CN1800708A - 用于燃烧煤矸石的流化床锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流化床锅炉，流化床锅炉，包括锅炉本体、炉膛、下集箱(5)、中间集箱(6)、上集箱(7)、布风板(2)、埋管(4)、风箱(23)、入煤孔(3)、溢流渣口(19)和高温焙烧槽(20)，其特征在于，(a)所述埋管(4)布置在炉膛内，其与水平面的角度为14.5度；(b)所述布风板为变风量无风帽布风板，其开孔率自加料口至溢流渣口逐渐减小。

Description

用于燃烧煤矸石的流化床锅炉

技术领域

本发明涉及一种流化床锅炉，特别涉及一种用于燃烧煤矸石的流化床锅炉。

背景技术

煤矸石是指在煤矿建设、煤炭开采及加工过程中排放出的废弃岩石，一般以硅铝为主要成分，另外含有数量不等的Fe2O3、CaO、MgO、SO3、K2O、Na2O、P2O3等无机物，以及微量的稀有金属(如钛、钒、钴等)。我国矸石产量约为原煤总产量的15％-20％，积存已达70亿吨，占地70km²，而且以年排放量1.5亿吨的速度增长。而煤矸石的综合利用尚不到15％，约300万吨，余下煤矸石多采用圆锥式或沟谷倾倒式自然松散地堆放在矿井四周。大量堆存和正在排出的煤矸石，既是一种污染源，又是一种可利用资源，只要合理利用，便可变废为宝。

流化床燃烧技术用于锅炉燃烧方面，始于50年代，是现代锅炉燃烧方式中的一项正在发展的技术。在流化床技术中，空气自炉床下部经过特制的布风板或风帽均匀地通过料层，风速达到一定值时，料层开始膨胀，此时颗粒和气流混在一起，在一定的高度内自由运动，具有流体一样的流动性，沸腾燃烧即在这种流化床状态下进行，此阶段风速增加时，料层压降不变。

流化床燃烧状态为固体燃料的燃烧创造了良好的条件，其放热与传热速率，远远超过一般燃烧方式所能获得的效果。流化床燃烧与炉排燃烧的煤粉燃烧都具有较大的区别，其燃烧既非块煤，也非煤粉，而是粒径一般小于φ10mm的煤末；其燃烧状态既不同于炉排的固定燃烧，也不同于空间中的悬浮燃烧，燃烧颗粒中大于φ10mm的颗粒不易被气流带走，只有少量细粉被烟气带至悬浮段内燃烧，其燃烧总面积比层燃炉大得多，而颗粒在炉内停留时间比煤粉炉又长得多。此外，炉内蓄热量很大，混合又十分强烈，它兼有煤粉炉和层燃炉在燃烧方面的优点，着火和燃烧都很稳定，对煤种的适应性很大，流化床段内颗粒浓度很大，流化床炉蓄热量增大，层内燃烧不断进行上下翻滚，大大增加了燃烧在流化床层内的均匀燃烧机会和停留时间，通常可使炉内灰渣中的可燃物含量降到1％以下，因而，可燃用多灰、多水、低挥发份的劣质燃料；又由于流化床温度较低，也有利于燃用低灰熔点或含碱量高的燃料，这就为利用甚至煤粉炉和层燃炉都不能燃用的劣质燃烧开辟了一个良好的途径。

除岩巷掘进矸石外，煤矸石或多或少都有一些煤或可燃成分，因此可作为燃料使用。但国内煤矸石均是与其它燃料混合后燃烧，如浙江大学1991年7月2日申请的申请号为91102867.6发明名称为“洗煤泥和煤矸石的流化床混烧技术”的、沈阳戴维国际机电设备有限公司2004年4月6日申请的申请号为200410021229发明名称为“一种使用循环流化床锅炉燃烧固、液煤质双燃料的方法”的申请即是这一类技术。因此，目前还没有真正意义上单独燃烧煤矸石或者说纯粹以煤矸石为燃料的锅炉。

