WO2014079283A1 - 一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统 - Google Patents

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杜奇
郭盼
刘正宁
刘江
张媛
张春飞
胡红伟
李阳
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Abstract

一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统,包括流化床燃烧炉(4)、旋风分离器(5)、煤灰分配器(6)、流化床热解炉(8)。流化床燃烧炉(4)连接至煤灰分配器(6),煤灰分配器(6)的第一煤灰出口经过返料器(13)连接至流化床燃烧炉(4)侧壁的煤灰入口,同时流化床热解炉(8)的煤灰出口也通过外置床(15)连接至返料器(13),返料器(13)连接至流化床燃烧炉(4)。燃煤在流化床热解炉(8)中进行高温分解,使得碱金属氯化物挥发到热解气中,减少了流化床燃烧炉(4)中煤的碱金属含量,进而减少燃烧烟气中的碱金属,减轻了对流受热面沾污状况;同时外置床(15)受热面通过与热解半焦和煤粉进行换热,既增加了换热量还可调节双床温度。

Description

一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统 技术领域 本发明涉及防止双流化床的锅炉沾污的技术, 更具体地说, 涉及一种外置床式双 流化床防止锅炉沾污的系统。 背景技术 我国发电行业以火力发电为主, 火电装机容量超过 70%以上。 循环流化床燃烧技 术具有控制污染成本低廉、 燃料适用性广、 负荷调节范围大等优点, 当燃用高碱性煤 种时, 存在于煤中的碱性化合物, 在燃烧过程中会挥发出来, 易凝结在锅炉受热面上 形成烧结或粘结的灰沉积, 造成锅炉受热面的设备的腐蚀、 结渣与沾污问题。 结渣和 沾污会降低锅炉的传热效率, 影响锅炉出力, 使得设备的运行安全性严重降低。 为了防止由于结渣与沾污所带来的各种问题, 国内外学者对结渣与沾污的机理进 行了大量的研究, 研究表明结渣与沾污是复杂的物理化学反应过程, 炉内结渣既是一 个复杂的物理化学过程, 又是一个动力学过程, 既与燃料特性有关, 也与锅炉的结构 和运行条件有关。 学者提出了多个结渣判定指数, 但这些结渣判定指数在实际应用过 程中有着很大的局限性, 只能作为初步判断并不能从根本上解决沾污对锅炉的危害问 题。 在电厂运行过程中, 煤粉燃烧产生高温烟气和灰渣, 对于高碱性煤种, 其中的碱 金属元素在高温下, 会以气体状态挥发出, 并随高温烟气流动至后续对流换热面, 在 与温度较低的对流换热面接触后, 碱金属会沉积在对流换热器表面, 并因为具有较高 的黏性吸附飞灰而导致受热面发生沾污现象。 对于高碱性煤, 已有研究表明: 由于煤 中碱金属元素的挥发, 碱金属盐、 硫酸钙或者钠、 钾、 钙与硫酸盐的共晶体是形成粘 性灰沉积的基本物质, 主要以 NaCl或 Na2S04形式存在。 随着附着物对飞灰的吸附作 用, 会使得对流受热面出现不同程度的沾污现象, 且沾污物无法使用吹灰器清除, 从 而导致受热面传热能力下降, 造成锅炉排烟温度升高等问题, 最终使得炉膛出力大大 降低造成停炉。 因此, 如果能够降低烟气中碱金属化合物份额, 则能从根源上解决或减轻锅炉对 流受热面的沾污状况。 目前国内对于燃烧利用高碱性煤还缺乏工程运行经验, 仅新疆地区个别电厂在研 究高碱性煤的燃烧沾污问题,还没有有效的利用办法。即使有通过优化锅炉燃烧方式, 控制炉膛内的温度和燃烧来减缓锅炉的结渣问题, 在实际中并不便于操作也未得到推 广。 通过外煤掺烧的方式来减轻沾污问题, 利用准东煤与其它煤种混合后进行掺烧, 锅炉掺烧高碱性煤的比例不应超过 30%, 掺烧比例增大时, 锅炉的对流受热面沾污积 灰严重, 同时碱金属对锅炉的本体材料腐蚀也非常严重, 对循环流化床锅炉的设计与 运行带来很大困难。 由于新疆地区高碱性煤利用方式多为坑口电站, 掺烧时对外煤的 需求量较大, 这样对准东煤使用量非常有限, 同时又要从其它地方购买优质燃煤, 增 加了发电企业的发电成本。 对准东煤田的开发和电源基地的建设带来了困难, 难于将 准东煤的优势得以充分发挥。 因此, 锅炉纯烧高碱性煤时, 对流受热面的沾污是亟待 解决的问题。 发明内容 本发明为解决上述提及的现有煤粉炉锅炉及循环流化床锅炉燃用高碱性煤时对流 受热面沾污问题, 提出了一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统, 可以降低锅炉 受热面布置难度, 增加换热面积, 保证锅炉受热面充分换热, 稳定锅炉出力; 还可以 避免由于沾污所造成的对流受热面超温现象, 大大降低爆管事故发生。 