CN114034028A - 一种低热值煤炭循环流化床分级燃烧系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低热值煤炭循环流化床分级燃烧系统，包括依次连接的循环流化床气化炉、高效分离器、燃烬炉、余热回收装置和尾部烟道；所述循环流化床气化炉的下部设有给料机，底部设有排渣阀；循环流化床气化炉的上部与高效分离器的上部连通，高效分离器的下部通过返料器与循环流化床气化炉的下部连接；高效分离器的上端与燃烬炉的上端连通，所述燃烬炉的上部布置多级燃料风管，下部设置有SNCR脱硝装置；燃烬炉的下部与余热回收装置的下部连通，余热回收装置的上部与尾部烟道的上部连通，尾部烟道的下端依次与除尘器、引风机和烟囱连接。本发明的系统可长期安全可靠运行，能够满足变负荷运行的低热值煤燃烧，确保氮氧化物排放浓度在允许范围内。
Description
技术领域
本发明涉及低热值煤炭利用技术领域，尤其是涉及一种低热值煤炭循环流化床分级燃烧系统。
背景技术
我国低热值煤炭(含石煤、煤矸石等)资源丰富，低热值煤炭(含石煤)具有热值低、灰分高等不利于燃烧利用的特点，其资源化利用率相对较低。目前主要的利用途径就是直燃发电或供热，而其中以循环流化床直燃技术应用较为广泛。
如公开号为CN102628590A的中国专利文献公开了一种生物质循环流化床直燃装置，包括燃烧系统、给料系统、旋风分离、返料系统、汽水加热系统和空气预热系统，炉膛布置富氧装置，作为燃烧气氛的调节，从而为低热值燃料燃烧提供助燃；旋风分离器的上部出口与中温屏式过热器之间的烟道段采用渐缩管道提高烟气流速；增加返料布风装置的外层风帽数量密度防止形成流化“死区”；降低返料口的倾斜度和设置水平段，缓解风帽磨损；在烟道尾部布置烟气导流装置，降低对受热面的磨损；螺旋给料机立管处布置两层扰动风，有利于疏松分散物料，落料管布置风冷套筒和播料机，防止物料在给料装置内燃烧和堵塞。
公开号为CN207486793U的中国专利文献公开了一种用于燃烧低热值高灰分燃料的循环流化床锅炉，含有炉膛、一次风室、旋风分离器、料腿、回料阀、排渣管、尾部烟道以及气固换热床；气固换热床布置在一次风室的下面，并通过连接管和气固分离装置与炉膛连接；炉膛通过排渣管与气固换热床连接；气固换热床包含换热床风室、换热床风帽、换热床换热室和换热床排渣管；所述换热床风室通过气体管路与空气预热器连接。
但是，低热值煤炭(含石煤)的循环流化床直燃技术在工业应用中还面临着较多的挑战，主要包括：
(1)低热值燃料在发生燃料热值波动较大的时候，由于炉膛上部水受热面吸热份额较大，容易打破系统的热量平衡，从而导致系统燃烧稳定性控制难度增加。
(2)大型循环流化床发电机组在低负荷运行时容易出现燃烧不稳定或燃烧效率大幅降低，影响锅炉的安全运行。
(3)绝大部分低热值煤(含石煤)燃烧处理灰渣量大，且硬度高，对锅炉炉膛水冷壁磨损较严重，影响锅炉长期可靠运行。
因此，面对以上出现的挑战问题，寻求一种可长期安全可靠运行、能够满足变负荷运行的低热值煤(含石煤)燃烧技术迫在眉睫。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种低热值煤炭循环流化床分级燃烧系统，可长期安全可靠运行，能够满足变负荷运行的低热值煤(含石煤)燃烧。
一种低热值煤炭循环流化床分级燃烧系统，包括依次连接的循环流化床气化炉、高效分离器、燃烬炉、余热回收装置和尾部烟道；
所述循环流化床气化炉的下部设有给料机，底部设有排渣阀；
所述循环流化床气化炉的上部与高效分离器的上部连通，高效分离器的下部通过返料器与循环流化床气化炉的下部连接；
所述高效分离器的上端与燃烬炉的上端连通，所述燃烬炉的上部布置多级燃料风管，下部设置有SNCR脱硝装置；
所述燃烬炉的下部与余热回收装置的下部连通，余热回收装置的上部与尾部烟道的上部连通，所述尾部烟道的下端依次与除尘器、引风机和烟囱连接。
进一步地，所述尾部烟道的下部设有一级空气预热器和二级空气预热器，所述二级空气预热器的输入端连接有流化风机和燃料风机；其中，流化风机与二级空气预热器、一级空气预热器和循环流化床气化炉下部依次连接，燃料风机与二级空气预热器、一级空气预热器和多级燃料风管依次连接。
