CN111322609A - 纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉及运行方法 - Google Patents

纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉及运行方法 Download PDF

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Abstract

纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉及运行方法，锅炉包括由炉膛密相区和炉膛稀相组成的炉膛，炉膛分为炉膛第一流程、炉膛第二流程和炉膛第三流程，炉膛第一流程内设有第一水冷U形分离器，炉膛第一流程和炉膛第二流程的连接过渡处设有第二水冷U形分离器，炉膛第三流程内设有第三水冷U形分离器。炉膛密相区布设有厚壁光管埋管。炉膛第三流程出口设有槽形分离器和旋风分离器。本发明通过炉膛内的多级水冷U形分离器高效率地分离烟气中的颗粒物并且冷凝析出烟气的钠盐化合物蒸汽，炉膛运行温度控制在750℃‑820℃之间，能有效解决锅炉纯烧高碱高氯煤受热面沾污、结渣导致锅炉被迫停炉的问题，实现锅炉纯烧高碱高氯煤长期、安全、稳定运行。

Description

纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉及运行方法
技术领域
本发明涉及一种锅炉，特别是涉及一种纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉及运行方法。
背景技术
新疆的煤炭资源占中国煤炭总储量的2/5，高达2.19万亿吨，居全国之首。而全区资源总量的95%集中于准东、吐哈等地。仅准东煤田已探明煤炭资源储量为2136亿吨,沙尔湖煤田已探明煤炭资源储量为900亿吨。准东和沙尔湖煤具有挥发分高（30%以上）、热值中等（14MJ/kg～19.5MJ/kg）、灰分少（10%以下）、含硫量低（0.2%～0.3%）等优点，但原煤呈块状，极易粉碎和风化，极易着火自燃，高水分（20%以上），灰熔点低(软化温度1180℃)，煤中钠含量高（4%～12%），煤中的氯含量超过0.3%，最高达1%以上,其他碱金属如Ca、K也比常规的煤要高很多，高碱高氯煤具有严重的结渣和沾污特性，沙尔湖煤属于典型的高碱高氯煤。
常规循环流化床锅炉运行温度一般在850℃-950℃区间，煤颗粒在炉膛密相区悬浮燃烧，煤颗粒在燃烧过程中,煤灰中钠盐会全部释放并以气相存在于烟气中。烟气向上流到炉膛出口，经气固分离器流入尾部烟道。常规气固分离器主要有旋风分离器和惯性分离器两大类型，旋风分离器因为效率高而得到了广泛的应用，惯性分离器一般采用U形梁布设于炉膛出口或者尾部竖直烟井里。
尾部烟道一般依次布置高温过热器或高温再热器、低温过热器或低温再热器、省煤器、空气预热器，炉膛出口一般温度在800～900℃，烟气流经上述受热面放热，温度从800～900℃逐渐降低至150℃左右。气相钠盐接触到温度较低的受热面时发生冷凝聚集在管子表面,并吸附烟气中的超细灰形成了沾污内层,在燃烧高碱高氯煤的锅炉上随着气相钠盐的不断冷凝与捕获烟气中的飞灰颗粒,使得沾污层不断的生长,导致管壁沾污层变厚,最终覆盖整个管壁,甚至整个受热面会出现“搭桥”现象。该沾污层非常坚硬,常规的蒸汽吹灰已不能清除,这样对流受热面传热效果就会大幅度下降,直接影响到锅炉的安全、稳定、经济运行。
由于早期国内对燃烧高碱高氯煤的认识不够，又缺乏工程运行经验，在锅炉设计和运行上按普通煤质对待，以至于现役投运的锅炉燃用高碱高氯煤后均出现过尾部对流受热面粘结性积灰严重堵塞而被迫停机的情况。通过检索相关文献和实际调研发现：锅炉主要发生粘结性积灰主要集中于高、低温过热器、再热器段，尾部省煤器、空预器等对流受热面。
目前，解决上述问题主要有掺烧、烟气再循环及喷淋、采用蒸发屏将尾部烟道降温至600℃以下等方法。掺烧主要通过添加沾污性弱的煤种或使用添加剂，以降低原煤中钠的相对含量，这种控制方法只能延缓沾污,煤中的钠盐化合物蒸汽终究会凝结在受热面管束上，无法从根本上解决问题。外煤掺烧比例过大时,外煤的需求量较大,由于受到运输条件的限制,极大增加了运行成本，添加剂亦存在同样的问题，难以大规模应用。烟气再循环或喷淋主要是通过冷烟气的掺混或喷淋水喷淋，降低高温受热面(高过、高再/低再)区域的烟气温度；
CN105805736B公开了一种循环流化床锅炉和防止其受热面碱金属化合物沾污的方法，尾部烟道高温区不布置过热器和再热器，而采用在尾部烟道设置蒸发屏将烟气降温至600℃以下；CN207334719U公开了一种循环流化床锅炉，采用埋管加膜式壁组合式传热结构，合理布置受热面，保证尾部竖井对流受热面进口烟温控制在530℃以下。上述专利文献公开的锅炉均是通过降温的方法，使得尾部对流受热面避开钠蒸汽冷凝温度区间。但通过实际运行发现，尾部烟气温度降低至530℃以下区域时，对流受热面沾污积灰也非常严重（管式束之间形成厚厚的灰墙），对流受热面迎风面和背风面积灰为疏松多孔结构，积灰粒径范围在5μm至10μm，呈椭球状或不规则球状，主要成分NaCl、MgO、CaSO4、CaCO3 和SiO2，积灰带粘性，管子底层黏附难以清理。这些技术手段只能减缓对流受热面粘结性积灰，并没有针对高碱高氯煤所有特性进行系统性的解决。这些不利因素限制了准东煤和沙尔湖煤的大规模的高效利用,致使大量开采成本低、燃烧活性好、低污染、低排放的高碱高氯煤得不到充分利用。
