CN208418774U - 一种改善燃煤结渣性能的钙镁添加剂添加装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了属于燃煤锅炉技术领域的一种改善燃煤结渣性能的钙镁添加剂添加装置。该装置包括设置在燃尽风喷口(7)上3～4m处的含镁废渣喷口(6)、设置在主燃烧器(9)最上层一次风喷口上3～4m处的电石渣喷口(8)；含镁废渣喷口(6)经第一文丘里混合器(5‑1)与锅炉(10)尾部烟道上冷一次风机(11)的支路管道相连；电石渣喷口(8)经第二文丘里混合器(5‑2)、烟气再循环风机(12)与锅炉(10)尾部烟道管道连接。本实用新型装置通过循环烟气、冷空气将含镁废渣、电石渣以合适位置喷入锅炉，实现了添加剂的有效喷入，显著改善了煤的结渣问题，且整个装置无额外部件添加，成本低廉，易于工业化生产。
Description
技术领域
本实用新型属于燃煤锅炉技术领域，特别涉及一种改善燃煤结渣性能的钙镁添加剂添加装置。
背景技术
中国是一个以煤炭为资源的主要国家，清洁、高效的利用现有煤炭资源具有重要意义。在火电厂中，高钠煤在燃用过程中锅炉受热面容易发生严重的结渣、沾污和腐蚀问题，不仅降低了锅炉的传热效率，同时也影响了锅炉的安全运行，严重限制了高钠煤的大规模使用。
煤灰的结渣问题与煤灰的熔融性具有重要的关系，通常用灰熔融温度来表征煤灰的熔融特性。煤灰的熔融温度与煤灰成分有关，煤灰主要成分主要包括SiO2、Al2O3、TiO2、CaO、MgO、Na2O、K2O等，通常通过调整氧化物的方式来调整灰熔点，即通过添加添加剂来改善煤灰的结渣状况。
煤粉炉燃用高钠煤掺烧的添加剂众多，目前火电厂应用较多的添加剂主要有高岭土、硅藻土、活性矾土等，但是普遍存在锅炉炉膛熄火、煤灰灰熔点提升有限、成本高的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的是，针对现有技术的不足，提供一种改善燃煤结渣性能的钙镁添加剂添加装置，具体技术方案为：
一种改善燃煤结渣性能的钙镁添加剂添加装置包括设置在燃尽风喷口7上3～4m处的含镁废渣喷口6、设置在主燃烧器9最上层一次风喷口上3～4m处的电石渣喷口8；
含镁废渣喷口6经第一文丘里混合器5-1与锅炉10尾部烟道上冷一次风机11的支路管道相连；
电石渣喷口8经第二文丘里混合器5-2、烟气再循环风机12与锅炉10尾部烟道管道连接；
含镁废渣料仓1经第一给粉机3-1连接至第一文丘里混合器5-1粉体入口，电石渣料仓2经第二给粉机3-2连接至第二文丘里混合器5-2粉体入口。
第一文丘里混合器5-1、第二文丘里混合器5-2气体入口前分别设置第一调压阀4-1、第二调压阀4-2。
所述电石渣料仓1中电石渣中氢氧化钙的质量分数≥85％，含镁废渣料仓2中的含镁废渣中氧化镁的质量分数≥60％，其中电石渣、含镁废渣颗粒粒径为150目～200目。
所述冷一次风机11设置在锅炉10尾部烟道的空气预热器13冷却空气入口处，空气预热器13加热后的空气将原煤自煤斗16经给煤机17、磨煤机18送入锅炉10。
本实用新型的有益效果为：
(1)通过本实用新型提供的改善燃煤结渣性能的钙镁添加剂添加装置，通过针对性设计电石渣、含镁废渣添加剂在锅炉的喷入口，能够有效提高电石渣、含镁废渣添加剂的活性，防止添加剂烧结，进而显著提升燃煤煤灰灰熔度，改善燃煤结渣问题；