为解决上述技术问题, 本发明的技术方案如下: 一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统, 其特征在于: 包括流化床燃烧炉、 旋风分离器、 煤灰分配器、 流化床热解炉, 流化床燃烧炉连接有第一给料器, 流化床 燃烧炉侧壁上端的出口连接至旋风分离器的入口, 旋风分离器将来自流化床燃烧炉的 高温煤灰进行分离; 旋风分离器底部的出口连接至煤灰分配器的入口, 将分离得到的 高温煤灰通入到煤灰分配器中, 旋风分离器顶部设置有烟气出口; 所述煤灰分配器设 置有第一煤灰出口和第二煤灰出口, 第一煤灰出口经过返料器连接至流化床燃烧炉侧 壁的煤灰入口, 第二煤灰出口连接至流化床热解炉侧壁的煤灰入口; 所述流化床热解 炉的侧壁的上端设置有热解气出口, 流化床热解炉的侧壁的中部或下部设置有原煤入 口, 流化床热解炉的侧壁下端设置有煤焦和煤灰的混合物出口, 所述煤焦和煤灰的混 合物出口通过外置床连接至返料器, 通过返料器连接至流化床燃烧炉的煤灰入口。 所述系统还设置有净化装置和热解分离器,热解分离器的侧面设置有热解气入口, 顶部设置有热解气出口, 底部设置有分流得到热解煤灰的热解煤灰出口; 热解分离器 的热解气入口连接流化床热解炉的热解气出口, 热解分离器的热解气出口连接至净化 装置的入口, 热解分离器的热解煤灰出口连接至外置床, 通过外置床连接至返料器, 返料器连接至流化床燃烧炉。 所述旋风分离器顶部的烟气出口经鼓风机连接至流化床热解炉底部, 将分离得到 的高温烟气通入流化床热解炉。 进一步的, 所述旋风分离器的烟气出口经过引风机连通至烟囱。 也就是说, 从旋风分离器顶部出来的烟气, 一部分经鼓风机进入流化床热解炉, 一部分则经引风机通过烟囱排出。 进一步的, 所述流化床热解炉的煤灰出口连接至外置床, 通过外置床经过同一返 料器连接至流化床燃烧炉侧壁的煤灰入口。 流化床燃烧炉连接有第一给料器, 所述第一给料器设置有第一煤斗。 所述净化装置的出口连接至流化床燃烧炉侧壁的热解气入口。 所述流化床热解炉的原煤入口连接第二给料器, 第二给料器设置有第二煤斗。 本系统的工作过程如下: 经过热解的半焦在流化床燃烧炉的炉膛内与空气进行燃烧, 生成的煤灰与烟气进 入旋风分离器进行分离; 分离得到的烟气一部分经鼓风机送入流化床热解炉, 另外一 部分经引风机由烟肉排出; 分离得到的煤灰进入煤灰分配器, 根据流化床热解炉的需 要将煤灰分为两路, 一路通过第一煤灰出口直接经返料器返回流化床燃烧炉的炉膛, 另一路通过第二煤灰出口进入流化床热解炉与来自第二煤斗、 第二给料器的高碱性煤 进行混合, 在流化床热解炉中进行热解, 热解得到的气体经净化装置除去钠后进入流 化床燃烧炉燃烧, 热解后的热灰及高碱性煤半焦进入外置床进行换热, 热灰及高碱性 煤半焦温度经过调整后由外置床进入返料器, 使用烟气送入流化床燃烧炉在炉膛进行 燃烧; 锅炉排渣在流化床燃烧炉的底部进行; 高碱性煤在流化床热解炉中进行热解后, 可挥发性钠被大量去除, 高碱性煤中的钠含量下降, 在流化床燃烧炉的炉膛中进行燃 烧时生成的烟气中活性钠的钠含量已经大大降低, 在经过后续受热面时由于烟气中活 性钠含量极少, 基本不发生沾污。 本发明采用双床系统, 将燃煤先在流化床热解炉中进行高温热解, 使可挥发的碱 金属氯化物挥发到热解气中, 从而减少流化床燃烧炉中煤的碱金属含量, 进而减少燃 烧烟气中的碱金属, 则能从根本上解决或者大大减轻对流受热面沾污状况, 同时热解 气经过净化装置除钠后送入流化床燃烧炉中燃烧, 有效利用煤中可燃组分, 保证锅炉 燃烧效率。 外置床受热面通过与热解半焦与煤粉灰进行换热, 即增加了换热量, 又可 调节热解和燃烧流化床温度, 使系统保持最优工况。 本发明工艺路线为利用燃烧后的煤粉灰温度较高, 经旋风分离器连续分离收集下 来, 通过煤灰分配器进入流化床热解炉, 与第二给料器送入的煤粉均勾混合, 入炉煤 粉利用煤粉灰和流化床燃烧炉燃烧气的热量在流化床热解炉中热解, 煤粉中碱金属在 高温下挥发进入热解气中, 热解气经流化床热解炉顶部分离器出口进入净化装置, 经 净化除去碱金属后热解气送入流化床燃烧炉炉膛燃烧。 流化床热解炉出口的煤焦和煤 灰混合物经外置床调整温度后进入返料器,返料器将其送入流化床燃烧炉中进行燃烧。 由于煤焦中碱金属大幅减少, 避免了流化床燃烧炉燃烧烟气中碱金属化合物遇冷粘附 在对流受热面管壁上形成沾污的初始层, 破坏了沾污形成的初始条件。 本发明的有益效果如下: ( 1 )本发明通过在流化床热解炉中锅炉热灰与高碱性煤混合热解移除煤中的可挥 发性 Na, 降低了燃烧流化床煤中的 Na元素含量, 减少了锅炉对流受热面的沾污, 提 高了换热面的换热效率, 稳定锅炉出力;

