CN109681860B - 一种减少高碱金属煤燃烧结焦的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种减少高碱金属煤燃烧结焦的系统及方法，高温烟气循环管道的入口连接在炉膛出口烟道的高温过热器进口端，低温烟气循环管道的入口连接在炉膛出口烟道的低温过热器出口端，高温烟气循环管道和低温烟气循环管道的出口与热解床的入口相连；原煤仓的出口与给煤机的入口相连，给煤机的出口连接至磨煤机的一个入口，排粉风机的出口与该磨煤机的另一个入口相连；磨煤机的出口与热解床的另一个入口相连；热解床的出口与燃烧器的入口相连。本发明利用烟气循环使煤粉在热解床上热解，并在热解床上通过添加吸附剂的形式来固定活性碱金属，从而减少挥发性碱金属的含量，解决了锅炉受热面严重结焦而导致锅炉无法长期安全稳定运行的问题。
Description
技术领域
本发明属于动力发电锅炉技术领域，涉及一种减少高碱金属煤燃烧结焦的系统及方法。
背景技术
近年来我国新疆地区煤炭预测储量惊人，目前累计探明煤炭储量高达两千多亿吨，是我国目前最大的整装油田。开采成本低、煤反应性好、易燃尽等，是新疆煤的优点，但是由于成煤历史及当地特殊的自然地理环境，新疆地区所产煤(如新疆准东煤)也具有碱金属含量高的特征，在现役锅炉上燃用高碱金属煤极其容易结焦，从而导致锅炉无法长期安全稳定运行。
由于高碱金属煤中碱金属的挥发，容易在锅炉受热面冷凝形成一层附着物，主要以NaCl或Na2SO4等形式存在，该成分在高温环境下挥发后，容易凝结在对流受热面上形成烧结或粘结性积灰，该附着物对飞灰有吸附作用，会使受热面发生沾污，且沾污物难以使用吹灰器清除，而且碱金属含量过高会导致灰熔点降低更容易结焦，从而导致锅炉受热面传热能力下降，影响锅炉的传热效率和出力，结焦严重时甚至可能导致炉膛熄火、爆管、停炉等重大事故，导致锅炉无法长期安全稳定运行，从而高碱金属煤的燃烧利用受到了极大地限制。
目前，针对高碱金属煤的特性，国内外已经开展了多方面的研究，减少高碱金属煤燃烧结焦的方法主要包括调控锅炉合理的运行工况、受热面涂层处理、合理配煤、使用添加剂、燃料预处理、煤气化等方面，减少高碱金属煤燃烧结焦的研究对于高碱金属煤的大量利用具有重要的现实意义和经济价值。
发明内容
本发明的目的：提供了一种减少高碱金属煤燃烧结焦的系统及方法，该系统及方法通过烟气循环使煤粉热解、添加吸附剂来固定活性碱金属，从而减少挥发性碱金属的含量，解决了锅炉受热面严重结焦而导致锅炉无法长期安全稳定运行的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种减少高碱金属煤燃烧结焦的系统，由燃煤给粉系统和烟气循环系统组成，其特点是：燃煤给粉系统包括：原煤仓、给煤机、磨煤机和排粉风机；烟气循环系统包括：炉膛、高温过热器、低温过热器、高温烟气循环管道、低温烟气循环管道、高温烟气循环管道调节阀门、低温烟气循环管道调节阀门、热解床、热解床吸附区和燃烧器；所述高温烟气循环管道和所述低温烟气循环管道的入口连接在炉膛出口烟道，高温烟气循环管道和低温烟气循环管道的出口与热解床的入口相连；原煤仓的出口与给煤机的入口相连，给煤机的出口连接至磨煤机的一个入口，排粉风机的出口与该磨煤机的另一个入口相连；所述磨煤机的出口与热解床的另一个入口相连；所述热解床的出口与燃烧器的入口相连；
所述高温烟气循环管道的入口连接在炉膛出口烟道的高温过热器进口端，所述低温烟气循环管道的入口连接在炉膛出口烟道的低温过热器出口端；高温烟气循环管道和低温烟气循环管道上分别安装有高温烟气循环管道调节阀门和低温烟气循环管道调节阀门来调节循环烟气的流量；
所述热解床吸附区位于热解床内部；热解床吸附区的长度b与热解床的长度a之间的比值为：b/a＝0.7～0.8。
一种减少高碱金属煤燃烧结焦的方法，具体步骤是：首先原煤仓中的原煤通过给煤机输送到磨煤机中，磨制成煤颗粒，借助来自排粉风机的空气输送到热解床中，然后与经过高温烟气循环管道和低温烟气循环管道送入到热解床中的循环烟气充分混合，进行热解，其中高温烟气循环管道和低温烟气循环管道的循环烟气分别从炉膛出口烟道的高温过热器进口端和低温过热器出口端抽离，热解床中的热解床吸附区采用添加吸附剂的方式除去热解气中的碱金属，同时高温烟气所携带的飞灰可以将碱金属转化为不易结焦的碱金属盐，然后经过热解床的热解产物通过燃烧器被送入到炉膛中继续燃烧。
