下降、锅炉排烟温度升高、蒸汽温度达不到设计值。
常规循环流化床锅炉的尾部烟道中，沿烟气流向一般依次布置高温过热器/高温再热器、低温过热器/低温再热器、省煤器、空气预热器，从炉膛排出、经气固分离器流入尾部烟道的烟气流经上述受热面放热，温度从850～900℃逐渐降低至150℃左右。但燃用高碱燃料时，燃料中的碱金属元素主要以气态碱金属化合物形式进入烟气中，当烟气温度在650～800℃时，气态碱金属化合物凝结为液体，此时如遇过热器、再热器等壁面温度较高的受热面，液体碱金属化合物将粘附在这些受热面上，形成成分复杂的坚硬共熔物，并进一步吸附烟气中的飞灰，造成受热面严重沾污，影响换热、破坏烟气正常通道。
目前解决上述问题的主要方式有掺烧、优化燃烧与配风、添加改性物质、强化吹灰、烟气再循环及喷淋等。掺烧主要通过添加其它低碱优质煤，以降低原煤中碱金属的相对含量，该方式对外煤的需求量较大，且能长期稳定运行的最大掺烧比例一般不超过50％，难以大规模经济利用。优化燃烧与配风可以有效避免温度场的非均匀性，可缓解局部高温区域的结渣问题，但仍无法实现长期运行。添加改性物质受到煤种特性及成本等的限制，也较难大规模应用。强化吹灰主要通过增加吹灰器个数及吹灰次数，以缓解受热面表面的积灰问题，但一旦受热面结焦沾污，该方式也很难控制受热面的结焦沾污趋势。烟气再循环或喷淋主要是通过冷烟气的掺混或喷淋水喷淋，降低高温受热面(高过、高再/低再)区域的烟气温度，避免碱金属凝结在受热面上，但降低了锅炉运行效率。
发明内容
为防止或减轻燃用高碱燃料的循环流化床锅炉的受热面的碱金属化合物沾污，提出本发明。
根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种循环流化床锅炉，包括依次相连的炉膛、气固分离器、返料器，以及与气固分离器气体出口相连的尾部烟道，其中，尾部烟道高温区布置有蒸发受热面。
可选地，所述蒸发受热面出口的烟气温度不高于600℃。
可选地，所述布置在尾部烟道高温区的蒸发受热面为水冷屏。
可选地，所述布置在尾部烟道高温区的蒸发受热面为水冷屏，所述尾部烟道高温区还布置汽冷包墙，所述水冷屏布置在汽冷包墙内侧；所述汽冷包墙与水冷屏高度大致相同。
可选地，所述布置在尾部烟道高温区的蒸发受热面为水冷屏和包墙水冷壁，所述水冷屏布置在包墙水冷壁内侧。
可选地，所述布置在尾部烟道高温区的蒸发受热面为包墙水冷壁。
可选地，所述蒸发受热面下游布置有低温过热器、省煤器和空气预热器。
可选地，所述炉膛内布置有过热器和/或再热器的高温级和/或中温级。
可选地，所述燃用高碱燃料循环流化床锅炉还包括外置换热器，所述外置换热器中布置有过热器和/或再热器的高温级和/或中温级。
根据本发明的实施例的另一方面，提出了一种防止或减轻循环流化床锅炉受热面碱金属化合物沾污的方法，包括步骤：在尾部烟道高温区布置蒸发受热面，使得流过所述蒸发受热面的烟气中的至少部分碱金属化合物凝固为固态。
进一步地，上述方法中，使得所述蒸发受热面出口的烟气温度不高于600℃。
本发明中，通过独特的受热面布置来解决锅炉受热面碱金属化合物沾污问题，不受掺烧燃料或改性物质来源的影响，也不增加锅炉制造和运行成本，可长期稳定高效运行。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的循环流化床锅炉的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。
本发明的循环流化床锅炉包括依次相连的炉膛、气固分离器、返料器，以及与气固分离器气体出口相连的尾部烟道，尾部烟道中布置有多种受热面。炉膛燃烧产生的烟气进入尾部烟道后，流经布置在尾部烟道中的各受热面，温度逐渐降低，因此，尾部烟道的上游为高温区、下游为低温区。一般尾部烟道为竖直，烟气自上而下流动，则尾部烟道上部为高温区、下部为低温区。
本发明的循环流化床锅炉在尾部烟道的高温区不布置过热器和再热器，而是布置水冷屏和/或包墙水冷壁，水冷屏和包墙水冷壁均为蒸发受热面，其内流动的工质温度不高于工质的饱和温度，因此温度较低，此时虽然烟气温度较高，但由于水冷屏和包墙水冷壁的壁面温度较低，气态碱金属化合物不会以液态形式粘附在其壁面上，而是在接近壁面的过程中凝固，因此避免了受热面的沾污。
可选地，尾部烟道高温区还可以布置汽冷包墙和水冷屏，汽冷包墙内工质温度接近饱和蒸汽温度，壁面温度也是比较低的，加之其内侧布置了水冷屏，近壁面处的烟气温度被迅速降低、碱金属化合物发生凝固，也不会发生液态碱金属化合物粘附导致的受热面沾污。
为保证烟气流过蒸发受热面之后，再流经低温过热器、低温再热器等壁面温度较高的受热面时，不会发生碱金属化合物的粘附，本发明的尾部烟道高温区内的受热面的吸热量要保证烟气温度降低至碱金属化合物能够凝固成固态的温度范围，优选为600℃以下。
尾部烟道高温区同时布置包墙水冷壁和水冷屏时，水冷屏可布置在包墙水冷壁内侧，以节约尾部烟道高度。当同时布置汽冷包墙和水冷屏时，为保证碱金属化合物不在汽冷包墙壁面凝结，水冷屏必须布置在汽冷包墙内侧，且二者高度基本相同，汽冷包墙和水冷屏共同作用导致烟温降低。由于尾部烟道内的屏不会像炉膛内那样受到颗粒的剧烈冲刷，水冷屏可以为L形屏，也可以为U形屏，或Z形屏。
