CN201310896Y

CN201310896Y - 一种高温高压循环流化床生物质焚烧炉

Info

Publication number: CN201310896Y
Application number: CNU2008201238394U
Authority: CN
Inventors: 蒋宏利; 姜述杰; 滕东玉; 王连声; 李昌伟; 罗贤成; 刘宝珠; 任爱群
Original assignee: BEIJING GUODIAN LONGYUAN HANGGUO LANKUN ENERGY ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING GUODIAN LONGYUAN HANGGUO LANKUN ENERGY ENGINEERING TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2008-11-20
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2009-09-16
Anticipated expiration: 2018-11-20

Abstract

本实用新型提供了一种高温高压循环流化床生物质焚烧炉，主要包括炉膛、高温旋风分离器、流化床返料装置和尾部竖井烟道，炉膛为膜式水冷壁炉膛、其前墙上设有给料口；炉膛上部的出口与高温旋风分离器的进口相连接，高温旋风分离器后面设有尾部竖井烟道、下部设置有流化床返料装置，所述锅炉的尾部竖井烟道外部设有冷空气预热装置；其中，尾部竖井烟道内布置有省煤器、低温过热器、空气预热器和吸热管束，流化床返料装置中布置有高温过热器和中温过热器。本实用新型可以有效地避免HCl对高温、中温及低温过热器的腐蚀，可有效地避免烟气对空预器低温段的低温腐蚀，结构简单、实用，既可以用于新产品的设计，也可以用于对现有锅炉的改造。

Description

一种高温高压循环流化床生物质焚烧炉

技术领域

本实用新型属于环保工程中的生物质焚烧技术领域，特别涉及一种高温高压循环流化床生物质焚烧炉。

背景技术

我国是一个农业大国，农业生物质资源特别丰富。近几年，生物质直接焚烧发电技术得到了快速发展。生物质直接焚烧发电是将生物质直接作为燃料燃烧，燃烧产生的能量主要用于发电和集中供热。农村生物质燃料的种类很多，大多数的农作物秸秆如麦秆、稻秆、棉花秆、玉米秆等，都是很好的燃料。秸秆焚烧发电是对秸秆资源合理利用的一种方法，它可以在充分利用秸秆所含的能量后，其剩余物(草木灰)又可成为高效的有机肥料。利用生物质燃料直接焚烧发电不但能够大面积规模化有效处理农村废弃生物质秸秆，消除农村环境污染，并且能够作为我国电力能源重要的补充，改变我国电力能源结构，还能增加农民收入。

循环流化床是燃烧生物质燃料比较好的选择，流化床锅炉对生物质燃料的适应性较好，负荷调节范围较大。床内工质颗粒扰动剧烈，传热和传质工况十分优越，有利于高温烟气、空气与燃料地混合充分，为高水分、低热值的生物质燃料提供极佳的着火和燃尽条件。由于密相区床料具有很高的热容量，为生物质燃料提供充分的预热和干燥热源，即使对水份含量达50％～60％左右的燃料，也可以稳定的着火和燃烧；在稀相区高速喷入二次风用以补充分级燃烧所需要的氧气，加强高温烟气、空气与生物质物料颗粒的混合，促进可燃气体和固体颗粒进一步充分燃烧，提高燃烧效率；同时由于燃料在床内停留的时间较长，可以确保生物质燃料完全地燃烧，从而提高了燃生物质锅炉的效率；另外，流化床锅炉不但能够较好地维持生物质的稳定燃烧，而且还能减少了NOx、SO2等有害气体的生成，具有显著的经济效益和环保效益。

例如：申请号为20061069689.9，公开号为CN1912461A，申请日为2006.8.11的发明专利，公开了一种新型秸秆循环流化床燃烧锅炉，其特点是在旋风分离器出口的烟道内布置有对流管束。

申请号为200610049355.5，公开号为CN1804460A，申请日为2006.1.25的发明专利，公开了一种燃用生物质燃料的循环流化床燃烧装置及方法，其特点是在炉膛出口附近和旋风分离器进口的水平烟道处设置受热面。

申请号为200620063873.8，授权公告号为CN200975663Y，授权公告日为2007.11.14的实用新型专利，公开了一种燃烧生物质的循环流化床锅炉，其特点是炉膛沿高度方向上采用变截面结构。

申请号为95227150.8，授权公告号为CN22248290Y的实用新型专利，公开了一种燃生物质流化床锅炉，其特点是采用卧式旋风分离器，对流管束布置在过热器的后面。

