一種新型秸稈循環流化床燃燒鍋爐的製作方法

2023-05-16 05:01:51 4

專利名稱：一種新型秸稈循環流化床燃燒鍋爐的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種以棉稈、玉米稈和樹枝為燃料的新型秸稈循環流化床燃燒鍋爐，屬於生物質秸稈處理工藝和流化床技術領域。
背景技術：
我國生物質資源十分豐富，其中棉稈、玉米稈、樹枝等佔很大比例。如何高效利用這些農業廢物，以實現其無害化、減量化和資源化，已經成為當前國內外的一個重要課題。將循環流化床燃燒技術應用於棉稈、玉米稈、樹枝的大規模處理，解決傳統處理方法低效率、高汙染的缺點，同時用於發電或供熱，替代部分化石燃料，將對我國能源和環保戰略起著非常重要的作用。
現有純燒秸稈的鍋爐主要有機械爐排爐和流化床爐兩種。在爐排爐內，燃料的攪拌程度、氣體分布、整體燃燒反應速度不及流化床爐，造成斷面熱負荷低於流化床，使得爐排爐設備龐大，投資費用高，而流化床爐結構緊湊，佔地面積小。爐排爐要求燃料熱值保持相對穩定，而流化床密相區有大量的高溫物料，床層的熱容量大，燃料適應性強。由於循環流化床採用低溫(800～900℃)、分級燃燒方式，大大減少了氮氧化物的生成。相反，爐排爐局部燃燒溫度高，煙氣中汙染物排放高。因此，從燃燒效率和汙染物排放來看，流化床爐要優於爐排爐。
機械爐排爐由於操作簡單，在國外有成熟的長期運行經驗，使用數量較多，已有許多定型產品，近來國內也開始使用。從目前使用情況來看，國外爐排爐使用最為理想的是丹麥BWE公司的振動水冷爐排爐。流化床技術是以德國KARLBAY公司的低倍率差速床循環流化床秸稈鍋爐為代表。
循環流化床燃燒技術作為一種高效低汙染燃燒技術，在環保和劣質燃料利用方面顯示出極大優勢。但目前國內還沒有掌握用於秸稈燃燒的循環流化床爐的設計與製造技術，一般依賴進口，引進設備價格昂貴。

發明內容
本發明的目的就是為了解決目前秸稈燃燒設備的燃燒效率低，汙染物排放量大，進口設備成本高的問題，提供一種新型秸稈循環流化床燃燒鍋爐，用於大規模處理棉稈、玉米稈和樹枝等可再生能源。不僅解決當前農村田頭直接焚燒秸稈造成的環境汙染問題，而且還能替代化石燃料，用於生產電能和熱能。
為實現上述目的，本發明採用了如下技術方案一種新型秸稈循環流化床燃燒鍋爐，它有爐膛，其下部有至少一個下料口以及排渣口，所述爐膛底部設冷卻裝置，它與點火燃燒室連接；在爐膛的下部還設有至少一個返料器，爐膛下部設至少一個二次風口，爐膛側壁為水冷壁，其上下端分別有水冷壁上集箱和水冷壁下集箱；爐膛的爐膛出口與至少一個分離裝置連接，該裝置下部經外置換熱器與相應的返料器連接，上部則經水平煙道內的對流管束與兩級減溫裝置連接，減溫裝置的一級設置在尾部豎井煙道的上段並與低溫過熱裝置相連接，低溫過熱裝置下部依次連接至少一個省煤器和至少一個空氣預熱器；在爐膛上端還有汽包，它與給水管路連接。
所述爐膛下部前後牆向爐內彎曲，與爐膛軸線成一定夾角；其底部的冷卻裝置為水冷布風板和水冷風室；其水冷壁為膜式水冷壁結構。
所述下料口有三個，布置在前牆上，其中兩個給前點，一個給後點，它們與加料裝置連接。
所述二次風口呈交錯布置在爐膛的前後牆上。
