CN109737391A - 一种循环流化床锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锅炉技术领域，具体公开了一种循环流化床锅炉。该循环流化床锅炉包括废气燃烧***，其包括若干废气燃烧器，废气燃烧***位于水冷壁拐点标高下方与上方之间的预设区间内；一次风***，若干废气燃烧器分别与一次风***相连通；废气气源与废气燃烧***相连通，连通管路中设置有流量计算装置，流量计算装置被配置为控制入炉热量掺烧比。通过提高废气燃烧器的布置标高，其对应的炉膛内部物料浓度大幅度降低，低热值废气更容易穿透进入炉膛，利于废气与空气的充分扩散掺混，提高废气燃烧的均匀性，避免了废气局部集中高温燃烧。废气燃烧器上移后大幅减小炉膛下部密相区的燃烧强度，降低了循环流化床锅炉床温，减少了炉内NOx的生成量。
Description
技术领域
本发明涉及锅炉技术领域，尤其涉及一种循环流化床锅炉。
背景技术
循环流化床锅炉是一种高效低污染清洁燃烧装置，相比较于煤粉锅炉具有燃烧污染物生成量少、燃料适应性强等特点，尤其在煤泥、煤矸石等劣质煤燃料燃烧方面具有明显优势，因此广泛应用于电站锅炉、工业锅炉和废弃物处理利用等领域，尤其是作为煤化工企业自备的供热、供汽源使用。循环流化床锅炉具有优良的燃料适应性，使得低热值废气可以通过流化床锅炉进行掺烧，一方面能够将低热值废气的能量转换为有效的供热热量，经济性良好；另一方面可充分利用流化床锅炉低温燃烧时NOx、SO2生成量少的特点，且流化床锅炉优异的自脱硫作用能显著降低废气中H2S燃烧产生的SO2排放浓度，环保性能较为突出。
现有的循环流化床锅炉通常将低热值废气的燃烧器布置于锅炉燃烧强度最大的密相区下部，距离布风板标高不足1.7m，且燃烧器周界风取自锅炉二次风热风箱，炉膛下部正压高，可燃气体周界风为热二次风，废气穿透扩散燃烧特性差，燃烧集中，加之循环流化床炉膛下部四周设置有水冷壁，因此导致锅炉密相区燃烧温度高、强度大，废气燃尽度高。
目前，为了减少废气掺烧对循环流化床锅炉燃烧***及受热面热负荷分配的影响，一般控制废气掺烧入炉热量不超过锅炉设计入炉煤热量的30％，但是相比较于锅炉原设计的炉膛下部密相区燃烧强度已增加较多，直观表现为废气掺烧后床压降低、床温升高，因此，废气掺烧后锅炉燃料型NOx增加明显，且锅炉存在结焦风险。此外，二次风压头过低，而废气燃烧器布置标高太靠近布风板，炉膛正压更高，二次风携带的低热值废气根本无法穿透密相区热物料，也会导致局部燃烧强度过大，燃料型NOx生成量增加。循环流化床锅炉低氮燃烧改造大多通过加大空气分级程度，减少一次风风率，提高二次风风率，从而降低燃烧过程中NOx的生成量。早期锅炉设计的二次风风率偏低，相应的二次风机选型余量不高，空气分级低氮燃烧改造时二次风率提高受到限制，而现有废气掺烧***周界风取自热二次风，又进一步削弱了锅炉空气分级燃烧的程度，导致炉内NOx的生成无法得到有效抑制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种循环流化床锅炉，既能实现清洁燃烧降低NOx等污染物的排放，又能充分利用低品位能源，环保节能，经济效益显著。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种循环流化床锅炉，包括炉膛和尾部烟道，所述炉膛和所述尾部烟道之间由旋风分离器相连通，还包括：
废气燃烧***，包括若干废气燃烧器，设置于所述炉膛中，所述废气燃烧***位于水冷壁拐点标高下方与上方之间的预设区间内；
一次风***，若干所述废气燃烧器分别与所述一次风***相连通；
