以兰炭或天然气为燃料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，特别涉及一种以兰炭为燃料或切换成以天然气为燃料的循环流化床锅炉及其工作方法。

背景技术：

随着环保要求的提高，对烟气排放污染的治理强度也日益提高；火力发电厂循环流化床锅炉是以煤炭为燃料；对于火力发电厂循环流化床锅炉所使用的煤炭，一般是先将煤炭破碎成10毫米以下的颗粒，再用车辆运输至发电厂的使用地点，煤中含的多种物质，将煤作为燃料，直接送入循环流化床锅炉中进行燃烧，会造成煤中许多化工原料的损失；同时，随着煤炭的燃烧，氮氧化物、硫化物和挥发性粉尘被排入到大气中，会造成大气的污染，尽管发电厂投入大量的治理设备，取得了一定的治理效果，但这毕竟是治标不治本的事情。

燃煤的循环流化床锅炉主要是由炉膛、旋风分离器、尾部竖井烟道中的受热面组成，这种结构的锅炉，一般在炉膛的后部连接有一个旋风分离器，旋风分离器为圆柱状筒体，在圆柱状筒体的底端连接有锥形过渡体，在锥形过渡体的底端出料口上连接有沿上下方向垂直设置的返料管，在返料管的底端连通有返料箱，返料箱的另一端与回料管相连，回料管的另一端与炉膛的底部连通；循环流化床锅炉的工作是基于燃料的循环流态化过程，即，加入到炉膛中的燃煤燃烧部分后变成高温灰粒，高温灰粒进入到旋风分离器中，高温灰粒在旋风分离器以螺旋路径旋风式沿圆柱状筒体内腔运动，粒度较大的高温灰粒被分离下来，经过锥形过渡体内腔收集，沿返料管内腔下落到返料箱后，继续沿回料管下落进入到锅炉炉膛中，未被分离下来的粒度较小的灰粒与烟气一起由圆柱状筒体内腔中部上升进入到尾部竖井烟道对受热面进行加热，即旋风分离器对粒度不同的灰粒进行了分离；从旋风分离器返回的被分离出的一定粒度的高温循环灰粒由回料管进入到炉膛后，与炉膛中的一、二次热风及燃煤进行混合后，处于悬浮流化状态，悬浮流化状态的混合物在炉膛中上升，同时进行燃烧，燃烧后产生新的灰粒，这些灰粒再次进入到旋风分离器中，再次被旋风分离器进行分离，如此循环往复，由于燃煤中含有灰分，燃煤后所产生的灰粒构成循环流态化的载体。

兰炭是煤的深加工产品，煤在600℃左右温度条件下，通过低温干馏工艺，制备得到兰炭；在兰炭的制备过程中，能提取出煤焦油、焦炉煤气等副产品，极大地提高了煤炭的综合利用价值；兰炭具有固定炭含量高、比电阻高、化学活性高、含灰份低、含铝低、含硫低、含磷低和挥发灰份低的特点，兰炭作为燃料具备低氮氧化物、低二氧化硫、低尘排放的显著优势；若用兰炭取代煤炭作为循环流化床锅炉的燃料，会大大降低烟气中的污染物，但现有的循环流化床锅炉均是以煤炭为燃料进行设计的，炉膛中循环流态化的载体主要是基于燃煤后所产生的灰粒，若将循环流化床锅炉的燃料由煤炭变更成兰炭，由于兰炭中灰分大大降低，兰炭燃烧后所产生的少量灰粒不足以形成循环流态化的载体，需要对炉膛中燃料的循环流态进行重新构建；另外，特别是现有的循环流化床锅炉的炉膛布置，以及受热面的布置，已无法满足兰炭燃料的要求，需要对各部分受热面的布置进行重新设计优化，并且对送风系统和高温绝热旋风分离器也需要进行重新设定，以满足发电锅炉的节能高效要求。

天然气属清洁燃料，与兰炭热值相差相对较小，天然气锅炉具有排放污染物较低的特点，能很好地符合国家污染物的排放标准，但天然气成本较高，天然气锅炉由于运营成本较高，在市场上推广使用受限，若设计一个即可单独使用兰炭，又可单独使用天然气的循环床锅炉，成为市场近几年来的一种需求趋势。

