CN1912461A - 一种新型秸秆循环流化床燃烧锅炉 - Google Patents

一种新型秸秆循环流化床燃烧锅炉 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型秸秆循环流化床燃烧锅炉，解决了秸秆燃烧设备燃烧率低，污染环境，设备成本高的问题，可用于大规模处理棉秆、玉米秆和树枝等可再生能源，产生电能和热能，其结构为：它有炉膛，其下部有至少一个下料口及排渣口，炉膛底部设冷却装置，与点火燃烧室连接；炉膛的下部还设有至少一个返料器，其上方设至少一个二次风口，炉膛侧壁为水冷壁，上下端分别有水冷壁上集箱和水冷壁下集箱；炉膛出口与至少一个分离装置连接，该装置下部经外置换热器与相应的返料器连接，上部与两级减温装置连接，减温装置的一级与设置在尾部竖井烟道上段的低温过热装置连接，该装置下部依次连接省煤器、空气预热器；炉膛上端还有汽包与给水管路连接。

Description

一种新型秸秆循环流化床燃烧锅炉
技术领域
本发明涉及一种以棉秆、玉米秆和树枝为燃料的新型秸秆循环流化床燃烧锅炉，属于生物质秸秆处理工艺和流化床技术领域。
背景技术
我国生物质资源十分丰富，其中棉秆、玉米秆、树枝等占很大比例。如何高效利用这些农业废物，以实现其无害化、减量化和资源化，已经成为当前国内外的一个重要课题。将循环流化床燃烧技术应用于棉秆、玉米秆、树枝的大规模处理，解决传统处理方法低效率、高污染的缺点，同时用于发电或供热，替代部分化石燃料，将对我国能源和环保战略起着非常重要的作用。
现有纯烧秸秆的锅炉主要有机械炉排炉和流化床炉两种。在炉排炉内，燃料的搅拌程度、气体分布、整体燃烧反应速度不及流化床炉，造成断面热负荷低于流化床，使得炉排炉设备庞大，投资费用高，而流化床炉结构紧凑，占地面积小。炉排炉要求燃料热值保持相对稳定，而流化床密相区有大量的高温物料，床层的热容量大，燃料适应性强。由于循环流化床采用低温(800～900℃)、分级燃烧方式，大大减少了氮氧化物的生成。相反，炉排炉局部燃烧温度高，烟气中污染物排放高。因此，从燃烧效率和污染物排放来看，流化床炉要优于炉排炉。
机械炉排炉由于操作简单，在国外有成熟的长期运行经验，使用数量较多，已有许多定型产品，近来国内也开始使用。从目前使用情况来看，国外炉排炉使用最为理想的是丹麦BWE公司的振动水冷炉排炉。流化床技术是以德国KARLBAY公司的低倍率差速床循环流化床秸秆锅炉为代表。
循环流化床燃烧技术作为一种高效低污染燃烧技术，在环保和劣质燃料利用方面显示出极大优势。但目前国内还没有掌握用于秸秆燃烧的循环流化床炉的设计与制造技术，一般依赖进口，引进设备价格昂贵。
发明内容
本发明的目的就是为了解决目前秸秆燃烧设备的燃烧效率低，污染物排放量大，进口设备成本高的问题，提供一种新型秸秆循环流化床燃烧锅炉，用于大规模处理棉秆、玉米秆和树枝等可再生能源。不仅解决当前农村田头直接焚烧秸秆造成的环境污染问题，而且还能替代化石燃料，用于生产电能和热能。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种新型秸秆循环流化床燃烧锅炉，它有炉膛，其下部有至少一个下料口以及排渣口，所述炉膛底部设冷却装置，它与点火燃烧室连接；在炉膛的下部还设有至少一个返料器，炉膛下部设至少一个二次风口，炉膛侧壁为水冷壁，其上下端分别有水冷壁上集箱和水冷壁下集箱；炉膛的炉膛出口与至少一个分离装置连接，该装置下部经外置换热器与相应的返料器连接，上部则经水平烟道内的对流管束与两级减温装置连接，减温装置的一级设置在尾部竖井烟道的上段并与低温过热装置相连接，低温过热装置下部依次连接至少一个省煤器和至少一个空气预热器；在炉膛上端还有汽包，它与给水管路连接。
所述炉膛下部前后墙向炉内弯曲，与炉膛轴线成一定夹角；其底部的冷却装置为水冷布风板和水冷风室；其水冷壁为膜式水冷壁结构。
所述下料口有三个，布置在前墙上，其中两个给前点，一个给后点，它们与加料装置连接。
