CN206488271U - 一种燃料和脱硫剂分级供给的低排放循环流化床锅炉 - Google Patents

Abstract

一种燃料和脱硫剂分级供给的低排放循环流化床锅炉，包括主燃室、副燃室、燃尽室以及燃料分级给进装置和脱硫剂分级给进装置等。燃料分级给进装置设置在主燃室的前部，脱硫剂分级给进装置布置在主燃室的前部、燃料分级给进装置的上部。副燃室煤粉入口设置两个，左右对称的设置在副燃室两边侧壁；细煤粉喷管呈左右对称布置。从粗脱硫剂出口与细脱硫剂出口送出的脱硫剂质量比例为3:1~10:1，通过筛下细煤粉管道送入到副燃室内的燃料质量占煤斗内燃料总质量的2%~20%。本实用新型具有燃料/空气双分级燃烧、固体燃料再燃、提高燃料和脱硫剂在床内的循环次数和停留时间，超低NOx排放以及深度脱硫等优点。

Description

一种燃料和脱硫剂分级供给的低排放循环流化床锅炉

技术领域

本实用新型涉及一种循环流化床燃烧设备，尤其涉及一种燃料和脱硫剂分级供给的低排放循环流化床燃烧设备，属于低排放的煤炭、固体废弃物、城市和工业污泥、生物质等固体燃料的燃烧设备，特别适合于高硫、高氮且要求低排放的固体燃料的循环流化燃烧。

背景技术

目前我国国内的煤炭、固体废弃物、污泥、生物质等固体燃料的主要燃烧设备是链条炉、水冷振动炉排锅炉和循环流化床锅炉等，根据不同的燃料选择不同的炉型、不同的炉型具有各自的特点。

循环流化床锅炉是近年来发展起来的高效清洁的燃烧技术，燃料适应性广，可燃用优质煤、劣质煤、固体废弃物、生物质等燃料。由于其燃烧效率高，能同时进行炉内脱硫、脱硝等污染控制操作，具有低NO_x和SO_x排放等优点，因而在电力市场得到了迅速的发展，正在向大型化方向发展，600MWe的循环流化床锅炉已投入商业运行。同时，在工业锅炉领域，由于工业锅炉的蒸发量小、运行灵活、检修方便，劣质煤、固体废弃物、生物质等燃料等日益受到青睐，这些燃料非常适合采用循环流化床技术燃烧。传统立式、单级循环流化床锅炉存在炉身高，锅炉岛体积庞大等缺点，对厂房建设要求较高。同时锅炉岛的支撑钢架以及锅炉岛本体的钢耗较大，使得项目造价和初投资较高。针对立式循环流化床锅炉在工业锅炉领域的缺陷，中国专利CN1786565A公布了一种卧式循环流化床燃烧设备及其循环燃烧方法，采用外置分离器、将传统立式锅炉的炉膛分为三个部分，从而有效降低了炉膛高度。中国专利 CN102537943A公布了一种带有水平旋风分离器的卧式循环流化床锅炉，采用水平布置的旋风分离器，使得结构布置更加紧凑，特别适用于工业锅炉。然而，CN1786565A和CN102537943A公布的专利在炉内脱硫和低NOx燃烧方面，与传统的立式循环流化床锅炉没有明显差异，针对固体燃料，很难达到苛刻的工业锅炉排放要求（例如，NOx排放低于200mg/Nm³，SO₂排放低于200mg/Nm³，甚至要求更低）。

在传统的循环流化床领域，一般可通过空气分级燃烧来降低NOx排放，即燃料燃烧所需要的空气分阶段供给，一次风通过风室供给，但一次风量不足以提供燃料完全燃烧所需要的空气，燃料完全燃烧所需要的空气再由二次风或三次风供给，通过这种分级供给空气的方式来营造燃烧区域的还原性气氛，从而将燃烧生成的NOx还原为N₂，从而降低NOx排放。目前，这种空气分级燃烧的方式对NOx的减排效果已经达到了瓶颈。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足和缺陷，本实用新型基于现有的卧式循环流化床工业锅炉技术，提出一种燃料和脱硫剂双分级供给的低排放循环流化床锅炉，在结构布置紧凑的同时，充分利用了卧式循环流化床锅炉分床燃烧的特点，突破单一空气分级燃烧传统思路，在保留分级配风方式的基础上，燃料分级分粒度供给、脱硫剂分级分粒度供给，通过空气、燃料双分级燃烧和分级脱硫，使燃料燃烧充分的同时污染物低排放。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种燃料和脱硫剂分级供给的低排放循环流化床锅炉，包括布风板、主燃室、副燃室、燃尽室、分离器、连接烟道、尾部烟道、尾部受热面、烟气出口、回料器，其特征在于：

