CN2336195Y - 有纵向旋流分尘器的内循环流化床燃烧炉 - Google Patents

Abstract

一种纵向旋流内循环流化床燃烧炉，该燃烧炉在用水套围成的筒体空间内，由鼓泡床、循环床及装于循环床中心的纵向旋流分尘器构成，燃烧0～20mm散煤料，其特征在于利用炉内的纵向旋流分尘器自动的向循环床回送未燃尽的粗粒粉尘参与多次循环，达到燃尽和有效的脱硫，从而克服了现有外置旋风除尘器及粉尘回送装置存在的各种缺点，而且在结构上容易转为增压操作，适合与电站锅炉、工业锅炉配用，也可在CPFBC和IGCC系统中应用。

Description

有纵向旋流分尘器的内循环流化床燃烧炉

本发明涉及到一种循环流化床燃烧装置，尤其是一种利用纵向旋流分尘器实现内循环的流化床燃烧装置。

循环流化床燃烧是80年代发展起来的新技术，有燃烧效率高、煤种适应广、脱S率高、NO_X生成量少、负荷调节范围宽及启动速度快等特点，是节能和治理大气污染最有效的燃烧技术。

循环流化床燃烧目前主要在大容量锅炉上应用，而且多数是电站锅炉，由此构成了循环流化床锅炉一类新装置。循环流化床锅炉发展非常迅速，单机容量500t/h的大型循环流化床锅炉已投入稳定运行。但是技术经济比较表明，容量小于100t/h的循环流化床锅炉没有明显的优越性，主要原因是构成复杂、投资成本高、运行维护费用大，以及操作控制不方便等。即使是大容量循环流化床锅炉，也存在以下问题亟待解决：

1、需在流化床外部装置旋风除尘器，捕集高温烟气中的粉尘送回流化床内再燃烧，除尘器尺寸过大，造价高，占地空间及散热损失所占比例也高，容量愈大问题愈严重。

2、系统烟气流动阻力大，锅炉机组自耗电增加，约占自发电量的7％。

3、系统庞大，钢材消耗量约增加20％。

4、返尘量(循环倍率)对燃烧过程有很大影响，稳定或改变床层温度，需严格控制返尘量，操作过程复杂，自动化程度要求高。

欲使循环流动床燃烧技术得到普遍应用，必须以改变用外置旋风除尘器捕集回送粉尘的循环方式为重点，彻底解决上面提出的问题。尤其是结合我国情况，更应创造出结构简单、投资省、适合烧多种煤料的中小型快装式循环流化床燃烧炉，使其能在各种容量的发电锅炉和工业锅炉上配用，才能满足各行业的需要，拓宽节能，广治环境污染。

煤燃烧使C转成CO₂为完全燃烧，使C有比例的转成CO和CO₂为不完全燃烧，煤制成煤气实质上是一种不完全燃烧过程。本发明装置据此而有通用性，按不同操作条件设计，即可是进行完全燃烧的燃烧炉，也可是进行不完全燃烧的煤气发生炉，在本发明中统称为燃烧炉。

增压循环流化床燃烧(CPFBC)技术和煤气化联合循环发电(IGCC)技术，是当前国内外确定为优先发展的高新技术，本发明装置可简单的转为高压操作，而适合在CPFBC和IGCC技术中采用。本发明装置在操作压力上也具有通用性。

为达到上述各项要求，本发明特创造了一种有纵向旋流分尘器的内循环流化床燃烧炉。

图1是本发明装置的结构示意图。在图1中，整个燃烧炉由园形断面水套1围成的流化床构成，下段是鼓泡床2，上段是循环床3。鼓泡床2用耐火浇注料砌成内衬4，装有风箱5，布风板6，螺旋加煤机7和排渣管8。循环床3中心部位是从炉顶装入的纵向旋流分尘器9。纵向旋流分尘器9由上围管10，下围管11，气封环管12，下椎管13，排尘管14和排烟管15构成，上围管10与下围管11之间的环形缝为返尘口16，上围管10顶端至返尘口16之间为上分尘段。上围管10与排烟管15间的环缝封死，上围管10上端开有2～4个切向进气口17。气封环管12外周密布与径向成45°的喷孔，喷出的空气细流股形成密封气幕，防止鼓泡床2流出气体经返尘口16短路流出炉外，同时也是向循环床3供入燃烧用的二次空气。气封环管12用耐热钢管穿过循环床3同二次风管道相连。下围管11，下椎管13及排尘管14构成下分尘段。排尘管14通过鼓泡床2中心处的中心支撑管18向螺旋排渣机19放尘，由其排出炉外。纵向旋流分尘器9各部件均用耐热钢板(例45Cr26NiRe，耐1150℃)制作，内侧套装50mm厚含有耐热钢纤维的高铝质浇注料衬管，体积小，重量轻，耐磨损，整体采用在炉顶处吊装，并借中心支撑管18支撑和定位，防止摇摆震动。上围管10与下围管11可相对垂直滑动，以补偿热膨胀。

如图2所示，本发明装置在大燃烧能力时，可以将几个小尺寸的纵向旋流分尘器9集中成一束，置于循环床3的中心部位，各排尘管14集中到收尘管20后，由收尘管20通过中心支撑管18排尘。

