CN117346136A - 一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉及其运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及循环流化床锅炉技术领域，公开了一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉及其运行方法，该循环流化床锅炉，包括炉膛、水冷风室、再热汽汽冷分离器、过热汽汽冷分离器、前烟道、后烟道，水冷风室设于炉膛底部，炉膛、再热汽汽冷分离器、前烟道依次连通，炉膛、过热汽汽冷分离器、前烟道依次连通，前烟道、后烟道、后竖井烟道依次连通。本发明解决了现有技术存在的难以提高发电量等问题。
Description
技术领域
本发明涉及循环流化床锅炉技术领域，具体是一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉及其运行方法。
背景技术
循环流化床锅炉具有燃料适应性广、燃烧效率高、污染物排放低等优势。从国内外CFB锅炉应用实例来看，CFB锅炉几乎可以燃尽各种难燃物料，这使得其成为燃用各类废弃物料供热供汽供电的不二选择。基于此特性，循环流化床锅炉被广泛应用于生活垃圾和工业废弃物焚烧发电供热领域。
受益于国家经济不断发展，人民生活水平持续提升，但是随着生活水平提高，个人生活垃圾产量、工业废弃物产量以及垃圾热值都相应大幅上升。这给后端垃圾焚烧设备带来了巨大挑战，大量的垃圾焚烧厂都处于超负荷运行状态，使得垃圾焚烧设备寿命及可靠性降低，进而影响垃圾处理效率，导致恶性循环。
我国垃圾焚烧发电的盈利主要来自两个方面，垃圾处理费和发电收益。随之市场竞争的激烈，加之城市固废的总量基本固定，垃圾处理费收益总量有限，使得垃圾电厂盈利能力下降，广大垃圾电厂运营方希望通过提高蒸汽参数，增加发电量以此来保证盈利能力。众所周知，提高主汽温度压力，或者设置再热器都可以提高机组的发电收益。目前已投运的垃圾焚烧发电机组，主汽参数基本在400℃～485℃，4.0Mpa～6.4Mpa的范围内，相比燃煤机组，参数明显偏低。究其原因，是由于通常入炉燃料中氯、硫、碱金属以及重金属等元素含量较高，这些成分在高温焚烧后会生产HCl气体和NaCl、KCl等沉积盐，引起受热面的高温腐蚀问题，对不带再热的机组，当主汽温度和压力超过450℃，6.4Mpa后，高温级受热面腐蚀速度极快，即使是采用堆焊熔敷等技术手段，仍无法满足长周期稳定连续处理垃圾的需求。对带炉内再热的机组来说，由于再热器加入对流受热管系，过热器入口烟气被迫提高，受实际运行工况波动和锅炉沾污等各种因素影响，高温过热器和高温再热器腐蚀风险较高。
受高温级过热器和高温级再热器高温腐蚀风险的限制，目前在运的垃圾焚烧锅炉难以通过提高蒸汽参数提高发电量，进而影响垃圾焚烧电厂收益。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉及其运行方法，解决现有技术存在的难以提高发电量等问题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉，包括炉膛、水冷风室、再热汽汽冷分离器、过热汽汽冷分离器、前烟道、后烟道，水冷风室设于炉膛底部，炉膛、再热汽汽冷分离器、前烟道依次连通，炉膛、过热汽汽冷分离器、前烟道依次连通，前烟道、后烟道、后竖井烟道依次连通。
作为一种优选的技术方案，还包括一次风加热器、二次风加热器、高温省煤器、低温省煤器，高温省煤器、低温省煤器均设于后竖井烟道内，高温省煤器设于低温省煤器上方，高温省煤器、一次风加热器、低温省煤器依次连通，高温省煤器、二次风加热器、低温省煤器依次连通。
