CN116146973A - 一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉*** - Google Patents
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Abstract
一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉***，它涉及一种循环流化床锅炉***。本发明为解决现有循环流化床锅炉超低排放和高能效难以共同实现的问题。本发明包括炉膛、分离器、顶部烟道、收尘器、引风机、烟囱、水冷风室、给煤管、下位给煤管播煤风脱硫管道、给煤管播煤风管道、尾部烟道、多个二次风管、多个前侧墙二次风口脱硫管道和多个后侧墙二次风口脱硫管道，给煤管播煤风管道的一侧连接有下位给煤管播煤风脱硫管道，二次风管的出口端与炉膛的下部连接，设置在炉膛前侧墙上的二次风管的出口端连接有前侧墙二次风口脱硫管道，设置在炉膛后侧墙上的二次风管的出口端连接有后侧墙二次风口脱硫管道。本发明用于锅炉燃烧。
Description
技术领域
本发明涉及一种循环流化床锅炉***，具体涉及一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉***。
背景技术
中国的能源分布特征，决定长时间内煤炭仍是主力军，煤炭在各种能源种类中的占比高达50％以上。随着太阳能、风能、氢能等新能源比例的不断提升，煤炭仍在持续起到“保底”、“调峰”的重要作用。
循环流化床锅炉目前仍是燃煤锅炉市场应用的主流产品，在其传统优点的基础上随着国家环保政策的日益严格，环保***的投资也与日俱增。本着节能、减排、环保的科学发展理念，要求锅炉设计的热效率高，同时SO2、NOx、粉尘等污染物排放量低。
循环流化床锅炉的主要特点是NOx的原始排放低，且炉内脱硫成本也相对较低，常规锅炉尾部布置SCR脱硝设备、半干法或湿法脱硫设备。对于高挥发分燃料，目前行业内领先的技术水平为NOx初始排放可控制在55-120mg/Nm3，有些产品则是通过降低床温等“牺牲”部分燃烧效率的方式来达到NOx初始排放低的目的，有些产品则高达200mg/Nm3以上，必须同时投运炉内SNCR和尾部SCR才能使NOx得达标排放；对于炉内石灰石干法脱硫，行业内技术水平普遍脱硫效率为70-90％，尾部必须投运湿法脱硫等设备才能使SO2达标。
发明内容
本发明为了解决现有循环流化床锅炉超低排放和高能效难以共同实现的问题，进而提出一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉***。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉***包括炉膛、分离器、顶部烟道、收尘器、引风机、烟囱、水冷风室、给煤管、下位给煤管播煤风脱硫管道、给煤管播煤风管道、尾部烟道、多个二次风管、多个前侧墙二次风口脱硫管道和多个后侧墙二次风口脱硫管道，水冷风室的出风端与炉膛的下部进口端连接，炉膛的下部进口端上设有布风板，给煤管的出口端与炉膛下部的一侧连接，给煤管的出口端连接有给煤管播煤风管道，给煤管播煤风管道的一侧连接有下位给煤管播煤风脱硫管道，多个二次风管沿周向方向均布设置在炉膛的外侧，二次风管的出口端与炉膛的下部连接，且二次风管的出口端设置在给煤管出口端的上部，设置在炉膛前侧墙上的二次风管的出口端连接有前侧墙二次风口脱硫管道，设置在炉膛后侧墙上的二次风管的出口端连接有后侧墙二次风口脱硫管道，炉膛的上部出口端与分离器的进口端连接，分离器的烟气出口端与顶部烟道的进口端连接，顶部烟道的出口端与尾部烟道的上部进口端连接，尾部烟道的下部出口端由先至后依次与收尘器、引风机和烟囱连接，分离器的粉料出口端通过返料腿与炉膛的下部连接。
进一步地，所述尾部烟道的中部设有尾部受热面。
进一步地，所述尾部烟道的下部设有空气预热器。
进一步地，所述分离器包括筒体、中心筒和入口烟道，入口烟道的进口端与炉膛的上部出口端连接，入口烟道的出口端与筒体的上部进口端连接，中心筒的进口端与筒体的顶部烟气出口端连接，中心筒的出口端与顶部烟道的进口端连接，筒体的下端粉料出口端与返料腿的上部进口端连接，返料腿的下部出口端与炉膛的下部连接。
进一步地，所述入口烟道为全下倾无台阶结构，入口烟道由进口端至出口端向下倾斜设置。
进一步地，所述入口烟道的进口端设有SNCR脱硝***。
