一種防止鍋爐沾污的煤粉爐半焦熱載體系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種防止鍋爐沾污的煤粉爐半焦熱載體系統(tǒng)及方法，通過(guò)加熱提升管、熱半焦槽、熱解反應(yīng)器形成半焦熱載體原煤熱解，與煤粉爐相結(jié)合的系統(tǒng)，將原煤先在熱解反應(yīng)器中與高溫半焦混合進(jìn)行高溫?zé)峤猓箍蓳]發(fā)的堿金屬氯化物揮發(fā)到熱解氣中，從而減少煤粉爐入爐煤中堿金屬含量，進(jìn)而減少燃燒煙氣中的堿金屬，則能從根本上解決或者大大減輕對(duì)流受熱面沾污狀況，同時(shí)熱解氣經(jīng)過(guò)凈化裝置對(duì)鈉資源進(jìn)行收集，凈化后熱解氣和焦油送入煤粉爐中燃燒，有效利用煤中可燃組分，保證鍋爐燃燒效率。
【專利說(shuō)明】一種防止鍋爐沾污的煤粉爐半焦熱載體系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煤粉爐【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種防止鍋爐沾污的煤粉爐半焦熱載體系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)發(fā)電行業(yè)以火力發(fā)電為主，火電裝機(jī)容量超過(guò)70%以上。煤粉爐具有燃燒迅速、完全、容量大、效率高、適應(yīng)煤種廣，便于控制調(diào)節(jié)等優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)燃用高堿性煤種時(shí)，存在于煤中的堿性化合物，在燃燒過(guò)程中會(huì)揮發(fā)出來(lái)，易凝結(jié)在鍋爐受熱面上形成燒結(jié)或粘結(jié)的灰沉積，造成鍋爐受熱面的設(shè)備的腐蝕、結(jié)渣與沾污問(wèn)題。結(jié)渣和沾污會(huì)降低鍋爐的傳熱效率，影響鍋爐出力，使得設(shè)備的運(yùn)行安全性嚴(yán)重降低，結(jié)渣嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致?tīng)t膛熄火、爆管、非計(jì)劃停爐等重大事故，是長(zhǎng)期影響電站鍋爐正常運(yùn)行的重要問(wèn)題之一。
[0003]為了防止由于結(jié)渣與沾污所帶來(lái)的各種問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)結(jié)渣與沾污的機(jī)理進(jìn)行了大量的研究，研究表明結(jié)渣與沾污是復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，爐內(nèi)結(jié)渣既是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過(guò)程，又是一個(gè)動(dòng)力學(xué)過(guò)程，既與燃料特性有關(guān)，也與鍋爐的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行條件有關(guān)。學(xué)者提出了多個(gè)結(jié)渣判定指數(shù)，但這些結(jié)渣判定指數(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中有著很大的局限性，只能作為初步判斷并不能從根本上解決沾污對(duì)鍋爐的危害問(wèn)題。對(duì)于高堿性煤，由于煤中堿金屬元素的揮發(fā)，容易在鍋爐受熱面冷凝形成一層打底附著物，打底物主要以氯化鈉或硫酸鈉形式存在。上述成分在高溫環(huán)境下?lián)]發(fā)后，易凝結(jié)在對(duì)流受熱面上形成燒結(jié)或粘結(jié)的灰沉積，隨著附著物對(duì)飛灰的吸附作用，會(huì)使得對(duì)流受熱面出現(xiàn)不同程度的沾污現(xiàn)象，且沾污物無(wú)法使用吹灰器清除，從而導(dǎo)致受熱面?zhèn)鳠崮芰ο陆担斐慑仩t排煙溫度升高等問(wèn)題，最終使?fàn)t膛出力大大降低造成停爐。