所述锅炉还包括燃料分级给进装置、脱硫剂分级给进装置；所述主燃室设置有主燃料入口和主燃室脱硫剂入口；所述副燃室设置有副燃室煤粉入口和副燃室脱硫剂入口；

所述燃料分级给进装置设置在主燃室的前部，通过粗煤出口与主燃室的主燃料入口相连；燃料分级给进装置的煤粉输送出口依次通过筛下细煤粉管道、细煤粉喷管与布置在副燃室上的副燃室煤粉入口相连；

所述脱硫剂分级给进装置布置在主燃室的前部、燃料分级给进装置的上部；脱硫剂分级给进装置设置有细脱硫剂出口和粗脱硫剂出口，所述粗脱硫剂出口通过粗脱硫剂颗粒输送管道与设置在主燃室上的主燃室脱硫剂入口相连；所述细脱硫剂出口通过细脱硫剂颗粒输送管道与设置在副燃室上的副燃室脱硫剂入口。

上述技术方案中，所述副燃室煤粉入口设置两个，左右对称的设置在副燃室两边侧壁；所述细煤粉喷管设置两根，分别与设置在副燃室两边侧壁的副燃室煤粉入口连接，所述细煤粉喷管呈左右对称布置；所述细煤粉喷管轴向中心线与副燃室侧壁的夹角α为30～60°；从所述左右对称布置的细煤粉喷管喷射的燃料射流与副燃室内下行的烟气流形成“M”型燃烧区域。

上述技术方案中，所述的燃料分级给进装置包括煤斗、绞龙、绞龙外壳、筛分盒和筛网；所述筛网的筛孔为18～150目，筛网布置在筛分盒与绞龙之间；筛分盒上布置有煤粉输送风入口和煤粉输送出口；所述绞龙的后部为粗煤出口。

从粗脱硫剂出口与细脱硫剂出口送出的脱硫剂质量比例为（3~10）：1，即3:1~10:1。通过筛下细煤粉管道送入到副燃室内的燃料质量占煤斗内燃料总质量的2%~20%。

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：① 本实用新型采用水平卧式布置，可大大降低锅炉的高度，节省锅炉钢耗，从而有效地降低了锅炉成本。同时由于锅炉高度降低后，锅炉厂房的建造成本可大幅度降低。锅炉高度降低后，锅炉的稳定性好，可使锅炉及厂房结构更加紧凑，也便于检修维护。② 本实用新型采用分级分粒度给入燃料，可以充分利用燃料再燃及还原，从而最大限度的降低燃料型NO生成。③本实用新型采用分级分粒度给入脱硫剂，按需按质提供脱硫剂，从而最大限度提高脱硫剂的利用率和提高脱硫效率。④本实用新型分级分粒度给入的燃料和脱硫剂是通过燃料分级给进装置以及脱硫剂分级给进装置分别进行的，供给锅炉的燃料流以及脱硫剂流通过这两个装置自动分级形成两股粒度各异的燃料流和粒度各异的脱硫剂流，分别给入燃烧装置。⑤由于采用分床/分级/分粒度燃料和脱硫剂供给，从而实现了燃料和脱硫剂的内部“提质”，并且在炉膛内形成“M”型燃烧区域。由于采用燃料/空气双分级燃烧固体燃料再燃、提高了燃烧区域的还原性氛围；“M”型燃烧区域的存在不但提高了燃料与空气的混合度，而且提高了燃料和脱硫剂在床内的循环次数和停留时间；这些因素有助于实现超低NOx排放以及深度脱硫，最终的原始NOx排放小于100mg/Nm³。

