CN110624392A - 一种锅炉结构及锅炉炉内脱硫方法 - Google Patents

一种锅炉结构及锅炉炉内脱硫方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锅炉设备技术领域，公开了一种锅炉结构及锅炉炉内脱硫方法，包括竖直安装的主炉膛，主炉膛的后部依次并排设有副炉膛和对流通道，主炉膛的顶端与副炉膛的顶端相连通，副炉膛的底端与对流通道的底端相连通，对流通道的顶端与尾部烟道相连通。本发明提供的一种锅炉结构及锅炉炉内脱硫方法，在主炉膛的后方依次并排设置副炉膛和对流通道，并使主炉膛顶部与副炉膛连通，副炉膛底部与对流通道连通，从而主炉膛、副炉膛和对流通道形成S型三回程烟气通道，能够有效的提高烟气的流动距离，增加燃料即煤粉在炉内的燃烧时间，提高燃烧效率；减少烟气中未充分燃烧的产物，有利于减少硫氧化物的排放，减少环保投入，提高经济性。

Description

一种锅炉结构及锅炉炉内脱硫方法
技术领域
本发明涉及锅炉设备技术领域，特别是涉及一种锅炉结构及锅炉炉内脱硫方法。
背景技术
目前，国内外已研制出多种技术和装置应用于锅炉的脱硫、脱硝。其中，脱硝技术包括低氮燃烧技术，烟气脱硝( SNCR )技术等。脱硫技术包括湿法脱硫、半干法脱硫、干法脱硫等，湿法脱硫技术是采用石灰浆液及氢氧化钠溶液的双减法(钙法)或氧化镁(镁法)，经吸收、氧化和除雾等处理来达到脱硫效果，缺点是具有运行成本高、设备腐蚀严重、废水处理以及二次污染等问题；干法脱硫技术是在炉膛内进行，该方法虽然相对简单、无腐蚀和无废水处理。但是，在流化床锅炉上使用，其脱硫效率低、反应速度慢。
对于锅炉脱硫的各种方法均存在不足之处。目前所用燃煤工业锅炉，大多采用炉外脱硫形式，其环保投入较大，经济性差。
发明内容
（一）要解决的技术问题
本发明的目的是提供一种锅炉结构及锅炉炉内脱硫方法，用于解决或部分解决目前所用燃煤工业锅炉环保投入较大，经济性较差的问题。
（二）技术方案
为了解决上述技术问题，本发明第一方面，提供一种锅炉结构，包括竖直安装的主炉膛，所述主炉膛的后部依次并排设有副炉膛和对流通道，所述主炉膛的顶端与所述副炉膛的顶端相连通，所述副炉膛的底端与所述对流通道的底端相连通，所述对流通道的顶端与尾部烟道相连通。
在上述方案的基础上，所述主炉膛的顶部内侧设有喷嘴，所述喷嘴朝向所述副炉膛的顶部入口设置，所述喷嘴用于向所述主炉膛内部喷入钙粉；其中，所述钙粉包括碳酸钙粉末或氧化钙粉末。
在上述方案的基础上，所述喷嘴还与外部的烟气管道的一端相连，所述烟气管道的另一端与所述尾部烟道相连，所述烟气管道上串联设有气力输送装置。
在上述方案的基础上，所述烟气管道上串联设有除水装置。
在上述方案的基础上，所述主炉膛的底部设有炉排，所述主炉膛的底部覆盖所述炉排，所述主炉膛中部和顶部的截面面积小于底部的截面面积，所述副炉膛呈弯折状，且所述副炉膛的底端与所述对流通道的底端之间设有转接部。
在上述方案的基础上，所述对流通道的内部设有对流受热面，所述尾部烟道上沿烟气流动方向依次设有省煤器和空气预热器。
本发明第二方面，提供一种基于上述任一方案所述锅炉结构的锅炉炉内脱硫方法，包括：向主炉膛的内部顶端喷入钙粉；钙粉末采用锅炉的尾部烟气喷射进入主炉膛。
在上述方案的基础上，向主炉膛的内部顶端喷入钙粉具体为：向主炉膛的顶部出口、副炉膛的顶部入口且烟温为850-950℃的区域喷入钙粉。