[0004]國(guó)內(nèi)對(duì)于燃燒利用高堿性煤還缺乏工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，僅新疆地區(qū)個(gè)別電廠在研究高堿性煤的燃燒沾污問(wèn)題，目前沒(méi)有有效的利用辦法。通過(guò)優(yōu)化鍋爐燃燒方式，控制爐膛內(nèi)的溫度和燃燒來(lái)減緩鍋爐的結(jié)渣問(wèn)題，在實(shí)際中并不便于操作也未得到推廣。只有通過(guò)外煤摻燒的方式來(lái)減輕沾污問(wèn)題，利用準(zhǔn)東煤與其它煤種混合后進(jìn)行摻燒，鍋爐摻燒高堿性煤的比例不應(yīng)超過(guò)30%，摻燒比例增大時(shí)，鍋爐的對(duì)流受熱面沾污積灰嚴(yán)重，同時(shí)堿金屬對(duì)鍋爐的本體材料腐蝕也非常嚴(yán)重。由于新疆地區(qū)高堿性煤利用方式多為坑口電站，摻燒時(shí)對(duì)外煤的需求量較大，這樣對(duì)準(zhǔn)東煤使用量非常有限，同時(shí)又要從其它地方購(gòu)買優(yōu)質(zhì)燃煤，增加了發(fā)電企業(yè)的發(fā)電成本。對(duì)準(zhǔn)東煤田的開(kāi)發(fā)和電源基地的建設(shè)帶來(lái)了困難，難于將準(zhǔn)東煤的優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮，同時(shí)對(duì)煤粉鍋爐的設(shè)計(jì)與運(yùn)行帶來(lái)很大困難。因此，鍋爐純燒高堿性煤時(shí)，對(duì)流受熱面的沾污是亟待解決的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種防止鍋爐沾污的煤粉爐半焦熱載體系統(tǒng)及方法，可有效解決現(xiàn)有電站鍋爐對(duì)流受熱面沾污問(wèn)題，降低鍋爐受熱面布置難度，保證鍋爐受熱面充分換熱，穩(wěn)定鍋爐出力；避免由于沾污所造成的對(duì)流受熱面超溫現(xiàn)象，大大降低爆管事故的發(fā)生；實(shí)現(xiàn)高堿性煤的大規(guī)模純燒利用，同時(shí)不影響鍋爐燃燒效率。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種防止鍋爐沾污的煤粉爐半焦熱載體系統(tǒng)，其特征在于:包括煤粉燃燒爐、加熱提升管、熱半焦槽、熱解反應(yīng)器、分離器一，煤粉燃燒爐的煙氣出口分別連接至加熱提升管和尾部煙道裝置，加熱提升管的出口連接至熱半焦槽；熱半焦槽的高溫半焦出口連接至熱解反應(yīng)器，熱解反應(yīng)器的煤灰出口分別連接至煤粉燃燒爐的進(jìn)料端和加熱提升管；
熱半焦槽的煙氣出口連接至分離器一，分離器一的煤灰出口連接至熱解反應(yīng)器，分離器一的煙氣出口連接至尾部煙道裝置；
熱解反應(yīng)器的煙氣出口通過(guò)分離器二連接至煤粉燃燒爐；
熱解反應(yīng)器還設(shè)置有高堿性煤入口。
[0007]所述分離器二的煙氣出口連接至煤粉燃燒爐的管道上設(shè)置有凈化裝置。
[0008]所述熱解反應(yīng)器的煤灰出口連接至換熱器，換熱器的煤灰出口連接至煤粉燃燒爐的進(jìn)料端；煤粉燃燒爐進(jìn)料端包括輸送原煤的煤斗和給料器，還設(shè)有鼓風(fēng)機(jī)和燃燒器，煤斗連接至給料器，給料器連接至燃燒器，鼓風(fēng)機(jī)也連接至燃燒器，鼓風(fēng)機(jī)輸送燃燒所需的空氣。
[0009]所述尾部煙道裝置包括尾部煙道、除塵器和引風(fēng)機(jī)，尾部煙道的末端安裝除塵器，尾部煙道的出煙口連接引風(fēng)機(jī)，經(jīng)過(guò)除塵后由引風(fēng)機(jī)排出。
