基于快速內(nèi)循環(huán)流化床解決高堿金屬煤燃燒沾污的系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及基于快速內(nèi)循環(huán)流化床解決高堿金屬煤燃燒沾污的系統(tǒng)，包括鼓泡床和流化床，鼓泡床底部與流化床底部連通，靠近底部的位置還通過虹吸管連通，流化床頂部出口處設(shè)有U型鋼分離器；鼓泡床側(cè)壁的上部設(shè)有鼓泡床煙氣出口，鼓泡床煙氣出口連接至第二旋風(fēng)分離器，鼓泡床頂部設(shè)有鼓泡床熱解氣出口，鼓泡床熱解氣出口連接至第一旋風(fēng)分離器；流化床的頂部設(shè)有流化床煙氣出口，流化床煙氣出口連接至第二旋風(fēng)分離器；本實(shí)用新型可減少爐膛入爐煤中的堿金屬含量，使其燃燒煙氣中的堿金屬含量大大降低，不會(huì)冷凝粘附在對(duì)流受熱面上，切斷了沾污形成的源頭，保護(hù)對(duì)流受熱面充分換熱，安全運(yùn)行，提高了電廠的效益；實(shí)現(xiàn)高堿性煤的大規(guī)模純燒利用。
【專利說明】基于快速內(nèi)循環(huán)流化床解決高堿金屬煤燃燒沾污的系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及快速內(nèi)循環(huán)流化床的解決沾污技術(shù)，特別是基于快速內(nèi)循環(huán)流化床解決高堿金屬煤燃燒沾污的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]目前我國火力發(fā)電量占全國總發(fā)電量的70%以上，發(fā)電用煤多采用劣質(zhì)低品位煤，灰分較高，導(dǎo)致鍋爐受熱面結(jié)渣沾污。該問題在我國火力發(fā)電機(jī)組中較為普遍，半數(shù)以上電站鍋爐存在著結(jié)渣沾污問題，嚴(yán)重影響設(shè)備的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。為了防止結(jié)渣與沾污弱化鍋爐受熱面的傳熱能力，導(dǎo)致熄火、爆管、非計(jì)劃停爐等重大事故，國內(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)。
[0003]在電廠運(yùn)行過程中，煤粉燃燒時(shí)，堿金屬元素在高溫下，會(huì)以氣體狀態(tài)揮發(fā)出，并隨高溫?zé)煔庠谑軣崦嫔夏Y(jié)下來，不斷增厚、積累，最后形成沾污、積灰、結(jié)渣和腐蝕，使整個(gè)爐內(nèi)熱平衡變更，導(dǎo)致過熱氣溫度改變，排煙溫度升高，鍋爐效率及可靠性降低，嚴(yán)重時(shí)將迫使鍋爐降負(fù)荷運(yùn)行甚至停爐。
[0004]準(zhǔn)東煤田是近年在新疆探明的特大型煤田，煤炭資源預(yù)測(cè)儲(chǔ)量3900億t。對(duì)準(zhǔn)東煤進(jìn)行煤質(zhì)特性分析發(fā)現(xiàn)，其灰分中堿金屬含量遠(yuǎn)高于普通煤種。在燃用準(zhǔn)東煤的過程中，煤中堿金屬在高溫下?lián)]發(fā)，容易在鍋爐受熱面冷凝形成一層打底附著物。打底物主要以氯鹽或硫酸鹽形式存在，上述成分在高溫下?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，使得對(duì)流受熱面出現(xiàn)不同程度的沾污現(xiàn)象，且無法使用吹灰器清除，從而導(dǎo)致受熱面?zhèn)鳠崮芰ο陆担斐慑仩t排煙溫度升高等問題，最終使?fàn)t膛出力大大降低造成停爐。