进一步地，所述的返料器连接有返料风机。
进一步地，所述余热回收装置的内腔四周敷设水冷壁。
本发明的系统针对产生超临界蒸汽或中温中压蒸汽，在结构上做了适应性的调整。
其中，产生超临界蒸汽时，所述余热回收装置的内部按烟气流向从下往上依次设有高温过热器、第一再热器和低温过热器；
所述尾部烟道的上部设有第二再热器和省煤器；所述第一再热器的输入端与第二再热器的输出端连接；
所述省煤器的输出端与水冷壁的下端入口连接，所述水冷壁的上端出口与低温过热器的输入端连接，所述低温过热器的输出端与高温过热器的输入端连接，所述高温过热器的输出端连接至外部供热设备。
产生中温中压蒸汽时，所述余热回收装置的内部按烟气流向从下往上依次设有高温过热器和低温过热器；
所述尾部烟道的上部设有省煤器，所述省煤器的输出端与汽包的进口连接，所述汽包的饱和水出口与水冷壁的下端入口连接，所述水冷壁的上端出口与汽包的进口连接；所述汽包的饱和蒸汽出口与低温过热器的输入端连接，所述低温过热器的输出端与高温过热器的输入端连接，所述高温过热器的输出端连接至外部供热设备。
进一步地，所述循环流化床气化炉的反应温度为850～950℃。
进一步地，所述燃烬炉的温度控制在800～1000℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、通过绝热的循环流化床气化回路(炉膛密相、稀相、旋风分离器及返料装置)将石煤颗粒与所送入的一次风发生的气化反应转化为热量和可燃气体，并通过调节送入炉内的一次风量来控制低热值煤炭在炉内的燃烧放热份额以控制运行温度，避免了常规燃烧锅炉炉膛由于受热面吸热份额较大，低热值煤炭热值波动会导致的炉膛特别是炉膛上部运行温度不稳定，甚至达不到充分燃烧的要求；
2、由于循环流化床绝热缺氧燃烧回路没有布置受热面，因此锅炉低负荷运行与高负荷运行时燃烧气化工况基本接近(只要保证低负荷良好的流化就可以)，循环流化床燃烧回路温度基本不变，因此可以保证不同负荷下低热值石煤稳定可靠的燃烧及高效转化。同时，进入燃尽室主要是高温可燃气体且运行温度较高，因此在低负荷可以维持稳定燃烧。
3、循环循环流化床气化炉中采用耐磨浇注料，无水冷壁受热面直接与灰渣接触的过程，因此不存在水冷壁磨损问题。
4、循环流化床气化回路控制在气化(缺氧燃烧)气氛状态，将燃料中的氮元素转化为氮气和极少量的氨等组分，避免燃烧过程中所含氮元素转化为氮氧化物。在后续燃烬炉中通过分级燃烧措施实现均匀燃烧(1000℃以下)，尽量避免热力NOx的生成，可将NOx的生成浓度控制在50mg/Nm3以下。同时，通过布置的SNCR喷氨脱硝装置可以确保氮氧化物排放浓度在允许的排放值内。
附图说明
图1为本发明实施例1中低热值煤炭循环流化床分级燃烧系统的连接关系示意图；
图2为本发明实施例2中低热值煤炭循环流化床分级燃烧系统的连接关系示意图。
图中：1-循环流化床气化炉；2-给料机；3-排渣阀；4-高效分离器；5-返料器；6-返料风机；7-燃烬炉；8-多级燃料风管；9-SNCR脱硝装置；10-余热回收装置；11-水冷壁；12-低温过热器；13-第一再热器；14-高温过热器；15-尾部烟道；16-第二再热器；17-省煤器；18-一级空气预热器；19-二级空气预热器；20-除尘器；21-引风机；22-烟囱；23-流化风机；24-燃料风机；25-汽包。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1
如图1所示，一种低热值煤炭循环流化床分级燃烧系统，包括依次连接的循环流化床气化炉1、高效分离器4、燃烬炉7、余热回收装置10、尾部烟道15、除尘器20、引风机21和烟囱22。
循环流化床气化炉1的下部设有给料机2，底部设有排渣阀3；循环流化床气化炉1的上部与高效分离器4的上部连通，高效分离器4的下部通过返料器5与循环流化床气化炉1的下部连接，返料器5连接有返料风机6。
高效分离器4的上端与燃烬炉7的上端连通，燃烬炉7上部布置多级燃料风管8，下部设置有SNCR脱硝装置9。