在上述方案的基础上，钙粉采用锅炉的尾部烟气喷射进入主炉膛具体为：从尾部烟道处、省煤器的前侧或后侧抽取喷射烟气，喷射烟气与钙粉混合后一同喷入主炉膛；对所述喷射烟气在与钙粉混合之前进行除水处理。
在上述方案的基础上，所述喷射烟气取自尾部烟道中温度在200-300℃之间的烟气；所述喷射烟气的流量根据钙粉的重量以及用于喷射烟气的气力输送装置的型式确定；所述钙粉的重量根据锅炉脱硫需要确定。
（三）有益效果
本发明提供的一种锅炉结构及锅炉炉内脱硫方法，在主炉膛的后方依次并排设置副炉膛和对流通道，并使主炉膛顶部与副炉膛连通，副炉膛底部与对流通道连通，从而主炉膛、副炉膛和对流通道形成S型三回程烟气通道，能够有效的提高烟气的流动距离，增加燃料即煤粉在炉内的燃烧时间，提高燃烧效率；减少烟气中未充分燃烧的产物，有利于减少硫氧化物的排放，减少环保投入，提高经济性。
附图说明
图1为本发明实施例的一种锅炉结构的第一示意图；
图2为本发明实施例的一种锅炉结构的第二示意图。
附图标记说明：
1—锅筒； 2—主炉膛； 3—炉排；
4—副炉膛； 5—对流受热面； 6—尾部烟道；
7—省煤器； 8—空气预热器； 9—喷嘴；
10—对流通道； 11—转接部。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供一种锅炉结构，参考图1，包括竖直安装的主炉膛2，主炉膛2的后部依次并排设有副炉膛4和对流通道10，主炉膛2的顶端与副炉膛4的顶端相连通，副炉膛4的底端与对流通道10的底端相连通，对流通道10的顶端与尾部烟道6相连通。
主炉膛2的后部即沿烟气流动方向的后侧，即烟气后流到的部位。副炉膛4和对流通道10同样竖直布置，与主炉膛2依次并排相接。该层燃锅炉在主炉膛2的后侧增设副炉膛4和对流通道10。主炉膛2内部燃料燃烧产生的烟气通过顶部出口流入副炉膛4，然后从副炉膛4顶部流至底部进入对流通道10中，然后流入尾部烟道6中。
该锅炉结构在主炉膛2的后方依次并排设置副炉膛4和对流通道10，并使主炉膛2顶部与副炉膛4连通，副炉膛4底部与对流通道10连通，从而主炉膛2、副炉膛4和对流通道10形成S型三回程烟气通道，能够有效的提高烟气的流动距离，增加燃料即煤粉在炉内的燃烧时间，提高燃烧效率；减少烟气中未充分燃烧的产物，有利于减少硫氧化物的排放，减少环保投入，提高经济性。
进一步地，主炉膛2和副炉膛4的四周侧壁上附着有膜式水冷壁；对流通道10的侧壁上同样设有膜式水冷壁，对流通道10内设有对流受热面5，以提高热量的使用效率。膜式水冷壁与下降管相连通，下降管与锅筒1相连。
在上述实施例的基础上，进一步地，主炉膛2的顶部内侧设有喷嘴9，喷嘴9朝向副炉膛4的顶部入口设置，喷嘴9用于向主炉膛2内部喷入钙粉；其中，所述钙粉包括碳酸钙粉末或氧化钙粉末。通过向炉膛适当区域喷入碳酸钙粉末或氧化钙粉末，氧化钙粉末可与烟气中的酸性物质发生反应，通过酸碱中和与氧化还原，可实现炉内脱硫。
本实施例提出可在主炉膛2出口处、副炉膛4入口处喷射氧化钙粉末。对于层燃锅炉，在主炉膛2出口处、副炉膛4入口处的烟温一般为850-950℃，较适宜进行酸碱中和与氧化还原反应，具体反应式为：
CaO+SO2+1/2O2→CaSO4；
CaO＋SO3→CaSO4；
进一步地，氧化钙粉末可研磨至200目喷入炉膛内，有利于提高反应效率。氧化钙粉末可放置在存储箱内部，存储箱与喷嘴9相连，每次将一定量的氧化钙粉末输送至喷嘴9处，经气流喷射进入炉膛。
