專利名稱：用于燃燒煤矸石的流化床鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流化床鍋爐，特別涉及一種用于燃燒煤矸石的流化床鍋爐。
背景技術(shù)：
煤矸石是指在煤礦建設(shè)、煤炭開(kāi)采及加工過(guò)程中排放出的廢棄巖石，一般以硅鋁為主要成分，另外含有數(shù)量不等的Fe2O3、CaO、MgO、SO3、K2O、Na2O、P2O3等無(wú)機(jī)物，以及微量的稀有金屬(如鈦、釩、鈷等)。我國(guó)矸石產(chǎn)量約為原煤總產(chǎn)量的15％-20％，積存已達(dá)70億噸，占地70km2，而且以年排放量1.5億噸的速度增長(zhǎng)。而煤矸石的綜合利用尚不到15％，約300萬(wàn)噸，余下煤矸石多采用圓錐式或溝谷傾倒式自然松散地堆放在礦井四周。大量堆存和正在排出的煤矸石，既是一種污染源，又是一種可利用資源，只要合理利用，便可變廢為寶。
流化床燃燒技術(shù)用于鍋爐燃燒方面，始于50年代，是現(xiàn)代鍋爐燃燒方式中的一項(xiàng)正在發(fā)展的技術(shù)。在流化床技術(shù)中，空氣自爐床下部經(jīng)過(guò)特制的布風(fēng)板或風(fēng)帽均勻地通過(guò)料層，風(fēng)速達(dá)到一定值時(shí)，料層開(kāi)始膨脹，此時(shí)顆粒和氣流混在一起，在一定的高度內(nèi)自由運(yùn)動(dòng)，具有流體一樣的流動(dòng)性，沸騰燃燒即在這種流化床狀態(tài)下進(jìn)行，此階段風(fēng)速增加時(shí)，料層壓降不變。
流化床燃燒狀態(tài)為固體燃料的燃燒創(chuàng)造了良好的條件，其放熱與傳熱速率，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一般燃燒方式所能獲得的效果。流化床燃燒與爐排燃燒的煤粉燃燒都具有較大的區(qū)別，其燃燒既非塊煤，也非煤粉，而是粒徑一般小于φ10mm的煤末；其燃燒狀態(tài)既不同于爐排的固定燃燒，也不同于空間中的懸浮燃燒，燃燒顆粒中大于φ10mm的顆粒不易被氣流帶走，只有少量細(xì)粉被煙氣帶至懸浮段內(nèi)燃燒，其燃燒總面積比層燃爐大得多，而顆粒在爐內(nèi)停留時(shí)間比煤粉爐又長(zhǎng)得多。此外，爐內(nèi)蓄熱量很大，混合又十分強(qiáng)烈，它兼有煤粉爐和層燃爐在燃燒方面的優(yōu)點(diǎn)，著火和燃燒都很穩(wěn)定，對(duì)煤種的適應(yīng)性很大，流化床段內(nèi)顆粒濃度很大，流化床爐蓄熱量增大，層內(nèi)燃燒不斷進(jìn)行上下翻滾，大大增加了燃燒在流化床層內(nèi)的均勻燃燒機(jī)會(huì)和停留時(shí)間，通?？墒?fàn)t內(nèi)灰渣中的可燃物含量降到1％以下，因而，可燃用多灰、多水、低揮發(fā)份的劣質(zhì)燃料；又由于流化床溫度較低，也有利于燃用低灰熔點(diǎn)或含堿量高的燃料，這就為利用甚至煤粉爐和層燃爐都不能燃用的劣質(zhì)燃燒開(kāi)辟了一個(gè)良好的途徑。
除巖巷掘進(jìn)矸石外，煤矸石或多或少都有一些煤或可燃成分，因此可作為燃料使用。但國(guó)內(nèi)煤矸石均是與其它燃料混合后燃燒，如浙江大學(xué)1991年7月2日申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?1102867.6發(fā)明名稱為“洗煤泥和煤矸石的流化床混燒技術(shù)”的、沈陽(yáng)戴維國(guó)際機(jī)電設(shè)備有限公司2004年4月6日申請(qǐng)的申請(qǐng)?zhí)枮?00410021229發(fā)明名稱為“一種使用循環(huán)流化床鍋爐燃燒固、液煤質(zhì)雙燃料的方法”的申請(qǐng)即是這一類技術(shù)。因此，目前還沒(méi)有真正意義上單獨(dú)燃燒煤矸石或者說(shuō)純粹以煤矸石為燃料的鍋爐。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種流化床鍋爐，特別涉及一種用于燃燒煤矸石的流化床鍋爐。
