CN201748413U - 三废混燃循环流化床锅炉 - Google Patents

Abstract

一种三废混燃循环流化床锅炉，包括炉膛、炉膛膜式水冷壁，炉膛底部设置埋管及布风板一块，炉膛出口依次布置过热器、高温省煤器、下排气多管分离器、低温省煤器、空气预热器，造气炉渣和煤等固体燃料由给煤机通过锅炉下部给煤口进入炉膛，在布风板上流化燃烧，废气燃烧器布置在炉膛下部两侧墙上。本实用新型将沸腾炉、吹风气燃烧炉、余热锅炉有机融为一整体，结构紧凑，占地面积小，实现真正意义上的混燃，安全稳定，提高燃烧效率，降低飞灰含碳量和烟气中CO含量，环保节能，设备投资省，磨损小，使用寿命长。

Description

三废混燃循环流化床锅炉

技术领域：

本实用新型涉及锅炉及化工技术领域，具体是指一种三废混燃循环流化床锅炉。

背景技术：

我国氮肥行业在合成氨生产中普遍采用煤造气生产水煤气，再合成氨的工艺。在用煤造气过程中，会产生大量吹风气(废气)、造气炉渣(废渣)；水煤气除尘净化过程中会产生除尘灰(废灰)；合成氨过程中会排放弛放气(废气)。这三废总量大，含有一定的热量，直接排放，不但污染环境，而且浪费能源。但由于吹风气、造气炉渣发热量低，加上生产过程中的波动，在利用上存在一定的困难。

氯肥行业吹风气、造气炉渣利用上经历了以下过程：

第一代造气吹风气回收装置，其燃烧形式是上燃蓄热式，利用高热值合成气燃烧蓄热后，来燃烧低热值的造气吹风气，回收热量、副产蒸汽，保护环境。

第二代造气吹风气回收装置，其燃烧形式是上燃改进式或中燃式，在第一代的基础上，增加了燃烧喷头，减少了炉内格子砖，或者采用折流式烟气拱型通道蓄热，使炉内的阻力大为减小，减小了造气炉送吹风阶段的阻力，吹风气燃烧更为完全，使造气系统蒸汽达到了自给。

第三代造气吹风气回收装置，也就是造气三废流化混燃炉，它在第二代基础上增加了沸腾床的燃烧特性，借用循环流化床锅炉的返料回收技术，采用了吹风气余热锅炉的模式，对造气产生的废气、废渣、废灰能够达到同时混燃，故又可称做“双能源吹风气余热锅炉”，或第三代吹风气余热锅炉。

第三代造气吹风气回收装置即三废流化混燃炉虽然达到了废气、废渣、废灰能够同时混燃，但在设备排列上依次是沸腾炉(燃煤、渣)、吹风气燃烧炉(燃气)、余热锅炉(热回收)相对独立的排列，在流程上是先燃烧后热回收相对独立。

发明内容：

本实用新型所要解决的技术问题是：针对上述现有技术存在的问题，而提供一种第四代造气吹风气回收装置——三废混燃循环流化床锅炉，将沸腾炉、吹风气燃烧炉、余热锅炉有机融为一整体，结构紧凑，占地面积小，实现真正意义上的混燃，安全稳定，提高燃烧效率，降低飞灰含碳量和烟气中CO含量，环保节能，设备投资省，磨损小，使用寿命长。

本实用新型采用的技术方案是：这种三废混燃循环流化床锅炉，包括炉膛、炉膛膜式水冷壁，炉膛底部设置埋管及布风板一块，炉膛出口依次布置过热器、高温省煤器、下排气多管分离器、低温省煤器、空气预热器，造气炉渣和煤等固体燃料由给煤机通过锅炉下部给煤口进入炉膛，在布风板上流化燃烧，废气燃烧器布置在炉膛下部两侧墙上。

上述技术方案中，炉膛上部中间用二块膜式水冷壁将炉膛分隔为三个流程，下部转弯处形成高温U形分离器，高温U形分离器和下排气多管分离器均通过回送系统连接至炉膛，上述结构构成三回程、两级分离、两级回送结构。