废气气源，其与所述废气燃烧***相连通，连通管路中设置有流量计算装置，所述流量计算装置被配置为控制入炉热量掺烧比。
作为优选技术方案，若干所述废气燃烧器布置于所述炉膛的前后炉墙和/或左右侧炉墙。
作为优选技术方案，若干所述废气燃烧器在单侧所述炉墙上位于同一水平面内。
作为优选技术方案，若干所述废气燃烧器在单侧所述炉墙上呈上下双层错列布置。
作为优选技术方案，位于所述炉膛对称中心平面左右的两个相邻所述废气燃烧器之间的距离不小于D，所述废气燃烧器所在的所述炉墙的宽度为W，D/W＝1/3。
作为优选技术方案，所述预设区间为所述水冷壁拐点标高下方1m与上方2m之间的区域。
作为优选技术方案，所述废气燃烧器周围设置有非金属的防磨层。
作为优选技术方案，所述防磨层由高温耐火耐磨浇注料制成。
作为优选技术方案，所述防磨层的厚度的取值范围为80mm-130mm。
作为优选技术方案，所述一次风***包括依次相连的一次风机、一次风空预器和一次风风箱，所述一次风风箱设置于所述炉膛中，若干所述废气燃烧器分别与所述一次风风箱相连通。
作为优选技术方案，所述旋风分离器入口处设置有脱硝***。
与现有技术相比，本发明的优点及有益效果在于：
本发明提供的循环流化床锅炉，相较于现有技术提高了废气燃烧器的布置标高，其对应的炉膛内部物料浓度大幅度降低，低热值废气更容易穿透进入炉膛，利于废气与空气的充分扩散掺混，提高废气燃烧的均匀性，避免了废气局部集中高温燃烧。此外，废气燃烧器上移后大幅减小炉膛下部密相区的燃烧强度，降低了循环流化床锅炉床温，减少了炉内NOx的生成量。
本发明的废气燃烧器周界风取自一次风，避免了从二次风箱取风时的二次风机出力不足的问题；而且废气燃烧器取用的一次风压头高于二次风的压头，有利于低热值废气在炉膛中的穿透扩散燃烧，二次风机的风量全部用于二次风喷口，二次风风率得以提高，增强了流化床锅炉空气分级燃烧强度，显著降低NOx的生成量。
本发明通过在废气气源与废气燃烧***之间设置流量计算装置，能够实现将废气流量折算成入炉热量，实时控制废气掺烧入炉热量掺烧比，避免大幅干扰循环流化床锅炉燃烧及安全特性。
附图说明
图1是本发明具体实施方式提供的循环流化床锅炉的结构示意图；
图2是本发明具体实施方式提供的废气燃烧器单层布置的结构示意图；
图3是本发明具体实施方式提供的废气燃烧器双层布置的一种结构示意图；
图4是本发明具体实施方式提供的废气燃烧器双层布置的另一种结构示意图；
图5是本发明具体实施方式提供的防磨层的第一种结构示意图；
图6是本发明具体实施方式提供的防磨层的第二种结构示意图；
图7是本发明具体实施方式提供的防磨层的第三种结构示意图；
图8是本发明具体实施方式提供的防磨层的第四种结构示意图。
图中：
1-废气燃烧器；11-防磨层；2-水冷壁拐点；3-废气气源；31-流量计算装置；4-一次风机；5-一次风空预器；6-一次风风箱；7-一次风道；8-燃烧器取风支管；9-风量调节装置；
100-炉膛；200-尾部烟道；300-旋风分离器；301-脱硝***。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“相连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明中限定了一些方位词，在未作出相反说明的情况下，所使用的方位词如“上”、“下”是指本发明提供的循环流化床锅炉在正常使用情况下定义的，并与附图所示的方位或位置关系一致，“内”、“外”是指相对于各个零件本身轮廓的内外。这些方位词仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不构成对本发明保护范围的限制。
