一种生物质锅炉的炉渣燃尽系统的制作方法

[0001]
本实用新型属于生物质燃料燃烧及环境污染排放技术领域，特别涉及一种生物质锅炉的炉渣燃尽系统。


背景技术：

[0002]
目前，正大力倡导推进可再生能源的利用，生物质发电为生物能源的重点发展方向，各地正大力兴建生物质发电厂。生物质直接燃烧发电是指，以生物质锅炉利用直接燃烧生物质后的热能生产蒸汽，再推动汽轮机系统发电，因其近零排放、惠农等经济社会优势，已发展成为生物质能源最成熟和最具应用化价值前景的方式；其中，生物质炉排锅炉的技术成熟，应用规模大，市场占有率高。
[0003]
目前，生物质发电锅炉的结构通常包含：炉体、过热器、省煤器、烟气冷却器、除尘器和烟筒，炉体侧壁的二次风管和给料机、炉体底部的渣井与排渣设备、灰斗以及灰处理设备。由于生物质锅炉单机容量小、生物质燃料热值低且燃烧后大量产生灰烬或结块，长期使用后常存在如下问题：
[0004]
1)生物质锅炉排渣时，炉渣仍含大量高温的未燃尽成分，且炉渣剩余较多的显热被排渣机所处理吸收而未能合理利用，降低了锅炉热效率；排渣机中大量产生的水蒸气易腐蚀炉体底部，同时增大烟气湿度因此加剧尾部烟道的腐蚀；
[0005]
2)由于生物质的密度较小，相当多未燃尽物易被烟气裹挟而离开炉膛，造成烟道的灰渣量过高，设备磨损严重且运行维修成本增加；
[0006]
3)现有的燃烧生物质锅炉电厂多未设置脱硝装置或使用scr脱硝装置，nox排放较高，而随着电厂氮氧化物排放标准的提高，已很难适应最新标准要求。
[0007]
综上，亟需一种新的用于强化生物质锅炉灰渣燃尽与节能的系统。


技术实现要素：

[0008]
本实用新型的目的在于提供一种生物质锅炉的炉渣燃尽系统，以解决目前生物质锅炉中存在的灰渣量多且分散于炉膛及烟道而不易收集、灰渣余热高而热效率低以及尾部烟道积灰腐蚀的技术问题。本实用新型，通过循环流化和在渣井中保持向上的灰渣冷却风，可使得锅炉灰渣充分燃尽且灰渣显热得到充分利用，能够提高锅炉效率并减少积灰腐蚀。
[0009]
为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0010]
本实用新型的一种生物质锅炉的炉渣燃尽系统，包括：
[0011]
锅炉本体，所述锅炉本体设置有进料口、渣井和排气口；所述锅炉本体内设置有水冷壁和第一过热器；所述锅炉本体为双缩口构型，包括：第一缩口结构和第二缩口结构，第一缩口结构在第二缩口结构的下方；
[0012]
旋风分离器，所述旋风分离器设置有入口、出气口和出渣口；所述旋风分离器的入口与所述锅炉本体的排气口相连通；所述旋风分离器的出渣口通过返料管道与所述锅炉本体的第一缩口结构处相连通；所述返料管道设置有再循环返料风机；所述旋风分离器的出
气口连通有烟气管道，所述烟气管道内沿烟气流动方向依次设置有第二过热器、省煤器和空气预热器；
[0013]
所述空气预热器的进口通过送风管道连通有送风机；所述空气预热器的出口连通有一次风管道和二次风管道；其中，一次风管道的出口处于所述锅炉本体的进料口的下方；二次风管道的出口处于所述第一缩口结构处；
[0014]
灰渣冷却风管道，所述灰渣冷却风管道的进口设置于所述送风管道上，所述灰渣冷却风管道的出口设置于所述锅炉本体的渣井处；
[0015]
脱硝设备，所述脱硝设备的喷枪布置于第二缩口结构处。
[0016]
本实用新型的进一步改进在于，所述再循环返料风机的进气口与省煤器和空气预热器之间的烟气管道相连通；所述返料管道的起始段呈u型，中间部位与再循环返料风机的出风口相连通。
[0017]
本实用新型的进一步改进在于，第二缩口结构的炉膛内截面宽度为所述锅炉本体炉膛内最大宽度的1/2～2/3。
