CN107345660B - 低排放型循环流化床锅炉 - Google Patents

低排放型循环流化床锅炉 Download PDF

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Abstract

低排放型循环流化床锅炉，它涉及一种循环流化床锅炉，具体是采用炉内脱硫和低氮燃烧技术的低排放型循环流化床锅炉，以解决现有的循环流化床锅炉的炉外环保装置中脱硫、脱硝设备存在脱除效率低、运行成本高及占地面积大的问题，它包括分离器、返料器、炉膛、给煤装置、一次风室、二次风箱、高温省煤器和低温省煤器；炉膛的下部安装有给煤装置和二次风箱，炉膛的底部布置有一次风室，尾部烟道内由上至下依次布置有高温省煤器和低温省煤器；一次风室的宽度与炉膛的宽度比值为0.4‑0.5。本发明通过采用炉内脱硫和低氮燃烧技术来实现锅炉初始超低排放，由“炉外处理”转变为“炉内减排”，从源头控制污染物生成，用于循环流化床锅炉。

Description

低排放型循环流化床锅炉
技术领域
本发明涉及一种循环流化床锅炉，具体涉及采用炉内脱硫和低氮燃烧技术的低排放型循环流化床锅炉。
背景技术
循环流化床燃烧技术因其具有的高效、环保性能得到快速发展，随着环境保护的日趋严格和完善，以及新的锅炉大气污染物排放标准实施，加速了低排放型循环流化床锅炉的开发及应用。现有的循环流化床锅炉降低原始排放是在锅炉外部布置环保装置，解决锅炉出口原始环保排放不达标的问题，而采用炉外布置环保装置中的脱硫、脱硝设备处理的方式存在脱除效率低、投资成本高、运行成本高及占地面积大的问题。
发明内容
本发明为解决现有的循环流化床锅炉的炉外环保装置中脱硫、脱硝设备存在脱除效率低、运行成本高及占地面积大的问题，进而提供一种低排放型循环流化床锅炉。
为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
低排放型循环流化床锅炉包括分离器、返料器、炉膛、给煤装置、一次风室、二次风箱、高温省煤器和低温省煤器；分离器通过返料器与炉膛连接，炉膛的下部安装有给煤装置和二次风箱，炉膛的底部布置有一次风室；炉膛的出口与分离器的入口连接，分离器的出口连接尾部烟道，尾部烟道内由上至下依次布置有高温省煤器和低温省煤器；
返料器上设有石灰石接口，一次风室的宽度与炉膛的宽度比值为：0.4-0.5；二次风箱的二次风出口中心距离炉膛的底部的距离为3m-4m；
炉膛、高温省煤器和低温省煤器上布置有水流程管路系统；水流程管路系统包括锅筒、下降管、水冷屏下集箱、水冷屏、水冷屏上集箱、顶部连接管、水冷汇集集箱、水冷壁、导水管、低温省煤器下集箱、低温省煤器、低温省煤器上集箱、高温省煤器下集箱、高温省煤器和高温省煤器上集箱；
锅筒位于下降管上部并与下降管上部连通，下降管中部与前水冷屏下集箱连通，水冷屏下集箱侧面与水冷屏连通，水冷屏与水冷屏上集箱下部连通，水冷屏上集箱上部通过顶部连接管与水冷汇集集箱连通；
下降管的下部与水冷壁连通，水冷壁通过顶部连接管与水冷汇集集箱连通，水冷汇集集箱通过导水管与低温省煤器连通，低温省煤器与高温省煤器连通。
进一步地，炉膛的宽度与炉膛的长度的比值为0.5。
进一步地，炉膛出口的烟气速度为16m/s，分离器入口的烟气速度为28m/s。
进一步地，水冷壁包括前水冷壁、后水冷壁、前水冷壁下集箱、后水冷壁下集箱和前后水冷壁上集箱；下降管的下部与前水冷壁下集箱和后水冷壁下集箱连通，前水冷壁下集箱与前水冷壁下部连通，前水冷壁上部与前后水冷壁上集箱连通，后水冷壁下集箱与后水冷壁下部连通，后水冷壁上部与前后水冷壁上集箱连通，前后水冷壁上集箱通过顶部连接管与水冷汇集集箱连通。
进一步地，水冷壁还包括侧水冷壁下集箱、侧水冷壁和侧水冷壁上集箱；下降管的下部与侧水冷壁下集箱连通，侧水冷壁下集箱与侧水冷壁下部连通，侧水冷壁上部与侧水冷壁上集箱连通，侧水冷壁上集箱通过顶部连接管与水冷汇集集箱连通。
