一种纯烧生物质环保型循环流化床高温高压蒸汽锅炉的制作方法

2021-02-26 17:02:03|

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本实用新型涉及一种生物质循环流化床锅炉，具体涉及一种纯烧生物质环保型循环流化床高温高压蒸汽锅炉。

背景技术：

按国家发布的《促进生物质能供热发展的指导意见》要求，以及我国局部区域限煤、禁煤工作的开展，加速了生物质循环流化床锅炉的开发，需要达到清洁化燃烧和低污染排放及负荷稳定和安全运行。农林业生物质露天焚烧、堆腐存放可导致雾霾、火灾等对环境的损害；畜牧业废弃物无害化处置不当会造成对自然资源的污染。

随着环境保护、节约能源的日趋严格和完善，循环流化床燃烧技术因其具有的环保性能得到快速发展，促使了环保节能型生物质循环流化床锅炉开发及应用。

根据纯烧生物质循环流化床锅炉存在的诸多问题，尤其是生物质纯烧难、连续运行时间短、锅炉效率低等问题开展研究，开发纯燃烧、低排放、高可靠性、低事故率的纯烧生物质环保型循环流化床锅炉，解决以往锅炉纯烧难、参数低，机组效率低问题。

综上，现有的生物质循环流化床锅炉燃烧效率低、污染排放多、燃料范围窄，纯烧困难、给料不畅、密封不严及可靠性差。

技术实现要素：

本实用新型为解决现有的生物质循环流化床锅炉存在燃烧效率低、污染排放多、燃料范围窄，纯烧困难、给料不畅、密封不严及可靠性差的问题，进而提供一种纯烧生物质环保型循环流化床高温高压蒸汽锅炉。

本实用新型为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本实用新型的纯烧生物质环保型循环流化床高温高压蒸汽锅炉包括纯烧生物质给料系统1、点火装置2、排灰渣装置3、炉膛4、分离返料系统5、包墙过热器6、空气预热器7、环保接口8、给水集箱9、省煤器10、给水分配管11、锅筒12、集中下降管13、水冷屏下降管14、水冷屏15、水冷屏引出管16、水冷导汽管20、蒸汽引出管21、侧包墙22、前包墙23、后包墙24、低温过热器25、一级喷水减温器26、中温过热器27、二级喷水减温器28、中温屏过热器29、三级喷水减温器30、高温屏过热器31和集汽集箱32；

纯烧生物质给料系统1包括下级二次风1-2、上级二次风1-3和多个给料接口1-1，上级二次风1-3和下级二次风1-2由上至下依次设置在炉膛4的下部，给料接口1-1布置在炉前且位于上级二次风1-3和下级二次风1-2之间且位于炉膛下部的负压点处，多个给料接口1-1沿炉膛4的宽度方向依次布置；

点火装置2位于炉膛4的底部的后侧，点火装置2为天然气点火装置；

排灰渣装置3包括排灰管3-1和排渣管3-2，排灰管3-1和排渣管3-2均设置在炉膛4的底端且与炉膛4相互连通设置；

炉膛4内设置有前水冷壁、侧水冷壁和后水冷壁；炉膛4上部由上至下依次布置有水冷屏15、中温屏过热器29和高温屏过热器31；

分离返料系统5包括分离器5-1、第一入口烟道5-2、第二入口烟道5-3、中心筒5-4、转向室5-5、返料器5-6和返料腿5-7，第一入口烟道5-2与第二入口烟道5-3的一端相互连通设置，第一入口烟道5-2与第二入口烟道5-3均下倾设置，第一入口烟道5-2的下倾角小于第二入口烟道5-3的下倾角，第二入口烟道5-3的另一端与分离器5-1的上端侧壁连通设置，转向室5-5的下端与分离器5-1的上端连通设置，中心筒5-4与转向室5-5的下端连接且中心筒5-4位于分离器5-1内，返料器5-6和返料腿5-7位于分离器5-1的底部；

