20t/h級高效燃燒福建無煙煤的循環流化床鍋爐的製作方法

2023-05-05 18:50:01 2

專利名稱：20t/h級高效燃燒福建無煙煤的循環流化床鍋爐的製作方法
技術領域：
本發明屬於鍋爐燃燒技術領域，具體涉及一種20t/h級高效燃燒福建無煙煤的循環流化床鍋爐。
背景技術：
福建省的主要能源資源是煤炭，已探明的煤炭儲量約15億噸，其中無煙煤佔98. 3%。福建無煙煤有著獨特的燃燒性質，主要體現在(I)揮發分極低(Var〈4%); (2)著火點溫度高，一般在600°C左右；(3)碳化程度高，燃燒時間長，不易燃盡；(4)灰熔點較低，易結焦；(5)煤種細粉含量大，粒徑小於I. Omm粒子重量百分比為47%以上；另外，由於福建無 煙煤煤質脆易爆裂，煤粒在揮發份析出階段熱爆和燃燒過程磨損也會產生大量細粉。福建無煙煤的這些特點使得它很難在煤粉爐中燃燒，以前基本是採用鏈條爐和沸騰爐燃燒，但它在鏈條爐和沸騰爐中的燃燒效率也普遍不高。循環流化床鍋爐以其物料流態化循環燃燒的特點，使燃料顆粒在爐內高溫區的滯留時間可以大大增加直至燃盡，因此燃燒效率顯著提高，目前已成為燃燒福建無煙煤的首選爐型。燃燒科學理論告訴我們，影響燃料燃燒有3個主要因素，即所謂的「3T」原則溫度(Temperature)、時間(Time)、擾動(Turbulent);大型循環流化床鍋爐因其較高的爐膛高度，強烈的擾動、合適的流化速度和爐膛燃燒溫度等特點在燃燒福建無煙煤時效果較好，飛灰含碳量較低，燃燒效率較高。但中小型循環流化床鍋爐特別是35t/h及以下的鍋爐(容量10-35t/h,即本案所謂的20t/h級CFB鍋爐)在燃燒福建無煙煤時的效果卻不盡如人意，反映在其飛灰含碳量普遍偏高，燃燒效率和熱效率偏低，目前福建省在用容量為15-35t/h的循環流化床鍋爐大多熱效率 30%，其主要原因是爐膛燃燒溫度及煤顆粒停留時間設計不合理，具體反映在爐膛高度不夠、蒸發受熱面布置不合理等。針對福建無煙煤特殊的燃燒特性，設計開發一款高效燃燒福建無煙煤的循環流化床鍋爐，對於提高福建省能源資源的利用效率，加大福建無煙煤的開發利用，降低本地企業對省外煙煤的依賴，減緩煤炭交通運輸壓力，提高鍋爐效率，降低企業的燃料成本等具有重要意義。另外，由於福建無煙煤的典型性，本發明的循環流化床鍋爐技術對於燃燒南方八省其它地區的無煙煤也具有重要的借鑑價值！

發明內容
本發明的目的在於提供一種20t/h級高效燃燒福建無煙煤的循環流化床鍋爐，該鍋爐可解決小型循環流化床鍋爐燃燒福建無煙煤燃燒效率偏低的問題，實現福建無煙煤的高效利用，降低企業的動力成本及汙染物控制成本，節能減排。該鍋爐發明可廣泛應用於造紙、印染、化工、食品等使用中小型工業鍋爐作為熱源的行業。為實現上述發明目的，本發明的技術解決方案是
