CN100498069C - 掺烧吹风气的循环流化床锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种掺烧吹风气的循环流化床锅炉，包括炉膛、向所述炉膛输送混合破碎后的固体废弃物的给煤装置、用于沸腾燃烧所述固体废弃物的流化床燃烧设备、用于沸腾燃烧稳定后向所述炉膛内喷入吹风气的吹风气预混器、用于分离烟气中的颗粒的旋风分离器和用于回收烟气中的热量的烟道竖井。本发明利用流化床的燃烧特点，采用吹风气余热锅炉余热回收模式，对造气过程中产生的吹风气、造气炉渣等废弃物进行集中混燃，产生高温烟气，进入烟道竖井回收余热，生产高品质蒸汽。本发明可以广泛配套于甲醇、合成氨(尿素)生产，实现循环经济和环保效益的最佳配置。

Description

掺烧吹风气的循环流化床锅炉

技术领域

本发明涉及一种循环流化床锅炉，特别是一种掺烧吹风气的循环流化床锅炉。

背景技术

目前，我国很多利用造气炉生产化肥、甲醇的企业，在造气过程中往往要产生大量的吹风气、造气炉渣和大量的粉尘。这些物质热值很低，利用价值不高，而一旦着火又很危险，因此如何处理、利用好这些物质一直困绕着生产企业。

现有的造气炉余热回收需要配置一台吹风气燃烧炉，并配套一台余热锅炉回收造气炉吹风气的潜热、显热副产蒸汽返回造气***使用，还需要配置一台流化床锅炉掺烧造气过程中产生的固体废弃物，固体废弃物包括造气炉渣、除尘器细灰和煤场的煤矸石等。由于吹风气燃烧炉容易***，运行不安全，还需要配烧大量的合成点火气，因此降低合成氨、甲醇的产量。

由于造气炉吹风气压力很不稳定，传统意义上的循环流化床锅炉如果掺烧吹风气，循环流化床锅炉的燃烧和循环都将受到很大影响，使锅炉不能正常运行。另外，现有***中的设备彼此独立，投资大，管理也不方便。

发明内容

本发明的目的是提供一种掺烧吹风气的循环流化床锅炉，有效解决现有锅炉需要配烧大量的合成点火气和燃烧和循环不稳定等技术缺陷。

为实现该目的，本发明提供了一种掺烧吹风气的循环流化床锅炉，包括：

炉膛，为立式设置；

给煤装置，与炉膛连接，用于向所述炉膛输送混合破碎后的固体废弃物；

流化床燃烧设备，设置在炉膛的下部，用于沸腾燃烧所述固体废弃物；

吹风气预混器，连接在所述炉膛的中上部，用于沸腾燃烧稳定后向所述炉膛内喷入吹风气；

旋风分离器，与所述炉膛的出口连接，用于分离烟气中的颗粒；

烟道竖井，与所述炉膛呈“Π”型布置，与所述旋风分离器连接，用于回收烟气中的热量；

所述炉膛下部的烟气流速为0.4米/秒～0.9米/秒，所述炉膛中上部的烟气流速为1.3米/秒～1.9米/秒。

所述烟道竖井中依次设置有：

空气预热器，用于加热冷空气，并为燃烧提供氧气；

省煤器，用于加热锅炉给水；

对流管束，与锅筒和水冷调温装置构成自然循环，用于使所述锅炉给水产生饱和蒸汽；

过热器，用于对所述饱和蒸汽多级加热生成合格蒸汽。

所述流化床燃烧设备与提供氧气的空气预热器连接。所述吹风气预混器与提供氧气的空气预热器连接。所述水冷调温装置设置在所述炉膛内。

所述旋风分离器的排灰端通过管道与炉膛的下部连接。

本发明掺烧吹风气的循环流化床锅炉是利用流化床的燃烧特点，采用以往的吹风气余热锅炉余热回收模式，对造气过程中产生的吹风气、造气炉渣等废弃物进行集中混燃，产生高温烟气，经高温旋风分离器除尘后，进入烟道竖井，在其中回收余热，生产高品质蒸汽供发电或生产使用。与现有技术相比，本发明降低了炉膛内的烟气流速，采用吹风气预混器使吹风气沸腾燃烧稳定后再喷入炉膛，减小了吹风气对锅炉正常燃烧、分离器的分离和返料影响。本发明可以广泛配套于甲醇、合成氨(尿素)生产，与现有技术吹风气余热锅炉相比，本发明掺烧吹风气的循环流化床锅炉的优势体现在：

