CN204438104U - 生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰设备，它包括与生物质循环流化床锅炉配套使用的燃煤飞灰储存仓，燃煤飞灰储存仓的底部出料口通过旋转给料装置与喷射器的粉料输入端相连，喷射器的空气输入端通过止回阀与鼓风机相连，喷射器的悬浮物喷口与传输管道的一端相连，传输管道的另一端从生物质循环流化床锅炉的底部风室进入其中、并穿过均布有风帽的布风板与底饲耐磨喷嘴相连，底饲耐磨喷嘴位于布风板上方的密相燃烧区中。其将燃煤飞灰回收到生物质循环流化床锅炉中再次充分燃烧，进行二次发电，可有效减少生物质燃料用量，提高单位燃料的发电量，并可减少燃煤污染物排放。

Description

生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰设备

技术领域

本实用新型涉及对锅炉燃烧发电过程中产生的废弃灰渣进行回收利用和节能减排的技术，具体地指一种生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰设备。

背景技术

随着现代社会对能源需求的日益增长，燃煤锅炉发电厂的建设也越来越多。虽然我国地域广阔、煤炭资源分布广泛，但煤炭种类众多不一，尤其是在我国的南方和西南地区，许多省份拥有大量的无烟煤、贫煤等低挥发份煤种。燃煤锅炉电厂在燃用这些低等级煤种时，普遍存在所排放的燃煤飞灰含炭量高、燃尽程度不理想等问题，不仅浪费了大量煤炭资源，而且带来了严重的环境污染。为了解决上述问题，本领域技术人员也试尝将未燃尽的燃煤飞灰颗粒重新输送到燃煤锅炉中循环利用，但这些燃煤飞灰颗粒是通过面饲的方式直接送回燃煤锅炉上部稀相燃烧区的，一方面因其外部为不易导热和燃烧的灰壳层，使得其内部的可燃残炭黒芯在燃煤锅炉内无法达到燃烧所需的温度，另一方面因气固两相之间的滑移速度低、传热速率小、升温过程缓慢，在其还没来得及上升到足够的燃烧温度时就飞出了燃煤锅炉的炉膛，即燃煤飞灰颗粒只是在燃煤锅炉中走了个过场，实际上并没有被回收燃烧利用。

另一方面，随着煤炭等传统化石能源储量的日益减少，生物质燃料作为一种可再生的替代能源得到了迅速的发展。采用生物质燃料直燃发电的电厂总装机容量也越来越多。但受生物质燃料资源收购半径和总量的制约，目前已经有许多生物质锅炉发电厂因收购不到生物质燃料而降低设计的生产负荷，特别是当发电厂采用能适应各种生物质燃料高效充分燃烧、且产生的残渣灰分低、环保性能好的生物质循环流化床锅炉时，维持发电连续进行的生物质燃料需要量极大，在无法确保收购量的情况下甚至只能停产。如何有效扩大生物质锅炉发电厂的原料来源、保证其生产规模和发电效益，这一直是本领域技术人员公认的难题和努力探索的方向，但至今为止尚无令人满意的技术方案问世。

发明内容

本实用新型的目的就是要提供一种生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰设备，该设备可以确保燃煤锅炉生产的燃煤飞灰在生物质循环流化床锅炉中再次充分燃烧，进行二次发电；同时可有效减少生物质燃料的使用量，降低燃料投入成本，提高发电小时数，且减少污染物排放。

为实现上述目的，本实用新型所设计的生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰设备，包括与生物质循环流化床锅炉配套使用的燃煤飞灰储存仓，其特殊之处在于：

所述燃煤飞灰储存仓的底部出料口通过旋转给料装置与喷射器的粉料输入端相连，所述喷射器的空气输入端通过止回阀与鼓风机相连，所述喷射器的悬浮物喷口与传输管道的一端相连，所述传输管道的另一端从生物质循环流化床锅炉的底部风室进入其中、并穿过均布有风帽的布风板与底饲耐磨喷嘴相连，所述底饲耐磨喷嘴位于布风板上方的密相燃烧区中。

作为优选方案，所述底饲耐磨喷嘴的喷射口位置高于所述布风板上的风帽的出风口位置500～800mm。这样，从风帽喷出的含氧浓度较高的一次风直接作用在其上方从底饲耐磨喷嘴喷出的燃煤飞灰颗粒上，一方面可以促使燃煤飞灰颗粒在密相燃烧区生产剧烈的翻滚和摩擦，脱除灰壳而露出其中的残炭黑芯；另一方面可以确保该残炭黑芯与氧气充分接触混合，发生剧烈的燃烧反应，从而将绝大部分的残炭黑芯燃尽。

