CN111878801A - 飞灰循环装置及包含其的循环流化床锅炉 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种飞灰循环装置及包含其的循环流化床锅炉，所述飞灰循环装置，包括：中间灰仓、给料机和气力输送装置；其中，所述中间灰仓用于容纳待循环的飞灰，所述中间灰仓的入口与除尘器相连，所述中间灰仓的出口与炉膛的给煤口通过飞灰循环管道相连；所述给料机设置在所述飞灰循环管道上，用于从所述中间灰仓向所述炉膛提供飞灰；所述气力输送装置设置在所述飞灰循环管道上，用于将所述给料机提供的飞灰输送到所述炉膛中。本发明可以降低飞灰含碳量，提高经济效益和环保效益。

Description

飞灰循环装置及包含其的循环流化床锅炉
技术领域
本发明属于锅炉技术领域，具体涉及一种飞灰循环装置及包含其的循环流化床锅炉。
背景技术
循环流化床(CFB)锅炉具有燃料适应性广和环保性良好等优点，在我国发展迅速。燃煤在炉膛内燃烧之后，产生的高温烟气、灰及碳颗粒进入旋风分离器中分离，其中颗粒较大的被分离器捕捉进入立管和返料器回到炉膛内，小颗粒的飞灰由分离器中心筒进入除尘器，再由除尘器送进灰库中。
目前大部分流化床锅炉存在实际运行煤质和初始设计煤质偏差较大、掺烧燃气比例较大的情况，实际运行煤质中灰分达不到设计煤质的灰分含量，造成锅炉内循环灰量不足，灰的循环倍率达不到设计值(设计值一般为20-30)，流化床锅炉的运行本质是传质和传热，循环灰量达不到没法实现传质过程，锅炉运行时料层的热量传递不上去，会对锅炉运行造成以下危害：①炉膛床温过高而炉膛出口温度低，炉膛上下温差大，床温超温，锅炉带负荷能力差；②飞灰含碳量一直居高不下，飞灰含碳量的高低决定了锅炉的机械未完全燃烧热损失，也是锅炉燃烧效率的重要一部分，飞灰含碳量一般在5％-20％之间，部分流化床锅炉甚至高达30％以上，整体运行经济性较差；③SNCR因锅炉出口温度偏低，低负荷时达不到SNCR窗口温度(850℃-1100℃)，造成脱硝效率低下，***基本不能投运。从经济效益和节能减排的大背景要求下，对锅炉进行改造迫在眉睫。
针对上述问题，经过长期工程实践，行业内提出一种采用将飞灰重新送入炉膛进行二次燃烧的技术，即飞灰回燃技术，来降低飞灰含碳量，整体提高锅炉运行的经济效果。
现有技术中一般通过二次风管将飞灰送入炉膛。然而，经过多个工程的实际应用发现，飞灰通过二次风管送入炉膛回燃技术受到多个因素的限制，效果不太理想。首先送入点数量不够，回燃的灰量远远达不到建立起循环所需灰量；其次送入点位置不能真正使回燃飞灰很好融入炉内的传质氛围；第三点送入点接在二次风管上，严重影响二次风量的调控作用。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种飞灰循环装置，可以有效降低飞灰含碳量，改善锅炉运行工况。
为了达到上述目的，一方面，本发明提出一种飞灰循环装置，包括：中间灰仓、给料机和气力输送装置；
其中，所述中间灰仓用于容纳待循环的飞灰，所述中间灰仓的入口与除尘器相连，所述中间灰仓的出口与炉膛的给煤口通过飞灰循环管道相连；
所述给料机设置在所述飞灰循环管道上，用于从所述中间灰仓向所述炉膛提供飞灰；
所述气力输送装置设置在所述飞灰循环管道上，用于将所述给料机提供的飞灰输送到所述炉膛中。
在一些实施例中，所述给料机为变频给料机。
在一些实施例中，所述气力输送装置为罗茨风机。
在一些实施例中，所述飞灰循环管道上设置有流量调节阀，优选地，所述流量调节阀为插板阀。
在一些实施例中，所述炉膛包括多个给煤口，所述飞灰循环管道在靠近所述炉膛的一端分为多个支管，每个支管与其中一个给煤口相连。