[0018]
本实用新型的进一步改进在于，还包括：生物质燃料给料设备，所述生物质燃料给料设备的出料口与所述锅炉本体的进料口相连通。
[0019]
本实用新型的进一步改进在于，所述烟气管道的出口还设置有除灰设备和尾气处理系统；其中，通过引风机将烟气管道的烟气引入尾气处理系统中。
[0020]
本实用新型的进一步改进在于，所述返料管道的出口在二次风管道的出口的上方；所述返料管道的管道方向与第一缩口结构的上炉膛斜面方向平行。
[0021]
本实用新型的进一步改进在于，灰渣冷却风管道设置有阀门，用于控制灰渣冷却风的风速风量。
[0022]
本实用新型的进一步改进在于，所述锅炉本体的渣井处还设置有排料器；所述排料器设置有旋转叶片，用于磨碎炉渣。
[0023]
本实用新型的进一步改进在于，所述锅炉本体的渣井下方还设置有渣收集传送装置。
[0024]
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
[0025]
本实用新型的生物质锅炉灰渣燃尽系统，通过旋风分离器和再循环返料风机和返料管道，构成灰颗粒再循环模块，可实现炉渣的外循环，能够将离开炉膛的部分未燃尽、含碳量高的飞灰循环送回炉膛燃烧，减小灰渣总量及尾部烟道中的灰渣量，同时增大炉膛内炉渣量，有利于减轻尾部烟道的结焦腐蚀问题，以及提高对灰渣的燃尽及收集处理的效率。本实用新型中，通过灰渣冷却风管，与渣井上方(第一缩口结构)的斜面和二次风位置的炉膛缩口共同构成炉渣显热回收模块，由于对炉内的燃料及由旋风分离器送返的渣料提供了向上的灰渣冷却风，可减少灰渣的沉降，并使粒径极小、含碳量较高的灰渣上升，延长了停留时间，能够充分利用灰渣中的未燃尽碳，强化了灰渣的燃尽；并且灰渣冷却风温度较低，能吸收炉渣显热提高锅炉热效率；且在炉墙二次风所处的缩口附近，向下的返料风和向上的冷却风汇合，发生气流的驻涡，形成了炉渣的内循环，进一步强化着火和混合，具有更优越的经济性，同时进一步减少了锅炉灰渣的总量和灰渣含碳量。本实用新型中，通过设置于燃料进料设备上方、过热器下方位置的炉膛第二缩口，增加了烟气在炉膛上部即受热面区域内的扰动和充分混合，延长了停留时间，有利于进一步减小生物质燃料的未完全燃烧损
失和提供更均匀的温度浓度场。本实用新型中，脱硝设备采用sncr，喷枪布置于炉膛的第二缩口位置。而因为一般炉排锅炉适宜sncr脱硝的温度空间范围较煤粉锅炉窄，最适宜温度为950℃，理想温度在850～1150℃之间，脱硝停留时间为0.5s。故缩口处设置sncr装置，能够提供相对常规设备更均匀的处理剂混合以保证nox 的还原反应充分，从而显著降低锅炉nox的排放。
[0026]
本实用新型中，再循环返料风机的入口与省煤器及空气预热器间的烟道相连，从中抽取的烟气送至返料管起始段与灰渣料进行混合，避免了在返料管内的着火。
[0027]
本实用新型中，锅炉炉膛增加一处变截面缩口于给料设备位置上方、炉膛内过热器下方的位置，且缩口的最小截面宽度介于炉膛整体最大宽度的1/2至2/3，sncr脱硝所用还原剂从该缩口处喷入，强化脱硝还原剂与烟气的混合以及延长炉内的灰渣停留时间，从而提高燃尽率和脱硝效率。
[0028]
本实用新型中，其渣井内有向上的灰渣冷却风，使得炉渣中除极少的细飞灰以外，大部分颗粒能下落但沉降减慢，其上升气流速度不低于12m/s，且冷却风风量不超过总风量的10％，使离开炉排的炉渣显热得到有效利用。其中，渣井的侧面与灰渣冷却风管出口相连；灰渣冷却风管道连通阀门等与送风机出口的旁路相连通，而不经过空气预热器。渣井内保持向上的灰渣冷却风，使炉渣沉降减缓或部分极细灰随气流上升，以落渣显热加热冷却风，且保证了燃料更充分的炉内停留和燃尽。