在上述实施例的基础上，进一步地，喷嘴9还与外部的烟气管道的一端相连，烟气管道的另一端与尾部烟道6相连，烟气管道上串联设有气力输送装置。即氧化钙粉末采用尾部烟气喷射进入炉膛，尾部烟气具有一定温度，既可避免因温度过低而对炉膛内部的燃烧产生影响，又可适当的降低炉膛温度，可减少氮氧化物的生成；同时将尾部烟气引入炉膛中可对其进行再次燃烧，以提高燃烧效率，使得燃料充分完全燃烧。
进一步地，气力输送装置可为气泵，用于提供烟气的输送动力。
在上述实施例的基础上，进一步地，烟气管道上串联设有除水装置。因为氧化钙粉末具有吸湿性，与水反应生成碱，有腐蚀性并伴有大量热生成，具体反应式为：CaO＋H2O→Ca(OH)2。因此，设置除水装置，将引入的尾部烟气在与氧化钙粉末混合之前经过除水装置，以避免尾部烟气携带有水而影响氧化钙粉末的酸碱中和与氧化还原反应。
在上述实施例的基础上，进一步地，主炉膛2的底部设有炉排3，主炉膛2的底部覆盖炉排3，主炉膛2中部和顶部的截面面积小于底部的截面面积，副炉膛4呈弯折状，且副炉膛4的底端与对流通道10的底端之间设有转接部11。即炉排3全部位于主炉膛2内，炉排3相比原有单炉膛的设置结构不变，将主炉膛2中部和顶部截面变小以便于减小主炉膛2占用宽度，便于并排设置副炉膛4和对流通道10。
副炉膛4和对流通道10与主炉膛2的顶部和中部并排设置，副炉膛4的底部可弯折使出口朝向炉排3的上方一侧；对流通道10同样可在顶部和中部与副炉膛4并排，底部可弯折使出口朝向一侧；对流通道10底部的出口可位于副炉膛4底部出口的上方。为便于副炉膛4的底部和对流通道10的底部连通，可设置转接部11分别与二者连通，烟气在转接部11处进行转向，流入对流通道10中。
该种设置结构可减少对现有锅炉炉排3的结构变化，可在现有炉排3设置的基础上，增设副炉膛4和对流通道10，可在原有燃料燃烧量的基础上，提高燃烧效率，减少污染物排放。
进一步地，主炉膛2的底部和中部可呈弯折状。
进一步地，参考图1，该锅炉结构适用于层燃锅炉。参考图2，该锅炉结构同样适用于链条锅炉。
在上述实施例的基础上，进一步地，对流通道10的内部设有对流受热面5，尾部烟道6上沿烟气流动方向依次设有省煤器7和空气预热器8。提高热量使用效率。
在上述实施例的基础上，进一步地，本实施例提供一种基于上述任一实施例所述层燃锅炉结构的锅炉脱硫方法，包括：向主炉膛2的内部顶端喷入氧化钙粉末；氧化钙粉末采用锅炉的尾部烟气喷射进入主炉膛2。通过向炉膛内喷入氧化钙粉末，可通过酸碱中和与氧化还原反应，实现炉内脱硫，操作简便且环保投入较小，具有较优的经济性。氧化钙粉末采用尾部烟气喷射进入炉膛，既便于氧化钙粉末在炉内充分混合反应，还可降低炉膛温度，减少氮氧化物的生成。
在上述实施例的基础上，进一步地，向主炉膛2的内部顶端喷入氧化钙粉末具体为：向主炉膛2的顶部出口、副炉膛4的顶部入口且烟温为850-950℃的区域喷入氧化钙粉末。该区域温度合适，较有利于氧化钙粉末的混合反应，且该温度处烟气中硫氧化物较多，有利于提高脱硫效果。进一步地，氧化钙粉末可研磨至200目喷射进入炉膛，可提高混合反应效率。
在上述实施例的基础上，进一步地，氧化钙粉末采用锅炉的尾部烟气喷射进入主炉膛2具体为：从尾部烟道6处、省煤器7的前侧或后侧抽取喷射烟气，喷射烟气与氧化钙粉末混合后一同喷入主炉膛2；对喷射烟气在与氧化钙粉末混合之前进行除水处理。
在上述实施例的基础上，进一步地，喷射烟气取自尾部烟道6中温度在200-300℃之间的烟气；喷射烟气的流量根据氧化钙粉末的重量以及用于喷射烟气的气力输送装置的型式确定；氧化钙粉末的重量根据锅炉脱硫需要确定。