作为一种优选的技术方案，还包括设于后烟道内的从上至下设置的低温再热器、中温过热器、低温过热器、水冷管束，低温再热器与再热汽汽冷分离器连通，中温过热器与过热汽汽冷分离器连通，中温过热器与低温过热器连通。
作为一种优选的技术方案，还包括设于后烟道内的水力吹灰装置。
作为一种优选的技术方案，还包括锅筒，锅筒与水冷风室、炉膛、前烟道、后烟道、水冷管束分别连通。
作为一种优选的技术方案，再热汽汽冷分离器、过热汽汽冷分离器均为冷却式旋风分离器。
作为一种优选的技术方案，再热汽汽冷分离器、过热汽汽冷分离器的入口烟速均为25～30m/s。
作为一种优选的技术方案，炉膛的流化速度为3～4m/s，炉膛的燃烧温度为850℃～880℃。
所述的一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉的运行方法，循环流化床锅炉运行时，燃料进入炉膛燃烧，燃烧产生的热烟气将一部分热量传递给炉膛，然后分别流经再热汽汽冷分离器、过热汽汽冷分离器进行气固分离，分离后的烟气进入前烟道，向下流动并在底部180°转向后向上进入后烟道，然后进入后竖井烟道。
所述的一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉的运行方法，循环流化床锅炉运行时，燃料进入炉膛燃烧，燃烧产生的热烟气将一部分热量传递给炉膛，然后分别流经再热汽汽冷分离器、过热汽汽冷分离器进行气固分离，分离后的烟气进入前烟道，向下流动并在底部180°转向后向上进入后烟道，依次流经布置在后烟道中的水冷管束、低温过热器、中温过热器、低温再热器后，进入后竖井烟道，对布置在后竖井烟道中的高温省煤器、低温省煤器放热后离开循环流化床锅炉。
本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：
(1)本发明中，旋风分离器采用冷却式分离器，将其作为高温级受热面，膜式壁受热面敷设耐磨材料，防磨的同时也避免了高温烟气对管子的高温腐蚀问题，很好地解决了焚烧废弃物的循环流化床锅炉由于高温腐蚀限制其蒸汽参数提升的问题，保证锅炉连续运行的可靠性；
(2)本发明提出了将高温级过热器、高温再热器与旋风分离器相结合，从而有效改善高温级受热面腐蚀问题；对于开发高参数化的CFB垃圾锅炉有重要意义，是一种具有前瞻性的技术方案，可提高电厂的运行经济性。
附图说明
图1为发明所述的一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉的结构示意图；
图2为图1的局部放大图。
附图中标记及其相应的名称：1、一次风加热器，2、水冷风室，3、炉膛，4、再热汽汽冷分离器入口烟道，5、再热汽汽冷分离器，6、过热汽汽冷分离器，7、前烟道，8、水力吹灰装置，9、后烟道，10、水冷管束，11、低温过热器，12、中温过热器，13、低温再热器，14、高温省煤器，15、低温省煤器，16、锅筒，17、二次风加热器，18、再热汽汽冷分离器出口烟道，19、过热汽汽冷分离器入口烟道，20、过热汽汽冷分离器出口烟道,21、后竖井烟道。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1至图2所示，当前流化床锅炉普遍将分离器作为水冷受热面的一部分或者作为低温级过热器受热面使用，其主要目的是减少分离器散热损失，而本发明提出了一种燃用废弃物高效高参数循环流化床锅炉方案，将高温级过热器、高温级再热器与旋风分离器相结合，从而有效改善高温级受热面高温腐蚀问题。