进一步地，高温省煤器上集箱通过再循环管与水冷汇集集箱连通，再循环管上安装有阀门。
本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明采用炉内脱硫和低氮燃烧技术，应用到循环流化床锅炉上，显著提高了锅炉环保性能。通过炉内投石灰石脱硫技术使SO2排放低于35mg/Nm3，采用炉内低氮燃烧技术使NOX排放低于50mg/Nm3，实现了由“炉外治理”到“炉内减排”的转变，从源头降低排放，进而使锅炉初始排放达到超低排放指标。
1、一、二次风比控制在5：5或4：6的比例，既L1/L2＝0.4-0.5，通过进一步降低一次风比例，一次风压降低后，避免过渡区大颗粒床料扬析磨损炉膛水冷壁，同时节约电耗；一次风量降低后，过量空气系数减小，抑制NOX的生成。
2、二次风箱中二次风口中心位置上移，距料床H＝3～4m，二次风的穿透深度增加、刚度增强，二次风出口风速可达70m/s；二次风从浓相区进行了上移后，在浓稀相区之间，具有更好的穿透性，可消除贫氧区，减少NOX的生成。
3、燃烧温度进行控制，料床温度在850～880℃范围内，炉膛内布置更多的水冷屏、水冷壁受热面。采用可对燃烧温度调控的水流程系统，适合脱硫温度并能控制氮氧化物生成，炉膛出口温度控制在850～880℃左右，降低NOx生成。
4、石灰石通过返料器上石灰石接口给入，返料与石灰石经初混后被送入炉膛，从而调整炉膛内分布浓度，达到分布均匀、快速反应，提高脱出SO2效率。
5、优化给煤粒度，煤的粒度变细，提高床的质量，降低了床压，节电效果显著；燃煤控制粒径在0～8mm，兼顾燃烧特性及成灰磨耗特性，使燃烧更充分并提高SO2脱出效率、避免对炉膛的磨损。粒度分布如下表：
粒度范围(mm) ＜0.5 0.5～3 3～6 6～8
质量份额(％) 20 50 20 10
6、石灰石粒度0～500um，d50＝150um(或中位粒经200um)，石灰石的入炉成分要求CaCO3；≥91％以上。石灰石粒度更细后，接触面积更大，反应更好更充分，SO2脱出效率更高。
7、分离器进行了改进，炉膛出口的烟气速度为16m/s、分离器入口的烟气速度为28m/s，分离器效率可达到99.6％以上，分离效率好提高了循环倍率，提供充足的循环物料与石灰石反应时间，高效率分离器使得石灰石利用率增高，提高SO2脱出效率。本发明具有脱除效率高，投资成本低，运行成本少和占地面积小的技术优势，SO2脱出效率提高了95％以上，具有较好的经济效益和社会效益。
8、本发明是在锅筒、水冷汇集集箱和高温省煤器上集箱上装有安全阀，当锅炉超压时，安全阀开启，系统排汽泄压，起到安全保护作用。
9、本发明的前、侧、后水冷壁内的水由于比重差而形成自然循环，大容量的锅筒、下降管和外段不受热顶部连接管在停电后都能为各水冷壁提供冷水；水冷汇集集箱到低温省煤器下集箱的导水管可以为低、高温省煤器提供冷水，同样起到停电保护作用。
10、本发明设计时在高温省煤器上集箱及水冷汇集集箱之间设有再循环管，当停电发生后，只需将再循环管上阀门(截止阀)打开，形成循环并排掉蒸汽，就可以防止锅炉压力升高。随着锅炉蓄热量的逐渐减少，锅炉压力会平稳的降下来。设有再循环管，起到停电保护的辅助作用。
11、本发明设计了六个水流程(分别是锅筒与水冷屏、锅筒与前水冷壁、锅筒与后水冷壁、锅筒与侧水冷壁、锅筒与省煤器和省煤器与水冷汇集集箱)，实则为两个相对独立的水流程汇成的一个水流程系统，具体由前部水冷壁侧和后部省煤器侧组成，实现了运行时水强制流动停电后水自然流动，此设计具有水流程系统简化、水阻力小的特性。