本發明是一種20t/h級高效燃燒福建無煙煤的循環流化床鍋爐，它包括爐膛、兩個旋風分離器、返料器、煙道；所述的爐膛由膜式水冷壁和布風板圍合而成，水冷壁由水冷壁管形成的前後牆和側牆及頂棚管組成，水冷壁下部設有一、二次風口，二次風風口處設有噴嘴，爐膛上部設置有爐膛煙氣出口 ；所述的兩個旋風分離器與爐膛煙氣出口相連接；所述的返料器與旋風分離器固體顆粒出口和爐膛下部分別相連接；旋風分離器煙氣出口連接S型煙道，S型煙道連接尾部煙道，其特徵在於在爐膛內壁敷設了衛燃帶；所述的用於送入二次風的噴嘴由兩組或兩組以上噴嘴組成，每組噴嘴有四個，分別布置於爐膛四角，噴嘴採用同一水平面切圓布置或錯層切圓布置；爐膛燃燒室為瘦高型結構。所述的衛燃帶敷設於爐膛密相區上部或稀相區中部，敷設高度為2-3m。所述的衛燃帶敷設於爐膛密相區上部和稀相區中部，敷設高度為2-3m。所述的同組四角布置的四個噴嘴可設置在同一爐膛水平截面上，或錯開設置在不
同水平截面上，同一組噴嘴的中心線在同一爐膛水平截面內的投影應形成一個水平的切圓，且同組二次風噴嘴噴出的二次風在俯視圖上為一切圓結構。所述的爐膛燃燒室為瘦高型結構，其比同容量、燃燒熱值相近的煙煤的循環流化床鍋爐高3 — 5m。採用上述方案後，本發明具有以下幾大特點
一、在爐膛密相區上部或稀相區中部敷設衛燃帶具有以下優點(I)在爐膛密相區上部敷設衛燃帶可使燃料入口附近保持較高的溫度，有利於煤顆粒迅速穩定著火，更重要的是，溫度升高會使密相區燃燒份額增加，產生足夠多的熱量，由煙氣、循環灰帶入稀相區，提高稀相區的燃燒溫度；(2)在稀相區中部敷設衛燃帶，一方面有利於提高稀相區燃燒溫度，進而提高無煙煤顆粒的燃燼率；另一方面，稀相區吸熱面因受屏蔽而減少，其減少的蒸發受熱面必然要通過提升爐膛的高度來補償，而爐膛高度的提升則有利於延長細煤焦顆粒在燃燒室的停留時間，有利於細煤焦顆粒的燃盡；(3)兩區域均敷設衛燃帶，可提高爐膛整體的溫度，並使爐膛溫度沿爐高分布更加均勻，提高煤顆粒的燃燒速率，進而提高煤顆粒的燃盡率。二、二次風噴嘴採用切圓布置，能夠增強二次風的擾動能力，可有效地延長飛灰顆粒在爐膛內的停留時間，也有利於增加爐膛上部稀相區中心區域的氧濃度及顆粒濃度，從而使煤顆粒儘可能的燃盡，提高燃燒效率。三、鍋爐設計中選用的瘦高型燃燒室，比同容量、燃燒熱值相近的煙煤的循環流化床鍋爐高3 — 5m，鍋爐爐膛燃燒室高度的提升，延長了細煤焦顆粒的一次停留時間，有效地提高了細粉含量較高的福建無煙煤的燃盡率。四、爐膛燃燒溫度控制在950 1000°C之間，可提高煤顆粒的燃燒速率，降低其燃盡所需時間，有利於提高煤粉顆粒燃盡率，同時，在此溫度範圍內，爐膛不易結渣。綜上所述，本發明的優點是針對福建無煙煤的燃燒特性，採用爐膛內壁敷設衛燃帶，二次風噴嘴切圓布置的技術方案，提高了爐膛溫度，延長了煤顆粒在爐膛內高溫區的停留時間，實現了小型循環流化床鍋爐燃燒燃燒福建無煙煤穩定著火和高效燃盡的目標，且技術簡單可靠，便於鍋爐的批量生產與廣泛應用。下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的說明。


圖I是本發明20t/h高效燃燒福建無煙煤的循環流化床鍋爐示意圖；圖2是本發明同組二次風噴口的布置第一個實施例的正視示意 圖3是圖2沿A-A線的剖視 圖4是圖2沿B-B線的剖視 圖5是本發明同組二次風噴口的布置第二個實施例的正視示意 圖6是圖5沿A-A線的剖視 圖7是本發明同組二次風噴口的布置第三個實施例的正視示意圖；