燃烬炉7的下部与余热回收装置10的下部连通，余热回收装置10的上部与尾部烟道15的上部连通。余热回收装置10内部按烟气流向依次布置高温过热器14、第一再热器13及低温过热器12，且内腔四周敷设水冷壁11。尾部烟道15内沿烟气流向依次布置第二再热器16、省煤器17、一级空气预热器18和二级空气预热器19。
二级空气预热器19的输入端连接有流化风机23和燃料风机24；其中，流化风机23与二级空气预热器19、一级空气预热器18和循环流化床气化炉1下部依次连接，燃料风机24与二级空气预热器19、一级空气预热器18和多级燃料风管8依次连接。
工艺流程：外部常温空气经流化风机23送入二级空气预热器19、一级空气预热器18加热到300～400℃后作为气化风，送入循环流化床气化炉1内。一定粒径的低热值煤炭颗粒经给料机2送入循环流化床气化炉1后与送入的流化风混合燃烧气化，燃烧气化所释放的热量用于将入炉的低热值煤与一次风燃烧所产生的灰渣气体维持在850-950℃的运行温度，以实现石煤在炉内高效转化。由于循环流化床气化炉1的炉膛没有布置受热面来吸收燃烧气化所释放的热量，因此通过控制循环流化床气化炉1内燃烧释放热量大小可控制循环流化床气化炉1的运行温度，实现低热值煤炭(含石煤、煤矸石)的稳定可靠的燃烧运行。
循环流化床气化炉1内缺氧条件下燃烧气化所产生的可燃气携带固体颗粒进入高效分离器4进行气固离，分离下来的固体颗粒经返料器5(外部空气经返料风机6送入返料器5内作为返料风)重新送入循环流化床气化炉1。通过颗粒循环可使炉内运行温度上下分布均匀，同时也可使固体颗粒物料反应更加充分。
外部空气经燃料风机24送入二级空气预热器19、一级空气预热器18加热到300～400℃后作为燃料风并通过多级燃料风管8送入燃烬炉7内。从高效分离器4出来的可燃气体(以CO、氢气为主)及含碳飞灰进入燃烬炉7后与送入的燃料风充分燃烧，燃烧温度维持在800-1000℃。为保证燃烧产生的氮氧化物排放浓度降低到50mg/Nm3以下，在燃烬炉7下部出口处布置SNCR脱硝装置9。燃烧后的高温烟气从燃尽炉7排出后进入余热回收装置10。
外界水经省煤器17预热后依次送入水冷壁11、低温过热器12及高温过热器14并与高温烟气进行换热，最后产生过热蒸汽。所产过热蒸汽可用于发电或工业供热。做完功后的蒸汽经第二再热器16、第一再热器13再一次加热后可重新用于发电或工业供热。从余热回收装置10排出的烟气进入尾部烟道15依次与第二再热器16、省煤器17、一级空气预热器18、二级空气预热器19换热后，并经过除尘器20除尘后由引风机21吸出后经烟囱22排入大气中。
下面以具体实际的参数进一步验证本发明的使用效果：
常温空气经流化风机23送入二级空气预热器19、一级空气预热器18加热到350℃后作为气化风，送入循环流化床气化炉1内。0-8mm低热值煤(煤泥、煤矸石、洗中煤等)经给料机2给入循环循环流化床气化炉1内后与气化风发生部分燃烧气化反应，反应温度900℃左右，反应产生高温CO、H2及CH4等气化气、细炭颗粒及少量细灰颗粒。细炭颗粒和少量细灰颗粒随气化气经高效分离器4分离下来后通过返料器5重新送入循环流化床气化炉1内进行燃烧气化反应。从高效分离器4顶部排出的气化气进入燃烬炉7内。外部空气经燃料风机24送入二级空气预热器19、一级空气预热器18加热到380℃后通过多级燃料风管8送入燃烬炉7内并与气化气发生燃烧，燃烧温度维持在970℃。燃烧后产生的烟气进入余热回收装置10后先后与高温过热器14、第一再热器13及低温过热器12进行热交换。高温过热器14产生压力25Mpa、温度570℃的超临界蒸汽，第一再热器13产生压力3.2Mpa、温度570℃的中压再热蒸汽。所产超临界蒸汽和中压再热蒸汽可用于超临界发电机组发电供热。
从尾部烟道15排出的烟气温度为150℃左右，烟气中NOx浓度通过烟气分析仪测得，在SNCR装置11未投入工作下为65mg/Nm3左右，在投入工作下为15mg/Nm3左右(全部折算到6％氧量下)，低于NOx国家超低排放标准浓度50mg/Nm3的限值。从尾部烟道15排放出的含尘烟气经除尘器20净化后，含尘浓度为12mg/m3(折算到6％氧量下)，达到国家允许的排放标准。
