CN108644763A - 一种循环流化床锅炉及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种循环流化床锅炉及其运行方法。锅炉包括炉膛、布风装置、给料装置、分离器以及尾部烟道，分离器和尾部烟道之间还设置有气固换热装置。气固换热装置上部设有载热体料仓，载热体料仓下方设置有若干个落料口。气固换热装置下方还连接有外置换热器，外置换热器与载热体料仓之间设有提升装置和回料管连接。锅炉运行时，从分离器分离后的高温烟气与筛分灰渣构成的载热体进行气固热交换降温后再进入尾部受热面。换热升温后的载热体在外置换热器中与锅炉给水换热。本发明利用灰渣进行气固换热并采用外置换热器回收灰渣热量，具有系统运行稳定性和能源利用率高的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种循环流化床锅炉及其运行方法，尤其涉及燃用高碱燃料(如生物质，准东煤等)的循环流化床锅炉，属于燃烧设备领域。
背景技术
生物质是指光合作用形成的各种有机体，而生物质能则是太阳能转化为化学能并储存在生物质载体内的一种能量形式。生物质中秸秆及农业加工剩余物占生物质可获得量的约30％，具有广阔的发展潜能。而这种农村废弃物作为燃料时具有品种多样性、成分复杂性、热值较低、含水量高、堆积密度小、挥发性组分含量高和碱金属含量高等特点。循环流化床基于其广泛的燃料适应性，在生物质燃烧发电领域得到了广泛的应用。
准东煤为新疆准东地区蕴藏的煤矿资源，预测储量达到3900亿吨，准东煤田也是我国最大的整装煤田。准东煤具有低硫、低灰、原煤有害物质含量少的特点，同时开采成本较低，具有优异的燃料特性。但准东煤中含有大量Na、Ca，其含量远高于现有已知动力煤中相应元素的含量，属于高碱燃料。
在实际锅炉的运行过程中，燃料灰渣在烟气的携带下通过对流受热面时，会发生结渣、沾污等现象。当锅炉燃用高碱燃料(生物质、准东煤等)时，融化或者软化的燃料灰渣会随烟气沉积在受热面上，而燃料中存在的碱金属的氧化物或者硫化物成分会使得沉积物结构致密，且粘附性增强，增加了沾污的可能性。受热面的沾污等现象会引起传热效率降低、工质吸热量减少、受热面的氧化与高温腐蚀等问题，这加大了锅炉运行与检修的工作量，情况较严重时还会影响锅炉的安全运行与经济效益。
生物质燃料的沾污问题是阻碍生物质锅炉发展的重要因素。考虑到沾污问题主要发生在温度区间范围在500～800℃内，循环流化床烟气出口一般在800℃左右，若直接让烟气流经对流受热面则难以避免沾污现象。因此这对循环流化床的设计提出了很高的要求
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于燃用高碱燃料的循环流化床锅炉及其运行方法，解决燃用高碱燃料时对流受热面发生的沾污问题。
本发明通过如下技术方案实现：
一种循环流化床锅炉，所述锅炉包括炉膛、设置在炉膛底部的布风装置、设置在炉膛前的给料装置、连接在炉膛上部出口的分离器以及设置在分离器之后的尾部烟道，所述分离器和所述尾部烟道之间还设置有气固换热装置，所述气固换热装置上部设有载热体料仓，所述载热体料仓下方设置有若干个落料口；所述气固换热装置下方还连接有外置换热器，所述外置换热器与所述载热体料仓之间设有提升装置和回料管连接于两者之间。
上述技术方案中，所述气固换热装置与所述分离器之间设有烟气管道连接，所述烟气管道将所述分离器烟气出口与所述气固换热装置底部相连。
上述技术方案中，所述气固换热装置上部与所述尾部烟道连通，且所述尾部烟道从所述载热体料仓下方连接。
上述技术方案中，所述炉膛选用水冷壁结构，优选膜式水冷壁结构。
上述技术方案中，所述炉膛上部设置屏式过热器和/或高温过热器。
上述技术方案中，所述尾部烟道内设置有换热器，所述换热器包括低温过热器、省煤器、空气预热器中的一种或多种。
一种循环流化床锅炉的运行方法，所述方法包括：
将燃料从给料装置给入炉膛，燃料在通过布风装置通入的氧化剂作用下燃烧，产生携带着飞灰颗粒的高温烟气；
使携带着飞灰颗粒的高温烟气进入分离器进行气固分离，分离后的高温烟气进入到气固换热装置，分离下来的飞灰颗粒返回到炉膛继续参与燃烧；
将炉膛的灰渣筛分出符合要求的细渣给入载热体料仓，作为载热体从载热体料仓下方的落料口进入气固换热装置；载热体在气固换热装置中下落的过程中，与进入气固换热装置的高温烟气接触换热升温，同时吸附高温烟气中的细小飞灰和粘性物质，使高温烟气降温并脱除掉粘性物质后进入从所述气固换热装置与所述尾部烟道的连接口进入尾部烟道继续换热降温；