(1)安全，本发明掺烧吹风气的循环流化床锅炉是以煤和造气炉渣为点火源，炉内始终有明火，完全排除了***因素，彻底改变了现有技术造气吹风气回收运行的不安全状态；

(2)增产，本发明掺烧吹风气的循环流化床锅炉运行过程中，可少用或不用合成点火气，合成氨产量可增加3％～5％，合成点火气不足的企业可增产5％～8％；生产甲醇的企业，甲醇产量可提高17％～20％；

(3)节能，对于中型尿素厂和综合煤化工企业，使用一台本发明掺烧吹风气的循环流化床锅炉就能达到全厂蒸汽自给，可以不使用能耗高的锅炉，节约燃料，同时减少部分操作人员；

(4)环保，解决了造气生产过程中废气、废渣、废灰综合治理的难题，保护了环境，治理了现场；

(5)造气炉渣、煤矸石等在混燃炉内流化燃烧后排出的炉渣属低温烧透，活性好，可以用于生产水泥、空心砖等建材，易于综合利用；

(6)少用或不用合成气，避免了因合成气紧张，造成吹风气余热锅炉运行不稳定的状况，减轻了合成氨、甲醇生产管理的难度；

(7)本发明掺烧吹风气的循环流化床锅炉可以将造气生产过程中产生的废气、废渣、废灰、煤矸石等全部处理利用，同时还可将合成氨、尿素、甲醇、制氢等生产过程中其它工段的低热值废气一起处理掉，如湿法脱碳的闪蒸汽、铜洗再生气、变压吸附的逆放气等，而高热值的合成气可少用或不用；产出的中温中压蒸汽经背压发电后，其低压蒸汽供造气、甲醇、尿素等工段使用，实现循环经济和环保效益的最佳配置。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明掺烧吹风气的循环流化床锅炉的结构示意图。

附图标记说明：

1—给煤装置；      2—流化床燃烧设备；       3—吹风气预混器；

4—炉膛；          5—旋风分离器；           6—过热器；

7—锅筒；          8—对流管束；             9—省煤器；

10—空气预热器；   11—烟道竖井；            12—水冷调温装置。

具体实施方式

图1为本发明掺烧吹风气的循环流化床锅炉的结构示意图。如图1所示，掺烧吹风气的循环流化床锅炉的主体结构包括呈“Π”型布置的炉膛4和烟道竖井11，前部为锅炉炉膛，后部为烟道竖井，旋风分离器5设置在炉膛4和烟道竖井11之间，炉膛4分别与给煤装置1、吹风气预混器3和旋风分离器5连接，烟道竖井11与旋风分离器5和锅筒7连接，炉膛4内还设置有流化床燃烧设备2。具体地，炉膛4为立式设置；给煤装置1连接在炉膛4的下部，用于向炉膛4内输送混合破碎后的固体废弃物，固体废弃物包括造气炉渣、除尘器细灰和煤场的煤矸石等；流化床燃烧设备2设置在炉膛4的下部，用于沸腾燃烧上述固体废弃物，流化床燃烧设备2包括布风板、风帽等部件；吹风气预混器3连接在炉膛4的中上部，用于沸腾燃烧稳定后向炉膛4内喷入吹风气；旋风分离器5与炉膛4的上部出口连接，用于将炉膛排除高温烟气中的颗粒分离；烟道竖井11设置在炉膛4一侧，与旋风分离器5连接，用于回收烟气中的热量。

