一種抑制汙染物生成的節能型循環流化床鍋爐的製作方法

2023-05-27 06:45:11 2

本實用新型屬於流化床鍋爐結構技術領域，特別是一種抑制汙染物生成的節能型循環流化床鍋爐。

背景技術：

煤炭燃燒排放的SO2和NOX等汙染氣體會對大氣環境和人體健康產生嚴重的危害，為了控制SO2和NOX的排放量，國家制定了嚴格的SO2和NOX排放標準，現已有較多的單獨脫除SO2和NOX的控制技術。

循環流化床鍋爐因其具有高可靠性，高穩定性，高可利用率，優異的環保特性以及廣泛的燃料適應性，特別是對劣質燃料的適應性，使其越來越受到人們的廣泛關注。我國的能源利用結構和能源利用品質的差異，決定了燃煤型循環流化床鍋爐仍然是主要的能源利用方式。而循環流化床鍋爐採用煤粒作為燃料的粗放型燃燒方式，造成循環流化床鍋爐的低氮及高效脫硫等環保特性不能充分發揮出來。特別是隨著環保和排放標準的日益嚴格，對於已經生成的硫化物和氮氧化物等汙染物的脫除設備及運行費用，給用戶造成極大的環保處理壓力。硫化物和氮氧化物的生成，與燃燒方式和鍋爐結構設計密切相關。而現有的循環流化床鍋爐，在控制硫化物和氮氧化物排放指標方面，尚無針對性的鍋爐整體結構設計方法。

技術實現要素：

鑑於此，本實用新型提出一種抑制汙染物生成的節能型循環流化床鍋爐，在鍋爐整體結構設計方面採取針對性措施，克服現有技術的缺點，從源頭上降低循環流化床鍋爐燃燒過程中硫化物和氮氧化物的生成量，使鍋爐原始排放接近超低排放及環保指標的要求，通過鍋爐整體結構設計來實現燃燒過程中硫化物和氮氧化物的低生成和低排放。

為了達到上述目的，本實用新型是通過以下技術方案實現的：

一種抑制汙染物生成的節能型循環流化床鍋爐，包括給煤裝置、燃燒裝置和分離返料裝置，燃燒裝置包括爐膛和布風裝置，布風裝置包括連通的風室和外置風室，外置風室另一端設有一次熱風道，爐膛呈下部收縮的椎體，其收縮部分為爐膛密相區，爐膛密相區下方設有風室，風室與爐膛之間通過布風板分隔開，爐膛上部側壁設有出煙口，並通過出煙口連接分離返料裝置，分離返料裝置有兩個輸出端，一端連接至爐膛密相區，另一端連接尾部煙道，所述給煤裝置設置在爐膛密相區的側壁上，給煤裝置包括密封式給煤機、給煤管及布置在給煤管上的播煤風管和輸煤風管，輸煤風管設置在給煤管的上部，播煤風管設置在給煤管與爐膛密相區的交接處，爐膛密相區側壁、給煤管上方設有二次風噴口。

所述分離返料裝置包括旋風分離器和自平衡返料裝置，旋風分離器的輸入端與爐膛上部的出煙口連接，輸出端有兩個，一端連接尾部煙道，另一端連接到自平衡返料裝置的輸入端，自平衡返料裝置的輸出端連接至爐膛密相區的下部側壁。

所述自平衡返料裝置下方設有返料風室，返料風室外側設有獨立的羅茨風機。

所述布風板上設有一定數量的風帽。

所述爐膛密相區的二次風噴口下部區域的爐壁上設置獨立的脫硫劑噴口。

所述尾部煙道轉角處設有補燃風管，補燃風管採用噴口射流結構。

所述尾部煙道的出口部位通過管道經增壓風機引入到一次熱風道。

本實用新型的有益效果是：

1.本實用新型的爐膛採用等流速設計理念，並據此進行密相區收縮段和布風板設計，以降低磨損，維持爐膛下部的低溫強還原性燃燒，強化脫硫反應，減少硫化物及氮氧化物等汙染物的生成量；

2.本實用新型通過強化爐內的低溫低氧分級燃燒技術，從燃燒源頭降低硫化物和氮氧化物的生成量，使燃燒生成的硫化物和氮氧化物排放明顯降低，特別是氮氧化物的排放可控制在100mg/Nm3以下，用戶只需要配投資和運行費用較低的SNCR脫硝裝置，就能達到國家超低排放≤50mg/Nm3排放標準要求。通過添加脫硫劑實行爐內脫硫，其脫硫效率高達90%以上，明顯的降低了硫化物的排放量。

附圖說明：

圖1為本實用新型總體結構示意圖；

具體實施方式：

依照以下的附圖詳細說明關於本實用新型的示例性實施例。

圖中序號所代表的含義為：1-爐膛，2-二次風噴口，3-密封式給煤機，4-給煤管，5-輸煤風管，6-脫硫劑噴口，7-播煤風管，8-爐膛密相區，9-風帽，10-布風板，11-風室，12-外置風室，13-一次熱風道，14-閥門，15-增壓風機，16-返料風室，17-羅茨風機，18-尾部煙道出口，19-自平衡返料裝置，20-旋風分離器，21-最上一級高溫受熱面，22-尾部煙道，23-補燃風管，24-溫度或壓力測點。

