CN113531549A - 一种纯燃污泥的循环流化床锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯燃污泥的循环流化床锅炉，解决了如何开发一种适合纯燃污泥，并能达到大气污染物排放标准的循环硫化床锅炉的问题。在干化污泥仓（1）中的底部，设置有带有挖掘爪的拨料臂，入料口（2）是设置在炉膛密相区负压区（3）中的，干化污泥（8）通过入料口进入炉膛中，在炉膛稀相区（10）中，设置有高温过热屏（11）；圆柱状筒体（14）的直径与返料管的直径的比值为5‑10；圆柱状筒体（14）的高度与锥形过渡筒体（15）的高度的比值为0.3‑1，返料管的高度为2米‑9米；在尾部第一烟道（19）中设置有水冷蒸发管束（20），在尾部第二烟道中设置有高温电除尘器（24）。保证了锅炉能长期稳定安全地运行。

Description

一种纯燃污泥的循环流化床锅炉

技术领域

本发明涉及一种循环流化床锅炉，特别涉及一种纯燃污泥的循环流化床锅炉。

背景技术

随着经济的发展，生产和生活中所产生的污泥量，在不断地增加，污泥处置压力也越来越大；由于污泥中含有病原体、重金属和持久性有机物等有毒有害物质，如果处理不好，极易对地下水和土壤等造成二次污染；将污泥干化后，进行焚烧，将焚烧后的灰渣，作为建材材料利用，逐步成为了污泥有效的处置方案；污泥干化焚烧，可最大程度地实现污泥较高程度的减量化、稳定化和无害化，而循环流化床锅炉成为了焚烧污泥的可利用设备；但用循环流化床锅炉焚烧处理污泥存在较大的难题；由于污泥具有密度小，含水量高，热值较低，灰分大，重金属及氯含量高的特点，污泥在循环流化床锅炉中燃烧时，炉膛结焦和高温受热面结渣问题会很突出，致使锅炉不能稳定地燃烧，严重影响到锅炉的连续正常运行；现有的循环流化床锅炉主要是由炉膛、高温旋风分离器和尾部烟道组成的，尾部烟道从上至下依次布置有高温过热器、低温过热器、省煤器、空气预热器；由于污泥中水分含量高，粘性也大，锅炉燃烧室极易由于流化不良而造成结焦现象发生。

现有的循环流化床锅炉由炉膛、旋风分离器、尾部烟道组成，锅炉尾部烟道中，从上至下依次为：顺列布置的高温过热器、错列布置的低温过热器、错列布置的省煤器和立管式空气预热器，最后，烟气通过出口烟道，进入除尘器和烟囱；当锅炉燃料为污泥时，由于污泥热值低，密度小，炉膛温度不能保证，入炉造成困难；污泥灰分含量较大，碱金属元素含量高，极易在尾部高温对流受热面上析出碱金属，在尾部对流受热面上极容易产生受热面沾污，从而腐蚀受热面管壁，由于污泥灰分较大且较细，在尾部受热面出现搭桥积灰问题更加严重，特别是尾部烟道中布置的高温过热器，由于管内温度很高，加快了管外壁上灰分中碱析出，使管壁上结垢现象更加严重。

现有的循环流化床锅炉的结构是由炉膛、高温旋风分离器、尾部对流烟道组成的，在尾部对流烟道中，从上至下依次布置过热器、省煤器、空气预热器，烟气最后通过出口烟道进入除尘器和烟囱；由于污泥燃料中的水分较大，炉前污泥给料系统很容易发生堵塞和断料现象，而污泥的密度又较小，燃料很容易反串至炉前污泥仓中，造成事故；另外，污泥水分含量高、粘性大，容易结块，燃烧室极易结渣结焦；其次污泥灰分较大，且氯元素含量高，在尾部对流受热面容易沾污腐蚀、积灰等，严重影响锅炉安全稳定运行，在大气污染物排放方面也不能稳定达标；目前的技术路线基本是：在燃煤中掺烧一定比例的污泥，但这种方式存在污泥处理量小的缺陷，如何开发一种适合纯燃污泥的，并能达到大气污染物排放标准的循环硫化床锅炉成为现场急需要解决的一个问题。

