CN1197477A - 采用熔融室燃烧的燃煤发电厂的燃烧装置的运行方法及按此方法工作的燃烧装置 - Google Patents

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Abstract

采用熔融室燃烧的燃煤发电厂的燃烧装置的运行方法及按此方法工作的燃烧装置,在燃煤发电厂的燃烧装置中由烟气流夹杂带走的飞灰里存在最多高达50%的可燃成分。为通过完全燃尽而获得高效率,采用熔融室燃烧的现代化燃煤发电厂具有一个飞灰回路通入燃烧室。但煤颗粒及烟灰颗粒在燃烧循环中平均停留时间由此增加。本发明提出一种按熔融室燃烧方法工作的燃煤发电厂的燃烧装置的运行方法及一种按此方法工作的带有熔融室的燃烧装置,其中,为促进煤燃尽,向煤中附加输入一种含钛材料。以这种方式提高了燃料处理量,从而导致发电厂的功率提高。

Description

采用熔融室燃烧的燃煤发电厂的 燃烧装置的运行方法及 按此方法工作的 燃烧装置
本发明涉及一种采用熔融室燃烧的燃煤发电厂的燃烧装置的运行方法。此外，本发明还涉及一种实施该方法的燃烧装置。
在燃煤发电厂的燃烧装置运行方面主要有两种不同的燃烧技术，即干燥燃烧法和熔融室燃烧方法。在干燥燃烧法中，燃烧室内的温度低于烟灰的熔融温度。所产生的烟灰几乎完全由烟气流带走并作为飞尘沉积在后接的沉降系统，如电集尘器中。这些烟灰或灰尘可用作建筑工业中的添加材料。德国专利DE 31 28903 A1已经提出，在干燥燃烧中采用各种金属氧化物作为添加剂，以改善燃烧。
对于熔融室燃烧而言，燃烧室内的燃烧温度高于烟灰的熔融温度，在这种情况下，燃烧室也称为熔融室。在正常运行条件下，该温度约为1500℃。燃烧所用煤的烟灰熔融温度可变化很大并主要取决于三氧化二铝Al2O3和二氧化硅SiO2的含量。烟灰的绝大部分在燃烧室底板上形成熔融物并通过排出口到达位于其下方的湿式除渣装置。它们为水池，流出的熔体灰渣在水池中被接积和淬火。在此形成的主要由硅酸铝组成的颗粒(熔融室颗粒)具有粗结构。这种粒料是修路材料，例如也被用作松散物料及散射或辐射材料。由烟气流夹杂的飞灰由最高达50％的可燃成份，(碳和/或部分燃烧的碳氢化合物)组成，它们被沉积在电滤器中。
对于非常有效的熔融室运行，即完全烧尽、快速的燃料转换及避免NOx形成而言，燃烧室或熔融室温度必须与烟灰的熔融温度彼此相当。因此，煤的组成(烟灰的熔融温度根据该组成在1300℃到1700℃之间变化)决定了燃煤电厂的设计，如燃烧室尺寸确定。通过石灰石混合能使烟灰的熔融温度降低。经验表明，通过向煤中混入约2％的石灰石，能使烟灰的熔融温度降低约100℃。这种方法为燃烧工作提供了规则。
为了通过燃料充分燃尽而获得高的效率，在按熔融室燃烧方法作业的现代化燃煤发电厂中，飞灰借助一个独立的飞灰回路被重新吹入燃烧室内。在这种情况下，燃烧室或熔融室的所有烟灰形成熔渣并以通常方式被除渣。
虽然借助飞灰回路可达到燃料完全燃尽，但煤颗粒或烟灰颗粒在燃烧循环中的平均停留时间增加。作为缺点，限制了煤的最大处理量并因此限制了发电厂的潜在功率。
本发明的目的在于，提供一种使按熔融室燃烧法工作的发电厂运行的有益方法。利用该方法，可提高燃料处理量并因此提高发电厂功率。这一目的将借助一种适合实施该方法的具有特别简单装置的燃烧设备来实现。
就方法而言，本发明的目的这样来实现，即为催促熔融室的煤燃尽，额外向煤中输入一种含钛材料，其中，以二氧化钛TiO2计量所存在的钛，二氧化钛与煤的最高比例为3∶97。
本发明基于这样的考虑，二氧化钛能促进燃烧室内煤燃尽并因此增加了煤的处理量，这又导致发电厂功率提高。