进一步地，所述SNCR脱硝***包括两组喷枪，入口烟道进口端的内外两侧均设有一组喷枪，每组喷枪均包括交错设置的多个喷枪。
进一步地，所述中心筒和筒体的中心线偏心设置。
进一步地，所述炉膛的顶端面沿出口端侧至另一侧向下倾斜设置。
进一步地，所述顶部烟道沿进口端至出口端向下倾斜设置。
本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
1、本发明提出了一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉***，对于工业锅炉中低硫煤种(Sar<1)，从源头优化结构控制燃烧从而抑制氮氧化物的生成，降低氮氧化物的原始排放量，在分离器入口布置SNCR脱硝***喷入尿素或者氨水近一步脱硝即可达到超低排放要求；采用低位布置高效炉内脱硫技术，提高炉内脱硫效率，可在Ca/S为1.5～2时使二氧化硫达到超低排放标准，同时可提高低Ca/S脱硫工况下的锅炉效率，弱化脱硫对低氮的负面影响。相比常规锅炉尾部可全部取消脱硫设备和脱硝(SCR)设备，只保留布袋除尘器，大幅降低了环保工程投资及相应管理运行费用，同时可大大提升锅炉效率，现了超低排放和高能效的双优性能。
2、全下倾无台阶高效绝热分离器技术：分离器进口烟道采用创新的全下倾结构形式，下倾角度为9.5°，同时取消下倾段和分离器筒体顶部相接处的台阶，选取较高的烟气进口流速(≥30m/s)、较长的分离器入口加速段(≥3m)及合理的中心筒偏心尺寸，优化了烟气流场，近一步提高分离器效率，获得了超细循环灰颗粒d50为52.8μm，降低循环灰粒度增强了密相区的还原性气氛，降低NOx的生成量，同时增加细颗粒燃料及石灰石粉的停留时间和循环次数，从而提高燃烧效率及脱硫效率。
3、高效炉内脱硫技术：采用新型的给煤口播煤风管引出支管做为石灰粉喷入接口及喷钙接口低位布置的思路，相对二次风管和返料腿等高位布置的结构，可使石灰粉和煤在时间上更早混合、在空间上更好混合，同时给煤管区域烟气压力更大，可提升石灰石粉输送风进入锅炉的背压，提高石灰石输送风的穿透力，设计合理的温度场和优化的氧量场，并应用新改进的炉内脱硫反应和燃烧反应双耦合算法，优化受热面结构和面积布置，可在Ca/S为1.5～2时SO2达到超低排放标准，同时可提高低Ca/S脱硫工况下的锅炉效率，弱化脱硫对低氮的负面影响。在设计上二次风管前后墙上同时布置多个石灰石接口，接***错布置可有效覆盖炉膛宽度方向，保证石灰石粉与烟气的充分混合，作为运行时不同工况的灵活调节手段。
4、采用低氮分级高效燃烧技术：优化炉膛结构，锅炉配风采用三级给风方式，布风板、给煤管、二次风管的风量配比按4:1:5选取，布风板的风均由一次风机提供，给煤管的风由一次风的给煤机密封风、输煤风和播煤风及石灰石***的石灰石输送风混合提供，二次风管的风由二次风机提供。该技术通过强化了底部还原性气氛、分级补充空气和中上部氧气扩散，实现了NOx控制和高效燃烧的协同。
5、采用防积灰强换热管排技术：适当提高管排平均烟速，防止积灰并强化换热，锅炉分离器效率提升后，尾部飞灰粒径更小，更容易附着在管排上形成积灰现象，减弱管排换热系数和锅炉带负荷能力；通过合理选取管排烟速，在不影响管子磨损的基础上，增加烟气和管子的扰动，从而防止积灰并强化换热，降低排烟温度，提高锅炉效率。
6、转向室底部及顶部炉墙倾斜布置，同时各个角部倒角布置，可有效避免角部磨损冲刷、转向室底部积灰同时合理的烟气导向可有效防止烟气进入尾部产生偏流现象，增大烟气与尾部受热面接触，增强换热效果进而降低排烟温度。
7、提高二次风喷口空气流速(≥85m/s),增加二次风进入炉膛动量，加强对炉膛内部烟气的扰动及穿透能力，消除贫氧芯，充分实现空气与烟气的接触，提高燃烧效率及脱硫效率。同时加高二次风口距离布风板高度(2.8-3.2m)，延迟氧气给入，充分营造下部还原性氛围，抑制氮氧化物生成，控制氮氧化物排放在100mg/Nm3以下，用户仅需于分离器入口增加SNCR脱硝***便可实现氮氧化物的超低排放(50mg/Nm3以下)。
8、SNCR脱硝***喷枪于分离器入口内外侧交错布置，保证脱硝溶液的高度及深度方向均匀分配进入分离器入口烟道，同时加长布置加速段长度可充分实现脱硝溶液与烟气的混合，提高脱硝效率至80％以上，可大大节省用户运行成本。