使升温后的载热体进入外置换热器与工质水进行换热，加热工质水后降温，然后利用提升装置提升降温后的载热体，使其返回到载热体料仓。
上述技术方案中，所述燃料为富含碱金属的高碱燃料，包括生物质、高碱煤的一种或多种，所述碱金属包括Na、Ca或K。
上述技术方案中，所述细渣粒径范围为100～150μm。
上述技术方案中，所述载热体在所述气固换热装置中与所述高温烟气换热，使得所述高温烟气温度降低500℃以上。
上述技术方案中，所述气固换热装置与所述尾部烟道的连接口设置有温度测量装置，测量所述气固换热装置出口的烟气温度并作为反馈信号调节提升装置提升热载体的流量。
本发明具有以下优点及有益效果：气固逆流换热装置的设置，使得高碱燃料燃烧产生的粘性物质被灰渣吸附，从而减少了尾部烟道的粘性积灰，增强了系统运行稳定性；而外置换热器的设置，使灰渣吸收携带的热量得到回收利用，保证了系统能源利用率。
附图说明
图1为本发明所涉及的一种循环流化床锅炉示意图。
图中：1―布风装置；2―炉膛；3―水冷壁；4―屏式过热器；5―高温过热器；6―旋风分离器；7―烟气管道；8―气固换热装置；9―上部料仓；10―给料装置；11―回料管；12―尾部烟道；13―低温过热器；14―空气预热器；15―提升装置；16―外置床换热器；17―回料阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
如图1所示，一种循环流化床锅炉，包括炉膛2、设置在炉膛2底部的布风装置1、设置在炉膛2前的给料装置10、连接在炉膛2上部出口的分离器6以及设置在分离器6之后的尾部烟道12。分离器优选旋风分离器。分离器6和尾部烟道12之间还设置有气固换热装置8，气固换热装置8上部设有载热体料仓9，载热体料仓9下方设置有若干个落料口。热载体为筛分的灰渣，粒径范围约为100～150μm。
气固换热装置8下方还连接有外置换热器16，外置换热器16与载热体料仓9之间设有提升装置15和回料管11连接。
气固换热装置8与分离器6之间设有烟气管道7连接，烟气管道7将分离器6烟气出口与气固换热装置8底部相连。
气固换热装置8上部与尾部烟道12连通，且尾部烟道从载热体料仓9下方连接。气固换热装置8与尾部烟道12的接口处设置有倾斜布置的挡板，用于阻挡和减少烟气从气固换热装置8进入尾部烟道12时携带的固体颗粒。
当燃烧高碱燃料时，为防止炉膛底部灰渣熔融结渣，炉膛底部布风装置1上方控制温度为750～850℃。为降低炉膛温度，炉膛2选用水冷壁3结构，优选膜式水冷壁结构。
为进一步降低炉膛出口温度，炉膛2上部设置屏式过热器4和/或高温过热器5。
尾部烟道12内设置有换热器，所述换热器包括低温过热器13、省煤器、空气预热器14中的一种或多种。
将燃料从给料装置10给入炉膛2，燃料在通过布风装置1通入的氧化剂作用下燃烧，产生携带着飞灰颗粒的高温烟气；氧化剂为空气或氧气。
使携带着飞灰颗粒的高温烟气进入分离器6进行气固分离，分离后的高温烟气进入到气固换热装置8，分离下来的飞灰颗粒通过分离器6下方的回料管返回到炉膛2继续参与燃烧，回料管上设置有回料阀17。优选的，回料阀17上布置有松动风管。
将炉膛2的灰渣筛分出符合要求的细渣(粒径范围约为100～150μm。)通过提升装置15给入载热体料仓9，作为载热体从载热体料仓9下方的落料口进入气固换热装置8。提升装置15选用斗提机或者仓储式喷砂泵。载热体在气固换热装置8中下落的过程中，与进入气固换热装置8的高温烟气接触换热升温，同时吸附高温烟气中的细小飞灰和粘性物质，使高温烟气降温并脱除掉粘性物质后进入从气固换热装置8与尾部烟道12的连接口进入尾部烟道12继续与尾部烟道12内的换热器如低温过热器13、省煤器或空气预热器14等换热降温。通常而言，高温烟气从气固换热装置8的底部进入气固换热装置8，与载热体进行逆流式气固换热。为防止高温烟气携带过多的载热体进入尾部烟道12，在气固换热装置8与尾部烟道12的连接口处设置有挡板等阻隔装置。
使升温后的载热体进入外置换热器16与工质水进行间壁式换热，加热工质水后降温，然后利用提升装置15提升降温后的载热体，使其返回到载热体料仓9。随着运行时间的增加，载热体出现损耗时，从提升装置15处补充符合要求的筛分细渣。工质水为锅炉给水。
燃料为富含碱金属的高碱燃料，包括生物质、高碱煤的一种或多种，所述碱金属包括Na(钠)、Ca(钙)或K(钾)等。