本发明的目的是解决常规循环流化床锅炉对流受热面系统布置上，因垃圾焚烧烟气中大量氯、硫、碱金属以及重金属等元素存在，导致位于600℃及以上烟气环境中，工质温度超过400℃的高温级对流受热面易腐蚀，而限制主蒸汽参数提升和增加再热对流受热面后加剧腐蚀的问题。本发明提出了一种高效高参数循环流化床垃圾锅炉方案，实施该方案，高温级受热面受薄型浇注料保护，可有效控制垃圾焚烧循环流化床锅炉内高温腐蚀的情况，实现提高蒸汽参数提升发电效益。
本发明提供一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉：
第一部分为全膜式水冷壁结构组成的炉膛3,在炉膛3前墙沿宽度方向布置有水冷管屏受热面、过热器受热面、给煤口、二次风口，在炉膛3底部有由水冷壁管弯制围成的风室，风室接有两个床下点火风道，每个点火风道配有加热床料的油燃烧器，在炉膛3后墙沿宽度方向布置有回料器返料接口、二次风接口、排渣口。炉膛3的流化速度为3～4m/s左右，燃烧温度控制在850℃～880℃。
第二部分为高温汽冷式旋风分离器和回料器，旋风分离器内壁敷设薄型高传热系数浇筑料，旋风分离器布置在钢架内，在旋风分离器下端各布置一台回料器，将旋风分离器分离下来的物料经回料器直接返回炉膛3。
第三部分为冷却式烟道，为了减缓燃用垃圾导致的尾部受热面的沾污积灰和高温腐蚀，冷却式烟道一分为二，按烟气流程分为下行水冷烟道(前烟道7)和上行水冷烟道(后烟道9)，为缓解对流受热面高温腐蚀及沾污，适当避开高温烟气区间，下行水冷烟道为空烟道，下行水冷烟道可实现烟温降超过100℃，可将烟温降至700-750℃区间，然后在进入上行水冷烟道后再依次布置水冷管束10、中温过热器12、低温过热器11、低温再热器13，将烟温降至650℃以内，可解决尾部对流受热面的高温腐蚀和沾污结渣问题，从而实现燃用生活垃圾的高参数带再热循环流化床锅炉安全稳定长期运行。
第四部分为水力吹灰装置8，为去除包墙管壁表面沾污和结垢，在下行水冷烟道设置有水力吹灰装置8。通过水力吹灰装置8可以使得沾污于管壁的结渣在水受热快速膨胀的过程中，渣的体积得到膨胀后破碎掉落，然后通过输灰装置排放输送至灰渣库。
第五部分为尾部竖井包墙。包墙为绝热式结构，其内部沿烟气流动方向布置有高温级省煤器、低温级省煤器。到锅炉尾部出口时，烟温已降至190℃左右。顺利完整的实现了生活垃圾的燃烧利用。
CFB锅炉的原理已是一种公开的技术，本发明不再重复叙述。
本发明提供一种可实现高效高参数带再热循环流化床垃圾锅炉，如图1所示，总体上由炉膛3、旋风分离器、尾部竖井烟道、省煤器烟道等部件组成。旋风分离器下方设置有回料装置，将分离下来的固体物料送回炉膛3。炉膛3、分离器、尾部竖井烟道均是由膜式壁围成，炉膛3下部设置有给燃料装置和二次风管，炉膛3底部设置有流化床，所述流化床处设置有点火装置和一次风。
优选的，CFB锅炉为带再热功能的锅炉，高温汽冷式旋风分离器数量至少为2个。
优选的，尾部竖井烟道中心线设置膜式壁全分隔墙，将竖井烟道分为前后两个烟道，来自分离器出口的烟气首先进入前烟道7，向下流动在底部180°转向，向上进入后烟道9(上行烟道)。前烟道7为空烟道，后烟道9从下往上依次布置低温过热器11、中温过热器12、低温再热器13对流受热面，省煤器烟道中从上到下依次布置二级省煤器、一级省煤器。锅炉一二次风不与烟气直接换热，以避免管式空预器的低温腐蚀问题。
优选的，锅炉汽水系统包括省煤器、锅筒16、水冷系统、低温过热器11、中温过热器12、高温过热器、低温再热器13、高温再热器及其连接管道。给水依次流经一级省煤器，风加热器(空预器)，二级省煤器后，进入锅筒16，锅筒16中的炉水通过下降管进入炉膛3水冷壁、竖井烟道包墙(含全分隔墙)和水冷管束10，被加热成为汽水混合物，回到锅筒16进行汽水分离，分离出来的炉水(饱和水)进入下降管参与下一次循环。分离出来的饱和蒸汽先后流经低温过热器11、中温过热器12受热后，再进入过热汽汽冷分离器6膜式壁(高温过热器)管中继续升温后引出，送入汽轮机高压缸做功。来自汽轮机高压缸出口的低温再热蒸汽首先进入低温再热器13，再进入再热汽汽冷式分离器5膜式壁(高温再热器)管中继续升温后引出，送入汽轮机中压缸做功。
