CN111853764A - 一种纯燃低热值煤矸石三级分离流化床锅炉 - Google Patents
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Abstract
一种纯燃低热值煤矸石三级分离流化床锅炉，炉膛的下方设有等压风室，等压风室通过布风板与等压风室连通，布风板的上方设有高位埋管，所述炉膛的下部一侧设有进料口，另一侧设有返料口，炉膛上部的烟气出口处依次设有一级水冷槽形分离器和二级水冷槽形分离器，二级水冷槽型分离器通过一级U型返料器与炉膛的返料口连接，二次水冷槽形分离器的烟气出口处设有烟气通道，烟气通道内设有选择性多管分离器，选择性多管分离器的第一飞灰出口通过二级U型返料器与炉膛的返料口连接。本发明装置能实现纯燃700‑1600kcal/kg低热值燃料，燃烧效率高，调节范围大，而且床内流化均匀稳定，过量空气系数小，炉膛膜式壁无磨损，NOX排放低（＜200mg/m3），便于SNCR和SCR达到超低排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种流化床锅炉，特别是涉及一种纯燃低热值煤矸石三级分离流化床锅炉。
背景技术
煤矸石是煤矿生产中的废弃物，发热值较低。随着开采和洗选技术创新提高，煤矿和洗煤厂产出的煤矸石热值越来越低，低位发热值大都低于1400kcal/kg；利用纯燃低热值煤矸石燃料的锅炉进行供热、发电（其产生的大量灰渣还是水泥行业建材原料），能产生巨大的经济及环保效益。
现今煤矸石电厂的快速循环流化床锅炉所燃用煤矸石热值都在1800kcal/kg以上（实际为煤矸石按一定比例混合中煤），成本高。纯燃低热值煤矸石快速循环流化床锅炉因为高倍率循环，造成返料量太大，常常引起主床熄火。
采用低速床可以做到纯燃低热值煤矸石燃料，有的用户采用双床分级燃烧技术，但结构和操作复杂；也有用户曾经试用低矮炉膛和旋风分离器，因为炉膛矮及燃烧时间少，只有增加循环次数才能基本稳定运行，但由于返料量仍然很大，也往往造成主床温度低或熄火。以燃烧1030kcal/kg煤矸石的40吨锅炉为例，燃料灰分达71.986%，燃烧所产生灰渣总量达17.8吨/小时，为提高效率而增加循环次数是行不通的。
煤矸石热值的小小变化会造成范围很大的波动，如从900kcal/kg波动至1400kcal/kg，500kcal/kg的变化其相对范围达55%（同样锅炉，燃用动力煤从5000kcal/kg波动至5500kcal/kg其变化范围只有10%），已设计定型的锅炉因为燃料热值变化运行调整困难。
低速床因为床面积大和床料重，大风量运行引起原始排放NOX在400mg/m3以上，为烟气达标超低排放，环保运行费用居高不下。
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，提供一种燃烧效率高、降低NOX排放和降低环保费用的纯燃低热值（700-1600kcal/kg）煤矸石三级分离流化床锅炉。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：一种纯燃低热值（700-1600kcal/kg）煤矸石三级分离流化床锅炉，包括炉膛，所述炉膛的下方设有等压风室，所述等压风室通过布风板与等压风室连通，所述布风板的上方设有高位埋管，所述炉膛的下部一侧设有进料口，另一侧设有返料口，所述炉膛的下部在靠近返料口处设有放渣管，炉膛上部的烟气出口处依次设有一级水冷槽形分离器和二级水冷槽形分离器，所述二级水冷槽型分离器通过一级U型返料器与炉膛的返料口连接，所述二次水冷槽形分离器的烟气出口处设有烟气通道，所述烟气通道内设有选择性多管分离器，所述选择性多管分离器的第一飞灰出口通过二级U型返料器与炉膛的返料口连接，所述选择性多管分离器的第二飞灰出口与灰库连接。
进一步，所述布风板在靠近前墙的十排布置定向风帽。以利于床料向后部扩散不堆积。进一步，所述布风板上的风帽直径为30-50mm，风帽上的透风孔直径为4.5-5mm，相邻风帽间距为70-75mm。
进一步，所述烟气通道内依次设有高温过热器、低温过热器、高温省煤器、中温省煤器和空气预热器。
进一步，所述选择性多管分离器的第二飞灰出口与灰库连接的管路上设有中间储灰仓和气力输送设备。
进一步，所述选择性多管分离器的第一飞灰出口与二级U型返料器连接的管路上设有流量调节阀。对于不同燃料发热量，通过流量调节阀和二级U型返料器，调节返料量，满足锅炉燃烧效率的要求。
进一步，所述一级水冷槽型分离器为受热面管子和焊接在受热面管子上的钩形鳍片构成槽型，槽内焊接防磨扁钢。经一级水冷槽型分离器分离的飞灰沿后墙往下流，返回炉膛下部。属炉内循环。