在一些实施例中，所述中间灰仓的顶部设置有仓顶除尘器，用于排出来自所述除尘器的飞灰中的空气，并将空气中的飞灰收集到所述中间灰仓中。
在一些实施例中，所述仓顶除尘器与用于容纳压缩空气的储气罐相连，所述储气罐中的压缩空气用于清除附着在所述仓顶除尘器中的滤袋上的飞灰。
在一些实施例中，所述中间灰仓的顶部设置有料位计。
另一方面，本发明还提出一种包含所述飞灰循环装置的循环硫化床锅炉。
又一方面，本发明还提出一种提高循环硫化床锅炉的炉效的方法，其中包括将除尘器收集的飞灰经给煤口循环至炉膛中。
与现有技术相比，本发明的飞灰循环装置具有以下有益效果：
1、在入炉煤固定碳相对稳定的情况下，飞灰含碳量降低；
2、经济效益和环保效益显著。耗煤耗电均有明显降低，烟气指标更好控制，外运灰量减少；
3、数据对比，改造后的锅炉运行工况得到改善，床温降低，调整空间更大；
4、提高炉膛出口温度，满足SNCR投运，确保低负荷NOx排放达标。同时又能降低氨水消耗。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1为本发明实施例中的飞灰循环装置示意图；
图2为本发明实施例中改造前、后煤质挥发份与飞灰含碳量的关系；
图3为本发明实施例中给料机频率与主汽流量的关系；
图4为本发明实施例中给料机频率与物料循环温度的关系；
图5为本发明实施例中给料机频率与炉膛出口温差的关系。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。
在本发明的说明书中，提及“一个实施例”时均意指在该实施例中描述的具体特征、结构或者参数、步骤等至少包含在根据本发明的一个实施例中。因而，在本发明的说明书中，若采用了诸如“根据本发明的一个实施例”、“在一个实施例中”等用语并不用于特指在同一个实施例中，若采用了诸如“在另外的实施例中”、“根据本发明的不同实施例”、“根据本发明另外的实施例”等用语，也并不用于特指提及的特征只能包含在特定的不同的实施例中。本领域的技术人员应该理解，在本发明说明书的一个或者多个实施例中公开的各具体特征、结构或者参数、步骤等可以以任何合适的方式组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
针对现有技术中存在的问题，通过多项工程实践技术改进结合炉内流场数值模拟，发明人发现飞灰循环装置的入炉点加以调整后，收到奇效。某电厂三台130t/h CFB锅炉采用本发明的飞灰循环装置后，飞灰循环管道接到给煤口，能够很好的将回燃灰送入炉内，飞灰含碳量明显降低，吨煤产汽量也可以升高，锅炉床温降低了，锅炉运行调整比之前更好控制，操作调整空间更大；一定程度上可以节约燃料和降低风机电耗，经济效益和环保效益显著。
在本发明的实施例中，飞灰循环装置将除尘器捕捉到的一部分细灰通过罗茨风机、给料机、输灰管路等输送设备送回炉膛内，①飞灰中未燃尽的碳颗粒继续燃烧，飞灰含碳量由16.13％降低到了12.18％，提高了炉效；②同时帮助锅炉建立良好灰循环，增强炉内换热，减少炉膛上下温差，改善锅炉的带负荷能力；③增加炉膛出口温度，提高SNCR***的反应效率，一举多得。
如图1所示，本发明的循环流化床锅炉包括炉膛1、分离器2、换热装置3、除尘装置4和飞灰循环装置5，炉膛1的下端设置有给煤口101，一个或多个给煤机102将煤粉通过给煤口101输送到炉膛1中，炉膛1的出口和分离器2相连，分离器下端的固体颗粒出口201通过返料管202与炉膛1的返料口103相连，分离器2的排气口203连接换热装置3，烟气经换热装置3进入除尘装置4，除尘装置4用于收集烟气中的飞灰，飞灰循环装置5与除尘装置4连接，用于将除尘装置4收集的飞灰输送回到炉膛1中。
