CN111664445A - 一种基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉 - Google Patents

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CN111664445A CN202010661433.7A CN202010661433A CN111664445A CN 111664445 A CN111664445 A CN 111664445A CN 202010661433 A CN202010661433 A CN 202010661433A CN 111664445 A CN111664445 A CN 111664445A
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李瑞波
聂志钢
刘化才
王如超
于长深
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赵凤涛
黄秀平
李海泉
王金霞
蔡田田
孙云国
闫蕾
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Abstract

本发明公开了一种基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉，包括锅炉本体和尾部烟道，锅炉本体与尾部烟道通过旋风分离器相连，锅炉本体的底部设置有提供一次风的流化布风床，锅炉本体的侧壁上设置有用于提供二次风的二次配风装置，旋风分离器的分离效率不小于99.8％，二次配风装置具有上层二次风口和下层二次风口，锅炉本体的炉膛分为第一区段、第二区段、第三区段以及第四区段。本发明可以在提溜低氮排放的前提下实现纯兰炭末的稳定高效燃烧。

Description

一种基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉
技术领域
本发明涉及洁净煤燃烧领域，特别涉及一种基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉。
背景技术
兰炭是烟煤经过干馏制备而成的低挥发分、低硫低氮、固定碳含量高、发热量高的洁净煤燃料，兰炭末是指粒径在0～6mm范围内的兰炭颗粒。
与兰炭一样，兰炭末也存在着挥发分低，着火困难且燃烬率低，燃烧后飞灰含碳量高的问题，容易导致锅炉热效率偏低，因而制约了兰炭末在燃烧领域中的应用和推广。
当前国家推行环保减排的政策，多数热力热电燃煤用户普遍面临节能减排的压力，兰炭实际上在清洁排放上的优势非常明显，因此很多燃煤锅炉用户普遍存在着对大比例掺烧兰炭末甚至全燃兰炭末的刚性需求。
然而，在现有的循环流化床锅炉的应用实践中，兰炭末只能掺烧，掺烧兰炭末的比例一般不超过20％，同时灰渣中的含碳量也比较高，兰炭末的燃尽率较低，因此，兰炭末目前并不能实现大比例掺烧，更不能全燃兰炭末。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉，以便能够实现纯兰炭的稳定燃烧，并能够有效提高兰炭末的燃尽率。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉，包括锅炉本体和尾部烟道，所述锅炉本体与所述尾部烟道通过旋风分离器相连，所述锅炉本体的底部设置有提供一次风的流化布风床，所述锅炉本体的侧壁上设置有用于提供二次风的二次配风装置，所述旋风分离器的分离效率不小于99.8％，所述二次配风装置具有上层二次风口和下层二次风口，所述锅炉本体的炉膛分为第一区段、第二区段、第三区段以及第四区段，其中，
由所述流化布风床至所述下层二次风口之间的区段构成所述第一区段，其高度为3.8m～4.3m，所述第一区段内的锅炉内壁覆盖有耐火层，且所述低于区段内的平均流化速度为4.0m/s～4.5m/s；
由所述下层二次风口向上3.5m～4.0m之间的区段构成所述第二区段，所述第二区段内的锅炉内壁覆盖有耐火层；
由所述第二区段的顶部向上延伸3.0m～3.5m构成所述第三区段，所述第三区段的平均流化速度为4.0m/s～4.5m/s，且所述第三区段内的锅炉内壁覆盖有耐火层；