本發(fā)明的流化床鍋爐，包括鍋爐本體、爐膛、下集箱5、中間集箱6、上集箱7、布風(fēng)板2、埋管4、風(fēng)箱23、入煤孔3、溢流渣口19和高溫焙燒槽20，其特征在于，(a)所述埋管4布置在爐膛內(nèi)，其與水平面的角度為14.5度；(b)所述布風(fēng)板2為變風(fēng)量無(wú)風(fēng)帽布風(fēng)板，其開(kāi)孔率自加料口至溢流渣口逐漸減小。
所述布風(fēng)板2由多塊布風(fēng)板分板(2a、2b、2c、2d)組成。
所述布風(fēng)板2由四塊布風(fēng)板分板2a、2b、2c、2d組成，其開(kāi)孔率自入煤孔3至溢流渣口19依次分別為2.8％、2.7％、2.6％和2.5％。
所述布風(fēng)板2的開(kāi)孔為直錐孔，其大小端直徑分別為約φ12mm和約φ4.8mm，且小端孔的出口直段約為4mm。
所述溢流渣口19的預(yù)制件在預(yù)制時(shí)埋入一用于調(diào)節(jié)溢流渣口19開(kāi)口度的可調(diào)高度座29，以便控制溢流渣的排放量。
所述溢流渣口19設(shè)置在正壓區(qū)，位于爐膛后墻的中心線上，內(nèi)孔尺寸為120×300mm，其中300mm為立邊。
所述高溫焙燒槽20位于溢流渣口19下方約100-200mm處。。
所述下集箱5位于距布風(fēng)板2平面約950mm處。
所述下集箱5通過(guò)埋管4與中集箱6連通、中集箱6通過(guò)中間上升管26與上集箱7連通且通過(guò)上升管8與上鍋筒連通、上鍋筒10和下鍋筒28分別通過(guò)下降管25與上集箱7和下集箱5連通。


圖1是本發(fā)明流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a-2d是本發(fā)明變風(fēng)量布風(fēng)板分板示意圖；圖3是布風(fēng)板分板間搭接示意圖；圖4為埋管的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明溢流渣口的位置示意圖；圖6為本發(fā)明焙燒高溫渣槽的局部剖視圖。
具體實(shí)施例方式
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
在圖1中，1為高壓風(fēng)口，2為由4塊分板2a、2b、2c、2d組成的布風(fēng)板，3為入煤孔，4為埋管，5為下集箱，6為中集箱，7為上集箱，8為上升管，9為過(guò)熱器，10為上鍋筒，11為對(duì)流管束，12為折煙板，13為空氣預(yù)熱器，14為省煤器，15為引風(fēng)機(jī)接口，16為排渣口，17為沉降室，18為渣口，19為溢流渣口，20為高溫焙燒槽，21為出渣口，22為維修口，23為風(fēng)箱，24為排渣孔，25為下降管，26為中間上升管，27為鍋爐后部煙墻，28為下鍋筒，可調(diào)高度座29。
風(fēng)機(jī)(圖中未示出)通過(guò)高壓風(fēng)口1將高壓氣流吹入風(fēng)箱23中，并通過(guò)布風(fēng)板2進(jìn)入燃燒室，粉碎到一定尺寸的煤矸石從入煤孔3輸送到布風(fēng)板2上。在本實(shí)施例中，布風(fēng)板2是由4塊布風(fēng)板分板2a、2b、2c、2d組成的，但也可以由其他數(shù)量的布風(fēng)板分板構(gòu)成，或者一個(gè)整塊布風(fēng)板構(gòu)成。布風(fēng)板2通過(guò)排渣管與排渣孔24連接，冷渣可通過(guò)排渣孔24直接排出。在本實(shí)施例中，排渣孔24為4個(gè)，每個(gè)布風(fēng)板分板上有一個(gè)排渣孔，但也可以根據(jù)實(shí)際布風(fēng)板的面積，布置其他數(shù)量的排渣孔24。上升管8將上鍋筒10和中集箱6連通，中間上升管26連通中集箱6和上集箱7，下降管25將上鍋筒10與上集箱7、下鍋筒28與下集箱5連通。