以下結合具體情況說明本實用新型的示例性實施例：

如圖1的一種抑制汙染物生成的節能型循環流化床鍋爐，包括給煤裝置、燃燒裝置和分離返料裝置，燃燒裝置包括爐膛1和布風裝置，布風裝置包括連通的風室11和外置風室12，外置風室12另一端設有一次熱風道13，爐膛1呈下部收縮的椎體，其收縮部分為爐膛密相區8，爐膛密相區8下方設有風室11，風室11與爐膛1之間通過布風板10分隔開，爐膛1上部側壁設有出煙口，並通過出煙口連接分離返料裝置，分離返料裝置有兩個輸出端，一端連接至爐膛密相區8，另一端連接尾部煙道22，所述給煤裝置設置在爐膛密相區8的側壁上，給煤裝置包括密封式給煤機3、給煤管4及布置在給煤管上的播煤風管7和輸煤風管5，輸煤風管5設置在給煤管4的上部，播煤風管7設置在給煤管4與爐膛密相區8的交接處，爐膛密相區8側壁、給煤管4上方設有二次風噴口2。

所述分離返料裝置包括旋風分離器20和自平衡返料裝置19，旋風分離器20的輸入端與爐膛1上部的出煙口連接，輸出端有兩個，一端連接尾部煙道22，另一端連接到自平衡返料裝置19的輸入端，自平衡返料裝置19的輸出端連接至爐膛密相區8的下部側壁。

所述自平衡返料裝置下方設有返料風室16，返料風室16外側設有獨立的羅茨風機17。

所述布風板10上設有一定數量的風帽9。

所述爐膛密相區8的二次風噴口2下部區域的爐壁上設置獨立的脫硫劑噴口6。

所述尾部煙道22轉角處設有補燃風管23，補燃風管23採用噴口射流結構。

所述尾部煙道22的出口部位通過管道經增壓風機15引入到一次熱風道13。

本實用新型抑制汙染物生成的工作原理如下：

循環流化床爐內的流態分布通常認為是下部為鼓泡床，上部為快速床，不同的煤種對應不同的最佳鼓泡床和最佳的快速床狀態。煤種不同，流態分布也不盡相同，其所對應的受熱面吸熱份額也相應不同，從而影響爐膛傳熱，燃燒溫度和汙染物生成量。根據硫化物和氮氧化物的生成及脫除機理，通過優化燃燒來達到抑制硫化物和氮氧化物的生成量和排放量，以更好的發揮循環流化床燃燒技術的環保優勢。因此在確保燃料和脫硫劑合理粒徑的給料前提下，需要根據煤種確定最佳的鼓泡床和快速床狀態，以此來確定鍋爐的給煤裝置、燃燒裝置和分離返料裝置的匹配設計方法，通過均勻布料，流化均勻，合理控制爐膛煙氣表觀速度（4-5m/s）和燃燒溫度(850-880℃)，控制燃燒空氣量（爐膛出口過量空氣係數一般為1.1-1.2），優化配風，改變爐內燃燒份額，進而合理強化爐內低溫燃燒所需要的還原性氛圍和氧化氛圍及其轉換，在最大限度的減少氮氧化物生成的同時又兼顧較高的脫硫效率，也即通過優化燃燒方案來抑制硫化物和氮氧化物的生成，從而實現燃燒過程中硫化物和氮氧化物的低生成和低排放。

本實用新型提供一種抑制汙染物生成的節能型循環流化床鍋爐，主要包括給煤裝置、燃燒裝置和分離返料裝置的設計匹配方法。

其中給煤裝置含密封式給煤機、給煤管及布置在給煤管上的播煤風和輸煤風，從而確保爐內微正壓高效燃燒。採用密封式給煤機的給煤密封結構，並通過在給煤管上部設置輸煤密封風，來防止爐內正壓和熱煙氣反竄，從而確保爐內微正壓高效燃燒，提高燃燒效率，控制爐膛燃燒的過量空氣係數，做到低氧燃燒，控制汙染物的生成；通過在給煤管與爐膛連接部位設置播煤風，形成噴口射流作用，將給煤來料沿床面均勻播開，均勻布料，強化流化質量，防止局部堆積造成流化不良，發生局部高溫燃燒而造成結焦，從給料上抑制汙染物生成量。給煤裝置的布風均來自壓力較高的一次熱風，以增強密封和播煤效果，並設置獨立的閥門控制。

燃燒裝置包含爐膛和布風裝置。爐膛和布風裝置滿足煤種的最佳流態和燃燒需求。採用通用的全膜式壁密封爐膛，但爐膛設計方法須綜合考慮煤種特性來進一步確定爐膛最佳煙氣表觀速度（4-5m/s）和最佳燃燒溫度(850-880℃)及爐膛出口物料濃度（2.0-3.0kg/Nm3），使爐膛燃燒處於低過量空氣係數下的低溫燃燒狀態（爐膛出口過量空氣係數一般為1.1-1.2），並根據煤種燃盡時間來設計爐膛高度，來確保燃料的燃盡和汙染物的低排放，同時減輕磨損，提高鍋爐利用率。本專利的爐膛採用等流速設計理念，並據此進行密相區收縮段和布風板設計，以降低磨損，維持爐膛下部的低溫強還原性燃燒，強化脫硫反應，減少硫化物及氮氧化物等汙染物的生成量。