[0010]該發(fā)明利用燃燒后的煙氣溫度較高，經(jīng)水平煙道部分進(jìn)入加熱提升管，加熱提升管中半焦與高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱和提升，半焦經(jīng)加熱后進(jìn)入熱半焦槽作為熱載體用，排出的熱煙氣經(jīng)分離器后送入尾部煙道。原煤經(jīng)給料器進(jìn)入熱解反應(yīng)器，來(lái)自熱半焦槽的高溫?zé)岚虢古c原煤混合，完成煤的熱解反應(yīng)，煤粉中堿金屬在高溫下?lián)]發(fā)進(jìn)入熱解氣中，經(jīng)凈化除去堿金屬后送入爐膛燃燒。熱解反應(yīng)器出口的部分半焦輸送進(jìn)入換熱器，熱量交換后送入煤斗中進(jìn)行儲(chǔ)存，煤斗中的煤從給料器送入燃燒器在爐膛中進(jìn)行燃燒。由于煤焦中堿金屬大幅減少，避免了爐膛中燃燒煙氣堿金屬化合物遇冷粘附在對(duì)流受熱面管壁上形成沾污的初始層，破壞了沾污形成的初始條件。
[0011]整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法如下:
在開(kāi)車階段，可先通過(guò)煤粉燃燒爐進(jìn)料端以外煤摻燒方式送入燃燒器進(jìn)行燃燒，直到煤粉燃燒爐開(kāi)始正常運(yùn)行，爐溫達(dá)到一定溫度后，再利用鍋爐自身的煙氣對(duì)備用半焦進(jìn)行加熱，加熱提升管運(yùn)行正常后，可停止外煤的加入；鍋爐正常運(yùn)行階段，經(jīng)過(guò)熱解的半焦與外來(lái)空氣在煤粉燃燒爐的爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒，燃燒煙氣一部分送入加熱提升管，另外一部分經(jīng)尾部煙道裝置排入，加熱提升管內(nèi)的煙氣進(jìn)入熱半焦槽；熱解反應(yīng)器一端通入高堿性煤，另一端通入來(lái)自熱半焦槽的高溫半焦，經(jīng)過(guò)在熱解反應(yīng)器中進(jìn)行熱解，熱解后的一部分半焦經(jīng)過(guò)換熱器進(jìn)行溫度調(diào)整后輸送進(jìn)入煤粉燃燒爐的進(jìn)料端儲(chǔ)存，另一部分半焦進(jìn)入加熱提升管，與來(lái)自爐膛的高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱；熱解得到的氣體經(jīng)凈化裝置除去鈉后送入煤粉燃燒爐進(jìn)行燃燒。鍋爐排渣在煤粉燃燒爐底部進(jìn)行。
[0012]高堿性煤在熱解反應(yīng)器中進(jìn)行熱解后，可揮發(fā)性鈉被大量去除，煤中的鈉含量下降，在煤粉燃燒爐爐膛中進(jìn)行燃燒時(shí)生成的煙氣中活性鈉含量已經(jīng)大大降低，在經(jīng)過(guò)后續(xù)受熱面時(shí)由于煙氣中活性鈉含量極少，基本不發(fā)生沾污。
[0013]本發(fā)明具有以下有益效果: (1)采用一種在熱解反應(yīng)器中高溫半焦與高堿性煤混合熱解，通過(guò)熱解移除煤中的可揮發(fā)性鈉，降低了煤粉爐入爐煤中的鈉元素含量，減少了鍋爐對(duì)流受熱面的沾污，提高了換熱面的換熱效率，穩(wěn)定鍋爐出力；
(2)通過(guò)利用高溫半焦與高堿性煤混合熱解，熱解氣凈化后送入爐膛燃燒，能量利用效率提高，減少了氣固分離除塵的問(wèn)題，同時(shí)避免了高堿性煤目前只能通過(guò)摻燒途徑利用所帶來(lái)的高額成本；
(3)在對(duì)原鍋爐設(shè)計(jì)改動(dòng)不大的情況下，實(shí)現(xiàn)高堿性煤大規(guī)模純燒利用，提高了電廠的效益。
[0014]本發(fā)明采用半焦熱載體原煤熱解和煤粉爐相結(jié)合的系統(tǒng)，將燃煤先在熱解反應(yīng)器中與高溫半焦混合進(jìn)行高溫?zé)峤猓箍蓳]發(fā)的堿金屬氯化物揮發(fā)到熱解氣中，從而減少煤粉爐入爐煤中堿金屬含量，進(jìn)而減少燃燒煙氣中的堿金屬，則能從根本上解決或者大大減輕對(duì)流受熱面沾污狀況，同時(shí)熱解氣經(jīng)過(guò)凈化裝置對(duì)鈉資源進(jìn)行收集，凈化后熱解氣和焦油送入煤粉爐中燃燒，有效利用煤中可燃組分，保證鍋爐燃燒效率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]其中，附圖標(biāo)記為:1煤斗、2給料器、3鼓風(fēng)機(jī)、4燃燒器,5煤粉燃燒爐、6加熱提升管、7熱半焦槽、8熱解反應(yīng)器、9煤斗、10給料器、11分離器一、12換熱器、13凈化裝置、14除塵器、15引風(fēng)機(jī)。