由所述第三区段的顶部至所述锅炉本体的烟气出口之间的区段构成所述第四区段，所述第四区段的平均流化速度为4.5m/s～5.0m/s，所述第四区段内的膜式壁全部裸露设置。
优选地，所述锅炉本体的底部为小端朝下的漏斗区，所述漏斗区的大端连接有一段用于扩大炉膛截面的扩展节，所述扩展节的上方连接有炉膛上部节段，其中，所述漏斗区的中下部构成所述第一区段，所述漏斗区的中上部构成所述第二区段，所述扩展节构成所述第三区段，所述炉膛上部节段构成所述第四节段，所述扩展节的横截面面积不小于所述漏斗区大端的横截面面积，且所述扩展节的横截面面积为所述炉膛上部节段横截面面积的1.05～1.15倍。
优选地，所述上层二次风口与所述下层二次风口之间的距离为0.7m～1.0m，所述一次风占炉膛总送风量的32％～40％，所述二次风占炉膛总送风量的60％～68％。
优选地，所述流化布风床的面积为所述炉膛上部节段横截面积的35％～38％，兰炭末的床面燃烧份额占比30％～35％，所述流化布风床的布风阻力为2000Pa-2800Pa，所述上层风口和所述下层风口均为小端朝向炉膛的喇叭口，且所述喇叭口与水平面之间的夹角为10°～15°，所述二次风的入炉风速大于临界入炉风速，其中，所述临界入炉风速为70m/s～75m/s。
优选地，还包括用于开启和关闭所述上层二次风口的第一开闭机构，以及用于开启和关闭所述下层二次风口的第二开闭机构，在锅炉负荷高于临界负荷时，所述第二开闭机构关闭所述下层二次风口，所述第一开闭机构开启所述上层二次风口；在锅炉负荷低于所述临界负荷时，所述第二开闭机构开启所述下层二次风口，所述第一开闭机构关闭所述上层二次风口，其中，所述临界负荷为锅炉额定负荷的55％-60％。
优选地，所述旋风分离器的返料口通过自平衡式返料器与所述炉膛的第一区段连通，所述自平衡式返料器包括返料床，所述返料床设置有与所述旋风分离器的返料口连通的润滑区，以及与所述第一区段连通的返料区，所述润滑区内通入润滑风，所述返料区内通入返料风，且所述润滑风与所述返料风的比例为1:3。
优选的，所述旋风分离器包括：
筒体，所述筒体的侧面设置有与所述炉膛上部连通的进烟口，所述进烟口的宽度为0.7m～1.0m，且所述进烟口处的烟气流速为30m/s～38m/s，所述筒体的顶部设置有与所述尾部烟道连通的排烟口，所述筒体内的烟气流速为4.0m/s～5.0m/s，所述筒体的高度与所述筒体直径的比值为1.3～1.5；
设置在所述筒体下端的锥体，所述锥体的大端与所述筒体相连，且所述锥体的高度与所述筒体的直径比值为1.6～1.9；
穿设于所述排烟口内的中心筒，所述中心筒内的烟气流速为40m/s，所述中心筒的下端嵌入所述筒体内的距离与所述进烟口的高度的比值为0.4～0.5；
连接于所述锥体小端的立管，所述立管的直径为0.6m～0.7m。
优选的，所述流化布风床由后墙膜式壁朝前水平延伸形成，所述膜式壁相邻两根管子之间的连接板上设置有流化风帽。
优选地，所述流化布风床上设置有多根放渣管，所述放渣管穿过一次风室并通过金属膨胀节实现穿墙的密封和自由膨胀。
优选的，所述锅炉的炉膛的燃烧温度为850℃～880℃。
优选的，所述尾部烟道内由上至下依次布置有过热器、省煤器以及空气预热器。
优选的，所述一次风室由后墙膜式壁水平延伸并与两侧膜式壁围合形成。
优选的，燃料供给装置设置在炉膛的前壁，所述燃料供给装置与多个落料管相连，燃料由所述落料管均匀送入所述炉膛的第一区段内。
优选的，所述空气预热器由内螺纹管制成，且所述空气预热器卧式布置于所述尾部烟道的下部。
优选的，所述炉膛的上部节段处的灰浓度不小于3kg/Nm3。
优选的，所述炉膛内的平均灰浓度不小于10kg/Nm3。
本发明中所公开的基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉，采用了“料热平衡措施”，由下至上炉膛被分为第一区段、第二区段、第三区段以及第四区段，在第一区段内，兰炭与一次风进行还原性氛围的燃烧，不仅可以抑制炉内温度过高，而且还可有效降低炉内氮氧化物的生成；在第二区段内，二次风与兰炭末进行氧化性气氛的燃烧；第三区段属于强化稳定燃烧阶段；第四区段属于热量释放区，烟气携带的细物料通过辐射或者接触将热量传递给裸露的膜式壁；各区段的高度的合理设计再配合一次风和二次风的适时配送可以实现兰炭末燃烧热量合理均匀的逐级释放，从而避免炉膛内局部温度过高和不足，炉内不结焦且热量被水冷壁高效利用，达到热量平衡；