针对氮肥行业的三废特性，本实用新型采用循环流化床锅炉作为主体，掺烧三废或纯烧三废，研制成功了第四代造气吹风气回收装置一三废混燃循环流化床锅炉。

这种第四代造气吹风气回收装置是采用现代循环流化床锅炉设计理论，采用循环流化床锅炉掺烧低热值燃气技术和合成氨行业三废利用经验，将沸腾炉(燃煤、渣)、吹风气燃烧炉(燃气)、余热锅炉(热回收)相对独立的排列有机融为一个整体——三废混燃循环流化床锅炉。

本实用新型的三废混燃循环流化床锅炉，可以稳定燃烧吹风气、驰放气和造气炉渣、石煤、煤矸石等低热值固体燃料。有以下几个优特点：

1、使渣、吹风气、驰放气在同一空间时间燃烧，实现真正意义上的混燃。吹风气采用专门设计的环缝涡流式燃烧器燃烧，燃烧器中间加有弛放气喷管，弛放气热值较高，着火容易。对吹风气可以起到着火、稳燃作用。先启动循环流化床锅炉床料(造气炉渣)的燃烧，烟气温度高于600℃再投吹风气。循环流化床锅炉炽热的床料和高温烟气对吹风气也起到着火、稳燃作用。这样一来，运行中吹风气着火、稳燃有双层保障。可以确保吹风气稳定着火和燃烧，避免熄火造成锅炉停运，严重时甚至引起炉膛爆燃、爆炸等事故。

2、两级分离、两级回送，可以保证燃烧区间足够高的飞灰浓度；燃烧区间三回程，可以保证足够长的停留时间；燃烧区间精密计算，合理布置受热面积，可以保证足够高的烟气温度(≥800℃)。燃烧区间烟道多次变径、转弯，可以保证足够强烈的混合(可燃物与氧气)。以上措施，可以显著促进燃烧反应，降低飞灰含碳量和烟气中CO含量，提高燃烧效率。同时又布置了足够的受热面积，相应也提高了锅炉热效率。

3、将燃烧与换热有机结合为一体，立式布置，占地面积小。

4、连接烟道短，顺烟气流向布置受热面，积灰便于清理。

5、便于布置受热面积、汽水连接管道，水循环动力充沛。

6、炉膛全膜式壁结构，密封性好，漏灰小。

7、合理设计受热面烟气流速，受热面局部采用可靠防磨措施，因而受热面的磨损轻，使用寿命长。

8、燃料适应性广，可以单独纯烧三废，也可以添加部分煤混合燃烧。

9、解决了燃料燃烧问题和受热面的磨损问题，因而运行周期长。

10、由于燃烧室、受热面一体布置，减少了不少中间连接环节，一次投资比分体式要低，制造安装周期短。

附图说明：

图1为本实用新型结构剖面示意图

图2为图1的侧剖面示意图

附图标注：

1——炉膛          2——炉膛膜式水冷壁    3——埋管

4——布风板        5——炉膛出            6——过热器

7——高温省煤器    8——下排气多管分离器  9——低温省煤器

10——空气预热器   11——给煤机           12——废气燃烧器

13——第一回程     14——第二回程         15——第三回程

16——高温U形分离器17——风室             18——上锅筒

具体实施方式：

参见图1、图2，本实用新型的三废混燃循环流化床锅炉结构为三回程，两级分离，两级回送。废渣由给煤机通过锅炉下部给煤口进入炉膛，炉膛为膜式水冷壁结构。炉膛底部设置埋管及布风板一块，造气炉渣、煤等固体燃料布风板上流化燃烧。废气燃烧器布置在炉膛两侧墙上，引入废气与固体燃料燃烧的高温烟气混燃。炉膛出口依次布置过热器、高温省煤器、下排气多管分离器、低温省煤器、空气预热器。烟气中的固体颗粒经过三回程形成的高温分离器及中温下排气多管分离器分离后送回炉膛燃烧。