对于有效的燃烧过程而言，烟灰的粘性和熔融温度应像开头所述的那样不随含钛材料的加入量而明显改变。尤其是在熔融室条件下加入以二氧化钛形式存在的钛应不增加在燃烧室后面附着在管道和壁上的成渣式沉积物。已证明，二氧化钛使烟灰或熔渣的熔点降低。由此，由砂式的、不熔的和不粘附的粉灰变成黏性的、流动的和粘附的熔体，这导致在发电厂维护期间的清洗费用和经济损失。不过已发现，二氧化钛在很大程度上从液态灰渣中又重新找回。当钛含量(以二氧化钛计量)低于所送入的煤和含钛材料的总量的3％时，成渣式沉积物的稠度不会改变，因为二氧化钛实际上仅仅存在于液态灰渣中。在优选的实施形式中，二氧化钛含量最高占所送入的煤和含钛材料总量的2.25％。
这一调查结果令人惊奇，因为对于带有干燥燃烧装置的发电厂而言，煤和含钛材料混合物中这样低的二氧化钛含量也已导致燃烧室之后成渣加剧并导致流动的粘稠熔渣。因此这样的含钛添加物尤其适合于采用熔融室燃烧的燃煤发电厂的运行。
含钛材料最好其50％以上由二氧化钛组成。由此，即便在少的加入量情况下就能达到促进煤燃尽的目的。其中具有优点的是，二氧化钛与煤的比例最少为1∶99。
在没有设置通入熔融室的飞灰回路的发电厂设备中，按照本发明的一实施例，以二氧化钛添加的钛很少量地通过飞灰而绝大部分通过液态灰渣被排出。由于二氧化钛不具毒性，不仅液态灰渣，而且飞灰也可如通常那样得以进一步的应用。若煤发电站带有一飞灰回路工作，则产生的飞灰又输回燃烧装置，使得钛实际上仅仅以二氧化钛的形式与所产生的液态灰渣一起被排出。
含钛的材料最好混入煤中，紧接着它与煤一起在一煤碾碎机中被磨碎，并通过一煤传送带，经一燃烧器输送到发电站的燃烧室中。含钛的物料可以特别简单地，但也可以气动地，最好通过飞灰回路吹入燃烧室中。
在很多情况下比较有利的作法是，将燃烧室底的液态灰渣导入一湿式降渣装置中并加工成颗粒状。由此，在混合的含钛物料中的附加料可无危害地熔入相应的颗粒中。
采用这种颗粒作为建筑材料，对环境不构成危害，因为熔入的附加料，例如重金属已不可溶解地结合到颗粒中。
在本发明一特别有利的变型方法中，含钛材料采用用过的，如有待排出的DeNOx-催化剂或钛加工业中的废品。对于用过的DeNOx-催化剂而言，这是一种更便宜的，更适合环境要求的废物处理方法，因为否则需要储存或昂贵的再处理费用。已经证明，仅仅对于那些主要由二氧化钛组成的、含有10％或更多钼的催化剂而言，其重金属(尤其是砷)才能从这样形成的颗粒中在一个可检测的范围内浸析出。对于含有4.5％钼的DeNOx催化剂，尚未发现这种浸析。因此，仅仅对于那些高钼含量的催化剂才有限制。
对于钛加工业(如在联帮德国每年生产约300,000至400,000吨二氧化钛)而言，这种方法也为废品、例如钛熔渣提供了一种更有利的废物处理途径。
就带有熔融室的燃烧装置而言，本发明的上述目的将这样来实现，即通过一个独立的回路向煤中附加输入含钛材料，以促进煤燃尽。
燃烧装置的两种选择结构形式在权利要求15和16中给出。
下面将参照附图对本发明实施例作进一步说明，附图中：
图1为带有熔融室、煤磨碎机、DeNOx装置和造粒机的燃煤发电厂的燃烧设备的示意图；
图2为图1所示的燃煤发电厂外带一个飞尘回路；
图3为所加催化剂量不断增加情况下的飞灰量的示意图；
图4为飞灰中可燃成分含量与煤混合物中催化剂含量的函数关系的第二示意图；
图5-7分别为第三、第四及第五曲线示意图，它们分别表示DeNOx催化剂在熔渣、飞灰及在燃烧室后面的构件内的熔渣式沉降物中其组分含量(TiO2、V2O5、WO3)与煤混合物中催化剂含量的函数关系。
图1所示的本发明第一实施例的燃烧装置1是未进一步示出的燃煤电厂的一部分，它包括一个设置成熔融室2的高温燃烧室及一个通过空压机3的新鲜空气管道4，其中，熔融室2带有至少一个烧嘴2a和一个供料器2b、如煤K的传送带。它还包括一个带有与之毗邻的湿式除渣装置6的排除液体灰渣F的排渣管道5。此外，它还包括一个烟气管道7和串接在烟气管道7内的、带有一个飞灰聚集器9的粉尘过滤装置8，一个烟气脱硫装置10和一个催化的脱氮装置11。烟气管道7通入烟囱12。送料器2b与一个煤磨碎机13相连接，该磨碎机与一个煤库15的送料竖井14和一个用来添加输入含钛材料M的单独的输送管道16相连。