经研究发现，目前的高碱高氯煤纯烧还存在以下几个关键问题需要解决：
1、尾部对流受热面沾污、结渣的问题；
2、灰熔点低（ST温度不高于1180℃），炉膛燃烧区域沾污结焦，床料粘连团聚的问题；
3、高碱高氯煤灰分少（10%以下），且极易破碎（颗粒度少于1mm的细粉占40%），因此，床料会不断减少，一段时间后，如不及时添加床料，灰平衡将被破坏，锅炉将难以继续正常运行。
另外，由于飞灰浓度高且飞灰粒径极细（少于150um占比60%），导致旋风分离器效率降低，大量飞灰带入到尾部受热面，从而加剧尾部受热面的结渣、积灰、磨损。
因此，需要从锅炉结构设计上有针对性的系统解决这些关键性的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种能长期稳定、安全、可靠经济运行的纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉。
本发明进一步所要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种能及时带走炉膛密相区热量，防止床料出现粘连团聚结渣的纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉的运行方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉，包括由炉膛密相区和炉膛稀相区组成的炉膛，所述炉膛包括炉膛第一流程、炉膛第二流程和炉膛第三流程，所述炉膛第一流程内设有第一水冷U形分离器，所述炉膛第一流程和炉膛第二流程的连接过渡处设有第二水冷U形分离器，所述炉膛第三流程内设有第三水冷U形分离器。
进一步，所述水冷U形分离器由多组呈U形的水冷壁管和扁钢构成。
进一步，水冷U形分离器中相邻的水冷壁管之间的距离a≥400mm；每组水冷壁管的宽度b≥300mm。这种结构，能防止沾污结渣堵塞通道。
进一步，所述炉膛第三流程的出口处设有旋风分离器和与旋风分离器相连接的尾部烟道。
进一步，所述炉膛密相区设有大节距（≥200mm）厚壁光管埋管，炉膛采用三流程膜式水冷壁结构和在炉膛密相区设置大节距（≥200mm）光管厚壁埋管。将大量受热面布置在炉膛，主要是为了将炉膛出口温度控制在550℃以下，将烟气中的钠盐化合物蒸汽在炉膛受热面（埋管和膜式水冷壁）上冷凝析出，利用炉膛内高浓度的气固两相流强力冲刷，实现受热面沾污结渣动态平衡；同时，也从源头上控制污染物，使得尾部污染物浓度大为减少，从而为尾部受热面的防治污染奠定了坚实基础。
进一步，所述炉膛第三流程的出口处设有槽形分离器；所述槽形分离器优选由耐热不锈钢槽钢构造而成。
进一步，所述水冷壁管中用于冷却的水可以从前后、两侧膜式水冷壁管接出或从给水集箱接入。
进一步，为了防止沾污结渣，水冷U形分离器里面的介质不超过300℃。
本发明进一步解决其技术问题所采用的技术方案是：一种纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉的运行方法，炉膛运行温度控制在750℃-820℃之间。
进一步，所述炉膛在启动时添加的床料为用非高碱高氯煤产生的炉渣，颗粒度≤5mm，堆积密度≤1250kg/m3。
进一步，水冷U形分离器从烟气中分离大量颗粒物进入返料循环，通过提高循环量以带走炉膛热量。
设置在炉膛内的水冷U形分离器和炉膛出口处的槽形分离器具有以下有益效果：
1、由于高碱高氯煤飞颗粒细且浓度高，在炉膛内部采用多级惯性分离，将大量飞灰沉降在炉膛内，减轻旋风分离器负担，进一步提高分离效率。
2、烟气中的钠盐化合物蒸汽撞击在水冷U形分离器上冷凝析出，水冷U形分离器起到“凝渣管”的作用，从而净化了烟气，使得尾部受热面结渣、积灰、磨损问题大为改善。
3、将炉膛烟气中含灰颗粒及时分离下来，重返炉膛，不仅降低了飞灰含碳量，从而提高锅炉热效率；而且又减少了床料的添加料。
4、炉膛第三流程出口处，即旋风分离器入口前，设置耐热不锈钢组成的槽形分离器，可根据煤种变化，适时调整旋风分离器的飞灰入口浓度，使旋风分离器的分离效率达到最佳。
本发明利用三流程膜式水冷壁和大节距光管厚壁埋管将烟气温度降至550℃以下，并且三流程内装设多级水冷U形分离器，烟气中的钠盐化合物蒸汽在大节距厚壁埋管和水冷U形分离器全部析出，在炉膛烟气物料强力冲刷的自清理作用下，使得沾污结渣达到动态平衡，不再恶化；另外，多级水冷U形分离器将炉膛出口飞灰浓度降低，大量的飞灰停留在炉膛内既补充了床料又减轻了旋风分离器负担，进一步降低尾部受热面沾污积灰风险，同时也提高了锅炉的效率。本发明既解决了炉膛内沾污结渣持续恶化的问题，又解决了尾部对流受热面的沾污结渣问题，同时也提高了锅炉效率。从而实现烧高碱高氯煤锅炉长期(三个月以上)、安全、稳定、经济运行之目的。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为图1所示实施例中水冷U形分离器剖面结构示意图；