水套1与上封头21和下封头22相接构成一耐压壳体。在水套1的环形盛水槽内，沿外周均布插入下降管23至槽底处，在槽顶则沿内周均布上升管24，下降管23和上升管24同炉外锅筒相连，构成循环水路。为保证水循环可靠性，下降管23采用有塑料内衬的钢塑复合管，由于塑料导热系数低，可使下降管23中水温比槽内水温低。水套1内外壁均用锅炉钢板制作，中间均布纵向筋板，钢板厚度及筋板数量主要按炉内压力及水套工作压力确定，当采用加压燃烧时，水套1外筒壁起主要承压外壳作用。上封头21和下封头22是单层金属壁承压外壳，具体结构尺寸根据炉内压力设计确定，上封头21需挂有轻质隔热内衬。常压燃烧时，去掉下封头22。

本发明装置的燃烧过程。是用螺旋加煤机7将粒度为0～20mm混有石灰石粉的煤料连续送入鼓泡床2，通过风箱5和布风板6鼓入冷空气或热空气，使煤料成流化状态，进行燃烧和脱S，床层温度控制为850～950℃，灰渣经排渣管8排至炉外，烟气带着粉尘向上流入循环床3，至顶部经切向进气口17进入纵向旋流分尘器9形成旋流，按旋风除尘器原理，随着气流向下旋转流动，粉尘向周边富集和下滑，在返尘口15处大粒粉尘及少量烟气在惯性及气封气体抽引下，经返尘口16分离流出，与新烟气及作为二次空气的气封气体相混合，重新进入循环床3，接续燃烧和脱S，如此强制完成大粒粉尘的多次内循环流化燃烧过程，使含碳燃尽，脱S率提高，床层温度为800～900℃。另外大部分烟气是携带着极少含碳的细粉尘继续向下旋转流动，而后由于下围管12直径变小，大部分细粉尘被分离进入排尘管14，烟气折转向上经排烟管15流出炉外，进入后续装置。气封环管12喷出的空气对返尘口16构成气封，同时又作为二次空气进入循环床3使未燃可燃物持续燃烧，该空气从喷口喷出，带动烟气在水套1与纵向旋流分尘器9之间环形空间的整个高度上产生强旋流，延长颗粒通过时间的作用被强化，更利于燃尽和脱S。在纵向旋流分尘器9中，大粒粉尘受分离临界直径控制，自动分离返回，参与多次循环，在循环中燃尽和碎裂，这里没有按循环倍率进行的人为控制。当风箱5和气封环管12鼓入掺有蒸汽的空气时，使煤料进行不完全燃烧，则产生发生炉煤气，燃烧炉成为煤气发生炉，生成的煤气不含焦油和酚等物质，再除尘后可直接供给工业炉窑使用，或入IGCC系统，也可以经过余热利用和除尘后送入贮存系统。

实现上述燃烧过程，鼓泡床流化速度为4～6m/s，循环床流化速度5～7m/s。

本发明装置与现有流化床燃烧技术比较，具有以下优点：

1、用置于燃烧炉循环床3内部的纵向旋流分尘器9进行粉尘分离循环，纵向旋流分尘器9结构简单，体积小，重量轻，没有对外散热损失(热效率因此提高5％以上)，克服了外置旋风除尘器系统复杂，占地空间大，钢材用量多及投资高的缺点。

2、纵向旋流分尘器9对粉尘起着分级处理作用。直径较大的上分尘段使含碳高的粗粒粉尘经返尘口16回入循环床3，进行循环燃烧和脱S，去掉了外置旋风除尘器的返料回送装置及其调节控制和密封等不易解决的问题。下分尘段是尺寸较小的旋风除尘器，使已燃尽的细粉尘同烟气分离，经排尘管14排出炉外，烟气的含尘量在进入后续装置前大为降低，减轻了因含尘量高产生的各种危害。下分尘段取替了应用系统尾端的旋风除尘器。

3、现有循环流化床锅炉扩大容量时，外置旋风除尘器变得很大，气流必须高速旋转，由此造成器壁磨损严重，大粒粉尘碎裂直接流出，燃烧效率降低，气流阻力损失和耗电量随之增加，如改用多个旋风除尘器，则布置困难，散热量剧增，循环粉尘量的均衡控制和输送都很难解决。与其相反，本发明装置将几个小尺寸纵向旋流分尘器9集成一束置于循环床3中心，共用一根收尘管20，各纵向旋流分尘器9自动均衡的工作，没有返尘集中回送问题，不需外加控制，结构紧凑，热惯性小，不增大气流旋转速度仍可保持高的分离效率和燃烧效率。例如220t/h的锅炉，可用6个直径约2m的纵向旋流分尘器9集成一束装于炉内，烟气切向进口流速均为22m/s，而用一台外置的旋风除尘器，切向进口流速高达50m/s，内直径还大于5m。纵向旋流分尘器束体置于中心部位，循环床直径只有不大的增加，此例仅从5m增加到6.4m。