12、本发明水流程管路系统实现了低排放型循环流化床锅炉的水流程系统对燃烧温度进行调控，料床温度、炉膛出口温度控制在适合炉内脱硫并降低氮氧化物生成的范围内。此水流程管路系统具有水流程简化、水阻力小、实现停电保护功能，达到锅炉原始超低排放和安全稳定运行。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是沿图1中C-C线和D-D线的剖视图；
图3是本发明水流程布置结构示意图，其中箭头表示水的流向。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案作进一步地说明。
参见图1-图3说明，采用炉内脱硫和低氮燃烧技术的低排放型循环流化床锅炉包括分离器31、返料器33、炉膛36、给煤装置37、一次风室38、二次风箱39、高温省煤器22和低温省煤器18；分离器31通过返料器33与炉膛36连接，炉膛36的下部安装有给煤装置37和二次风箱39，炉膛36的底部布置有一次风室38；炉膛36的出口与分离器31的入口连接，分离器31的出口连接尾部烟道，尾部烟道内由上至下依次布置有高温省煤器22和低温省煤器18；
返料器33上设有石灰石接口32，一次风室38的宽度L1与炉膛36的宽度L2比值为0.4-0.5；二次风箱39的二次风出口中心至炉膛36的底部的垂直距离H为3m-4m；
炉膛36、高温省煤器22和低温省煤器18上布置有水流程管路系统；水流程管路系统包括锅筒1、下降管2、水冷屏下集箱3、水冷屏4、水冷屏上集箱5、顶部连接管6、水冷汇集集箱7、水冷壁、导水管16、低温省煤器下集箱17、低温省煤器18、低温省煤器上集箱19、省煤器连接管20、高温省煤器下集箱21、高温省煤器22和高温省煤器上集箱23；
锅筒1位于下降管2上部并与下降管2上部连通，下降管2中部与前水冷屏下集箱3连通，水冷屏下集箱3侧面与水冷屏4连通，水冷屏4与水冷屏上集箱5下部连通，水冷屏上集箱5上部通过顶部连接管6与水冷汇集集箱7连通；
下降管2的下部与水冷壁连通，水冷壁通过顶部连接管6与水冷汇集集箱7连通，水冷汇集集箱7通过导水管16与低温省煤器18连通，低温省煤器18与高温省煤器22连通。
锅炉水流程管路系统中受热面内的水均为上升流程，水的下降流程采用布置在炉膛外不受热下降管、导水管结构。锅炉炉顶布置大直径的锅筒31和水冷汇集集箱7，使锅炉有较大的水容量。当锅炉在突然停电时，炉水不会汽化，具有优越的停电保护功能。
作为一个可实施方式，炉膛36的宽度L2与炉膛36的长度L3的比值为0.5。炉膛出口35的烟气速度为16m/s，分离器入口34的烟气速度为28m/s。分离器31优选旋风分离器。
炉内投石灰石脱硫技术：炉内脱硫用石灰石从石灰石接口32进入返料器33与经过分离器31分离的循环物料混合，石灰石接口32与返料器33联通，分离器31与返料器33连通，循环物料与石灰石在返料器33内混合后进入炉膛36，返料器33与炉膛36连通，循环物料与石灰石流经炉膛36后通过炉膛出口35和分离器入口34进入分离器31后进行分离，经分离器31分离后进入返料器33，炉膛出口35与分离器入口34连通，分离器入口34与分离器31连通。
炉内低氮燃烧：经给煤装置37进入炉膛36的煤由经返料器33进入炉膛36的混合循环物料引燃，给煤装置37与炉膛36连通；一次风经一次风室38进入炉膛36对煤进行流化燃烧，一次风室38与炉膛36连通，二次风经二次风箱39流经二次风出口30后进入炉膛36，二次风箱39与二次风出口30连通，二次风出口30与炉膛36连通。
通过炉内脱硫和低氮燃烧技术达到锅炉原始超低排放。床温控制是控制污染物超低排放的前提，入炉煤粒度、分离器效率及回料阀的结构是床温控制的保证，最终使循环流化床锅炉SO2、NOX原始排放达到超低排放的标准要求。