包墙过热器6包括侧包墙22过热器、前包墙23过热器和后包墙24过热器，包墙过热器6上部由上至下布置有中温过热器27和低温过热器25；

省煤器10和空气预热器7构成尾部受热面，尾部受热面位于包墙过热器6下方，省煤器10和空气预热器7由上至下依次布置，空气预热器7包括上级空气预热器7-1、中级空气预热器7-2、下级空气预热器7-3和出口烟道7-4，上级空气预热器7-1、中级空气预热器7-2、下级空气预热器7-3和出口烟道7-4由上至下依次布置；

环保接口8包括脱硝接口8-1和脱硫接口8-2，脱硝接口8-1布置在分离器5-1的第一入口烟道5-2上，脱硫接口8-2布置在返料器5-6的返料腿5-7上；

分离返料系统5的上方侧面与炉膛4的上部相互连通设置，分离返料系统5的底部的返料腿5-7与炉膛4的底部相互连通设置，分离返料系统5顶部的转向室5-5与包墙过热器6的入口相互连通。

在一个实施方案中，给料接口1-1的横截面呈矩形，给料接口1-1的横截面尺寸为800x800mm，给料接口1-1呈下倾设置，给料接口的下倾角a为10～15°，零压点设置在给料接口1-1与下级二次风1-2之间。

在一个实施方案中，排灰管3-1的数量为三个，排灰管3-1的直径为φ273mm，排渣管3-2的数量为两个，排渣管3-2的直径为φ325mm。

在一个实施方案中，排灰管3-1沿炉膛4的宽度方向依次设置，相邻两个排灰管3-1之间设置有一个排渣管3-2。

在一个实施方案中，第一入口烟道5-2的下倾角b为5°，第二入口烟道5-3的下倾角c为10°。

在一个实施方案中，包墙过热器6由侧包墙22过热器、前包墙23过热器和后包墙24过热器围合而成。

在一个实施方案中，多个给料接口1-1沿炉膛4的宽度方向依次均布布置。

在一个实施方案中，空气预热器7采用卧式管结构，上级空气预热器7-1和中级空气预热器7-2的数量均为二组，下级空气预热器7-3的数量均为一组。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的生物质燃料既可以采用农林生物质分散燃料，也可以采用农林生物质成型燃料，成型燃料可压缩为块状或柱状等形状，燃料范围宽；

本实用新型的纯烧生物质环保型循环流化床高温高压蒸汽锅炉通过螺旋给料机对接下倾式纯烧生物质给料接口直接给料，实现顺畅给料且有效密封，防止烟气反窜；

本实用新型的纯烧生物质环保型循环流化床高温高压蒸汽锅炉的给料接口布置在炉膛下部的负压点处，生物质伴随着上下二次风进入炉内，有效防止给料不畅和烟气返窜；

本实用新型的纯烧生物质环保型循环流化床高温高压蒸汽锅炉由于生物质燃料中灰分少，通过生物质给料接口添加物料作循环灰，可对炉膛受热面表面凝结物冲刷，避免积灰和腐蚀；

本实用新型的纯烧生物质环保型循环流化床高温高压蒸汽锅炉的生物质燃料挥发分高，着火点低，适合供风比例和分级供风，更适应生物质流化床锅炉炉膛上部燃烧份额大的特点，同时通过合理分配一、二次风比例为5:5并可调节，适应生物质水分波动大的特性；

本实用新型充分考虑生物质燃料多样性和锅炉负荷变化等因素，炉膛内布置足够的受热面进行换热，通过提高炉膛高度，延长燃料在炉膛内停留和燃烧时间；同时炉膛上部布置水冷屏、中温屏过热器和高温屏过热器等大量受热面，降低炉膛出口温度，炉膛出口温度维持在800℃左右，可有效防止结焦并保证充分燃烧，增加了锅炉的可靠性；

本实用新型的纯烧生物质环保型循环流化床高温高压蒸汽锅炉的炉膛内选取了较大的过量空气系数约1.4，实现炉膛下部强化燃烧，保证了燃烧温度，从而提高了燃烧效率，燃烧效率提高了30％以上；

本实用新型的纯烧生物质环保型循环流化床高温高压蒸汽锅炉构建了无梯度的分级送风、缺氧燃烧的还原场区域，实现了基于床质量提高的氧化还原气氛重整，从而深度抑制了nox的原始生成，大大减轻的污染排放，污染排放减轻20％以上。