[0005]國內(nèi)對(duì)于燃用高堿性煤還缺乏工程運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，目前并沒有高效的利用辦法，僅新疆地區(qū)個(gè)別電廠通過外煤摻燒的方式來減輕高堿性煤燃燒帶來的沾污問題。鍋爐摻燒高堿性煤的比例不應(yīng)超過30%，摻燒比例增大時(shí)，對(duì)流受熱面仍會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)渣沾污。由于新疆地區(qū)高堿性煤利用方式多為坑口電站，摻燒方式對(duì)外煤的需求量較大，這種方式往往受到運(yùn)輸條件的限制，極大地增加了電站運(yùn)行成本及負(fù)擔(dān)。因此，高堿性煤的結(jié)渣沾污問題是其燃用過程中亟待解決的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供基于快速內(nèi)循環(huán)流化床解決高堿金屬煤燃燒沾污的系統(tǒng)，可以減少爐膛入爐煤中的堿金屬含量，使其燃燒煙氣中的堿金屬含量大大降低，不會(huì)冷凝粘附在對(duì)流受熱面上，切斷了沾污形成的源頭，保護(hù)對(duì)流受熱面充分換熱，安全運(yùn)行，增加了鍋爐的運(yùn)行時(shí)間，提高了電廠的效益；實(shí)現(xiàn)高堿性煤的大規(guī)模純燒利用。
[0007]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0008]基于快速內(nèi)循環(huán)流化床解決高堿金屬煤燃燒沾污的系統(tǒng)，其特征在于:包括鼓泡床和流化床，鼓泡床的底部與流化床的底部連通，靠近底部的位置還通過虹吸管連通，流化床頂部出口處設(shè)有用于分離煤灰和煙氣的U型鋼分離器；鼓泡床側(cè)壁的上部設(shè)有鼓泡床煙氣出口，鼓泡床煙氣出口連接至第二旋風(fēng)分離器，鼓泡床頂部設(shè)有鼓泡床熱解氣出口，鼓泡床熱解氣出口連接至第一旋風(fēng)分離器；流化床的頂部設(shè)有流化床煙氣出口，流化床煙氣出口連接至第二旋風(fēng)分離器。
[0009]第一旋風(fēng)分離器的熱解氣出口通過一路管線連接至流化床，通過另一路管線連接第一換熱器，換熱器在通過管線連接至第一壓縮機(jī)，第一壓縮機(jī)連接至鼓泡床底部和虹吸管底部。
[0010]第二旋風(fēng)分離器的煙氣出口依次連接第二換熱器、用于對(duì)流化床入口空氣進(jìn)行預(yù)熱的空氣預(yù)熱器，空氣預(yù)熱器還連接引風(fēng)機(jī)和煙囪；空氣預(yù)熱器與流化床入口的連接管線上連接有第二壓縮機(jī)。
[0011 ] 所述鼓泡床的下端連接有給料器，給料器連接有煤斗。
[0012]因?yàn)橐延械难芯砍晒砻?堿金屬鹽、硫酸鈣或者鈉、鉀、鈣與硫酸鹽的共晶體是形成粘性灰沉積的基本物質(zhì)，其對(duì)鍋爐沾污和結(jié)渣起到非常大的作用。如果能夠降低煙氣中堿金屬化合物份額，則能從根源上解決或減輕鍋爐對(duì)流受熱面的沾污狀況。
[0013]堿金屬化合物大約在800°C即可升華，大部分的堿金屬揮發(fā)進(jìn)入氣相中，煤焦中的堿金屬含量很少。如能通過某種途徑，使入爐煤燃燒之前煤粉灰分中的堿金屬揮發(fā)掉，則可減少后續(xù)燃燒過程中的氣側(cè)高溫沾污和腐蝕，降低沾污結(jié)灰的嚴(yán)重程度，減少在受熱面上形成燒結(jié)或粘結(jié)的灰沉積，甚至解決高堿性煤燃燒的沾污結(jié)灰問題。
[0014]所以本實(shí)用新型采用的工藝原理如下:
[0015]煤粉通過輸送設(shè)備進(jìn)入鼓泡床中，在800°C—900°C的溫度下進(jìn)行熱解，熱解后的煤焦從鼓泡床底部進(jìn)入流化床中，由于在熱解過程中，大部分的堿金屬揮發(fā)進(jìn)入熱解氣中，故進(jìn)入流化床的煤焦中堿金屬含量大大降低；煤焦在壓縮空氣的作用下進(jìn)行流化燃燒，燃燒溫度約1200°C ;燃燒后的煤灰在流化床頂部經(jīng)U型鋼分離器與煙氣分離，一方面進(jìn)入鼓泡床中作為熱載體為鼓泡床中煤粉的熱解提供熱量，另一方面起到稀釋高堿金屬煤堿金屬含量的作用；熱解氣從鼓泡床頂部出去，經(jīng)第一分離器分離后，一部分被冷卻到約120°C中左右后再為鼓泡床的入口風(fēng)使用，另一部分進(jìn)入流化床中進(jìn)行燃燒；流化床頂部出來的煙氣，經(jīng)第二分離器分離后，進(jìn)行換熱產(chǎn)生蒸汽，并對(duì)壓縮空氣進(jìn)行預(yù)熱后經(jīng)煙囪排空。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。
