專利名稱：半塔式中溫分離生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
半塔式中溫分離生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型涉及循環(huán)流化床鍋爐，特別是一種半塔式中溫分離生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐。
背景技術(shù)：
[0002]生物質(zhì)能是利用自然界的植物、糞便以及城鄉(xiāng)有機廢物轉(zhuǎn)化而成的能源，是太陽能以化學能形式貯存在生物質(zhì)中的能量形式，具有可再生、低污染、分布廣和總量大等特點，是一種優(yōu)質(zhì)的可再生能源。生物質(zhì)尤其是農(nóng)林廢棄物作為燃料使用時，具有品種多樣性、復(fù)雜性，以及可燃基揮發(fā)份含量高、含硫量低、含灰量少、堆積密度小、堿金屬含量高、灰熔點低等特點。循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)有著良好的燃料適應(yīng)性，因此，近年來在生物質(zhì)燃燒發(fā)電領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展。[0003]申請?zhí)枮?00610088935. 5的發(fā)明專利“一種生物質(zhì)循環(huán)流化床燃燒方法及生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐”公開了一種爐膛內(nèi)布置屏式輻射受熱面，同時摻燒不超過總能量20% 的煤，并在燃燒過程中添加惰性床料的生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐及其燃燒方法；專利號為 200720309013. 2的實用新型專利“生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐”公開了一種采用高溫偏心式旋風分離器的生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐；專利號為200820108769. 5的實用新型專利“燃用秸桿類生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐”公開了一種爐膛內(nèi)設(shè)置水冷蒸發(fā)屏并采用高溫旋風分離器的生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐；專利號為200820192995. 6的實用新型專利“燃用生物質(zhì)多通道循環(huán)流化床鍋爐”和申請?zhí)枮?01110229421. 8的發(fā)明專利“一種膜式水冷壁四煙道生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐”公開的是一種采用高溫旋風分離器、尾部煙道為多通道和四煙道結(jié)構(gòu)的生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐；申請?zhí)枮?01010295030. I的發(fā)明專利“低倍率生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐及其燃燒方法”公開的是一種采用中溫臥式汽冷旋風分離器、密相區(qū)布置埋管受熱面、爐膛設(shè)有折焰角、爐膛上部設(shè)置與水平面垂直的屏式受熱面和對流受熱面的低倍率生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐及其燃燒方法。