优选的，锅炉运行时，燃料进入炉膛3燃烧，燃烧产生的热烟气将一部分热量传递给炉膛3水冷壁，然后流经旋风分离器进行气固分离，分离下来较为干净的烟气进入水冷竖井烟道前烟道7，向下流动在底部180°转向后向上进入竖井烟道后烟道9，依次流经布置在后烟道9中的水冷管束10、低温过热器11、中温过热器12和低温再热器13后，进入后竖井烟道，对布置在省煤器烟道(后竖井烟道21)中的二级省煤器、一级省煤器放热后离开锅炉，经尾部烟气净化系统后进入烟囱，排向大气。
优选的，本实施例中，中温过热器12的蒸汽温度为400℃～450℃，低温过热器11的蒸汽温度为300℃～400℃，低温再热器13的蒸汽温度为280℃～400℃，高温过热器的蒸汽温度为450℃～540℃，高温省煤器14的蒸汽温度为150℃～220℃，低温省煤器15的蒸汽温度为130℃～200℃。
本发明中，旋风分离器采用冷却式分离器，将其作为高温级受热面，膜式壁受热面敷设耐磨材料，防磨的同时也避免了高温烟气对管子的高温腐蚀问题，很好地解决了焚烧废弃物的循环流化床锅炉由于高温腐蚀限制其蒸汽参数提升的问题，保证锅炉连续运行的可靠性。
本发明提出了一种燃用废弃物的高效高参数循环流化床垃圾锅炉方案，将高温级过热器、高温再热器与旋风分离器相结合，从而有效改善高温级受热面腐蚀问题。对于开发高参数化的CFB垃圾锅炉有重要意义，是一种前瞻性的专利保护。通过本发明的实施，可提高电厂的运行经济性。
实施例2
如图1至图2所示，作为实施例1的进一步优化，在实施例1的基础上，本实施例还包括以下技术特征：
烟风侧：
一次风加热器1与二次风加热器17并联。从一次风机出来的大部分空气经一次风加热器1加热后，通过床下点火风道进入炉底水冷风室2，然后通过布风板上的风帽进入炉膛3，使床料均匀流化，并形成向上通过炉膛3的气固两相流，为保证足够的燃烧停留时间，取炉膛3断面速度3～4m/s。被破碎分选后的燃料(最长边不大于80mm)从布置在前墙的给料口送入炉膛3下部的密相区内，与空气、流化的高温床料充分混合，着火燃烧。从二次风机出来的空气经过二次风加热器17加热后，通过布置在炉膛3前后墙的二次风口送入炉膛3，为燃料燃烧补充足够的燃烧用风，并使炉内流场产生强烈的扰动，确保燃料的燃尽，减少一氧化碳(CO)的生成。
布置合适炉膛3水冷壁受热面，经过燃烧和传热的匹配将炉膛3上二次风口以上温度控制在850℃～880℃之间，上二次风口至炉膛3出口的高度不低于15米，因此烟气在炉膛3内850℃以上温度区间的停留时间远远超过2秒，满足相关环保标准要求。
燃烧产生的烟气携带大量床料经炉顶转向，通过位于后墙水冷壁上部的烟气出口(2个～4个)，进入冷却式旋风分离器(再热汽汽冷分离器5、过热汽汽冷分离器6)进行气—固分离，为保证分离效率，取分离器入口烟速25～30m/s，分离器断面上升速度5～7m/s。大部分的颗粒被分离下来经过回料器返回炉膛3。烟气经再热汽汽冷分离器入口烟道4进入再热汽汽冷分离器5后，由再热汽汽冷分离器出口烟道18接入前烟道7；烟气经过热汽汽冷分离器入口烟道19进入过热汽汽冷分离器6后，由过热汽汽冷分离器出口烟道20接入前烟道7。分离后含少量飞灰的干净烟气进入水冷竖井烟道的前烟道7,前烟道7内不布置受热面，烟气向前烟道7四周膜式壁放热，在前烟道7出口，烟温降至700-750℃，为保证机组长期运行，水冷空烟道(前烟道7)内设置有水力吹灰装置8，通过水力吹灰装置8可以使得沾污于管壁的结渣在水受热快速膨胀的过程中，渣的体积得到膨胀后破碎掉落，然后通过输灰装置排放输送至灰渣库。