【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1所示，本發(fā)明所述的防止鍋爐受熱面沾污的半焦熱載體煤粉爐系統(tǒng)，包括煤粉燃燒爐5、加熱提升管6、熱半焦槽7、熱解反應(yīng)器8、分離器一 11，煤粉燃燒爐5的煙氣出口分別連接至加熱提升管6和尾部煙道裝置，加熱提升管6的出口連接至熱半焦槽7 ;熱半焦槽7的高溫半焦出口連接至熱解反應(yīng)器8，熱解反應(yīng)器8的煤灰出口分別連接至煤粉燃燒爐5的進(jìn)料端和加熱提升管6 ；
熱半焦槽7的煙氣出口連接至分離器一 11，分離器一 11的煤灰出口連接至熱解反應(yīng)器8，分離器一 11的煙氣出口連接至尾部煙道裝置；
熱解反應(yīng)器8的煙氣出口通過(guò)分離器二連接至煤粉燃燒爐5 ；
熱解反應(yīng)器8還設(shè)置有高堿性煤入口。
[0018]所述分離器二的煙氣出口連接至煤粉燃燒爐5的管道上設(shè)置有凈化裝置13。
[0019]所述熱解反應(yīng)器8的煤灰出口連接至換熱器12，換熱器12的煤灰出口連接至煤粉燃燒爐5的進(jìn)料端，煤粉燃燒爐5進(jìn)料端包括煤斗1、給料器2和燃燒器4，燃燒器4還連接有用于通入空氣的鼓風(fēng)機(jī)3。
[0020]所述尾部煙道裝置包括尾部煙道、除塵器14和引風(fēng)機(jī)15，尾部煙道的末端安裝除塵器14，尾部煙道的出煙口連接引風(fēng)機(jī)15，經(jīng)過(guò)除塵后由引風(fēng)機(jī)15排出。
[0021]整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法如下:
在鍋爐開(kāi)車階段，可先通過(guò)煤斗1、給料器2以外煤摻燒方式送入燃燒器4進(jìn)行燃燒，直到煤粉燃燒爐5開(kāi)始正常運(yùn)行爐溫達(dá)到一定溫度后，再利用鍋爐自身的煙氣對(duì)備用半焦進(jìn)行加熱，提升管6運(yùn)行正常后，可停止通過(guò)煤斗1、給料器2外煤的加入。鍋爐正常運(yùn)行階段，經(jīng)過(guò)熱解的半焦與來(lái)自鼓風(fēng)機(jī)3的空氣在煤粉燃燒爐5的爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒，燃燒煙氣一部分送入加熱提升管6，另外一部分經(jīng)尾部煙道降溫后排入煙囪。來(lái)自煤斗9、給料器10的高堿性煤從熱解反應(yīng)器8 —端進(jìn)入，來(lái)自熱半焦槽7的高溫半焦由熱解反應(yīng)器8另一端進(jìn)入，原煤在熱解反應(yīng)器8中進(jìn)行熱解，熱解后的半焦一部分進(jìn)入換熱器12，溫度進(jìn)行調(diào)整后輸送進(jìn)入煤斗I儲(chǔ)存，另一部分進(jìn)入加熱提升管6，與來(lái)自爐膛的高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱。熱解得到的氣體經(jīng)凈化裝置13除去鈉后送入煤粉燃燒爐5進(jìn)行燃燒。鍋爐排渣在煤粉燃燒爐5底部進(jìn)行。
[0022]高堿性煤在熱解反應(yīng)器8中進(jìn)行熱解后，可揮發(fā)性鈉被大量去除，煤中的鈉含量下降，在煤粉燃燒爐5爐膛中進(jìn)行燃燒時(shí)生成的煙氣中活性鈉含量已經(jīng)大大降低，在經(jīng)過(guò)后續(xù)受熱面時(shí)由于煙氣中活性鈉含量極少，基本不發(fā)生沾污。
【權(quán)利要求】
