一種減輕高堿性煤種沾污的cfb輻射混合型鍋爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種減輕高堿性煤種沾污的CFB輻射混合型鍋爐，包括流化床爐膛、旋風分離器、水平煙道、輻射鍋爐和對流煙道，流化床爐膛連接旋風分離器，旋風分離器通過水平煙道連接輻射鍋爐，輻射鍋爐的底部連接水平的對流煙道；輻射鍋爐內(nèi)設置有輻射水冷壁和輻射換熱屏，輻射水冷壁為具有空腔的長方形結構，輻射換熱屏位于空腔內(nèi)；輻射換熱屏包括多個豎直平面輻射子屏，每個輻射子屏均是由多個豎直的立管拼接形成，輻射子屏以輻射水冷壁的中心軸線為圓心發(fā)散布置；本發(fā)明采用CFB鍋爐爐膛與輻射鍋爐配合，采用避免700℃—1100℃區(qū)間出現(xiàn)對流換熱面，利用煤灰的循環(huán)，大大減輕了高堿金屬煤種燃燒發(fā)生的沾污問題。
【專利說明】一種減輕高堿性煤種沾污的CFB輻射混合型鍋爐

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及高堿性煤的防沾污【技術領域】，特別是一種減輕高堿性煤種沾污的CFB輻射混合型鍋爐。

【背景技術】
[0002]我國發(fā)電行業(yè)以火力發(fā)電為主，火電裝機容量超過70%以上。火電動力用煤多采用劣質低品位煤，鍋爐爐膛水冷壁結渣、對流受熱面沾污問題是長期影響電站鍋爐正常運行的重要問題之一。結渣和沾污會降低鍋爐的傳熱效率，影響鍋爐出力，使得設備的運行安全性嚴重降低，結渣沾污嚴重時可能導致鍋爐熄火、爆管、非計劃停爐等重大事故。
[0003]為了預防由于結渣與沾污所帶來的各種問題，國內(nèi)外學者對結渣與沾污的機理進行了大量的研究。研究表明結渣與沾污是復雜的物理化學反應過程，與煤自身特性、鍋爐設計、運行狀況等眾多因素有關，提出了多個結渣與沾污判定指數(shù)。但由于煤在鍋爐中燃燒是一個極其復雜的過程，這些結渣判定指數(shù)在實際應用過程中有著很大的局限性，只能作為初步判斷并不能從根本上解決結渣與沾污對鍋爐的危害問題。
[0004]準東煤田是近年在新疆探明的特大型煤田，煤炭資源預測儲量3900億t，其煤中富含堿金屬元素，在電廠燃用過程中出現(xiàn)高溫過熱器(高過)、高溫再熱器(高再)沾污堵塞問題，而其他高堿金屬煤種在燃燒過程中也會出現(xiàn)嚴重沾污現(xiàn)象。
[0005]高堿性煤在煤粉鍋爐燃燒過程中由于堿金屬元素的揮發(fā)，容易在鍋爐受熱面冷凝形成一層打底附著物。打底物主要以NaCl或Na2SO4形式存在，上述成分在高溫下?lián)]發(fā)后，易凝結在對流受熱面上形成燒結或粘結的灰沉積，隨著附著物對飛灰的吸附作用，會使得對流受熱面出現(xiàn)不同程度的沾污現(xiàn)象，且無法使用吹灰器清除，從而導致受熱面?zhèn)鳠崮芰ο陆担斐慑仩t排煙溫度升高等問題，最終使得爐膛出力大大降低造成停爐。
[0006]國內(nèi)對于燃燒高堿性煤利用還缺乏工程運行經(jīng)驗，僅新疆地區(qū)個別電廠在研究高堿性煤的燃燒沾污問題，目前并沒有高效的利用辦法，只通過外煤摻燒的方式來減輕沾污問題，外煤摻燒問題實際上是通過添加其他低堿性金屬煤，降低了原煤中堿金屬的相對含量。鍋爐摻燒高堿性煤的比例不應超過30%，摻燒比例增大時，對流受熱面沾污積灰嚴重，形成煙氣走廊，煙氣沖刷造成高溫再熱器、高溫過熱器泄漏。由于新疆地區(qū)高堿性煤利用方式多為坑口電站，摻燒方式對外煤的需求量較大，這種方式往往受到運輸條件的限制，極大增加了運行成本。