所述二次风口呈交错布置在炉膛的前后墙上。
所述分离装置为并列布置两个高温旋风分离器；其下端连接的外置换热器中有呈顺列布置的高温过热器；高温旋风分离器的上部与布置于水平烟道中的对流管束连接，对流管束下部是灰斗，通过箱式冲灰器排灰。
所述尾部竖井烟道的上段是顺列布置的低温过热器，一级喷水减温器和二级喷水减温器分别布置于下级低温过热器和上级低温过热器的出口；逆流双级膜式省煤器布置在尾部烟道的中段；四回程卧式空气预热器布置在尾部烟道的下段。
所述给水管路中的介质经上下两级省煤器加热后进入汽包，在汽包中进行汽水分离，分离后的饱和水经集中下降管依次进入水冷壁下集箱、燃烧室水冷壁，加热蒸发后流入上集箱，然后进入汽包；分离后的饱和蒸汽经汽包引出管流入低温过热器下集箱，由下级低温过热器加热后进入一级减温器减温，然后由上级低温过热器加热后流入二级减温器调节气温，经喷水减温后的过热蒸汽流入布置在外置换热器中的高温过热器，加热后的过热蒸汽加热至450℃后进入高过出口集箱，然后进入布置在炉前的汇汽集箱，最后送入汽轮机发电。
所述锅炉容量20～220t/h，蒸汽参数从中温中压、次高温次高压到高温高压，炉膛横截面状态速度4～6m/s，炉温800～900℃。
所用燃料为棉秆、玉米秆和树枝等。
本发明的有益效果为：
1、本发明的燃用秸秆循环流化床锅炉效率在85％以上，同时还具有很好的负荷调节性能，可在30～110％负荷范围内调节。
2、将管壁温度最高的高温过热器置于外置式换热器中，由于外置换热器中基本无腐蚀性气体，且固体物料粒径小，流化速度低，有效的防止了高温过热器的腐蚀和磨损。
3、水平烟道布置对流管束。对流管束属于蒸发受热面，可作为炉膛吸热量不足的补充，并且将燃烧过程中挥发出的碱金属凝结下来，防止尾部竖井受热面结灰堵塞。
4、燃料的适应性好，本发明的循环流化床锅炉可以用于大规模处理棉秆、玉米秆和树枝(如枣树枝)等条状秸秆。
5、对燃料的粒度适应性好，粒度分布可为2～20cm，对秸秆燃料破碎机械要求降低。
6、采用多点加料的方式，使投入燃料在锅炉截面均匀分布。
附图说明
图1是本发明的秸秆循环流化床燃烧锅炉装置主视图；
图2是本发明的秸秆循环流化床燃烧锅炉装置左视图；
图3是本发明的秸秆循环流化床燃烧锅炉装置俯视图。
其中，1.汽包，2.下降管，3.水冷壁上集箱，4.炉膛出口，5.绝热旋风分离器，6.炉膛，7.汇汽集箱，8.水冷壁，9.二次风口，10.下料口，11.水冷布风板，12.水冷风室，13.排渣管，14.对流管束，15.灰斗，16.二级减温器，17.上级低温过热器，18.一级减温器，19.下级低温过热器，20.低温过热器进口集箱，21.省煤器，22.尾部竖井烟道，23.空气预热器，24.高温过热器出口集箱，25.排灰管，26.外置换热器，27.高温过热器，28.返料器，29.排渣口，30.点火燃烧器，31.水冷壁下集箱，32.箱式冲灰器，33.省煤器出口集箱，34.省煤器中间集箱，35.省煤器进口集箱，36.膨胀节。
具体实施方式
下面参照图1～图3具体说明本发明的技术路线和目标的实现：采用床下点火方式，启动燃烧器30布置在水冷风板11的下部；炉膛6底部为水冷布风板11和水冷风室12以及排渣口29、排渣管13；炉膛6下部前后墙水冷壁向炉内弯曲，与轴线形成一定夹角；水冷壁采用膜式水冷壁结构型式8；三个给料口10，两个给前点、一个给后点，它们与加料装置连接；炉膛出口4并列布置两个高温旋风分离器5，它们与水冷壁的连接处分别设膨胀节36，高温旋风分离器5分别连接相应的两个返料器28；低温过热器17呈顺列布置于尾部竖井的上段，高温过热器27呈顺列布置于流化床燃烧室后墙外侧的外置式换热器26中；对流管束14布置于水平烟道，下方设有灰斗15，通过箱式冲灰器32排灰；一级喷水减温器18和二级喷水减温器16分别布置于下级低温过热器19和上级低温过热器17的出口；逆流双级膜式省煤器21布置在尾部烟道的中段，省煤器上部接省煤器出口集箱33，中部接省煤器中间集箱34，下部接省煤器进口集箱35；四回程卧式空气预热器23布置在尾部烟道的下段。
