清潔燃燒粉體燃料的小型工業鍋爐系統的製作方法

2023-05-15 23:09:46

本實用新型涉及一種清潔燃燒粉體燃料的小型工業鍋爐系統。

背景技術：

在未來相當長時期內，眾多需要用熱用汽的經濟領域如化工、造紙、紡織、輕工食品等行業，燃煤工業鍋爐仍將是生產提供熱量和蒸汽的主導產品。據不完全統計，目前我國有約50萬臺40t/h以下小型燃煤工業鍋爐，在化工、造紙、印染、輕工食品等行業有著廣泛的應用。

然而，我國中小型燃煤工業鍋爐普遍存在有燃燒效率低，汙染物排放高等問題。目前我國燃煤工業鍋爐平均運行熱效率僅有65％左右，比國際先進水平低l5～20個百分點，其原因主要有兩點：一是由於工業鍋爐一般都針對某具體煤種而設計，而我國的企業在實際運行中基本存在有煤種多變等問題。二是鍋爐系統的自動化程度和運行管理水平較低。另外，中小型燃煤工業鍋爐在燃燒汙染物的排放控制方面包括脫硫、脫硝和除塵等也存在有一些問題，如傳統的小型鍋爐一般採用水膜除塵，這需要消耗大量工業用水，同時存在有二次汙染和粉塵無法回收利用等問題。而我國目前在投運使用的中小型工業鍋爐大多沒有安裝脫硫脫硝設備，隨著國家對環境問題的日益重視，目前已有一些企業逐漸採用幹法、半乾法或溼法脫硫工藝進行煙氣脫硫，其中溼法煙氣脫硫技術以其脫硫效率高、適應範圍廣、鈣硫比低、技術成熟、副產物石膏可回收利用等優點而被較多地採用，但也存在有投入高、設備複雜、體積大、運行費用高等缺點。

如何開發一款清潔燃燒粉體燃料的中小型工業鍋爐系統，以提高中小型工業鍋爐系統的燃燒效率，減少其燃燒汙染物排放，對提高企業的經濟效益和社會效益具有重要意義。

鑑於此，本案發明人對上述問題進行深入研究，遂有本案產生。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於提供一種燃燒效率高、汙染物排放符合國家日益嚴格環保要求的清潔燃燒粉體燃料的中小型工業鍋爐系統。

為了達到上述目的，本實用新型採用這樣的技術方案：

清潔燃燒粉體燃料的小型工業鍋爐系統，包括燃料給料裝置、鍋爐低氮燃燒裝置、尾部煙道熱力回收裝置以及煙氣除塵脫硫脫硝裝置，燃料給料裝置的出口與鍋爐低氮燃燒裝置的進口連通，尾部煙道熱力回收裝置的進口與鍋爐低氮燃燒裝置的出煙口連通，尾部煙道熱力回收裝置的出口與煙氣除塵脫硫脫硝裝置的進口連通。

作為本實用新型的一種優選方式，所述燃料給料裝置包括粉體燃料倉、粉體攪拌裝置、螺旋插板閥、螺旋稱重裝置、螺旋給料機、一次風機以及文氏管，粉體燃料倉的進口與室外燃料供給裝置連通，出口連接至螺旋插板閥，螺旋插板閥的出口與螺旋給料機的進口連通，螺旋給料機的出口與螺旋稱重裝置的進口連通，螺旋稱重裝置的出口連接至文氏管，一次風機的出口與文氏管的進口連通，文氏管的出口與所述鍋爐低氮燃燒裝置的燃燒器連通。

作為本實用新型的一種優選方式，所述鍋爐低氮燃燒裝置包括低氮燃燒器、二次風機、三次風機、第四風機、五次風機、爐膛以及水冷壁，燃燒器和水冷壁均設置在爐膛內，燃燒器的進風口與二次風機的出風口和三次風機的出風口均連通，四次風機的出風口連接至爐膛的中上部，五次風機的出口連接至爐膛的下部。

作為本實用新型的一種優選方式，所述尾部煙道熱力回收裝置包括省煤器、空氣預熱器以及煙氣再循環裝置，所述省煤器的進口與所述爐膛的煙氣出口連通，出口與空氣預熱器的進口連通，空氣預熱器的出口連接至所述煙氣除塵脫硫脫硝裝置，煙氣再循環裝置的出口與所述二次風機的進風口、所述三次風機的進風口、所述四次風機的進風口以及所述五次風機的進風口均連通。