实施例2
如图2所示，一种低热值煤炭循环流化床分级燃烧系统，本实施例中，包括依次连接的循环流化床气化炉1、高效分离器4、燃烬炉7、余热回收装置10、尾部烟道15、除尘器20、引风机21和烟囱22。
与实施例1相比，本实施例的区别仅在于余热回收装置10和尾部烟道15中均不设有再热器。余热回收装置10的内部按烟气流向从下往上依次设有高温过热器14和低温过热器12。
尾部烟道15的上部设有省煤器17，下部设有一级空气预热器18和二级空气预热器19。省煤器17的输出端与汽包25的进口连接，汽包25的饱和水出口与水冷壁11的下端入口连接，水冷壁11的上端出口与汽包25的进口连接；汽包25的饱和蒸汽出口与低温过热器12的输入端连接，低温过热器12的输出端与高温过热器14的输入端连接，高温过热器14的输出端连接至外部供热设备。
工艺流程：外部常温空气经流化风机23送入二级空气预热器19、一级空气预热器18加热到300～400℃后作为气化风，送入循环流化床气化炉1内。一定粒径的低热值煤炭颗粒经给料机2送入循环循环流化床气化炉后1与送入的流化风混合燃烧气化，燃烧气化所释放的热量用于将入炉的低热值煤与一次风燃烧所产生的灰渣气体维持在850-950℃的运行温度，以实现石煤在炉内高效转化。由于循环循环流化床气化炉1的炉膛没有布置受热面来吸收燃烧气化所释放的热量，因此通过控制循环循环流化床气化炉1内燃烧释放热量大小可控制循环循环流化床气化炉1的运行温度，实现低热值煤炭(含石煤、煤矸石)的稳定可靠的燃烧运行。
循环循环流化床气化炉1内缺氧条件下燃烧气化所产生的可燃气携带固体颗粒进入高效分离器4进行气固离，分离下来的固体颗粒经返料器5(外部空气经返料风机6送入返料器5内作为返料风)重新送入循环循环流化床气化炉1。通过颗粒循环可使炉内运行温度上下分布均匀，同时也可使固体颗粒物料反应更加充分。
外部空气经燃料风机24送入二级空气预热器19、一级空气预热器18加热到300～400℃后作为燃料风并通过多级燃料风管8送入燃烬炉7内。从高效分离器4出来的可燃气体(以CO、氢气为主)及含碳飞灰进入燃烬炉7后与送入的燃料风充分燃烧，燃烧温度维持在800-1000℃。为保证燃烧产生的氮氧化物排放浓度降低到50mg/Nm3以下，在燃烬炉7下部出口处布置SNCR脱硝装置9。燃烧后的高温烟气从燃尽炉7排出后进入余热回收装置10。
外界水经省煤器17预热后形成汽水混合物，送入汽包25内发生汽水分离，分离出的饱和水被送入至水冷壁11内进一步加热成饱和蒸汽重返汽包25内进行汽水分离。汽包25内所产饱和蒸汽依次送入低温过热器12、高温过热器14形成中温中压低参数过热蒸汽。所形成的过热蒸汽直接外供使用。从余热回收装置10排出的烟气进入尾部烟道15依次与省煤器17、一级空气预热器18、二级空气预热器19换热后，并经过除尘器20除尘后由引风机21吸出后经烟囱22排入大气中。
下面以具体实际的参数进一步验证本发明的使用效果：
常温空气经流化风机23送入二级空气预热器19、一级空气预热器18加热到350℃后作为气化风，送入循环流化床气化炉1内。0-6mm石煤经给料机2给入循环流化床气化炉1内后与气化风发生部分燃烧气化反应，反应温度950℃左右，反应产生高温CO、H2及CH4等气化气、细炭颗粒及少量细灰颗粒。细炭颗粒和少量细灰颗粒随气化气经高效分离器4分离下来后通过返料器5重新送入循环流化床气化炉1内进行燃烧气化反应。从高效分离器4顶部排出的气化气进入燃烬炉7内。
外部空气经燃料风机24送入二级空气预热器19、一级空气预热器18加热到350℃后通过多级燃料风管8送入燃烬炉7内并与气化气发生燃烧，燃烧温度维持在920℃。燃烧后产生的烟气进入余热回收装置10后先后与高温过热器14、低温过热器12进行热交换。高温过热器14产生压力3.83Mpa、温度450℃的中压蒸汽。所产中压蒸汽可用于发电或工业供热。