与传统的煤粉炉燃烧相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种减少高碱金属煤燃烧结焦的系统及方法。由于利用来自炉膛出口烟道的循环烟气使煤发生热解，煤中的碱金属如钠转化为活性钠，热解气中的活性钠主要是NaCl,可以使用活性矾土进行物理吸附，吸附过程为物理吸附简单且高效，几乎可以吸附全部的NaCl，而且吸附剂可以循环利用，大大降低了工艺和材料成本，煤热解过程利用的是循环烟气的热量也可以降低一部分能耗。
由于循环烟气分别从炉膛出口烟道的高温过热器进口端和低温过热器出口端经过高温烟气循环管道和低温烟气循环管道送至热解床，高温过热器进口端的烟气温度为900～950℃左右，低温过热器出口端的烟气温度为600～650℃左右，通过调节阀门合理分配高温循环烟气和低温循环烟气的流量，来保证进入热解床的循环烟气的温度在600～800℃范围内，可以适应不同高碱金属煤种的最佳热解温度的要求。
由于循环烟气中携带飞灰，飞灰可以有效提供硅铝酸盐，能在高温燃烧时固定烟气中的气态活性碱金属，活性碱金属转变成熔点高、不易挥发的硅铝酸碱金属盐，既可以有效减少燃烧过程中挥发性碱金属的含量，达到减少锅炉受热面结焦的目的，还能够减少热解床吸附区吸附剂的使用量，可以促进焦炭的燃烧和燃尽，并且减轻锅炉受热面和烟道的磨损。
由于煤粉先经过热解床发生热解再通过燃烧器送至炉膛内继续燃烧，煤炭燃烧过程被分解为热解和燃烧两部分，煤首先热解生成热解气和半焦，然后在炉膛中同时发生热解气燃烧和半焦燃烧，利用煤热解产生的还原性气体对半焦燃烧产生的NOx进行还原，热解气燃烧产生的NOx也可以被半焦还原，极大地降低了NOx的排放。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，图1为本发明的结构示意图。
其中，1为原煤仓；2为给煤机；3为磨煤机；4为排粉风机；5为热解床；6为热解床吸附区；7为燃烧器；8为炉膛；9为高温烟气循环管道；10为低温烟气循环管道；11为高温烟气循环管道调节阀门；12为低温烟气循环管道调节阀门；13为高温过热器；14为低温过热器。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，本发明的减少高碱金属煤燃烧结焦的系统，由燃煤给粉系统和烟气循环系统组成。
燃煤给粉系统包括：原煤仓1、给煤机2、磨煤机3和排粉风机4；
烟气循环系统包括：炉膛8、高温过热器13、低温过热器14、高温烟气循环管道9、低温烟气循环管道10、高温烟气循环管道调节阀门11、低温烟气循环管道调节阀门12、热解床5、热解床吸附区6和燃烧器7；
上述部件的连接关系如下：
原煤仓1的出口与给煤机2的入口相连，给煤机2的出口连接至磨煤机3的一个入口，排粉风机4的出口与该磨煤机3的另一个入口相连；
高温烟气循环管道9的入口与炉膛8出口烟道的高温过热器13进口端相连，低温烟气循环管道10的入口与炉膛8出口烟道的低温过热器14出口端相连，高温烟气循环管道9和低温烟气循环管道10的出口与热解床5的入口相连，高温烟气循环管道调节阀门11和低温烟气循环管道调节阀门12分别安装在高温烟气循环管道9和低温烟气循环管道10上，磨煤机3的出口与该热解床5的另一个入口相连，热解床吸附区6位于该热解床5的内部，该热解床5的出口与燃烧器7的入口相连，该燃烧器7的出口在炉膛8内。
本发明的吸附剂优选活性矾土。
本发明的工作原理：
一是，将循环烟气的温度控制在600～800℃，利用循环烟气使煤发生热解。当热解温度在700℃左右时，有机钠最容易挥发，这时钠的挥发效率最大，可以将有机钠尽可能地转化为活性气化钠；当热解温度低于1100℃时，只要有足够的氯和硫存在，热解气中的钠则主要以NaCl和少量Na2SO4的形式存在，并且热解温度在800～1000℃时，NaCl的释放与温度没有明显的关系，提高热解温度对钠挥发的影响很小。所以从效率和经济性角度考虑，控制循环烟气的温度在600～800℃使煤发生热解，并利用吸附剂吸附热解释放的活性碱金属，可以最大程度减少烟气中的活性碱金属的含量，有效降低碱金属在锅炉及对流受热面上的粘结和沉积，从而有效减少高碱金属煤燃烧结焦。
二是，分别从炉膛出口烟道的高温过热器进口端和低温过热器出口端抽离循环烟气送至热解床，高温过热器进口端的烟气温度为900～950℃左右，低温过热器出口端的烟气温度为600～650℃左右，灵活调节高温循环烟气和低温循环烟气的流量，来保证进入热解床的循环烟气的温度在600～800℃范围内，可以适应不同高碱金属煤种对最佳热解温度的要求，达到更好地脱除煤中碱金属的目的。