燃料(柴油或天然气)和来自一次风机的燃烧风在启动燃烧室30燃烧后产生高温烟气，进入水冷风室12，再通过水冷布风板11进入炉膛6，以加热床料。秸秆燃料从加料口10加入。空气分一次风和二次风送入炉膛6，一次风经空气预热器23加热后经过水冷风室12和水冷布风板11进入流化床燃烧室6；二次风经空气预热器23加热后，从前后墙沿炉膛高度分三层进入炉内，三层二次风口9呈交错布置在前后墙，高速喷入炉内，补充燃烧所需空气，并加强炉内气固混合。烟气和夹带的物料在炉膛出口4分两路进入布置在炉膛与尾部竖井烟道22之间的高温绝热旋风分离器5，分离下来的灰，分两路进入炉膛6，一路进入外置式换热器26中，外置式换热器26为低速鼓泡床形式，床内布置高温过热器27，飞灰与高温过热器27换热后返回炉膛进行再燃烧：另一路直接返回炉内，以控制外置换热器与炉膛的温度分布。分离后的烟气通过对流管束14，部分飞灰经分离之后落入灰斗15，经排灰管25送入箱式充灰器32，没有被分离下来的飞灰随同烟气依次流经低温过热器17和19、省煤器21和空气预热器23，然后由锅炉的出口烟道排出。锅炉给水经上下两级省煤器21加热后进入汽包1，在汽包1中进行汽水分离，分离后的饱和水经集中下降管2依次进入水冷壁下集箱31、燃烧室水冷壁8，加热蒸发后流入上集箱3，然后进入汽包1；分离后的饱和蒸汽经汽包1引出管流入低温过热器下集箱20，由下级低温过热器19加热后进入一级减温器18减温，然后由上级低温过热器17加热后流入二级减温器16调节气温，经喷水减温后的过热蒸汽流入布置在外置换热器中的高温过热器27，加热后的过热蒸汽加热至450℃后进入高过出口集箱24，然后进入布置在炉前的汇汽集箱7，最后送入汽轮机发电。
本发明的燃用棉秆、玉米秆、树枝的循环流化床锅炉容量为20～220吨/小时，蒸汽参数为中温中压、次高温高压和高温高压，锅炉效率≥85％。
实施例1：
棉秆的收到基含碳量36.54％、含氢量4.87％、含氧量40.54％、含氮量0.24％、含硫量0.13％，灰份1.68％，水份16％，低位发热量12921.52kJ/kg。锅炉启动时采用床下点火启动方式，启动燃料(柴油或天然气)和来自一次风机的燃烧风在启动燃烧室30燃烧后产生高温烟气，高温烟气与混合风在燃烧室内混合至880℃左右，进入水冷风室12，通过水冷布风板11进入炉膛6，以加热床料(石英砂、河沙、钾长石或中刚玉，粒度分布为200μm～1mm)。由于棉秆挥发分含量高，着火温度比较低，当床料加热至400℃时，即可从加料口10加入切碎后长度为2～20cm的棉秆燃料。燃料加入后，床温快速上升，当床温升至750℃以后，关闭启动燃料(柴油或天然气)系统，控制棉秆燃料加入速率和一、二次风量，逐步将炉温调节到800～900℃。当主蒸汽压力、温度达到要求后，即可冲转汽轮发电机。汽轮发电机并网发电后，通过增加棉秆燃料加入速率和一、二次风量，逐步提高锅炉负荷至需求值。
锅炉正常燃烧所需空气分一次风和二次风送入炉膛6，一、二次风按一定比例分配。一次风经空气预热器23加热至200℃左右，然后经过水冷风室12和水冷布风板11进入炉膛6，二次风经空气预热器加热至200℃左右，从前后墙沿炉膛高度分三层进入炉内，三层二次风口9呈交错布置，高速喷入炉内，补充燃烧所需空气，并加强炉内混合，炉膛横截面状态速度为4～6m/s。二次风分级送风方式还可控制炉内燃烧，减少NOx的生成量。烟气和夹带的物料在炉膛上部出口4分两路进入布置在炉膛与尾部竖井烟道22之间的高温绝热旋风分离器5，分离下来的灰一路进入外置换热器26中，与高温过热器27换热后返回炉膛进行再燃烧；另一路可直接进入炉膛6，以控制外置换热器与炉膛的温度分布。分离后的烟气通过对流管束14，部分飞灰经分离之后落入灰斗15，没有被分离下来的飞灰随同烟气依次流经低温过热器17、省煤器21和空气预热器23，然后进入锅炉的出口烟道。锅炉给水经上下两级省煤器21加热至255℃后进入汽包1；锅炉内的饱和水经集中下降管2进入水冷壁下集箱31、燃烧室水冷壁8，加热蒸发后流入上集箱3，然后进入汽包1；饱和蒸汽经汽包1引出管流入低温过热器下集箱20，由下级低温过热器19加热后进入减温器18调节气温，然后又由上级低温过热器17加热后流入二级减温器16调节气温，经喷水减温后的过热蒸汽流入外置换热器中的高温过热器27，加热至450℃后进入高过出口集箱24，再进入布置在炉前的汇汽集箱7，最后进入汽轮机发电。