图3为图2中水冷U形分离器的结构示意图。
附图中：1-炉膛、101-炉膛密相区、102-炉膛稀相区、2-等压风室、3-炉膛布风板及风帽、4-厚壁光管埋管、5-炉膛第一流程、6–炉膛第二流程、7-第三流程、8-第一水冷U形分离器、9-第二水冷U形分离器、10-第三水冷U形分离器、11-槽形分离器、12-溢流装置、13-返料器、14-旋风分离器、15-尾部烟道、16-过热器、17-省煤器、18-卧式空预器、19-热风道、20-水冷壁管、21-扁钢21。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1-2所示，本实施例包括由炉膛密相区101和炉膛稀相区102组成的炉膛1，所述炉膛1设有炉膛第一流程5、炉膛第二流程6和炉膛第三流程7，所述炉膛密相区101设有大节距（≥200mm）厚壁光管埋管4，炉膛第一流程5中部设有第一水冷U形分离器8，炉膛第一流程和炉膛第二流程的连接过渡处设有第二水冷U形分离器9，炉膛第三流程7的中部的设有第三水冷U形分离器10。炉膛第三流程11的出口处设有槽形分离器11，槽形分离器11连接旋风分离器14。与旋风分离器连接的尾部烟道15内设有过热器16、省煤器17、卧式空预器18等受热面、与卧式空预器18连接的热风道19，经过卧式空预器18预热后的空气通过热风道19送至炉膛1的等压风室2。
如图3所示，第一水冷U形分离器8、第二水冷U形分离器9和第三水冷U形分离器10由水冷壁管20和扁钢21构造而成。水冷壁管201可以从前后膜式水冷壁上接出来，也可以从给水集箱接入。
槽形分离器11由耐高温槽钢构造而成，该处用槽钢方便在使用过程中根据实际运行状况调整。
炉膛密相区中的埋管采用大节距厚壁光管埋管4，垂直净距不少于200mm；水平净距不少于300mm；鉴于高碱高氯煤的低熔点和钠盐黏结性，物料极易在防磨装置的埋管间积聚结团，进而结焦、结渣，为此采用厚壁光管，同时减少厚壁光管埋管4间的流速，以此达到防磨效果。
炉膛第二流程6与炉膛第三流程7的底部连接过渡处的U形流道内设有溢流装置12，低熔点的高碱高氯煤燃烧后通过炉膛第二流程6与炉膛第三流程7的惯性分离汇集在U形流道处很易形成堵塞及返料不畅，在此处设置溢流装置12，能有效解决此处物料积聚，堵塞，返料不畅的问题。
旋风分离器14的底部设有与炉膛相连接的返料器13，比重轻的煤粉和灰经旋风分离器14分离后再通过返料器13的返料管直接进入炉膛1再次燃烧。
炉膛各个流程内的膜式水冷壁管水冷U形分离器具有以下有益效果：
1、由于高碱高氯煤飞颗粒细且浓度高，在炉膛内部采用多级惯性分离，将大量飞灰沉降在炉膛内，减轻旋风分离器负担，进一步提高分离效率。
2、将烟气中的钠盐化合物蒸汽撞击在水冷U形分离器上冷凝析出，起到“凝渣管”的作用，从而净化了烟气，使得尾部受热面结渣、积灰、磨损问题大为改善。
3、将炉膛烟气中含灰颗粒及时分离下来，重返炉膛，不仅降低了飞灰含碳量，从而提高锅炉热效率；而且又减少了床料的添加料。
4、炉膛第三流程出口处，即旋风分离器入口前，设置耐热不锈钢组成的槽形分离器，可根据煤种变化，适时调整旋风分离器的飞灰入口浓度，使旋风分离器的分离效率达到最佳。
本实施例的工作原理：
高碱高氯煤通过落煤管入炉膛，与来自等压风室2并通过炉膛布风板和风帽3的热空气在炉膛密相区101悬浮燃烧，炉膛密相区101温度控制在750-820℃，煤燃烧后细颗粒物融入高温烟气当中，粗颗粒物掉落到床料密相区101，煤中的钠盐化合物在炉膛密相区升华成钠盐化合物蒸汽，也融入高温烟气当中，高温烟气沿着炉膛的三个流程依次以3~4m/s的流速撞击三个水冷U形分离器8、9、10、和槽形分离器11。由于惯性和重力的作用，细颗粒不断从烟气中分离出来掉落炉膛密相区101再次参与循环，烟气中的钠盐化合物蒸汽碰到水冷U形分离器上的“冷”壁面从而不断冷凝析出，由于水冷壁管201管壁温度低（小于300℃），因而冷凝析出的灰是非粘性的。再加上炉内气固两相流的强烈冲刷，因此被冷凝析出的非粘性灰得以及时清除。
本发明利用三流程膜式水冷壁和大节距厚壁光管埋管4将炉膛出口烟气温度降至550℃以下，并且炉膛内内设置多级水冷U形分离器8、9、10、和槽形分离器11，烟气中的钠盐化合物蒸汽在大节距厚壁光管埋管4和水冷U形分离器8、9、10和槽型分离器11上全部析出，在炉膛烟气物料强力冲刷的自清理作用下，使得沾污结渣达到动态平衡，不再恶化，另外，多级水冷U形分离器将炉膛出口飞灰浓度降低，大量的飞灰停留在炉膛内既补充了床料又减轻了旋风分离器负担，在大为改善尾部受热面的工作环境的同时，也提高了锅炉热效率，从而实现了锅炉的长期、稳定、安全、经济运行之目的。
本发明提出一种纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉的运行方法，炉膛运行温度控制在750℃-820℃之间，高碱高氯煤挥发分高极易着火，但灰熔点较低，能避免床料粘连和团聚。
所述炉膛在启动时添加的床料为用非高碱高氯煤产生的炉渣，颗粒度不大于5mm，堆积密度不超过1250kg/m3。高碱高氯煤燃烧后产生的炉渣通常比重较大，颗粒度分布不均匀。
本领域的技术人员可以对本发明进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。