同时各区段的高度的合理设计还能够有效延长兰炭末的炉内燃烧时间，配合分离效率99.8％以上的高效旋风分离器，将几乎全部的未燃尽的碳颗粒重新送入炉膛进行再次燃烧，这一方面可以建立炉内大流量的物料循环，提高物料循环倍率，另一方面还可以使炉内达到高浓度灰量水平，最终实现炉内物料与热量的平衡，不仅实现了兰炭末的低氮燃烧，而且还在有效降低兰炭末飞灰含量的前提下使得兰炭末具有可观的燃尽率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中所公开的兰炭末循环流化床锅炉的整体结构示意图。
附图中标记如下：
1为点火燃烧器，2为一次风室，3为流化布风床，4为燃料供给装置，5为二次配风装置，6为旋风分离器，7为锅炉本体，8为尾部烟道，9为放渣管，10为返料管，11为自平衡式返料器，6-1进烟口，6-2为中心筒，6-3为筒体，6-4为锥体，6-5为立管，7-1为第一区段，7-2为第二区段，7-3为第三区段，7-4为第四区段，8-1为过热器，8-2为省煤器，8-3为空气预热器。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉，以便能够实现纯兰炭的稳定燃烧，并能够有效提高兰炭末的燃尽率。
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明中所公开的基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉，包括锅炉本体7和尾部烟道8，锅炉本体7和尾部烟道8通过旋风分离器6相连，如图1中所示，锅炉本体7的炉膛底部位置设置有用于提供一次风的流化布风床3，流化布风床3与一次风室2相连，锅炉本体7的侧壁上还设置有用于提供二次风的二次配风装置5，尾部烟道8内由上至下依次布置有过热器8-1、省煤器8-2以及空气预热器8-3，本实施例中的兰炭末循环流化床锅炉中，旋风分离器6的分离效率不小于99.8％，其捕获的颗粒物将送回炉膛进行重新燃烧，二次配风装置5具有上层二次风口和下层二次风口，锅炉本体7的炉膛分为第一区段7-1、第二区段7-2、第三区段7-3以及第四区段7-4，请参考图1：
炉膛内由流化布风床3至下层二次风口之间的区段构成第一区段7-1，第一区段7-1的高度在3.8m～4.3m的范围(包括两个端点值)，第一区段7-1内的平均流化速度为4.0m/s～4.5m/s(包含两个端点值)，第一区段7-1为一次风与兰炭末燃料进行还原性燃烧氛围的区段，该区段也可称为还原区，还原性燃烧氛围可以有效抑制燃料型氮氧化物的生成；
由下层二次风口向上3.5m～4.0m(包括两个端点值)之间的区域构成第二区段7-2，第二区段7-2为氧化区，第二区段7-2内的平均流化速度为4.5m/s～5.2m/s(包括两个端点值)，二次风从第二区段进入到炉膛内并使第二区段7-2范围内达到氧化性燃烧氛围；
由第二区段7-2的顶部向上延伸3.0m～3.5m(包括两个端点值)构成所述第三区段7-3，第三区段7-3为稳定燃烧区，第三区段7-3内的表观流化速度为4.0m/s～4.5m/s；
由第三区段7-3的顶部至锅炉本体7的烟气出口之间的区段构成第四区段7-4，第四区段7-4的表观流化速度为4.5m/s～5.0m/s，第四区段7-4为主要的传热区。
上述实施例中所公开的兰炭末循环流化床锅炉中，第一区段7-1、第二区段7-2以及第三区段7-3内的锅炉内壁均覆盖有耐火层，第四区段7-4为主要的传热区，因此第四区段7-4内的膜式壁为没有覆盖耐火层的全裸膜式壁，烟气携带高浓度细颗粒物料通过辐射或者接触进行传热。