[0016]采用內(nèi)循環(huán)式的雙床系統(tǒng)，將燃煤先在鼓泡床中進(jìn)行熱解，使可揮發(fā)的堿金屬化合物揮發(fā)到熱解氣中，從而減少流化床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。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果如下:
[0018](I)本實(shí)用新型采用內(nèi)循環(huán)式的雙床系統(tǒng)，燃煤在鼓泡床中先進(jìn)行熱解，流化床進(jìn)行燃燒，采用內(nèi)循環(huán)式換熱，有助于延長顆粒的停留時(shí)間，提高燃燒效率，使堿金屬在高溫下?lián)]發(fā)到熱解氣中，流化床入爐煤堿金屬含量降低，燃燒過程煙氣中的堿金屬含量很少，從根本上解決了沾污現(xiàn)象發(fā)生的源頭；
[0019](2)本實(shí)用新型煤粉熱解所需的熱載體來自于流化床燃燒后的粉煤灰，熱量也由煤灰熱載體提供，不需外加熱源及其他運(yùn)輸，幾乎不增加電廠運(yùn)行成本，能夠解決或者大大減輕對(duì)流受熱面沾污問題，增加電廠運(yùn)行時(shí)間，提高電廠運(yùn)行效率；
[0020](3)本實(shí)用新型采用雙床系統(tǒng)，設(shè)備的投資較??；另外，快速內(nèi)循環(huán)式流化床相對(duì)于大循環(huán)倍率的循環(huán)流化床來說，顆粒對(duì)設(shè)備的沖刷和磨蝕較小，設(shè)備的使用率更高。
[0021](4)對(duì)于準(zhǔn)東煤等高堿性煤種燃燒沾污問題的解決，大多采用摻燒低堿性煤種或添加劑的方式實(shí)現(xiàn)，本實(shí)用新型專利基于快速內(nèi)循環(huán)流化床解決了由于摻燒而帶來的煤粉或添加劑運(yùn)輸成本等問題，可以實(shí)現(xiàn)高堿性煤種的純燒利用；
[0022](5)本實(shí)用新型的煤焦與煤灰在內(nèi)循環(huán)床中燃燒與換熱，增加了顆粒停留時(shí)間，優(yōu)化調(diào)節(jié)了爐膛溫度的工藝路線。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖
[0024]其中附圖標(biāo)記為:1煤斗；2給料器；3第一壓縮機(jī)；4虹吸管；5鼓泡床；6 U型鋼分離器；7流化床；8第一旋風(fēng)分離器；9第二旋風(fēng)分離器；10第二換熱器；11第二壓縮機(jī)；12空氣預(yù)熱器；13引風(fēng)機(jī)；14煙囪；15第一換熱器。

【具體實(shí)施方式】
[0025]如圖1所示，基于快速內(nèi)循環(huán)流化床7解決高堿金屬煤燃燒沾污的系統(tǒng)，其特征在于:包括鼓泡床5和流化床7，鼓泡床5的底部與流化床7的底部連通，靠近底部的位置還通過虹吸管4連通，流化床7頂部出口處設(shè)有用于分離煤灰和煙氣的U型鋼分離器6 ;鼓泡床5側(cè)壁的上部設(shè)有鼓泡床5煙氣出口，鼓泡床5煙氣出口連接至第二旋風(fēng)分離器9，鼓泡床5頂部設(shè)有鼓泡床5熱解氣出口，鼓泡床5熱解氣出口連接至第一旋風(fēng)分離器8 ;流化床7的頂部設(shè)有流化床7煙氣出口，流化床7煙氣出口連接至第二旋風(fēng)分離器9。
[0026]第一旋風(fēng)分離器8的熱解氣出口通過一路管線連接至流化床7，通過另一路管線連接第一換熱器15，換熱器在通過管線連接至第一壓縮機(jī)3，第一壓縮機(jī)3連接至鼓泡床5底部和虹吸管4底部。