二是，循环烟气中携带有煤灰，煤灰中的主要成分是硅铝酸盐，在高温下可以与煤热解产生的热解气中的活性钠反应生成硅铝酸钠盐，可以固定热解气中的活性钠，并且由于烟气飞灰的循环，可以减少热解床吸附区使用的添加剂的用量，从而减轻锅炉受热面和烟道的磨损。
三是，煤炭燃烧过程被分解为热解和燃烧两部分。煤粉先经过热解床发生热解再通过燃烧器送至炉膛内继续燃烧，煤首先热解生成热解气和半焦，然后在炉膛中同时发生热解气燃烧和半焦燃烧，利用煤热解产生的还原性气体对半焦燃烧产生的NOx进行还原，热解气燃烧产生的NOx也可以被半焦还原，从而极大地降低了NOx的排放。
本发明的工作过程：
高温烟气循环管道9的入口连接至炉膛8出口烟道的高温过热器13进口端，低温烟气循环管道10的入口连接至炉膛8出口烟道的低温过热器14出口端，高温烟气循环管道9和低温烟气循环管道10的出口与热解床5的入口相连，通过高温烟气循环管道9和低温烟气循环管道10上的高温烟气循环管道调节阀门11和低温烟气循环管道调节阀门12合理调节循环烟气流量，控制送入至热解床5中的循环烟气温度在600～800℃内并达到高碱金属煤的最佳热解温度。原煤仓1中的原煤通过给煤机2输送到磨煤机3中，磨制成煤颗粒，借助来自排粉风机4的空气输送到热解床5中，然后与送入到热解床5中的600～800℃循环烟气充分混合，进行热解，热解床5中的热解床吸附区6采用添加吸附剂的方式除去热解气中的碱金属(如钠主要是NaCl)，同时高温循环烟气所携带的煤灰中的主要成分硅铝酸盐可以将活性碱金属转化为不易结焦的碱金属盐，经过热解床5的热解产物通过燃烧器7被送入到炉膛8中继续燃烧。
本发明可以有效降低燃烧过程中挥发性碱金属的含量，在减少锅炉受热面结焦方面效果明显。对于大范围合理利用高碱金属煤具有广阔的应用前景。
Claims (2)
1.一种减少高碱金属煤燃烧结焦的系统，由燃煤给粉系统和烟气循环系统组成，其特征在于：所述燃煤给粉系统包括：原煤仓（1）、给煤机（2）、磨煤机（3）和排粉风机（4）；所述烟气循环系统包括：炉膛（8）、高温过热器（13）、低温过热器（14）、高温烟气循环管道（9）、低温烟气循环管道（10）、高温烟气循环管道调节阀门（11）、低温烟气循环管道调节阀门（12）、热解床（5）、热解床吸附区（6）和燃烧器（7）；所述高温烟气循环管道（9）和所述低温烟气循环管道（10）的入口连接在炉膛（8）出口烟道，高温烟气循环管道（9）和低温烟气循环管道（10）的出口与热解床（5）的入口相连；所述原煤仓（1）的出口与给煤机（2）的入口相连，所述给煤机（2）的出口连接至磨煤机（3）的一个入口，所述排粉风机（4）的出口与该磨煤机（3）的另一个入口相连；所述磨煤机（3）的出口与热解床（5）的另一个入口相连；所述热解床（5）的出口与燃烧器（7）的入口相连，
所述高温烟气循环管道（9）的入口连接在炉膛（8）出口烟道的高温过热器（13）进口端，所述低温烟气循环管道（10）的入口连接在炉膛（8）出口烟道的低温过热器（14）出口端，高温烟气循环管道（9）和低温烟气循环管道（10）上分别安装有高温烟气循环管道调节阀门（11）和低温烟气循环管道调节阀门（12）来调节循环烟气的流量，
所述热解床吸附区（6）位于热解床（5）内部；热解床吸附区（6）的长度b与热解床（5）的长度a之间的比值为：b/a=0.7~0.8。
2.一种采用如权利要求1所述的减少高碱金属煤燃烧结焦的系统减少高碱金属煤燃烧结焦的方法，其特征在于，具体步骤是：
首先原煤仓（1）中的原煤通过给煤机（2）输送到磨煤机（3）中，磨制成煤颗粒，借助来自排粉风机（4）的空气输送到热解床（5）中，然后与经过高温烟气循环管道（9）和低温烟气循环管道（10）送入到热解床（5）中的循环烟气充分混合，进行热解，其中高温烟气循环管道（9）和和低温烟气循环管道（10）的循环烟气分别从炉膛（8）出口烟道的高温过热器（13）进口端和低温过热器（14）出口端抽离，热解床（5）中的热解床吸附区（6）采用添加吸附剂的方式除去热解气中的碱金属，同时循环烟气所携带的飞灰可以将碱金属转化为不易结焦的碱金属盐，然后经过热解床（5）的热解产物通过燃烧器（7）被送入到炉膛（8）中继续燃烧。
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2019
- 2019-02-18 CN CN201910120300.6A patent/CN109681860B/zh active Active
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