实际上，上述实施例中所公开的基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉，采用了“料热平衡措施”，由下至上炉膛被分为第一区段7-1、第二区段7-2、第三区段7-3以及第四区段7-4，在第一区段7-1内，兰炭与一次风进行还原性氛围的燃烧，不仅可以抑制炉内温度过高，而且还可有效降低炉内氮氧化物的生成；在第二区段7-2内，二次风与兰炭末进行氧化性气氛的燃烧；第三区段7-3属于强化稳定燃烧阶段；第四区段7-4属于热量释放区，烟气携带的细物料通过辐射或者接触将热量传递给裸露的膜式壁；各区段的高度的合理设计再配合一次风和二次风的适时配送可以实现兰炭末燃烧热量合理均匀的逐级释放，实现了理想的分级燃烧，这就有效避免了炉膛内局部温度过高或过低，防止炉内结焦，且热量被水冷壁高效利用，达到了热量平衡；
同时各区段的高度的合理设计还能够有效延长兰炭末的炉内燃烧时间，配合分离效率99.8％以上的高效旋风分离器，将几乎全部的未燃尽的碳颗粒重新送入炉膛进行再次燃烧，这一方面可以建立炉内大流量的物料循环，提高物料循环倍率，另一方面还可以使炉内达到高浓度灰量水平，最终实现炉内物料与热量的平衡，不仅实现了兰炭末的低氮全然，而且还在有效降低兰炭末飞灰含量的前提下使得兰炭末具有可观的燃尽率。
请参考图1，本实施例中所公开的基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉中，锅炉本体7的底部为漏斗区，漏斗区的小端朝下，漏斗区的大端连接有一端用于扩大炉膛横截面面积的扩展节，扩展节上方连接有炉膛上部节段，扩展节的横截面面积不小于漏斗区大端的横截面面积，并且扩展节的横截面面积为炉膛上部节段横截面面积的1.05倍～1.15倍，漏斗区的中下部构成第一区段7-1，漏斗区的中上部构成所述第二区段7-2，所述扩展节构成所述第三区段7-3，炉膛上部节段构成所述第四节段7-4，通过该种结构设计，使得第三区段7-3形成了一段扩展区域，扩展区域使得由第二区段7-2流出的烟气流速趋于稳定，因而在第三区段7-3形成了稳定燃烧区，稳定燃烧区有利于延长燃料在炉膛内的燃烧时间，在燃料分级燃烧，热量分级合理释放的前提下提高兰炭末的燃尽率。
需要进行说明的是，根据第一区段7-1和第二区段7-2的尺寸，本领域技术人员可以得知第一区段7-1和第二区段7-2的高度大致相等，所谓漏斗区的中上部就是指漏斗区高度方向上的中点以上的位置，或者高度方向上的大致中点以上的位置；漏斗区的中下部是指漏斗区高度方向上的中点以下的位置，或者高度方向上的大致中点以下的位置。
优选的，上层二次风口与下层二次风口之间的距离为0.7m～1.0m，一次风占炉膛总送风量的32％～40％(包括两个端点值)，二次风占炉膛总送风量的60％～68％(包括两个端点值)，流化布风床3为低风阻、小风量结构，流化布风床3的面积为炉膛上部节段横截面面积的35％～38％，兰炭末的床面燃烧份额占比30％～35％，流化布风床3的布风阻力为2000Pa-2800Pa，二次配风装置5设置在锅炉本体7的前墙和后墙上，一次风和二次风在适当位置适量的供应使得兰炭末达到完全分级燃烧，上层二次风口和下层二次风口为均为小端朝向炉膛的喇叭口，喇叭口与水平面之间的夹角为10°～15°，二次风的入炉风速大于临界入炉风速，临界入炉风速为70m/s～75m/s。
本领域技术人员熟知，锅炉在高负荷和低负荷时其炉膛内的烟气流速具有较大变化，因此需要根据锅炉的负荷情况适当改变二次风的入炉位置才能使燃料在合适位置进行富氧燃烧，本发明实施例中所公开的基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉中，还设置有用于开启和关闭上层二次风口的第一开闭机构以及用于开启和关闭下层二次风口的第二开闭机构，在锅炉负荷高于临界负荷时，第二开闭机构关闭下层二次风口，同时第一开闭机构开启上层二次风口，意即高负荷时仅上层二次风口供应二次风；在锅炉负荷低于临界负荷时，第二开闭机构开启下层二次风口，第一开闭机构关闭上层二次风口，意即低负荷时仅下层二次风口供应二次风，其中，临界负荷为锅炉额定负荷的55％-60％。
通过对二次风的入炉位置进行调整，不仅可以使燃料通过分级燃烧逐级释放热量，同时还能够有效抑制氮氧化物和硫化物的生成，提高烟气排放的洁净度。
