CN103075728A - 基于流态重构控制氮氧化物的循环流化床锅炉 - Google Patents
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Abstract
基于流态重构控制氮氧化物的循环流化床锅炉，涉及循环流化床锅炉设备，解决目前尚无超低排放氮氧化物（NOX）的循环流化床锅炉的技术问题。本发明包括：循环流化床锅炉炉膛，与炉膛烟气出口连通的分离器，与分离器料腿连通的返料器、风帽，与炉膛连通的风室、分布在炉膛前后墙上的二次风管，所述分离器是一种并绝热旋风分离器；所述返料器采用高压冷风，入口风管上装设流量计、压力计和风量调节阀门；所述风室与炉膛被布风板相隔，布风板上布置钟罩式风帽。本发明适用于流态重构的循环流化床锅炉，通过燃烧控制使得锅炉炉膛出口氮氧化物（NOX）产生总量偏低。
Description
技术领域
本发明涉及循环流化床锅炉设备，具体地说是一种基于流态重构的控制氮氧化物（NOX）的循环流化床锅炉。
背景技术
随着国家《火电厂大气污染物排放标准》（GB13223-2011）颁布实施，要求燃煤锅炉的烟尘、二氧化硫、氮氧化物、汞及其化合物排放均要达到限定值。目前，循环流化床锅炉的烟尘、二氧化硫、汞及其化合物的排放，通过尾部电布除尘、炉内喷钙和尾部增设脱硫装置等措施，均能达到限定值。而对于氮氧化物（NOX）超低排放，其与锅炉燃烧密切相关，目前在控制氮氧化物（NOX）排放指标方面，尚无针对的整体锅炉燃烧结构设计。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种基于流态重构控制氮氧化物的循环流化床锅炉，解决目前尚无超低排放氮氧化物（NOX）的循环流化床锅炉的技术问题。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于流态重构的控制氮氧化物排放的循环流化床锅炉，定态理论指出，CFB的下部为鼓泡床，上部为快速床，不同煤种对应着不同的最佳鼓泡床及最佳快速床状态，其实质就是要确定最优的快速床和鼓泡床状态。其中，最佳细颗粒量的确定应从物料的传热、颗粒聚团概率、气体扩散混合作用以及二次风的穿透效果来综合考虑，并且最佳细颗粒的床存量是根据《循环流化床流态设计图谱》进行优化确定。
而最佳粗颗粒量的确定应从床温、燃料中大颗粒的燃烬程度、受热面的磨损情况，以及风机的能耗和二次风的穿透扩散能力来进行考虑，同时，最佳粗颗粒床存量是根据《多粒度物料平衡模型》和《不同粒度燃料燃烬时间曲线》进行优化确定。流态重构后，构成鼓泡床的粗颗粒量大大减少，而构成快速床的细颗粒量略有增加，总的床存量大大减少且细颗粒比例大幅度提升，基于流态重构超低排放循环流化床锅炉炉膛物料变化可满足最佳物料平衡要求。锅炉配套一次风机主要作用是保持循环流化床锅炉底料的正常流化和进入炉膛的燃料及时引燃，锅炉配套二次风机主要作用是在适宜时段和区域及时补入燃料燃烧所需的氧气，既保证燃料的完全燃尽，又要控制烟气中尽量少产生CO、SOX和NOX。基于流态重构超低排放循环流化床锅炉，因构成鼓泡床的粗颗粒量大大减少而使得锅炉配套一次风机功率可大大降低，合理的二次风的穿透扩散能力设计使得锅炉配套二次风机功率可适当降低，对整体锅炉配套辅机电耗有很大补益。
一种基于流态重构控制氮氧化物的循环流化床锅炉，包括：循环流化床锅炉炉膛、与炉膛烟气出口连通的分离器、与分离器料腿和炉膛连通的返料器、从一次风道引入炉膛的风室、布置在风室布风板上的风帽、分布在炉膛前后墙上的二次风管，分离器入口区域与SNCR烟气脱硝系统相接，其特征在于：所述分离器是一种并列布置在炉膛烟气出口区域、进口烟道下倾、中心筒偏心的绝热旋风分离器；所述返料器的返料风采用高压冷风，由小风帽送入，入口风管上装设流量计、压力计和风量调节阀门；所述风室与炉膛被布风板相隔，均匀布置在布风板上的风帽是一种钟罩式风帽。