附图说明

图1为本实用新型所提供的一种燃料和脱硫剂分级供给的低排放循环流化床锅炉的结构原理示意图。

图2为本实用新型所提供的一种燃料和脱硫剂分级供给的低排放循环流化床锅炉的燃料分级给进装置的结构示意图。

图3为本实用新型所提供的一种燃料和脱硫剂分级供给的低排放循环流化床锅炉的脱硫剂分级给进装置示意图。

图4为本实用新型所提供的一种燃料和脱硫剂分级供给的低排放循环流化床锅炉的副燃室的A-A剖视图。

图5为某一传统循环流化床锅炉的炉内单级石灰石供给推荐粒度要求。

图中：1－布风板；2－筛下细煤粉管道；3－燃料分级给进装置；4－主燃室脱硫剂入口；5－粗脱硫剂颗粒输送管道；6－脱硫剂分级给进装置；7－细脱硫剂颗粒输送管道；8－主燃室；9－副燃室；10－燃尽室；11－分离器；12－连接烟道；13－尾部烟道；14－尾部受热面；15－烟气出口；16－回料器；17－细煤粉喷管；18－副燃室煤粉入口；19－副燃室脱硫剂入口；25－“M”型燃烧区域；31－煤斗；32－煤粉输送风入口；33－煤粉输送出口；34－筛分盒；35－筛网；36－绞龙外壳；37－绞龙；38－水冷壁；381－主燃料入口；39－粗煤出口；41－脱硫剂入口；42－细脱硫剂出口；43－粗脱硫剂出口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

如图1所示，一种燃料和脱硫剂分级供给的低排放循环流化床锅炉，包括布风板1、主燃室8、副燃室9、燃尽室10、分离器11、连接烟道12、尾部烟道13、尾部受热面14、烟气出口15、回料器16。主燃室8、副燃室9和燃尽室10为水平连接布置的三个燃烧室。以燃料和烟气流向为前后方向，主燃室8在前，燃尽室10在后。主燃室8、副燃室9和燃尽室10彼此间不接触的炉墙为侧面。布风板1设置在主燃室8底部，一次风通过布风板1进入主燃室8。分离器11设置在燃尽室10的出口，分离器11与尾部烟道13之间通过连接烟道12相连，尾部烟道13内设置有尾部受热面14，换热后的烟气从烟气出口15进入后续装置。副燃室9下方设有回料器16，分离器11分离下的固体物料也通过回料器16回到主燃室8。所述主燃室8设置有主燃料入口381和主燃室脱硫剂入口4，主燃料入口381设置在主燃室8的前炉墙上，主燃室脱硫剂入口4设置在主燃室8的侧面。所述副燃室9侧面从下往上依次设置有副燃室煤粉入口18和副燃室脱硫剂入口19。

如图1所示，所述一种燃料和脱硫剂分级供给的低排放循环流化床锅炉还包括燃料分级给进装置3、脱硫剂分级给进装置6。

所述燃料分级给进装置3设置在主燃室8的前部。如图2所示，燃料分级给进装置3包括煤斗31、绞龙37、绞龙外壳36、筛分盒34、筛网35等。筛网35的筛孔为18~150目（孔径1mm~0.106mm），布置在筛分盒34与绞龙37之间。燃料煤从煤斗31进入燃料分级给进装置3，通过绞龙37输送的过程中自然由筛网35筛分分选，小于筛孔孔径的细颗粒粉煤落入筛分盒34，而大于筛孔孔径的粗煤则从绞龙37后部的粗煤出口39输送到主燃料入口381，进入主燃室8燃烧。在筛分盒34上布置有煤粉输送风入口32和煤粉输送出口33，煤粉输送出口33依次通过筛下细煤粉管道2、细煤粉喷管17与布置在副燃室9上的副燃室煤粉入口18相连。落入筛分盒34的细颗粒粉煤在从煤粉输送风入口32送入的输送风携带下，从煤粉输送出口33喷出，依次通过筛下细煤粉管道2、细煤粉喷管17喷射进入副燃室煤粉入口18。从煤粉输送风入口32送入的输送风可作为分级配风中的二次风或三次风的一部分。

通过筛下细煤粉管道2送入到副燃室9内的燃料质量占煤斗31内燃料总质量的约2% ~20%。

上述技术方案中，所述副燃室煤粉入口18可以设置两个，左右对称的设置在副燃室9两边侧壁，如图4所示。相应的，所述细煤粉喷管17设置两根，也左右对称的分别与设置在副燃室9两边侧壁的副燃室煤粉入口18相连。所述细煤粉喷管17呈左右对称布置，且细煤粉喷管17轴向中心线与副燃室9侧壁的夹角α为30~60°。从所述左右对称布置的细煤粉喷管17喷射的燃料射流与副燃室9内下行的烟气流形成“M”型燃烧区域25。