进一步地，所述底饲耐磨喷嘴的喷射方向与水平面的优选夹角为0～25°。这样，使燃煤飞灰颗粒以近乎水平的角度喷出，可增强其与炽热生物质床料颗粒之间的扰动，加大其与一次风中氧气的接触面积，从而提高燃煤飞灰颗粒中残碳黑芯的燃烧速率。

进一步地，所述底饲耐磨喷嘴的数量为2～6个，可以是2个、4个或6个，均匀布置在所述布风板上方，各个底饲耐磨喷嘴通过支管与传输管道的另一端相连。这样，可以均匀分配进入生物质循环流化床锅炉内密相燃烧区床层底部的燃煤飞灰颗粒，确保生物质循环流化床锅炉运行平稳、高效、可靠。

更进一步地，所述传输管道包括水平管段和垂直管段，所述水平管段和垂直管段之间通过耐磨弯头过渡相连。这样，可以确保传输管道受冲击最严重的弯曲部位的抗磨损性能，延长整个传输管道的使用寿命，保证燃煤飞灰颗粒能够快捷顺利地转向生物质循环流化床锅炉的底部。

再进一步地，所述鼓风机为罗茨风机，并列设置有两套，其中一套罗茨风机上设置有放空阀。罗茨风机为容积式风机，其利用两个叶形转子在气缸内作相对运动来压缩和输送气体，十分适于燃煤飞灰颗粒的低压空气输送。可以根据实际需要开启一套或两套罗茨风机，并通过放空阀调节其送风量的大小，从而满足各种不同性能的燃煤飞灰颗粒气力输送的需要。

还进一步地，所述旋转给料装置为变频器远程控制的旋转给料阀。旋转给料阀可广泛应用于粉沫、颗粒物料、粉粒混合物的输送，其通过变频器可以远程调节和控制转速，特别适于燃煤飞灰颗粒的定量输送，从而满足对生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰颗粒百分比含量的精准控制。

本实用新型的工作原理如下：

1)从燃煤飞灰储存仓输出的燃煤飞灰颗粒，在旋转给料装置、鼓风机和喷射器的协同配合作用下处于悬浮流动状态，并通过传输管道从生物质循环流化床锅炉的底部风室进入、并穿过均布有风帽的布风板从底饲耐磨喷嘴喷出，进入生物质循环流化床锅炉内的密相燃烧区床层底部；

2)燃煤飞灰颗粒与密相燃烧区中处于鼓泡流化状态或湍动流化状态的大量炽热生物质床料颗粒混合，生产强烈的传热传质和升温，并一起发生剧烈的翻滚和摩擦，将燃煤飞灰颗粒外层的灰壳磨掉，露出其中未燃尽的残炭黑芯；

3)从布风板上的风帽中输出的一次风含有高浓度的氧气，密相燃烧区中的残炭黑芯与氧气发生迅速和充分的燃烧反应，其中绝大部分残炭黑芯被燃尽；

4)剩余的残炭黑芯在生物质循环流化床锅炉内流化风的作用下进入密相燃烧区上方温度相对较低的稀相燃烧区，在高温高热的惯性作用下继续保持燃烧反应，最终将剩余的残炭黑芯全部燃尽，从而实现燃煤飞灰颗粒的二次燃烧发电。

本实用新型在仔细研究和分析生物质燃料燃烧发电灰分量低、排放污染物小，以及燃煤锅炉所排放燃煤飞灰颗粒含残炭量高、环境污染严重等特性的基础上，结合生物质循环流化床锅炉的运行特点，通过喷射器等装置的巧妙组合，将燃煤飞灰颗粒喷射到生物质循环流化床锅炉内的密相燃烧区床层底部，其优点主要体现在如下几方面：

其一，燃煤飞灰颗粒进入密相燃烧区床层底部，可与大量炽热的生物质床料颗粒发生充分的挤压接触，进行强烈的传热传质，迅速升温而开始燃烧，有效克服了通过面饲方式将燃煤飞灰颗粒送入炉内而无法达到燃烧温度的问题。同时，密相燃烧区未燃尽的少量残炭黑芯进入温度相对较低的稀相燃烧区后，仍能在惯性作用下保持高温高热状态，从而有利于继续燃尽。

其二，生物质循环流化床锅炉的密相燃烧区通常处于鼓泡流化床或湍动流化床状态，大量炽热的生物质床料颗粒可与喷入其中的燃煤飞灰颗粒一起产生剧烈的翻滚和摩擦，瞬间即可将燃煤飞灰颗粒外层的灰壳磨掉，从而使暴露出的内部残炭黑芯与一次风中的氧气充分接触，大幅提高燃烧反应的效率。