应用以上技术，将锅炉做为燃烧换热设备的同时也做为脱硫脱硝设备，尾部仅需布置除尘器，极大降低了尾部环保设备的投资和运营。同步实现炉内高效脱硫、初始NOx排放低、炉内高效燃烧的性能指标，具有很高的经济价值和社会效益。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉***包括炉膛1、分离器3、顶部烟道4、收尘器7、引风机8、烟囱9、水冷风室10、给煤管12、下位给煤管播煤风脱硫管道15、给煤管播煤风管道16、尾部烟道19、多个二次风管11、多个前侧墙二次风口脱硫管道13和多个后侧墙二次风口脱硫管道14，水冷风室10的出风端与炉膛1的下部进口端连接，炉膛1的下部进口端上设有布风板18，给煤管12的出口端与炉膛1下部的一侧连接，给煤管12的出口端连接有给煤管播煤风管道16，给煤管播煤风管道16的一侧连接有下位给煤管播煤风脱硫管道15，多个二次风管11沿周向方向均布设置在炉膛1的外侧，二次风管11的出口端与炉膛1的下部连接，且二次风管11的出口端设置在给煤管12出口端的上部，设置在炉膛1前侧墙上的二次风管11的出口端连接有前侧墙二次风口脱硫管道13，设置在炉膛1后侧墙上的二次风管11的出口端连接有后侧墙二次风口脱硫管道14，炉膛1的上部出口端与分离器3的进口端连接，分离器3的烟气出口端与顶部烟道4的进口端连接，顶部烟道4的出口端与尾部烟道19的上部进口端连接，尾部烟道19的下部出口端由先至后依次与收尘器7、引风机8和烟囱9连接，分离器3的粉料出口端通过返料腿20与炉膛1的下部连接。
下位给煤管播煤风脱硫管道15作为石灰粉喷入接口及喷钙接口。
所述前侧墙二次风口脱硫管道13和后侧墙二次风口脱硫管道14交错设置。前侧墙二次风口脱硫管道13和后侧墙二次风口脱硫管道14作为石灰石接口。
给煤口播煤风管引出支管做为石灰粉喷入接口及喷钙接口低位布置的思路，相对二次风管和返料腿等高位布置的结构，可使石灰粉和煤在时间上更早混合、在空间上更好混合，同时给煤管区域烟气压力更大，可提升石灰石粉输送风进入锅炉的背压，提高石灰石输送风的穿透力，设计合理的温度场和优化的氧量场，并应用新改进的炉内脱硫反应和燃烧反应双耦合算法，优化受热面结构和面积布置，可在Ca/S为1.5～2时SO2达到超低排放标准，同时可提高低Ca/S脱硫工况下的锅炉效率，弱化脱硫对低氮的负面影响。在设计上二次风管前后墙上同时布置多个石灰石接口，接***错布置可有效覆盖炉膛宽度方向，保证石灰石粉与烟气的充分混合，作为运行时不同工况的灵活调节手段。
本发明将锅炉做为燃烧换热设备的同时也做为脱硫脱硝设备，尾部仅需布置除尘器，极大降低了尾部环保设备的投资和运营。同步实现炉内高效脱硫、初始NOx排放低、炉内高效燃烧的性能指标，具有很高的经济价值和社会效益。
具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述尾部烟道19的中部设有尾部受热面5。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述尾部烟道19的下部设有空气预热器6。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述分离器3包括筒体3-1、中心筒3-2和入口烟道3-3，入口烟道3-3的进口端与炉膛1的上部出口端连接，入口烟道3-3的出口端与筒体3-1的上部进口端连接，中心筒3-2的进口端与筒体3-1的顶部烟气出口端连接，中心筒3-2的出口端与顶部烟道4的进口端连接，筒体3-1的下端粉料出口端与返料腿20的上部进口端连接，返料腿20的下部出口端与炉膛1的下部连接。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述入口烟道3-3为全下倾无台阶结构，入口烟道3-3由进口端至出口端向下倾斜设置。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。
分离器进口烟道采用创新的全下倾结构形式，下倾角度为9.5°，同时取消下倾段和分离器筒体顶部相接处的台阶，选取较高的烟气进口流速(≥30m/s)、较长的分离器入口加速段(≥3m)及合理的中心筒偏心尺寸，优化了烟气流场，近一步提高分离器效率，获得了超细循环灰颗粒d50为52.8μm，降低循环灰粒度增强了密相区的还原性气氛，降低NOx的生成量，同时增加细颗粒燃料及石灰石粉的停留时间和循环次数，从而提高燃烧效率及脱硫效率。
具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述入口烟道3-3的进口端设有SNCR脱硝***17。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。