如图1所示，所述脱硫剂分级给进装置6布置在主燃室8的前部、燃料分级给进装置3的上部。如图3所示，脱硫剂分级给进装置6类似分离器，采用旋风分离器、百叶窗分离器或U型分离器结构均可实现相应的分离功能。脱硫剂分级给进装置6包括脱硫剂入口41、细脱硫剂出口42和粗脱硫剂出口43。所述粗脱硫剂出口43通过粗脱硫剂颗粒输送管道5与设置在主燃室8上的主燃室脱硫剂入口4相连；所述细脱硫剂出口42通过细脱硫剂颗粒输送管道7与设置在副燃室9上的副燃室脱硫剂入口19。一定粒度的脱硫剂以气力输送的方式从脱硫剂入口41输入脱硫剂分级给入装置6，通过筛分分离的方式，将脱硫剂分成粗颗粒流和细颗粒流，分别从粗脱硫剂出口43与细脱硫剂出口42送入主燃室8和副燃室9。脱硫剂分级给入装置6的具体结构设置须根据燃料含硫量和脱硫效果调整设计。

从粗脱硫剂出口43与细脱硫剂出口42送出的脱硫剂质量比例约为3:1~10:1。该比例与燃料特性，例如挥发分含量、固定碳含量以及硫含量等有关，也与运行参数，例如燃烧温度等有关。当燃料的硫含量比较高时粗脱硫剂的比例取高值，当燃烧温度高时粗脱硫剂的比例取高值。

实施例的工作过程：

来自煤场经过破碎的燃煤颗粒送到煤斗31，通过绞龙37向主燃室8推进，当燃煤经过筛网35时，燃煤中的小颗粒经过筛网漏到筛分盒34中，从而实现了燃煤大颗粒和小颗粒的分离。通过煤粉输送风入口32送入空气，空气吹着细煤粉经过煤粉输送出口33和筛下细煤粉管道2送入到燃尽室10，而筛网不能漏下的大颗粒则直接由绞龙37送入主燃室8上的主燃料入口381，通过主燃料入口381将大颗粒燃料送入主燃室。可以通过调整煤粉输送风的量以及安装的筛网的孔隙来控制燃料分级的比例以及粒度分布。

其中一个实施例：

对于某台锅炉，空气分级燃烧的一次风比例为60%，二次风比例为40%，锅炉的设计燃煤最大粒径为5~10mm，典型的最大粒径为7mm；50%筛余量的粒径为0.53~1.6mm，典型的为1mm。针对这台锅炉实施例，筛网35的筛孔选100目，粒径0.15mm以下的都漏到筛分盒34中，并且粒径0.15mm以下燃料约占总燃料量的10%。针对这种特定的燃料，10%的小颗粒物料在喷入40%的二次风之后再喷入副燃室，从而在燃烧过程的空气分级燃烧的基础上，这10%的小颗粒物料起到了还原剂的作用，可以还原燃烧过程中形成的NOx，从而降低排放。如果细物料份额过高，将会导致燃烧过程中的还原性气体CO排放增高。当燃料以及运行参数发生变化时，小颗粒物料和大颗粒物料的比例应相应调整。

此时，粒径在2mm粒度以下的脱硫剂以气力输送的方式输入脱硫剂分级给入装置6的脱硫剂入口41，通过旋风筛分的方式，脱硫剂形成浓粗和淡细两股，浓粗的脱硫剂气流从粗脱硫剂出口43喷出、淡细的脱硫剂气流从细脱硫剂出口42喷出，分别送入主燃室8和副燃室9。针对不同的煤种，须根据燃料原始含硫量设计脱硫剂分级给进装置6的具体结构，从而改变脱硫剂分级比例和粒度分布。