常规循环流化床锅炉中布置在尾部烟道中的过热器及再热器的高温级及中温级(有的锅炉不设中温级)，在本发明中布置在炉膛中或外置换热器中(有的锅炉中不布置再热器，有的锅炉不设外置换热器)。炉膛中虽然充满含有碱金属化合物的烟气，但由于炉内温度较高，碱金属化合物保持气态，不会凝结在炉内的屏式过热器和屏式再热器上，同时颗粒冲刷也会使得其表面保持清洁。外置换热器中过热器和再热器则浸没在循环灰中，避免了与气体碱金属化合物接触，也不存在受热面沾污问题。从而很好的解决了中高温级过热器和再热器布置在尾部烟道中极易发生严重沾污的问题。
此外，相对常规循环流化床锅炉而言，将原先布置在尾部烟道中的中高温级过热器及再热器移至炉膛内或外置床内，由于炉膛和外置换热器内的温度和灰浓度均高于尾部烟道，故传热温压和传热系数更高，可减少中高温级过热器和再热器的换热面积，减少高等级金属材料的消耗量，降低锅炉制造成本。
同时，将一部分在常规锅炉中布置在炉膛中的蒸发受热面转移至尾部烟道，布置了过热器或再热器，减少了炉膛蒸发受热面积，可以降低炉膛高度，从而显著降低锅炉制造成本。
基于以上，本发明提出了一种循环流化床锅炉，包括依次相连的炉膛、气固分离器、返料器，以及与气固分离器气体出口相连的尾部烟道，其中，尾部烟道高温区布置有蒸发受热面。可选地，蒸发受热面出口的烟气温度不高于600℃。
基于以上，本发明提出了一种减轻循环流化床锅炉尾部烟道中受热面沾污的方法，包括步骤：在尾部烟道高温区布置蒸发受热面，使得流过所述蒸发受热面的烟气中的至少部分碱金属化合物凝固为固态。可选地，上述方法中，使得所述蒸发受热面出口的烟气温度不高于600℃。
以下结合附图进一步说明本发明。
如图1所示，循环流化床锅炉包括带有风室1的炉膛2、旋风分离器3、返料器4、外置换热器5、尾部烟道7。
炉膛前墙21内侧布置高温屏式过热器23和高温屏式再热器24，炉膛后墙22外布置两个旋风分离器3，其下部分别连接两个返料器4和两个外置换热器5，其内分别布置有中温过热器51和中温再热器52。
尾部烟道7内自上而下依次布置水冷屏71和包墙水冷壁72、低温过热器61和低温再热器62、省煤器8、空气预热器9。水冷屏71布置在包墙水冷壁72内侧，低温过热器61和低温再热器62位于同一高度。
烟气流过水冷屏71和包墙水冷壁72后，温度降至600℃以下。
可选地，包墙水冷壁72也可为汽冷包墙，水冷屏71布置在汽冷包墙内侧，二者高度大致相同。此时，蒸发受热面出口烟气温度降至600℃以下，也即烟气流过水冷屏71和汽冷包墙后温度降至600℃以下，因为烟气是同时流过汽冷包墙与水冷屏的。
尾部烟道7可以为单烟道，也可以为双烟道，双烟道中可以布置更多的包墙水冷壁受热面，缩短包墙水冷壁所占的尾部烟道高度，可为后续受热面腾出更多高度、用于加大管间距，进一步避免受热面积灰。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种循环流化床锅炉，包括依次相连的炉膛、气固分离器、返料器，以及与气同分离器气体出口相连的尾部烟道，其特征在于，
尾部烟道高温区不布置过热器和再热器，而是布置有蒸发受热面，所述蒸发受热面为水冷屏，或者所述蒸发受热面为水冷屏和包墙水冷壁，所述蒸发受热面出口的烟气温度不高于600℃。
2.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉，其特征在于，
在所述蒸发受热面为水冷屏时，所述尾部烟道高温区还布置汽冷包墙，所述水冷屏布置在汽冷包墙内侧；所述汽冷包墙与水冷屏高度大致相同。
3.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉，其特征在于，
在所述蒸发受热面为水冷屏和包墙水冷壁时，所述水冷屏布置在包墙水冷壁内侧。
4.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉，其特征在于，
所述蒸发受热面下游布置有低温过热器、省煤器和空气预热器。
5.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉，其特征在于，
所述炉膛内布置有过热器和/或再热器的高温级和/或中温级。
6.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉，其特征在于，
所述锅炉还包括外置换热器，所述外置换热器中布置有过热器和/或再热器的高温级和/或中温级。
7.一种防止或减轻循环流化床锅炉受热面碱金属化合物沾污的方法，包括步骤：
在尾部烟 道高温区不布置过热器和再热器，而是布置为水冷屏的蒸发受热面或者为水冷屏和包墙水冷壁的蒸发受热面，使得流过所述蒸发受热面的烟气中的至少部分碱金属化合物凝同为同态，并且
使得所述蒸发受热面出口的烟气温度不高于600℃。
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