具体实施方式七：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述SNCR脱硝***17包括两组喷枪，入口烟道3-3进口端的内外两侧均设有一组喷枪，每组喷枪均包括交错设置的多个喷枪。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。
SNCR脱硝***喷枪于分离器入口内外侧交错布置，保证脱硝溶液的高度及深度方向均匀分配进入分离器入口烟道，同时加长布置加速段长度可充分实现脱硝溶液与烟气的混合，提高脱硝效率至80％以上，可大大节省用户运行成本。
具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述中心筒3-2和筒体3-1的中心线偏心设置。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。
具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述炉膛1的顶端面沿出口端侧至另一侧向下倾斜设置。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述顶部烟道4沿进口端至出口端向下倾斜设置。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
转向室底部及顶部烟道倾斜布置，同时各个角部倒角布置，可有效避免角部磨损冲刷、转向室底部积灰同时合理的烟气导向可有效防止烟气进入尾部产生偏流现象，增大烟气与尾部受热面接触，增强换热效果进而降低排烟温度。
工作原理
一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉***的燃烧方法包括如下步骤：
锅炉启动前通过进行冷态试验，测得最小流化风量，并在后续的启炉投煤阶段维持最小流化风量状态运行；此时锅炉开始带负荷正常运行，给煤管播煤风、密封风及给煤机密封风均通过给煤管12进入炉膛1内部参与燃烧，此时锅炉处于初期运行阶段，布风板18下部一次风为主燃烧风配合给煤风进行燃烧，待返料***建立完成、锅炉运行稳定后开启下位给煤管播煤风脱硫管道15，向炉膛1内输送石灰石，开始进行炉内脱硫，保证二氧化硫排放；
待锅炉提升至30％以上负荷可开启二次风管11向炉膛1内补充燃烧用空气(为保证燃烧效率及二次风穿透力可通过调整二次风调风门及开关调风门来调整二次风流通截面，提升二次风进入炉膛动量进而达到增强穿透力及扰动达到提高燃烧效率的效果)，同时一次风需大于最低流化风量，保证锅炉正常流化运行，防止流化不良导致局部结焦，运行过程中需保证尾部总含氧量值为3-5％。根据***需要提升锅炉负荷时需依据先加煤再加风的原则稳定调节，以增加二次风风量为主(根据二次风风量情况加大二次风管流体截面积，保证燃烧效果的同时避免二次风流速过大而造成阻力损失过大)，一次风风量根据负荷及风室风压(运行过程中随着负荷变化而调整，一般控制在5.5-7.5Kpa)情况逐步提升，最终在满负荷状态下实现布风板18、给煤管12、二次风管11按照4:1:5的风量配比状态，达到最优化的运行燃烧及污染物控制状态。
同时锅炉运行过程需密切观察氮氧化物及二氧化硫排放情况，当氮氧化物超过超低排放限值50mg/Nm3限值时启动SNCR脱硝***17喷入尿素或氨水溶液与氮氧化物进行还原反应，便可将氮氧化物严格控制在排放要求限值之下；不同于氮氧化物，二氧化硫脱除在锅炉运行时便需投入使用，配合锅炉不同运行状态、高效分离***及低位布置思路在Ca/S为1.5～2时二氧化硫达到超低排放标准，运行过程中需严格控制以降低石灰石耗量，进而降低运行成本。如运行过程中下位给煤管播煤风脱硫管道15出现堵塞情况可停止该路管道工作转而调整为通过前后墙二次风管即多个前侧墙二次风口脱硫管道13和多个后侧墙二次风口脱硫管道14进行炉内脱硫，亦可达到超低排放效果，待堵塞管路疏通后，可将多个前侧墙二次风口脱硫管道13和多个后侧墙二次风口脱硫管道14转换调整为备用状态。
通过上述控制原理及调整方式配合本发明中所包含的有益效果，即可实现本发明内容，即为了解决现有循环流化床锅炉超低排放和高能效难以共同实现的问题，提出的一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉***。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (10)