布風板將風室和爐膛分開，對爐膛進行功能劃分。布風板上布置流化床鐘罩式風帽，滿足均勻布風、流化燃燒的需要。風室內為一次風，主要滿足燃料流化，並提供部分燃燒需要的氧氣。在爐膛密相區收縮段的貧氧區高度上設置二次風噴口，補入二次風來強化燃燒。二次風噴口採用前後牆分層布置並獨立精細調節，以滿足燃料分層燃燒的需求。為提高二次風的穿透能力和混合效果，並有效消除因一次風量不足而引起的燃燒貧氧區，採用大動量高流速的二次風噴口設計。一二次風的配比根據煤種的不同而確定最佳比例，以強化爐膛密相區的還原性燃燒氛圍來抑制燃料的劇烈燃燒，控制燃燒溫度，從而抑制汙染物大量生成。通過二次風的分層補入，使爐膛中上部整體形成氧化燃燒氛圍，但又形成局部的還原——氧化——還原燃燒氛圍並形成轉換，以此維持爐膛內低氧完全燃燒，均勻爐膛中上部溫度，提高燃燒效率，並增強爐膛傳熱效果。鍋爐通過返料風、給煤管布風、一次風和二次風的獨立供給和分層精確控制，使爐膛燃燒處於低過量空氣係數下的低溫燃燒狀態（爐膛出口過量空氣係數一般為1.1-1.2，燃燒溫度850-880℃），從而優化燃燒工況，既確保高效燃燒，又使硫化物和氮氧化物的生成量減少。

為提高布風均勻性，防止因風室壓力波動造成流化不良而影響燃燒，一次風室採用等壓風室結構，並在等壓風室外增加外置風室，提前均風，減少供風的氣流脈動和布風死區，以確保均勻布風和流化質量。

為進一步增強鍋爐密相區的還原性氣氛，強化爐膛密相區的還原性燃燒氛圍來抑制燃料的劇烈燃燒，從而抑制汙染物大量生成。本方法採用將鍋爐尾部的部分煙氣通過增壓風機引入一次風空預器出口部位的一次熱風道，與一次熱空氣預先混合後再進入風室，做到既滿足流化需求，又降低一次供風的氧量水平，達到強化還原性燃燒氛圍的效果。推薦控制進入風室一次熱風的含氧量為16-18%，通過控制連接在增壓風機的電動閥門來實現氧量自動控制。

進一步的，採用在爐膛二次風下部區域的爐壁上設置獨立的脫硫劑噴口，並控制脫硫劑粒度，增強脫硫效率，降低硫化物的生成，減少汙染物的排放。

分離返料裝置包含旋風分離器和自平衡返料裝置。旋風分離器採用高效旋風汽冷分離器，根據燃料類別，通過優化分離器模型，提高分離器的分離效率，使分離器的d50=10-15微米，d99=40-60微米，實現高效分離，滿足爐膛傳熱所需要的循環物料和爐膛出口物料濃度，使爐膛處於低溫燃燒工況，同時也相應提高燃料的燃盡率和脫硫劑的利用率。設計與之匹配的自平衡式返料裝置，並採用獨立的羅茨風機提供返料動力，確保返料通暢。採用汽冷高效旋風分離器，可以進一步的增強煙氣換熱，降低熱煙氣溫度，控制整個物料分離和返料迴路的工作溫度為有利於超低氮氧化物排放所需的最佳溫度，更有利於抑制汙染物的生成。

進一步的，在分離器出口轉向煙道內再布置補燃風，並採用噴口射流結構，補充部分空氣，進一步加強燃料燃燒，降低CO及其他汙染物的排放。

為合理監控爐膛內的低氧低溫燃燒工況，分別在爐膛的不同部位布置溫度及壓力測點，通過測點的數值來判定爐內燃燒工況。為合理監控分離器及返料迴路工況，在不同部位也設置有溫度和壓力測點，同時在尾部煙道的合適溫度區間設置氧量測點（推薦安裝在尾部煙道的最上一級高溫受熱面21之後，以便精準控制燃燒氧量），以監督風煤比並調整燃燒。在風室連接管道上另外設計氧量計，以監控風室熱風的含氧量工況。為精確控制配風，分別在返料風、一次熱風、二次熱風和播煤輸煤風道上設置有風量計、風壓計及控制閥組，以滿足鍋爐經濟運行和精細調節的需求，從而控制燃燒來抑制汙染物的生成和脫除。

以上所述僅為本實用新型示意性的具體實施方式，並非用以限定本實用新型的範圍，任何本領域的技術人員在不脫離本實用新型構思和原則的前提下所做出的等同變化與修改，均應屬於本實用新型保護的範圍。