其三，燃煤飞灰颗粒喷入密相燃烧区床层底部后，在大量炽热生物质床料颗粒的阻碍和包围作用下，可有效增加其在密相燃烧区床层的滞留时间，从而延长其在生物质循环流化床锅炉内的总停留时间，进而确保燃煤飞灰颗粒完全燃尽。

其四，燃煤飞灰颗粒喷入密相燃烧区床层底部的区域，正好位于布风板上风帽喷射一次风的上方，此时一次风中的氧气浓度相对较高，便于燃煤飞灰颗粒发生充分剧烈的燃烧反应，对提高残炭黑芯的燃烧速率十分有利。

其五，燃煤飞灰颗粒在生物质循环流化床锅炉中的充分回燃利用，有效解决了燃煤锅炉发电厂飞灰高含碳量低燃尽度的致命缺陷，既充分利用了燃煤飞灰颗粒进行二次发电，又相应减少了生物质燃料的用量，还实现了节能减排，提高了单位原料的发电小时数，产生了一举多得的有益效果。

其六，采用生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰颗粒，不需要对原有的生物质循环流化床锅炉进行重大改造，仅仅增加储存仓、喷射器、鼓风机和相应的管路系统即可，改造工程量小，施工方便，易于推广应用。

附图说明

图1为一种生物质循环流化床掺烧燃煤飞灰设备的结构示意图。

图2为图1中布风板处的局部放大结构示意图。

图中：燃煤飞灰储存仓1，旋转给料装置2，喷射器3，止回阀4，鼓风机5，输送管道6，耐磨弯头7，底饲耐磨喷嘴8，生物质循环流化床锅炉9，底部风室10，布风板11，风帽12，密相燃烧区13，稀相燃烧区14，放空阀15。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型的设备作进一步的详细描述。

图中所示的生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰设备，具有与生物质循环流化床锅炉9配套使用的燃煤飞灰储存仓1。燃煤飞灰储存仓1的底部出料口通过旋转给料装置2与喷射器3的粉料输入端相连，旋转给料装置2采用变频器远程控制的旋转给料阀，以精确控制燃煤飞灰的输送量。喷射器3的空气输入端通过止回阀4与鼓风机5相连，鼓风机5采用罗茨风机，罗茨风机并列设置有两套，其中一套罗茨风机上设置有放空阀15，可以根据需要部分或全部开启罗茨风机，并由放空阀调节其送风量的大小，以获得所需的输送风量。喷射器3的悬浮物喷口与传输管道6的一端相连，传输管道6由水平管段和垂直管段组成，水平管段和垂直管段之间通过耐磨弯头7过渡相连，以增强其受冲击最严重的弯曲部位的抗磨损性能，提高整个传输管道6的工作寿命，传输管道6的另一端从生物质循环流化床锅炉9的底部风室10进入其中、并穿过均布有风帽12的布风板11与底饲耐磨喷嘴8相连，底饲耐磨喷嘴8位于布风板11上方的密相燃烧区13中。

本实施例中，底饲耐磨喷嘴8的喷射口位置高于布风板11上的风帽12的出风口位置650mm，以利于燃煤飞灰颗粒与一次风充分接触混合，且底饲耐磨喷嘴8的喷射方向与水平面的夹角为0～10°，以进一步增加燃煤飞灰颗粒与一次风的接触扰动。同时底饲耐磨喷嘴8最好成对设置，数量可以为2个、4个或6个，本实施例中采用4个底饲耐磨喷嘴8，均匀布置在布风板11的上方，每个底饲耐磨喷嘴8均通过支管与传输管道6的另一端相连，这样可以将从喷射器3输出的燃煤飞灰颗粒均匀喷入生物质循环流化床锅炉9内的密相燃烧区13床层底部。

上述生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰设备在实际运行时的工艺过程概括如下：

1)预先优选燃煤锅炉排放的残炭含量占其总重量10～14％的燃煤飞灰颗粒装载到燃煤飞灰储存仓1中。需要利用时，开启旋转给料装置2，通过变频器控制其旋转给料速率，使燃煤飞灰储存仓1内的燃煤飞灰颗粒按设定的进给量输送至喷射器3中。与此同时，开启鼓风机5，向喷射器3输送空气，止回阀4用于阻止空气和燃煤飞灰颗粒向鼓风机5回流，放空阀15用于调节鼓风机5输出的空气流量，通过以上装置的协同作用，使从喷射器3喷入至传输管道6一端的燃煤飞灰颗粒处于悬浮流动状态，其中燃煤飞灰颗粒与空气的质量比最好控制在2.5～3.0∶1的范围内。随后燃煤飞灰颗粒与空气的悬浮混合物以14～16m/s的流速通过传输管道6，并由传输管道6另一端的底饲耐磨喷嘴8喷出，以与水平面夹角为0～10°的夹角掺入生物质循环流化床锅炉9内位于布风板11上方的密相燃烧区13床层底部。其中，燃煤飞灰颗粒的掺入量与生物质循环流化床锅炉9内生物质燃料的质量百分比最好控制在：燃煤飞灰颗粒15～20％，生物质燃料80～85％。