[0004]對于高溫分離循環(huán)流化床鍋爐，由于生物質(zhì)燃料的堿金屬含量高、灰熔點低，而主循環(huán)回路的各個部分均處于較高的溫度環(huán)境之中，從而使回路中的燃料灰呈熔融或部分熔融狀態(tài)，容易造成爐膛密相區(qū)、布風裝置、分離器和回料裝置結(jié)渣、結(jié)塊以及煙氣通道或循環(huán)物料通道堵塞而導致停爐的現(xiàn)象，也常造成熔渣或高溫粘結(jié)灰粘結(jié)在爐膛內(nèi)的屏式受熱面以及分離器后高溫屏式或?qū)α魇軣崦嫔希霈F(xiàn)掛渣和嚴重的積灰現(xiàn)象，影響鍋爐高效、安全地運行。[0005]生物質(zhì)燃料成分中含有的氯、硫和堿金屬等成分，在燃燒過程中將生成硫化氫 H2S、氯化氫HC1、氯Cl2和氯化鈉NaCl、氯化鉀KCl等堿金屬氯化物，以及鉀-三硫酸鐵 K3Fe (SO4) 3和鈉-三硫酸鐵Na3Fe (SO4) 3等堿性硫酸鹽絡(luò)合物等對金屬具有腐蝕性的化合物，對鍋爐受熱面的安全性形成威脅。[0006]當床料中富集二氧化硅SiO2時，二氧化硅SiO2可與碳酸鈉Na2CO3或碳酸鉀K2CO3 等發(fā)生反應(yīng)，形成低溫共熔混合物，將會引發(fā)床料出現(xiàn)粘結(jié)的問題，進而影響床層物料的流化質(zhì)量，嚴重時將引起床層大面積結(jié)塊、結(jié)渣，導致鍋爐的停運。[0007]—些生物質(zhì)燃料譬如谷殼等雖然可燃基揮發(fā)份含量很高，燃料著火溫度低，極易著火，但是，當燃燒溫度高于900°C時，燃料灰容易形成碳-硅絡(luò)合物，阻礙燃燒的進行，燃料難以燃盡。[0008]為解決上述問題，需要將生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)燃燒溫度和煙氣停留時間控制在一個適當?shù)姆秶畠?nèi)，并盡量降低燃料在爐內(nèi)燃燒的峰值溫度，使整個爐膛維持在一個相對比較均勻的合理溫度區(qū)間，這樣既不影響燃料的充分燃燒，還可以減少進入煙氣的氣相堿金屬和氯元素的量，進而可以有效地減輕受熱面的腐蝕，避免爐內(nèi)結(jié)渣、掛渣、積灰、堵灰、床料結(jié)塊等現(xiàn)象的出現(xiàn)。因此設(shè)計出一種燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、受熱面磨損與腐蝕小，并且能有效避免爐內(nèi)結(jié)渣、掛渣、積灰、堵灰、床料結(jié)塊、回料裝置堵塞等現(xiàn)象的半塔式中溫分離生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐十分必要。發(fā)明內(nèi)容[0009]本實用新型的目的是提供一種燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、受熱面磨損與腐蝕小， 并且能有效避免爐內(nèi)結(jié)渣、掛渣、積灰、堵灰、床料結(jié)塊、回料裝置堵塞等現(xiàn)象的半塔式中溫分離生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐。[0010]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案半塔式中溫分離生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐，由前部豎井、中間氣固分離及循環(huán)物料回送單元和尾部煙道組成，其特征是所述前部豎井包括爐膛、爐膛上部對流豎井和煙氣轉(zhuǎn)向室，爐膛底部為布風裝置，布風裝置下方為一次風室，爐膛下部沿高度方向上布置有2-3層二次風，爐膛底部還設(shè)置有排渣管，爐膛上部對流豎井內(nèi)布置有對流受熱面；所述中間氣固分離及循環(huán)物料回送單元自上而下設(shè)置氣固分離裝置、回料立管和回料裝置；所述尾部煙道內(nèi)布置有過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器；爐膛、爐膛上部對流豎井、煙氣轉(zhuǎn)向室、氣固分離裝置、回料立管和回料裝置構(gòu)成生物質(zhì)燃料循環(huán)燃燒以及固體燃燒產(chǎn)物和床料循環(huán)再利用的主循環(huán)回路；氣固分離裝置入口與煙氣轉(zhuǎn)向室出口相連，回料裝置出口接至爐膛下部，氣固分離裝置與尾部煙道通過分離器出口煙道連接。