发明内容

本发明提供了一种纯燃污泥的循环流化床锅炉，解决了如何开发一种适合纯燃污泥，并能稳定运行和达到大气污染物排放标准的循环硫化床锅炉的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

本发明的总体构思是：循环流化床的炉前污泥仓是采用带物料泄压系统的污泥圆筒仓，在圆筒仓内底部设置一套回转出料装置，两根带有挖掘爪的专用弹簧钢制造的拨料臂，挖松板结的污泥均匀输送至卸料螺旋，污泥给料点设置在炉膛中的负压区；采用绝热炉膛，提高炉膛温度；优化传统循环流化床锅炉炉膛下部密相区流化能力，再配以高效绝热旋风分离器，以达到稳定炉床存量、提高炉床质量的目的；使炉膛内飞灰的粗颗粒比例降低，细颗粒比例升高，在炉膛内形成大量高浓度循环灰；通过优化高温受热面的布置位置，将高温过热器受热面以屏的形式布置在炉膛内，有效避开碱金属析出温度区间的同时，利用炉膛内高浓度的循环灰不间断的冲刷，保证高温受热面的表面清洁，避免在受热面表面形成结渣和垢下腐蚀现象的发生；将传统的在尾部烟道中布置的高温过热器，布置到炉膛中的稀相区，在锅炉尾部布置依次首尾连通的三个烟道，在第一烟道中布置水冷蒸发管束、中温过热器、低温过热器、高温省煤器，在第二烟道中布置高温电除尘器，在第三烟道中布置脱硝催化器、低温省煤器、高温空气预热器和低温空气预热器；炉膛中的烟气通过炉膛上部的水平烟道，首先进入水冷蒸发管束，通过水冷蒸发管束后烟气温度降低到650℃以下，再通过大间距顺列布置的低温过热器、低温过热器的蒸汽温度设计在400℃以下，即可避开受热面的高温腐蚀活性温度大于500℃的区间，在低温过热器下方，布置大间距顺列布置的高温省煤器，在高温省煤器的出口，设置第二尾部烟道，在第二尾部烟道中设置高温电除尘器，烟气经高温电除尘器后可除去烟气中90%的飞灰，在第二尾部烟道后布置第三烟道，使第三烟道的SCR催化剂不被飞灰快速磨损或堵塞，利用活性炭喷射加袋式除尘器辅助降低二噁英重金属等污染物的排放量；从而保证了SCR催化剂的长期安全使用，经过SCR催化剂后进入大间距顺列的低温省煤器后的烟气就相对洁净，再配以适当吹灰设备，即可有效防止受热面沾污、腐蚀；低温省煤器之后是采用大节距顺列光管卧式布置型式的空气预热器，大间距布置的受热面可很好的避免因积灰造成受热面搭桥的现象。

一种纯燃污泥的循环流化床锅炉，包括干化污泥仓、循环流化床锅炉绝热炉膛、旋风分离器、尾部第一烟道、尾部第二烟道、尾部第三烟道、袋式除尘器和烟囱，在循环流化床锅炉绝热炉膛中，设置有炉膛密相区负压区和炉膛稀相区，在循环流化床锅炉绝热炉膛的出烟口上连接有旋风分离器，旋风分离器通过水平烟道与尾部第一烟道连通在一起，在尾部第一烟道的出烟口上连接有尾部第二烟道，在尾部第二烟道的出烟口上连接有尾部第三烟道，尾部第三烟道的出烟口通过袋式除尘器与烟囱连通在一起；旋风分离器是由圆柱状筒体、锥形过渡筒体、返料管和返料箱，依次连接在一起组成的，在返料箱上连接有返料管下段，返料管下段的下端与循环流化床锅炉绝热炉膛上的返料口连通在一起，在干化污泥仓中的底部，设置有带有挖掘爪的拨料臂，在干化污泥仓的出料口上，连接有螺旋给料机，在螺旋给料机的出料口上连接有落料管，落料管的另一端与炉膛的入料口连通在一起，入料口是设置在炉膛密相区负压区中的，干化污泥通过入料口进入绝热炉膛中，在炉膛稀相区中，设置有高温过热屏；圆柱状筒体的直径与返料管的直径的比值为5-10；圆柱状筒体的高度与锥形过渡筒体的高度的比值为 0.3 -1，返料管的高度为2米-9米；在尾部第一烟道中设置有水冷蒸发管束，在尾部第二烟道中设置有高温电除尘器。