技术实现要素：

本发明提供了一种以兰炭或天然气为燃料的循环流化床锅炉及其工作方法，解决了现有的循环流化床锅炉不能同时适应以兰炭为燃料或以天然气为燃料的技术问题。

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：根据兰炭的发热值和天然气的发热值设计出同时能适应两种燃料的锅炉受热面，在流化床燃烧室上，同时布置天然气燃烧器和适应兰炭燃料的兰炭进料管及惰性物料给料管；当以兰炭为燃料时，通过锅炉上的惰性物料给料管，将粒径小于3毫米的石英石投入到流化床燃烧室中，锅炉点火后，将炉内投入的石英石加热到摄氏600-650度，然后，缓慢投入粒径小于3毫米的兰炭，通过逐渐减少锅炉点火燃油，并逐渐加大兰炭颗粒投入量的方式，使锅炉的床温上升到摄氏910度左右，这时，燃烧的兰炭灰粒和加热燃烧的石英石粒就会在炉膛、旋风分离器和返料器之间形成循环流态化的载体流，随后，调整通过惰性物料给料管投入的石英石粒径及其投入量，调整通过兰炭进料管送入到流化床燃烧室中的兰炭量，以及调整一、二次进风量，使循环流态化载体流的稳定，达到循环流化锅炉床温的稳定，实现兰炭燃料的稳定运行及完全燃烧；当以天然气为燃料时，关闭兰炭进料管和惰性物料给料管，清空炉膛中的石英石，天然气燃烧后的烟气经过旋风分离器上部的圆筒直接进入到锅炉尾部烟道中，实现锅炉稳定运行。

一种以兰炭或天然气为燃料的循环流化床锅炉，包括炉膛、流化床燃烧室、水冷风室、高温绝热旋风分离器、返料器和锅炉尾部烟道，在炉膛中设置有屏式受热面，在水冷风室与流化床燃烧室之间设置有布风板，在水冷风室中设置有一次风管，在流化床燃烧室中设置有二次风管，在炉膛与高温绝热旋风分离器之间设置有喉口，在流化床燃烧室的底部设置有排渣管，在流化床燃烧室的前墙上分别设置有兰炭进料管、惰性物料给料管和天然气低氮燃烧器，天然气低氮燃烧器与炉体外的天然气输送管连接在一起，布风板的面积与炉膛的炉体横截面的面积的比等于40：60，一次风管的出风量与二次风管的出风量的比等于40：60，二次风管布置在流化床燃烧室上部的墙四周，二次风管是单层布置的，在布风板上设置有石英石床料，石英石床料是通过惰性物料给料管投入炉中的，石英石床料中的石英石的粒径小于或等于3毫米，在流化床燃烧室投入有兰炭颗粒，兰炭颗粒是通过兰炭进料管投入炉中的，兰炭颗粒的粒径小于或等于3毫米。

在锅炉尾部烟道中分别设置有过热器、省煤器和空气预热器，过热器和省煤器均是采用水平光管布置形式的，空气预热器是采用立式或卧式形式布置的。

炉膛的温度为摄氏910度，喉口处的压力为-100-0帕，流化床燃烧室内的压力为7500帕；石英石床料的厚度为300-400毫米；石英石床料也可用炉灰粒代替。

以兰炭为燃料时的循环流化床锅炉的流态构筑方法，其特征在于以下步骤：

第一步、调整布风板的面积，使布风板的面积与炉膛的炉体横截面的面积的比等于40：60；

第二步、通过惰性物料给料管向炉内投入粒径小于或等于3毫米的石英石，使流化床燃烧室中的石英石床料的厚度为300-400毫米；

第三步、通过燃油点火锅炉，将石英石床料烧热到摄氏600-650度；

第四步、将粒径小于或等于3毫米的兰炭颗粒，通过兰炭进料管向炉内缓慢投入，使锅炉床温继续上升，逐渐减少锅炉点火燃油的供给，加大兰炭颗粒的炉内投入量，直至中断锅炉点火燃油的供给，并使兰炭颗粒的炉内投入量恒定；

第五步、通过过热器处的炉膛烟气含氧量测点测量炉膛烟气含氧量，若炉膛烟气含氧量大于或小于3-4%，则，调整一、二次进风量，直至炉膛烟气含氧量处于3-4%为止；监测炉膛密相区上部压力与喉口处压力，若炉膛密相区上部压力与喉口处压力的压力差不稳定，则通过返料器上的放灰口，或通过炉膛底部放灰口，进行放灰调整，直至炉膛密相区上部压力与喉口处压力的压力差稳定为止；炉膛的床压保持在7500帕，炉膛的床温保持在摄氏910度，炉膛的物料浓度保持在一个较高的浓度。

以天然气为燃料时的循环流化床锅炉的工作方法，分别关闭兰炭进料管和惰性物料给料管，将天然气低氮燃烧器与炉体外的天然气输送管接通，锅炉点火后，调整天然气的供气量，使炉膛的床温保持在摄氏910度。