[0011]進一步地，在上述方案中，所述爐膛上部對流豎井內(nèi)還布置有蒸發(fā)受熱面。[0012]進一步地，在上述方案中，所述對流受熱面是過熱器或省煤器或過熱器與省煤器的組合，所述對流受熱面采用工質(zhì)流向與煙氣流向相反的逆流布置或工質(zhì)流向與煙氣流向相同的順流布置。[0013]進一步地，在上述方案中，所述對流受熱面或蒸發(fā)受熱面為管束或管屏結(jié)構(gòu)，所述管束或管屏與水平面的夾角為0° -35°。[0014]進一步地，在上述方案中，所述對流受熱面或蒸發(fā)受熱面通過懸吊支撐裝置吊掛在爐膛上部對流豎井內(nèi)。[0015]進一步地，在上述方案中，所述懸吊支撐裝置為采用水或蒸汽冷卻的懸吊管，或采用由構(gòu)件或構(gòu)件組合而成的支撐裝置。[0016]進一步地，在上述方案中，所述前部豎井由膜式水冷壁包覆而成，所述二次風沿高度方向平行設(shè)置或交錯設(shè)置。[0017]進一步地，在上述方案中，所述過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器沿煙氣流向依次順序布置或交叉布置。[0018]進一步地，在上述方案中，所述尾部煙道為單個或多個煙氣通道，所述尾部煙道由膜式壁或輕型護板爐墻或膜式壁與輕型護板爐墻組合構(gòu)成，所述尾部煙道內(nèi)還布置有蒸發(fā)受熱面。[0019]本實用新型通過布置在爐膛上部對流豎井內(nèi)的蒸發(fā)受熱面和對流受熱面的換熱， 使前部豎井頂部煙氣轉(zhuǎn)向室出口、氣固分離裝置入口的煙氣溫度控制在400-750°C之間。本實用新型由于氣固分離裝置進口煙溫較低，通常處于生物質(zhì)燃料灰熔點溫度以下，可以有效地避免氣固分離裝置、回料立管和回料裝置發(fā)生結(jié)渣、結(jié)塊和堵塞現(xiàn)象；由于循環(huán)物料返回爐膛下部密相區(qū)的溫度比較低，可以有效地將床溫控制在850°C以下，而無須在爐膛密相區(qū)設(shè)置埋管，既避免了鍋爐低負荷或燃料變化工況下床溫過低的問題，又有效防止了爐內(nèi)結(jié)渣和床料結(jié)塊；由于循環(huán)物料溫度不高，無須對分離器、回料立管、回料裝置采取特殊的冷卻處理結(jié)構(gòu)，從而大幅降低了鍋爐的造價；由于爐膛上部對流豎井內(nèi)的蒸發(fā)受熱面和對流受熱面布置在鍋爐主循環(huán)回路之中，鍋爐運行時，大量的循環(huán)物料對其進行沖刷，具有自清潔作用，可以有效地防止爐內(nèi)受熱面的積灰和堵灰，此外還能夠有效治理尾部煙道對流受熱面的積灰和堵灰；由于進入尾部煙道的煙氣溫度較低，飛灰粘結(jié)性大幅降低，在合理配置吹灰裝置的情況下，能夠有效治理尾部煙道對流受熱面的積灰和堵灰；由于爐膛上部對流豎井內(nèi)布置有蒸發(fā)受熱面和對流受熱面，因此煙氣在鍋爐前部豎井沿高度方向上存在一個溫度梯度，相應(yīng)地存在一個煙氣的速度梯度，可以使一部分未完全燃燒的生物質(zhì)燃料在進入氣固分離裝置之前，與部分循環(huán)物料一起形成貼壁流，從鍋爐前部豎井的上方落入爐膛，加大了鍋爐的內(nèi)循環(huán)量，燃料在高溫區(qū)的停留時間增加，并促使爐膛整體的燃燒溫度水平趨于均勻，因而可以較大程度地提高燃燒效率；由于進入氣固分離裝置的煙氣溫度降低， 煙氣的粘度也隨之降低，氣固分離效率則大幅提高，有利于捕集顆粒度更為細小的未燃盡燃料粒子，鍋爐效率可以進一步得到提高；由于爐膛內(nèi)存有大量高溫床料和循環(huán)灰，有很大的熱慣性，新投入的生物質(zhì)燃料量占總床料量的比列很小，因而鍋爐對燃料的適應(yīng)性強；爐內(nèi)溫度均勻并處于合理的溫度區(qū)間，減少了溶渣的產(chǎn)生和進入煙氣的氣相堿金屬及氯元素的量，且進入高溫對流受熱面的煙氣溫度相對較低，而布置在爐膛上部對流豎井內(nèi)的高溫受熱面，在循環(huán)物料自清灰作用下，可以防止飛灰的沉積，減少了飛灰中腐蝕性物質(zhì)對于管壁金屬的侵蝕，加上順流布置并采用適當?shù)姆栏懿?