进一步，所述二级水冷槽型分离器为耐热合金钢板压制成槽型。
进一步，所述选择性多管分离器为下排气，选择性多管分离器中的螺旋组件为积木结构，其中螺旋叶片可停炉后拿出更换。在高温省煤器后约500℃位置布置选择性多管分离器，当燃料发热量大于1200kcal/kg或取样发现飞灰含碳量大于4-5%时，通过流量调节阀和二级U型返料器，向炉膛部分或全部返料。选择性多管分离器分离效率高达95%，并通过更换不同螺旋叶片调整分离效率。选择性多管分离器同时相当于炉内除尘器，降低尾部受热面磨损和减少尾部布袋负荷。
优选的，所述的炉膛截面尺寸下小上大，烟气流速2.5-4.0m/s，烟气流程6-8s，全膜式壁结构，炉膛在烟气出口以下的向火面全部敷设卫燃带。水冷壁因为卫燃带的隔离而不产生磨损。
优选的，所述的高位埋管位于炉膛内高度650-800mm处。所述的进料口下沿位于炉膛内高度1900-2200mm处。
本发明的炉膛循环燃烧系统对于低热值煤矸石燃料，燃烧效率高，水冷壁无磨损；选择靠近返料口的放渣管，燃烧过程中可增加粗床料停留时间并辅助调节锅炉飞灰循环量。有如下优点：一是延长炉膛流程达6-8s，比一般锅炉提高50%，满足一次性穿过炉膛而不被分离器分离返回的细灰基本燃尽的要求；二是加强炉内循环：一级水冷槽型分离器效率40-60%，分离的飞灰沿后墙往下流，返回炉膛下部，属炉内循环；三是降低炉外循环倍率，二级水冷槽型分离器效率60-85%，炉外循环倍率相对低；四是炉膛上部温度850-920℃均匀且不降低。
通过三级分离返料，炉膛上部含碳细灰浓度高，保证上部温度850-1000℃均匀不降低；运行过程中，通过向风室内加入0-30%尾部烟气，既维持床内流化均匀稳定，又控制过量空气系数，下部缺氧和均匀稳定燃烧抑制了NOX的产生；炉膛上部高浓度炽热炭粒形成了对NOX的强还原性条件，并扩展了高度，还原反应降低了NOX排放。
本发明装置能实现纯燃700-1600kcal/kg低热值燃料，燃烧效率高，调节范围大，而且床内流化均匀稳定，过量空气系数小，炉膛膜式壁无磨损，NOX排放低（＜200mg/m3），便于SNCR和SCR达到超低排放。
附图说明
图1 为本发明实施例的结构示意图；
图2为图1中A-A向视图；
图3为图1中B-B向视图。
图中：1、炉膛，2、等压风室，3、小风帽布风板，4、放渣管，5、定向风帽，6、高位埋管，7、进料口，8、一级水冷槽型分离器，9、二级水冷槽型分离器，10、一级U型返料器，11、防磨扁钢，12、高温过热器，13、低温过热器，14、高温省煤器，15、选择性多管分离器，1501、第一飞灰出口，1502、第二飞灰出口，16、螺旋叶片，17、二级U型返料器，18、流量调节阀，19、中温省煤器，20、低温省煤器，21、空气预热器，22、中间储灰仓和气力输送设备。
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所示，本实施例包括炉膛1，炉膛1下方设置有等压风室2，并通过小风帽布风板3与等压风室2连通，其上方设置有高位埋管6和进料口7。小风帽布风板3靠近前墙10排布置定向风帽5，靠近返料口布置放渣管4。炉膛1烟气出口处顺序设置一级水冷槽型分离器8和二级槽型分离器9。二级槽型分离器9通过一级U型返料器10连接到炉膛返料口处。二级槽型分离器9烟气出口顺序连接高温过热器12、低温过热器13、高温省煤器14、选择性多管分离器15、中温省煤器19、低温省煤器20、空气预热器21，而后烟气进入尾部环保处理设备达标排放。所述选择性多管分离器15的第一飞灰出口1501通过二级U型返料器17与炉膛1的返料口7连接，选择性多管分离器15的第二飞灰出口1502将飞灰送至灰库（图中未示出）。
炉膛1截面尺寸下小上大，烟气流速3m/s，烟气流程6-8s，炉膛1为全膜式壁结构，炉膛1在烟气出口以下向火面全部敷设卫燃带，炉膛1水冷壁因为卫燃带的隔离而不产生磨损。
小风帽布风板3的风帽直径为50mm，其面积相比燃用3000kcal/kg燃料约大20%，风帽上的透风孔直径为5mm，相邻风帽间间距为70mm。小风帽布风板3靠近前墙十排为定向风帽5。小风帽布风板3靠近返料口处设置有放渣管4。布风板3的流化风为新鲜空气掺20%的尾部烟气。
上述高位埋管6位于炉膛1内高度700mm处。进料口7下沿位于炉膛1内高度2000mm处。
如图2所示，一级水冷槽型分离器8由受热面管子和焊接在受热面管子上的钩形鳍片组成槽型，槽内焊接防磨扁钢11。
如图3所示，二级水冷槽型分离器9为耐热合金钢板压制成槽型。