请参考图1，旋风分离器6的返料口通过返料器以及返料管10与炉膛的第一区段7-1连通，其中，返料器为高风压(20kPa～30kPa)、小流率(10m3/min-18m3/min)的自平衡式返料器11，自平衡式返料器11包括返料床，返料床设置有与旋风分离器6的返料口连通的润滑区以及与第一区段7-1连通的返料区，润滑区内设置有润滑风帽，返料区内设置有返料风帽，润滑区内通入的润滑风与返料区内通入的返料风按照1:3进行配比，以保证润滑风能够为循环物料提供滑移动能，通过返料风流畅推送物料进入炉膛的第一区段7-1中。
进一步的，旋风分离器6具体包括筒体6-3、锥体6-4、中心筒6-2以及立管6-5，筒体6-3的侧面设置有与炉膛上部连通的进烟口6-1，进烟口6-1通常呈矩形，进烟口6-1的宽度为0.7m～1.0m(即进烟口水平方向上的跨度尺寸)，通过进烟口6-1的高度(即进烟口竖直方向上的跨度尺寸)调整进烟口6-1处的烟气流速为30m/s～38m/s，筒体6-3的顶部设置有与尾部烟道8连通的排烟口，筒体6-3内的烟气流速为4.0m/s～5.0m/s，由该流速决定筒体6-3的直径，筒体6-3的高度取1.3～1.5倍的筒体直径；
锥体6-4设置在筒体6-3的下端，锥体6-4的大端与筒体6-3相连，并且锥体6-4的高度取1.6～1.9倍的筒体直径，优选的为1.85倍的筒体直径；中心筒6-2穿设在排烟口内，由中心筒6-2的烟气流速40m/s来决定中心筒6-2的直径，中心筒6-2的下端嵌入筒体6-3内的距离与进烟口6-1高度的比值为0.4～0.5，优选的为0.42；立管6-5连接于锥体的小端，如图1中所示，立管6-5的直径为0.6m～0.7m，如此设计的该旋风分离器6的分离效率不低于99.8％，炉膛上部(第四区段)的灰浓度不低于3kg/Nm3，几乎全部的颗粒物都能够被捕捉并重新送入炉膛进行燃烧，大大提高了物料的循环倍率，并有效延长了燃料在炉膛内的停留时间，提高了兰炭末的燃尽率。
请继续参考图1，流化布风床3由后墙膜式壁朝前水平延伸形成，膜式壁相邻两根管子之间的连接板上设置流化风帽，炉膛内设置水冷受热面或者根据需要增加附加受热面，点火燃烧器1布置在流化布风床3的后部，通过弹簧吊架挂于锅炉本体7上方的钢梁上并与炉膛一起向下自由膨胀，一次风室2由后墙膜式壁水平延伸并与两侧膜式壁围合形成，流化布风床3上设置有多根放渣管9，放渣管9穿过一次风室2并通过金属膨胀节实现穿墙的密封与自由膨胀。
燃料供给装置4设置在炉膛的前壁，并且燃料供给装置4与多根落料管(如2根、3根)相连，燃料由落料管均匀落入炉膛的第一区段7-1内进行欠氧燃烧。
尾部烟道8内的空气预热器8-3由内螺纹管制成，并且空气预热器8-3卧式布置于尾部烟道8的下部。
上述实施例中所公开的兰炭末循环流化床锅炉主要基于以下几个技术措施实现了纯兰炭的稳定燃烧并达到了较高的燃尽率：
料热平衡措施，通过高效旋风分离器实现了炉内物料的高倍率循环，达到炉内高浓度的灰量水平，借助炉膛内一、二次风位置的合理布局以及炉膛内一至四区段的细分，实现了兰炭末的分级燃烧和热量的逐级释放，控制了局部超温现象的产生；同时相比于同吨位的燃煤锅炉而言，锅炉高度整体增加，这就延长了兰炭末在炉膛内的燃烧时间，保证了兰炭末燃尽的温度、氧量以及燃烧时间三个基本要素，实现了炉内物料与热量的平衡；
热媒强化措施，借助于流化床以及高效的旋风分离器，炉膛内循环、外循环使得整个炉膛内的平均灰度达到了10kg/Nm3以上，有效加强了炉膛内膜式壁的换热能力，达到了热媒强化的目的；
氛围营造措施，一、二次风的合理配比以及送风位置使得兰炭末实现了分级燃烧，结合旋风分离器的返料以及放渣管的放渣，可以使炉内温度控制在850～880℃的低温水平，有效防止炉内结焦；同时高倍率的物料循环实际上可以提供足量的未燃尽的碳，因此第一区段内具有足量的还原剂，有效抑制了燃烧型氮氧化物的生成，营造出了低氮氛围；实际上，石灰石随二次风口喷入到炉膛内，在该位置，石灰石粉具有合适的温度对烟气进行脱硫，同时高倍率的物料循环也提高了石灰石粉的利用率，在该区段营造出了合适的脱硫氛围。
本发明中所公开的基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉，实现了纯兰炭末的稳定燃烧，锅炉安全、可靠且稳定的运行，锅炉热效率不低于91％，烟气原始氮氧化物排放量低于100mg/Nm3排放，烟气原始SO2近零排放。
运行案例一