从尾部烟道15排出的烟气温度为130℃左右，烟气中NOx浓度通过烟气分析仪测得，在SNCR脱硝装置9未投入工作下为36mg/Nm3左右，(折算到6％氧量下)，低于NOx国家超低排放标准浓度50mg/Nm3的限值。从尾部烟道15排放出的含尘烟气经除尘器20净化后，含尘浓度为10mg/m3(折算到6％氧量下)，达到国家允许的排放标准。
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种低热值煤炭循环流化床分级燃烧系统，其特征在于，包括依次连接的循环流化床气化炉、高效分离器、燃烬炉、余热回收装置和尾部烟道；
所述循环流化床气化炉的下部设有给料机，底部设有排渣阀；
所述循环流化床气化炉的上部与高效分离器的上部连通，高效分离器的下部通过返料器与循环流化床气化炉的下部连接；
所述高效分离器的上端与燃烬炉的上端连通，所述燃烬炉的上部布置多级燃料风管，下部设置有SNCR脱硝装置；
所述燃烬炉的下部与余热回收装置的下部连通，余热回收装置的上部与尾部烟道的上部连通，所述尾部烟道的下端依次与除尘器、引风机和烟囱连接。
2.根据权利要求1所述的低热值煤炭循环流化床分级燃烧系统，其特征在于，所述尾部烟道的下部设有一级空气预热器和二级空气预热器，所述二级空气预热器的输入端连接有流化风机和燃料风机；其中，流化风机与二级空气预热器、一级空气预热器和循环流化床气化炉下部依次连接，燃料风机与二级空气预热器、一级空气预热器和多级燃料风管依次连接。
3.根据权利要求1所述的低热值煤炭循环流化床分级燃烧系统，其特征在于，所述的返料器连接有返料风机。
4.根据权利要求1所述的低热值煤炭循环流化床分级燃烧系统，其特征在于，所述余热回收装置的内腔四周敷设水冷壁。
5.根据权利要求4所述的低热值煤炭循环流化床分级燃烧系统，其特征在于，所述余热回收装置的内部按烟气流向从下往上依次设有高温过热器、第一再热器和低温过热器；
所述尾部烟道的上部设有第二再热器和省煤器；所述第一再热器的输入端与第二再热器的输出端连接；
所述省煤器的输出端与水冷壁的下端入口连接，所述水冷壁的上端出口与低温过热器的输入端连接，所述低温过热器的输出端与高温过热器的输入端连接，所述高温过热器的输出端连接至外部供热设备。
6.根据权利要求4所述的低热值煤炭循环流化床分级燃烧系统，其特征在于，所述余热回收装置的内部按烟气流向从下往上依次设有高温过热器和低温过热器；
所述尾部烟道的上部设有省煤器，所述省煤器的输出端与汽包的进口连接，所述汽包的饱和水出口与水冷壁的下端入口连接，所述水冷壁的上端出口与汽包的进口连接；所述汽包的饱和蒸汽出口与低温过热器的输入端连接，所述低温过热器的输出端与高温过热器的输入端连接，所述高温过热器的输出端连接至外部供热设备。
7.根据权利要求1所述的低热值煤炭循环流化床分级燃烧系统，其特征在于，所述循环流化床气化炉的反应温度为850～950℃。
8.根据权利要求1所述的低热值煤炭循环流化床分级燃烧系统，其特征在于，所述燃烬炉的温度控制在800～1000℃。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114738725A (zh) * | 2022-05-06 | 2022-07-12 | 西安交通大学 | 煤基固体废弃物预热直燃及余热梯级利用系统、操作方法 |
| CN115505759A (zh) * | 2022-09-07 | 2022-12-23 | 北京华能长江环保科技研究院有限公司 | 用于石煤提硒提钒综合利用的流化床系统及综合利用方法 |
| CN116462431A (zh) * | 2023-04-28 | 2023-07-21 | 天津水泥工业设计研究院有限公司 | 一种基于水泥烧成系统的煤矸石热活化煅烧工艺及系统 |
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2021
- 2021-11-24 CN CN202111403634.8A patent/CN114034028A/zh active Pending
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