附图说明

图1是本实用新型的纯烧生物质环保型循环流化床高温高压蒸汽锅炉的主剖视图；

图2是本实用新型的纯烧生物质环保型循环流化床高温高压蒸汽锅炉的剖视图(左半为图1的a-a左剖视图，右半为图1的b-b右半剖视图)；

图3是本实用新型的纯烧生物质环保型循环流化床高温高压蒸汽锅炉的俯视图(上半为图1的c-c剖视图，下半为图1的d-d剖视图)；

图4是本实用新型的纯烧生物质环保型循环流化床高温高压蒸汽锅炉的俯视图(上半为图1的e-e剖视图，下半为图1的f-f剖视图)；

图5是本实用新型具体实施方式一中炉膛4的结构示意图；

图6是本实用新型具体实施方式一中炉膛4的俯视剖视图(上半为图5的g-g剖视图，下半为图5的j-j剖视图)；

图7是本实用新型具体实施方式一中炉膛4的h-h俯视剖视图；

图8是本实用新型具体实施方式一中分离返料系统5的主剖视图；

图9是图8的i部放大图；

图10是图8的ii部放大图；

图11是本实用新型具体实施方式一中包墙过热器6的主剖视图；

图12是本实用新型具体实施方式一中空气预热器7主视图。

图中：1为纯烧生物质给料系统、2为点火装置、3为排灰渣装置、4为炉膛、5为分离返料系统、6为包墙过热器、7为空气预热器、8为环保接口、9为给水集箱、10为省煤器、11为给水分配管、12为锅筒、13为集中下降管、14为水冷屏下降管、15为水冷屏、16为水冷屏引出管、20为水冷导汽管、21为蒸汽引出管、22为侧包墙、23为前包墙、24为后包墙、25为低温过热器、26为一级喷水减温器、27为中温过热器、28为二级喷水减温器、29为中温屏过热器、30为三级喷水减温器、31为高温屏过热器和32为集汽集箱。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1～11所示，本实施方式的纯烧生物质环保型循环流化床高温高压蒸汽锅炉包括纯烧生物质给料系统1、点火装置2、排灰渣装置3、炉膛4、分离返料系统5、包墙过热器6、空气预热器7、环保接口8、给水集箱9、省煤器10、给水分配管11、锅筒12、集中下降管13、水冷屏下降管14、水冷屏15、水冷屏引出管16、水冷导汽管20、蒸汽引出管21、侧包墙22、前包墙23、后包墙24、低温过热器25、一级喷水减温器26、中温过热器27、二级喷水减温器28、中温屏过热器29、三级喷水减温器30、高温屏过热器31和集汽集箱32；

点火装置2位于炉膛4的底部的后侧，点火装置2为天然气点火装置；

排灰渣装置3包括排灰管3-1和排渣管3-2，排灰管3-1和排渣管3-2均设置在炉膛4的底端且与炉膛4相互连通设置；

炉膛4内设置有前水冷壁、侧水冷壁和后水冷壁；炉膛4上部由上至下依次布置有水冷屏15、中温屏过热器29和高温屏过热器31；

包墙过热器6包括侧包墙22过热器、前包墙过热器23和后包墙过热器24，包墙过热器6上部由上至下布置有中温过热器27和低温过热器25；

环保接口8包括脱硝接口8-1和脱硫接口8-2，脱硝接口8-1布置在分离器5-1的第一入口烟道5-2上，脱硫接口8-2布置在返料器5-6的返料腿5-7上；

本实用新型的生物质燃料如采用农林生物质分散燃料，生物质燃料长度控制在100mm以内；如采用农林生物质成型燃料，成型燃料可压缩为块状或柱状等形状，长度控制在50mm以内；

二次风分为下级二次风1-2、上级二次风1-3两级布置，设置较大的二次风比例，适应炉膛上部燃烧份额大的特点；可以通过选取较大的过量空气系数，实现强化燃烧，防止因燃烧温度低而降低燃烧效率；

风量与生物质燃料调节燃烧时采用交叉限制，当锅炉增负荷时，先加风再加燃料；当减负荷时，先减燃料后减风，这样可以避免锅炉负荷变化时炉膛内出现富燃料工况，可使炉膛内不出现还原性气氛，能有效防止床料层结焦；

