CN107854966A - 一种改善高碱金属煤沾污结焦的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改善高碱金属煤沾污结焦的方法和系统，该方法包括将硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒中的一种或两种混合物通过气力送入锅炉的炉膛内并与烟气混合，吸附烟气中的气态碱金属盐并产生化学反应生成性质更稳定的碱金属硅酸盐和碱金属硅酸铝盐中的一种或两种混合物；同时通过硅氧化物颗粒或铝氧化物颗粒冲刷换热面清除已粘附的飞灰和硬焦。该系统包括颗粒储仓、颗粒喷口，与颗粒喷口连接的气力输送管道，气力输送管道的另一端连接设置有物料输送装置，物料输送装置与颗粒储仓连接，还连接设置有压缩空气罐。本发明有效解决了高碱金属煤在锅炉内易沾污结焦的问题，运行成本低，效果好，可广泛应用于燃煤锅炉领域。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤锅炉领域，尤其是涉及一种改善高碱金属煤沾污结焦的方法和系统。
背景技术
碱金属含量较高的煤种在燃烧时所含钠钾等碱金属元素在高温下转变为气态，当遇到温度较低的对流换热面时，会以固态形式沉积在对流换热表面。因其具有较高的黏性吸附飞灰后会导致换热面发生沾污，且不易被吹灰器清除，将导致换热面换热热阻增大，锅炉出力降低。
现有为解决高碱金属煤的沾污问题的技术主要分为三类，第一类是在燃烧前对燃料进行预处理，对原煤进行脱碱金属后再利用：例如中国专利CN202671513U采用制浆系统、升温加压系统和分离系统来除钠，中国专利CN106701234A采用微波制备低钠煤，这类处理方法系统复杂，能耗高和占地面积较大，不便与燃煤电站锅炉结合使用。第二类是在燃烧时在燃料中掺入添加剂通过化学作用来抑制活性碱金属盐的生成：例如中国专利CN105670732A通过配合不同比例的灰熔点调节剂，改变了混和灰样各个灰分的组成比例，调节了各种元素含量的比例，使混合灰样的灰熔点升高，使钠元素迁移至硅酸钠和硅铝酸钠中随煤渣外排，该专利方法需要专门配备添加剂，对其成分控制有比较高的要求，添加剂成本较高；中国专利CN104371790A提出了一种抑制准东高碱金属煤燃烧中碱金属释放的添加剂及其实现方法，该添加剂与煤掺混燃烧可有效抑制70％以上的碱金属释放，并显著改善煤的灰熔融特性，该专利同样对添加剂成分需要按照一定要求配制，且实现方法与煤粉在磨煤机中一同磨制，会占用磨煤机的出力，影响锅炉输入燃料量，从而影响锅炉出力。第三类是在燃料燃烧后利用烟气或飞灰再循环来降低沾污性：中国专利CN202813354U利用烟气再循环在烟道适当位置通过再循环风机引入冷烟气，将冷烟气急冷屏底或屏后的区域的高温烟气，进而降低高碱金属煤沾污活性，并使其附着于飞灰颗粒中，从而避免或减轻尾部对流换热面出现的沾污、磨损和腐蚀等问题，该方法需增加循环风机，并会降低锅炉传热效率；CN103615714B提出了一种采用耐磨物料和飞灰再循环的方法，通过磨损来解决高碱金属煤沾污的问题，该方法需增设一套复杂的飞灰回收和循环装置，且耐磨物料和飞灰在多次循环后物理化学性质会发生改变，其磨损特性会随着时间增长而急剧降低，从而影响其使用效果。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种改善高碱金属煤沾污结焦的方法和系统。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种改善高碱金属煤沾污结焦的方法，其特征在于：将硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒中的一种或两种混合物通过气力送入锅炉的炉膛内并与烟气混合，吸附烟气中的气态碱金属盐并产生化学反应生成性质更稳定的碱金属硅酸盐和碱金属硅酸铝盐，减少烟气中碱金属含量从而减轻炉膛内换热面沾污；同时通过硅氧化物颗粒或铝氧化物颗粒冲刷换热面清除已粘附的飞灰和硬焦；颗粒和飞灰随烟气一起进入除尘装置，上述颗粒混合物不再循环使用。
进一步的，所述硅氧化物颗粒或铝氧化物颗粒通过锅炉二次风喷口进入炉膛；所述锅炉二次风喷口内设置有颗粒喷口。