煤矸石燃燒產(chǎn)生的煙氣流穿過(guò)埋管4在燃燒室內(nèi)上升，從鍋爐的鍋爐后部煙墻上方的通道進(jìn)入過(guò)熱器9，然后在折煙板12的導(dǎo)引下穿過(guò)對(duì)流管束11，進(jìn)入空氣預(yù)熱器13和省煤器14，最后由引風(fēng)機(jī)(圖中未示出)從引風(fēng)機(jī)接口15排出。煙氣流中的粉塵在沉降室17中沉降后，可通過(guò)渣口18排出。在引風(fēng)機(jī)接口15前面產(chǎn)生的粉塵可通過(guò)排渣口16排出。燃燒室產(chǎn)生的溢流渣可通過(guò)布置在鍋爐后墻上的溢流渣口19進(jìn)入高溫焙燒槽20進(jìn)一步焙燒，焙燒后的溢流渣通過(guò)出渣口21排出。
圖2a-2d示出了本發(fā)明實(shí)施例中構(gòu)成布風(fēng)板2的四塊布風(fēng)板分板2a、2b、2c、2d的具體結(jié)構(gòu)。圖3示出了這四塊分板之間搭接的示意圖。
從圖上可以看出，本發(fā)明的布風(fēng)板2為直錐孔無(wú)風(fēng)帽布風(fēng)板，其采用鋁硅球鐵制成，耐熱溫度為1100℃，布風(fēng)板的冷開(kāi)裂性很低。在本實(shí)施例中，布風(fēng)板的布風(fēng)面積為3284×1768mm＝5.88m2，布孔面積為5.44m2，布風(fēng)板上的直錐孔大端為φ12mm，小端為φ4.8mm。四塊布風(fēng)板分板具有不同的開(kāi)孔率，按小孔φ4.8mm計(jì)算，布風(fēng)板分板2a開(kāi)孔率為2.8％；布風(fēng)板分板2b開(kāi)孔率為2.7％；布風(fēng)板分板2c開(kāi)孔率為2.6％；布風(fēng)板分板2d開(kāi)孔率為2.5％。布風(fēng)板分板2a-2d依次搭接，搭接后安裝在鍋爐中時(shí)，開(kāi)口率最高的布風(fēng)板分板2a靠近入煤孔3，開(kāi)孔率最低的布風(fēng)板2d靠近鍋爐后部煙墻。因其開(kāi)孔率不同，故通過(guò)布風(fēng)板分板2a-2d進(jìn)入燃燒室的空氣流量也不同。布風(fēng)板分板2a-2d的搭接結(jié)構(gòu)寬度約為6mm，在6mm接觸面上用刨削加工成4精度，使各塊布風(fēng)板成平面接觸，不漏風(fēng)。在各塊布風(fēng)板的中心位置開(kāi)設(shè)一個(gè)φ80mm冷渣孔，通過(guò)排渣管連通到風(fēng)箱23外。布風(fēng)板分板2a-2d按順序搭接安裝在風(fēng)箱上，在本實(shí)施例中，風(fēng)箱總?cè)莘e為6m3，風(fēng)箱的頂部邊框及中心在長(zhǎng)軸線上安裝有承重大梁，使布風(fēng)板完全在箱框和承重梁上，使布風(fēng)板分板2a-2d在熱態(tài)下受力均勻，不產(chǎn)生撓曲變形。
本發(fā)明的直錐孔無(wú)風(fēng)帽變風(fēng)量布風(fēng)板2是專門為鍋爐煅燒煤矸石而設(shè)計(jì)的，因?yàn)槊喉肥戎卮?、揮發(fā)份低、灰分高，因此有風(fēng)帽的流化床鍋爐不能單獨(dú)燃燒發(fā)熱量在2000大卡/KG以下的煤矸石，但使用該布風(fēng)板的鍋爐經(jīng)實(shí)際運(yùn)行，可完全燃燒發(fā)熱量在2000大卡/KG以下的純煤矸石，運(yùn)行非常良好，連續(xù)蒸發(fā)量在18噸以上，每天可煅燒出煤矸石溢流渣80多噸。特別地，由于該布風(fēng)板是變風(fēng)量設(shè)計(jì)，因此在正壓區(qū)的炭少質(zhì)純的高溫溢流渣可在布風(fēng)板的水平推力下經(jīng)溢流渣孔流入高溫溢流渣培燒槽，經(jīng)焙燒后，可獲取質(zhì)量更高的高嶺土Al2Si2O5(OH)4制造原料。鋁硅球墨鑄鐵布風(fēng)板小孔出口直段為4mm，布風(fēng)板磨損量少，變形量少，預(yù)計(jì)可連續(xù)使用3年以上，在不水冷、撞擊的情況下，使用壽命可達(dá)5年以上。