Claims (9)

1.纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉，包括由炉膛密相区和炉膛稀相区组成的炉膛，所述炉膛包括炉膛第一流程、炉膛第二流程和炉膛第三流程，其特征在于：所述炉膛第一流程内设有第一水冷U形分离器，所述炉膛第一流程和炉膛第二流程的连接过渡处设有第二水冷U形分离器，所述炉膛第三流程内设有第三水冷U形分离器。
2.根据权利要求1所述的纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉，其特征在于：所述水冷U形分离器由多组呈U形的水冷壁管和扁钢构成。
3.根据权利要求2所述的纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉，其特征在于：水冷U形分离器中相邻的水冷壁管之间的距离a≥400mm；每组水冷壁管的宽度b≥300mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉，其特征在于：所述炉膛密相区布设有大节距厚壁光管埋管，所述炉膛第三流程的出口处设有旋风分离器和与旋风分离器相连接的尾部烟道。
5.根据权利要求1-3任一项所述的纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉，其特征在于：所述炉膛密相区内设置的厚壁光管埋管，其横向节距≥200mm。
6.根据权利要求4所述的纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉，其特征在于：所述炉膛第三流程与旋风分离器的连接处设有槽形分离器。
7.根据权利要求2-6任一项所述的纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉，其特征在于：所述水冷壁管从前后、两侧膜式水冷壁管接出或从给水集箱接入。
8.一种纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉的运行方法，其特征在于：所述炉膛运行温度控制在750℃-820℃之间。
9.根据权利要求8所述的纯烧高碱高氯煤的多级分离循环流化床锅炉的运行方法，其特征在于：所述炉膛在启动时添加的床料为用非高碱高氯煤产生的炉渣，颗粒度≤5mm，堆积密度≤1250kg/m3。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111853764A (zh) * 2020-08-25 2020-10-30 湖南湘慧达新能源科技发展有限公司 一种纯燃低热值煤矸石三级分离流化床锅炉

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