(2)本实用新型提供的添加装置直接利用锅炉尾部烟道上设置的一次冷风机泵入的冷空气实现含镁废渣的有效喷入、利用尾部烟道的循环烟气实现电石渣的有效喷入，不仅实现了燃煤装置中冷空气、循环烟气的再利用，而且避免了添加剂烧结的问题；整个装置无额外部件添加，成本低廉，易于工业化生产。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种改善燃煤结渣性能的钙镁添加剂添加装置；
标号说明：含镁废渣料仓1；电石渣料仓2；第一给粉机3-1；第二给粉机3-2；第一调压阀4-1；第二调压阀4-2；第三调压阀4-3；第四调压阀4-4；第一文丘里混合器5-1；第二文丘里混合器5-2；含镁废渣喷口6；燃尽风喷口7；电石渣喷口8；主燃烧器9；锅炉10；冷一次风机11；烟气再循环风机12；空气预热器13；除尘器14；烟囱15；煤斗16；给煤机17；磨煤机18。
具体实施方式
本实用新型提供了一种改善燃煤结渣性能的钙镁添加剂添加装置，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步的说明。
如图1所示的一种改善燃煤结渣性能的钙镁添加剂添加装置，包括含镁废渣料仓1、电石渣料仓2、第一给粉机3-1、第二给粉机3-2、第一调压阀4-1、第二调压阀4-2、第三调压阀4-3、第四调压阀4-4、第一文丘里混合器5-1、第二文丘里混合器5-2、含镁废渣喷口6、燃尽风喷口7、电石渣喷口8、主燃烧器9、锅炉10、冷一次风机11、烟气再循环风机12、空气预热器13、除尘器14、烟囱15、煤斗16、给煤机17、磨煤机18。
燃烧锅炉10尾部烟道设置空气预热器13，用于将泵入的冷空气与高温烟气换热，冷一次风机11设置在空气预热器13冷却空气入口处，经高温烟气加热后的空气用于将原煤自煤斗16经给煤机17、磨煤机18送入锅炉10，在主燃烧器9燃烧；燃烧锅炉10尾部烟道后设置除尘器14、烟囱15，用于排出除尘后的低温烟气。
电石渣料仓1中电石渣中氢氧化钙的质量分数≥85％，含镁废渣料仓2中的含镁废渣中氧化镁的质量分数≥60％，其中电石渣、含镁废渣颗粒粒径为150目～200目；含镁废渣优选为乙基麦芽酚含镁废渣；由于CaO的活性在900℃-1000℃左右最高，MgO的活性在700℃最高，因此，分别设置电石渣喷口、含镁废渣喷口，将电石渣、含镁废渣在锅炉合适的温度内喷入锅炉内。
含镁废渣喷口6设置在燃尽风喷口7上4m处，并与第一文丘里混合器5-1气体出口连通；含镁废渣料仓1经第一给粉机3-1连接至第一文丘里混合器5-1粉体入口，第一文丘里混合器5-1气体入口与冷一次风机11空气出口支路管道相连，含镁废渣粉体自含镁废渣料仓1经给粉机3-1与冷一次风机11输送的冷一次风在第一文丘里混合器5-1中混合成粉末气流，自第一文丘里混合器5-1气体出口经含镁废渣喷口6喷入锅炉10，含镁废渣的喷入速度设置为25-30m/s。
第一文丘里混合器5-1气体入口前设置第一调压阀4-1，用于将冷一次风机11输送的冷一次风风压由8-10KPa调节至2-3KPa，然后再与含镁废渣粉体混合，冷一次风温为20-30℃，低温空气有利于防止含镁废渣的烧结；同时，含镁废渣喷口6处在锅炉10温度相对较低的区域，从而使得氧化镁保持较高的活性，含镁废渣进入锅炉内后与燃煤飞灰发生反应，形成镁橄榄石等物质，提高了飞灰熔点。