在燃烧生物质燃料，特别是燃烧含Cl(氯)量比较高的生物质燃料时，在某一温度区段，金属会发生HCl(盐酸)气体腐蚀。金属的腐蚀速率随着金属温度的提高而加快，当金属温度为430℃～450℃时，腐蚀情况尚属轻微，若温度继续升高，则腐蚀随之加剧，当金属温度超过500℃时，就会发生比较严重的腐蚀。一般锅炉的过热器的管壁温度约比管内蒸汽温度高40℃～50℃，因此，生物质焚烧锅炉过热蒸汽温度一般控制在400℃以下，最高不超过450℃，并将过热器布置在烟气温度600℃～650℃的烟道中，以降低过热器管壁温度，减小腐蚀速率。如要提高蒸汽参数，过热器必须采用抗高温腐蚀的合金材料，这样锅炉的造价将大幅度提高。因此，这类锅炉面临的最大难题是无法提高蒸汽参数，一般采用中温中压及其以下参数。

目前，国内已建的和在建的焚烧生物质的循环流化床焚烧炉全部为中温中压参数的，即过热蒸汽温度为450℃。国内还没有采用高温高压参数的循环流化床生物质焚烧发电锅炉，即过热蒸汽的温度为540℃。采用高温高压参数的循环流化床生物质焚烧发电锅炉与采用中温中压参数的锅炉相比较，具有经济效益好、能源利用率高、投资收益率高、机组的单位能耗低等显著的优点。以75t/h生物质发电厂为例，基于相同的燃料、相同的汽轮机效率、相同的电机效率，高温高压锅炉的单位能耗(kg/kw)比中温中压锅炉低约25％，多发电量约30％，节约燃料约5％，增加的投资部分基本上2年左右的时间就可收回。因此，开发具有高温高压参数的循环流化床生物质焚烧发电锅炉具有十分重大的意义。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种高温高压循环流化床生物质焚烧炉，即过热蒸汽的温度为540℃的循环流化床生物质焚烧发电锅炉。

为了实现上述目的本实用新型采取的技术方案是：一种高温高压循环流化床生物质焚烧炉，包含给水母管，主要包括炉膛、高温旋风分离器、流化床返料装置和尾部竖井烟道，炉膛为膜式水冷壁炉膛，炉膛的前墙上设有给料口；炉膛上部的出口与高温旋风分离器的进口相连接，高温旋风分离器后面设有尾部竖井烟道，高温旋风分离器下部设置有流化床返料装置，所述焚烧炉的尾部竖井烟道外部设有冷空气预热装置；其中，尾部竖井烟道内布置有省煤器、低温过热器、空气预热器和吸热管束，流化床返料装置中布置有高温过热器和中温过热器。炉膛采用膜式水冷壁结构，炉膛截面的平均烟气流速为4～6m/s。通过调整在返料装置中布置高温和中温过热器受热面的吸热量，使得炉膛出口的烟气温度控制在700～800℃之间。

所述炉膛底部设置有水冷布风板，其面积与炉膛截面积的比值为1∶4～1∶2.5之间。所述水冷布风板上设置有多个流化风帽，其作用是均匀流化床料。所述水冷布风板的面积与炉膛截面积的最佳比值为1∶3.3。

所述尾部竖井烟道内的部分省煤器受热面布置在低温过热器受热面之前，用以控制进入低温过热器前的烟气温度不超过650℃。同时控制低温过热器出口的蒸汽温度不高于400℃。所述的省煤器包括上级、中级及下级省煤器，其中上级省煤器布置在所述低温过热器的上部，中级和下级省煤器顺次布置在所述低温过热器的下部。

为了避免烟气对空气预热器冷端的低温腐蚀，在焚烧炉的尾部竖井烟道外设置有冷空气预热装置。所述冷空气预热装置包括热空气出口、放热管束及冷空气进口，所述给水母管通过引出端连接放热管束并经尾部竖井烟道内的吸热管束相连的返回端回连至焚烧炉的给水母管。采用冷空气预热装置，把冷空气加热到100～120℃，然后再进入尾部竖井烟道内的末级空气预热器继续加热。其工作原理是：采用来自焚烧炉给水母管的高温给水，首先进入冷空气预热装置，把热量放给冷空气后，温度降低到排烟酸露点温度以上10～20℃，然后进入布置在尾部竖井烟道内的吸热管束受热面内，吸收烟气的放热后，温度回升到给水的初始温度，返回给水母管。

一般情况下，高温高压锅炉的给水温度为210℃。为了便于调节流量和保持阻力平衡，所述焚烧炉的给水母管管道的引出端和返回端之间设置有阻力装置。为了便于调节进入冷空气预热装置的给水流量，在所述给水母管引出端上设置有流量调节装置。由于尾部竖井烟道末级空气预热器的进口空气温度要高于100℃，因此可有效地避免由于酸露点低而造成的空气预热器冷端的低温腐蚀。