圖8是圖7沿A-A線的剖視 圖9是本發明的切圓燃燒俯視示意圖。
具體實施例方式如圖I所示，本發明是一種20t/h級高效燃燒福建無煙煤的循環流化床鍋爐，它包括膜式水冷壁爐膛I、絕熱旋風分離器15、返料系統12、上鍋筒17、下鍋筒20、S型煙道18和豎井煙道19。所述膜式水冷壁爐膛I密相區上部敷設高約2m的衛燃帶31，稀相區中部敷設高約2m的衛燃帶32使爐膛維持較高的溫度，本發明也可只在在爐膛I密相區上部敷設衛燃帶31或只在稀相區中部敷設衛燃帶32。爐膛出口 2與所述絕熱旋風分離器15側口相接，其上部中心出口筒16與S型煙道18相通，S型煙道18出口連接豎井煙道19 ;所述絕熱旋風分離器分離器15下部立管14通過U型回料器13與返料系統12相接；膜式水冷壁爐膛I內下部為倒梯形燃燒室7 ;所述返料系統12與流化床燃燒室7相通；位於流化床燃燒室7底部的水冷式布風板9，其上設有鐘罩式風帽，其下連有一次風室10和排渣口 11 ;二次風口採用雙層布置，在布風板上方爐體截面的四角上布置下二次風噴口 5，上二次風噴口 4 ;所述S型煙道18內布置有對流管束，所述豎井煙道19內依次布置省煤器、空氣預熱器。本發明的爐膛I燃燒室採用瘦高型結構，從而提高循環流化床鍋爐對福建無煙煤的適應性。本發明的上二次風與下二次風均由一組噴嘴30送入，每組噴嘴30有四個，分別布置於爐膛I四角。同組四角布置的四個噴嘴30可設置在同一爐膛I水平截面，也可設置在不同水平截面上，但同一組噴嘴30的中心線在同一爐膛I水平截面內的投影應形成一個水平的切圓，且同組二次風噴嘴30噴出的二次風在俯視圖上為一切圓結構。滿足上述二次風噴嘴30布置要求的方案有多種，下面三例為常用的布置方式。如圖2、圖3、圖4、圖9所示，同組的4個噴嘴30分別設置在爐膛I四角，對角布置的噴嘴b與噴嘴d位於同一水平截面上，噴嘴c位於該平面下，噴嘴a位於該平面上，同組噴嘴的中心線在同一爐膛I水平截面內的投影形成一個水平的切圓Y。如圖5、圖6、圖9所示，同組的四個噴嘴30分別設置在爐膛I水平截面的四角，四個噴嘴al、bl、cl、dl位於同一水平截面上，同組噴嘴的中心線在爐膛I水平截面內形成一個水平的切圓Y。如圖7、圖8、圖9所示，同組的4個噴嘴30分別設置在爐膛四角，對角布置的噴嘴a2與噴嘴c2位於同一水平截面上,對角布置的噴嘴b2與d2位於同一水平截面上,兩水平面存在一高度差，同組噴嘴的中心線在同一爐膛I水平截面內的投影形成一個水平的切圓Y。
本發明的工作原理
煙氣的走向流化床 燃燒室I所需的一次風從左右兩側風道引入一次風室10，一次風通過水冷式布風板9上布置的鐘罩式風帽均勻進入膜式水冷壁爐膛I流化床料；二次風通過分布在爐膛前後牆上的二次風進口 4和5，送入膜式水冷壁爐膛I的中下部空間，無煙煤由滑差變速電機帶動螺旋給煤機正壓沿著進煤口 8送至爐膛下部，在距布風板9 一定高度被點燃，燃燒後的煙氣經爐膛上部出口 2進入絕熱旋風分離器15，旋風分離器將煙氣夾帶的一部分物料分離下來，通過返料系統12返回爐膛循環再燃；分離後的煙氣經中心出口筒16、S型煙道18和豎井煙道19排出鍋爐；無煙煤燃燒後的底渣從爐膛底部排渣管10排出，飛灰流經S型煙道18從豎井煙道19排出；S型煙道18布置有對流管束，豎井煙道19依次布置有省煤器、空氣預熱器。