在循环流化床锅炉炉膛上，分别设置有一次风入风口和二次风入风口，在绝热炉膛下部设置有一次风入风的入风风帽；通过一次风入风口，进入到炉膛中的一次风量，与通过二次风入风口进入炉膛的二次风量的比值为45:55，入风风帽的出风速度为每秒37-38米；旋风分离器将高温灰粒中粒径在20μm以上的高温灰粒，通过返料管下段，输送回炉膛中，进行循环燃烧，旋风分离器将将粒径在20μm以下高温灰粒，通过圆柱状筒体，输送到尾部竖井烟道中；炉膛中床料的厚度为400-520毫米；循环流化床锅炉绝热炉膛中的烟气流速小于每秒4米，烟气在绝热炉膛中停留时间大于5秒。

在尾部第一烟道中，从上到下，依次布置有水冷蒸发管束、中温过热器、低温过热器和高温省煤器，在尾部第二烟道中设置有高温电除尘器，在尾部第三烟道中，从上到下，依次布置有脱硝催化器、低温省煤器、高温空气预热器和低温空气预热器；在尾部第一烟道中设置有尾部第一烟道吹灰器，在尾部第三烟道中设置有尾部第三烟道吹灰器。

水平烟道中排出的烟气，经过水冷蒸发管束后，烟气的温度低于650℃，中温过热器中的蒸汽温度低于400℃，低温空气预热器的管子是采用搪瓷管材质的管子。

本发明使污泥燃料在炉内高效燃烧释放热量的同时，最大程度地降低了二噁英污染物在炉内的生成量，并从源头上减少了氮氧化物、二氧化硫的原始生成量，可大幅度减少大气污染物排放的循环流化床锅炉；又通过调整各受热面在炉内排布位置，巧妙地避开了氯化物对受热面的腐蚀区域，从而保证了锅炉能长期稳定安全地运行。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种纯燃污泥的循环流化床锅炉，包括干化污泥仓1、循环流化床锅炉绝热炉膛、旋风分离器、尾部第一烟道19、尾部第二烟道、尾部第三烟道25、袋式除尘器30和烟囱31，在循环流化床锅炉绝热炉膛中，设置有炉膛密相区负压区3和炉膛稀相区10，在循环流化床锅炉炉膛的出烟口12上连接有旋风分离器，旋风分离器通过水平烟道18与尾部第一烟道19连通在一起，在尾部第一烟道19的出烟口上连接有尾部第二烟道，在尾部第二烟道的出烟口上连接有尾部第三烟道25，尾部第三烟道25的出烟口通过袋式除尘器30与烟囱31连通在一起；旋风分离器是由圆柱状筒体14、锥形过渡筒体15、返料管和返料箱16，依次连接在一起组成的，在返料箱16上连接有返料管下段17，返料管下段17的下端与循环流化床锅炉绝热炉膛上的返料口9连通在一起，在干化污泥仓1中的底部，设置有带有挖掘爪的拨料臂，在干化污泥仓1的出料口上，连接有螺旋给料机32，在螺旋给料机32的出料口上连接有落料管33，落料管33的另一端与炉膛的入料口2连通在一起，入料口2是设置在炉膛密相区负压区3中的，干化污泥8通过入料口2进入炉膛中，在炉膛稀相区10中，在炉膛稀相区10中，设置有高温过热屏11；圆柱状筒体14的直径与返料管的直径的比值为5-10；圆柱状筒体14的高度与锥形过渡筒体15的高度的比值为 0.3 -1，返料管的高度为2米-9米；在尾部第一烟道19中设置有水冷蒸发管束20，在尾部第二烟道中设置有高温电除尘器24；锅炉采用全绝热炉膛，低温燃烧技术，炉膛内低流速，炉膛锥段高流速，良好配风布风板，使流化均匀，解决了锅炉结焦结渣；提高炉膛高度，增加烟气在高温下的停留时间，加强二次风的刚度，使得烟气中未完全燃烧的物质与空气充分接触，减少二噁英排放；采用高效率绝热旋风分离器，烟气经过分离器后，烟气中的飞灰粒度变细，飞灰量变少，减少了尾部烟道内受热面的飞灰冲刷磨损和积灰；另外，高效分离器使得炉膛内循环物料粒径更细，床质量提高，实现了流态重构；床质量提高后，炉内石灰石比表面增大，炉内脱硫效率更高；床质量提高后，颗粒团聚能力增强，抑制了NOx的生成量；在炉膛前墙设置中、高温屏式过热器，通过循环流化床锅炉主循环回路内大量的循环物料冲刷，防止高温腐蚀；通过尾部烟道上部蒸发管束减低进入低温过热器烟气温度，从而保证低温过热器金属壁温低于氯化腐蚀活性温度区间，降低低温过热器腐蚀机率；尾部受热面全部大节距、高流速、顺列布置，并辅助蒸汽吹灰器，防止积灰；空气预热器大节距顺列布置光管卧式布置，采用耐腐蚀材料，提高排烟温度，避免低温腐蚀。