然后烟气依次进入水冷烟道的上行烟道(后烟道9)，水冷上行烟道(后烟道9)内，首先布置水冷管束10，烟气通过水冷管束10后，烟温将降至650℃以下。然后烟气通过水冷上行烟道(后烟道9)的低温过热器11受热面和中温过热器12后，烟温将降至380℃以下。最后进入采用绝热式结构的尾部竖井下行烟道(后竖井烟道21)，沿烟气流动方向依次经过高温省煤器14和低温省煤器15受热面。整体控制尾部烟气速度最高不超过6m/s。到锅炉尾部出口时，烟温已降至190℃左右。顺利完整的实现了废弃物的燃烧利用。
汽水侧：
锅炉汽水系统包括省煤器(高温省煤器14和低温省煤器15)、锅筒16、水冷系统、低温过热器11、中温过热器12、过热汽汽冷分离器6及其连接管道，低温再热器13、再热汽汽冷分离器5及其管道。
锅炉给水首先从单端引入尾部烟道低温省煤器15进口集箱，逆流向上经过水平布置的低温省煤器15管组(序号15)进入低温省煤器15出口集箱，随后进入布置在锅炉侧面的风空气加热器(一次风加热器1以及二次风加热器17)，将空气加热后，进入尾部烟道高温省煤器14，逆流向上经过水平布置高温省煤器14管组进入出口集箱。通过省煤器引出管从锅筒16封头进入锅筒16。
高参数带再热燃用废气CFB锅炉为自然循环锅炉。锅炉的水循环采用集中供水，分散引入、引出的方式。给水引入锅筒16水空间，并通过集中下降管和下水连接管进入水冷壁和水冷垂直烟道(前烟道7、后烟道9)包墙进口集箱。锅水在向上流经炉膛水冷壁(水冷风室2、炉膛3)、水冷垂直烟道(前烟道7、后烟道9)包墙的过程中被加热成为汽水混合物，经各自的上部出口集箱通过汽水引出管引入锅筒16进行汽水分离。被分离出来的水重新进入锅筒16水空间，并进行再循环，被分离出来的饱和蒸汽从锅筒16顶部的蒸汽连接管引出。
饱和蒸汽从锅筒16引出后，由饱和蒸汽连接管引入位于垂直后烟道9(上行烟道)的低温过热器11进口集箱，后由连接管依次引入中温过热器12及过热汽汽冷分离器6后汇入过热器出口集箱，最后合格的过热蒸汽由过热汽汽冷分离器6出口集箱单侧引出。
过热器系统采取调节灵活的喷水减温作为汽温调节和保护各级受热面管子的手段，整个过热器系统共布置有两级喷水。一级减温器布置在低温过热器11出口至中温过热器12入口管道上，控制和调节中温过热器12出口汽温；二级减温器位于中温过热器12与过热汽汽冷分离器6之间的连接管道上，控制和调节过热汽汽冷分离器6出口汽温。
再热汽从汽轮机引出后，由再热蒸汽连接管引入位于垂直后烟道9(上行烟道)的低温再热器13进口集箱，后由连接管引入再热汽汽冷分离器5后汇入再热器出口集箱，最后合格的再热蒸汽由再热汽汽冷分离器5出口集箱单侧引出。
再热器系统采取调节灵活的喷水减温作为汽温调节和保护各级受热面管子的手段，整个再器系统共布置有单级喷水。减温器布置在低温再热器13出口至再热汽汽冷分离器5入口管道上，控制和调节再热汽汽冷分离器5出口汽温。
以上是锅炉方案的流程描述。
本发明的应用于高效高参数燃用废弃物循环流化床锅炉，是一种具有前瞻性的技术方案。
如上所述，可较好地实现本发明。
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉，其特征在于，包括炉膛(3)、水冷风室(2)、再热汽汽冷分离器(5)、过热汽汽冷分离器(6)、前烟道(7)、后烟道(9)，水冷风室(2)设于炉膛(3)底部，炉膛(3)、再热汽汽冷分离器(5)、前烟道(7)依次连通，炉膛(3)、过热汽汽冷分离器(6)、前烟道(7)依次连通，前烟道(7)、后烟道(9)、后竖井烟道(21)依次连通。