采用清洁的天然气点火，比较传统油点火，具有优越的环保性能，避免传统柴油点火燃烧不完全对受热面造成油沾污和产生黑油烟污染环境；

采用天然气点火，锅炉启动时布袋除尘器无需解列，避免了油点火对布袋沾污和堵塞，保证了点火初期尘排放满足要求；

排灰渣装置3通过各自开关适当增大或减小排量来调整床压，可达到调节床温和调控返料量的作用。

本实用新型充分考虑生物质燃料多样性和锅炉负荷变化等因素，炉膛内布置足够的受热面进行换热，通过提高炉膛高度，延长燃料在炉膛内停留、燃烧时间；炉膛上部布置水冷屏15、中温屏过热器29、高温屏过热器31等大量受热面，降低炉膛出口温度，维持在800℃左右，可有效防止结焦并保证充分燃烧；

高温屏过热器采用耐腐蚀性和高温塑性的tp347h材质，高温屏过热器布置在炉膛内，由于循环物料的贴壁回流作用，过热器表面不会积灰结渣，有效防止了灰下高温腐蚀的同时保证高温屏过热器不变形；

转向室5-5采用分体独立设计，减轻转向室水平段积灰后导致的塌灰现象发生，避免影响返料器顺畅返料及过热器管积灰搭桥传热不良；

由于分离器5-1分离效率提高，热效率升高，飞灰量减少，生物质燃料中未燃烧的灰颗粒带不到尾部烟道，尾部烟道内受热面积灰将大大减轻；

由于分离器效率提高，使从分离器出来的烟气中灰的粒度减小，对尾部烟道内受热面磨损大大减轻；

高分离效率的分离器决定了分离器内灰浓度较大，含碳量较低；分离器内处于缺氧状态、返料器处于快速返料状态，分离返料系统不会发生结焦堵塞；

采用包墙过热器6结构，有效增加受热面，且有较好的密封和绝热效果，减少散热和漏风，提高锅炉效率；

将低温过热器25、中温过热器27布置在包墙过热器6内，可节约布置空间，同时方便其吊装和连接；

省煤器管采用顺列布置，方便吹灰和清灰，同时控制管间节距，在确保不发生磨损的情况下，增强自清灰能力；

空气预热器采用卧式管结构，防止管内积灰和堵塞，上级空气预热器材质为碳钢管，中级、下级空气预热器材质为搪瓷管，避免低温腐蚀；

预留脱硝方式采用sncr方式，还原剂为氨水或尿素，不需要催化剂，降低脱硝成本；

预留脱硫方式采用炉内喷石灰石干法脱硫，避免炉外湿法脱硫对环境二次污染。

具体实施方式二：如图1、图5和图7所示，本实施方式给料接口1-1的横截面呈矩形，给料接口1-1的横截面尺寸为800x800mm，给料接口1-1呈下倾设置，给料接口的下倾角a为10～15°，零压点设置在给料接口1-1与下级二次风1-2之间。

如此设计，方便进料并避免堆积；零压点在生物质进料口1-1与下级二次风1-2之间，实现生物质负压给料，负压有利于较轻的生物质进料，因为生物质的密度较小，正压给料容易造成外喷而污染环境。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：如图1、图5和图7所示，本实施方式排灰管3-1的数量为三个，排灰管3-1的直径为φ273mm，排渣管3-2的数量为两个，排渣管3-2的直径为φ325mm。

如此设计，排灰管5-1采用φ273mm直径管子排出生物质燃烧后的细灰，采用小量多排的方式，避免局部灰结焦形成渣块；排渣管5-2采用φ325mm直径管子，大管径能顺利排出小渣块及随生物质进入炉膛的未燃的杂质和杂物，可防止堵渣，有效避免由于排渣不畅导致的事故停炉。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：如图1和图7所示，本实施方式排灰管3-1沿炉膛4的宽度方向依次设置，相邻两个排灰管3-1之间设置有一个排渣管3-2。

如此设计，排灰渣装置3通过各自开关可以适当增大或减小排量来调整床压，可达到调节床温和调控返料量的作用。其它组成及连接关系与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：如图8和图9所示，本实施方式第一入口烟道5-2的下倾角b为5°，第二入口烟道5-3的下倾角c为10°。