所述分離裝置為並列布置兩個高溫旋風分離器；其下端連接的外置換熱器中有呈順列布置的高溫過熱器；高溫旋風分離器的上部與布置於水平煙道中的對流管束連接，對流管束下部是灰鬥，通過箱式衝灰器排灰。
所述尾部豎井煙道的上段是順列布置的低溫過熱器，一級噴水減溫器和二級噴水減溫器分別布置於下級低溫過熱器和上級低溫過熱器的出口；逆流雙級膜式省煤器布置在尾部煙道的中段；四回程臥式空氣預熱器布置在尾部煙道的下段。
所述給水管路中的介質經上下兩級省煤器加熱後進入汽包，在汽包中進行汽水分離，分離後的飽和水經集中下降管依次進入水冷壁下集箱、燃燒室水冷壁，加熱蒸發後流入上集箱，然後進入汽包；分離後的飽和蒸汽經汽包引出管流入低溫過熱器下集箱，由下級低溫過熱器加熱後進入一級減溫器減溫，然後由上級低溫過熱器加熱後流入二級減溫器調節氣溫，經噴水減溫後的過熱蒸汽流入布置在外置換熱器中的高溫過熱器，加熱後的過熱蒸汽加熱至450℃後進入高過出口集箱，然後進入布置在爐前的匯汽集箱，最後送入汽輪機發電。
所述鍋爐容量20～220t/h，蒸汽參數從中溫中壓、次高溫次高壓到高溫高壓，爐膛橫截面狀態速度4～6m/s，爐溫800～900℃。
所用燃料為棉稈、玉米稈和樹枝等。
本發明的有益效果為1、本發明的燃用秸稈循環流化床鍋爐效率在85％以上，同時還具有很好的負荷調節性能，可在30～110％負荷範圍內調節。
2、將管壁溫度最高的高溫過熱器置於外置式換熱器中，由於外置換熱器中基本無腐蝕性氣體，且固體物料粒徑小，流化速度低，有效的防止了高溫過熱器的腐蝕和磨損。
3、水平煙道布置對流管束。對流管束屬於蒸發受熱面，可作為爐膛吸熱量不足的補充，並且將燃燒過程中揮發出的鹼金屬凝結下來，防止尾部豎井受熱面結灰堵塞。
4、燃料的適應性好，本發明的循環流化床鍋爐可以用於大規模處理棉稈、玉米稈和樹枝(如棗樹枝)等條狀秸稈。
5、對燃料的粒度適應性好，粒度分布可為2～20cm，對秸稈燃料破碎機械要求降低。
6、採用多點加料的方式，使投入燃料在鍋爐截面均勻分布。


圖1是本發明的秸稈循環流化床燃燒鍋爐裝置主視圖；圖2是本發明的秸稈循環流化床燃燒鍋爐裝置左視圖；圖3是本發明的秸稈循環流化床燃燒鍋爐裝置俯視圖。
其中，1.汽包，2.下降管，3.水冷壁上集箱，4.爐膛出口，5.絕熱旋風分離器，6.爐膛，7.匯汽集箱，8.水冷壁，9.二次風口，10.下料口，11.水冷布風板，12.水冷風室，13.排渣管，14.對流管束，15.灰鬥，16.二級減溫器，17.上級低溫過熱器，18.一級減溫器，19.下級低溫過熱器，20.低溫過熱器進口集箱，21.省煤器，22.尾部豎井煙道，23.空氣預熱器，24.高溫過熱器出口集箱，25.排灰管，26.外置換熱器，27.高溫過熱器，28.返料器，29.排渣口，30.點火燃燒器，31.水冷壁下集箱，32.箱式衝灰器，33.省煤器出口集箱，34.省煤器中間集箱，35.省煤器進口集箱，36.膨脹節。
具體實施例方式