进一步，所述绝热旋风分离器由外壳和三层结构的耐火材料里衬组成，三层耐火材料分别为高强度耐磨浇注料、轻质浇注料、轻质保温砖；所述绝热旋风分离器设有工作温度控制系统。
进一步，所述返料器由外壳和三层结构的耐火材料里衬组成，三层耐火材料分别为高强度耐磨浇注料、轻质浇注料、轻质保温砖；所述返料器设有工作温度控制系统。
进一步，所述布风板上设有磷酸盐耐火混凝土。
进一步，所述二次风管的喷嘴设置在炉膛下部物料需要助燃的高度。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：
循环流化床锅炉实现流态重构所需要具备的两个核心条件是：首先应预先了解有关燃料煤的成灰磨耗特性，即通过将煤进行热静态燃烧和冷态振筛磨耗方式进行分析，解决国际上通行的必须在热态下进行测试的弊端。其次是保证循环系统具有高效的分离效率，保证锅炉循环系统中循环粒子浓度（热量搬运工）及粒径分布，使得分离器下物料取样分析：d50在10～12um，d99在100um以内，整个循环回路物料循环量满足运行状态2.5～3.0Kg/Nm3要求。
本发明由于在炉膛出口并列布置了高效绝热旋风分离器，炉膛燃烧后的烟气经炉膛出口进入旋风分离器，将烟气夹带的物料分离下来，通过返料器返回炉膛循环再燃，分离效率很高；一次风经风室通过风帽均匀进入炉膛，流化床料，二次风通过分布在炉膛前后墙上的二次风管喷嘴，送入炉膛下部物料燃烧需要空气的空间，保证燃烧从还原性气氛转入过氧燃烧阶段，提高了燃烧效率。炉内燃烧配风的优化调整，使得锅炉初始氮氧化物（NOX）生成控制在较低值。
本发明适用于流态重构的循环流化床锅炉，通过燃烧控制使得锅炉炉膛出口氮氧化物（NOX）产生总量偏低。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
以下结合附图通过较佳实施例对本发明作进一步的说明。
具体实施方式
如图1所示，一种基于流态重构控制氮氧化物的循环流化床锅炉，包括：循环流化床锅炉炉膛1、与炉膛烟气出口连通的分离器2、与分离器料腿和炉膛1连通的返料器3、从一次风道引入炉膛的风室5、布置在风室布风板上的风帽4、分布在炉膛前后墙上的二次风管6，分离器2入口区域与SNCR烟气脱硝系统相接。
所述SNCR烟气脱硝系统由氨水卸载与存储系统7、氨水和稀释水输送系统8、混合分配系统9和喷射系统10组成，所述氨水卸载与储存系统7由氨水罐车71、氨水卸料泵装置72和氨水储罐73构成，所述氨水和稀释水输送系统8由除盐水81、氨水计量泵装置82和稀释水计量泵装置83构成，所述混合分配系统9由静态混合器91和还原剂分配器92构成，所述喷射系统10由设置在分离器入口区域、分布到整个烟道截面、连接压缩空气源的喷射头101构成，所述氨水储罐73连接所述氨水计量泵装置82，所述稀释水计量泵装置83、氨水计量泵装置82与所述静态混合器91连接，所述静态混合器91连接所述还原剂分配器92，所述还原剂分配器92与所述喷射头101连接。
所述分离器2是一种并列布置在炉膛烟气出口区域、进口烟道下倾、中心筒偏心的绝热旋风分离器。
所述绝热旋风分离器由外壳和三层结构的耐火材料里衬组成，三层耐火材料分别为高强度耐磨浇注料、轻质浇注料、轻质保温砖；所述绝热旋风分离器设有工作温度控制系统。
所述返料器3由外壳和三层结构的耐火材料里衬组成，三层耐火材料分别为高强度耐磨浇注料、轻质浇注料、轻质保温砖；所述返料器的返料风采用高压冷风，由小风帽送入，入口风管母管上装设流量计、压力计和风量调节阀门；所述返料器3设有工作温度控制系统。
所述风室5与炉膛被布风板相隔，均匀布置在布风板上的风帽4是一种钟罩式风帽，所述布风板上设有磷酸盐耐火混凝土。