圖4是埋管示意圖。在本發(fā)明中，埋管為水平14.5度高位埋管。其由如下部分構(gòu)成，即下集箱5、中集箱6、上集箱7、下降管系統(tǒng)、水平14.5度高位埋管上升管8、水平14.5度埋管中間上升管26、水平14.5度高位埋管上部上升管、水平14.5度高位埋管主受熱面系統(tǒng)。所述下降管系統(tǒng)包括從上鍋筒接下來(lái)的連接在下集箱上的下降管以及從下鍋筒接下來(lái)的連接在下集箱上的下降管。所述上部上升管包括連接上集箱7和上鍋筒10的30度上升管和連接上集箱7和上鍋筒10底部的上部上升管。水平14.5度高位埋管主受熱面系統(tǒng)由合金鋼管制成，在本實(shí)施例中，合金為14CrMoV；其在下集箱和中集箱上分多層錯(cuò)位排列，在本實(shí)施例中為4層錯(cuò)位排列；埋管在爐膛內(nèi)形成的上升仰角為14.5度；在本實(shí)施例中，下集箱5中心線離布風(fēng)板2平面的垂直高度為950mm，住受熱面積為35.5m2。
圖5為本發(fā)明溢流渣口的位置示意圖。正壓區(qū)溢流渣口采用Al(OH)3+Al2Si2O5(OH)4按比例1∶1材料預(yù)制而成，安裝在爐膛內(nèi)的后墻中心線上。在本實(shí)施例中，溢流渣口尺寸為300×120mm，其中300mm是立邊，立邊300mm中心線離布風(fēng)板的平面垂直高度為750mm，溢流渣口為45度向下擺放，以利于溢流渣排放。在本實(shí)施例中，預(yù)制件的尺寸為1000×500×500mm，預(yù)制件在鍋爐砌筑時(shí)一同砌筑于鍋爐的后部墻體上，溢流渣口預(yù)制件的外部在預(yù)制時(shí)埋入30×250×250mm的用于調(diào)節(jié)溢流渣口19開(kāi)口度的可調(diào)高度座29，以便控制溢流渣的排放量。從爐膛正壓區(qū)溢流出的煅燒煤矸石溢流渣所含溫度最高(1100℃)，所含炭粒最少，經(jīng)培燒后，可獲取制造高嶺土的優(yōu)質(zhì)原料。一般的流化床鍋爐溢流渣孔是設(shè)在爐膛負(fù)壓區(qū)，離布風(fēng)板平面1500mm位置上，此時(shí)溢流渣的溫度已在800℃以下，特別是此高度是未燃盡炭粒的密集區(qū)，約有8％的炭?；煸谝缌髟?，使溢流渣失去了利用價(jià)值。
圖6為本發(fā)明焙燒高溫渣槽的局部剖視圖。該焙燒槽采用約10mm的16Mn鋼板制造槽體鋼甲，槽體內(nèi)表面上采用Al2Si2O5(OH)與礬土水泥按1∶1比例砌筑，厚度為100～120mm，焙燒槽的下部采用20mm的1Cr18Ni9Ti不銹鋼閘板閥封密。經(jīng)焙燒的煅燒煤矸石溢流渣的溫度為1050-1100℃。焙燒的目的是燃盡煤矸石大顆粒心部的未燒透的可燃成份，使其材質(zhì)成為Al2Si2O5(OH)4的原料。對(duì)于煤矸石溢流渣，如果不設(shè)置高溫溢流渣培燒槽，當(dāng)溢流渣檢驗(yàn)含有可燃成份時(shí)，需投入油、電或燃性氣體等能源，需把溢流渣重新加熱到1000℃以上，燃盡可燃成份，浪費(fèi)大量?jī)?yōu)質(zhì)能源，同時(shí)經(jīng)二次裝爐，使干凈的煅燒溢流渣受到大氣環(huán)境的二次污染。所以在本發(fā)明的流化床鍋爐溢流渣孔下，放置高溫煅燒煤矸石溢流渣培燒槽，對(duì)提高利用煅燒煤矸石的方法制取高質(zhì)量的高嶺土有重大的意義。高溫煤矸石煅燒溢流渣培燒槽安裝在溢流渣孔下100-200mm處。
這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說(shuō)明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對(duì)于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)實(shí)施例的實(shí)際替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件來(lái)實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對(duì)這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其他變形和改變。