，可以減輕受熱面的高溫腐蝕；主循環(huán)回路中的氣固分離及循環(huán)物料回送單元處在煙溫相對較低的區(qū)域，爐內(nèi)防磨耐火材料的防磨性能可以得到更好的發(fā)揮，同時合理的煙氣流速和防磨蓋板等防磨措施的采用，可以有效地解決受熱面磨損問題。此外，鍋爐前部豎井內(nèi)設(shè)置過熱器，還有利于鍋爐在低負荷狀態(tài)下保證合格的過熱蒸汽參數(shù)。[0020]本實用新型燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、受熱面磨損與腐蝕小，且能有效避免爐內(nèi)結(jié)渣、掛渣、積灰、堵灰、床料結(jié)塊、回料裝置堵塞等現(xiàn)象。


[0021]圖I為本實用新型一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；[0022]圖2為本實用新型圖另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。[0023]圖中1-前部豎井，I. I-爐膛，I. 2-爐膛上部對流豎井，I. 21-對流受熱面，1.22-蒸發(fā)受熱面，I. 23-懸吊支撐裝置，I. 3-煙氣轉(zhuǎn)向室，I. 4-布風裝置，I. 5- 一次風室，I. 6- 二次風，I. 7-排渣管；2_中間氣固分離及循環(huán)物料回送單元，2. I-氣固分離裝置，2.2-回料立管，2. 3-回料裝置，2. 4-分離器出口煙道；3_尾部煙道，3. I-過熱器，3. 2-省煤器，3. 3-空氣預(yù)熱器，3. 4-蒸發(fā)受熱面。
具體實施方式
[0024]
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步的說明，但該實施例不應(yīng)理解為對本實用新型的限制。[0025]實施例I :[0026]生物質(zhì)燃料通過爐前給料裝置進入爐膛I. 1，一次風由爐底的一次風室I. 5經(jīng)布風裝置I. 4作為一次燃燒用風和爐內(nèi)物料的流化介質(zhì)送入爐膛I. 1，二次風I. 6在爐膛下部沿高度方向上分3層，各層均采用平行布置，以保證提供給燃料足夠的燃燒用空氣。[0027]生物質(zhì)燃料在爐膛下部的密相區(qū)著火，在缺氧狀態(tài)下燃燒并釋放出大部分的熱量，未燃燼的揮發(fā)份和碳粒子經(jīng)爐膛過渡區(qū)進入爐膛稀相區(qū)，在二次風形成的氧化性區(qū)域內(nèi)進一步燃燒生成高溫煙氣，煙氣中的SO2與循環(huán)物料中的堿金屬氧化物等反應(yīng)，可以脫除一部分so2。由于采用分級送風方式，同時通過合理的爐內(nèi)燃燒工況組織和燃燒溫度控制， 還可以大量減少NO5^A生成。[0028]煙氣攜帶大量循環(huán)物料向上依次沖刷布置在爐膛上部對流豎井I. 2中的蒸發(fā)受熱面I. 22和對流受熱面I. 21，再經(jīng)過爐膛頂部的煙氣轉(zhuǎn)向室I. 3到達氣固分離裝置2. I入口，此時煙溫已被冷卻至750°C以下。蒸發(fā)受熱面I. 22和對流受熱面I. 21通過懸吊管I. 23 吊掛在爐膛上部對流豎井I. 2內(nèi)。[0029]被冷卻后的煙氣進入氣固分離裝置2. I進行“氣-固”分離，攜帶少量飛灰的煙氣由分離器中心筒經(jīng)分離器出口煙道2. 4進入尾部煙道3。尾部煙道3分為兩個煙氣通道。 煙氣依次流經(jīng)尾部煙道3中的過熱器3. I、省煤器3. 2和空氣預(yù)熱器3. 3。[0030]被氣固分離裝置2. I捕捉下來的循環(huán)物料、未燃盡的碳粒子及燃料灰，經(jīng)過氣固分離裝置2. I下方的回料立管2. 2由回料裝置2. 3根據(jù)需要部分或全部被有控制地送回爐膛，實現(xiàn)生物質(zhì)燃料的循環(huán)燃燒以及固體燃燒產(chǎn)物和床料的循環(huán)再利用。在不同的負荷下通過調(diào)節(jié)配風比和回灰量的大小，有效地控制床溫維持在850°C以下，保證生物質(zhì)燃料的著火與穩(wěn)燃，并防止爐內(nèi)結(jié)渣和床料結(jié)塊。