主要成分为氧化镁的含镁废渣，由于在高温下镁离子的离子势较低，对其他组份的作用是氧的给予体，能够阻止多聚物的聚集，降低粘度，堇青石的生成能够有效的避免锅炉结大渣，改善了结渣问题，而且氧化镁的添加能够有效提高灰熔点，同样改善了煤灰的结渣性，其反应机理如下：
2MgO+2Al2O3+5SiO2→Mg2Al4Si5O18(堇青石)。
电石渣喷口8设置在主燃烧器9最上层一次风喷口上3m处，并与第二文丘里混合器5-2气体出口连通；电石渣料仓2经第二给粉机3-2连接至第二文丘里混合器5-2粉体入口，第二文丘里混合器5-2气体入口经烟气再循环风机12与锅炉10尾部烟道管道连接，电石渣粉体自电石渣料仓2经第二给粉机3-2与经烟气再循环风机12输送的循环烟气在第二文丘里混合器5-2中混合成粉末气流，自第二文丘里混合器5-2气体出口经电石渣喷口8进入锅炉10中，电石渣的喷入速度设置为25-30m/s。
第二文丘里混合器5-2气体入口前设置第二调压阀4-2，用于将烟气再循环风机12输送的再循环烟气风压由8-10KPa调节至2-3KPa，然后再与电石渣粉体混合，温度为120-140℃的再循环烟气能够降低电石渣的燃烧强度，减轻电石渣的烧结；同时，电石渣在相应位置进入锅炉10后，快速释放出乙炔气体，有利于炉内的着火稳燃，而电石渣与燃煤飞灰发生反应，形成硅钙石和原硅酸钙等物质，提高了飞灰熔点。
电石渣是电石水解获取乙炔气体后的废渣，主要成分是氢氧化钙，含量达85％左右，另外还含有硅、铁、铝、镁等金属的氧化物、氢氧化物，少量的硫化物、磷化物以及乙炔气。
在锅炉炉膛内，烟气温度在1400℃左右，加入炉膛的电石渣主要成分为Ca(OH)2，Ca(OH)2在高温下分解为CaO和H2O，反应式为Ca(OH)2→CaO+H2O(g)；当煤灰中CaO含量较高时，由于氧化钙本身的熔点较高，可以有效的提高灰熔点。
当氧化钙的含量较低时，Na2O与煤灰中SiO2和Al2O3反应生成钠长石，反应机理如下：
Na2O+Al2O3+6SiO2→2NaAlSi3O8(钠长石)
随着氧化钙含量的增加，含钠矿物质由钠长石逐渐转化为霞石，反应机理如下：
1/2NaAlSi3O8+1/3Fe2O3+CaO→1/3Ca3Fe2Si3O12+1/2NaAlSiO4(霞石)
霞石是一种易熔的架状硅酸盐矿物，熔点为1254℃，在高温下容易发生熔融，尽管其熔点高于钠长石，但霞石可以与其他矿物质形成低温共熔体，更容易降低灰熔融温度。此时CaO与SiO2和Al2O3反应主要生成钙长石，反应机理如下：
CaO+Al2O3+2SiO2→CaO·Al2O3·2SiO2(钙长石)
随着氧化钙含量的进一步增加，霞石的含量缓慢下降，钙长石的含量进一步下降，钙黄长石和硅灰石的含量迅速增加，反应机理如下：
0.5CaO·Al2O3·2SiO2+CaO→0.5Ca2Al2SiO7(钙黄长石)+0.5CaSiO3(硅灰石)
钙黄长石容易与钙长石和硅灰石形成低温共熔体，使得灰的熔融温度下降。
继续增加氧化钙的含量，钙黄长石和硅灰石的含量迅速降低，硅钙石的含量增加，霞石含量进一步下降，而且硅灰石和钙长石的消失抑制了钙黄长石的低温共熔现象，灰熔点持续升高，反应机理如下：
2CaSiO3+CaO→CaSiO7(硅钙石)