在循环流化床锅炉炉膛中，分别设置有一次风入风口4和二次风入风口13，在炉膛下部的水冷风室5内，设置有一次风的入风风帽6，通过一次风入风口4，进入到炉膛中的一次风量，与通过二次风入风口13进入炉膛的二次风量的比值为45:55，入风风帽6的出风速度为每秒37-38米；旋风分离器将高温灰粒中粒径在20μm以上的高温灰粒，通过返料管下段17，输送回炉膛中，进行循环燃烧，旋风分离器将将粒径在20μm以下高温灰粒，通过圆柱状筒体（14），输送到尾部竖井烟道中；炉膛中床料7的厚度为400-520毫米；在高温省煤器出口设置一台高温电除尘器，烟气经高温电除尘器后可除去烟气中90%的飞灰，能使后续SCR催化剂不被飞灰快速磨损或堵塞，从而保证了催化剂的安全使用；SCR选择性催化剂的稳定运行，进一步降低NOx的排放；再进入低温省煤器烟气相对洁净，适当吹灰，可有效防止沾污腐蚀。

在尾部第一烟道19中，从上到下，依次布置有水冷蒸发管束20、中温过热器21、低温过热器22和高温省煤器23，在尾部第二烟道中设置有高温电除尘器24，在尾部第三烟道25中，从上到下，依次布置有脱硝催化器26、低温省煤器27、高温空气预热器28和低温空气预热器29；在尾部第一烟道19中设置有尾部第一烟道吹灰器34，在尾部第三烟道25中设置有尾部第三烟道吹灰器35。

水平烟道18中排出的烟气，经过水冷蒸发管束20后，烟气的温度低于650℃，中温过热器21中的蒸汽温度低于400℃，通过调整各受热面在炉内排布位置，巧妙地避开了氯化物对受热面的腐蚀区域，从而保证了锅炉能长期稳定安全地运行；低温空气预热器29的管子是采用搪瓷管材质的管子；在流化床燃烧室内的高温段水冷壁上焊接有密集销钉，在密集销钉上涂敷有耐磨可塑料，以提高使用寿命；布风板为水冷布风板，风帽为钟罩式风帽，一次风风室为水冷风室5，排渣管为合金钢排渣管；水平布置的一次风风室、低阻力的钟罩式风帽及炉后的合金钢排渣管，保障了锅炉在燃烧时,流化良好,排渣顺畅。

本发明的纯燃污泥的循环流化床锅炉的总体结构设计，确保锅炉炉膛存在适宜的循环物料量，从而保证锅炉运行床温、炉膛出口烟温、分离器返料温度和分离器出口温度均处于最佳的反应温度之内，温度变化范围在50℃，锅炉燃烧实际产生的硫化物和氮氧化物较现有的产品大大偏低；本发明使锅炉炉膛二次风口喷入前燃烧处于还原性气氛，硫化物和氮氧化物的原始浓度，通过炉内喷钙和物料中未反应的石灰石循环吸附脱除，配合较低成本的半干法脱硫装置，就可以达到国家的环保标准，即GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》和GB 13271《锅炉大气污染物排放标准》。