本实施方式提供了一种循环流化床锅炉，既能实现清洁燃烧降低NOx等污染物的排放，又能充分利用低品位能源，环保节能，具有显著的社会效益和经济效益。
如图1所示，本实施方式提供的循环流化床锅炉包括炉膛100和尾部烟道200，炉膛100和尾部烟道200之间由旋风分离器300相连通。
循环流化床锅炉还包括废气燃烧***、一次风***和废气气源3。其中，废气燃烧***设置于炉膛100中，包括若干废气燃烧器1，根据实际需要若干废气燃烧器1布置于炉膛100的前后炉墙和/或左右侧炉墙。废气燃烧器1的标高相较于现有废气燃烧器1的标高上移，具体为废气燃烧器1布置于水冷壁拐点2标高下方与上方之间的预设区间内。若干废气燃烧器1分别与一次风***相连通进行取风。废气气源3与废气燃烧***相连通，连通管路中设置有流量计算装置31，流量计算装置31被配置为能将废气流量折算成入炉热量，以实时控制入炉热量掺烧比。
具体而言，上述预设区间为水冷壁拐点2标高下方1m与上方2m之间的区域。
本实施方式提供的循环流化床锅炉，相较于现有技术提高了废气燃烧器1布置标高，其对应的炉膛100内部物料浓度大幅度降低，低热值废气更容易穿透进入炉膛100，利于废气与空气的充分扩散掺混，提高废气燃烧的均匀性，避免了废气局部集中高温燃烧。此外，废气燃烧器1上移后大幅减小炉膛100下部密相区的燃烧强度，降低了循环流化床锅炉床温，减少了炉内NOx的生成量，达到NOx排放标准。
在本实施方式中，若干废气燃烧器1在单侧炉墙上的布置方式主要包括两种，如图2所示，一种是单层布置，即所有废气燃烧器1均位于同一水平面内；如图3和图4所示，另一种是双层布置，即若干废气燃烧器1在单侧炉墙上呈上下双层错列布置。可以理解的是，在其他实施方式中，可根据实际的废气燃烧需要对废气燃烧器1的布置进行调整，本实施方式不再一一列举。
在排布废气燃烧器1时应注意，由于流化床锅炉普遍存在炉膛100中心缺氧的状况，因此为了避免该状况的发生，需要避免在炉膛100对称中心平面左右之间的预设距离内布置废气燃烧器1。示例性地，假设炉膛100对称中心平面为O，左右分别偏移距离D/2，废气燃烧器1所在炉墙的宽度为W，D与W需满足D/W＝1/3，要求位于炉膛100对称中心平面左右的两个相邻废气燃烧器1之间的距离不小于D。
如图5-图8所示，当废气燃烧器1布置的水冷壁向火侧无耐火浇注料时，可在废气燃烧器1周围设置由高温耐火耐磨浇注料制成的非金属防磨层11。防磨层11截面可以为正方形、长方形、多边形、圆形等形状。防磨层11的厚度根据需要设定为80mm-130mm，以避免废气燃烧器1对水冷壁造成磨损。
在本实施方式中，一次风***包括依次相连的一次风机4、一次风空预器5和一次风风箱6，一次风风箱6设置于炉膛100中，若干废气燃烧器1分别与一次风风箱6相连通。
具体而言，从一次风空预器5出口引出一次风道7至一次风风箱6中，一次风风箱6根据废气燃烧器1布置的需要设置于锅炉的前后炉墙或左右侧炉墙上，一次风风箱6为方形或圆形风箱。每台废气燃烧器1的周界风通过独立的燃烧器取风支管8与一次风风箱6连通，实现分别从一次风风箱6中取风的目的。更进一步地，燃烧器取风支管8上设置有风量调节装置9，以调控各废气燃烧器1的取风量。
本实施方式中的废气燃烧器1周界风取自一次风，一般循环流化床锅炉低氮燃烧改造后一次风率降低，一次风机4余量很大，具备取风条件，避免了进行炉内空气分级燃烧设计时从二次风风箱取风导致的二次风机出力不足的问题。而且废气燃烧器1取用的一次风压头相较于二次风压头高5kpa-10kpa，有利于低热值废气在炉膛100中的穿透扩散燃烧。如此一来，二次风机的风量全部用于二次风喷口，二次风风率可至少提高5％，增强了流化床锅炉空气分级燃烧强度，显著降低NOx的生成量。