在炉膛的前墙上设有给料口，所述给料口设于炉膛的前墙水冷壁下部收缩段的上部，所述给料口上部的炉膛周壁的不同高度上设有一层以上二次风喷口，用于向炉膛内喷入二次风。采用二次风的目的是补充分级燃烧所需要的氧气，加强高温烟气、空气与生物质物料颗粒的混合，促进可燃气体和固体颗粒进一步充分燃烧，提高燃烧效率。二次风分层布置的优点是，可以进一步优化调整分级送风的风量和位置，达到燃烧的优化调整。

本实用新型的有益效果可以概括为以下四个方面：

1)相比现有技术，在流化床返料装置内布置高温和中温过热器，可以有效地避免HCl(盐酸)对高温和中温过热器的腐蚀；

2)相比现有技术，在高温旋风分离器后的尾部竖井烟道内，把部分省煤器受热面布置在低温过热器受热面之前，可以有效地防止HCl(盐酸)对低温过热器的腐蚀；

3)相比现有技术，对冷空气采取预热措施，可有效地避免烟气对空预器低温段的低温腐蚀；

4)相比现有技术，结构简单、实用，既可以用于新产品的设计，也可以用于对现有锅炉的改造。

附图说明

图1是本实用新型所述的高温高压循环流化床生物质焚烧炉结构示意简图；

图2是本实用新型所述冷空气预热装置的结构示意简图。

图中：1炉膛，2高温旋风分离器，3高温过热器，4中温过热器，5流化床返料装置，6尾部竖井烟道，7上级省煤器，8低温过热器，9中级省煤器，10下级省煤器，11空气预热器，12冷空气预热装置、12.1尾部竖井烟道内吸热管束、12.2冷空气预热装置内的放热管束、12.3冷空气进口、12.4热空气出口、12.5进口集箱、12.6出口集箱、12.7流量调节阀、12.8返回段、12.9引出端，13尾部竖井烟道出口，14流化风帽，15水冷布风板，16给料口，17二次风喷口，18返料装置流化风室，19分隔板，20返料装置流化风帽，21为锅炉给水母管，22为阻力装置。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为对本实用新型的限定。

如图1所示的一种高温高压循环流化床生物质焚烧炉，为单汽包、自然循环、集中下降管、循环流化床燃烧方式、“∏”型布置的燃生物质炉，整体呈左右对称布置，支吊在锅炉钢架上。所述高温高压循环流化床生物质焚烧炉主要包括炉膛1、高温旋风分离器2、流化床返料装置5和尾部竖井烟道6。

其中，高温高压循环流化床生物质焚烧炉的炉膛1采用膜式水冷壁结构，炉膛1截面的平均烟气流速为4～6m/s，在本实施例中，平均烟气流速取为5.2m/s。给料口16置于炉膛1前墙，位于前墙水冷壁下部收缩段的上部，破碎后的生物质燃料经给料口16送入炉膛1内进行焚烧。在炉膛1给料口16的上部四周区域的不同高度上，设置有三层二次风喷口17，用以向炉膛1内喷入二次风。炉膛1底部设置有水冷布风板15，水冷布风板15上设置有多个流化风帽14，其作用是均匀流化床料。水冷布风板15的面积与炉膛1截面积的比值为1∶4～1∶2.5之间，在本实施例中，水冷布风板15的面积与炉膛1截面积的最佳比值为1∶3.3。

炉膛1与尾部竖井烟道6之间布置有高温旋风分离器2，在高温旋风分离器2下部布置有流化床返料装置5。流化床返料装置5采用流化床返料方式，在流化床返料装置5内设置有分隔板19，把流化床返料装置5和返料装置流化风室18分隔成前后两部分，在分隔墙的上部，两部分进行连通。在流化床返料装置5内的底部设置有布风板，布风板上安装有多个返料装置流化风帽20，其作用是均匀流化床料。在布风板的下面是返料装置流化风室18。在流化床返料装置5的两部分的内部分别布置有高温过热器3和中温过热器4。通过调整在流化床返料装置5中布置的高温过热器3和中温过热器4受热面的吸热量，使得炉膛1出口的烟气温度控制在700～800℃之间，在本实施例中，炉膛1出口的烟气温度控制为730℃。

尾部竖井烟道6采用单烟道结构，烟道从上到下依次布置有上级省煤器7、低温过热器8、中级省煤器9、下级省煤器10、空气预热器11。其中省煤器采用鳍片管式省煤器，采用鳍片管式省煤器的好处是可以降低烟气对省煤器管束的磨损和积灰。在本实施例中，鳍片的高度为15mm，厚度为4mm。空气预热器11采用光管立式空气预热器，采用立式空气预热器的好处是可以降低烟气对管壁的磨损，以及检查和检修方便。在高温旋风分离器2后的尾部竖井烟道6内，上级省煤器7受热面布置在低温过热器8受热面之前，用以控制进入低温过热器8前的烟气温度不超过650℃。同时控制低温过热器8出口的蒸汽温度不高于400℃。在本实施例中，低温过热器8的进口烟气温度为630℃，低温过热器8的出口蒸汽温度为393℃。尾部竖井烟道6的烟气最终经尾部竖井烟道出口13排出，在本实施例中，尾部竖井烟道出口13的排烟温度为140℃。