本实用新型将燃烧与换热有机结合为一体，立式布置；而且炉膛三回程布置；炉膛全膜式壁结构；并具有吹风气着火、稳燃双层保障。吹风气采用专门设计的环缝涡流式燃烧器燃烧，燃烧器中间加有驰放气喷管。

下面对本实用新型结构作进一步详细说明：

本锅炉为单锅筒纵向布置自然循环流化床锅炉，锅炉按抗7度地震设防，室内布置。流化床结构采用我公司三废循环流化床锅炉技术三回程，两级分离，两级回送。炉膛为膜式水冷壁结构。炉膛底部设置布风板一块，造气炉渣、煤等固体燃料在布风板上燃烧。废气燃烧器布置在炉膛下部两侧墙上。炉膛出口依次布置过热器、高温省煤器、下排气多管分离器、低温省煤器、空气预热器。

由于吹风气热值低，为了确保燃烧稳定，本锅炉采用了绝热燃烧区和环缝涡流式燃烧器结构。

1、炉膛：

炉膛设计采用循环流化床技术。

磨损严重的炉膛下部(密相区)采用低流速，减轻磨损。同时，下部密相区流化速度低，能较好地减少粗颗粒入炉后的冲击细化。

炉膛上部(稀相区)为高速床，流速大，携带能力强，物料(飞灰)浓度高，热容量大，有利于飞灰燃尽。具体措施是炉膛上部(稀相区)中间用二块膜式水冷壁将炉膛分隔为三个流程。炉膛截面设计有变径、转弯。这样一来，细颗粒被烟气携带出密相区上升，通过变截面和转向，不但达到细颗粒表面灰壳破碎，与烟气剧烈混合的目的，而且延长了细颗粒的燃烧时间。

废气燃烧器布置在炉膛下部两侧墙上，每侧各布置两个，对喷，组成双U形火焰。燃烧器上设有火焰测点，控制上设有熄火保护装置，以防止炉膛爆燃和爆炸。

炉顶转弯处容易聚积可燃气的地方设有防爆门。

2、锅筒及内部装置：

锅筒由Q245R钢板卷制而成，二端有带人孔的椭圆形封头。

上锅筒支座搁在锅筒大板梁上。

锅炉正常水位维持在上锅筒中心线处，其最高水位在正常水位上50mm处。最低水位在正常水位下75mm处。

为保证蒸汽品质，在上锅筒内部设有汽水分离设备，由于用户的给水为软化水，且水质含盐量较高，为了控制蒸汽湿度，本锅炉除选取足够大的锅筒内径以使汽水有足够的空间进行重力分离外，布置了一次分离元件挡汽折板和水下孔板，二次分离元件采用波形板分离器与均汽孔板。水冷壁、锅炉管束和省煤器来的汽水混合物经挡汽折板和水下孔板进行一次分离，再流过沿锅筒长度方向均匀布置在锅筒顶部的波形板进一步分离，分离后的饱和蒸汽再通过波形板后的均汽孔板，最后由锅筒顶部引出，通往过热器。

锅筒内装有加药管、连续排污管以保证锅水浓度及蒸汽品质，此外在锅筒上还装有安全阀、紧急放水管、再循环管、水位表、压力表等其它辅助设备。

3、燃烧器

采用环缝涡流式燃烧器，分内外两层，内侧为吹风气，外侧为空气，为了保证吹风气的充分燃烬，燃烧器出口端设置了一混合段，使得吹风气与空气有一定混合。

由于该燃烧器较好地组织了吹风气和空气的流动，使得吹风气与空气能在较短的混合段内很好混合(其混合段约为预混燃烧器的1/5～1/10)。其混合性能较多管式扩散燃烧器性能更好，同时解决了多管式扩散燃烧器制造工艺复杂，喷嘴处耐热钢板易烧损变形等问题，且着火及时，燃烧稳定性好，燃烧效率达99％以上。