權(quán)利要求
1.一種流化床鍋爐，包括鍋爐本體、爐膛、下集箱(5)、中間集箱(6)、上集箱(7)、布風(fēng)板(2)、埋管(4)、風(fēng)箱(23)、入煤孔(3)、溢流渣口(19)和高溫焙燒槽(20)，其特征在于，(a)所述埋管(4)布置在爐膛內(nèi)，其與水平面的角度為14.5度；(b)所述布風(fēng)板為變風(fēng)量無(wú)風(fēng)帽布風(fēng)板，其開(kāi)孔率自加料口至溢流渣口逐漸減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流化床鍋爐，其特征在于，所述布風(fēng)板(2)由多塊布風(fēng)板分板(2a、2b、2c、2d)組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流化床鍋爐，其特征在于，所述布風(fēng)板(2)由四塊布風(fēng)板分板(2a、2b、2c、2d)組成，其開(kāi)孔率自入煤孔(3)至溢流渣口(19)依次分別為2.8％、2.7％、2.6％和2.5％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流化床鍋爐，其特征在于，所述布風(fēng)板(2)的開(kāi)孔為直錐孔，其大小端直徑分別為約12mm和約4.8mm，且小端孔的出口直段約為4mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流化床鍋爐，其特征在于，所述溢流渣口(19)設(shè)置在正壓區(qū)，位于爐膛后墻的中心線上，內(nèi)孔尺寸為120×300mm，其中300mm為立邊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的流化床鍋爐，其特征在于，所述溢流渣口(19)的預(yù)制件在預(yù)制時(shí)埋入一用于調(diào)節(jié)溢流渣口(19)開(kāi)口度的可調(diào)高度座(29)，以便控制溢流渣的排放量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流化床鍋爐，其特征在于，所述高溫焙燒槽(20)位于溢流渣口(19)下方約100-200mm處。。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流化床鍋爐，其特征在于，所述下集箱(5)位于距布風(fēng)板(2)平面約950mm處。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述的流化床鍋爐，其特征在于，所述下集箱(5)通過(guò)埋管(4)與中集箱(6)連通、中集箱(6)通過(guò)中間上升管(26)與上集箱(7)連通且通過(guò)上升管(8)與上鍋筒連通、上鍋筒(10)和下鍋筒(28)分別通過(guò)下降管(25)與上集箱(7)和下集箱(5)連通。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種流化床鍋爐，流化床鍋爐，包括鍋爐本體、爐膛、下集箱(5)、中間集箱(6)、上集箱(7)、布風(fēng)板(2)、埋管(4)、風(fēng)箱(23)、入煤孔(3)、溢流渣口(19)和高溫焙燒槽(20)，其特征在于，(a)所述埋管(4)布置在爐膛內(nèi)，其與水平面的角度為14.5度；(b)所述布風(fēng)板為變風(fēng)量無(wú)風(fēng)帽布風(fēng)板，其開(kāi)孔率自加料口至溢流渣口逐漸減小。
文檔編號(hào)F23C101/00GK1800708SQ20051012603
公開(kāi)日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月30日
發(fā)明者劉杰 申請(qǐng)人:劉杰