本发明掺烧吹风气的循环流化床锅炉是利用流化床的燃烧特点，采用以往的吹风气余热锅炉余热回收模式，对造气过程中产生的吹风气、造气炉渣等废弃物进行集中混燃，产生高温烟气，经高温旋风分离器除尘后，进入烟道竖井，在其中回收余热，生产高品质蒸汽供发电或生产使用。由于本发明下部采用流化床燃烧设备燃烧固体废弃物，炉内始终有明火，完全排除了***因素，彻底改变了现有技术造气吹风气回收运行的不安全状态，克服了现有技术造气吹风气回收装置存在的***问题，因此可少用或不用合成点火气，避免了因合成气紧张，造成吹风气余热锅炉运行不稳定的状况，减轻了合成氨、甲醇生产管理的难度，合成氨产量可增加3％～5％，合成点火气不足的企业可增产5％～8％；生产甲醇的企业，甲醇产量可提高17％～20％。烟道竖井回收了热量，可以不使用能耗高的锅炉就能实现蒸汽自给，既解决了造气生产过程中废气、废渣、废灰综合治理的难题，又最大限度地节约了能源。

通过对现有技术的分析表明，传统循环流化床锅炉是按燃煤锅炉设计的，炉膛瘦高，炉膛内烟气流动速度高(烟气流速5米/秒左右)，烟气携带了大量的燃煤颗粒在炉膛内边流动边燃烧边放热。而吹风气特点是量大，热值低，(只有燃煤热值的1/15)，压力很不稳定(压力范围0～0.05MPa)，因此吹风气通入传统循环流化床锅炉炉膛后，由于压力变化剧烈，不但影响锅炉正常燃烧，还影响分离器的分离效果和返料，使锅炉不能正常运行。另外吹风气(温度约300℃左右)进入炉膛后需要先吸热，达到着火温度后燃烧，而放热量很小，因此吹风气进入炉膛后总体上是吸热的，导致锅炉炉膛上部温度偏低，影响吹风气的燃烧。

本发明针对现有技术的上述缺陷，首先通过扩大炉膛横截面面积，使炉膛内的烟气流速降低，炉膛下部(燃煤部分)烟气流速约在0.4米/秒～0.9米范围，优选为0.5米/秒左右，可防止大量的燃煤颗粒被烟气带出，减轻锅炉中部旋风分离器的工作压力，同时采用吹风气预混器使吹风气沸腾燃烧稳定后再喷入炉膛，炉膛中上部(喷入吹风气以后)烟气流速约在1.3米/秒～1.9米/秒范围，优选为1.5米/秒左右，使压力波动很大的吹风气进入容积很大的炉膛后变得平稳了，减小了吹风气对锅炉正常燃烧、分离器的分离和返料影响。

烟道竖井11为立式设置，从下向上依次设置有空气预热器10、省煤器9、对流管束8和过热器6，空气预热器10用于加热冷空气，并为流化床燃烧设备2和吹风气预混器3提供氧气；省煤器9用于加热锅炉给水；对流管束8与锅筒7和水冷调温装置12构成自然循环，用于使锅炉给水加热并产生饱和蒸汽；过热器6用于对饱和蒸汽多级加热，产生合格蒸汽离开锅炉。其中，水冷调温装置12设置在炉膛4的下部，用于吸收燃煤等部分放热，而炉膛中上部不布置受热面，因此有利于吹风气的燃烧。本发明将对流管束设置在烟道竖井中，以补偿因炉膛中上部不布置受热面产生的蒸发受热面不足。