[0029]
本实用新型中，渣井的下方出口设置渣收集传送装置，出口前设置有旋转叶片的排料器用于磨碎炉渣，使其顺利下落不至于发生堵塞，渣落至收集槽后输送进一步处理。
附图说明
[0030]
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，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。
[0031]
图1是本实用新型实施例的一种生物质锅炉的炉渣燃尽系统的结构示意图；
[0032]
图中，1、一次风管道；2、灰渣冷却风管道；3、渣井；4、炉排；5、生物质燃料给料设备；6、二次风管道；7、锅炉本体；8、脱硝设备；9、水冷壁；10、第一过热器；11、旋风分离器；12、再循环返料风机；13、第二过热器；14、省煤器；15、空气预热器；16、除灰设备；17、送风机；18、引风机；19、尾气处理系统。
具体实施方式
[0033]
为使本实用新型实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例。基于本实用新型公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本实用新型保护的范围。
[0034]
请参阅图1，本实用新型实施例的一种生物质锅炉的炉渣燃尽系统，用于灰渣强化燃尽，以生物质炉排锅炉为例(同样适用于流化床炉)，包括：旋风分离器11、再循环返料风
机12、双缩口构型的锅炉本体7等部件，组成功能优化模块；同时，还包括：送风机17、渣井3及渣处理设备、生物质燃料给料设备5、一次风管道1、二次风管道6、炉排4、第二过热器13、省煤器14、除灰设备16、尾气处理系统19、脱硝设备等通用装置。
[0035]
其中，生物质燃料给料设备5位于锅炉左墙，炉排4的起始端上方，高度位置与二次风管道6相当。一次风管道1、二次风管道6均与空气预热器15出口相连通，空气预热器15的入口与送风机17相连通。渣井3设于炉排4的末端并且底部低于炉膛的底部。水冷壁9布置在炉膛内，多个第一过热器10和第二过热器13分别依次布置于锅炉本体7的炉膛内和烟气管道内；省煤器14设于第二过热器13之后；省煤器14再连接至除灰设备16，由引风机17送至尾气处理系统19排出。
[0036]
本实用新型实施例中，旋风分离器11具有入口、出气口和出渣口，入口与锅炉本体7的炉膛右墙顶部的烟气出口通道相连，出气口与往过热器的烟气通道相连通，出渣口与返料管道及再循环返料风机12相连通。
[0037]
本实用新型实施例中，返料管道起始段呈u型，其中间与再循环返料风机12的出风口相连。
[0038]
优选的，再循环返料风机12的入口与省煤器14及空气预热器15间的烟道相连，从中抽取的烟气送至返料管起始段与灰渣料进行混合，避免了在返料管内的着火；返料管道的末端出口由炉右墙二次风管道6上方连通至炉膛，且管道方向与二次风管道6上方的第一缩口结构的炉膛斜面方向平行。
[0039]
本实用新型实施例中，锅炉炉膛本体型式在现生物质炉的炉膛型式基础上做一定调整改造：在高于锅炉燃料给料设备且低于炉膛内过热器的中间位置再设置如图1所示的第二个缩口。
[0040]
优选的，相对于原炉膛整体高度增加3～4m。
[0041]
优选的，所设第二缩口结构的炉膛内截面宽度介于炉膛内最大宽度的1/2～2/3之间。
[0042]