下面參照圖1～圖3具體說明本發明的技術路線和目標的實現採用床下點火方式，啟動燃燒器30布置在水冷風板11的下部；爐膛6底部為水冷布風板11和水冷風室12以及排渣口29、排渣管13；爐膛6下部前後牆水冷壁向爐內彎曲，與軸線形成一定夾角；水冷壁採用膜式水冷壁結構型式8；三個給料口10，兩個給前點、一個給後點，它們與加料裝置連接；爐膛出口4並列布置兩個高溫旋風分離器5，它們與水冷壁的連接處分別設膨脹節36，高溫旋風分離器5分別連接相應的兩個返料器28；低溫過熱器17呈順列布置於尾部豎井的上段，高溫過熱器27呈順列布置於流化床燃燒室後牆外側的外置式換熱器26中；對流管束14布置於水平煙道，下方設有灰鬥15，通過箱式衝灰器32排灰；一級噴水減溫器18和二級噴水減溫器16分別布置於下級低溫過熱器19和上級低溫過熱器17的出口；逆流雙級膜式省煤器21布置在尾部煙道的中段，省煤器上部接省煤器出口集箱33，中部接省煤器中間集箱34，下部接省煤器進口集箱35；四回程臥式空氣預熱器23布置在尾部煙道的下段。
燃料(柴油或天然氣)和來自一次風機的燃燒風在啟動燃燒室30燃燒後產生高溫煙氣，進入水冷風室12，再通過水冷布風板11進入爐膛6，以加熱床料。秸稈燃料從加料口10加入。空氣分一次風和二次風送入爐膛6，一次風經空氣預熱器23加熱後經過水冷風室12和水冷布風板11進入流化床燃燒室6；二次風經空氣預熱器23加熱後，從前後牆沿爐膛高度分三層進入爐內，三層二次風口9呈交錯布置在前後牆，高速噴入爐內，補充燃燒所需空氣，並加強爐內氣固混合。煙氣和夾帶的物料在爐膛出口4分兩路進入布置在爐膛與尾部豎井煙道22之間的高溫絕熱旋風分離器5，分離下來的灰，分兩路進入爐膛6，一路進入外置式換熱器26中，外置式換熱器26為低速鼓泡床形式，床內布置高溫過熱器27，飛灰與高溫過熱器27換熱後返回爐膛進行再燃燒另一路直接返回爐內，以控制外置換熱器與爐膛的溫度分布。分離後的煙氣通過對流管束14，部分飛灰經分離之後落入灰鬥15，經排灰管25送入箱式充灰器32，沒有被分離下來的飛灰隨同煙氣依次流經低溫過熱器17和19、省煤器21和空氣預熱器23，然後由鍋爐的出口煙道排出。鍋爐給水經上下兩級省煤器21加熱後進入汽包1，在汽包1中進行汽水分離，分離後的飽和水經集中下降管2依次進入水冷壁下集箱31、燃燒室水冷壁8，加熱蒸發後流入上集箱3，然後進入汽包1；分離後的飽和蒸汽經汽包1引出管流入低溫過熱器下集箱20，由下級低溫過熱器19加熱後進入一級減溫器18減溫，然後由上級低溫過熱器17加熱後流入二級減溫器16調節氣溫，經噴水減溫後的過熱蒸汽流入布置在外置換熱器中的高溫過熱器27，加熱後的過熱蒸汽加熱至450℃後進入高過出口集箱24，然後進入布置在爐前的匯汽集箱7，最後送入汽輪機發電。
本發明的燃用棉稈、玉米稈、樹枝的循環流化床鍋爐容量為20～220噸/小時，蒸汽參數為中溫中壓、次高溫高壓和高溫高壓，鍋爐效率≥85％。
實施例1棉稈的收到基含碳量36.54％、含氫量4.87％、含氧量40.54％、含氮量0.24％、含硫量0.13％，灰份1.68％，水份16％，低位發熱量12921.52kJ/kg。鍋爐啟動時採用床下點火啟動方式，啟動燃料(柴油或天然氣)和來自一次風機的燃燒風在啟動燃燒室30燃燒後產生高溫煙氣，高溫煙氣與混合風在燃燒室內混合至880℃左右，進入水冷風室12，通過水冷布風板11進入爐膛6，以加熱床料(石英砂、河沙、鉀長石或中剛玉，粒度分布為200μm～1mm)。