2)在上述密相燃烧区13中，由于循环流化床的风速较低，燃煤飞灰颗粒可以在其中停留足够长的时间，与处于鼓泡流化状态或湍动流化状态的大量炽热生物质床料颗粒交织混合，生产强烈的传热传质和升温，并一起发生剧烈的翻滚和摩擦，燃煤飞灰颗粒外层不易燃烧的灰壳被磨掉，其中未燃尽的残炭黑芯被暴露出来。

3)随后，密相燃烧区13中暴露的残炭黑芯与从布风板11上的风帽12中输出的一次风充分接触混合，发生迅速和剧烈的燃烧反应，将绝大部分的残炭黑芯燃烧殆尽。为了确保密相燃烧区13的燃尽效果，燃煤飞灰颗粒在密相燃烧区13的反应停留时间最好控制在1.0～1.2s。

4)最后，剩余的残炭黑芯在生物质循环流化床锅炉9内流化风的作用下进入密相燃烧区13上方温度相对较低的稀相燃烧区14，在高温高热的惯性作用下继续保持燃烧反应。同样，为了确保稀相燃烧区14的燃尽效果，燃煤飞灰颗粒中剩余的残炭黑芯在稀相燃烧区14的反应停留时间最好控制在5.5～6.0s，直至将剩余的残炭黑芯全部燃尽，从而实现燃煤飞灰颗粒的二次燃烧发电。

采用本实用新型的设备对燃煤锅炉所排放的燃煤飞灰颗粒进行回收利用，其掺杂的燃煤飞灰颗粒可达到总燃料量的30％。按照燃煤飞灰颗粒30％、生物质燃料70％的质量百分比，以生物质发电厂年运行7000小时计算：一台30MW的生物质循环流化床锅炉掺烧的燃煤飞灰颗粒量可达7.14万吨，与其配合的生物质燃料量为17.6万吨。通过测算表明：一台300～600MW机组的燃煤电厂(包括循环流化床锅炉和煤粉锅炉电厂)的燃煤飞灰量远超过7.14万吨，完全可以满足一台30MW机组的生物质循环流化床锅炉对燃煤飞灰二次发电的需要。因此，按照本实用新型所设计的生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰设备对生物质发电厂进行改造，配合处理回收燃煤电厂的飞灰，不仅可以节省大量生物质燃料，而且可以大幅降低燃煤飞灰的危害，实现发电和环保双赢。

Claims (7)

1.一种生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰设备，包括与生物质循环流化床锅炉(9)配套使用的燃煤飞灰储存仓(1)，其特征在于：

所述燃煤飞灰储存仓(1)的底部出料口通过旋转给料装置(2)与喷射器(3)的粉料输入端相连，所述喷射器(3)的空气输入端通过止回阀(4)与鼓风机(5)相连，所述喷射器(3)的悬浮物喷口与传输管道(6)的一端相连，所述传输管道(6)的另一端从生物质循环流化床锅炉(9)的底部风室(10)进入其中、并穿过均布有风帽(12)的布风板(11)与底饲耐磨喷嘴(8)相连，所述底饲耐磨喷嘴(8)位于布风板(11)上方的密相燃烧区(13)中。

2.根据权利要求1所述的生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰设备，其特征在于：所述底饲耐磨喷嘴(8)的喷射口位置高于所述布风板(11)上的风帽(12)的出风口位置500～800mm。

3.根据权利要求1或2所述的生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰设备，其特征在于：所述底饲耐磨喷嘴(8)的喷射方向与水平面的夹角为0～25°。

4.根据权利要求1或2所述的生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰设备，其特征在于：所述底饲耐磨喷嘴(8)的数量为2～6个，均匀布置在所述布风板(11)上方，各个底饲耐磨喷嘴(8)通过支管与传输管道(6)的另一端相连。

5.根据权利要求1或2所述的生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰设备，其特征在于：所述传输管道(6)包括水平管段和垂直管段，所述水平管段和垂直管段之间通过耐磨弯头(7)过渡相连。

6.根据权利要求1或2所述的生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰设备，其特征在于：所述鼓风机(5)为罗茨风机，并列设置有两套，其中一套罗茨风机上设置有放空阀(15)。

7.根据权利要求1或2所述的生物质循环流化床锅炉掺烧燃煤飞灰设备，其特征在于：所述旋转给料装置(2)为变频器远程控制的旋转给料阀。