作為本實用新型的一種優選方式，所述煙氣除塵脫硫脫硝裝置包括布袋除塵器、製漿裝置、濃密機裝置、引風機、循環罐裝置、氣動乳化脫硫裝置、脫水裝置以及煙囪，布袋除塵器的進口與所述空氣預熱器的出口連通，布袋除塵器的出口與引風機的進口連通，氣動乳化脫硫裝置的進口與引風機的出口連通，氣動乳化脫硫裝置的出煙口與煙囪連通，製漿裝置的進口與布袋除塵器的底部灰倉的出口連通，製漿裝置的出口連接至濃密機裝置，濃密機裝置的上部與循環罐裝置的進口連通，循環罐裝置的出口與濃密機裝置的進口和氣動乳化脫硫裝置均連通，濃密機裝置的出口與脫水裝置的進口連通。

本實用新型具有鍋爐系統緊湊、佔地面積少、運行穩定、能源利用率高、汙染物排放低等特點。當粉體燃料的熱值在5500kca l/kg以上時，其燃燼率可達98％以上，煙氣中二氧化硫排放濃度小於50mg/m3，氮氧化物排放濃度小於150mg/m3、煙塵排放濃度小於20mg/m3，遠低於國家標準要求。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖2為本實用新型的工藝流程圖；

圖3為本實用新型中燃燒器的結構示意圖；

圖中：

1-燃料給料裝置 11-粉倉除塵器

12-粉體燃料倉 13-粉體攪拌裝置

14-螺旋插板閥 15-稱重給料裝置

16-螺旋給料機 17-一次風機

18-文氏管 2-鍋爐燃燒裝置

21-燃燒器 22-二次風機

23-三次風機 24-四次風機

25-五次風機 26-爐膛

27-水冷壁 3-尾部煙道熱力回收裝置

31-省煤器 32-空氣預熱器

33-煙氣再循環裝置 4-煙氣除塵脫硫脫硝裝置

41-布袋除塵器 42-製漿裝置

43-濃密機裝置 44-引風機

45-循環罐裝置 46-氣動乳化脫硫裝置

47-脫水裝置 48-煙囪

211-點火裝置 212-一次風機通道

213-一次風旋流葉片 214-二次風機通道

215-二次風旋流葉片 216-三次風機通道

217-一次風葉片調整裝置

具體實施方式

為了進一步解釋本實用新型的技術方案，下面結合附圖進行詳細闡述。

參照圖1至圖3，清潔燃燒粉體燃料的小型工業鍋爐系統，包括燃料給料裝置1、鍋爐低氮燃燒裝置2、尾部煙道熱力回收裝置3以及煙氣除塵脫硫脫硝裝置4，燃料給料裝置1的出口與鍋爐低氮燃燒裝置2的進口連通，尾部煙道熱力回收裝置3的進口與鍋爐低氮燃燒裝置2的出煙口連通，尾部煙道熱力回收裝置3的出口與煙氣除塵脫硫脫硝裝置4的進口連通。

作為本實用新型的一種優選方式，所述燃料給料裝置1包括粉體燃料倉12、粉體攪拌裝置13、螺旋插板閥14、螺旋稱重裝置15、螺旋給料機16、一次風機17以及文氏管18，在粉體燃料倉12的頂部設有粉倉除塵器11，粉體燃料倉12的進口與室外燃料供給裝置連通，出口連接至螺旋插板閥14，螺旋插板閥14的出口與螺旋給料機16的進口連通，螺旋給料機16的出口與螺旋稱重裝置15的進口連通，螺旋稱重裝置15的出口連接至文氏管18，一次風機17的出口與文氏管18的進口連通，文氏管18的出口與所述鍋爐低氮燃燒裝置2的燃燒器連通。當螺旋插板閥14開啟時，粉體燃料倉12中的粉體流入螺旋給料機16，然後經螺旋稱重裝置15輸送至文式管18，與一次風混合進入鍋爐低氮燃燒裝置2。

