一種適用于高堿金屬含量燃料的燃燒裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及應(yīng)用于含高堿金屬燃料的燃燒設(shè)備，尤其涉及到以高堿金屬含量、低灰熔點(diǎn)的新疆煤為燃料的燃燒設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]煤炭作為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱，在我國能源結(jié)構(gòu)中將長期占有主導(dǎo)地位。隨著用電量的逐年增加，用煤量也大幅度增加。新疆煤田的煤炭資源占中國煤炭總儲(chǔ)量的2/5，總儲(chǔ)量高達(dá)2.19萬億噸，居全國之首，是我國目前最大的整裝煤田。以我國現(xiàn)在煤炭年產(chǎn)量計(jì)算一個(gè)準(zhǔn)東煤田就夠全國使用100年.但是由于歷史成因和當(dāng)?shù)靥厥獾淖匀坏乩憝h(huán)境，準(zhǔn)東煤Ca、Na等堿金屬的含量高，以灰分計(jì)下氧化鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)總體都在2%以上，有的煤種其含量甚至高達(dá)10%，遠(yuǎn)高于其他地區(qū)動(dòng)力用煤(中國國內(nèi)動(dòng)力煤氧化鈉的含量都在1 %以下)。而煤的高鈉含量易導(dǎo)致燃用該煤種的鍋爐出現(xiàn)結(jié)渣、沾污、積灰和腐蝕等問題，嚴(yán)重影響了鍋爐的正常運(yùn)行。這就致使開采成本低、燃燒活性好、低污染、低排放的準(zhǔn)東煤得不到很好的利用。目前對(duì)新疆高鈉煤的燃燒利用主要通過摻燒、合理的鍋爐設(shè)計(jì)與運(yùn)行添加劑燃料預(yù)處理和受熱面處理等方法來實(shí)現(xiàn)。通過避免出現(xiàn)還原性氣氛與局部高溫區(qū)，減少氣相中鈉的含量以及受熱面管壁采用防腐蝕材料等方法實(shí)現(xiàn)對(duì)新疆煤結(jié)焦的控制。
[0003]鍋爐結(jié)渣是一個(gè)十分復(fù)雜的物理化學(xué)過程，傳統(tǒng)理論認(rèn)為:當(dāng)爐膛內(nèi)的溫度較高時(shí)，一部分灰分轉(zhuǎn)變?yōu)榘肴廴诨蛉廴跔顟B(tài)，若這部分灰分在到達(dá)受熱面前未得到足夠冷卻成為固態(tài)，而仍然具有粘結(jié)性，就容易粘附在煙氣受熱面上形成渣層，渣層熱阻較高，使外表面溫度升高，甚至達(dá)熔化狀態(tài)，從而形成粘性底層，易捕捉灰粒和未燃盡的焦炭，使結(jié)渣不斷增厚或者惡化；另一方面，在燃燒過程中，煤中所含的堿金屬化合物迅速揮發(fā)，呈氣態(tài)進(jìn)入煙氣中，當(dāng)溫度降低時(shí)凝結(jié)，粘附在受熱面或爐墻上，同時(shí)亦可粘附其他顆粒，凝結(jié)在飛灰顆粒的表面，成為熔融的堿化物膜形成結(jié)渣。
[0004]粘附在受熱面上的結(jié)渣會(huì)引起過熱蒸汽再熱蒸汽溫度升高，并導(dǎo)致過熱蒸汽再熱蒸汽減溫水開大，排煙損失增大，鍋爐效率降低，引風(fēng)機(jī)消耗電量增加，對(duì)強(qiáng)制循環(huán)鍋爐水冷壁的熱偏差帶來不利影響，甚至?xí)?dǎo)致汽水管爆破使鍋爐出力降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成被迫停爐，縮短鍋爐設(shè)備的使用壽命。同時(shí)，結(jié)渣易成灰渣大塊，造成撈渣機(jī)和碎渣機(jī)運(yùn)行困難，有時(shí)會(huì)過載跳閘，嚴(yán)重時(shí)使渣溝受堵，引起鍋爐事故的發(fā)生，且鍋爐的大渣塊掉落，亦對(duì)水冷壁的安全造成很大威脅。