[0007]對于傳統(tǒng)電站鍋爐而言，在燃用高堿性煤種時，由于煤種富含的堿金屬元素容易在對流受熱面上沉積，因此在對流受熱面上發(fā)生嚴重的沾污現(xiàn)象，導致鍋爐出力不足，管壁溫度過高導致爆管等現(xiàn)象。研究表明，煙氣溫度處于700°C — 1100°C區(qū)間屬于沾污發(fā)生嚴重區(qū)域。因此，高堿性煤的沾污問題是亟待解決的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明針對傳統(tǒng)電站鍋爐燃用高堿性煤種產(chǎn)生的沾污問題，提出了一種減輕高堿性煤種沾污的CFB輻射混合型鍋爐，基于傳統(tǒng)CFB鍋爐爐膛，取消其對流受熱面，布置下行的輻射鍋爐和橫向的對流受熱段，產(chǎn)生過熱蒸汽，通過CFB鍋爐的循環(huán)設置及輻射鍋爐，避免受熱面出現(xiàn)沾污，實現(xiàn)高堿性煤種的純燒利用。
[0009]本發(fā)明的技術方案如下:
一種減輕高堿性煤種沾污的CFB輻射混合型鍋爐，其特征在于:包括流化床爐膛、旋風分離器、水平煙道、輻射鍋爐和對流煙道，流化床爐膛連接旋風分離器，旋風分離器通過水平煙道連接輻射鍋爐，輻射鍋爐的底部連接水平的對流煙道；所述輻射鍋爐內(nèi)設置有輻射水冷壁和輻射換熱屏，所述輻射水冷壁是由多個豎直的立管拼接形成的長方形結構，長方形結構內(nèi)為空腔；所述輻射換熱屏位于輻射水冷壁的空腔內(nèi)，輻射換熱屏包括多個豎直平面輻射子屏，每一個輻射子屏均是由多個豎直的立管拼接形成，輻射子屏以輻射水冷壁豎直方向的中心軸線為圓心發(fā)散布置；所述輻射水冷壁和輻射換熱屏的每相鄰兩個立管均是通過焊接方式連接。
[0010]所述輻射鍋爐包括四個側壁、一頂壁和漏斗型底壁，側壁、頂壁均有由外層耐火保溫材料和內(nèi)層膜式水冷壁構成，漏斗型底壁為耐火材料結構；漏斗型底壁的下方為出渣口，形成輻射段除灰斗；所述出渣口為耐火材料結構。
[0011]輻射水冷壁和輻射換熱屏的每個立管的上端均與上集箱連通，每個立管的下端與下集箱連通。
[0012]輻射水冷壁還在輻射鍋爐內(nèi)頂部設置有頂壁水冷壁。
[0013]所述下行的輻射鍋爐代替CFB燃燒鍋爐原有的對流受熱面。利用輻射鍋爐輻射受熱面的特殊布置，減輕了煙氣通過時對受熱面的沖刷，且由于煙氣流動速度較小，不容易發(fā)生灰沉積，可減輕由于燃用高堿性煤種所發(fā)生的沾污。在輻射受熱段底部，煙氣溫度降低至7000C以下，此時，煙氣中的高堿性物質已凝結沉積，煙氣折流橫向進入對流段中，大大減小了煤灰在對流段的沉積。
[0014]所述對流煙道橫向水平布置，與輻射鍋爐相連，設置有對流傳熱部件。所述對流傳熱部件包括二級省煤器、一級省煤器及空氣預熱器部件；所述對流傳熱部件為多組對流管束，對流管束的壁面為耐火保溫材料。
[0015]對流煙道的后端連接有排煙煙道；煙氣經(jīng)過二級省煤器、一級省煤器及空氣預熱器對流換熱，可使得煙氣出口溫度達到規(guī)定標準。
[0016]所述流化床爐膛為帶水冷壁面的常規(guī)流化床爐膛，其上設置有煤倉，流化床爐膛的底部設置有流化風口。
[0017]本發(fā)明的工作過程為:
經(jīng)過破碎等預處理的高堿性煤粉與添加劑通過煤倉進入流化床爐膛，與從流化風口進入經(jīng)空氣預熱器加熱的熱空氣進行燃燒后，產(chǎn)生高溫煙氣，高溫煙氣經(jīng)過流化床爐膛上部的爐膛出口進入旋風分離器，經(jīng)過旋風分離器除去高溫煙氣中絕大多數(shù)的飛灰顆粒；飛灰顆粒作為燃燒熱載體返回到流化床爐膛循環(huán)利用；從旋風分離器中分離出來的高溫煙氣通過水平煙道進入下行的輻射鍋爐，高溫煙氣與輻射鍋爐內(nèi)的輻射水冷壁屏和輻射換熱屏換熱后，高溫煙氣的溫度將大幅下降，通常高溫煙氣溫度降至700°C，高溫煙氣的體積和流速都將大幅減小，得到冷凝后的灰渣顆粒；灰渣顆粒沉降在出渣口中，而煙氣折流進入橫向水平的對流煙道，經(jīng)二級省煤器、一級省煤器及空氣預熱器換熱，通過排煙煙道排出。
[0018]本發(fā)明也可通過受熱面及水蒸氣的流動路徑得到汽輪機發(fā)電所需過熱蒸汽，具體的水汽流程為:鍋爐給水進入一級省煤器中，一級省煤器采用逆流布置以得到最大熱量利用，給水經(jīng)過加熱后進入二級省煤器中，加熱后的給水從二級省煤器送出并進入爐膛水冷壁加熱，爐膛水冷壁出口蒸汽通過汽水分離得到的合格蒸汽送入輻射換熱屏中進行過熱，過熱蒸汽進入汽輪機中發(fā)電；空氣可通過空氣預熱器進行預熱；輔助蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽可用作減溫水以調節(jié)輻射換熱屏出口蒸汽參數(shù)避免管壁溫度超溫。
[0019]該鍋爐采用傳統(tǒng)CFB鍋爐爐膛，煤粉進入流化床燃燒后，煙氣和煤灰從流化床爐膛上部進入旋風分離器中，經(jīng)旋風分離器的分離作用，煤灰從底部進入流化床中，作為流化床的熱載體循環(huán)使用。由于煤灰的摻入，有效降低流化床中堿金屬物質的相對含量，避免了流化床燃燒沾污的問題。
[0020]本發(fā)明的有益效果如下:
(I)本發(fā)明提供的一種減輕高堿性煤種沾污的CFB-輻射混合型鍋爐，采用CFB鍋爐爐膛，利用煤灰的循環(huán)避免了流化床的燃燒沾污問題。
[0021](2)本發(fā)明提供的一種減輕高堿性煤種沾污的CFB-輻射混合型鍋爐，采用CFB鍋爐爐膛與下行的輻射鍋爐配合，避免700°C—1100°C區(qū)間出現(xiàn)對流換熱面，大大減輕了高堿金屬煤種燃燒發(fā)生的沾污問題。
[0022](3)本發(fā)明提供的一種減輕高堿性煤種沾污的CFB-輻射混合型鍋爐，輻射鍋爐出口煙氣橫向進入對流段，由于輻射段對煙氣中灰分及高堿性物質的冷卻及沉積作用，大大減少了對流段煙氣的積灰程度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的剖視結構示意圖；
圖2為本發(fā)明圖1中的A-A截面劑視不意圖。
[0024]其中，附圖標記為:I煤倉，2流化床爐膛，3旋風分離器，4水平煙道，5上集箱，6頂壁水冷壁，7輻射鍋爐，8輻射換熱屏，9輻射水冷壁，10下集箱，11出渣口，12 二級省煤器，13 一級省煤器，14空氣預熱器，15流化風口，16對流煙道，17側壁，18頂壁，19漏斗型底壁。

【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細描述:
如圖1-2所示，一種減輕高堿性煤種沾污的CFB輻射混合型鍋爐，包括流化床爐膛2、旋風分離器3、水平煙道4、輻射鍋爐7和對流煙道16，流化床爐膛2連接旋風分離器3，旋風分離器3通過水平煙道4連接輻射鍋爐7，輻射鍋爐7的底部連接水平的對流煙道16 ;所述輻射鍋爐7內(nèi)設置有輻射水冷壁9和輻射換熱屏8，所述輻射水冷壁9是由多個豎直的立管拼接形成的長方形結構，長方形結構內(nèi)為空腔；所述輻射換熱屏8位于輻射水冷壁9的空腔內(nèi)，輻射換熱屏8包括多個豎直平面輻射子屏，每一個輻射子屏均是由多個豎直的立管拼接形成，輻射子屏以輻射水冷壁9豎直方向的中心軸線為圓心發(fā)散布置；所述輻射水冷壁9和輻射換熱屏8的每相鄰兩個立管均是通過焊接方式連接。
[0026]所述輻射鍋爐7包括四個側壁17、一頂壁18和漏斗型底壁19，側壁17、頂壁18均有由外層耐火保溫材料和內(nèi)層膜式水冷壁構成，漏斗型底壁19為耐火材料結構；漏斗型底壁19的下方為出渣口 11，形成輻射段除灰斗；所述出渣口 11為耐火材料結構。
[0027]輻射水冷壁9和輻射換熱屏8的每個立管的上端均與上集箱5連通，每個立管的下端與下集箱10連通。
[0028]輻射水冷壁9還在輻射鍋爐7內(nèi)頂部設置有頂壁水冷壁6。
[0029]所述下行的輻射鍋爐7代替CFB燃燒鍋爐原有的對流受熱面。利用輻射鍋爐7輻射受熱面的特殊布置，減輕了煙氣通過時對受熱面的沖刷，且由于煙氣流動速度較小，不容易發(fā)生灰沉積，可減輕由于燃用高堿性煤種所發(fā)生的沾污。在輻射受熱段底部，煙氣溫度降低至700°C以下，此時，煙氣中的高堿性物質已凝結沉積，煙氣折流橫向進入對流段中，大大減小了煤灰在對流段的沉積。
[0030]所述對流煙道16橫向水平布置，與輻射鍋爐7相連，設置有對流傳熱部件。所述對流傳熱部件包括二級省煤器12、一級省煤器13及空氣預熱器14部件，；所述對流傳熱部件為多組對流管束，對流管束的壁面為耐火保溫材料。
[0031]對流煙道16的后端連接有排煙煙道；煙氣經(jīng)過二級省煤器12、一級省煤器13及空氣預熱器14對流換熱，可使得煙氣出口溫度達到規(guī)定標準。
[0032]所述流化床爐膛2為帶水冷壁面的常規(guī)流化床爐膛2，其上設置有煤倉1，流化床爐膛2的底部設置有流化風口 15。
[0033]本發(fā)明的工作過程為:
經(jīng)過破碎等預處理的高堿性煤粉與添加劑通過煤倉I進入流化床爐膛2，與從流化風口 15進入經(jīng)空氣預熱器14加熱的熱空氣進行燃燒后，產(chǎn)生高溫煙氣，高溫煙氣經(jīng)過流化床爐膛2上部的爐膛出口進入旋風分離器3，經(jīng)過旋風分離器3除去高溫煙氣中絕大多數(shù)的飛灰顆粒；飛灰顆粒作為燃燒熱載體返回到流化床爐膛2循環(huán)利用；從旋風分離器3中分離出來的高溫煙氣通過水平煙道4進入下行的輻射鍋爐7，高溫煙氣與輻射鍋爐7內(nèi)的輻射水冷壁9屏和輻射換熱屏8換熱后，高溫煙氣的溫度將大幅下降，通常高溫煙氣溫度降至700°C，高溫煙氣的體積和流速都將大幅減小，得到冷凝后的灰渣顆粒；灰渣顆粒沉降在出渣口 11中，而煙氣折流進入橫向水平的對流煙道16，經(jīng)二級省煤器12、一級省煤器13及空氣預熱器14換熱，通過排煙煙道排出。
