适应高粘性烟气的循环流化床锅炉的制作方法

本发明涉及一种循环流化床锅炉，特别涉及一种以碱金属含量超高且灰分较低煤为燃料的循环流化床锅炉及其流态重构方法。

背景技术：

火力发电厂循环流化床锅炉是以煤为燃料，燃煤的特性直接影响着锅炉的正常运行，现有的循环流化床锅炉的流态构筑是基于常规的火力发电厂所使用的燃煤；尽管各种燃煤的特性略有不同，但现有设备基本能适应其要求；炉中的燃煤火焰温度一般在950℃，甚至1000℃以上，燃煤所产生的灰粒构筑成循环流化的物料。

准东煤田是我国储量巨大的超级煤田之一，储煤量高达3900亿吨，约占全国储煤量的7%-8%，按我国现有开采能力计算，准东煤田可开采100年；准东煤田煤层浅，易于开采，但准东煤具有特殊的燃烧特性，该特殊的燃烧特性严重制约了该煤在工业领域的应用；准东煤属于灰分较低，na、k等碱金属含量超高的燃煤，燃烧后其灰中的na含量高达5%，而其他碱土金属含量成分也很高，cao的含量更是高达20%，准东煤中碱金属化合物熔点通常都是在800℃以下，复合型碱金属硫酸盐的熔点在890℃-1210℃之间，这就意味着：在常规燃煤流化床锅炉中，若使用准东煤作燃料，几乎所有的na、k、ca等化合物均会出现升华或熔融的现象；熔融的碱金属会增加烟气中灰尘的粘结性，大量升华的碱金属会进入到烟气当中，或直接粘结在锅炉受热面上，或随着烟气温度降低后凝华而与飞灰结合形成附着物，导致炉膛、水平烟道及尾部受热面形成严重的积灰结渣，影响锅炉的正常传热，运行时间较长后，会在炉内形成高温灰的沉积结块，结块脱落后，会引发较大的安全事故。

循环流化床锅炉若采用准东煤作为燃料，须要对现有锅炉循环流化的流态进行重构；准东煤燃烧后的灰粒物料的循环流化，需要满足锅炉的传热要求，这就需要克服准东煤燃烧后所产生灰分少和锅炉总的床存量偏少和床料质量不高的缺陷；特别是如何最大程度地避免准东煤在燃烧时所含的碱金属的升华或熔融现象发生，成为流态重构时所考虑的最主要的因素；在现有的循环流化床锅炉的流态构筑中，分离器分离效率偏低，锅炉循环倍率不足，主循环回路不具备足够浓度的物料，炉内流态相对较差，易使准东煤在燃烧时出现碱金属升华及熔融现象发生。一次风设计的比例较大，二次风设计的比例又较小，对于低灰分煤的燃烧，这种设计是不利于炉膛下部还原性气氛构建的，破坏了锅炉低氮燃烧的环境，较大量的一次风也促进了粗颗粒物料的扬析，加剧了炉膛受热面的磨损，而二次风比例较小，又使低灰分烟气流速偏低，存在刚度不足的问题，不利于低灰分煤的燃尽。

技术实现要素：

本发明提供了一种适应高粘性烟气的循环流化床锅炉及流态重构方法，解决了循环流化床锅炉使用碱金属含量超高的煤作为燃料时需要进行流态重构的技术问题。

本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：

本发明的总体构思是：控制入炉总风量，保持炉膛出口过量空气系数不超1.2，控制流化床燃烧室的燃烧温度，使其保持在870℃以下，调节一、二次风的比例，使一次风的比例不超过50%，确保一、二次风速大于或等于80米/每秒钟，为燃料创造低温和低氮的燃烧条件，降低氮氧化物的原始生成；在炉膛前墙和后墙上，单层布置二次热风支管，使风具有足够的刚度来穿透物料层，到达火焰中心，为燃料燃烧补充足够的氧气，确保燃煤充分燃烧，降低飞灰含碳量；将二次风入炉点设置在距布风板3米左右的高度处，利于构建炉膛下部还原性气氛，控制氮氧化物的生成；根据燃煤的碱金属含量超高和燃烧后灰分少的特点，重新设计绝热旋风分离器的结构，加大分离器上部筒体的直径，并使分离器下部锥体的锥体倾角设置在72°-76°之间，分离器入口处加速段的高度尺寸控制在3.5米-4米之间，将分离器上部的中心出口筒偏置并加长，以减少流化灰粒的损失，通过上述手段，来确保提高分离器的分离效率，使灰粒分离效率达到99.9%以上，使循环倍率大于25，使绝大多数物料被捕捉回炉膛，反复参与循环，重新构建炉内流态，确保锅炉主循环回路内具有足够浓度的物料，达到一方面可冲淡燃料中碱金属的浓度，另一方面能充分发挥物料的自清洁作用，起到对受热面管壁出现的熔融凝结物进行反复冲刷的作用，有效防止炉膛内膜式水冷壁及屏式过热器的积渣与结焦，从而避免其腐蚀。