图5是某一传统循环流化床锅炉的炉内单级石灰石供给脱硫用石灰石推荐粒度要求，作为其中一个实施例，脱硫剂推荐的理想粒度为通过0.45mm筛孔（40目）筛子的筛余量（筛上百分比）为50%，当筛余量固定为50%时，粒径的变化范围为0.3~0.6mm。对于这一原始粒度分布的脱硫剂，经过本实用新型的分级给进装置分离后，粗、细粒径的分界范围为0.24mm，应将粒度大于 0.24mm的石灰石（脱硫剂）送入主燃室，小于0.24mm的送入副燃室9，粗细分别供给，粗细质量比约为 4：1。脱硫剂的原始粒度分布不同，则粗细粒径的分界范围以及粗细质量将相应改变，须通过调整脱硫剂分级给入装置的结构和运行参数（例如风速等）来实现。

在本实施例中，脱硫剂分级给入装置6采用旋风分离器结构，当采用百叶窗分离器或者U型分离器时构成本实用新型的另外实施方式。

对于特定的燃料和脱硫剂（例如，CaO），也可将浓粗的脱硫剂送入副燃室、淡细的脱硫剂送入主燃室，构成本实用新型的另外一个特殊实施例。这是因为，较粗的CaO先进入副燃室，经过循环回路物料碰撞磨损后变细进入主燃室后，反应活性会提高，从而提高整体的脱硫效率以及脱硫剂的利用率。

Claims (5)

1.一种燃料和脱硫剂分级供给的低排放循环流化床锅炉，包括布风板（1）、主燃室（8）、副燃室（9）、燃尽室（10）、分离器（11）、连接烟道（12）、尾部烟道(13)、尾部受热面（14）、烟气出口（15）、回料器（16），其特征在于：

所述锅炉还包括燃料分级给进装置（3）、脱硫剂分级给进装置（6）；所述主燃室（8）设置有主燃料入口（381）和主燃室脱硫剂入口（4）；所述副燃室（9）设置有副燃室煤粉入口（18）和副燃室脱硫剂入口（19）；

所述燃料分级给进装置（3）设置在主燃室（8）的前部，通过粗煤出口（39）与主燃室（8）的主燃料入口（381）相连；燃料分级给进装置（3）的煤粉输送出口（33）依次通过筛下细煤粉管道（2）、细煤粉喷管（17）与布置在副燃室（9）上的副燃室煤粉入口（18）相连；

所述脱硫剂分级给进装置（6）布置在主燃室（8）的前部、燃料分级给进装置（3）的上部；脱硫剂分级给进装置（6）设置有细脱硫剂出口（42）和粗脱硫剂出口（43），所述粗脱硫剂出口（43）通过粗脱硫剂颗粒输送管道（5）与设置在主燃室（8）上的主燃室脱硫剂入口（4）相连；所述细脱硫剂出口（42）通过细脱硫剂颗粒输送管道（7）与设置在副燃室（9）上的副燃室脱硫剂入口（19）。

2.按照权利要求1所述的一种燃料和脱硫剂分级供给的低排放循环流化床锅炉，其特征在于：所述副燃室煤粉入口（18）设置两个，左右对称的设置在副燃室（9）两边侧壁；所述细煤粉喷管（17）设置两个，分别与设置在副燃室（9）两边侧壁的副燃室煤粉入口（18）连接，所述细煤粉喷管（17）呈左右对称布置；所述细煤粉喷管（17）轴向中心线与副燃室（9）侧壁的夹角α为30～60°；从所述左右对称布置的细煤粉喷管（17）喷射的燃料射流与副燃室（9）内下行的烟气流形成“M”型燃烧区域（25）。

3.按照权利要求1所述的一种燃料和脱硫剂分级供给的低排放循环流化床锅炉，其特征在于：从粗脱硫剂出口（43）与细脱硫剂出口（42）送出的脱硫剂质量比例为3:1~10:1。

4.按照权利要求1所述的一种燃料和脱硫剂分级供给的低排放循环流化床锅炉，其特征在于：所述的燃料分级给进装置（3）包括煤斗（31）、绞龙（37）、绞龙外壳（36）、筛分盒（34）和筛网（35）；所述筛网（35）的筛孔为18～150目，筛网（35）布置在筛分盒（34）与绞龙（37）之间；筛分盒（34）上布置有煤粉输送风入口（32）和煤粉输送出口（33）；所述绞龙（37）的后部为粗煤出口（39）。

5.按照权利要求1或2所述的一种燃料和脱硫剂分级供给的低排放循环流化床锅炉，其特征在于：通过筛下细煤粉管道（2）送入到副燃室（9）内的燃料量占煤斗（31）内燃料总量的2%~20%。