下面通过本发明工作过程进一步说明上述技术方案。

本发明可以采用床上或床下点火方式点火启动，燃煤和造气过程中产生的固体废弃物(造气炉渣、除尘器细灰和煤场的煤矸石等)混合破碎后通过给煤装置1送入炉膛4，在流化床燃烧设备2上沸腾燃烧，燃烧稳定后吹风气通过吹风气预混器3从炉膛4中上部喷入，经燃煤火焰点燃后燃烧。燃料燃烧后产生的高温烟气通过炉膛4上部出口切向进入位于锅炉中部的高温旋风分离器5，烟气中未燃烬的可燃物颗粒分离下来后返回炉膛4继续燃烧，烟气从高温旋风分离器5顶部出去后转180°弯进入烟道竖井11，依次冲刷过热器6、对流管束8、省煤器9和空气预热器10，放热降温后由锅炉出烟口排出锅炉。

锅炉给水从省煤器9进口进入锅炉，加热到一定温度后进入锅筒7，然后锅炉给水通过导汽管、下降管在锅筒7和对流管束8、炉膛内水冷调温装置12之间自然循环，受热蒸发，产生饱和蒸汽。饱和蒸汽从锅筒7导出进入过热器6，经多级加热后产生合格蒸汽离开锅炉，满足生产或生活需要。

冷空气从空气预热器10进口进入锅炉，经空气预热器10加热到一定温度后，一部分经由流化床燃烧设备2下部风箱进入炉膛4为造气炉渣、煤等燃烧提供氧气，另一部分在吹风气预混器3中和吹风气混合后进入炉膛4，为吹风气的燃烧提供氧气。

燃烧后产生的炉渣通过流化床燃烧设备2下部的落渣管排出，烟气中未燃烬的可燃物颗粒通过高温旋风分离器5分离下来后经过其下部的返料器返回炉膛继续燃烧，烟道竖井11下部也可以排出部分细灰。

本发明掺烧吹风气的循环流化床锅炉可以将造气生产过程中产生的废气、废渣、废灰、煤矸石等全部处理利用，同时还可将合成氨、尿素、甲醇、制氢等生产过程中其它工段的低热值废气一起处理掉，如湿法脱碳的闪蒸汽、铜洗再生气、变压吸附的逆放气等，而高热值的合成气可少用或不用；产出的中温中压蒸汽经背压发电后，其低压蒸汽供造气、甲醇、尿素等工段使用，实现循环经济和环保效益的最佳配置。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种掺烧吹风气的循环流化床锅炉，其特征在于，包括：

炉膛，为立式设置；

给煤装置，与炉膛连接，用于向所述炉膛输送混合破碎后的固体废弃物；

流化床燃烧设备，设置在炉膛的下部，用于沸腾燃烧所述固体废弃物；

吹风气预混器，连接在所述炉膛的中上部，用于沸腾燃烧稳定后向所述炉膛内喷入吹风气；

旋风分离器，与所述炉膛的出口连接，用于分离烟气中的颗粒；

烟道竖井，与所述炉膛呈“∏”型布置，与所述旋风分离器连接，用于回收烟气中的热量；

所述炉膛下部的烟气流速为0.4米/秒～0.9米/秒，所述炉膛中上部的烟气流速为1.3米/秒～1.9米/秒。

2.根据权利要求1所述的掺烧吹风气的循环流化床锅炉，其特征在于，所述烟道竖井中依次设置有：

空气预热器，用于加热冷空气，并为燃烧提供氧气；

省煤器，用于加热锅炉给水；

对流管束，与锅筒和水冷调温装置构成自然循环，用于使所述锅炉给水产生饱和蒸汽；

过热器，用于对所述饱和蒸汽多级加热生成合格蒸汽。

3.根据权利要求2所述的掺烧吹风气的循环流化床锅炉，其特征在于，所述流化床燃烧设备与提供氧气的空气预热器连接。

4.根据权利要求2所述的掺烧吹风气的循环流化床锅炉，其特征在于，所述吹风气预混器与提供氧气的空气预热器连接。

5.根据权利要求2所述的掺烧吹风气的循环流化床锅炉，其特征在于，所述水冷调温装置设置在所述炉膛内。

6.根据权利要求1所述的掺烧吹风气的循环流化床锅炉，其特征在于，所述旋风分离器的排灰端通过管道与炉膛的下部连接。

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