选择性多管分离器5为下排气，选择性多管分离器中的螺旋组件为积木结构，螺旋组件中的螺旋叶片16可在停炉后拿出更换。或按煤种要求更换不同结构，如调整叶片数量、单螺旋、双螺旋、三螺旋和爬升角等。
本发明工作过程如下：
850-1400kcal/kg的煤矸石燃料从进料口加入炉膛下部密相区，由新鲜空气掺混20%尾部烟气进行流化沸腾燃烧，大于2mm粗颗粒在密相区燃烧。细颗粒被吹入炉膛上部稀相区，经6-8s时间燃烧后出炉膛1，一部分（40-60%）被一级水冷槽型分离器拦截沿后墙下落至密相区循环燃烧。未被拦截的较粗颗粒在经过二级槽型分离器时基本分离（60-85%）下落，通过返料机构送回炉膛1循环燃烧。
对于低于1200kcal/kg的燃料，因为含碳量低和燃烧时间达6-8s，较小颗粒基本能燃尽并不被一、二级水冷槽型分离器拦截，进入尾部受热面。而对于大于1200kcal/kg的燃料，因为含碳量偏高，虽然燃烧时间达6-8s，较小颗粒有可能未燃尽并不被拦截，进入尾部受热面。因为在高温省煤器14后约500℃位置布置选择性多管分离器（分离效率高达95%），当取样发现飞灰含碳量大于4-5%时，通过流量调节阀和二级U型返料器，向炉膛部分或全部返料。选择性多管分离器15（更换不同螺旋叶片可调整分离效率）同时相当于炉内除尘器，降低尾部受热面磨损和减少尾部布袋负荷。
通过向等压风室2内加入20%尾部烟气，既维持床内流化均匀稳定，又控制过量空气系数，下部缺氧和均匀稳定燃烧抑制了NOX的产生；通过三级分离返料，炉膛上部含碳细灰浓度高，敷设卫燃带保证上部温度850-920℃均匀不降低，炉膛上部高浓度炽热炭粒形成了对NOX的强还原性条件，并扩展了高度，还原反应降低了NOX排放。
应用实施例1：
以某煤矸石电厂安装一台40吨发电锅炉利用上述技术，实际运行煤矸石发热量1000-1200kcal/kg时，选择性多管分离器无需返料；实际运行煤矸石发热量1200-1400kcal/kg时，选择性多管分离器部分返料（＜50%即可）。锅炉燃烧稳定，各项参数都达到设计要求，床温能稳定在850℃-920℃，飞灰含碳量在1-3%，炉渣含碳量在0.5-2%，排烟温度在130-140℃，不加烟气流化原始排放NOX在250mg/m3以下，加烟气流化原始排放NOX在150mg/m3以下。
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 (8)
1.一种纯燃低热值煤矸石三级分离流化床锅炉，包括炉膛，所述炉膛的下方设有等压风室，所述等压风室通过布风板与等压风室连通，其特征在于：所述布风板的上方设有高位埋管，所述炉膛的下部一侧设有进料口，另一侧设有返料口，所述炉膛的下部在靠近返料口处设有放渣管，炉膛上部的烟气出口处依次设有一级水冷槽形分离器和二级水冷槽形分离器，所述二级水冷槽型分离器通过一级U型返料器与炉膛的返料口连接，所述二次水冷槽形分离器的烟气出口处设有烟气通道，所述烟气通道内设有选择性多管分离器，所述选择性多管分离器的第一飞灰出口通过二级U型返料器与炉膛的返料口连接，所述选择性多管分离器的第二飞灰出口与灰库连接。
2.根据权利要求1所述的纯燃低热值煤矸石三级分离流化床锅炉，其特征在于：所述布风板在靠近前墙的十排布置定向风帽。
3.根据权利要求2所述的纯燃低热值煤矸石三级分离流化床锅炉，其特征在于：所述布风板上的风帽直径为30-50mm，风帽上的透风孔直径为4.5-5mm，相邻风帽间距为70-75mm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的纯燃低热值煤矸石三级分离流化床锅炉，其特征在于：所述烟气通道内依次设有高温过热器、低温过热器、高温省煤器、中温省煤器和空气预热器。
5.根据权利要求1-4任一项所述的纯燃低热值煤矸石三级分离流化床锅炉，其特征在于：所述选择性多管分离器的第二飞灰出口与灰库连接的管路上设有中间储灰仓和气力输送设备。
6.根据权利要求1-5任一项所述的纯燃低热值煤矸石三级分离流化床锅炉，其特征在于：所述选择性多管分离器的第一飞灰出口与二级U型返料器连接的管路上设有流量调节阀。
7.根据权利要求1-6任一项所述的纯燃低热值煤矸石三级分离流化床锅炉，其特征在于：所述一级水冷槽型分离器由受热面管子和焊接在受热面管子上的钩形鳍片构成槽型，槽内焊接防磨扁钢。
8.根据权利要求1-6任一项所述的纯燃低热值煤矸石三级分离流化床锅炉，其特征在于：所述二级水冷槽型分离器为耐热合金钢板压制成槽型。
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