燃烧器水平布置在两侧墙上，每侧布置一只环缝涡流式燃烧器，空气和吹风气流经导向混合喷管喷出，卷吸高温烟气点燃并稳定燃烧。

在燃烧器中心布置了一根中心管，该管可作为人工点火时用，正常燃烧时作为长明火稳燃用。单独燃烧吹风气时采用人工火把方式用弛放气点火。在燃烧器旁还布置了火焰检测孔，用于安装熄火保护装置的取样口。

在燃烧器区域未布置受热面，这是燃烧发热值极低的吹风气所需要的，这样能提高燃烧器区域的烟气温度，使高炉煤气在绝热燃烧室内稳定燃烧。

4、过热器

过热器分成高、低温两段，中间布置面式减温器。5、锅炉管束为减少省煤器吸热量，减少省煤器沸腾汽化程度。在锅炉两侧各布置一根集箱，管束布置在集箱和锅筒间。烟气横向冲刷管束。

6、省煤器

采用钢管省煤器，两级布置，共三组蛇形管组成。

7、空气预热器

空气预热器采用立式钢管式，分两级布置。

8、钢架、平台扶梯及炉墙

钢架由梁、柱和顶板组成，整体承受锅炉全部负荷。在炉顶、锅炉司炉操作区、人孔、检查门、看火孔等处均布置了平台以便于锅炉操作和检修，各平间有扶梯相连。锅炉本体有护板保护，钢结构表面有油漆防腐，本体管路用保温材料保温。

炉墙材料由耐火可塑料、耐火砖、保温砖、岩棉、抹面等组成。

9、分离器

两级分离器、两级回送

采用高温U形和中温旋风二级分离。

用膜式壁将炉内隔为为三个流程时，下部转弯处既形成高温U形分离器。温度范围在800-1000℃。为了提高U形分离器分离效率，本方案三个回程的烟气速度均不相同，第一回程中速，第二回程快速，第三回程慢速。烟气在第一回程加快，进入第二回进一步加速，使颗粒速度与气流速度保持基本一致，经转向室进入第三回程烟速突然变慢，这样，就实现了颗粒与气流的迅速分离。烟气经过高温U形分离器后，≥100um颗粒均能得到分离，分离效率可达80％左右。

在高温省煤器后布置一个中温分离器，工作温度范围在400-500℃结构采用下排气多管分离器。从公式可知，离心力F＝W²/R旋风子半径R越小，离心力F越大，分离器效率越高。本设计第二级中温旋风分离器由数组小旋风子组成，该旋风子与一般的多管分离器结构不同，分离效率高，不堵灰，运行周期长，维修更换十分方便。尺寸≥50um的细颗粒经分离器后均能分离下来，分离效率≥95％。

高温回料仓四周布置水冷壁冷却高温U形分离器分离下的高温灰，冷却后的高温回料温度在800℃左右。采用壁面小孔半自流风动回送装置，灰处于一种半自流状态，只需用小量空气即可将灰回送到炉膛。温度800℃左右、回送空气量小，可确保回料道中不发生二次燃烧。因此回送系统调节方便，简单可靠。不存在结焦问题。

中温分离器布置在尾部竖井烟道，离炉膛较远。采用倾斜管输送，用技术成熟的“U”型阀控制回送量，由于温度低，不存在结焦问题。

Claims (2)

1.一种三废混燃循环流化床锅炉，其特征在于包括炉膛、炉膛膜式水冷壁，炉膛底部设置埋管及布风板一块，炉膛出口依次布置过热器、高温省煤器、下排气多管分离器、低温省煤器、空气预热器，造气炉渣和煤由给煤机通过锅炉下部给煤口进入炉膛，在布风板上流化燃烧，废气燃烧器布置在炉膛下部两侧墙上。

2.根据权利要求1所述的三废混燃循环流化床锅炉，其特征在于炉膛上部中间用二块膜式水冷壁将炉膛分隔为三个流程，下部转弯处形成高温U形分离器，高温U形分离器和下排气多管分离器均通过回送系统连接至炉膛，上述结构构成三回程、两级分离、两级回送结构。 

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