由於棉稈揮發分含量高，著火溫度比較低，當床料加熱至400℃時，即可從加料口10加入切碎後長度為2～20cm的棉稈燃料。燃料加入後，床溫快速上升，當床溫升至750℃以後，關閉啟動燃料(柴油或天然氣)系統，控制棉稈燃料加入速率和一、二次風量，逐步將爐溫調節到800～900℃。當主蒸汽壓力、溫度達到要求後，即可衝轉汽輪發電機。汽輪發電機併網發電後，通過增加棉稈燃料加入速率和一、二次風量，逐步提高鍋爐負荷至需求值。
鍋爐正常燃燒所需空氣分一次風和二次風送入爐膛6，一、二次風按一定比例分配。一次風經空氣預熱器23加熱至200℃左右，然後經過水冷風室12和水冷布風板11進入爐膛6，二次風經空氣預熱器加熱至200℃左右，從前後牆沿爐膛高度分三層進入爐內，三層二次風口9呈交錯布置，高速噴入爐內，補充燃燒所需空氣，並加強爐內混合，爐膛橫截面狀態速度為4～6m/s。二次風分級送風方式還可控制爐內燃燒，減少NOx的生成量。煙氣和夾帶的物料在爐膛上部出口4分兩路進入布置在爐膛與尾部豎井煙道22之間的高溫絕熱旋風分離器5，分離下來的灰一路進入外置換熱器26中，與高溫過熱器27換熱後返回爐膛進行再燃燒；另一路可直接進入爐膛6，以控制外置換熱器與爐膛的溫度分布。分離後的煙氣通過對流管束14，部分飛灰經分離之後落入灰鬥15，沒有被分離下來的飛灰隨同煙氣依次流經低溫過熱器17、省煤器21和空氣預熱器23，然後進入鍋爐的出口煙道。鍋爐給水經上下兩級省煤器21加熱至255℃後進入汽包1；鍋爐內的飽和水經集中下降管2進入水冷壁下集箱31、燃燒室水冷壁8，加熱蒸發後流入上集箱3，然後進入汽包1；飽和蒸汽經汽包1引出管流入低溫過熱器下集箱20，由下級低溫過熱器19加熱後進入減溫器18調節氣溫，然後又由上級低溫過熱器17加熱後流入二級減溫器16調節氣溫，經噴水減溫後的過熱蒸汽流入外置換熱器中的高溫過熱器27，加熱至450℃後進入高過出口集箱24，再進入布置在爐前的匯汽集箱7，最後進入汽輪機發電。
權利要求
1.一種新型秸稈循環流化床燃燒鍋爐，它有爐膛(6)，其下部有至少一個下料口(10)以及排渣口(29)，其特徵是所述爐膛(6)底部設冷卻裝置，它與點火燃燒室(30)連接；在爐膛(6)的下部還設有至少一個返料器(28)，爐膛(6)下部設至少一個二次風口(9)，爐膛(6)側壁為水冷壁(8)，其上下端分別有水冷壁上集箱(3)和水冷壁下集箱(31)；爐膛(6)的爐膛出口(4)與至少一個分離裝置連接，該裝置下部經外置換熱器(26)與相應的返料器(28)連接，上部則經水平煙道內的對流管束(14)與兩級減溫裝置連接，減溫裝置的一級設置在尾部豎井煙道(22)的上段並與低溫過熱裝置相連接，低溫過熱裝置下部依次連接至少一個省煤器(21)和至少一個空氣預熱器(23)；在爐膛(6)上端還有汽包(1)，它與給水管路連接。
2.根據權利要求1所述的新型秸稈循環流化床燃燒鍋爐，其特徵是所述爐膛(6)下部前後牆向爐內彎曲，與爐膛(6)軸線成一定夾角；其底部的冷卻裝置為水冷布風板(11)和水冷風室(12)；其水冷壁(8)為膜式水冷壁結構。
3.根據權利要求1所述的新型秸稈循環流化床燃燒鍋爐，其特徵是所述下料口(10)有三個，布置在前牆上，其中兩個給前點，一個給後點，它們與加料裝置連接。