所述所述硅氧化物颗粒或铝氧化物颗粒的粒径小于2mm。
一种改善高碱金属煤沾污结焦的系统，包括装有硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒中的一种或两种混合物的颗粒储仓，设置在锅炉二次风喷口内的颗粒喷口，与颗粒喷口连接的气力输送管道，气力输送管道的另一端连接设置有物料输送装置，物料输送装置与颗粒储仓连接，还连接设置有压缩空气罐。
进一步的，所述物料输送装置包括收料仓、发料仓和料器混合器，所述收料仓与颗粒储仓间设置有储仓出料阀，所述收料仓、发料仓和料器混合器与压缩空气罐间设置有压缩空气管道，且在收料仓、发料仓和料器混合器的进气端分别设置有收料仓进气阀、发料仓进气阀和输送器调节阀；所述收料仓与发料仓间设置有收料仓出料阀，发料仓与料器混合器间设置有给料机；
所述气力输送管道上设置有均分器，均分器上设置有一组与颗粒喷口一一对应的出口并通过管道与颗粒喷口连接。
作为另一种输送方式，所述物料输送装置包括与颗粒储仓连通的收料仓，颗粒储仓与收料仓间设置有储仓出料阀，收料仓连接设置有一组与颗粒喷口一一对应的发料仓，发料仓与收料仓间设置有发料仓出料阀，发料仓与颗粒喷口间通过气力输送管道连接；所述收料仓、发料仓与压缩空气罐间设置有压缩空气管道，且在收料仓和发料仓的进气端分别设置有收料仓进气阀和发料仓进气阀。
作为第三种输送方式，所述物料输送装置包括与颗粒储仓连通的机械输送装置，机械输送装置与颗粒储仓间设置有锁气阀，机械输送装置的下方设置有一组与颗粒喷口一一对应的缓冲仓，所述机械输送装置上设置有一组与缓冲仓一一对应的出料口；所述缓冲仓的下方连接设置有料气混合器，料气混合器的一端与气力输送管道连接，另一端与压缩空气罐间设置有压缩空气管道，所述压缩空气管道上设置有输送器调节阀。
优选的，所述机械输送装置为管链机或螺旋输送机。
为方便实时监控炉膛内的沾污结焦情况，所述锅炉的炉膛或烟道内设置有自带光源的耐高温摄像机。
本发明的有益效果：本发明采用硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒与烟气中的气态碱金属盐产生化学反应生成性质更稳定的碱金属硅酸盐和碱金属硅酸铝盐，同时通过颗粒不断冲刷换热面清除已粘附的飞灰或硬焦，即有效的解决了高碱金属煤沾污结焦的问题，又不会影响锅炉的加热性能。同时，由于硅氧化物和/或铝氧化物的来源广泛、价格低廉，且无需按照某种配方完成添加剂的配置，可以是其他化工过程中的硅灰废料，也可以就地取材河沙、沙漠沙等砂石材料。其次，对颗粒尺寸要求不严格，简单破损磨制即可。也不需要将颗粒送入磨煤机与煤粉一同混合磨制，避免占用磨煤机的出力和增加磨煤机电耗，不会因为受磨煤机出力限制导致燃料量降低从而导致锅炉出力的降低。此外，也无需对颗粒进行回收循环利用，避免了颗粒在循环中发生性质改变，避免了复杂的回收循环系统，简单可靠。所述改善高碱金属煤沾污结焦的系统采用气力输送，结构简单，效率高，且方便调节硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒的进给浓度，输送成本低。
附图说明
图1为本发明采用供料法气力输送方式输送颗粒的系统示意图。
图2为本发明采用供气法气力输送方式输送颗粒的系统示意图。
图3为本发明采用机械输送与气力输送组合方式输送颗粒的系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行描述，所述的实施例仅是发明的一部分实例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种改善高碱金属煤沾污结焦的方法，将硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒中的一种或两种混合物通过气力送入锅炉的炉膛内并与烟气混合，吸附烟气中的气态碱金属盐并产生化学反应生成性质更稳定的碱金属硅酸盐和碱金属硅酸铝盐中的一种或两种混合物，减少烟气中碱金属含量从而减轻炉膛内换热面沾污；同时通过硅氧化物颗粒或铝氧化物颗粒冲刷换热面清除已粘附的飞灰和硬焦；在炉膛内一部分硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒中的一种或两种混合物反应后生成碱金属硅酸盐、碱金属硅酸铝盐，另一部分硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒中的一种或两种混合物冲刷换热面，反应完成后得到硅氧化物颗粒、铝氧化物颗粒及碱金属硅酸盐、碱金属硅酸铝盐的混合颗粒，颗粒与飞灰随烟气一起进入除尘装置。