(2)通过利用锅炉循环热灰对高碱金属煤加热进行热解,热解气净化后送入炉膛 燃烧, 能量利用效率提高, 减少了气固分离除尘的问题, 同时避免了高碱性煤目前只 能通过掺烧途径利用所带来的高额成本;

(3 )通过利用外置式换热器内受热面的布置, 增加了换热面积, 减轻锅炉内受热 面布置难度, 减轻锅炉受热面沾污, 提高了锅炉负荷调节的灵活性、 汽温调节性能、 燃料的适用性和传热性能;

(4)在对原锅炉设计改动不大, 不影响锅炉燃烧效率的情况下, 实现高碱性煤大 规模纯烧利用, 提高了电厂的效益。 附图说明 图 1为本发明的结构示意图; 其中, 附图标记为: 1第一煤斗, 2第一给料器, 3鼓风机, 4流化床燃烧炉, 5 旋风分离器, 6煤灰分配器, 7热解分离器, 8流化床热解炉, 9第二煤斗, 10第二给 料器, 11引风机, 12鼓风机, 13返料器, 14净化装置, 15外置床。 具体实施方式 下面结合附图对本发明作进一步详细描述。 如图 1所示, 一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统, 包括流化床燃烧炉 4、 旋风分离器 5、煤灰分配器 6、流化床热解炉 8, 流化床燃烧炉 4连接有第一给料器 2, 流化床燃烧炉 4侧壁上端的出口连接至旋风分离器 5的入口, 旋风分离器 5将来自流 化床燃烧炉 4的高温煤灰进行分离; 旋风分离器 5底部的出口连接至煤灰分配器 6的 入口, 将分离得到的高温煤灰通入到煤灰分配器 6中, 旋风分离器 5顶部设置有烟气 出口; 所述煤灰分配器 6设置有第一煤灰出口和第二煤灰出口, 第一煤灰出口经过返 料器 13连接至流化床燃烧炉 4侧壁的煤灰入口, 第二煤灰出口连接至流化床热解炉 8 侧壁的煤灰入口; 所述流化床热解炉 8的侧壁的上端设置有热解气出口, 流化床热解 炉 8的侧壁的中部或下部设置有原煤入口, 流化床热解炉 8的侧壁下端设置有煤焦和 煤灰的混合物出口, 所述煤焦和煤灰的混合物出口通过外置床 15连接至返料器 13, 通过返料器 13连接至流化床燃烧炉 4的煤灰入口。 所述系统还设置有净化装置 14和热解分离器 7, 热解分离器 7的侧面设置有热解 气入口, 顶部设置有热解气出口, 底部设置有分离得到热解煤灰的热解煤灰出口; 热 解分离器 7的热解气入口连接流化床热解炉 8的热解气出口, 热解分离器 7的热解气 出口连接至净化装置 14的入口, 热解分离器 7的热解煤灰出口连接至外置床 15, 通 过外置床 15连接至返料器 13, 返料器 13连接至流化床燃烧炉 4。 所述旋风分离器 5顶部的烟气出口经鼓风机 12连接至流化床热解炉 8底部,将分 离得到的高温烟气通入流化床热解炉 8。 进一步的, 所述旋风分离器 5的烟气出口经过引风机 11连通至烟囱。 也就是说, 从旋风分离器 5顶部出来的烟气,一部分经鼓风机 12进入流化床热解 炉 8, 一部分则经引风机 11通过烟囱排出。 