如此设计，通过采用烟道双下倾的长加速度段设计，提高了分离器效率，保证100um以上颗粒能够全部被分离，进行炉内多次循环，确保炉膛内较高的灰浓度，保证生物质燃料的充分燃烧；分离器入口烟道采用双下倾设计，避免烟道底部产生水平段，有效防止入口烟道底部积灰后的塌灰现象发生，避免了塌灰后对锅炉燃烧产生波动。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或四相同。

具体实施方式六：如图1和图11所示，本实施方式包墙过热器6由侧包墙22过热器、前包墙23过热器和后包墙24过热器围合而成。

如此设计，采用包墙过热器6结构，有效增加受热面，且有较好的密封和绝热效果，减少散热和漏风，提高锅炉效率。其它组成及连接关系与具体实施方式五相同。

具体实施方式七：如图1和图7所示，本实施方式多个给料接口1-1沿炉膛4的宽度方向依次均布布置。

如此设计，给料均匀，便于实现风量与生物质燃料调节燃烧时交叉限制，当锅炉增负荷时，先加风再加均匀燃料；当减负荷时，先均匀减燃料后减风，这样可以避免锅炉负荷变化时炉膛内出现富燃料工况，可使炉膛内不出现还原性气氛，能有效防止床料层结焦。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、四或六相同。

具体实施方式八：如图1、图2和图12所示，本实施方式空气预热器7采用卧式管结构，上级空气预热器7-1和中级空气预热器7-2的数量均为二组，下级空气预热器7-3的数量为一组。如此设计，空气预热器采用卧式管结构，防止管内积灰和堵塞，上级空气预热器材质为碳钢管，中级、下级空气预热器材质为搪瓷管，避免低温腐蚀，一组下级空气预热器便于腐蚀后的更换。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。

工作过程：

生物质分散燃料和成型燃料通过纯烧生物质给料系统1中的给料接口1-1进入炉膛4内，在下级二次风1-2和上级二次风1-3风负压作用下进入炉膛4内下部，经天然气点火装置4点燃并燃烧，燃烧后的生物质细灰和小渣块通过炉膛4底部的排灰渣装置3排出，细灰通过排灰管3-1排出、不能通过排灰管3-1的渣块通过排渣管3-2排出；烟尘经炉膛4上部出口进入分离返料系统5，烟尘经分离器5-1高效分离，大粒尘进入返料器5-6，返回炉膛4下部继续燃烧，烟气与小粒尘经由分离器5-1上部出口中心筒5-4进入转向室5-5，经转向室5-5进入包墙受热面，经包墙过热器6、中温过热器27、低温过热器25换热后，进入尾部受热面，经省煤器10、空气预热器7，换热后通过出口烟道7-4排出；

一次热风通过点火装置2进入炉膛4底部，点燃经给料接口1-1给入的生物质；二次热风通过下级二次风1-2和上级二次风1-3进入炉膛4下部，实现分级燃烧，对生物质燃烧进行助燃，使生物质燃尽；

生物质在炉膛4中部连续燃烧，与炉膛4内炉膛受热面、水冷屏15、中温屏过热器29、高温屏过热器31等水汽受热面换热，燃烧产生的烟尘从炉膛4上部后侧出口排出，进入分离返料系统5内，烟尘在分离器5-1内分离，大粒尘被分离后经返料器5-6、返料腿5-7，返入炉膛4下部，在炉膛4内继续燃烧；烟气携带小粒尘的烟尘经中心筒5-4，进入转向室5-5后进入包墙受热面，与包墙过热器6内受热面换热，依次流经侧包墙22过热器、前包墙23过热器和后包墙24过热器、中温过热器27、低温过热器25换热，再进入尾部受热面，与省煤器10换热，换热后进入空气预热器7，经上级空气预热器7-1、中级空气预热器7-2、下级空气预热器7-3换热，烟尘最终经出口烟道7-4排出；

一、二次冷风经空气预热器7换热，被加热的一次热风通过点火装置2进入炉膛4底部燃烧生物质；被加热的二次热风通过下级二次风1-2和上级二次风1-3进入炉膛4下部，对生物质助燃、强化和分级燃烧。

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