[0034]本發(fā)明也可通過受熱面及水蒸氣的流動路徑得到汽輪機發(fā)電所需過熱蒸汽，具體的水汽流程為:鍋爐給水進入一級省煤器13中，一級省煤器13采用逆流布置以得到最大熱量利用，給水經(jīng)過加熱后進入二級省煤器12中，加熱后的給水從二級省煤器12送出并進入爐膛水冷壁加熱，爐膛水冷壁出口蒸汽通過汽水分離得到的合格蒸汽送入輻射換熱屏8中進行過熱，過熱蒸汽進入汽輪機中發(fā)電；空氣可通過空氣預熱器14進行預熱；輔助蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的蒸汽可用作減溫水以調節(jié)輻射換熱屏8出口蒸汽參數(shù)避免管壁溫度超溫。
[0035]該鍋爐采用傳統(tǒng)CFB鍋爐爐膛，煤粉進入流化床燃燒后，煙氣和煤灰從流化床爐膛2上部進入旋風分離器3中，經(jīng)旋風分離器3的分離作用，煤灰從底部進入流化床中，作為流化床的熱載體循環(huán)使用。由于煤灰的摻入，有效降低流化床中堿金屬物質的相對含量，避免了流化床燃燒沾污的問題。
[0036]高溫煙氣從旋風分離器3上部出來，按照實際需要布置盡可能短的水平煙道4，將煙氣導入下行輻射鍋爐7中，替代原有的對流受熱面產(chǎn)生過熱蒸汽。該輻射鍋爐7的墻壁采用膜式壁結構，包括側壁17、頂壁18，在側壁17內(nèi)設置輻射換熱屏8。當煙氣進入下行輻射鍋爐7時，由于輻射鍋爐7截面積較大，因此其下行速率極慢，煙氣處于層流狀態(tài)，其輻射換熱可充分進行，在輻射鍋爐7進口布置小段保護夾套并對煙氣進行導流，使煙氣在緩慢下降的過程中與壁面不接觸或少接觸。輻射鍋爐7高度的布置需滿足:(I)輻射鍋爐7受熱面中過熱蒸汽需達到汽輪機進口要求；(2)煙氣溫度降低至700°C以下，即可保證燃用高堿金屬煤種時鍋爐受熱不發(fā)生沾污。
[0037] 輻射鍋爐7出口橫向布置省煤器、空氣預熱器14等。煙氣在輻射段底部溫度已降至700°C以下，煙氣中的高堿性物質在緩慢的氣流速度下在輻射段底部進行沉積。然后煙氣改變流向，橫向進入對流段，將大大降低對流段省煤器及空氣預熱器14的積灰程度。
【權利要求】
1.一種減輕高堿性煤種沾污的CFB輻射混合型鍋爐，其特征在于:包括流化床爐膛(2)、旋風分離器(3)、水平煙道(4)、輻射鍋爐(7)和對流煙道(16)，流化床爐膛(2)連接旋風分離器(3)，旋風分離器(3)通過水平煙道(4)連接輻射鍋爐(7)，輻射鍋爐(7)的底部連接水平的對流煙道(16);所述輻射鍋爐(7)內(nèi)設置有輻射水冷壁(9)和輻射換熱屏(8)，所述輻射水冷壁(9)是由多個豎直的立管拼接形成的長方形結構，長方形結構內(nèi)為空腔；所述輻射換熱屏(8)位于輻射水冷壁(9)的空腔內(nèi)，輻射換熱屏(8)包括多個豎直平面輻射子屏，每一個輻射子屏均是由多個豎直的立管拼接形成，輻射子屏以輻射水冷壁(9 )豎直方向的中心軸線為圓心發(fā)散布置；所述輻射水冷壁(9)和輻射換熱屏(8)的每相鄰兩個立管均是通過焊接方式連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種減輕高堿性煤種沾污的CFB輻射混合型鍋爐，其特征在于:所述輻射鍋爐(7)包括四個側壁(17)、一頂壁(18)和漏斗型底壁(19)，側壁(17)、頂壁(18)均有由外層耐火保溫材料和內(nèi)層膜式水冷壁構成，漏斗型底壁(19)為耐火材料結構。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種減輕高堿性煤種沾污的CFB輻射混合型鍋爐，其特征在于:所述漏斗型底壁(19)的下方為出渣口(11)，形成輻射段除灰斗；所述出渣口(11)為耐火材料結構。