进一步的, 所述流化床热解炉 8的煤灰出口连接至外置床 15, 通过外置床 15经 过同一返料器 13连接至流化床燃烧炉 4侧壁的煤灰入口。 所述第一给料器 2设置有第一煤斗 1。 所述净化装置 14的出口连接至流化床燃烧炉 4侧壁的热解气入口。 所述流化床热解炉 8的原煤入口连接第二给料器 10, 第二给料器 10设置有第二 煤斗 9。 本系统的工作过程如下: 经过热解的半焦在流化床燃烧炉 4的炉膛内与来自鼓风机 3的空气进行燃烧, 生 成的煤灰与烟气进入旋风分离器 5进行分离;分离得到的烟气一部分经鼓风机 12送入 流化床热解炉 8, 另外一部分经引风机 11由烟肉排出; 分离得到的煤灰进入煤灰分配 器 6, 根据流化床热解炉 8的需要将煤灰分为两路, 一路通过第一煤灰出口直接经返 料器 13返回流化床燃烧炉 4 的炉膛, 另一路通过第二煤灰出口进入流化床热解炉 8 与来自第二煤斗 9、 第二给料器 10的高碱性煤进行混合, 在流化床热解炉 8中进行热 解,热解得到的气体经净化装置 14除去钠后进入流化床燃烧炉 4燃烧,热解后的热灰 及高碱性煤半焦进入外置床 15进行换热,热灰及高碱性煤半焦温度经过调整后由外置 床 15进入返料器 13, 使用烟气送入流化床燃烧炉 4在炉膛进行燃烧; 锅炉排渣在流 化床燃烧炉 4的底部进行; 高碱性煤在流化床热解炉 8中进行热解后, 可挥发性钠被 大量去除, 煤中的钠含量下降, 在流化床燃烧炉 4的炉膛中进行燃烧时生成的烟气中 活性钠的钠含量已经大大降低, 在经过后续受热面时由于烟气中活性钠含量极少, 基 本不发生沾污。 本发明采用双床系统, 将燃煤先在流化床热解炉 8中进行高温热解, 使可挥发的 碱金属氯化物挥发到热解气中, 从而减少燃烧流化床入炉煤中碱金属含量, 进而减少 燃烧烟气中的碱金属, 则能从根本上解决或者大大减轻对流受热面沾污状况, 同时热 解气经过净化装置 14除钠后送入流化床燃烧炉 4中燃烧,有效利用煤中可燃组分,保 证锅炉燃烧效率。外置床 15受热面通过与热解半焦与煤粉灰进行换热, 即增加了换热 量, 又可调节热解和燃烧流化床温度, 使系统保持最优工况。 本发明工艺路线为利用燃烧后的煤粉灰温度较高, 经旋风分离器 5连续分离收集 下来,通过煤灰分配器 6进入流化床热解炉 8,与第二给料器 10送入的煤粉均勾混合, 入炉煤粉利用煤粉灰和流化床燃烧炉 4燃烧气的热量在流化床热解炉 8中热解, 煤粉 中碱金属在高温下挥发进入热解气中, 热解气经流化床热解炉 8顶部分离器出口进入 净化装置 14, 经净化除去碱金属后热解气送入流化床燃烧炉 4炉膛燃烧。 流化床热解 炉 8出口的煤焦和煤灰混合物经外置床 15调整温度后进入返料器 13, 返料器 13将其 送入流化床燃烧炉 4中进行燃烧。 由于煤焦中碱金属大幅减少, 避免了流化床燃烧炉 4燃烧烟气中碱金属化合物遇冷粘附在对流受热面管壁上形成沾污的初始层, 破坏了 沾污形成的初始条件。