根据本发明的一个实施例，除尘装置4包括静电除尘器401，静电除尘器401下端设置有除尘器灰仓402，除尘器灰仓402中的飞灰通过除尘器仓泵403输送至粉煤灰库。
飞灰循环装置5包括中间灰仓501，静电除尘器401中收集的飞灰可以利用除尘器仓泵402输送到中间灰仓501中，中间灰仓501下端的出口通过飞灰循环管道与炉膛1的给煤口101连接。飞灰循环管道上设置有变频给料机502和罗茨风机503，罗茨风机503位于变频给料机502的下游，用于将变频给料机502提供的飞灰输送至炉膛1。
如图1所示，在一个实施例中，三个给煤机102分别通过三个给煤口101将煤粉输送到炉膛1中，飞灰循环管道在末端分为三个支管，分别与三个给煤口101相连。
在一个较佳实施例中，飞灰循环管道在靠近中间灰仓出口的位置设置有第一插板阀504，用于调节飞灰到变频给料机502的飞灰流量。飞灰循环管道在靠近给煤口的位置设置有第二插板阀505，用于调节飞灰进入炉膛1的飞灰流量。
中间灰仓501的顶部可以设置有料位计506，用于检测其中飞灰的料位。中间灰仓501还设置有仓顶除尘器507，主要是为了泄压同时不跑灰。当除尘器仓泵402通过压缩空气向中间灰仓501输灰时，中间灰仓501通过仓顶除尘器507将多余的空气泄掉，并将空气中的飞灰收集回中间灰仓501，仓顶除尘器507包括除尘风机508。
中间灰仓501上方的储气罐509可用来存储来自空气压缩站510的压缩空气，并将压缩空气提供到仓顶除尘器507中，管道上的电磁脉冲阀接收控制信号，使喷吹的压缩空气对仓顶除尘器507中的滤袋循序清灰，使仓顶除尘器507的阻力保持在设定的范围内。
根据本发明的一个实施例，含尘气体由进风口进入仓顶除尘器507箱体内，细小尘粒由于布袋的阻碍，被滞阻在布袋外壁。净化后的气体通过布袋上箱体出风口排出。随着使用时间的增长，布袋表面吸附的粉尘增多，布袋的透气性减弱，使仓顶除尘器507阻力不断增大。为保证仓顶除尘器507的阻力控制在限定的范围之内，由脉冲控制仪发出信号，循序打开电磁脉冲阀，使储气罐509内的压缩空气由喷吹管各喷孔喷射到对应的文氏管(称为一次风)，并在高速气流通过文氏管时诱导数倍于一次风的周围空气(称为二次风)进入布袋，造成布袋间急剧膨胀，由于反向脉冲气流的冲击作用很快消失，布袋又急剧收缩，这样使布袋外壁上的粉尘被清除。落下的灰尘进入中间灰仓501，以保证仓顶除尘器507的处理能力和除尘效率。
在根据本发明的一个实施例中，针对一台130t/h的CFB锅炉加装本发明的飞灰循环装置后进行经济技术分析。改造前，通过二次风管将飞灰送入炉膛，改造后，通过给煤口将飞灰送入炉膛。结果发现，投用本发明的飞灰循环装置后，炉膛出口温度升高，分离器出口温度升高，炉膛差压升高，NOX降低，从而提高脱硝效率。采用本发明的飞灰循环装置，可以提高物料循环倍率和炉膛出口温度，满足SNCR投运，确保低负荷NOX排放达标，同时又能降低煤耗。
该锅炉为济南锅炉厂生产的YG-130/9.8-M型高温高压蒸汽锅炉，单汽包、自然循环、循环流化床燃烧方式。锅炉设计煤种见表1，锅炉参数见表2。
表1设计煤种
Figure BDA0002658994300000061
表2锅炉参数
Figure BDA0002658994300000062
Figure BDA0002658994300000071
实际运行煤质与设计煤种相差较大，主要体现在实际运行煤质的灰分低、固定碳含量高、热值高，煤质化验见表3。
表3煤质化验
Figure BDA0002658994300000072
锅炉在运行过程中缺灰，加装本发明的飞灰循环装置前后入炉煤及飞灰化验记录如表4和5所示。