[0031]爐膛底部還設(shè)置有排渣管I. 7，用于將底渣排出鍋爐，以維持合理的床層壓降，并形成高效傳熱的爐內(nèi)灰濃度分布場。[0032]實施例2 [0033]本實施例與實施例I的總體布局基本相同，兩者的差異在于本實施例的爐膛上部對流豎井I. 2中僅布置有對流受熱面I. 21，對流受熱面I. 21是通過支撐裝置I. 23懸掛在水冷壁上的。爐膛I. I下部前后墻水冷壁上各設(shè)2層二次風I. 6，采用交錯設(shè)置，以使密度較小的生物質(zhì)燃料在交錯二次風I. 6的擾動下，在爐內(nèi)的流程形成類似“S”形的運動軌跡，延長其在爐膛高溫區(qū)的停留時間。尾部煙道3設(shè)置為單一的煙氣通道，自上而下設(shè)有蒸發(fā)受熱面3. 4、交叉布置的過熱器3. I、省煤器3. 2和空氣預(yù)熱器3. 3。[0034]前述實施例中，爐膛上部對流豎井I. 2內(nèi)的對流受熱面I. 21可以是過熱器，也可以是省煤器，或者是兩者的組合。對流受熱面1.21的布置形式，可以采用其內(nèi)工質(zhì)流向與煙氣流向相反的逆流布置，也可以采用與煙氣流向相同的順流布置。氣固分離裝置2. I的結(jié)構(gòu)可以采用絕熱形式，也可以采用水、蒸汽或空氣冷卻形式；可以采用旋風分離器，也可以采用偏心式旋風分離器、方形分離器、蝸殼式分離器、臥式分離器、撞擊時分離器或者其它任何形式的氣固分離裝置。尾部煙道3采用膜式壁或輕型護板爐墻或兩者相結(jié)合的方式，其內(nèi)過熱器3. I和省煤器3. 2可以采用交叉布置，省煤器3. 2和空氣預(yù)熱器3. 3也可以采用交叉布置。[0035]本說明書中未作詳細描述的內(nèi)容，屬于本專業(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求1.半塔式中溫分離生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐，由前部豎井(I)、中間氣固分離及循環(huán)物料回送單元(2)和尾部煙道(3)組成，其特征在于所述前部豎井(I)包括爐膛(I. I)、爐膛上部對流豎井(1.2)和煙氣轉(zhuǎn)向室(I. 3)，爐膛(1.1)底部為布風裝置(I. 4)，布風裝置(1.4)下方為一次風室(I. 5)，爐膛(I. I)下部沿高度方向上布置有2-3層二次風(1.6)，爐膛(1.1)底部還設(shè)置有排渣管(I. 7)，爐膛上部對流豎井(1.2)內(nèi)布置有對流受熱面(1.21);所述中間氣固分離及循環(huán)物料回送單元(2)自上而下設(shè)置氣固分離裝置(2. I)、回料立管(2. 2)和回料裝置(2. 3);所述尾部煙道(3)內(nèi)布置有過熱器(3. I)、省煤器(3. 2)和空氣預(yù)熱器(3. 3);爐膛(I. I)、爐膛上部對流豎井(I. 2)、煙氣轉(zhuǎn)向室(I. 3)、氣固分離裝置(2. I)、回料立管(2. 2)和回料裝置(2. 3)構(gòu)成生物質(zhì)燃料循環(huán)燃燒以及固體燃燒產(chǎn)物和床料循環(huán)再利用的主循環(huán)回路；氣固分離裝置(2. I)入口與煙氣轉(zhuǎn)向室(I. 3)出口相連，回料裝置(2. 3)出口接至爐膛(I. I)下部，氣固分離裝置(2. I)與尾部煙道(3)通過分離器出口煙道(2. 4)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半塔式中溫分離生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐，其特征在于所述爐膛上部對流豎井(1.2)內(nèi)還布置有蒸發(fā)受熱面(1.22)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的半塔式中溫分離生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐，其特征在于所述對流受熱面(1.21)是過熱器或省煤器或過熱器與省煤器的組合，所述對流受熱面(I. 21)采用工質(zhì)流向與煙氣流向相反的逆流布置或工質(zhì)流向與煙氣流向相同的順流布置。