作為本實用新型的一種優選方式，所述鍋爐低氮燃燒裝置2包括低氮燃燒器21、二次風機22、三次風機23、第四風機24、五次風機25、爐膛26以及水冷壁27，燃燒器21和水冷壁27均設置在爐膛26內，燃燒器21的進風口與二次風機22的出風口和三次風機23的出風口均連通，四次風機24的出風口連接至爐膛26的中上部，五次風機25的出口連接至爐膛26的下部。一次風將粉體送入爐膛26，二次風機22、三次風機23在粉體氣流著火後混入，供給粉體燃料燃盡所需的氧量，保證其完全燃燒，燃燒產物以輻射為主、對流為輔的傳熱方式將熱量傳遞給水冷壁27內的工質；五次風機25設置在爐膛26底部，採用全回流風設計抑制氮氧化物產生；四次風機24的出風口設置爐膛26中上部，具體是在爐膛的中上部設置四角切圓通道，四次風機24的出風口連接至該四角切圓通道，採用四角切圓布置補充爐膛26中上部氧量，保證煤粉燃盡率，提高鍋爐燃燒效率。二次風機22、三次風機23、四次風機24根據爐膛溫度場分布，在進風口混入回流風實現缺氧淡相燃燒達到低氮燃燒目的，同時五次風機25根據爐底溫度調節進風量大小，從而實現了降低火焰溫度、防止局部高溫、拉長火焰、降低氮氧化物生產量的目的，爐膛26內溫度分布也極為均勻，燃燒熱效率極高。

在本實用新型中，燃燒器21設置在爐膛26的下部，該燃燒器包括點火裝置211、一次風機通道212、一次風旋流葉片213、二次風機通道214、二次風旋流葉片215、三次風機通道216、一次風葉片調節裝置217，一次風機通道212、二次風機通道214、三次風機通道216至內向外依次套置，點火裝置211採用高能天然氣/液化氣點火，一次風機通道212為煤粉輸送通道，與文氏管18連通。二次風機通道214，為燃燒器21的二次風送風管，三次風機通道216為燃燒器21的三次風送風管。一次風旋流葉片213、二次風旋流葉片215位於燃燒器22出口處，設置在所屬風機通道末端，使經過該旋流葉片的煤粉氣流、助燃風呈旋流狀態進入鍋爐燃燒，有助於燃燒效率的提高。三次風機通道216不含旋流葉片，採用直流設計起到包裹火焰、防止局部高溫、拉長推升火焰的目的，有助於鍋爐爐膛溫度分布調整。一次風葉片調節裝置227通過對一次風旋流葉片213角度調節(調節範圍45°-90°)，來改變煤粉氣流通過葉片時的阻力，達到改變爐膛火焰中心高度來調控爐膛內溫度分布的目的。

作為本實用新型的一種優選方式，所述尾部煙道熱力回收裝置3包括省煤器31、空氣預熱器32以及煙氣再循環裝置33，所述省煤器31的進口與所述爐膛26的煙氣出口連通，出口與空氣預熱器32的進口連通，空氣預熱器32的出口連接至所述煙氣除塵脫硫脫硝裝置4，煙氣再循環裝置33的出口與所述二次風機22的進風口、所述三次風機23的進風口、所述四次風機24的進風口以及所述五次風機25的進風口均連通。

作為本實用新型的一種優選方式，所述煙氣除塵脫硫脫硝裝置4包括布袋除塵器41、製漿裝置42、濃密機裝置43、引風機44、循環罐裝置45、氣動乳化脫硫裝置46、脫水裝置47以及煙囪48，布袋除塵器41的進口與所述空氣預熱器32的出口連通，布袋除塵器41的出口與引風機44的進口連通，氣動乳化脫硫裝置46的進口與引風機44的出口連通，氣動乳化脫硫裝置46的出煙口與煙囪48連通，製漿裝置42的進口與布袋除塵器41的底部灰倉的出口連通，製漿裝置42的出口連接至濃密機裝置43，濃密機裝置43的上部與循環罐裝置45的進口連通，循環罐裝置45的出口與濃密機裝置43的進口和氣動乳化脫硫裝置46均連通，濃密機裝置43的出口與脫水裝置47的進口連通。粉煤灰輸送到製漿裝置42後加入工藝水進行製漿，出口連接濃密機裝置43，制好的粉煤灰漿液在濃密機裝置43中進行沉澱分離，濃密機裝置43上部澄清液送入循環罐裝置45，循環罐裝置45內的漿液輸送至氣動乳化脫硫裝置46進行循環脫硫使用，濃密機裝置43底部濃漿輸送至脫水裝置47進行脫水處理，脫水後灰渣集中外運，可用於工業制磚。