发明内容

本发明的目的是提供一种流化床锅炉，特别涉及一种用于燃烧煤矸石的流化床锅炉。

本发明的流化床锅炉，包括锅炉本体、炉膛、下集箱5、中间集箱6、上集箱7、布风板2、埋管4、风箱23、入煤孔3、溢流渣口19和高温焙烧槽20，其特征在于，(a)所述埋管4布置在炉膛内，其与水平面的角度为14.5度；(b)所述布风板2为变风量无风帽布风板，其开孔率自加料口至溢流渣口逐渐减小。

所述布风板2由多块布风板分板(2a、2b、2c、2d)组成。

所述布风板2由四块布风板分板2a、2b、2c、2d组成，其开孔率自入煤孔3至溢流渣口19依次分别为2.8％、2.7％、2.6％和2.5％。

所述布风板2的开孔为直锥孔，其大小端直径分别为约φ12mm和约φ4.8mm，且小端孔的出口直段约为4mm。

所述溢流渣口19的预制件在预制时埋入一用于调节溢流渣口19开口度的可调高度座29，以便控制溢流渣的排放量。

所述溢流渣口19设置在正压区，位于炉膛后墙的中心线上，内孔尺寸为120×300mm，其中300mm为立边。

所述高温焙烧槽20位于溢流渣口19下方约100-200mm处。。

所述下集箱5位于距布风板2平面约950mm处。

所述下集箱5通过埋管4与中集箱6连通、中集箱6通过中间上升管26与上集箱7连通且通过上升管8与上锅筒连通、上锅筒10和下锅筒28分别通过下降管25与上集箱7和下集箱5连通。

附图说明

图1是本发明流化床锅炉的结构示意图；

图2a-2d是本发明变风量布风板分板示意图；

图3是布风板分板间搭接示意图；

图4为埋管的结构示意图；

图5为本发明溢流渣口的位置示意图；

图6为本发明焙烧高温渣槽的局部剖视图。

具体实施方式

下面将参照附图对本发明进行详细说明。

在图1中，1为高压风口，2为由4块分板2a、2b、2c、2d组成的布风板，3为入煤孔，4为埋管，5为下集箱，6为中集箱，7为上集箱，8为上升管，9为过热器，10为上锅筒，11为对流管束，12为折烟板，13为空气预热器，14为省煤器，15为引风机接口，16为排渣口，17为沉降室，18为渣口，19为溢流渣口，20为高温焙烧槽，21为出渣口，22为维修口，23为风箱，24为排渣孔，25为下降管，26为中间上升管，27为锅炉后部烟墙，28为下锅筒，可调高度座29。

风机(图中未示出)通过高压风口1将高压气流吹入风箱23中，并通过布风板2进入燃烧室，粉碎到一定尺寸的煤矸石从入煤孔3输送到布风板2上。在本实施例中，布风板2是由4块布风板分板2a、2b、2c、2d组成的，但也可以由其他数量的布风板分板构成，或者一个整块布风板构成。布风板2通过排渣管与排渣孔24连接，冷渣可通过排渣孔24直接排出。在本实施例中，排渣孔24为4个，每个布风板分板上有一个排渣孔，但也可以根据实际布风板的面积，布置其他数量的排渣孔24。上升管8将上锅筒10和中集箱6连通，中间上升管26连通中集箱6和上集箱7，下降管25将上锅筒10与上集箱7、下锅筒28与下集箱5连通。煤矸石燃烧产生的烟气流穿过埋管4在燃烧室内上升，从锅炉的锅炉后部烟墙上方的通道进入过热器9，然后在折烟板12的导引下穿过对流管束11，进入空气预热器13和省煤器14，最后由引风机(图中未示出)从引风机接口15排出。烟气流中的粉尘在沉降室17中沉降后，可通过渣口18排出。在引风机接口15前面产生的粉尘可通过排渣口16排出。燃烧室产生的溢流渣可通过布置在锅炉后墙上的溢流渣口19进入高温焙烧槽20进一步焙烧，焙烧后的溢流渣通过出渣口21排出。