型号为QXF116-1.6/130/70(供热量：116MW，工作压力1.6MPa，出水温度130℃，回水温度70℃)的兰炭末循环流化床热水锅炉，额定负荷116MW，额定出水温度130℃，额定回水温度70℃，以兰炭末为燃料，炉膛按照合理的区段高度进行设计，第一区段7-1高度4米，第二区段高度3.5米，第三区段7-3高度3.5米，第四区段7-4高度22.5米，一次风占总风量的35％，二次风占总风量的65％，实现了分级低氮燃烧。
加之高效的旋风分离器使炉膛内存在高浓度的物料，炉膛内灰浓度高于3kg/Nm3，采用高风压(25kPa)、小流率(15m3/min)的自平衡式返料器将循环物料返送回炉膛。
锅炉运行稳定，炉膛内温度场均衡在880℃，料层阻力6.5kPa～7.0kPa；炉膛差压1200Pa，这就有效避免了炉膛内局部温度过高或过低，保证锅炉的燃烧及传热；尾部省煤器和空预器布置合理，排烟温度122℃，锅炉热效率达到92％。
分离效率99.8％以上的高效旋风分离器，炉膛内建立大流量的物料循环，炉膛内温度在880℃，氧量3％；营造了脱硫脱硝氛围；在炉内添加石灰石脱硫，提高了石灰石的利用率。烟气原始氮氧化物排放量70mg/Nm3，烟气原始SO2排放量3mg/Nm3。
运行案例二
130t/h兰炭末循环流化床锅炉，额定负荷130t/h，额定压力9.8MPa，炉膛设计按照合理的区段的高度进行设计，第一区段7-1高度4.2米、第二区段高度3.8米、第三区段7-3高度3.5米，第四区段7-4高度23.5米，流化布风床面积为12m2，炉膛上部节段截面积为32.2m2，流化布风床占上部炉膛截面面积的37.3％，一次风占总风量的32％，二次风占总风量的68％，实现了低氮分级燃烧。
二次风分二层布置，下二次以下为炉膛第一区段，上二次风布置在下二次风以上0.7m位置，上、下二次风根据负荷的高低实时调节，二次风的风速为80m/s。为提高分离效率，锅炉设计2个φ5400mm的高效分离器，旋风分离器的分离效率＞99.8％，炉膛内灰浓度达到5kg/Nm3，采用高风压(30kPa)、小流率(18m3/min)的自平衡式返料器将循环物料返回炉膛。
锅炉运行稳定，炉膛内温度场均衡在870℃，料层阻力6.5kPa～7.0kPa；炉膛差压1500Pa，保证锅炉的燃烧及传热；尾部自上而下，依次布置过热器、省煤器和空预器，排烟温度128℃；锅炉热效率达到91.6％。
采用分离效率99.8％以上的高效旋风分离器，炉膛内建立大流量的物料循环，炉膛内温度在870℃，氧量3％；营造了脱硫脱硝氛围；在炉内添加石灰石脱硫，提高了石灰石的利用率。烟气原始氮氧化物低于80mg/Nm3排放，烟气原始SO2近零排放。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉，包括锅炉本体和尾部烟道，所述锅炉本体与所述尾部烟道通过旋风分离器相连，所述锅炉本体的底部设置有提供一次风的流化布风床，所述锅炉本体的侧壁上设置有用于提供二次风的二次配风装置，其特征在于，所述旋风分离器的分离效率不小于99.8％，所述二次配风装置具有上层二次风口和下层二次风口，所述锅炉本体的炉膛分为第一区段、第二区段、第三区段以及第四区段，其中，
由所述流化布风床至所述下层二次风口之间的区段构成所述第一区段，其高度为3.8m～4.3m，所述第一区段内的锅炉内壁覆盖有耐火层，且所述低于区段内的平均流化速度为4.0m/s～4.5m/s；
由所述下层二次风口向上3.5m～4.0m之间的区段构成所述第二区段，所述第二区段内的锅炉内壁覆盖有耐火层；
由所述第二区段的顶部向上延伸3.0m～3.5m构成所述第三区段，所述第三区段的平均流化速度为4.0m/s～4.5m/s，且所述第三区段内的锅炉内壁覆盖有耐火层；
由所述第三区段的顶部至所述锅炉本体的烟气出口之间的区段构成所述第四区段，所述第四区段的平均流化速度为4.5m/s～5.0m/s，所述第四区段内的膜式壁全部裸露设置。