Claims

权 利 要 求 书 、 一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统, 其特征在于: 包括流化床燃烧炉
(4)、 旋风分离器 (5 )、 煤灰分配器 (6)、 流化床热解炉 (8), 所述流化床燃 烧炉 (4) 侧壁上端的出口连接至所述旋风分离器 (5 ) 的入口, 所述旋风分离 器 (5 ) 将来自所述流化床燃烧炉 (4) 的高温煤灰进行分离; 所述旋风分离器
(5 ) 底部的出口连接至所述煤灰分配器 (6) 的入口, 将分离得到的高温煤灰 通入到所述煤灰分配器 (6) 中, 所述旋风分离器 (5 ) 顶部设置有烟气出口; 所述煤灰分配器(6)设置有第一煤灰出口和第二煤灰出口, 所述第一煤灰出口 经过返料器(13 )连接至所述流化床燃烧炉 (4)侧壁的煤灰入口, 所述第二煤 灰出口连接至所述流化床热解炉(8)侧壁的煤灰入口; 所述流化床热解炉(8) 的侧壁的上端设置有热解气出口, 所述流化床热解炉(8)的侧壁的中部或下部 设置有原煤入口, 所述流化床热解炉(8)的侧壁下端设置有煤焦和煤灰的混合 物出口,所述煤焦和煤灰的混合物出口通过外置床( 15 )连接至所述返料器( 13 ), 通过所述返料器 (13 ) 连接至所述流化床燃烧炉 (4) 的煤灰入口。 、 根据权利要求 1所述的系统, 其特征在于: 所述系统还设置有净化装置 (14) 和热解分离器(7), 所述热解分离器(7) 的侧面设置有热解气入口, 顶部设置 有热解气出口, 底部设置有分离得到热解煤灰的热解煤灰出口; 所述热解分离 器 (7) 的热解气入口连接所述流化床热解炉 (8) 的热解气出口, 所述热解分 离器(7)的热解气出口连接至所述净化装置(14)的入口,所述热解分离器(7) 的热解煤灰出口连接至所述外置床(15 ), 通过所述外置床(15 )连接至所述返 料器 (13 ), 所述返料器 (13 ) 连接至所述流化床燃烧炉 (4)。 、 根据权利要求 1或 2所述一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统, 其特征 在于: 所述旋风分离器(5 )顶部的烟气出口经鼓风机(12)连接至所述流化床 热解炉 (8) 底部, 将分离得到的高温烟气通入所述流化床热解炉 (8)。 、 根据权利要求 3所述一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统,其特征在于: 所述旋风分离器 (5 ) 的烟气出口经过引风机 (11 ) 连通至烟囱。 、 根据权利要求 4所述一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统,其特征在于: 所述流化床热解炉 (8) 的煤灰出口连接至所述外置床 (15 ), 通过所述外置床
( 15 )经过同一所述返料器(13 )连接至所述流化床燃烧炉(4)侧壁的煤灰入
Π。 、 根据权利要求 5所述一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统,其特征在于: 所述流化床燃烧炉 (4) 连接有第一给料器 (2), 所述第一给料器 (2) 设置有 第一煤斗 (1 )。 、 根据权利要求 2或 5所述一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统, 其特征 在于: 所述净化装置(14) 的出口连接至所述流化床燃烧炉 (4)侧壁的热解气 入口。 、 根据权利要求 7所述一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统,其特征在于: 所述流化床热解炉 (8) 的原煤入口连接有第二给料器 (10), 所述第二给料器
( 10) 设置有第二煤斗 (9)。 、 根据权利要求 8所述一种外置床式双流化床防止锅炉沾污的系统,其特征在于: 所述系统的工作过程如下:
经过热解的半焦在所述流化床燃烧炉(4)的炉膛内与空气进行燃烧, 生成 的煤灰与烟气进入所述旋风分离器(5 )进行分离; 分离得到的烟气一部分经鼓 风机 (12) 送入所述流化床热解炉 (8), 另外一部分经引风机 (11 ) 由烟囱排 出; 分离得到的煤灰进入所述煤灰分配器(6), 根据所述流化床热解炉(8) 的 需要将煤灰分为两路, 一路通过所述第一煤灰出口直接经所述返料器 (13 ) 返 回所述流化床燃烧炉(4)的炉膛, 另一路通过所述第二煤灰出口进入所述流化 床热解炉 (8)与来自所述第二煤斗 (9)、 所述第二给料器(10) 的高碱性煤进 行混合, 在所述流化床热解炉(8)中进行热解, 热解得到的气体经所述净化装 置(14)除去钠后进入所述流化床燃烧炉(4)燃烧, 热解后的热灰及高碱性煤 半焦进入所述外置床 (15 ) 进行换热, 热灰及高碱性煤半焦温度经过调整后由 所述外置床(15 )进入所述返料器(13 ), 使用烟气送入所述流化床燃烧炉 (4) 在炉膛进行燃烧; 锅炉排渣在所述流化床燃烧炉(4)的底部进行; 高碱性煤在 所述流化床热解炉(8)中进行热解后, 去除大量可挥发性钠, 高碱性煤中的钠 含量下降, 不发生沾污。
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