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半塔式中溫分離生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐，其特征在于所述對流受熱面(1.21)或蒸發(fā)受熱面(1.22)為管束或管屏結(jié)構(gòu)，所述管束或管屏與水平面的夾角為O。-35°。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半塔式中溫分離生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐，其特征在于所述對流受熱面(1.21)或蒸發(fā)受熱面(1.22)通過懸吊支撐裝置(1.23)吊掛在爐膛上部對流豎井(1.2)內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半塔式中溫分離生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐，其特征在于所述懸吊支撐裝置(1.23)為采用水或蒸汽冷卻的懸吊管，或采用由構(gòu)件或構(gòu)件組合而成的支撐裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的半塔式中溫分離生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐，其特征在于所述前部豎井(I)由膜式水冷壁包覆而成，所述二次風(1.6)沿高度方向平行設(shè)置或交錯設(shè)置。
8.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的半塔式中溫分離生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐，其特征在于所述過熱器(3. I)、省煤器(3. 2)和空氣預(yù)熱器(3. 3)沿煙氣流向依次順序布置或交叉布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半塔式中溫分離生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐，其特征在于所述尾部煙道(3)為單個或多個煙氣通道，所述尾部煙道(3)由膜式壁或輕型護板爐墻或膜式壁與輕型護板爐墻組合構(gòu)成，所述尾部煙道(3)內(nèi)還布置有蒸發(fā)受熱面(3.4)。
專利摘要本實用新型涉及半塔式中溫分離生物質(zhì)循環(huán)流化床鍋爐，由前部豎井、中間氣固分離及循環(huán)物料回送單元和尾部煙道組成，前部豎井包括爐膛、對流豎井、煙氣轉(zhuǎn)向室，中間氣固分離及循環(huán)物料回送單元包括氣固分離裝置、回料立管、回料裝置，尾部煙道內(nèi)沿煙氣流向布置有過熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器，爐膛下部沿高度方向上布置有2-3層二次風，爐膛上部對流豎井內(nèi)布置有對流受熱面，爐膛、對流豎井、煙氣轉(zhuǎn)向室、氣固分離裝置、回料立管和回料裝置構(gòu)成主循環(huán)回路。本實用新型燃料適應(yīng)性廣、燃燒效率高、受熱面磨損與腐蝕小，氣固分離裝置入口的煙氣溫度在400-750℃之間，能有效避免爐內(nèi)結(jié)渣、掛渣、積灰、堵灰、床料結(jié)塊和回料裝置堵塞。
文檔編號F23C10/18GK202813358SQ201220359438
公開日2013年3月20日 申請日期2012年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月24日
發(fā)明者陳勇 申請人:武漢和信益科技有限公司