所述硅氧化物颗粒或铝氧化物颗粒通过锅炉二次风喷口内的二次风送入炉膛；所述锅炉二次风喷口内设置有颗粒喷口；所述硅氧化物颗粒或铝氧化物颗粒的用量根据锅炉换热面吸热量与换热面沾污程度进行调节。
所述所述硅氧化物颗粒或铝氧化物颗粒的粒径小于2mm，可通过简单破碎和磨制实现，使其满足气力输送或机械输送条件。
具体步骤如下：
步骤一：对含有硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒中的一种或两种混合物的原料进行简单处理成颗粒状，使其满足气力输送或机械输送条件。上述颗粒的成分不需要严格控制，仅需保证硅氧化物和/或铝氧化物的质量占总质量的百分比不小于50％。其粒径应不大于1mm，可通过简单破碎和磨制实现。
步骤二：利用气力输送或机械输送将硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒中的一种或两种混合物通过位于锅炉二次风喷口内的颗粒喷口直接送入炉膛。上述颗粒在二次风的携带下，与炉内的烟气混合，吸附烟气中的气态碱金属盐并产生化学反应生成性质更稳定的碱金属硅酸盐和碱金属硅酸铝盐，减少烟气中碱金属含量从而减轻换热面沾污。以气态钠盐和SiO2为例：
2NaCl+n SiO2+H2O→Na2O.nSiO2+2HCl
Na2SO4+3SiO2→Na2O.3SiO2+SO2+1/2O2
步骤三：监测低熔点碱金属盐在炉内换热面附着沾污情况，优选地采用带光源的摄像机监视锅炉炉膛内的沾污结焦情况，调节进入炉膛内硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒的颗粒量来改变烟气中粉尘浓度，利用颗粒的冲刷对沾污层进行物理清除。
步骤四：反应后的颗粒随烟气进入除尘装置并被分离脱除，随煤灰一同处理，不用单独设置其他的回收或循环装置。
实施例2：
一种改善高碱金属煤沾污结焦的系统，包括装有硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒中的一种或两种混合物的颗粒储仓1，设置在锅炉18二次风喷口内的2个颗粒喷口17，与颗粒喷口17连接的气力输送管道15，气力输送管道15的另一端连接设置有物料输送装置a，物料输送装置a分别与颗粒储仓1和压缩空气罐11连接。
具体的，所述物料输送装置a包括收料仓3、发料仓6和料器混合器9，所述收料仓3位于颗粒储仓1的下方，颗粒储仓1的下料口通过储仓出料阀2与收料仓3的进料口连接，收料仓3出料口通过收料仓出料阀5与发料仓6的进料口连接，发料仓6的出料口通过给料机8与料气混合器9连接。所述收料仓3、发料仓6和料器混合器9与压缩空气罐11间设置有压缩空气管道14，且在收料仓3、发料仓6和料器混合器9的进气端分别设置有收料仓进气阀4、发料仓进气阀7和输送器调节阀10。所述收料仓3上还设置有排气管道23，排气管道23上设置有排气阀13，所述发料仓6与排气管道23间设置有连通管24，连通管24上设置与平衡阀12。所述气力输送管道15上设置有均分器16，均分器16上设置有2个出口并通过管道分别与两个颗粒喷口17连接。
系统运行时，首先将硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒中的一种或两种混合物放入颗粒储仓1中。之后对收料仓3进料，具体操作为：关闭收料仓出料阀5，关闭收料仓进气阀4，开启排气阀13对收料仓3泄压，打开储仓出料阀2，颗粒进入收料仓3。然后对发料仓进料，具体操作步骤为：关闭颗粒储仓1的储仓出料阀2，关闭排气阀13，打开收料仓进气阀4对收料仓3充压。充压完成后，开启收料仓出料阀5，开启平衡阀12，颗粒进入发料仓6。上述两个过程周而复始，始终保持发料仓6内保持有料。给粉机8持续不断地将颗粒从发料仓6排出至料气混合器9。颗粒在来自压缩空气储罐11的压缩空气携带下，经气力输送管道15并通过均分器16平均分为两路，分别通过两个颗粒喷口17进入炉内。上述颗粒在锅炉二次风的携带下，与炉内烟气进行混合，通过与烟气的化学反应和与换热面的物理接触达到改善高碱金属煤沾污结焦的作用。所述给料机8可根据锅炉18炉内的沾污结焦情况，调整输入的颗粒量。