优选的，脱硝设备8采用sncr(selective non-catalytic reduction，选择性非催化还原)装置，喷枪布置于炉膛的第二缩口结构位置。而因为一般炉排锅炉适宜sncr脱硝的温度空间范围较煤粉锅炉窄，最适宜温度为950℃，理想温度在850～1150℃之间，脱硝停留时间为0.5s。故缩口处设置sncr装置，能够提供相对常规设备更均匀的处理剂混合以保证nox的还原反应充分，从而显著降低锅炉nox的排放。
[0043]
优选的，渣井3的下方出口设置渣收集传送装置，出口前设置有旋转叶片的排料器用于磨碎炉渣，使其顺利下落不至于发生堵塞，渣落至收集槽后输送进一步处理。同时，渣井3的侧面与灰渣冷却风管道2的出口相连；灰渣冷却风管道2连通阀门等与送风机17出口的旁路相连通，而不经过空气预热器15。
[0044]
优选的，冷却风在渣井3中上升的风速应该满足：使除了极少数灰，炉渣均能沉降，则需小于等于1mm粒径炉渣对应的颗粒悬浮，即按密度2700kg/m3、粒径1mm、气流密度1.185kg/m3 和动力粘度1.835*10-5pa
·
s(温度25℃空气)的参数，由于满足不等式(1)的物理条件，对应斯托克斯公式(2)计算得颗粒悬浮速度约为12m/s。故风速应不低于12m/s，且同时风量应不超过总风量的10％。
[0045][0046][0047]
本实用新型实施例的系统的工作原理：
[0048]
生物质炉燃料由给料机送入，随着炉排移动及燃烧，送风机将空气送入空气预热器后经由一次风管道从炉排下方送入锅炉本体的炉膛，由底部多股向上吹至炉排及燃料；炉墙的二次风管道提供上下两股二次风，供燃料燃尽；炉膛内烟气上升至炉膛本体中上部的第二缩口结构后，利用sncr设备对nox进行脱除，烟气流出炉膛后进入旋风分离器，较大颗粒灰渣沉降由旋风分离器的底部流出，与再循环风机抽取的烟气混合流化，避免在返料管内发生着火；流化后的返料风重新送回到炉膛，多次循环以强化燃尽，同时为炉膛内提供了还原性的气氛，有利于抑制炉内nox的生成；另外，送风机出口通过旁路由阀门等连接灰渣冷却风管道，连通至渣井的侧面，由阀门控制灰渣冷却风的风速风量，风速不小于1mm粒径灰渣的悬浮速度即12m/s，减少炉渣的沉降，延长渣井上方的未燃尽燃料的停留时间，并且冷却风吸收利用了其显热提高了锅炉热效率，也减少了灰渣的含碳量而强化燃尽；另外，冷却风带来上升的气流与返料风汇合于炉右墙二次风入口的缩口附近，形成气流驻涡，进一步加强湍流混合增加燃料停留时间，促进燃尽而减少灰渣总量，最终剩余的渣由排料器搅碎落入渣井底部收集传送装置；烟气流经炉膛内的水冷壁和高温过热器(第一过热器)等受热面，从旋风分离器的出气口离开，依次流经第二过热器和省煤器，由除灰设备16对烟气的剩余飞灰进行处理收集。最后烟气通过引风机送至尾气处理系统排向大气。
[0049]
由流体力学原理，射流绕过显著的缩口、钝体时，在下游流场中将形成减速扩压流动区，而尾迹区中由于缩口的阻滞作用，发生边界层分离，形成低压区，在反压力梯度的作用下，尾迹区中形成回流漩涡区，在回流区与主流区之间进行着强烈的动量、热量和质量交换。再循环烟气与sncr的还原剂进行强烈的动量、热量和质量交换，显著提升了混合效果，促使燃烧器内部浓度场、温度场更加均匀，提高了脱硝还原反应的进行程度，并且避免在火焰区出现局部高氧高温区，减少热力型nox生成。
[0050]
优选的，各循环烟气、空气输送、灰渣冷却风管道均设有阀门，便于根据需要调节循环烟气量和风量。
[0051]
在sncr喷枪布置中应考虑生物质燃料本身及锅炉型式的特点，考虑实际运行的数据参数，根据喷枪喷雾角度和射程来确定喷枪的布置位置、数量和间距，寻找温度窗口并选择合适的氨氮比。
[0052]