表4锅炉改造前入炉煤及飞灰化验记录表
Figure BDA0002658994300000081
表5锅炉改造后入炉煤及飞灰化验记录表
Figure BDA0002658994300000082
如图2所示，通过改造前后煤质挥发份相同情况下飞灰含碳量对比可见：
煤中挥发份含量的变化对飞灰含碳量的影响非常明显。挥发份低时，煤的燃尽度降低，造成飞灰含碳量升高。挥发份高时，煤的燃尽度提高，飞灰含碳量明显降低。对改造前、后挥发份加权平均值为18％、19％、20％时的飞灰含碳量进行比较，改造后的飞灰含碳量均低于改造前，尤其是燃用挥发份较低的煤时，飞灰含碳量降幅较大，改造后节能降耗效果显著。
表6改造后典型工况参数记录表
记录编号 1 2 3
主汽流量 t/h 110 115 120
主汽温度 ℃ 529 535 534
主汽压力 MPa 9.38 9.23 9.19
给煤机调节总指令 ％ 46 57 61
总给煤量 t/h 10.23 14.7 16.6
燃气量 m<sup>3</sup>/h 400 0 0
热一次风总量 m<sup>3</sup>/h 68721 68302 68574
过热器后氧量A ％ 3.1 1.9 2.2
过热器后氧量B ％ 2.7 2.2 2.5
烟气NO<sub>X</sub> mg/Nm3 31 33 32
氨水用量 m<sup>3</sup>/h 0.39 0.47 0.67
入口氨枪投入数量 支 6 6 6
出口氨枪投入数量 支 4 4 4
上二次风门开度 ％ 100 100 100
下二次风门开度 ％ 100 100 100
烟气再循环挡板 ％ 65 61 70
热一次风含氧量 ％ 16.6 16.19 15.49
灰仓料位 ％ 1.4 1.3 60
罗茨风机电流 A 9.2 10.1 10.2
罗茨风机风压 KPa 5.9 13.4 14.3
给料机频率 Hz 40.8 45.9 46
料层温度 ℃ 954 978 970
通过表6可见，采用本发明的飞灰循环装置后，CFB锅炉能够连续带高负荷运行，锅炉汽温、汽压、床温等主要参数均在正常范围内，NOX排放值连续稳定控制在45mg/Nm3以下，达到了NOX超低排放要求。
表7锅炉效率试验表
Figure BDA0002658994300000101
通过表7可见，负荷122t/h时锅炉效率为91.26％,负荷109t/h时锅炉效率为91.63％；改造后锅炉煤耗下降1.6％左右，在满负荷、同等燃料情况下，锅炉煤耗18t/h左右，无烟煤费用约为600元/吨，按锅炉全年运行8000小时计算，节省燃煤费用为1.6％×8000×600×18＝1382400元/年，即通过飞灰循环装置改造，每年节省燃煤费用1382400元。
进行飞灰循环装置调整试验时保证锅炉稳定运行，调整变频给料机出力分别为0Hz、25Hz、35Hz、40Hz，观察密相区床温、炉膛出口温度、返料器温度的变化(试验参数如表8所示)，当各处温度偏差达到最小时，可确定炉内物料浓度足够，为最佳飞灰再循环量。
表8飞灰循环装置试验参数表
给料机频率(Hz) 0Hz 25Hz 35Hz 40Hz
主汽流量(t/h) 86 88 105 110
给煤机调节总量(％) 35.5 35.1 34 33
过热器后氧量(％) 2.3 2.3 1.8 1.7
灰仓料位(％) 0 53 50 20
罗茨风机电流(A) 0 9.4 9.3 9.9
罗茨风机风压(KPa) 0 12.5 12.2 15.8
料层温度(℃) 948 945 969 976
炉膛出口温度(℃) 882 889 935 945
返料器温度(℃) 872 883 940 943
料层与炉膛出口温差(℃) 66 56 34 31