CaO粉末采用尾部烟气喷射入主炉膛2出口，便于在炉膛内充分混合反应。烟气取于尾部烟道6处，可位于省煤器7前或后，根据热力计算的温度选取，温度在200-300℃之间。烟气量根据脱硫所需的CaO粉末重量和所选用的气力输送装置的型式选取。
烟气喷射入主炉膛2出口后，可降低炉膛温度，减少氮氧化物生成。需注意CaO粉末具有吸湿性，与水反应生成碱，有腐蚀性，并伴有大量热生成。所以需在尾部烟气与CaO粉末混合前设有除水装置。
上述各实施例提供的一种层燃工业锅炉结构及锅炉脱硫方法，解决了燃煤工业锅炉在燃烧过程中控制SO2生成的问题，减小锅炉尾部污染物处理强度。该锅炉结构设置副炉膛4和对流通道10形成三回程烟气流程且简化了锅炉系统的结构；满足环保排放要求的同时，降低了脱硫设备投入及脱硫设备运行费用；有较好的经济效益与社会效益。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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)

1.一种锅炉结构，包括竖直安装的主炉膛，其特征在于，所述主炉膛的后部依次并排设有副炉膛和对流通道，所述主炉膛的顶端与所述副炉膛的顶端相连通，所述副炉膛的底端与所述对流通道的底端相连通，所述对流通道的顶端与尾部烟道相连通。
2.根据权利要求1所述的锅炉结构，其特征在于，所述主炉膛的顶部内侧设有喷嘴，所述喷嘴朝向所述副炉膛的顶部入口设置，所述喷嘴用于向所述主炉膛内部喷入钙粉；其中所述钙粉包括碳酸钙粉末或氧化钙粉末。
3.根据权利要求2所述的锅炉结构，其特征在于，所述喷嘴还与外部的烟气管道的一端相连，所述烟气管道的另一端与所述尾部烟道相连，所述烟气管道上串联设有气力输送装置。
4.根据权利要求3所述的锅炉结构，其特征在于，所述烟气管道上串联设有除水装置。
5.根据权利要求1所述的锅炉结构，其特征在于，所述主炉膛的底部设有炉排，所述主炉膛的底部覆盖所述炉排，所述主炉膛中部和顶部的截面面积小于底部的截面面积，所述副炉膛呈弯折状，且所述副炉膛的底端与所述对流通道的底端之间设有转接部。
6.根据权利要求1所述的锅炉结构，其特征在于，所述对流通道的内部设有对流受热面，所述尾部烟道上沿烟气流动方向依次设有省煤器和空气预热器。
7.一种基于上述权利要求1-6任一所述锅炉结构的锅炉炉内脱硫方法，其特征在于，包括：
向主炉膛的内部顶端喷入钙粉；
钙粉采用锅炉的尾部烟气喷射进入主炉膛。
8.根据权利要求7所述的锅炉炉内脱硫方法，其特征在于，向主炉膛的内部顶端喷入钙粉具体为：向主炉膛的顶部出口、副炉膛的顶部入口且烟温为850-950℃的区域喷入钙粉。
9.根据权利要求7所述的锅炉炉内脱硫方法，其特征在于，钙粉采用锅炉的尾部烟气喷射进入主炉膛具体为：从尾部烟道处、省煤器的前侧或后侧抽取喷射烟气，喷射烟气与钙粉混合后一同喷入主炉膛；对所述喷射烟气在与钙粉混合之前进行除水处理。
10.根据权利要求9所述的锅炉炉内脱硫方法，其特征在于，所述喷射烟气取自尾部烟道中温度在200-300℃之间的烟气；所述喷射烟气的流量根据钙粉的重量以及用于喷射烟气的气力输送装置的型式确定；所述钙粉的重量根据锅炉脱硫需要确定。
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