为了避免大幅干扰循环流化床锅炉燃烧及安全特性，废气入炉热量掺烧比需控制不高于30％。通过在废气气源3与废气燃烧***之间设置流量计算装置31，能够实现将废气流量折算成入炉热量，实现实时控制废气掺烧入炉热量占比不超过30％。
在本实施方式中，旋风分离器300入口处设置有脱硝***301，以实现低负荷协同脱硝。尤其是锅炉在50％以下低负荷运行时，低热值废气掺烧量入炉热量占比控制在10％-30％以下时，由于废气燃烧***的上移布置，炉膛100出口温度相比改造前提高10℃-30℃，使得锅炉低负荷运行时炉膛100出口烟气温度仍然处于脱硝剂(氨水、尿素溶液、高分子脱硝剂等)反应温度窗口内，能够实现锅炉低负荷时NOx低于50mg/Nm3的超低排放指标。
显然，本发明的上述实施方式仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种循环流化床锅炉，包括炉膛(100)和尾部烟道(200)，所述炉膛(100)和所述尾部烟道(200)之间由旋风分离器(300)相连通，其特征在于，还包括：
废气燃烧***，包括若干废气燃烧器(1)，设置于所述炉膛(100)中，所述废气燃烧器(1)位于水冷壁拐点(2)标高下方与上方之间的预设区间内；
一次风***，若干所述废气燃烧器(1)分别与所述一次风***相连通；
废气气源(3)，其与所述废气燃烧***相连通，连通管路中设置有流量计算装置(31)，所述流量计算装置(31)被配置为控制入炉热量掺烧比。
2.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉，其特征在于，若干所述废气燃烧器(1)布置于所述炉膛(100)的前后炉墙和/或左右侧炉墙。
3.根据权利要求2所述的循环流化床锅炉，其特征在于，若干所述废气燃烧器(1)在单侧所述炉墙上位于同一水平面内。
4.根据权利要求2所述的循环流化床锅炉，其特征在于，若干所述废气燃烧器(1)在单侧所述炉墙上呈上下双层错列布置。
5.根据权利要求2所述的循环流化床锅炉，其特征在于，位于所述炉膛(100)对称中心平面左右的两个相邻所述废气燃烧器(1)之间的距离不小于D，所述废气燃烧器(1)所在的所述炉墙的宽度为W，D/W＝1/3。
6.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉，其特征在于，所述预设区间为所述水冷壁拐点(2)标高下方1m与上方2m之间的区域。
7.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉，其特征在于，所述废气燃烧器(1)周围设置有非金属的防磨层(11)。
8.根据权利要求7所述的循环流化床锅炉，其特征在于，所述防磨层(11)由高温耐火耐磨浇注料制成。
9.根据权利要求7所述的循环流化床锅炉，其特征在于，所述防磨层(11)的厚度的取值范围为80mm-130mm。
10.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉，其特征在于，所述一次风***包括依次相连的一次风机(4)、一次风空预器(5)和一次风风箱(6)，所述一次风风箱(6)设置于所述炉膛(100)中，若干所述废气燃烧器(1)分别与所述一次风风箱(6)相连通。
11.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉，其特征在于，所述旋风分离器(300)入口处设置有脱硝***(301)。
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