如图2所示，为了避免烟气对空气预热器冷端的低温腐蚀，在锅炉的尾部竖井烟道外设置有冷空气预热装置12。采用冷空气预热装置12，把冷空气加热到100～120℃，然后再进入尾部竖井烟道6内的空气预热器11续加热，在本实施例中，25℃的冷空气被冷空气预热装置12加热到110℃，然后进入尾部竖井烟道6内空气预热器11继续加热。

冷空气预热装置12工作过程是：采用来自锅炉给水母管21的高温给水，在本实施例中，给水温度为210℃；通过引出端12.9和进口集箱12.5进入冷空气预热装置内的放热管束12.2，把热量放给冷空气后，温度降低到排烟酸露点温度以上10～20℃，在本实施例中烟气酸露点为120℃，放热后，给水温度降低到130℃；然后进入布置在尾部竖井烟道内吸热管束12.1，吸收烟气的放热后，温度回升到给水的初始温度，在本实施例中，温度回升到210℃，通过出口集箱12.6和返回段12.8，返回给水母管21。冷空气由冷空气预热装置12的冷空气进口12.3进入，经过放热管束12.2的加热后，由热空气出口12.4出来，然后进入空气预热器11继续加热。

为了便于保持阻力平衡，在焚烧炉给水母管21管道的引出端和返回端之间设置有阻力装置22，在本实施例中，阻力装置22为节流孔板；为了便于调节进入冷空气预热装置12的给水流量，在给水母管管道的引出端12.9上设置有流量调节装置，在本实施例中，流量调节装置为流量调节阀12.7。由于尾部竖井烟道6的空气预热器11的进口空气温度要高于100℃，因此可有效地避免由于酸露点低而造成的空气预热器冷端的低温腐蚀。

本实用新型可以有效地避免HCl(盐酸)对高温和中温过热器的腐蚀；可以有效地防止HCl(盐酸)对低温过热器的腐蚀；可有效地避免烟气对空预器低温段的低温腐蚀；结构简单、实用，既可以用于新产品的设计，也可以用于对现有锅炉的改造；是能够实现热蒸汽的温度为540℃的高温高压循环流化床生物质焚烧炉。

以上所述的实施例，只是本实用新型较优选的具体实施方式的一种，本领域的技术人员在本实用新型技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种高温高压循环流化床生物质焚烧炉，包含给水母管，其特征在于：主要包括炉膛、高温旋风分离器、流化床返料装置和尾部竖井烟道，炉膛为膜式水冷壁炉膛，炉膛的前墙上设有给料口；炉膛上部的出口与高温旋风分离器的进口相连接，高温旋风分离器后面设有尾部竖井烟道，高温旋风分离器下部设置有流化床返料装置，所述焚烧炉的尾部竖井烟道外部设有冷空气预热装置；其中，尾部竖井烟道内布置有省煤器、低温过热器、空气预热器和吸热管束，流化床返料装置中布置有高温过热器和中温过热器。

2.根据权利要求1所述的高温高压循环流化床生物质焚烧炉，其特征在于：所述炉膛底部设置有水冷布风板，其面积与炉膛截面积的比值为1∶4～1∶2.5之间。

3.根据权利要求1所述的高温高压循环流化床生物质焚烧炉，其特征在于：所述尾部竖井烟道内的部分省煤器受热面布置在低温过热器受热面之前，用以控制进入低温过热器前的烟气温度。

4.根据权利要求1所述的高温高压循环流化床生物质焚烧炉，其特征在于：所述冷空气预热装置包括热空气出口、放热管束及冷空气进口，其中所述给水母管通过引出端连接放热管束并经尾部竖井烟道内的吸热管束相连的返回端回连至焚烧炉的给水母管。

5.根据权利要求3所述的高温高压循环流化床生物质焚烧炉，其特征在于：所述的省煤器包括上级、中级及下级省煤器，其中上级省煤器布置在所述低温过热器的上部，中级和下级省煤器顺次布置在所述低温过热器的下部。

6.根据权利要求4所述的高温高压循环流化床生物质焚烧炉，其特征在于：所述给水母管管道的引出端和返回端之间设置有阻力装置。

7.根据权利要求4所述的高温高压循环流化床生物质焚烧炉，其特征在于：在焚烧炉的给水母管引出端上设置有流量调节装置。

8.根据权利要求1-8任一权要求所述的高温高压循环流化床生物质焚烧炉，其特征在于：所述给料口设于炉膛的前墙水冷壁下部收缩段的上部，所述给料口上部的炉膛周壁的不同高度上设有一层以上二次风喷口，用于向炉膛内喷入二次风。