[0005]通過對(duì)燃用新疆煤的燃燒設(shè)備的調(diào)研發(fā)現(xiàn):沾污結(jié)焦受熱面的分布區(qū)域較廣，沿?zé)煔庑谐谈鞫问軣崦婢赡馨l(fā)生沾污結(jié)焦;發(fā)生沾污結(jié)焦的位置受煤種影響較大，但不會(huì)在所有的受熱面都發(fā)生，僅是個(gè)別的受熱面;受熱面上的結(jié)焦粘性大，空氣吹灰無法清除；鍋爐負(fù)荷超過某一值時(shí)，飛灰含碳量劇增，結(jié)焦沾污發(fā)展迅速;新疆煤的結(jié)焦性和灰熔點(diǎn)的直接關(guān)系關(guān)聯(lián)性不強(qiáng)。
[0006]傳統(tǒng)理論認(rèn)為新疆煤易發(fā)生沾污結(jié)焦的主要原因是:煤種灰熔點(diǎn)低、Na、K元素含量高，氣態(tài)的Na、K元素因熱脈動(dòng)碰觸到受熱面形成灰底層，繼而捕捉煙氣中的固體顆粒，使受熱面發(fā)生沾污結(jié)渣。但是通過對(duì)爐膛對(duì)流受熱面底層灰進(jìn)行掃描電鏡分析，可知灰層的主要成分為CaS04，而非傳統(tǒng)結(jié)焦理論中認(rèn)為易升華凝結(jié)的Na、K元素形成的堿金屬化合物。CaS04本身的灰熔點(diǎn)為1450°C，而結(jié)渣沾污受熱面的區(qū)間溫度為600?700°C，且經(jīng)常出現(xiàn)受熱面沾污不對(duì)稱的情況。因此，可以判定形成沾污的主要原因不是易升華凝結(jié)的Na、K元素化合物和共熔體所致。根據(jù)新疆煤著火溫度低、灰熔點(diǎn)低和沾污結(jié)焦易發(fā)生在高負(fù)荷下的情況，可以判定沾污結(jié)焦的主要原因是燃料在爐膛內(nèi)未完全燃盡，未燃盡碳跟隨煙氣進(jìn)入屏和對(duì)流受熱面，繼續(xù)燃燒，由于燃燒溫度遠(yuǎn)高于CaS04的熔點(diǎn)溫度，導(dǎo)致顆粒表面的融化或者軟化，當(dāng)顆粒和受熱面碰撞時(shí)就會(huì)發(fā)生沾污結(jié)焦現(xiàn)象。當(dāng)有新的未燃盡顆粒加入時(shí)，就會(huì)加劇局部沾污結(jié)焦，并不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致運(yùn)行事故的出現(xiàn)。同時(shí)，這也驗(yàn)證了形成的灰的粘性大，清除難的問題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]由于使用新疆煤的燃燒設(shè)備的受熱面沾污結(jié)焦的原因是煤種的著火溫度低、灰熔點(diǎn)低、未燃盡碳和CaS04共同形成灰底層。本實(shí)用新型通過組織全新的燃燒方式和對(duì)煙氣行程進(jìn)行調(diào)節(jié)控制的方法來解決新疆煤在燃燒過程中屏和對(duì)流受熱面出現(xiàn)的嚴(yán)重沾污結(jié)焦問題，提出一種能夠安全穩(wěn)定長期使用該煤種的燃燒裝置。方案如下:
[0008]—種適用于高堿金屬含量燃料的燃燒裝置，主要包括燃燒室2、輻射換熱室6、轉(zhuǎn)向室12、對(duì)流換熱室17，燃燒室2頂端設(shè)置頂置燃燒器)和周向布置的主燃燒器3，輻射換熱室6和燃燒室2通過喉口 4連接;輻射換熱室6周向布置氣體局部保護(hù)裝置7，下部設(shè)有折焰角15，并通過轉(zhuǎn)向室12和對(duì)流換熱室17相連接;在輻射換熱室6下端設(shè)置有液態(tài)排渣裝置10，由渣池9連接;對(duì)流換熱室17包括高溫對(duì)流段13、低溫對(duì)流段14和激冷段11三個(gè)部分，煙氣最終由對(duì)流換熱室16排出。
[0009]頂置燃燒器采用旋流燃燒器，頂置燃燒器的安裝位置為燃燒室的垂直軸線上。
[0010]主燃燒器采用直流燃燒器，主燃燒器的安裝位置在燃燒室的周向上，均勻?qū)ΨQ分布，主燃燒器的射流方向和置頂燃燒器1建立的流場相切或者相交成較小的角度。
[0011]當(dāng)負(fù)荷值比較低時(shí)，可以采用頂置燃燒器單獨(dú)運(yùn)行。
[0012]燃燒室2、喉口4、輻射冷卻室6均垂直布置，且同軸布置。
[0013]從圖2上看，折焰角的第一拐點(diǎn)A和第二拐點(diǎn)B均位于第三拐點(diǎn)C的內(nèi)側(cè)。為了便于調(diào)整流場，從圖1上看，第二拐點(diǎn)B的位置低于第一拐點(diǎn)A的位置。
[0014]激冷段的進(jìn)出口區(qū)間為口溫度不低于750°C，出口溫度不高于650°C。
[0015]本實(shí)用新型將整個(gè)技術(shù)方案分為燃燒方式創(chuàng)新和煙氣行程調(diào)節(jié)控制兩個(gè)部分。在燃燒方式上，總體上采用液態(tài)排渣方式，燃料和助燃劑通過切向和割向由設(shè)定的燃燒器進(jìn)入爐膛。通過合理配風(fēng)方式，使燃料在爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)，在一二次風(fēng)和離心力的作用下，在爐膛內(nèi)壁熔融態(tài)渣膜上進(jìn)行燃燒反應(yīng)，燃燒后剩余的熔渣沿爐膛內(nèi)壁在氣體流動(dòng)和重力的作用下向下流動(dòng)。較大的燃料顆粒在爐膛內(nèi)壁渣膜上燃燒，較細(xì)的顆粒在熔渣附近空間懸浮燃燒。在煙氣行程控制方面借鑒已申請(qǐng)專利《一種帶有灰渣捕捉的防結(jié)渣及沾污的顯熱回收裝置》(CN102671410 B)中的煙氣控制方法，在高溫對(duì)流受熱面和低溫對(duì)流受熱面之間添加煙氣再循環(huán)，準(zhǔn)確控制煙氣的溫度來實(shí)現(xiàn)受熱面沾污的控制。煙氣溫度控制的主要目的是將氣態(tài)的堿金屬化合物轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)，防止對(duì)流受熱面上由于煙氣中含有較多的Na、K等氣態(tài)堿金屬化合物和低溫共融體在?700°C的臨界溫度范圍內(nèi)發(fā)生冷凝，從而在受熱面上呈現(xiàn)較高的粘性，并在受熱面表面上凝結(jié)形成沾污底層。由于沾污底層具有較強(qiáng)的粘性，可以捕捉大量飛灰，從而使得受熱面發(fā)生大面積沾污，極大的影響了換熱效率和設(shè)備可用率。
[0016]優(yōu)選地，燃燒室的外形結(jié)構(gòu)采用圓形或者對(duì)稱的正多邊形；
[0017]優(yōu)選地，燃燒器分為頂置燃燒器和主燃燒區(qū)燃燒器，頂置燃燒器采用旋流燃燒器，主燃燒器采用直流燃燒器，選擇大切圓燃燒；
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