水循环方式，采用了强制水循环，使受热面管中有较高的水流速，所以锅炉运行时，在规定的循环水流量下，炉水不会汽化。该炉布置的管中水流速，当锅炉水流量在额定循环水量60％以上变化时，水冷壁不会发生过冷沸腾。水流程布置简单、水系统阻力小，使锅炉操作、调节更简易。布置受热面中的水流都是从下到上流向，管内水不会发生气塞。该炉布置了大直径的锅筒31、水冷汇集集箱7，使锅炉水容量增大。当突然停电时，汽化需要的热量大于炉内的蓄热量，保护锅炉安全。所以在突然停电后，锅炉的水系统完全保证锅炉的安全可靠。
锅炉最低循环水流量为额定循环水流量的70％，60％循环水流量受热面管内水速已满足其中水不发生过冷沸腾的要求。锅炉水阻力较小，水系统节电明显。
参见图3说明，其中一个实施例中，水冷壁包括前水冷壁9、后水冷壁15、前水冷壁下集箱8、后水冷壁下集箱14和前后水冷壁上集箱10；下降管2的下部与前水冷壁下集箱8和后水冷壁下集箱14连通，前水冷壁下集箱8与前水冷壁9下部连通，前水冷壁9上部与前后水冷壁上集箱10连通，后水冷壁下集箱14与后水冷壁15下部连通，后水冷壁15上部与前后水冷壁上集箱10连通，前后水冷壁上集箱10通过顶部连接管6与水冷汇集集箱7连通。另一个实施例中，水冷壁还包括侧水冷壁下集箱11、侧水冷壁12和侧水冷壁上集箱13；下降管2的下部与侧水冷壁下集箱11连通，侧水冷壁下集箱11与侧水冷壁12下部连通，侧水冷壁12上部与侧水冷壁上集箱13连通，侧水冷壁上集箱13通过顶部连接管6与水冷汇集集箱7连通。作为一个可实施方式，导水管16通过低温省煤器下集箱17与低温省煤器18连通，低温省煤器18通过低温省煤器上集箱19与高温省煤器下集箱21连通，高温省煤器下集箱21通过高温省煤器22与高温省煤器上集箱23连通，低温省煤器上集箱19通过省煤器连接管20与高温省煤器下集箱21连通。
上述水循环结构中，热水锅炉正常运行时，炉内的水不允许发生汽化。如果汽化会发生水击，水击使锅炉设备发出响声、振动，直至损坏设备。因此热水锅炉受热面的布置应采用避免发生过冷沸腾和炉水汽化的结构。本发明锅炉采用了强制水循环，锅炉回水进至锅筒1，由下降管2一路进入水冷壁下集箱、水冷壁、水冷壁上集箱，一路引入水冷屏下集箱3、水冷屏4和水冷屏上集箱5，两路同时由顶部连接管6进入水冷汇集集箱7，然后由导水管16进入低温省煤器下集箱17，经低温省煤器18、高温省煤器22，最后从高温省煤器上集箱23将合格的热水送出，高温省煤器上集箱23与水冷汇集集箱7之间还设有再循环管24。锅炉最高出口水温130℃，各管组出口水温有25℃以上的欠热，避免发生饱和沸腾。
为了保证停电时对锅炉起到保护作用，在循环管24上还安装有阀门25，当停电时打开阀门25，阀门25为截止阀门，再循环管24与水冷汇集集箱7联通，形成循环，起到停电保护作用。在一个实施例中，作为一个可实施方式，高温省煤器22和低温省煤器18的数量分别为两个，两个高温省煤器22和两个低温省煤器18各自串联设置，如此设置，满足了实际需求。
本发明的停电保护措施是这样的，炉膛水冷壁内的水由于比重差而形成自然循环，大容量的锅筒1、下降管2和外段不受热上升管在停电后都能为水冷壁提供冷水；水冷汇集集箱7到省煤器的导水管16可以为省煤器提供冷水。当锅炉内的水几乎全部加热到饱和温度后，水才可能汽化。设计时回水管路和省煤器上集箱上装有可靠的排汽装置，在高温省煤器上集箱23及水冷汇集集箱7之间设有再循环管24，同时起到停电保护的辅助作用。这时只需将水冷汇集集箱7和省煤器上集箱上的排气阀打开，排掉蒸汽，就可以防止锅炉压力升高。随着炉膛内放热量的逐渐减少，锅炉压力会平稳的降下来。在高温省煤器上集箱及水冷汇集集箱7之间设有再循环管24也起到停电保护的辅助作用。如果锅炉压力没有升高，可以暂时不放汽。恢复供电后，启动循环水泵前要先开补给水泵同时打开放气阀把余汽放尽。如果压力、温度继续升高，应打开各炉门并将床层放渣，减少炉内蓄热量，使锅水不汽化。或启动设置的备用电源运行。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (5)

