CN113357663A - 一种煤粉锅炉燃烧阶段高效脱硫的方法及锅炉结构 - Google Patents

Abstract

一种煤粉锅炉燃烧阶段高效脱硫的方法及锅炉结构。本发明公开了一种燃烧阶段高效脱硫的煤粉锅炉，包括预混罐、气化燃烧一体机、锅炉炉膛、灰渣斗、炉膛风喷嘴、第一风机、第二风机和第三风机。预混罐与气化燃烧一体机连通，第三风机与气化一体机相连通，气化燃烧一体机设于锅炉炉膛的顶部；锅炉炉膛的侧壁上开设有多个炉膛风喷嘴，每一个炉膛风喷嘴均与第一风机连通；灰渣斗设于锅炉炉膛的底部中心处，灰渣斗的底部与第二风机连通。本发明还公开了一种煤粉锅炉燃烧阶段的脱硫方法。该煤粉锅炉燃烧阶段高效脱硫的方法及锅炉结构目的是解决煤粉锅炉难以实现钙镁粉炉内高效脱硫的问题。

Description

一种煤粉锅炉燃烧阶段高效脱硫的方法及锅炉结构

技术领域

本发明属于烟气净化环保技术领域，具体涉及一种煤粉锅炉燃烧阶段高效脱硫的方法及锅炉结构。

背景技术

传统煤粉锅炉的单一钙镁法炉内脱硫效率很低，仅为30～50％。其原因主要是：

1、传统煤粉锅炉燃烧初期火焰温度过高，石粉因过烧导致表面间隙缩小而减小中和反应的面积，同时温度过高时硫酸钙中的SO₂逆向热解不能脱硫；

2、CaO在700～950℃的烟气中才能高效脱硫，传统煤粉锅炉满负荷时炉膛尾部温度≤950℃的空间有限且烟速很高，钙粉与SO₂的反应时间很短；

3、低负荷时炉膛尾部的温度往往偏低，钙粉与SO₂的反应速度降低不利于快速脱硫；

4、脱硫剂在燃烧中后期喷入钙粉与烟气的混合度较差，因此减少了钙粉与SO₂的接触和反应概率。

上述各种因素导致了煤粉锅炉的原始排放难以达标，必须配套较为复杂且成本较高的外置烟气脱硫设施。另外所有炉膛外的烟气后处理工艺，都存在着低温受热面以及与烟气相关设备的严重腐蚀，因此烟温不能太低导致锅炉整体热效率的下降。同时，多数脱硫工艺在消耗水资源的同时还存在着污水泥渣等脱硫产物的二次污染，富含PM2.5可凝结颗粒物的湿烟气在静稳天气条件下会导致雾霾。

有鉴于此，本领域技术人员亟待提供一种煤粉锅炉燃烧阶段高效脱硫的方法及锅炉结构用于解决上述问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是煤粉锅炉难以实现钙镁粉炉内高效脱硫。

(二)技术方案

本发明的第一方面提供了一种燃烧阶段高效脱硫的煤粉锅炉，包括预混罐、气化燃烧一体机、锅炉炉膛、灰渣斗、炉膛风喷嘴、第一风机、第二风机和第三风机，所述预混罐通过计量给粉器与所述气化燃烧一体机连通，所述第三风机与所述气化燃烧一体机连通，所述气化燃烧一体机设于所述锅炉炉膛的顶部，所述锅炉炉膛的侧壁上开设有多个所述炉膛风喷嘴，每一个所述炉膛风喷嘴均与所述第一风机连通；所述灰渣斗设于所述锅炉炉膛的底部中心处，所述灰渣斗的底部与所述第二风机连通。