一种适应高粘性烟气的循环流化床锅炉，包括一次风室、布风板和风帽、炉前给煤装置、二次热风支管、流化床燃烧室、炉膛、水冷屏、集中下降管、锅筒、中心筒、尾部竖井烟道、高温旋风分离器、省煤器、空气预热器、低能耗自平衡回料阀、点火装置和落渣管，在炉膛中设置有过热屏，在尾部竖井烟道的上部设置有对流蒸发管束，对流蒸发管束是采用纵向顺列管束布置形式的，对流蒸发管束通过导水管与锅筒连通在一起，锅筒通过另一导水管与过热屏8连通在一起，在炉膛的一侧单个设置有一个高温旋风分离器，高温旋风分离器上部筒体的直径为5-7米，高温旋风分离器中部锥体的倾角为72°-76°，高温旋风分离器入口处加速段的高度为3.5-4米，高温旋风分离器上部的中心筒的中心轴线设置在高温旋风分离器的中心轴线的左侧；炉膛的长宽比为1:2，炉膛下部流化床的收缩比值为0.45-0.5。

二次热风支管的入炉点设置在布风板和风帽上方3米高度处，一次风的比例不超过50%，一、二次风的风速大于或等于80米/每秒钟；高温旋风分离器入口处物料的流速为28-30米/每秒钟，流化床燃烧室的燃烧温度为870℃。

在尾部竖井烟道上布置有蒸汽吹灰平台，省煤器和空气预热器均是采用卧管顺列布置形式进行布置的。

一种适应高粘性烟气的循环流化床锅炉的流态重构方法，其特征在于以下步骤：

将流化床燃烧室的燃烧温度控制在870℃；炉膛内的烟气上升速度控制在4.5-5米/每秒钟；

调整一、二次风的比例，使一次风的比例不超过50%，一、二次风的风速要大于或等于80米/每秒钟；

使高温旋风分离器入口处物料的流速为28-30米/每秒钟；

使灰粒分离效率达到99.9%以上，使循环倍率大于25。

本发明锅炉中的一次风是由一次风机给入的，一次风通过空气预热器加热后，经热风道进入一次风室，通过布风板进入流化床燃烧室，使炉内物料充分流化，并提供一部分燃烧用氧；二次风通过空气预热器加热后，经二次热风支管进入炉膛，补足剩余燃烧用氧；燃煤燃烧后的热烟气携带固体颗粒从炉膛经分离器入口加速直段，高速进入高温旋风分离器中，相对较粗的颗粒被捕捉下来，并返回流化床燃烧室，含细微颗粒的热烟气，经中心筒进入尾部竖井烟道中，然后，分别经对流蒸发管束、省煤器、空气预热器冷却，烟温降低至140℃以下后，排出锅炉，再经过除尘器、脱硫塔等设备，最后由引风机抽送入烟囱，排入大气。

本发明的汽水流程为：锅炉回水依次进入低温、高温省煤器，被加热至饱和温度，然后进入锅筒，饱和水经炉膛膜式水冷壁、水冷屏及对流蒸发管束后，形成饱和蒸汽返回锅筒，经汽水分离，饱和蒸汽进入过热屏，加热至一定温度后，再经喷水减温至所需温度后，成为合格的过热蒸汽，经过热蒸汽出口管道送出。

本发明的炉膛燃烧温度控制在870℃左右，烟气经过对流蒸发管束以后，温度迅速降低至600℃以下，防止上级省煤器卧管出现结渣、粘结、积灰和腐蚀现象；炉内流态经过重新构建，粗颗粒比例降低，对流蒸发管束、省煤器及空气预热器入口烟气流速超过15米/每秒钟，平均烟气流速超过12米/每秒钟，以减小设备的磨损；尾部竖井烟道内受热面均采用大节距顺列布置，根据准东煤燃烧后高温段易出现结渣、积灰的特性，高、低温省煤器及空气预热器管排间距，随烟气温度降低而略微缩小，可提高竖井烟道高度方向的空间利用率，降低锅炉整体钢耗量；高温省煤器管排横向及纵向净距离均大于或等于58毫米；低温省煤器管排横向及纵向净距离大于或等于48毫米；空气预热器管排横向和纵向净距离大于或等于30毫米，也可有效防止积灰搭桥，并且利于停炉清灰。