所述二次风管6的喷嘴设置在炉膛下部物料需要助燃的高度。
分离器2、返料器3、风帽4、风室5、二次风管6等核心部件，依据燃料元素分析和成灰磨耗特性而设计：
分离器2是循环流化床锅炉的重要组成部件，本发明在炉膛出口并列布置高效绝热旋风分离器，采用进口烟道下倾，中心筒偏心的方式，既结构简单，分离效率又高。
在炉膛燃烧后的烟气经炉膛出口进入旋风分离器，将烟气夹带的物料分离下来，通过返料器返回炉膛循环再燃。分离后的烟气经中心筒流向尾部对流受热面。控制整个物料分离和返料回路的工作温度为有利于超低氮氧化物排放最佳温度。
旋风分离器的直段、锥段、料腿以及返料器的部分重量支撑在钢架上；分离器出口的烟道由吊杆悬吊于炉顶顶板上。
每个分离器料腿的下部均装有一个返料器3，返料器内设有布风板，布风板上放灰口。
燃烧室一次风从风道引入风室。风室5与炉膛被布风板相隔，布风板为膜式壁结构，其上均匀布置钟罩式风帽，精密浇铸，特殊材料，使用温度高，具有较长的使用寿命。为保护布风板，布风板上的磷酸盐耐火混凝土厚度适宜。
二次风通过分布在炉膛前后墙上的二次风管喷嘴，送入炉膛下部物料燃烧需要空气的高度空间。保证燃烧从还原性气氛转入过氧燃烧阶段，提高燃烧效率，降低尾部飞灰含碳量，运行时二次风压正好能穿入缺氧区。
基于流态重构超低排放循环流化床锅炉总体结构设计，确保锅炉炉膛烟气上升速度依据燃料煤的成灰磨耗特性，保持炉膛最佳烟气上升速度在4.5～5m/s范围内，适宜的循环物料量保证锅炉运行床温、炉膛出口烟温、分离器返料温度和分离器出口温度均在850～880℃最佳反应之间，温度变化范围在50℃，锅炉燃烧实际产生的NOX较国际通常产品大大偏低。再加上锅炉炉膛前后墙二次风口喷入前燃烧处于还原性气氛，NOX原始浓度可控制在低于150mg/Nm3，依据目前实际设计结果，在基于流态重构超低排放循环流化床锅炉上不增加昂贵的尾部SCR脱销装置，配合较低成本的SNCR脱硝装置，就可以达到国家GB13223-2011《火电厂大气污染物排放标准》中锅炉尾部烟气NOX排放小于100mg/Nm3的要求。
Claims (5)
1.一种基于流态重构控制氮氧化物的循环流化床锅炉，包括：循环流化床锅炉炉膛（1）、与炉膛烟气出口连通的分离器（2）、与分离器料腿和炉膛连通的返料器（3）、从一次风道引入炉膛的风室（5）、布置在风室布风板上的风帽（4）、分布在炉膛前后墙上的二次风管（6），分离器（2）入口区域与SNCR烟气脱硝系统相接，其特征在于：所述分离器（2）是一种并列布置在炉膛烟气出口区域、进口烟道下倾、中心筒偏心的绝热旋风分离器；所述返料器（3）的返料风采用高压冷风，由小风帽送入，入口风管上装设流量计、压力计和风量调节阀门；所述风室（5）与炉膛被布风板相隔，均匀布置在布风板上的风帽（4）是一种钟罩式风帽。
2.根据权利要求1所述基于流态重构控制氮氧化物的循环流化床锅炉，其特征在于：所述绝热旋风分离器由外壳和三层结构的耐火材料里衬组成，三层耐火材料分别为高强度耐磨浇注料、轻质浇注料、轻质保温砖；所述绝热旋风分离器设有工作温度控制系统。
3.根据权利要求1所述基于流态重构控制氮氧化物的循环流化床锅炉，其特征在于：所述返料器（3）由外壳和三层结构的耐火材料里衬组成，三层耐火材料分别为高强度耐磨浇注料、轻质浇注料、轻质保温砖；所述返料器（3）设有工作温度控制系统。
4.根据权利要求1所述基于流态重构控制氮氧化物的循环流化床锅炉，其特征在于：所述布风板上设有磷酸盐耐火混凝土。
5.根据权利要求1所述基于流态重构控制氮氧化物的循环流化床锅炉，其特征在于：所述二次风管（6）的喷嘴设置在炉膛（1）下部物料需要助燃的高度。
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