Claims (9)

1、一种新型秸秆循环流化床燃烧锅炉，它有炉膛(6)，其下部有至少一个下料口(10)以及排渣口(29)，其特征是：所述炉膛(6)底部设冷却装置，它与点火燃烧室(30)连接；在炉膛(6)的下部还设有至少一个返料器(28)，炉膛(6)下部设至少一个二次风口(9)，炉膛(6)侧壁为水冷壁(8)，其上下端分别有水冷壁上集箱(3)和水冷壁下集箱(31)；炉膛(6)的炉膛出口(4)与至少一个分离装置连接，该装置下部经外置换热器(26)与相应的返料器(28)连接，上部则经水平烟道内的对流管束(14)与两级减温装置连接，减温装置的一级设置在尾部竖井烟道(22)的上段并与低温过热装置相连接，低温过热装置下部依次连接至少一个省煤器(21)和至少一个空气预热器(23)；在炉膛(6)上端还有汽包(1)，它与给水管路连接。
2、根据权利要求1所述的新型秸秆循环流化床燃烧锅炉，其特征是：所述炉膛(6)下部前后墙向炉内弯曲，与炉膛(6)轴线成一定夹角；其底部的冷却装置为水冷布风板(11)和水冷风室(12)；其水冷壁(8)为膜式水冷壁结构。
3、根据权利要求1所述的新型秸秆循环流化床燃烧锅炉，其特征是：所述下料口(10)有三个，布置在前墙上，其中两个给前点，一个给后点，它们与加料装置连接。
4、根据权利要求1所述的新型秸秆循环流化床燃烧锅炉，其特征是：所述二次风口(9)呈交错布置在炉膛(6)的前后墙上。
5、根据权利要求1所述的新型秸秆循环流化床燃烧锅炉，其特征是：所述分离装置为并列布置两个高温旋风分离器(5)；其下端连接的外置换热器(26)中有呈顺列布置的高温过热器(27)；高温旋风分离器(5)的上部与布置于水平烟道中的对流管束(14)连接，对流管束(14)下部是灰斗(15)，通过箱式冲灰器(32)排灰。
6、根据权利要求1所述的新型秸秆循环流化床燃烧锅炉，其特征是：所述尾部竖井烟道(22)的上段是顺列布置的低温过热器(17)，一级喷水减温器(18)和二级喷水减温器(16)分别布置于下级低温过热器(19)和上级低温过热器(17)的出口；逆流双级膜式省煤器(21)布置在尾部烟道的中段；四回程卧式空气预热器(23)布置在尾部烟道的下段。
7、根据权利要求1所述的新型秸秆循环流化床燃烧锅炉，其特征是：所述给水管路中的介质经上下两级省煤器(21)加热后进入汽包(1)，在汽包(1)中进行汽水分离，分离后的饱和水经集中下降管(2)依次进入水冷壁下集箱(31)、燃烧室水冷壁(8)，加热蒸发后流入上集箱(3)，然后进入汽包(1)；分离后的饱和蒸汽经汽包(1)引出管流入低温过热器下集箱(20)，由下级低温过热器(19)加热后进入一级减温器(18)减温，然后由上级低温过热器(17)加热后流入二级减温器(16)调节气温，经喷水减温后的过热蒸汽流入布置在外置换热器中的高温过热器(27)，加热后的过热蒸汽加热至450℃后进入高过出口集箱(24)，然后进入布置在炉前的汇汽集箱(7)，最后送入汽轮机发电。
8、根据权利要求1所述的新型秸秆循环流化床燃烧锅炉，其特征是：所述锅炉容量20～220t/h，蒸汽参数从中温中压、次高温次高压到高温高压，炉膛横截面状态速度4～6m/s，炉温800～900℃。
9、根据权利要求1所述的新型秸秆循环流化床燃烧锅炉，其总体特征是：所用燃料为棉秆、玉米秆和树枝等。
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