本发明针对碱金属含量超高并且灰分较低的煤作为循环流化床燃料，对高温旋风分离器的结构进行了改造，大大提高了分离器的灰分分离效率；通过调整一、二次风的比例，调控炉内物料流速，使物料的循环倍率达到25，使循环物料对炉壁和受热面起到冲刷的作用；同时，流化床燃烧室的燃烧温度控制在870℃，减少煤中的超高的碱金属的升华或熔融的现象发生；本发明的尾部竖井烟道不设置过热器，仅设置对流蒸发管束、省煤器和空气预热器，过热器以屏式结构吊挂与炉膛之中。烟气经过蒸发管束后可降低至600℃以下，从而保护最上级省煤器不出现结焦、积渣等现象；省煤器和空气预热器均采用卧管顺列布置形式，各级受热面节距选取也相对较大，运行中配合高效蒸汽吹灰器，可有效减轻积灰黏结，避免积灰搭桥，提高锅炉运行效率，减轻停炉后清理的劳动强度。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明在俯视方向上的结构示意图；

图3是本发明的水流向和蒸汽流向示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种适应高粘性烟气的循环流化床锅炉，包括一次风室1、布风板和风帽2、炉前给煤装置3、二次热风支管4、流化床燃烧室5、炉膛6、水冷屏7、集中下降管9、锅筒10、中心筒11、尾部竖井烟道13、高温旋风分离器14、省煤器16、空气预热器17、低能耗自平衡回料阀18、点火装置19和落渣管20，在炉膛6中设置有过热屏8，在尾部竖井烟道13的上部设置有对流蒸发管束12，对流蒸发管束12是采用纵向顺列管束布置形式的，对流蒸发管束12通过导水管与锅筒10连通在一起，锅筒10通过另一导水管与过热屏8连通在一起，在炉膛6的一侧单个设置有一个高温旋风分离器14，高温旋风分离器14上部筒体的直径为5-7米，高温旋风分离器14中部锥体的倾角为72°-76°，高温旋风分离器14入口处加速段的长度为3.5-4米，高温旋风分离器14上部的中心筒11的中心轴线设置在高温旋风分离器14的中心轴线的左侧；炉膛6的长宽比为1:2，炉膛下部流化床的收缩比值为0.45-0.5；炉前密相区布置三个炉前给煤装置3，分别配置输煤风和播煤风，防止密相区正压回火反窜；炉膛下部让管角度≥11°，利用让管技术有效防止磨损；炉膛底部布置布风板和设置钟罩式风帽，从布风板到让管处敷设卫燃带，避免大颗粒燃料对受热面造成磨损；炉膛内烟气上升速度控制在4.5-5米/每秒钟，确保燃料颗粒在炉膛内有足够的停留时间来确保燃尽，又能避免出现塌床和塌灰等问题出现。

二次热风支管4的入炉点设置在布风板和风帽2上方3米高度处，一次风的比例不超过50%，一、二次风的风速大于或等于80米/每秒钟；高温旋风分离器14入口处物料的流速为28-30米/每秒钟，流化床燃烧室5的燃烧温度为870℃；炉膛燃烧温度控制在870℃左右；烟气经过对流蒸发管束12以后，温度迅速降低至600℃以下，防止最上级省煤器16卧管出现结渣、粘结、积灰和腐蚀。

在尾部竖井烟道13上布置有蒸汽吹灰平台15，省煤器16和空气预热器17均是采用卧管顺列布置形式进行布置的；尾部竖井烟道13内受热面均采用大节距顺列布置，根据准东煤燃烧后高温段易出现结渣、积灰的特性，省煤器16及空气预热器17管排间距，随烟气温度降低而要略微缩小，可提高尾部竖井烟道13高度方向的空间利用率，降低锅炉整体钢耗量；高温省煤器的管排横向、纵向净距离≥58毫米；低温省煤器的管排横向、纵向净距离≥48毫米；空气预热器17管排的横向、纵向净距离≥30毫米，也可有效防止积灰搭桥，并且利于停炉清灰。

一种适应高粘性烟气的循环流化床锅炉的流态重构方法，其特征在于以下步骤：

将流化床燃烧室5的燃烧温度控制在870℃；炉膛6内的烟气上升速度控制在4.5-5米/每秒钟；

调整一、二次风的比例，使一次风的比例不超过50%，一、二次风的风速要大于或等于80米/每秒钟；

使高温旋风分离器14入口处物料的流速为28-30米/每秒钟；

使灰粒分离效率达到99.9%以上，使循环倍率大于25；

本发明的高温绝热旋风分离器14采用单筒布置的形式，分离器入口加速直段23的长度≥3米，入口烟气流速≥30米/每秒钟，高温旋风分离器14可将绝大多数物料颗粒捕捉下来，经高流率、低阻力的低能耗自平衡回料阀18返回流化床燃烧室5，参与多次反应，分离效率＞99.9%，d99≤100μm，d50≤15μm，循环倍率大于25，可进一步提高炉内循环物料品质，利于流态重构的实现。

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