2.根据权利要求1所述的基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉，其特征在于，所述锅炉本体的底部为小端朝下的漏斗区，所述漏斗区的大端连接有一段用于扩大炉膛截面的扩展节，所述扩展节的上方连接有炉膛上部节段，其中，所述漏斗区的中下部构成所述第一区段，所述漏斗区的中上部构成所述第二区段，所述扩展节构成所述第三区段，所述炉膛上部节段构成所述第四节段，所述扩展节的横截面面积不小于所述漏斗区大端的横截面面积，且所述扩展节的横截面面积为所述炉膛上部节段横截面面积的1.05～1.15倍。
3.根据权利要求1所述的基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉，其特征在于，所述上层二次风口与所述下层二次风口之间的距离为0.7m～1.0m，所述一次风占炉膛总送风量的32％～40％，所述二次风占炉膛总送风量的60％～68％。
4.根据权利要求3所述的基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉，其特征在于，所述流化布风床的面积为所述炉膛上部节段横截面积的35％～38％，兰炭末的床面燃烧份额占比30％～35％，所述流化布风床的布风阻力为2000Pa-2800Pa，所述上层风口和所述下层风口均为小端朝向炉膛的喇叭口，且所述喇叭口与水平面之间的夹角为10°～15°，所述二次风的入炉风速大于临界入炉风速，其中，所述临界入炉风速为70m/s～75m/s。
5.根据权利要求4所述的基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉，其特征在于，还包括用于开启和关闭所述上层二次风口的第一开闭机构，以及用于开启和关闭所述下层二次风口的第二开闭机构，在锅炉负荷高于临界负荷时，所述第二开闭机构关闭所述下层二次风口，所述第一开闭机构开启所述上层二次风口；在锅炉负荷低于所述临界负荷时，所述第二开闭机构开启所述下层二次风口，所述第一开闭机构关闭所述上层二次风口，其中，所述临界负荷为锅炉额定负荷的55％-60％。
6.根据权利要求1所述的基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉，其特征在于，所述旋风分离器的返料口通过自平衡式返料器与所述炉膛的第一区段连通，所述自平衡式返料器包括返料床，所述返料床设置有与所述旋风分离器的返料口连通的润滑区，以及与所述第一区段连通的返料区，所述润滑区内通入润滑风，所述返料区内通入返料风，且所述润滑风与所述返料风的比例为1:3。
7.根据权利要求1所述的基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉，其特征在于，所述旋风分离器包括：
筒体，所述筒体的侧面设置有与所述炉膛上部连通的进烟口，所述进烟口的宽度为0.7m～1.0m，且所述进烟口处的烟气流速为30m/s～38m/s，所述筒体的顶部设置有与所述尾部烟道连通的排烟口，所述筒体内的烟气流速为4.0m/s～5.0m/s，所述筒体的高度与所述筒体直径的比值为1.3～1.5；
设置在所述筒体下端的锥体，所述锥体的大端与所述筒体相连，且所述锥体的高度与所述筒体的直径比值为1.6～1.9；
穿设于所述排烟口内的中心筒，所述中心筒内的烟气流速为40m/s，所述中心筒的下端嵌入所述筒体内的距离与所述进烟口的高度的比值为0.4～0.5；
连接于所述锥体小端的立管，所述立管的直径为0.6m～0.7m。
8.根据权利要求1所述的基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉，其特征在于，所述流化布风床由后墙膜式壁朝前水平延伸形成，所述膜式壁相邻两根管子之间的连接板上设置有流化风帽。
9.根据权利要求8所述的基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉，其特征在于，所述流化布风床上设置有多根放渣管，所述放渣管穿过一次风室并通过金属膨胀节实现穿墙的密封和自由膨胀。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的基于料热平衡的兰炭末循环流化床锅炉，其特征在于，所述锅炉的炉膛的燃烧温度为850℃～880℃。
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