实施例3：
一种改善高碱金属煤沾污结焦的系统，包括装有硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒中的一种或两种混合物的颗粒储仓1，设置在锅炉18二次风喷口内的2个颗粒喷口17，与颗粒喷口17连接的气力输送管道15，气力输送管道15的另一端连接设置有物料输送装置a，物料输送装置a分别与颗粒储仓1和压缩空气罐11连接。
所述物料输送装置a包括与颗粒储仓1连通的收料仓3颗粒储仓1的下料口通过储仓出料阀2与一个收料仓3的进料口连接，收料仓3出料口通过收料仓出料阀5与两个发料仓6的进料口连接。所述收料仓3上还设置有排气管道23，排气管道23上设置有排气阀13。所述收料仓3、发料仓6与压缩空气罐11间通过压缩空气管道14连通，且在收料仓3和发料仓6的进气端分别设置有收料仓进气阀4和发料仓进气阀7。发料仓6出料口通过气力输送管道15分别与颗粒喷口17连接；颗粒喷口17位于锅炉18的二次风喷口内。
系统运行时，首先将硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒中的一种或两种混合物放入颗粒储仓1中。然后收料仓进料，具体操作为：关闭收料仓出料阀5，关闭收料仓进气阀4，开启排气阀13对收料仓3泄压，打开储仓出料阀2，颗粒进入收料仓。然后对其中一个发料仓进料，具体操作如下：关闭储仓出料阀2，关闭排气阀13，打开收料仓进气阀4对收料仓3充压。充压完成后，开启其中一个收料仓出料阀5，颗粒进入对应的发料仓6。该发料仓6进料完成后，对另外一个发料仓进料，始终确保每个发料仓都处于有料的状态。压缩空气持续不断地将颗粒从发料仓6，经气力输送管道15送至颗粒喷口17进入炉内。上述颗粒在锅炉二次风的携带下，与炉内烟气进行混合，通过与烟气的化学反应和与换热面的物理接触达到改善高碱金属煤沾污结焦的作用。
可以根据锅炉18炉内的沾污结焦情况，通过发料仓进气阀7调节输气量来调节压缩空气所能携带的颗粒量。
实施例4：
一种改善高碱金属煤沾污结焦的系统，包括装有硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒中的一种或两种混合物的颗粒储仓1，设置在锅炉18二次风喷口内的2个颗粒喷口17，与颗粒喷口17连接的气力输送管道15，气力输送管道15的另一端连接设置有物料输送装置a，物料输送装置a分别与颗粒储仓1和压缩空气罐11连接。
所述物料输送装置a包括与颗粒储仓1连通的机械输送装置20，颗粒储仓1的下料口通过锁气阀19与机械输送装置20连接，锁气阀19的作用是避免缓冲仓21内的压缩空气返入储仓1中。该机械输送装置20可以是管链机也可以是螺旋输送机等，机械输送装置20设有两个或多个出料口。每个出料口与2个缓冲仓20的进料口连接。2个缓冲仓20的出料口与料气混合器9的进料口连接。压缩空气储罐11通过压缩空气管道14与输送气调节阀10连接，输送气调节阀10与料气混合器9的进气口连接。料气混合器9的出口通过气力输送管道15与颗粒喷口17连接。颗粒喷口17位于锅炉18的二次风喷口内。缓冲仓21的位置通常位于炉前靠近颗粒喷口17的区域。
系统运行时，首先将硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒中的一种或两种混合物放入颗粒储仓1中。开启机械输送装置20，将颗粒送入缓冲仓21。颗粒在重力或压缩空气引射的作用下进入料气混合器9，并在来自压缩空气储罐11的压缩空气携带下，经气力输送管道15通过颗粒喷口17进入炉内。上述颗粒在锅炉二次风的携带下，与炉内烟气进行混合，通过与烟气的化学反应和与换热面的物理接触达到改善高碱金属煤沾污结焦的作用。
通过自带光源的耐高温摄像机22监视锅炉18炉内的沾污结焦情况，通过机械输送装置19的转速来调节进入缓冲仓21的颗粒量，从而调节进入锅炉18内的颗粒量。