进一步地，所述锅炉炉膛的底部为平底、圆底或类锥形体。

进一步地，多个所述炉膛风喷嘴沿所述锅炉炉膛的侧壁纵向排列设置。

进一步地，多个所述炉膛风喷嘴至少设置为两列。

进一步地，所述燃烧阶段高效脱硫的煤粉锅炉还包括保温体，所述保温体设于所述锅炉炉膛的头尾两侧。

本发明的第二方面提供了一种煤粉锅炉燃烧阶段的脱硫方法，该方法包括以下步骤：

将混合后的石粉与煤粉喷入气化燃烧一体机；

以细长高温欠氧的CO火焰形态高速喷入锅炉炉膛。

进一步地，所述锅炉炉膛四周的温度≤900℃。

(三)有益效果

本发明的燃烧阶段高效脱硫的煤粉锅炉，将石粉与煤粉混合后送入预混罐，再由气力输送喷入具有烟气外循环且多次配风的煤粉气化一体燃烧机，提前实现石粉与火焰及烟气的充分混合，从而避免了传统技术存在的钙粉与烟气混合度较差的问题，提高了钙镁粉与烟气中SO₂的接触反应概率。流量可控的第一风机通过炉膛风喷嘴向炉膛吹风，使炉膛上下两端的温差降低，为钙粉与SO₂提供了较长的快速中和反应时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种燃烧阶段高效脱硫的煤粉锅炉的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的一种煤粉锅炉燃烧阶段的高效脱硫方法的流程示意图。

图中：

1-预混罐；2-气化燃烧一体机；3-锅炉炉膛；4-灰渣斗；5-炉膛风喷嘴；6-第一风机；7-第二风机；8-第三风机；9-保温体；10-石粉仓；11-煤粉仓；12-省煤器；13-除尘器；14-粉煤灰仓；15-第四风机；16-第五风机；17-第六风机；18-烟囱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例，在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了零件、部件和连接方式的任何修改、替换和改进。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参照附图并结合实施例来详细说明本申请。

根据本发明实施例的第一方面提供了一种燃烧阶段高效脱硫的煤粉锅炉，如图1所示，包括预混罐1、气化燃烧一体机2、锅炉炉膛3、灰渣斗4、炉膛风喷嘴5、第一风机6、第二风机7和第三风机8，预混罐1通过计量给粉器与气化燃烧一体机2连通，第三风机8与气化燃烧一体机2连通，气化燃烧一体机2设于锅炉炉膛3的顶部，锅炉炉膛3的侧壁上开设有多个炉膛风喷嘴5，每一个炉膛风喷嘴5均与第一风机6连通；锅炉炉膛3的底部为平底、圆底或类锥形体，灰渣斗4设于其中心处，灰渣斗4的底部与第二风机7连通。

在上述实施方式中，锅炉炉体垂直或水平设置，锅炉炉膛3的横截面为圆形、类圆多边形或方形。该燃烧阶段高效脱硫的煤粉锅炉的工作原理为：石粉仓10内的石灰粉和煤粉仓11内的煤粉经混合后进入预混罐1内，在第四风机15的作用下通过管道进入气化燃烧一体机2，经过高温缺氧的气化燃烧后以高速旋流的气态火焰形态喷入锅炉炉膛3，燃烧过程中产生的粉煤灰和烟气依次进入省煤器12、除尘器13，除尘后的烟气经第五风机16后从烟囱18排出，同时在气化燃烧一体机2与烟囱18之间通过第六风机17连通，在第六风机17的作用下将烟气引入气化燃烧一体机2。

在上述实施例中，多个炉膛风喷嘴5沿锅炉炉膛3的侧壁纵向排列至少设置为两列。具体地，炉膛风喷嘴5这样的设置方式是为了实现分部配风，用均衡助燃空气流的方法减小炉膛3头尾两端的温差，从而提高脱硫效果。

在上述实施例中，燃烧阶段高效脱硫的煤粉锅炉还包括保温体9，保温体9设于炉膛3的头尾两侧。其中，保温体9的设置能够确保低负荷时炉尾烟气出口侧的温度也在700℃左右，规避了普通锅炉低负荷时尾部烟温偏低导致的中和反应速率下降。

根据本发明实施例的第二方面提供了一种煤粉锅炉燃烧阶段的脱硫方法，如图2所示，该方法包括以下步骤：

S1、将混合后的石粉与煤粉喷入气化燃烧一体机2；

S2、以细长高温欠氧的CO火焰形态高速喷入锅炉炉膛3。

在上述实施方式中，在步骤S1中，粒径20～100μm的石粉按特定的钙硫比与煤粉混合后送入预混罐，然后经过计量给粉器、风粉混合器，再由气力输送喷入气化燃烧一体机2，提前实现石粉与火焰及烟气的充分混合。