4、采用纵向旋流分尘器9没有循环倍率要求，循环床3内粉尘浓度低，磨损作用减弱，允许提高流化速度，燃烧高灰分和宽筛分(0～22mm)的散煤。

5、采用纵向旋流分尘器9，返回循环的粉尘不通过鼓泡床2，直接进入循环床3，没有粉尘循环量及温度对鼓泡床2的影响，当热负荷及煤质量有变化时，只需变更给煤量和鼓风量，即可简单准确的控制鼓泡床层温度。

6、纵向旋流分尘器9使大粒粉尘多次分离返回，气封环管12喷出的二次风在循环床3循环形断面的整个高度上保持强旋流，更有利于增加粉尘停留时间和提高燃尽程度，因而可降低循环床高度，整个炉体随之降低，钢材耗量减少，投资也降低。

7、本发明装置采用水套1作为装置的外筒壁，筒体制作简单，受热表面耐磨性高，不易熔结灰渣，使用寿命长。加压燃烧时，水套1直接按承压外壳设计，结构十分简单，工作可靠性高。

8、本发明装置在水套1中布置用钢塑复合断面管制作的下降管21，水套1和循环水路均有结构简单，工作可靠性高的优点，增压操作时，此优点尤为突出。

9、鼓泡床1有中心支撑管18，布风板6是一环形板。以中心支撑管18为准来说，是从床的一端加煤，另一端排渣，煤、渣粒子分二路绕过中心支撑管18从加煤口流向排渣口，运动轨迹呈准直线型，具有矩形床特点，风箱5可进行分区鼓风，使煤料粒子在整个流动过程中保持强烈的相对运动，在空间上分出着火阶段、燃烧阶段和燃尽阶段，按此规律加以控制，有燃烧稳定和灰渣不完全燃烧热损失小的特点。

10、本发明装置适合半快装生产，即水套1、鼓泡床2和纵向旋流分尘器9三大部分独立制作，运到施工现场组装成整体，有利于制造、运输和安装。

Claims (8)

1、一种有纵向旋流分尘器的内循环流化床燃烧炉，其特征在于该炉是在用水套1围成的园筒形空间内建立的流化床，下段是鼓泡床2，上段是循环床3，在循环床3中心处装有纵向旋流分尘器9，由此构成一种新型燃煤装置鼓泡床2周围砌有耐火内衬4，底端装有风箱5，布风板6，螺旋加煤机7和排渣管8。鼓泡床2与上段的循环床3直接连通。水套1同上封头21和下封头22相接构成一耐热耐压壳体。纵向旋流分尘器9由上围管10，下围管11，气封环管12，下椎管13，排尘管14和排烟管15构成，上围管10与排烟管11之间有环形缝为返尘口16。上围管10与排烟管15间的环缝封死，上围管10上端开有2～4个切向进气口17。排烟管15穿过上封头21至炉顶处吊装固定和外接。排尘管14穿过中心支撑管18向螺旋排渣机20放灰，中心支撑管18对排尘管14及下围管11起支撑和定位作用，上围管10与下围管11间可相对滑动，补偿受热膨胀。

2、根据权利要求1所述有纵向旋流分尘器的内循环流化床燃烧炉，其特征在于在水套1的环形盛水槽内，从顶端外周均布插入钢塑复合断面的下降管23至槽底处，从顶端内周均布引出上升管24，下降管23和上升管24同炉外设置的锅筒相连，由此构成的水循环系统。

3、根据权利要求1所述有纵向旋流分尘器的内循环流化床燃烧炉，其特征在于纵向旋流分尘器9从返尘口16分出大粒粉尘送回循环床3循环燃烧，经排尘管14分出细粉尘排出炉外，这种返尘和除尘双重功能集于一体的结构。

4、根据权利要求1所述有纵向旋流分尘器的内循环流化床燃烧炉，其特征在于气封环管12外周密布切向喷孔，喷出空气对返尘口16形成气封，同时也作为二次空气在循环床3的环形空间整个高度上产生强旋流，强化燃烧和脱硫的结构。

5、根据权利要求1所述有纵向旋流分尘器的内循环流化床燃烧炉，其特征在于鼓泡床2在中心处设有中心支撑管18，而且以中心支撑管18来说，是从床的一端加煤，另一端排渣的结构。

6、根据权利要求1所述有纵向旋流分尘器的内循环流化床燃烧炉，其特征在于该燃烧炉与大容量锅炉配用时，采用使多个小尺寸的纵向旋流分尘器9集成一束装于循环床3的中央，共用插入中心支撑管18中的收尘管20向炉外排尘的结构。

7、根据权利要求1所述有纵向旋流分尘器的内循环流化床燃烧炉，其特征在于该燃烧炉可通过螺旋加煤机7和风箱5调整加煤量和空气量的配比，变完全燃烧为不完全燃烧，使完全燃烧炉成为煤气发生炉，生产半煤气或发生炉煤气的结构。

8、根据权利要求1所述有纵向旋流分尘器的内循环流化床燃烧炉，其特征在于该燃烧炉可通过提高水套1上封头21和下封头22的结构强度和密封程度的变化，转为增压燃烧炉或高压煤气发生炉的结构。

Images