载热体在气固换热装置8中与高温烟气换热，使得高温烟气温度降低500℃以上。
作为一种改进的技术方案，气固换热装置8与尾部烟道12的连接口设置有温度测量装置，测量气固换热装置8出口的烟气温度并作为反馈信号调节提升装置15提升热载体的流量。
简言之，高碱燃料通过炉前给料装置10供入炉膛2，流化风通过布风装置1进入炉膛。生物质燃料在炉内燃烧放热，加热水冷壁3、屏式过热器4和/或高温过热器5等受热面。燃烧所产生的烟气通过旋风分离器6分离并经过烟气管道7从气固换热装置下部烟气入口进入气固换热装置8内。气固换热装置上部喷入载热体颗粒，其温度高于200℃，该颗粒与烟气换热并升温至300～400℃。随后载热体颗粒从床体下部颗粒出口进入外置换热器16，并与外置换热器16进行换热。烟气在床内与热载体颗粒换热后从气固换热装置8上部出气口进入尾部烟道12，并控制其烟温在500℃以下。烟气在尾部烟道12内与低温过热器13和空气预热器14等换热，具体实施中还可布置一级或以上的再热器。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种循环流化床锅炉，所述锅炉包括炉膛(2)、设置在炉膛(2)底部的布风装置(1)、设置在炉膛(2)前的给料装置(10)、连接在炉膛(2)上部出口的分离器(6)以及设置在分离器(6)之后的尾部烟道(12)，其特征在于：所述分离器(6)和所述尾部烟道(12)之间还设置有气固换热装置(8)，所述气固换热装置(8)上部设有载热体料仓(9)，所述载热体料仓(9)下方设置有落料口；所述气固换热装置(8)下方还连接有外置换热器(16)，所述外置换热器(16)与所述载热体料仓(9)之间设有提升装置(15)和回料管(11)连接于二者之间。
2.根据权利要求1所述的一种循环流化床锅炉，其特征在于：所述气固换热装置(8)与所述分离器(6)之间设有烟气管道(7)连接，所述烟气管道(7)将所述分离器(6)烟气出口与所述气固换热装置(8)底部相连。
3.根据权利要求1所述的一种循环流化床锅炉，其特征在于：所述气固换热装置(8)上部与所述尾部烟道(12)连通，且所述尾部烟道从所述载热体料仓(9)下方连接。
4.根据权利要求1所述的一种循环流化床锅炉，其特征在于：所述炉膛(2)选用水冷壁(3)结构。
5.根据权利要求1所述的一种循环流化床锅炉，其特征在于：所述炉膛(2)上部设置屏式过热器(4)和/或高温过热器(5)。
6.一种循环流化床锅炉的运行方法，其能够用于如权利要求1所述的一种循环流化床锅炉，其特征在于：所述方法包括
将燃料从给料装置(10)给入炉膛(2)，燃料在通过布风装置(1)通入的氧化剂作用下燃烧，产生携带着飞灰颗粒的高温烟气；
使携带着飞灰颗粒的高温烟气进入分离器(6)进行气固分离，分离后的高温烟气进入到气固换热装置(8)，分离下来的飞灰颗粒返回到炉膛(2)继续参与燃烧；
将炉膛(2)的灰渣筛分出符合要求的细渣给入载热体料仓(9)，作为载热体从载热体料仓(9)下方的落料口进入气固换热装置(8)；载热体在气固换热装置(8)中下落的过程中，与进入气固换热装置(8)的高温烟气接触换热升温，同时吸附高温烟气中的细小飞灰和粘性物质，使高温烟气降温并脱除掉粘性物质后进入从所述气固换热装置(8)与所述尾部烟道(12)的连接口进入尾部烟道继续换热降温；
使升温后的载热体进入外置换热器(16)与工质水进行换热，加热工质水后降温，然后利用提升装置(15)提升降温后的载热体，使其返回到载热体料仓(9)。
7.根据权利要求6所述的一种循环流化床锅炉的运行方法，其特征在于：所述燃料为富含碱金属的高碱燃料，包括生物质、高碱煤的一种或多种，所述碱金属包括Na、Ca或K。
8.根据权利要求6所述的一种循环流化床锅炉的运行方法，其特征在于：所述载热体在所述气固换热装置(8)中与所述高温烟气换热，使得所述高温烟气温度降低500℃以上。
9.根据权利要求6所述的一种循环流化床锅炉的运行方法，其特征在于：所述细渣粒径范围为100～150μm。
10.根据权利要求6所述的一种循环流化床锅炉的运行方法，其特征在于：所述气固换热装置(8)与所述尾部烟道(12)的连接口设置有温度测量装置，测量所述气固换热装置(8)出口的烟气温度并作为反馈信号调节提升装置(15)提升热载体的流量。
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