本實用新型在工作時，當螺旋插板閥14開啟時，粉體燃料倉12中的粉體流入螺旋給料機16，然後經稱重給裝置15輸送，由一次風17經文式管18加壓送入爐膛26進行燃燒，在煤粉燃燒後送入適量的二次風。其中，一次風輸送粉體燃料進入爐膛26，並提供粉體燃料著火階段中揮發分燃燒所需氧量，二次風、三次風在粉體氣流著火後混入，供給粉體燃料燃盡所需的氧量，保證其完全燃燒，燃燒產物以輻射為主、對流為輔的傳熱方式將熱量傳遞給水冷壁27內的工質；五次風送入爐膛26，採用全回流風設計抑制氮氧化物產生；四次風送入爐膛26中上部，採用四角切圓布置補充爐膛中上部氧量，保證燃燒效率。二次風、三次風、四次風根據爐膛26溫度場分布，在進風口混入回流風實現缺氧淡相燃燒達到低氮燃燒目的，同時五次風根據爐底溫度調節進風量大小，從而實現了降低火焰溫度、防止局部高溫、拉長火焰、降低氮氧化物生產量的目的，爐膛內溫度分布也極為均勻，燃燒熱效率極高。四次風在爐膛中上部形成四角切圓旋流燃燒，也提高了煤粉的燃盡率。

燃燒生成的中低溫煙氣流經布置在鍋爐中的省煤器31、空氣預熱器32時，煙氣中的熱量被吸收，排煙溫度降低，提高鍋爐效率，節省燃料。省煤器31的採用，提高了進入爐筒的水溫，減少了鍋筒壁與給水之間的溫差，從而使鍋筒熱應力降低，提高鍋筒壽命。空氣預熱器32利用煙氣餘熱加熱燃燒所需的空氣，強化了著火和燃燒過程。溫度降低的煙氣由布袋除塵器41進風口進入，經過灰鬥時，部分大顆粒粉塵受慣性力和重力作用被分離出來，直接落入灰鬥底部，通過灰鬥後，進入中箱體的濾袋過濾區，飛灰被阻留在濾袋外表面，淨化後的煙氣經濾袋口進入上箱體，再由出風口排出。

當粉煤灰從布袋除塵器41經螺旋輸送落入製漿裝置42經攪拌器攪拌均勻，濃度達到10％要求後輸送至濃密機裝置43，濃密機裝置43上部澄清粉煤漿液溢流至循環罐裝置45，循環罐裝置45內的粉煤漿液經脫泵輸送至氣動乳化脫硫塔46後回流至循環罐裝置45內進行循環脫硫。循環罐裝置45內粉煤灰漿液脫硫後失效後經泵輸送至濃密機裝置43進行再溶解循環，所述濃密機裝置43下層濃度高漿液送入真空陶瓷脫水機47進行脫水，真空陶瓷脫水機47作用是把濃密機裝置43沉澱的脫硫劑脫水乾燥處理後集中外運，可用做水泥添加劑、工業制磚等。

除塵後的煙氣由引風機44送入氣動乳化脫硫裝置46脫硫，由於乳化液中液粒的比表面積比水膜除塵、噴淋除塵等方法大數倍至數十倍，因此，單位液量補集和吸收的有害物質的效率將顯著增大，脫硫反應速度快、效率高、吸收液利用率高。引風機44出煙道加裝煙氣再循環裝置33，入口連接在引風機44出煙道母管，出口連接至二次風機22、三次風機23、四次風機24以及五次風機25進風口，在使用低氮燃燒器21的同時，配合煙氣再循環裝置33及多級配風使用從而抑制初始氮氧化物產生達到脫硝目的，最後煙氣由煙囪48排入大氣。

本實用新型的產品形式並非限於本案圖示和實施例，任何人對其進行類似思路的適當變化或修飾，皆應視為不脫離本實用新型的專利範疇。