当加入的氧化钙含量足够多时，霞石转变为一种钙钠化合物，霞石消失，霞石的低温共熔现象不再出现，硅钙石转变为原硅酸钙，原硅酸钙的熔点很高，因此灰熔点大幅度提升。反应机理如下：
CaSiO7+CaO→2Ca2SiO4(原硅酸钙)
因此，随着CaO在炉内的添加，在炉内高温下含钙矿物质由钙长石依次转化为钙黄长石、硅灰石、硅钙石和原硅酸钙等，含钠矿物质由钠长石依次转化为霞石和钙钠化合物，含钙矿物质的熔点远高于含钠硅铝酸盐，霞石的熔点为1254℃，钠长石的熔点为1089℃，而原硅酸钙的熔点达到了1633℃，因此CaO通过竞争反应与酸性成分SiO2、Al2O3结合生成含钙硅铝酸盐，从而抑制了含钠硅铝酸盐的形成，进而有效提高灰熔点，改善煤灰的结渣特性；而且CaO的添加能够抑制高温下液相物质的生成，使灰表面更加疏松，灰的强度更小，更容易通过吹灰的方式除去。除上述之外，钙还具有较好的固硫效果，生成的硫酸钙熔点高于硫酸钠，辅助改善煤的结渣问题。
在电石渣中含有未被水解的碳化钙颗粒，其外面紧包着一层Ca(OH)2,阻碍了碳化钙的水解，当Ca(OH)2在高温下分解后，发生如下反应：
Ca(OH)2→CaO+H2O(g)
碳化钙颗粒暴露在空气中的水蒸气下，发生如下反应：
CaC2+H2O→CaO+C2H2(g)
反应生成的乙炔气体在高温火焰中迅速燃烧，释放出大量热量，能够提高炉膛的燃烧温度，避免了因加入添加剂产生的炉膛熄火问题，保证了电厂运行的安全性和经济性。
第三调压阀4-3设置在空气预热器13加热空气出口管道上，用于调节输入原煤粉体的空气预热器13加热空气的风压；第四调压阀4-4设置在空气预热器13加热空气出口管道与冷一次风机11空气出口支路管道的连接管路上，用于调节冷一次风机11所泵入空气分别用于输送原煤粉体、含镁废渣粉体的比例。
Claims (4)
1.一种改善燃煤结渣性能的钙镁添加剂添加装置，其特征在于，所述添加装置包括设置在燃尽风喷口(7)上3～4m处的含镁废渣喷口(6)、设置在主燃烧器(9)最上层一次风喷口上3～4m处的电石渣喷口(8)；
含镁废渣喷口(6)经第一文丘里混合器(5-1)与锅炉(10)尾部烟道上冷一次风机(11)的支路管道相连；
电石渣喷口(8)经第二文丘里混合器(5-2)、烟气再循环风机(12)与锅炉(10)尾部烟道管道连接；
含镁废渣料仓(1)经第一给粉机(3-1)连接至第一文丘里混合器(5-1)粉体入口，电石渣料仓(2)经第二给粉机(3-2)连接至第二文丘里混合器(5-2)粉体入口。
2.根据权利要求1所述的钙镁添加剂添加装置，其特征在于，第一文丘里混合器(5-1)、第二文丘里混合器(5-2)气体入口前分别设置第一调压阀(4-1)、第二调压阀(4-2)。
3.根据权利要求1所述的钙镁添加剂添加装置，其特征在于，所述电石渣料仓(2)中电石渣中氢氧化钙的质量分数≥85％，含镁废渣料仓(1)中的含镁废渣中氧化镁的质量分数≥60％，其中电石渣、含镁废渣颗粒粒径为150目～200目。
4.根据权利要求1所述的钙镁添加剂添加装置，其特征在于，所述冷一次风机(11)设置在锅炉(10)尾部烟道的空气预热器(13)冷却空气入口处，空气预热器(13)加热后的空气将原煤自煤斗(16)经给煤机(17)、磨煤机(18)送入锅炉(10)。
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