图2a-2d示出了本发明实施例中构成布风板2的四块布风板分板2a、2b、2c、2d的具体结构。图3示出了这四块分板之间搭接的示意图。

从图上可以看出，本发明的布风板2为直锥孔无风帽布风板，其采用铝硅球铁制成，耐热温度为1100℃，布风板的冷开裂性很低。在本实施例中，布风板的布风面积为：3284×1768mm＝5.88m²，布孔面积为5.44m²，布风板上的直锥孔大端为φ12mm，小端为φ4.8mm。四块布风板分板具有不同的开孔率，按小孔φ4.8mm计算，布风板分板2a开孔率为2.8％；布风板分板2b开孔率为2.7％；布风板分板2c开孔率为2.6％；布风板分板2d开孔率为2.5％。布风板分板2a-2d依次搭接，搭接后安装在锅炉中时，开口率最高的布风板分板2a靠近入煤孔3，开孔率最低的布风板2d靠近锅炉后部烟墙。因其开孔率不同，故通过布风板分板2a-2d进入燃烧室的空气流量也不同。布风板分板2a-2d的搭接结构宽度约为6mm，在6mm接触面上用刨削加工成4精度，使各块布风板成平面接触，不漏风。在各块布风板的中心位置开设一个φ80mm冷渣孔，通过排渣管连通到风箱23外。布风板分板2a-2d按顺序搭接安装在风箱上，在本实施例中，风箱总容积为6m³，风箱的顶部边框及中心在长轴线上安装有承重大梁，使布风板完全在箱框和承重梁上，使布风板分板2a-2d在热态下受力均匀，不产生挠曲变形。

本发明的直锥孔无风帽变风量布风板2是专门为锅炉煅烧煤矸石而设计的，因为煤矸石比重大、挥发份低、灰分高，因此有风帽的流化床锅炉不能单独燃烧发热量在2000大卡/KG以下的煤矸石，但使用该布风板的锅炉经实际运行，可完全燃烧发热量在2000大卡/KG以下的纯煤矸石，运行非常良好，连续蒸发量在18吨以上，每天可煅烧出煤矸石溢流渣80多吨。特别地，由于该布风板是变风量设计，因此在正压区的炭少质纯的高温溢流渣可在布风板的水平推力下经溢流渣孔流入高温溢流渣培烧槽，经焙烧后，可获取质量更高的高岭土Al₂Si₂O₅(OH)₄制造原料。铝硅球墨铸铁布风板小孔出口直段为4mm，布风板磨损量少，变形量少，预计可连续使用3年以上，在不水冷、撞击的情况下，使用寿命可达5年以上。

图4是埋管示意图。在本发明中，埋管为水平14.5度高位埋管。其由如下部分构成，即：下集箱5、中集箱6、上集箱7、下降管系统、水平14.5度高位埋管上升管8、水平14.5度埋管中间上升管26、水平14.5度高位埋管上部上升管、水平14.5度高位埋管主受热面系统。所述下降管系统包括从上锅筒接下来的连接在下集箱上的下降管以及从下锅筒接下来的连接在下集箱上的下降管。所述上部上升管包括连接上集箱7和上锅筒10的30度上升管和连接上集箱7和上锅筒10底部的上部上升管。水平14.5度高位埋管主受热面系统由合金钢管制成，在本实施例中，合金为14CrMoV；其在下集箱和中集箱上分多层错位排列，在本实施例中为4层错位排列；埋管在炉膛内形成的上升仰角为14.5度；在本实施例中，下集箱5中心线离布风板2平面的垂直高度为950mm，住受热面积为35.5m²。

图5为本发明溢流渣口的位置示意图。正压区溢流渣口采用Al(OH)₃+Al₂Si₂O₅(OH)₄按比例：1∶1材料预制而成，安装在炉膛内的后墙中心线上。在本实施例中，溢流渣口尺寸为300×120mm，其中300mm是立边，立边300mm中心线离布风板的平面垂直高度为750mm，溢流渣口为45度向下摆放，以利于溢流渣排放。在本实施例中，预制件的尺寸为1000×500×500mm，预制件在锅炉砌筑时一同砌筑于锅炉的后部墙体上，溢流渣口预制件的外部在预制时埋入30×250×250mm的用于调节溢流渣口19开口度的可调高度座29，以便控制溢流渣的排放量。从炉膛正压区溢流出的煅烧煤矸石溢流渣所含温度最高(1100℃)，所含炭粒最少，经培烧后，可获取制造高岭土的优质原料。一般的流化床锅炉溢流渣孔是设在炉膛负压区，离布风板平面1500mm位置上，此时溢流渣的温度已在800℃以下，特别是此高度是未燃尽炭粒的密集区，约有8％的炭粒混在溢流渣中，使溢流渣失去了利用价值。