1.一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉***，其特征在于：它包括炉膛(1)、分离器(3)、顶部烟道(4)、收尘器(7)、引风机(8)、烟囱(9)、水冷风室(10)、给煤管(12)、下位给煤管播煤风脱硫管道(15)、给煤管播煤风管道(16)、尾部烟道(19)、多个二次风管(11)、多个前侧墙二次风口脱硫管道(13)和多个后侧墙二次风口脱硫管道(14)，水冷风室(10)的出风端与炉膛(1)的下部进口端连接，炉膛(1)的下部进口端上设有布风板(18)，给煤管(12)的出口端与炉膛(1)下部的一侧连接，给煤管(12)的出口端连接有给煤管播煤风管道(16)，给煤管播煤风管道(16)的一侧连接有下位给煤管播煤风脱硫管道(15)，多个二次风管(11)沿周向方向均布设置在炉膛(1)的外侧，二次风管(11)的出口端与炉膛(1)的下部连接，且二次风管(11)的出口端设置在给煤管(12)出口端的上部，设置在炉膛(1)前侧墙上的二次风管(11)的出口端连接有前侧墙二次风口脱硫管道(13)，设置在炉膛(1)后侧墙上的二次风管(11)的出口端连接有后侧墙二次风口脱硫管道(14)，炉膛(1)的上部出口端与分离器(3)的进口端连接，分离器(3)的烟气出口端与顶部烟道(4)的进口端连接，顶部烟道(4)的出口端与尾部烟道(19)的上部进口端连接，尾部烟道(19)的下部出口端由先至后依次与收尘器(7)、引风机(8)和烟囱(9)连接，分离器(3)的粉料出口端通过返料腿(20)与炉膛(1)的下部连接。
2.根据权利要求1所述一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉***，其特征在于：所述尾部烟道(19)的中部设有尾部受热面(5)。
3.根据权利要求2所述一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉***，其特征在于：所述尾部烟道(19)的下部设有空气预热器(6)。
4.根据权利要求1、2或3所述一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉***，其特征在于：所述分离器(3)包括筒体(3-1)、中心筒(3-2)和入口烟道(3-3)，入口烟道(3-3)的进口端与炉膛(1)的上部出口端连接，入口烟道(3-3)的出口端与筒体(3-1)的上部进口端连接，中心筒(3-2)的进口端与筒体(3-1)的顶部烟气出口端连接，中心筒(3-2)的出口端与顶部烟道(4)的进口端连接，筒体(3-1)的下端粉料出口端与返料腿(20)的上部进口端连接，返料腿(20)的下部出口端与炉膛(1)的下部连接。
5.根据权利要求4所述一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉***，其特征在于：所述入口烟道(3-3)为全下倾无台阶结构，入口烟道(3-3)由进口端至出口端向下倾斜设置。
6.根据权利要求4所述一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉***，其特征在于：所述入口烟道(3-3)的进口端设有SNCR脱硝***(17)。
7.根据权利要求6所述一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉***，其特征在于：所述SNCR脱硝***(17)包括两组喷枪，入口烟道(3-3)进口端的内外两侧均设有一组喷枪，每组喷枪均包括交错设置的多个喷枪。
8.根据权利要求4所述一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉***，其特征在于：所述中心筒(3-2)和筒体(3-1)的中心线偏心设置。
9.根据权利要求1所述一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉***，其特征在于：所述炉膛(1)的顶端面沿出口端侧至另一侧向下倾斜设置。
10.根据权利要求1所述一种低位布置高效炉内脱硫脱硝循环流化床锅炉***，其特征在于：所述顶部烟道(4)沿进口端至出口端向下倾斜设置。
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