本实用新型实施例的生物质锅炉灰渣燃尽系统，通过旋风分离器和再循环返料风机和返料管，构成灰颗粒再循环模块，实现了炉渣的外循环，能将离开炉膛的部分未燃尽、含碳量高的飞灰循环送回炉膛燃烧，减小灰渣总量及尾部烟道中的灰渣量，同时增大炉膛内炉渣量，有利于减轻尾部烟道的结焦腐蚀问题，以及提高对灰渣的燃尽及收集处理的效率。通过灰渣冷却风管，与炉膛渣井上方的斜面和二次风位置的炉膛缩口共同构成炉渣显热回收模块，由于对炉内的燃料及由旋风分离器送返的渣料提供了向上的灰渣冷却风，可减少灰渣的沉降，并使粒径极小、含碳量较高的灰渣上升，延长了停留时间，能够充分利用
灰渣中的未燃尽碳，强化了灰渣的燃尽；并且灰渣冷却风温度较低，能吸收炉渣显热提高锅炉热效率；且在炉墙二次风所处的缩口附近，向下的返料风和向上的冷却风汇合，发生气流的驻涡，形成了炉渣的内循环，进一步强化着火和混合，具有更优越的经济性，同时进一步减少了锅炉灰渣的总量和灰渣含碳量。通过设置于燃料进料设备上方、过热器下方位置的炉膛第二缩口，增加了烟气在炉膛上部即受热面区域内的扰动和充分混合，延长了停留时间，有利于进一步减小生物质燃料的未完全燃烧损失和提供更均匀的温度浓度场。而因为一般炉排锅炉适宜sncr脱硝的温度空间范围较煤粉锅炉窄，最适宜温度为950℃，理想温度在850～1150℃之间，脱硝停留时间为0.5s。故缩口处设置sncr装置，能够提供相对常规设备更均匀的处理剂混合以保证nox的还原反应充分，从而显著降低锅炉nox的排放。
[0053]
本实用新型实施例提出了运作上述系统以强化生物质灰渣燃尽并降低nox排放的方法，包括以下步骤：
[0054]
燃料给料设备和一次风管将生物质燃料与一次风送入生物质炉，落下的炉渣通过末端的渣井后被收集输送，而且同时从渣井侧面施加灰渣冷却，保持灰渣冷却风的风速不小于12m/s，风量不大于总风量的10％。能使粒径大于1mm的大部分渣最终能沉降但沉降减慢，极细颗粒能随气流上升，得以利用热渣余热将灰渣冷却风加热，且保证了燃料在炉内更长的停留时间和燃尽率；
[0055]
同时，旋风分离器将烟道中的较大颗粒的灰分离收集，从空预器前的烟道中抽取烟气作为的返料流化风与之混合，而后沿着右炉墙二次风上方的斜面方向送回炉膛，进一步增加渣料的停留时间与燃尽。
[0056]
另外，由于生物质锅炉的适宜的温度空间范围比煤粉炉窄，增设炉膛第二缩口，并运行 sncr脱硝装置，以保证较充分的搅混以及更合适的温度空间条件，从而促进炉内氮氧化物的还原。经过多级过热器和省煤器后，除尘设备再将剩余的灰颗粒除去，由引风机、烟囱等尾气处理设备排向大气。
[0057]
综上所述，针对生物质锅炉的燃料燃尽率较低、灰渣量大且在分散于锅炉炉膛及烟道内、锅炉热效率低和积灰腐蚀较为严重的问题，以及随nox排放标准的愈发严格难以实现锅炉氮氧化物排放达标的问题，本实用新型提供新生物质锅炉灰渣强化燃尽和节能的系统和方法，实现提高锅炉热能利用效率、灰渣回收利用率；本实用新型通过旋风分离和再循环烟气返料实现灰渣在炉膛的外部循环，通过渣井向上的灰渣冷却风以及返料风以及形成炉墙第一处缩口的气流涡旋，实现炉渣燃料的炉膛内部循环，从而增加灰渣燃尽率，缓解烟道结渣问题；并为锅炉内提供还原性气氛，抑制氮氧化物生成；且通过增设炉膛第二缩口，配合sncr设备，有效地实现生物质锅炉的烟气脱硝，所需设备少，改造量小，成本较低，经济性和环保性能优异。
[0058]
以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本实用新型的权利要求保护范围之内。

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