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種減輕高堿性煤種沾污的CFB輻射混合型鍋爐，其特征在于:輻射水冷壁(9)和輻射換熱屏(8)的每個立管的上端均與上集箱(5)連通，每個立管的下端與下集箱(10)連通。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種減輕高堿性煤種沾污的CFB輻射混合型鍋爐，其特征在于:輻射水冷壁(9)還在輻射鍋爐(7)內(nèi)頂部設置有頂壁水冷壁(6)。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種減輕高堿性煤種沾污的CFB輻射混合型鍋爐，其特征在于:所述對流煙道(16)內(nèi)設置有對流傳熱部件，對流傳熱部件包括依次橫向水平安裝的二級省煤器(12)、一級省煤器(13)及空氣預熱器(14)部件；對流傳熱部件為多組對流管束，對流管束的壁面為耐火保溫材料。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種減輕高堿性煤種沾污的CFB輻射混合型鍋爐，其特征在于:對流煙道(16)的后端連接有排煙煙道，煙氣經(jīng)過二級省煤器(12)、一級省煤器(13)及空氣預熱器(14)對流換熱后進入排煙煙道。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種減輕高堿性煤種沾污的CFB輻射混合型鍋爐，其特征在于:所述流化床爐膛(2)為帶水冷壁面的流化床爐膛(2)，流化床爐膛(2)的側面上端設置有煤倉(1)，流化床爐膛(2)的底部設置有流化風口(15)。
9.根據(jù)權利要求1-8任意一項所述的一種減輕高堿性煤種沾污的CFB輻射混合型鍋爐，其特征在于工作過程為:經(jīng)過破碎等預處理的高堿性煤粉與添加劑通過煤倉(I)進入流化床爐膛(2)，與從流化風口( 15)進入經(jīng)空氣預熱器(14)加熱的熱空氣進行燃燒后，產(chǎn)生高溫煙氣，高溫煙氣經(jīng)過流化床爐膛(2)上部的爐膛出口進入旋風分離器(3)，經(jīng)過旋風分離器(3)除去高溫煙氣中絕大多數(shù)的飛灰顆粒；飛灰顆粒作為燃燒熱載體返回到流化床爐膛(2)循環(huán)利用；從旋風分離器(3)中分離出來的高溫煙氣通過水平煙道(4)進入下行的輻射鍋爐(7)，高溫煙氣與輻射鍋爐(7)內(nèi)的輻射水冷壁(9)屏和輻射換熱屏(8)換熱后，高溫煙氣的溫度將大幅下降，通常高溫煙氣溫度降至700°C，高溫煙氣的體積和流速都將大幅減小，得到冷凝后的灰渣顆粒；灰渣顆粒沉降在出渣口(11)中，而煙氣折流進入橫向水平的對流煙道(16)，經(jīng)二級省煤器(12)、一級省煤器(13)及空氣預熱器(14)換熱，通過排煙煙道排出。
【文檔編號】F23C10/18GK104373925SQ201410681017
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權日:2014年11月25日
【發(fā)明者】曹立勇, 張媛, 張春飛, 郭盼, 劉正寧, 李陽, 張鑫, 樊偉, 杜奇, 胡春云, 雷宇 申請人:中國東方電氣集團有限公司