1.低排放型循环流化床锅炉，它包括分离器(31)、返料器(33)、炉膛(36)、给煤装置(37)、一次风室(38)、二次风箱(39)、高温省煤器(22)和低温省煤器(18)；分离器(31)通过返料器(33)与炉膛(36)连接，炉膛(36)的下部安装有给煤装置(37)和二次风箱(39)，炉膛(36)的底部布置有一次风室(38)；炉膛(36)的出口与分离器(31)的入口连接，分离器(31)的出口连接尾部烟道，尾部烟道内由上至下依次布置有高温省煤器(22)和低温省煤器(18)；
其特征在于：返料器(33)上设有石灰石接口(32)，一次风室(38)的宽度(L1)与炉膛(36)的宽度(L2)比值为0.4-0.5；二次风箱(39)的二次风出口中心至炉膛(36)的底部的垂直距离(H)为3m-4m；
炉膛(36)、高温省煤器(22)和低温省煤器(18)上布置有水流程管路系统；水流程管路系统包括锅筒(1)、下降管(2)、水冷屏下集箱(3)、水冷屏(4)、水冷屏上集箱(5)、顶部连接管(6)、水冷汇集集箱(7)、水冷壁、导水管(16)、低温省煤器下集箱(17)、低温省煤器(18)、低温省煤器上集箱(19)、高温省煤器下集箱(21)、高温省煤器(22)和高温省煤器上集箱(23)；
锅筒(1)位于下降管(2)上部并与下降管(2)上部连通，下降管(2)中部与前水冷屏下集箱(3)连通，水冷屏下集箱(3)侧面与水冷屏(4)连通，水冷屏(4)与水冷屏上集箱(5)下部连通，水冷屏上集箱(5)上部通过顶部连接管(6)与水冷汇集集箱(7)连通，下降管(2)的下部与水冷壁连通，水冷壁通过顶部连接管(6)与水冷汇集集箱(7)连通；水冷汇集集箱(7)通过导水管(16)与低温省煤器(18)连通，导水管(16)通过低温省煤器下集箱(17)与低温省煤器(18)连通，低温省煤器(18)通过低温省煤器上集箱(19)与高温省煤器下集箱(21)连通，高温省煤器下集箱(21)通过高温省煤器(22)与高温省煤器上集箱(23)连通,低温省煤器上集箱(19)通过省煤器连接管(20)与高温省煤器下集箱(21)连通，高温省煤器上集箱(23)通过再循环管(24)与水冷汇集集箱(7)连通，再循环管(24)上安装有阀门(25)。
2.根据权利要求1所述低排放型循环流化床锅炉，其特征在于：炉膛(36)的宽度(L2)与炉膛(36)的长度(L3)的比值为0.5。
3.根据权利要求1或2所述低排放型循环流化床锅炉，其特征在于：炉膛出口(35)的烟气速度为16m/s，分离器入口(34)的烟气速度为28m/s。
4.根据权利要求3所述低排放型循环流化床锅炉，其特征在于：水冷壁包括前水冷壁(9)、后水冷壁(15)、前水冷壁下集箱(8)、后水冷壁下集箱(14)和前后水冷壁上集箱(10)；
下降管(2)的下部与前水冷壁下集箱(8)和后水冷壁下集箱(14)连通，前水冷壁下集箱(8)与前水冷壁(9)下部连通，前水冷壁(9)上部与前后水冷壁上集箱(10)连通，后水冷壁下集箱(14)与后水冷壁(15)下部连通，后水冷壁(15)上部与前后水冷壁上集箱(10)连通，前后水冷壁上集箱(10)通过顶部连接管(6)与水冷汇集集箱(7)连通。
5.根据权利要求4所述低排放型循环流化床锅炉，其特征在于：水冷壁还包括侧水冷壁下集箱(11)、侧水冷壁(12)和侧水冷壁上集箱(13)；下降管(2)的下部与侧水冷壁下集箱(11)连通，侧水冷壁下集箱(11)与侧水冷壁(12)下部连通，侧水冷壁(12)上部与侧水冷壁上集箱(13)连通，侧水冷壁上集箱(13)通过顶部连接管(6)与水冷汇集集箱(7)连通。
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