在步骤S2中，通过气化燃烧一体机2，石粉伴随细长高温欠氧的CO气态旋流火焰快速喷入炉膛，CaCO₃瞬时热解CO₂析出，CaO与烟气中的部分SO₂反应生成CaS，并快速进入富氧的燃烧中后期，防止钙粉长时间停留在>1000℃的高温环境，避免因火焰温度过高导致的钙粉表面空隙缩小而影响脱硫。

在上述的实施例中，除炉膛3中心细长的旋流火焰高温区以外，锅炉炉膛3四周的温度均≤900℃。高比表面积的钙粉在高速旋流的作用下很快脱离高温区，炉膛四周的烟气流速大幅降低，因此延长了氧化气氛中钙粉与SO₂的反应时间，在低于900℃的氧化气氛中CaO与SO₂经过5秒以上的快速氧化反应生成了硫酸钙CaSO₄，从而避免了传统煤粉锅炉钙粉与SO₂反应时间过短反应不充分的问题，完美实现了≥95％的高效脱硫。

上述各项措施分别消除了导致煤粉锅炉燃烧阶段脱硫效率偏低的因素，最终实现了燃烧阶段的高效脱硫。本申请的优点在于：

1、锅炉原始排放SO₂<35mg/m³，彻底取缔了问题颇多的外置烟气脱硫设施；

2、烟气湿度不高而且已经脱硫，基本消除了低温受热面和与烟气相关设施的严重腐蚀，可以降低排烟温度提高锅炉的综合热效率；

3、系统简单、操作方便，运行中故障率很低；

4、石粉采购价低廉，脱硫产物硫酸钙粉与粉煤灰被布袋除尘器收集后可用于建材，因此脱硫成本很低甚至会有收益；

5、不消耗水资源，不排放富含PM2.5可凝结颗粒物的过饱和湿烟气。

需要明确的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。本发明并不局限于上文所描述并在图中示出的特定步骤和结构。并且，为了简明起见，这里省略对已知方法技术的详细描述。

以上仅为本申请的实施例而已，并不限制于本申请。在不脱离本发明的范围的情况下对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围内。

Claims (7)

1.一种燃烧阶段高效脱硫的煤粉锅炉，其特征在于，包括预混罐(1)、气化燃烧一体机(2)、锅炉炉膛(3)、灰渣斗(4)、炉膛风喷嘴(5)、第一风机(6)、第二风机(7)、第三风机(8)，所述预混罐(1)通过计量给粉器与所述气化燃烧一体机(2)连通，所述第三风机(8)与所述气化燃烧一体机(2)连通，所述气化燃烧一体机(2)设于所述锅炉炉膛(3)的顶部，所述锅炉炉膛(3)的侧壁上开设有多个所述炉膛风喷嘴(5)，每一个所述炉膛风喷嘴(5)均与所述第一风机(6)连通；所述灰渣斗(4)设于所述锅炉炉膛(3)的底部中心处，所述灰渣斗(4)的底部与所述第二风机(7)连通。

2.根据权利要求1所述的燃烧阶段高效脱硫的煤粉锅炉，其特征在于，所述锅炉炉膛(3)的底部为平底、圆底或类锥形体。

3.根据权利要求1所述的燃烧阶段高效脱硫的煤粉锅炉，其特征在于，多个所述炉膛风喷嘴(5)沿所述锅炉炉膛(3)的侧壁纵向排列设置。

4.根据权利要求3所述的燃烧阶段高效脱硫的煤粉锅炉，其特征在于，多个所述炉膛风喷嘴(5)至少设置为两列。

5.根据权利要求1所述的燃烧阶段高效脱硫的煤粉锅炉，其特征在于，还包括保温体(9)，所述保温体(9)设于所述锅炉炉膛(3)的头尾两侧。

6.一种基于如权利要求1-5中任一项所述的煤粉锅炉燃烧阶段高效脱硫的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

将混合后的石粉与煤粉喷入气化燃烧一体机(2)；

以细长高温欠氧的CO火焰形态高速喷入锅炉炉膛(3)。

7.根据权利要求6所述的煤粉锅炉燃烧阶段高效脱硫的方法，其特征在于，所述锅炉炉膛(3)四周的温度≤900℃。

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