CN103388821A

CN103388821A - 煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉

Info

Publication number: CN103388821A
Application number: CN2013103363445A
Authority: CN
Inventors: 徐德祥
Original assignee: HUBEI SONGYUAN GANGUE POWER GENERATION Co Ltd
Current assignee: HUBEI SONGYUAN GANGUE POWER GENERATION Co Ltd
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2033-08-05
Also published as: CN103388821B

Abstract

本发明涉及一种煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉，属锅炉燃烧改进技术领域。它由炉体、上部炉膛、下部炉膛、水冷壁和布风室等构成，炉体的上部炉膛装有旋风分离器、锅炉尾部烟道、外置式换热器、过热器和省煤器；炉体的下部炉膛与上部炉膛呈锥形连接，下部炉膛的四壁上装有水冷壁，底部制作有布风室，布风室的布风板上布置有风帽，布风板的上部装有埋管。本发明利用低速鼓泡流化床结构，使煤矸石、碳质页岩石粒以类似流体的状态，在布风板上形成颗粒床层进行流化和膨胀，达到临界流化状态，并在床层中发生大量鼓泡，使难以燃烧和利用的热值煤矸石得到了充分利用，彻底解决了煤矸石、碳质页岩的废物利用和对环境的污染问题。

Description

煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉

技术领域

本发明涉及一种煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉，属锅炉燃烧改进技术领域。

背景技术

煤矸石是采煤过程和洗煤过程中排放的固体废物，是一种在成煤过程中与煤层伴生的含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石。包括巷道掘进过程中的掘进矸石、采掘过程中从顶板、底板及夹层里采出的矸石以及洗煤过程中挑出的洗矸石。其主要成分是Al₂O₃、SiO₂。

目前，我国对煤矸石的利用还处于发展和研究阶段。大量的煤矸石弃置不用，不仅占用大片土地，而且煤矸石中的硫化物逸出或浸出会污染大气、农田和水体；矸石山还会自燃发生火灾，或在雨季崩塌，淤塞河流造成灾害。据统计，中国积存煤矸石达 10亿吨以上，每年还将排出煤矸石1亿吨。

开发和利用煤矸石和炭质页岩作火力发电燃料，不仅对废弃资源得到综合利用，发电所产生的炉渣可全部用作水泥混合材料，符合绿色、环保、节能的基本国策和循环经济的运行模式，而且对克服燃煤资源枯谒，弱化燃料因素对火电生产的制约，降低生产成本将起到积极、重要的作用。

为了消除污染，对煤矸石废料的有效利用，也有企业开始将煤矸石用于发电，但现有方法主要是采用沸腾炉，使用洗中煤和洗矸混烧发电，不能单独以煤矸石废料为燃烧原料，而普通电厂的循环流化床锅炉则更无法用煤矸石废料为燃烧原料。其原因在于，1、循环流化床锅炉负荷仅能达到80～90T/h，且流化床温度难以稳定；2、煤矸石、碳质页岩因灰份重、含碳量低、热量低，燃烧时会产生大量返料造成分离器堵塞，经常出现返料不畅戓垮塌的问题；3、循环流化床锅炉排烟的温度高达170～180℃，锅炉的烟气没有余热回收，而且由于烟囱外壁的辐射对流把大量的热散失在车间四周引发热污染。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种通过对循环流化床锅炉的炉膛流化床、炉膛水冷壁结构及炉墙等进行改进，改变现有循环流化床锅炉的燃烧方式，使煤矸石粒以类似流体的状态，在布风板上形成颗粒床层进行流化和膨胀，达到临界流化状态，并在床层中发生大量鼓泡，使其能采用低于1000kcal/kg的低热值的煤矸石、碳质页岩为燃料。彻底解决现有循环流化床锅炉无法进行低热值煤矸石燃烧问题的煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉。

本发明是通过如下的技术方案来实现上述目的的：

该煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉由炉体、上部炉膛、旋风分离器、锅炉尾部烟道、外置式换热器、过热器、省煤器、排渣管、进料口构成，炉体的上部装有旋风分离器和锅炉尾部烟道，锅炉尾部烟道的出口上装有外置式换热器，外置式换热器与过热器和省煤器相连；炉体的下部制作有下部炉膛；炉体的中部左、右墙和前墙上装有八个进料口，进料口的落料点与下部炉膛相通，下部炉膛的下面装有排渣管，其特征在于：所述的上部炉膛与下部炉膛呈锥形连接，下部炉膛的四壁上装有水冷壁，下部炉膛的底部制作有布风室，下部炉膛与布风室的结合处制作有布风板；布风板上布置有风帽，风帽在布风板上采用正方形布置，间距为70mm，风帽分为六个风孔和八个风孔两种，布风板四周一圈和冷渣口周围布置八个风孔的风帽，其余布置六个风孔的风帽；布风板的上部装有埋管，埋管呈两端高、中间低的斜形布置，埋管的两高端与水冷壁的水管连接，埋管的两低端通过埋管联箱连接。