在此，燃烧室Z内的煤K的促进燃尽程度通过加入含钛材料的量来调节。在燃煤电厂运行时，煤K从煤库15通过送料竖井14被送入煤磨碎机13。含钛材料M或通过送料管道16和送料竖井14或直接送入煤磨碎机13内并在那里同煤一起磨碎成微细粉尘。这样制得的燃料B通过送料器2b和烧嘴2a到达燃烧室2内。在那里它同通过新鲜空气输入管道4输入的压缩空气L一起燃烧。所产生的燃气RG通过烟气管道7流入粉尘过滤装置8，在此，由烟气夹杂带走的飞灰或飞尘S沉降并通过飞灰聚集器9被排走。现在实际上无粉尘的烟气RG到达烟气脱流装置10并通过一通常表示为DeNOx装置的净化设备11进入烟囱12。
聚集在燃烧室底2c上的液体灰渣F通过排渣管道5被送入湿式排渣装置6并加工成粒料G。
聚集在集料器9上的飞灰S可像通常那样被利用，使用含钛量在3％以下的物料M，最好其中的二氧化钛含量超过50％。在该材料M中含有的填加物或杂质，如重金属不可溶解地熔在粒料G中，该熔融室粒料G可像通常那样用作建筑材料。
在图2所示的本发明第二优选实施例中，采用熔融室燃烧的燃烧装置1具有一个飞灰回路20。它直接通入熔融室燃烧的燃烧室2中。在粉尘过滤器8内停留在集料器9上的飞灰S借助一个外加空压机21气动地吹入燃烧室2内。磨成细粉的含钛材料M借助一个单独的输送管道22与飞灰S混合并随之一起到达燃烧室2内。通过将含钛材料M加入采用熔融室燃烧并带有飞灰回路20的燃煤发电厂的燃烧室2，在同时增加发电厂煤处理量条件下达到特别有效的燃尽。这提高了电厂功率。
在飞灰S中所含的、带有重金属的附加物及二氧化钛不溶解地结合在所形成的熔融室颗粒G中。以这种方式，带有多于50％TiO2含量的用过的DeNOx催化剂可毫无问题地排放。
下面将对实验结果作进一步解释。其中，分量代表质量含量。
例1：含钛材料采用用过的DeNOx催化剂并与煤K混合。作为煤K采用一种高脱碳的高灰分石煤。它根据其脱碳度和易挥发组份的含量属于半无燃煤或处在半无烟煤和无烟煤之间。这种煤的灰份具有通常的熔融特性。所采用的该催化剂约75％由TiO2组成并含有其它催化组份(约11％SiO2、约8％WO3和约1.8％V2O5)。
在催化剂占由催化剂材料和煤组成的混合物含量Mk为0％、1％和3％条件下进行了燃烧室2内的燃烧试验。燃烧室2设置成分别带有一个液体灰渣出口和一个干燥灰渣出口的实验燃烧室。试验了灰份的组成、煤的成渣性能受所添加的用过的催化剂的影响，催化剂含量Mk对燃烧室后加热面的成渣强度的影响及催化剂材料在燃烧残留物内的分布。还进行了燃烧残留物的X射线荧光分析。
图3至7举例示出带有液体灰渣出口的燃烧室的试验结果。图3示出了每公斤煤燃烧时形成的飞灰SM质量与加入的催化剂含量MK的函数关系，它表明，直至催化剂含量MK为3％时，飞灰量SM不变化(曲线a)。令人惊奇的是，催化剂含量明显改善了煤燃尽程度(按烟灰中可燃成份的含量BS计算、见图4中曲线b)。当催化剂含量MK占由煤和催化剂组成的混合物的3％时，烟灰中可燃成份的含量BS与MK＝0时相比由50％降到30％。
图5至7的曲线c、d和e示出了活性催化剂TiO2(图5)、V2O5(图6)和WO3(图7)在熔渣F、飞灰S及熔渣式沉积物中的百分含量。另一令人惊奇的结果是，催化剂主要在熔渣或液体灰渣F(曲线c、图5至7)和部分在飞灰S中(曲线d、图5至7)，而几乎没在熔渣式沉降物(曲线e、图5至7)中发现。随着燃料中催化剂含量MK增加(0-3％)，仅仅TiO2(图5)、V2O5(图6)和WO3(图7)在熔渣F和在飞灰S中的含量明显增加。但在燃烧室之后的成渣式沉降物实际保持不变。
在冷却区段丝毫没有观察到燃烧室后的强烈成渣(表1)。在燃烧室后少量的成渣式沉降物在任何情况下是柔软的、不熔融和不粘附的。实际上，附加的催化剂含量直至到3％时在带有液体排渣口的燃烧室后也不引起成渣性能的改变。由此说明，在沉降物中几乎找不到催化剂。