本发明保证了循环流化床锅炉在使用兰炭燃料时，炉膛内在低床温下实现高效传热，降低了烟气中氮氧化物的原始排放量，在低温燃烧的条件下，通过旋风分离器捕捉未燃尽的颗粒和石英石粒返回炉膛二次燃烧，实现了节能环保生产。同时，通过提高炉膛中二次风的穿透扰动效果，提高锅炉的燃烧效率，降低锅炉机组的兰炭消耗，使燃料流化所需要的动力减小，锅炉一、二次风机的压头降低，风机的电耗下降，从而大大降低锅炉机组的厂用电率；当切换到使用天然气燃料时，也能保证床温保持在摄氏910度，使锅炉各部件稳定安全地运行。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的天然气低氮燃烧器18、兰炭进料管5和惰性物料给料管12的安装结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明：

一种以兰炭或天然气为燃料的循环流化床锅炉，包括炉膛1、流化床燃烧室2、水冷风室15、高温绝热旋风分离器3、返料器4和锅炉尾部烟道13，在炉膛1中设置有屏式受热面10，在水冷风室15与流化床燃烧室2之间设置有布风板6，在水冷风室15中设置有一次风管，在流化床燃烧室2中设置有二次风管7，在炉膛1与高温绝热旋风分离器3之间设置有喉口8，在流化床燃烧室2的底部设置有排渣管17，在流化床燃烧室2的前墙上分别设置有兰炭进料管5、惰性物料给料管12和天然气低氮燃烧器18，天然气低氮燃烧器18与炉体外的天然气输送管19连接在一起，布风板6的面积与炉膛1的炉体横截面的面积的比等于40：60，一次风管的出风量与二次风管7的出风量的比等于40：60，二次风管7布置在流化床燃烧室2上部的墙四周，二次风管7是单层布置的，在布风板6上设置有石英石床料11，石英石床料11是通过惰性物料给料管12投入炉中的，石英石床料11中的石英石的粒径小于或等于3毫米，在流化床燃烧室2投入有兰炭颗粒，兰炭颗粒是通过兰炭进料管5投入炉中的，兰炭颗粒的粒径小于或等于3毫米。

在锅炉尾部烟道13中分别设置有过热器14、省煤器16和空气预热器9，过热器14和省煤器16均是采用水平光管布置形式的，空气预热器9是采用立式或卧式形式布置的。

炉膛1的温度为摄氏910度，喉口8处的压力为-100-0帕，流化床燃烧室2内的压力为7500帕；石英石床料11的厚度为300-400毫米；石英石床料11也可用炉灰粒代替。

以兰炭为燃料时的循环流化床锅炉的流态构筑方法，其特征在于以下步骤：

第一步、调整布风板6的面积，使布风板6的面积与炉膛1的炉体横截面的面积的比等于40：60；

第二步、通过惰性物料给料管12向炉内投入粒径小于或等于3毫米的石英石，使流化床燃烧室2中的石英石床料11的厚度为300-400毫米；

第三步、通过燃油点火锅炉，将石英石床料11烧热到摄氏600-650度；

第四步、将粒径小于或等于3毫米的兰炭颗粒，通过兰炭进料管5向炉内缓慢投入，使锅炉床温继续上升，逐渐减少锅炉点火燃油的供给，加大兰炭颗粒的炉内投入量，直至中断锅炉点火燃油的供给，并使兰炭颗粒的炉内投入量恒定；

第五步、通过过热器14处的炉膛烟气含氧量测点测量炉膛烟气含氧量，若炉膛烟气含氧量大于或小于3-4%，则，调整一、二次进风量，直至炉膛烟气含氧量处于3-4%为止；监测炉膛密相区上部压力与喉口8处压力，若炉膛密相区上部压力与喉口8处压力的压力差不稳定，则通过返料器4上的放灰口，或通过炉膛底部放灰口，进行放灰调整，直至炉膛密相区上部压力与喉口8处压力的压力差稳定为止；炉膛1的床压保持在7500帕，炉膛1的床温保持在摄氏910度，炉膛1的物料浓度保持在一个较高的浓度。

以天然气为燃料时的循环流化床锅炉的工作方法，分别关闭兰炭进料管5和惰性物料给料管12，将天然气低氮燃烧器18与炉体外的天然气输送管19接通，锅炉点火后，调整天然气的供气量，使炉膛1的床温保持在摄氏910度；炉膛内天然气燃烧后所产生的烟气经喉口8进入到高温绝热旋风分离器3中，然后，在负压的作用下进入到锅炉尾部烟道13中，对过热器14、省煤器16和空气预热器9进行加热。

本发明保证了循环流化床使用兰炭燃料时，可以通过向炉内添加少量石灰石，即可实现二氧化硫的排放达到国家环保要求；同时，可保证氮氧化物原始排放处于极低的水平。

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