4.根據權利要求1所述的新型秸稈循環流化床燃燒鍋爐，其特徵是所述二次風口(9)呈交錯布置在爐膛(6)的前後牆上。
5.根據權利要求1所述的新型秸稈循環流化床燃燒鍋爐，其特徵是所述分離裝置為並列布置兩個高溫旋風分離器(5)；其下端連接的外置換熱器(26)中有呈順列布置的高溫過熱器(27)；高溫旋風分離器(5)的上部與布置於水平煙道中的對流管束(14)連接，對流管束(14)下部是灰鬥(15)，通過箱式衝灰器(32)排灰。
6.根據權利要求1所述的新型秸稈循環流化床燃燒鍋爐，其特徵是所述尾部豎井煙道(22)的上段是順列布置的低溫過熱器(17)，一級噴水減溫器(18)和二級噴水減溫器(16)分別布置於下級低溫過熱器(19)和上級低溫過熱器(17)的出口；逆流雙級膜式省煤器(21)布置在尾部煙道的中段；四回程臥式空氣預熱器(23)布置在尾部煙道的下段。
7.根據權利要求1所述的新型秸稈循環流化床燃燒鍋爐，其特徵是所述給水管路中的介質經上下兩級省煤器(21)加熱後進入汽包(1)，在汽包(1)中進行汽水分離，分離後的飽和水經集中下降管(2)依次進入水冷壁下集箱(31)、燃燒室水冷壁(8)，加熱蒸發後流入上集箱(3)，然後進入汽包(1)；分離後的飽和蒸汽經汽包(1)引出管流入低溫過熱器下集箱(20)，由下級低溫過熱器(19)加熱後進入一級減溫器(18)減溫，然後由上級低溫過熱器(17)加熱後流入二級減溫器(16)調節氣溫，經噴水減溫後的過熱蒸汽流入布置在外置換熱器中的高溫過熱器(27)，加熱後的過熱蒸汽加熱至450℃後進入高過出口集箱(24)，然後進入布置在爐前的匯汽集箱(7)，最後送入汽輪機發電。
8.根據權利要求1所述的新型秸稈循環流化床燃燒鍋爐，其特徵是所述鍋爐容量20～220t/h，蒸汽參數從中溫中壓、次高溫次高壓到高溫高壓，爐膛橫截面狀態速度4～6m/s，爐溫800～900℃。
9.根據權利要求1所述的新型秸稈循環流化床燃燒鍋爐，其總體特徵是所用燃料為棉稈、玉米稈和樹枝等。
全文摘要
本發明公開了一種新型秸稈循環流化床燃燒鍋爐，解決了秸稈燃燒設備燃燒率低，汙染環境，設備成本高的問題，可用於大規模處理棉稈、玉米稈和樹枝等可再生能源，產生電能和熱能，其結構為它有爐膛，其下部有至少一個下料口及排渣口，爐膛底部設冷卻裝置，與點火燃燒室連接；爐膛的下部還設有至少一個返料器，其上方設至少一個二次風口，爐膛側壁為水冷壁，上下端分別有水冷壁上集箱和水冷壁下集箱；爐膛出口與至少一個分離裝置連接，該裝置下部經外置換熱器與相應的返料器連接，上部與兩級減溫裝置連接，減溫裝置的一級與設置在尾部豎井煙道上段的低溫過熱裝置連接，該裝置下部依次連接省煤器、空氣預熱器；爐膛上端還有汽包與給水管路連接。
文檔編號F23C10/00GK1912461SQ200610069689
公開日2007年2月14日 申請日期2006年8月11日 優先權日2006年8月11日
發明者孟令傑, 趙春鋏, 李玉晗, 李大驥, 趙麗妮, 張煒東, 張同, 金保升, 趙長遂, 仲兆平, 肖睿, 鍾文琪, 章名耀 申請人:國電科技環保集團山東龍源環保有限公司, 東南大學