2.根据权利要求1所述的一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉，其特征在于，还包括一次风加热器(1)、二次风加热器(17)、高温省煤器(14)、低温省煤器(15)，高温省煤器(14)、低温省煤器(15)均设于后竖井烟道(21)内，高温省煤器(14)设于低温省煤器(15)上方，高温省煤器(14)、一次风加热器(1)、低温省煤器(15)依次连通，高温省煤器(14)、二次风加热器(17)、低温省煤器(15)依次连通。
3.根据权利要求2所述的一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉，其特征在于，还包括设于后烟道(9)内的从上至下设置的低温再热器(13)、中温过热器(12)、低温过热器(11)、水冷管束(10)，低温再热器(13)与再热汽汽冷分离器(5)连通，中温过热器(12)与过热汽汽冷分离器(6)连通，中温过热器(12)与低温过热器(11)连通。
4.根据权利要求3所述的一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉，其特征在于，还包括设于后烟道(9)内的水力吹灰装置(8)。
5.根据权利要求3所述的一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉，其特征在于，还包括锅筒(16)，锅筒(16)与水冷风室(2)、炉膛(3)、前烟道(7)、后烟道(9)、水冷管束(10)分别连通。
6.根据权利要求1所述的一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉，其特征在于，再热汽汽冷分离器(5)、过热汽汽冷分离器(6)均为冷却式旋风分离器。
7.根据权利要求1所述的一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉，其特征在于，再热汽汽冷分离器(5)、过热汽汽冷分离器(6)的入口烟速均为25～30m/s。
8.根据权利要求1至7任一项所述的一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉，其特征在于，炉膛(3)的流化速度为3～4m/s，炉膛(3)的燃烧温度为850℃～880℃。
9.权利要求1至8任一项所述的一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉的运行方法，其特征在于，循环流化床锅炉运行时，燃料进入炉膛(3)燃烧，燃烧产生的热烟气将一部分热量传递给炉膛(3)，然后分别流经再热汽汽冷分离器(5)、过热汽汽冷分离器(6)进行气固分离，分离后的烟气进入前烟道(7)，向下流动并在底部180°转向后向上进入后烟道(9)，然后进入后竖井烟道(21)。
10.权利要求3至5任一项所述的一种燃烧废弃物的循环流化床锅炉的运行方法，其特征在于，循环流化床锅炉运行时，燃料进入炉膛(3)燃烧，燃烧产生的热烟气将一部分热量传递给炉膛(3)，然后分别流经再热汽汽冷分离器(5)、过热汽汽冷分离器(6)进行气固分离，分离后的烟气进入前烟道(7)，向下流动并在底部180°转向后向上进入后烟道(9)，依次流经布置在后烟道(9)中的水冷管束(10)、低温过热器(11)、中温过热器(12)、低温再热器(13)后，进入后竖井烟道(21)，对布置在后竖井烟道(21)中的高温省煤器(14)、低温省煤器(15)放热后离开循环流化床锅炉。
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