Claims (4)

1.一种纯燃污泥的循环流化床锅炉，包括干化污泥仓（1）、循环流化床锅炉绝热炉膛、旋风分离器、尾部第一烟道（19）、尾部第二烟道、尾部第三烟道（25）、袋式除尘器（30）和烟囱（31），在循环流化床锅炉绝热炉膛中，设置有炉膛密相区负压区（3）和炉膛稀相区（10），在循环流化床锅炉绝热炉膛的出烟口（12）上连接有旋风分离器，旋风分离器通过水平烟道（18）与尾部第一烟道（19）连通在一起，在尾部第一烟道（19）的出烟口上连接有尾部第二烟道，在尾部第二烟道的出烟口上连接有尾部第三烟道（25），尾部第三烟道（25）的出烟口通过袋式除尘器（30）与烟囱（31）连通在一起；旋风分离器是由圆柱状筒体（14）、锥形过渡筒体（15）、返料管和返料箱（16），依次连接在一起组成的，在返料箱（16）上连接有返料管下段（17），返料管下段（17）的下端与循环流化床锅炉绝热炉膛上的返料口（9）连通在一起，其特征在于，在干化污泥仓（1）中的底部，设置有带有挖掘爪的拨料臂，在干化污泥仓（1）的出料口上，连接有螺旋给料机（32），在螺旋给料机（32）的出料口上连接有落料管（33），落料管（33）的另一端与炉膛的入料口（2）连通在一起，入料口（2）是设置在炉膛密相区负压区（3）中的，干化污泥（8）通过入料口（2）进入炉膛中，在炉膛稀相区（10）中，设置有高温过热屏（11）；圆柱状筒体（14）的直径与返料管的直径的比值为5-10；圆柱状筒体（14）的高度与锥形过渡筒体（15）的高度的比值为 0.3 -1，返料管的高度为2米-9米；在尾部第一烟道（19）中设置有水冷蒸发管束（20），在尾部第二烟道中设置有高温电除尘器（24）。

2.根据权利要求1所述的一种纯燃污泥的循环流化床锅炉，其特征在于，在循环流化床锅炉炉膛上，分别设置有一次风入风口（4）和二次风入风口（13），在炉膛下部设置有水冷风室（5），在水冷风室（5）中设置有一次风的入风风帽（6）；通过一次风入风口（4），进入到炉膛中的一次风量，与通过二次风入风口（13）进入炉膛的二次风量的比值为45:55，入风风帽（6）的出风速度为每秒37-38米；旋风分离器将高温灰粒中粒径在20μm以上的高温灰粒，通过返料管下段（17），输送回炉膛中，进行循环燃烧，旋风分离器将将粒径在20μm以下高温灰粒，通过圆柱状筒体（14），输送到尾部竖井烟道中；炉膛中床料（7）的厚度为400-520毫米，在炉膛中床料（7）上设置有干化污泥（8）；循环流化床锅炉绝热炉膛中的烟气流速小于每秒4米，烟气在绝热炉膛中停留时间大于5秒。

3.根据权利要求2所述的一种纯燃污泥的循环流化床锅炉，其特征在于，在尾部第一烟道（19）中，从上到下，依次布置有水冷蒸发管束（20）、中温过热器（21）、低温过热器（22）和高温省煤器（23），在尾部第二烟道中设置有高温电除尘器（24），在尾部第三烟道（25）中，从上到下，依次布置有脱硝催化器（26）、低温省煤器（27）、高温空气预热器（28）和低温空气预热器（29）；在尾部第一烟道（19）中设置有尾部第一烟道吹灰器（34），在尾部第三烟道（25）中设置有尾部第三烟道吹灰器（35）。

4.根据权利要求1-3所述的一种纯燃污泥的循环流化床锅炉，其特征在于，水平烟道（18）中排出的烟气，经过水冷蒸发管束（20）后，烟气的温度低于650℃，中温过热器（21）中的蒸汽温度低于400℃，低温空气预热器（29）的管子是采用搪瓷管材质的管子。

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