[0027]第二旋風(fēng)分離器9的煙氣出口依次連接第二換熱器10、用于對(duì)流化床7入口空氣進(jìn)行預(yù)熱的空氣預(yù)熱器12，空氣預(yù)熱器12還連接引風(fēng)機(jī)13和煙囪14 ;空氣預(yù)熱器12與流化床7入口的連接管線上連接有第二壓縮機(jī)11。
[0028]所述鼓泡床5的下端連接有給料器2，給料器2連接有煤斗I。
[0029]該系統(tǒng)的工藝原理如下:
[0030]煤粉通過輸送設(shè)備進(jìn)入鼓泡床5中，在800°C — 900°C的溫度下進(jìn)行熱解，熱解后的煤焦從鼓泡床5底部進(jìn)入流化床7中，由于在熱解過程中，大部分的堿金屬揮發(fā)進(jìn)入熱解氣中，故進(jìn)入流化床7的煤焦中堿金屬含量大大降低；煤焦在壓縮空氣的作用下進(jìn)行流化燃燒，燃燒溫度約1200°C ;燃燒后的煤灰在流化床7頂部經(jīng)U型鋼分離器6與煙氣分離，一方面進(jìn)入鼓泡床5中作為熱載體為鼓泡床5中煤粉的熱解提供熱量，另一方面起到稀釋高堿金屬煤堿金屬含量的作用；熱解氣從鼓泡床5頂部出去,經(jīng)第一分離器分離后,一部分被冷卻到約120°C中左右后再為鼓泡床5和虹吸管4的入口風(fēng)使用，另一部分進(jìn)入流化床7中進(jìn)行燃燒；流化床7頂部出來的煙氣，經(jīng)第二分離器分離后，進(jìn)行換熱產(chǎn)生蒸汽，并對(duì)壓縮空氣進(jìn)行預(yù)熱后經(jīng)煙囪14排空。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。
【權(quán)利要求】
1.基于快速內(nèi)循環(huán)流化床解決高堿金屬煤燃燒沾污的系統(tǒng)，其特征在于:包括鼓泡床(5)和流化床(7)，鼓泡床(5)的底部與流化床(7)的底部連通，靠近底部的位置還通過虹吸管(4)連通，流化床(7)頂部出口處設(shè)有用于分離煤灰和煙氣的U型鋼分離器(6);鼓泡床(5 )側(cè)壁的上部設(shè)有鼓泡床(5 )煙氣出口，鼓泡床(5 )煙氣出口連接至第二旋風(fēng)分離器(9 )，鼓泡床(5 )頂部設(shè)有鼓泡床(5 )熱解氣出口，鼓泡床(5 )熱解氣出口連接至第一旋風(fēng)分離器(8);流化床(7)的頂部設(shè)有流化床(7)煙氣出口，流化床(7)煙氣出口連接至第二旋風(fēng)分離器(9)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于快速內(nèi)循環(huán)流化床解決高堿金屬煤燃燒沾污的系統(tǒng)，其特征在于:第一旋風(fēng)分離器(8)的熱解氣出口通過一路管線連接至流化床(7)，通過另一路管線連接第一換熱器(15)，換熱器在通過管線連接至第一壓縮機(jī)(3)，第一壓縮機(jī)(3)連接至鼓泡床(5)底部和虹吸管(4)底部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于快速內(nèi)循環(huán)流化床解決高堿金屬煤燃燒沾污的系統(tǒng)，其特征在于:第二旋風(fēng)分離器(9)的煙氣出口依次連接第二換熱器(10)、用于對(duì)流化床(7)入口空氣進(jìn)行預(yù)熱的空氣預(yù)熱器(12)，空氣預(yù)熱器(12)還連接引風(fēng)機(jī)(13)和煙囪(14);空氣預(yù)熱器(12 )與流化床(7 )入口的連接管線上連接有第二壓縮機(jī)(11)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于快速內(nèi)循環(huán)流化床解決高堿金屬煤燃燒沾污的系統(tǒng)，其特征在于:所述鼓泡床(5)的下端連接有給料器(2)，給料器(2)連接有煤斗(I)。
【文檔編號(hào)】F23C10/18GK204005967SQ201420461512
【公開日】2014年12月10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】張媛, 曹立勇, 樊偉, 張春飛, 杜奇, 張修山, 雷宇 申請(qǐng)人:中國東方電氣集團(tuán)有限公司