汽水的走向鍋爐的給水經過水平布置的光管式省煤器加熱後由吊掛管進入上鍋筒17。上鍋筒17內的鍋水由集中下降管、對流管束下降管分別進入水冷壁下集箱、下鍋筒20，接著下鍋筒20中一部分鍋水由集中下降管進入下集箱，其餘部分鍋水進入對流管束上升管，下集箱中的水進入水冷壁管，然後由水冷壁上集箱汽水引出管及對流管束汽水引出管進入上鍋筒17，上鍋筒17內設有汽水分離裝置。
權利要求
1.一種20t/h級高效燃燒福建無煙煤的循環流化床鍋爐，它包括爐膛、兩個旋風分離器、返料器、煙道；所述的爐膛由膜式水冷壁和布風板圍合而成，水冷壁由水冷壁管形成的前後牆和側牆及頂棚管組成，水冷壁下部設有一、二次風口，二次風口處設有噴嘴，爐膛上部設置有爐膛煙氣出口 ；所述的兩個旋風分離器與爐膛煙氣出口相連接；所述的返料器與旋風分離器固體顆粒出口和爐膛下部分別相連接；旋風分離器煙氣出口連接S型煙道，S型煙道連接尾部煙道，其特徵在於在爐膛內壁敷設了衛燃帶；所述的用於送入二次風的噴嘴由兩組或兩組以上噴嘴組成，每組噴嘴有四個，分別布置於爐膛四角，噴嘴採用同一水平面切圓布置或錯層切圓布置。
2.根據權利要求I所述的20t/h級高效燃燒福建無煙煤的循環流化床鍋爐，其特徵在於所述的衛燃帶敷設於爐膛密相區上部或稀相區中部，敷設高度為2-3m。
3.根據權利要求I所述的20t/h級高效燃燒福建無煙煤的循環流化床鍋爐，其特徵在於所述的衛燃帶敷設於爐膛密相區上部和稀相區中部，敷設高度為2-3m。
4.根據權利要求I所述的20t/h級高效燃燒福建無煙煤的循環流化床鍋爐，其特徵在於所述的同組四角布置的四個噴嘴可設置在同一爐膛水平截面上，或錯開設置在不同水平截面上，同一組噴嘴的中心線在同一爐膛水平截面內的投影應形成一個水平的切圓，且同組二次風噴嘴噴出的二次風在俯視圖上為一切圓結構。
5.根據權利要求I所述的20t/h級高效燃燒福建無煙煤的循環流化床鍋爐，其特徵在於所述的爐膛燃燒室為瘦高型結構，其比同容量、燃燒熱值相近的煙煤的循環流化床鍋爐高 3_5m。
全文摘要
本發明公開了一種20t/h級高效燃燒福建無煙煤的循環流化床鍋爐，主要特點(1)在爐膛密相區上部或/和稀相區中部敷設了衛燃帶；(2)二次風由兩組或兩組以上噴嘴送入，每組噴嘴有四個，分別布置於爐膛四角，二次風採用同一水平面切圓布置或錯層切圓布置；(3)爐膛燃燒室為瘦高型結構。按此技術方案設計出的循環流化床鍋爐能較好的適應福建無煙煤的燃燒，確保福建無煙煤能穩定著火，有較高的燃盡率。本發明的技術實現簡單，該類中小型鍋爐可廣泛應用於需要蒸汽供熱的化工、造紙、印染、食品等行業。
文檔編號F23L9/00GK102818260SQ20121033182
公開日2012年12月12日 申請日期2012年9月10日 優先權日2012年9月10日
發明者何宏舟, 趙龍飛 申請人:集美大學