Claims (10)
1.一种改善高碱金属煤沾污结焦的方法，其特征在于：将硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒中的一种或两种混合物通过气力送入锅炉的炉膛内并与烟气混合，吸附烟气中的气态碱金属盐并产生化学反应生成性质更稳定的碱金属硅酸盐和碱金属硅酸铝盐中的一种或两种混合物，减少烟气中碱金属含量从而减轻炉膛内换热面沾污；同时通过硅氧化物颗粒或铝氧化物颗粒冲刷换热面清除已粘附的飞灰和硬焦；反应及冲刷后的颗粒混合物、飞灰及硬焦与烟气一起进入除尘装置，上述颗粒混合物不再循环使用。
2.如权利要求1所述的改善高碱金属煤沾污结焦的方法，其特征在于：所述硅氧化物颗粒或铝氧化物颗粒通过锅炉二次风喷口进入炉膛；所述锅炉二次风喷口内设置有颗粒喷口；所述硅氧化物颗粒或铝氧化物颗粒的用量根据锅炉换热面吸热量与换热面沾污程度进行调节。
3.如权利要求1或2所述的改善高碱金属煤沾污结焦的方法，其特征在于：所述硅氧化物颗粒或铝氧化物颗粒的粒径小于2mm。
4.一种改善高碱金属煤沾污结焦的系统，其特征在于：包括装有硅氧化物颗粒和铝氧化物颗粒中的一种或两种混合物的颗粒储仓(1)，设置在锅炉二次风喷口内的颗粒喷口(17)，与颗粒喷口(17)连接的气力输送管道(15)，气力输送管道(15)的另一端连接设置有物料输送装置(a)，物料输送装置(a)与颗粒储仓(1)连接，还连接设置有压缩空气罐(11)。
5.如权利要求4所述的改善高碱金属煤沾污结焦的系统，其特征在于：所述物料输送装置(a)包括收料仓(3)、发料仓(6)和料器混合器(9)，所述收料仓(3)与颗粒储仓(1)间设置有储仓出料阀(2)，所述收料仓(3)、发料仓(6)和料器混合器(9)与压缩空气罐(11)间设置有压缩空气管道(14)，且在收料仓(3)、发料仓(6)和料器混合器(9)的进气端分别设置有收料仓进气阀(4)、发料仓进气阀(7)和输送器调节阀(10)；所述收料仓(3)与发料仓(6)间设置有收料仓出料阀(5)，发料仓(6)与料器混合器(9)间设置有给料机(8)；
所述收料仓(3)上还设置有排气管道(23)，排气管道(23)上设置有排气阀(13)，所述发料仓(6)与排气管道(23)间设置有连通管(24)，连通管(24)上设置与平衡阀(12)。
6.如权利要求5所述的改善高碱金属煤沾污结焦的系统，其特征在于：所述气力输送管道(15)上设置有均分器(16)，均分器(16)上设置有一组与颗粒喷口(17)一一对应的出口并通过管道与颗粒喷口(17)连接。
7.如权利要求4所述的改善高碱金属煤沾污结焦的系统，其特征在于：所述物料输送装置(a)包括与颗粒储仓(1)连通的收料仓(3)，颗粒储仓(1)与收料仓(3)间设置有储仓出料阀(2)，收料仓(3)连接设置有一组与颗粒喷口(17)一一对应的发料仓(6)，发料仓(6)与收料仓(3)间设置有发料仓出料阀(5)，发料仓(6)与颗粒喷口(17)间通过气力输送管道(15)连接；所述收料仓(3)、发料仓(6)与压缩空气罐(11)间设置有压缩空气管道(14)，且在收料仓(3)和发料仓(6)的进气端分别设置有收料仓进气阀(4)和发料仓进气阀(7)。
8.如权利要求4所述的改善高碱金属煤沾污结焦的系统，其特征在于：所述物料输送装置(a)包括与颗粒储仓(1)连通的机械输送装置(20)，机械输送装置(20)与颗粒储仓(1)间设置有锁气阀(19)，机械输送装置(20)的下方设置有一组与颗粒喷口(17)一一对应的缓冲仓(21)，所述机械输送装置(20)上设置有一组与缓冲仓(21)一一对应的出料口；所述缓冲仓(21)的下方连接设置有料气混合器(9)，料气混合器(9)的一端与气力输送管道(15)连接，另一端与压缩空气罐(11)间设置有压缩空气管道(14)，所述压缩空气管道(14)上设置有输送器调节阀(10)。
9.如权利要求8所述的改善高碱金属煤沾污结焦的系统，其特征在于：所述机械输送装置(20)为管链机或螺旋输送机。
10.如权利要求4所述的改善高碱金属煤沾污结焦的系统，其特征在于：所述锅炉的炉膛或烟道内设置有耐高温摄像机(22)。
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