1.一種防止鍋爐沾污的煤粉爐半焦熱載體系統(tǒng)，其特征在于:包括煤粉燃燒爐(5)、加熱提升管(6)、熱半焦槽(7)、熱解反應(yīng)器(8)、分離器一(11)，煤粉燃燒爐(5)的煙氣出口分別連接至加熱提升管(6)和尾部煙道裝置，加熱提升管(6)的出口連接至熱半焦槽(7);熱半焦槽(7)的高溫半焦出口連接至熱解反應(yīng)器(8)，熱解反應(yīng)器(8)的煤灰出口分別連接至煤粉燃燒爐(5)的進(jìn)料端和加熱提升管(6);熱半焦槽(7)的煙氣出口連接至分離器一(11)，分離器一(11)的煤灰出口連接至熱解反應(yīng)器(8)，分離器一(11)的煙氣出口連接至尾部煙道裝置；熱解反應(yīng)器(8)的煙氣出口通過(guò)分離器二連接至煤粉燃燒爐(5);熱解反應(yīng)器(8 )還設(shè)置有高堿性煤入口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止鍋爐沾污的煤粉爐半焦熱載體系統(tǒng)，其特征在于:所述分離器二的煙氣出口連接至煤粉燃燒爐(5 )的管道上設(shè)置有凈化裝置(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止鍋爐沾污的煤粉爐半焦熱載體系統(tǒng)，其特征在于:所述熱解反應(yīng)器(8)的煤灰出口連接至換熱器(12)，換熱器(12)的煤灰出口連接至煤粉燃燒爐(5)的進(jìn)料端；煤粉燃燒爐(5)進(jìn)料端包括輸送原煤的煤斗(I)和給料器(2)，還設(shè)有鼓風(fēng)機(jī)(3)和燃燒器(4)，煤斗(I)連接至給料器(2)，給料器(2)連接至燃燒器(4)，鼓風(fēng)機(jī)(3)也連接至燃燒器(4 ),鼓風(fēng)機(jī)(3 )輸送燃燒所需的空氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的防止鍋爐沾污的煤粉爐半焦熱載體系統(tǒng)，其特征在于:所述尾部煙道裝置包括尾部煙道、除塵器(14)和引風(fēng)機(jī)(15)，尾部煙道的末端安裝除塵器(14)，尾部煙道的出煙口連接引風(fēng)機(jī)(15)，經(jīng)過(guò)除塵后由引風(fēng)機(jī)(15)排出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任意一項(xiàng)所述系統(tǒng)的防止鍋爐沾污的方法，其特征在于: 在開(kāi)車階段，先通過(guò)煤斗(I )、給料器(2)以外煤摻燒方式送入燃燒器(4)進(jìn)行燃燒，直到煤粉燃燒爐(5)開(kāi)始正常運(yùn)行，爐溫達(dá)到一定溫度后，再利用煤粉燃燒爐(5)內(nèi)自身的煙氣進(jìn)行加熱，加熱提升管(6)運(yùn)行正常后，停止外煤的加入； 鍋爐正常運(yùn)行階段，經(jīng)過(guò)熱解的半焦與來(lái)自鼓風(fēng)機(jī)(3)的空氣經(jīng)燃燒器(4)在煤粉燃燒爐(5)的爐膛內(nèi)進(jìn)行燃燒，燃燒煙氣一部分送入加熱提升管(6)，另外一部分經(jīng)尾部煙道裝置排出；加熱提升管(6 )內(nèi)的煙氣進(jìn)入熱半焦槽(7 );熱解反應(yīng)器(8 ) —端經(jīng)煤斗(9 )、給料器(10 )送入高堿性煤，另一端通入來(lái)自熱半焦槽(7 )的高溫半焦，經(jīng)過(guò)在熱解反應(yīng)器(8 )中進(jìn)行熱解，熱解后的一部分半焦經(jīng)過(guò)換熱器(12)進(jìn)行溫度調(diào)整后輸送進(jìn)入煤斗(I)儲(chǔ)存，另一部分半焦進(jìn)入加熱提升管(6)，與來(lái)自爐膛的高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱熱解；熱解得到的氣體經(jīng)凈化裝置(13)除去鈉后送入煤粉燃燒爐(5)進(jìn)行燃燒；鍋爐排渣自煤粉燃燒爐(5)的底部排出。
【文檔編號(hào)】F23K3/00GK104180385SQ201410402225
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】杜奇, 曹立勇, 樊偉, 張?chǎng)? 李陽(yáng), 雷宇, 銀燕 申請(qǐng)人:中國(guó)東方電氣集團(tuán)有限公司