通过表8和图2-4可见，飞灰给料机频率0Hz时，锅炉负荷86t/h、锅炉氧量2.3％、床温与炉膛出口温差为66℃；飞灰给料机频率25Hz时，锅炉负荷88t/h、锅炉氧量2.3％、床温与炉膛出口温差为56℃；飞灰给料机频率35Hz时，锅炉负荷105t/h、锅炉氧量1.8％、床温与炉膛出口温差为34℃；飞灰给料机频率40Hz时，锅炉负荷110t/h、锅炉氧量1.7％、床温与炉膛出口温差为31℃。综上所述，随着飞灰给料机频率逐渐升高，炉内循环灰量逐渐增加，密相区床温稳定控制在970℃上下波动，炉膛出口温度逐渐上升，床温与炉膛出口温差由66℃缩小至31℃，说明外来循环灰起到均匀分配炉内热量的作用，高温密相区与飞灰混合后降低密相区床温，炉膛上部和返料器循环灰浓度增加后温度上升，炉膛上部受热面吸热量增强，提高了锅炉带负荷能力。
流化床锅炉普遍采用过量喷氨控制NOX排放，增加了电厂的运行成本及操作难度。本次飞灰循环装置改造，降低了炉内NOX生成，同时提高炉膛出口温度，提高了SNCR的脱硝效率，“先降后脱”的联合脱硝方式为电厂节省了较多的脱硝成本。
改造前锅炉出口NOX排放控制在70mg/m3左右，在满负荷情况下，氨水用量为0.8m3/h左右，每吨氨水费用约为815元/吨，1m3氨水量重量为1吨，按锅炉全年运行8000小时计算，投入氨水费用为0.8×8000×815＝5216000元/年。
改造后锅炉出口NOX排放控制在50mg/m3时，氨水用量为0.47m3/h左右，改造后锅炉出口NOX排放控制在35mg/m3时，氨水用量为0.67m3/h左右，可分别节省氨水费用2151600元/年和847600元/年。
通过对CFB锅炉的飞灰循环装置改造，既能够实现NOX达到超低排放要求，同时降低了氨水用量，实现了经济效益和环保效益的双丰收，为我国节能减排目标的实现做出了积极贡献。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种飞灰循环装置，其特征在于，包括：中间灰仓、给料机和气力输送装置；
其中，所述中间灰仓用于容纳待循环的飞灰，所述中间灰仓的入口与除尘器相连，所述中间灰仓的出口与炉膛的给煤口通过飞灰循环管道相连；
所述给料机设置在所述飞灰循环管道上，用于从所述中间灰仓向所述炉膛提供飞灰；
所述气力输送装置设置在所述飞灰循环管道上，用于将所述给料机提供的飞灰输送到所述炉膛中。
2.根据权利要求1所述的飞灰循环装置，其中，所述给料机为变频给料机。
3.根据权利要求1所述的飞灰循环装置，其中，所述气力输送装置为罗茨风机。
4.根据权利要求1所述的飞灰循环装置，其中，所述飞灰循环管道上设置有流量调节阀，优选地，所述流量调节阀为插板阀。
5.根据权利要求1所述的飞灰循环装置，其中，所述炉膛包括多个给煤口，所述飞灰循环管道在靠近所述炉膛的一端分为多个支管，每个支管与其中一个给煤口相连。
6.根据权利要求1所述的飞灰循环装置，其中，所述中间灰仓的顶部设置有仓顶除尘器，用于排出来自所述除尘器的飞灰中的空气，并将空气中的飞灰收集到所述中间灰仓中。
7.根据权利要求6所述的飞灰循环装置，其中，所述仓顶除尘器与用于容纳压缩空气的储气罐相连，所述储气罐中的压缩空气用于清除附着在所述仓顶除尘器中的滤袋上的飞灰。
8.根据权利要求1所述的飞灰循环装置，其中，所述中间灰仓的顶部设置有料位计。
9.一种包含权利要求1-8任一项所述飞灰循环装置的循环硫化床锅炉。
10.一种提高循环硫化床锅炉的炉效的方法，其中包括将除尘器收集的飞灰经给煤口循环至炉膛中。
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