图6为本发明焙烧高温渣槽的局部剖视图。该焙烧槽采用约10mm的16Mn钢板制造槽体钢甲，槽体内表面上采用Al₂Si₂O₅(OH)与矾土水泥按1∶1比例砌筑，厚度为100～120mm，焙烧槽的下部采用20mm的1Cr18Ni9Ti不锈钢闸板阀封密。经焙烧的煅烧煤矸石溢流渣的温度为1050-1100℃。焙烧的目的是燃尽煤矸石大颗粒心部的未烧透的可燃成份，使其材质成为Al₂Si₂O₅(OH)₄的原料。对于煤矸石溢流渣，如果不设置高温溢流渣培烧槽，当溢流渣检验含有可燃成份时，需投入油、电或燃性气体等能源，需把溢流渣重新加热到1000℃以上，燃尽可燃成份，浪费大量优质能源，同时经二次装炉，使干净的煅烧溢流渣受到大气环境的二次污染。所以在本发明的流化床锅炉溢流渣孔下，放置高温煅烧煤矸石溢流渣培烧槽，对提高利用煅烧煤矸石的方法制取高质量的高岭土有重大的意义。高温煤矸石煅烧溢流渣培烧槽安装在溢流渣孔下100-200mm处。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的实际替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其他变形和改变。

Claims (9)

1、一种流化床锅炉，包括锅炉本体、炉膛、下集箱(5)、中间集箱(6)、上集箱(7)、布风板(2)、埋管(4)、风箱(23)、入煤孔(3)、溢流渣口(19)和高温焙烧槽(20)，其特征在于，(a)所述埋管(4)布置在炉膛内，其与水平面的角度为14.5度；(b)所述布风板为变风量无风帽布风板，其开孔率自加料口至溢流渣口逐渐减小。

2、根据权利要求1所述的流化床锅炉，其特征在于，所述布风板(2)由多块布风板分板(2a、2b、2c、2d)组成。

3、根据权利要求2所述的流化床锅炉，其特征在于，所述布风板(2)由四块布风板分板(2a、2b、2c、2d)组成，其开孔率自入煤孔(3)至溢流渣口(19)依次分别为2.8％、2.7％、2.6％和2.5％。

4、根据权利要求1所述的流化床锅炉，其特征在于，所述布风板(2)的开孔为直锥孔，其大小端直径分别为约12mm和约4.8mm，且小端孔的出口直段约为4mm。

5、根据权利要求1所述的流化床锅炉，其特征在于，所述溢流渣口(19)设置在正压区，位于炉膛后墙的中心线上，内孔尺寸为120×300mm，其中300mm为立边。

6、根据权利要求5所述的流化床锅炉，其特征在于，所述溢流渣口(19)的预制件在预制时埋入一用于调节溢流渣口(19)开口度的可调高度座(29)，以便控制溢流渣的排放量。

7、根据权利要求1所述的流化床锅炉，其特征在于，所述高温焙烧槽(20)位于溢流渣口(19)下方约100-200mm处。。

8、根据权利要求1所述的流化床锅炉，其特征在于，所述下集箱(5)位于距布风板(2)平面约950mm处。

9、根据权利要求1-8之一所述的流化床锅炉，其特征在于，所述下集箱(5)通过埋管(4)与中集箱(6)连通、中集箱(6)通过中间上升管(26)与上集箱(7)连通且通过上升管(8)与上锅筒连通、上锅筒(10)和下锅筒(28)分别通过下降管(25)与上集箱(7)和下集箱(5)连通。

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