所述的落料点距布风板的高度为2.85m；所述的布风板上面布置的风帽为7144个，风帽上的风孔直径为5.6mm。

本发明与现有技术相比的有益效果在于：

1、本发明利用低速鼓泡流化床结构，改变现有循环流化床锅炉的燃烧方式，使煤矸石、碳质页岩石粒以类似流体的状态，在布风板上形成颗粒床层进行流化和膨胀，达到临界流化状态，并在床层中发生大量鼓泡，实现对低于1000kcal/kg低热量的煤矸石、碳质页岩燃烧用于火力发电，使难以燃烧和利用的热值煤矸石、碳质页岩得到了充分利用，彻底解决了煤矸石、碳质页岩的废物利用和对环境的污染问题，

2、本发明的燃料进料口高度达到2.85m，炉膛面积达到32.7㎡，比同规格锅炉炉膛面积大14.7㎡；并增设三十屏共90根埋管和前、后墙水冷壁管；床面即布风板上面分布有7144个伞型风帽，布风板四周一圈和冷渣口周围布置八个风孔的风帽，以加强边部床料流化，其余布置六个风孔的风帽；使得煤矸石在炉膛内燃烧充分，热效率比同规格锅炉提高25%左右，其发电煤耗达到2.235kg (煤矸石或碳质页岩)/kwh，热值达到约1000kcal/kg。

3、本发明的燃料落料点从传统的低于1.5m提高到2.85m的高度，使煤矸石、碳质页岩燃料进入锅炉床体前有较长的预热时间，大大降低了煤矸石燃料进入床体时对床体温度的影响。煤矸石燃料进入床体后经过强烈的扰动和混合，立刻扩散到高温料层中，被快速加热到着火温度，着火燃烧快。

附图说明

图1为煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉的结构示意图；

图2为煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉炉膛的主视图；

图3为煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉炉膛的侧视图；

图4为煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉布风系统的主视图；

图5为煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉布风系统的侧视图；

图6为煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉布风系统的俯视图；

图7为煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉布布风室的主视图；

图8为煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉布布风室的侧视图；

图9为煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉风帽的主视图；

图10为煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉风帽的俯视图；

图11为煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉水冷系统及埋管布置

的主视图；

图12为煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉水冷系统及埋管布置

的侧视图。

图中：1、炉体，2、上部炉膛，3、埋管，4、布风室，5、风帽，6、水冷壁，7、埋管联箱，8、布风板，9、下部炉膛，10、落料点，11、旋风分离器，12、锅炉尾部烟道，13、外置式换热器，14、过热器，15、省煤器，16、排渣管，17、进料口，18、风孔。

具体实施方式

该煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉由炉体1、上部炉膛2、下部炉膛9、旋风分离器11、锅炉尾部烟道12、外置式换热器13、过热器14、省煤器15、排渣管16、进料口17构成，炉体1的上部装有旋风分离器11和锅炉尾部烟道12，锅炉尾部烟道12的出口上装有外置式换热器13，外置式换热器13与过热器14和省煤器15相连；炉体1的下部制作有下部炉膛9；炉体1的中部左、右墙和前墙上装有八个进料口17，进料口17的落料点与下部炉膛9相通，下部炉膛9的下面装有排渣管16。所述的上部炉膛2与下部炉膛9呈锥形连接，使下部炉膛9的流化床密相区的尺寸加大4970 mm×3290 mm，有效面积增加到32.7m2，比原来的有效面积增加了14.7㎡。下部炉膛9的四壁上装有水冷壁6。下部炉膛9的底部制作有布风室4，下部炉膛9与布风室4的结合处制作有布风板8，布风板8为两块风板构成，布风板8上布置有风帽5；风帽5在布风板8上采用正方形布置，间距为70mm，风帽5分为六个风孔和八个风孔两种，布风板8四周一圈和冷渣口周围布置八个风孔的风帽5，其余布置六个风孔的风帽5；布风板8的上部装有埋管3，埋管3呈两端高、中间低的斜形布置，埋管3的两高端与水冷壁6的水管连接，埋管3的两低端通过埋管联箱7连接。所述的落料点10距布风板8的高度为2.85m；所述的布风板8上面布置的风帽5为7144个，风帽5上的风孔18的直径为5.6mm（参见附图1～12）。

该煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉的工作过程如下：

先将煤矸石、碳质页岩破碎成小于10mm的颗粒，从进料口17送入后由落料点10加入到下部炉膛9。同时下部炉膛9底部的布风板8下方的布风室4送入的空气经过风帽5进入下部炉膛9内，使空气的流速达到3.76m/s，此时空气流使下部炉膛9内的风速达到临界流化速度，在此气流速度下气流对煤矸石颗粒的作用力恰好与煤矸石颗粒的质量平衡，则煤矸石、碳质页岩的颗粒即形成类似流体状态的煤矸石颗粒床层，位于布风板8上的煤矸石颗粒床层开始流化和膨胀，达到临界流化状态。颗粒床层中会发生大量鼓泡现象。床层内出现由含颗粒稀少的气泡相和含颗粒众多的乳化相组成的两相状态。床层搅动强烈但仍有明显的呈波动的床层分界面。煤矸石、碳质页岩颗粒在布风板8上方一定高度的下部炉膛9内上下翻腾燃烧。新加入的煤矸石、碳质页岩颗粒进入数量比自身大数十倍的沸腾层中迅速着火燃烧，燃尽的灰渣由布置在下部炉膛9中的溢流口排出炉体1外。

申请人通过对本公司的装机容量为2×2.5万千瓦，年生产能力2.3亿千瓦时的锅炉的改进，其耗煤矸石、碳质页岩量为6.854×10⁵吨，其发电煤耗为2.98kg(煤矸石、碳质页岩)/kw.h。

其改造前后的主要技术参数如表所示。

煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉改造前后的主要技术参数

Figure 2013103363445100002DEST_PATH_IMAGE001

由上面结果可知，改造后，锅炉热效率将提高25%左右，其发电煤耗达到2.235kg煤矸石/kwh，其热值为：4186KJ/kg，约为1000kcal/kg。按照每年运行4600h计算，则总发电量为：50000kw×4600h=2.3×10⁸kw.h；

年耗煤矸石量为：2.3×10⁸kw.h×2.235kg/kw.h÷1000=5.1405×10⁵t

年节煤矸石的量：6.854×10⁵-5.1405×10⁵=1.7135×10⁵t。

取煤矸石的热值为4186KJ/kg，约为1000kcal/kg。

折合标煤为：1.7135×10⁵×1000kcal/kg÷7000kcal/ kg=24478.6tce/a。

根据国内同类发电厂运行情况，发电厂自耗电约占发电量的13～15%，项目取14%。因此，本申请年节能量约为：24478.6×（1-14%）＝21051.6 tce/a。

以上所述只是该发明的具体实施方式，上述举例说明不对本发明的实质内容构成限制，所属技术领域的普通技术人员在阅读了本说明书后可以对上述的具体实施方式做修改或变形，而不背离本发明的实质和范围。

Claims

1.一种煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉，它由炉体（1）、上部炉膛（2）、旋风分离器（11）、锅炉尾部烟道（12）、外置式换热器（13）、过热器（14）、省煤器（15）、排渣管（16）、进料口（17）构成，炉体（1）的上部装有旋风分离器（11）和锅炉尾部烟道（12），锅炉尾部烟道（12）的出口上装有外置式换热器（13），外置式换热器（13）与过热器（14）和省煤器（15）相连；炉体（1）的下部制作有下部炉膛（9）；炉体（1）的中部左、右墙和前墙上装有八个进料口（17），进料口（17）的落料点（10）与下部炉膛（9）相通，下部炉膛（9）的下面装有排渣管（16），其特征在于：所述的上部炉膛（2）与下部炉膛（9）呈锥形连接，下部炉膛（9）的四壁上装有水冷壁（6），下部炉膛（9）的底部制作有布风室（4），下部炉膛（9）与布风室（4）的结合处制作有布风板（8）；布风板（8）上布置有风帽（5），风帽（5）在布风板（8）上采用正方形布置，间距为70mm，风帽（5）分为六个风孔和八个风孔两种，布风板（8）四周一圈和冷渣口周围布置八个风孔的风帽（5），其余布置六个风孔的风帽（5）；布风板（8）的上部装有埋管（3），埋管（3）呈两端高、中间低的斜形布置，埋管（3）的两高端与水冷壁（6）的水管连接，埋管（3）的两低端通过埋管联箱（7）连接。

2.根据权利要求1所述的煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉，其特征在于：所述的落料点（10）距布风板（8）的高度为2.85m。

3.根据权利要求1所述的煤矸石燃料低速鼓泡流化床锅炉，其特征在于：所述的布风板（8）上面布置的风帽（5）为7144个，风帽（5）上的风孔（18）的直径为5.6mm。