在具有干燥排渣口(干燥燃烧)的实验燃烧室内进行的试验表明，随着催化剂含量增加沉降物形成明显加强(表1)。带有干燥排渣口的燃烧室后的沉降物具有硬的熔融结构并在燃烧室内已呈现明显的流动特性。
沉降物 在熔融室燃烧后 在干燥燃烧后
形成强烈程度 很弱、(不取决于催化剂含量) 弱(在纯煤燃烧条件下)变强(在加入3％催化剂条件下)
结构 轻微的、不熔融 轻微直至强烈熔融
                         燃料中催化剂含量
燃烧室后沉降物    0％    1％   3％   0％   1％   3％
TiO2含量V2O5含量WO3含量    1.150.060.04    1.250.060.05   1.330.050.05   1.880.090.06   5.040.150.26   10.80.350.63
例2：来自采用熔融室燃烧的燃煤发电厂的电滤器的飞灰以100∶5的质量比与碳酸钙(CaCO3)混合由此可直接获得一种熔体(零试样)。相同的混合物为了与磨成细粉的所使用的DeNOx催化剂相比较以如下方式混合，即催化剂含量为1％。该混合物在1550℃下熔化20分钟并在水中淬火(对比试样)。每5克所得颗粒G用50克水洗提24小时，然后检测洗提液中的微量钒、钨和砷。
由对比试样洗提出的活性催化剂组份(V.W)的量处在检测极限之下(＜0.1mg/l)。两试样的砷含量处在相同范围。

Claims (16)

1.一种燃煤发电厂的燃烧装置的运行方法，该燃煤发电厂按熔融室燃烧方法工作，其中，为促进熔融室(2)内的煤燃尽，向煤(K)中附加输入一种含钛材料(M)。
2.按照权利要求2所述的方法，其特征在于，按二氧化钛计量的钛含量在二氧化钛与煤的比例为3∶97时最高。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于，二氧化钛在所输送的煤(K)和含钛材料(M)的总量中的含量最高为2.25％。
4.按照权利要求1至3所述的方法，其特征在于，含钛材料(M)由50％以上的二氧化钛组成。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于，含有绝大部分为二氧化钛的材料与煤的比例在3∶97以下。
6.按照权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，二氧化钛与煤的比例最小为1∶99。
7.按照权利要求1至6所述的方法，其特征在于，二氧化钛一部分通过烟灰(S)，而另一部分通过熔体灰渣(F)被排出。
8.按照权利要求1至7所述的方法，其特征在于，在燃烧时形成的飞灰(S)被送回到熔融室(2)内，而钛以二氧化钛的形式与熔体灰渣(F)一起被排出。
9.按照权利要求1至8所述的方法，其特征在于，含钛材料(M)与煤(K)混合。
10.按照权利要求1至8所述的方法，其特征在于，含钛材料(M)最好通过飞灰回路(20)被气动地吹入熔融室(2)内。
11.按照权利要求7至10所述的方法，其特征在于，熔体灰渣(F)在一个湿式排渣器(6)内被加工成粒料(G)，二氧化钛熔入其中。
12.按照权利要求1至11所述的方法，其特征在于，作为含钛材料(M)采用有待进行废物处理的DeNOx催化剂。
13.按照权利要求1至11所述的方法，其特征在于，作为含钛材料(M)采用含钛的废品。
14.一种燃煤发电厂的燃烧装置(1)，它具有一个熔融室(2)，其中为促进煤燃尽，含钛材料(M)可借助一个单独的回送管道(16、22)附加地送入熔融室的煤中。
15.按照权利要求14所述的燃烧装置，其特征在于，含钛材料(M)与煤(K)一起作为燃料(B)通过输送管线(2b)送入熔融室(2)。
16.按照权利要求14所述的燃烧装置(1)，其特征在于，含钛材料(M)可通过一个与后接于熔融室烟气侧的粉尘过滤装置(8)相连的飞灰回路(20)输入熔融室(2)内。
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