CN204554801U - 循环流化床锅炉二次风分级布置系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了循环流化床锅炉二次风分级布置系统，包括循环流化床锅炉本体，循环流化床锅炉本体底部连接有一次风系统，一次风系统包括第一风机，第一风机通过风管与循环流化床锅炉本体相连接，在循环流化床锅炉本体下部侧壁上连接有二次风系统，二次风系统包括高效二次风系统和下二次风系统，所述高效二次风系统的喷口位于下二次风系统的喷口上方，高效二次风系统包括第二风机，第二风机通过风管与循环流化床锅炉本体相连接，下二次风系统包括第三风机，第三风机通过风管与循环流化床锅炉本体相连接，第一风机、第二风机和第三风机输出风均经过空气预热器加热。通过合理布置二次风系统，使得炉内分级燃烧效果明显，降低污染物排放，节约能源。

Description

循环流化床锅炉二次风分级布置系统

技术领域

    本实用新型涉及循环流化床锅炉技术领域，特别是循环流化床锅炉的二次风系统，具体是指循环流化床锅炉二次风分级布置系统。

背景技术

循环流化床燃烧技术以其节能环保优势，近三十年得到极大的发展。2014年9月，国家发改委、环保部及国家能源局三部委联合下发《煤电节能减排升级与改造行动计划（2014—2020年）》，要求新建燃煤机组接近或基本达到燃气轮机排放限值，这使得可实现炉内燃烧过程直接脱硫且低温燃烧能有效抑制氮氧化物生成的循环流化床锅炉也颇具压力。

为进一步降低锅炉污染物排放值，需要调节锅炉的燃烧特性，从而在源头上尽力压低污染物气体的生成量。二次风是调节循环流化床锅炉燃烧特性的重要手段之一。研究表明，二次风分级布置，可在炉内营造还原气氛，能有效抑制氮氧化物生成。现有循环流化床锅炉二次风虽通常分为两级布置，但由于上下二次风之间距离较近，分级效果并不明显。为了增加这一分级效果，可以通过合理的提高上二次风位置来实现，然而在实际设置二次风管网系统时，若仅简单的抬高上二次风的喷口位置，则会因上下二次风阻力差异导致绝大部分二次风都从阻力较小的上二次风进入炉膛，同时下二次风风量大幅降低，从而使得密相区扰动减弱而不利于燃料的燃尽、稀相区颗粒浓度降低而不利于受热面传热，无法达到预期目标。

在专利号为201120472448.5的实用新型专利中公开了一种循环流化床锅炉二次风管，通过减少一次风量来避免将颗粒较大的粉尘被带到换热面上而造成的磨损，并且减少二次风管数量，来增大二次风的入炉风速，从而增加其刚度。由于设置3～5根风管，因此难于适应大型电站循环流化床锅炉的发展要求。

在专利号为200920033464.7实用新型专利中公开了一种循环流化床锅炉炉膛中心供风装置，通过设置深入炉膛内的专门中心供风装置对炉膛中心贫氧区直接供风，可以改善炉膛中心供风情况，提高锅炉燃烧效率，但是中心供风装置设置在炉膛中有可能导致中心供风装置附近硫化不充分的问题，而在炉膛内设置中心供风装置也存在非常大的困难，具体实施难度很大。

在专利号为200810017240.7的发明专利中，公开了一种内凹式循环流化床锅炉二次风供风方法及其装置，将炉膛下部二次风喷口附近的壁面向炉膛内凹入，使二次风供风喷口有离炉膛中心更近的位置向炉膛内供风，用于改善炉膛燃烧中心区域氧浓度场分布，消除炉膛中心区域缺氧的现象，由于该结构导致炉膛内结构复杂，炉膛内物质流动性变差，出现硫化不充分的情况。

在专利号为200910157103.8的发明专利中，公开了循环流化床锅炉带二次风喷射的十字受热屏，在循环流化床锅炉炉膛内设置带二次风喷射的十字受热屏，通过带二次风喷射的十字受热屏提供炉内扩展受热面的同时，为炉内物料提供混合空间，并通过二次风喷口对炉膛中心区提供氧气，实现循环流化床分级燃烧，降低氮氧化物NOx的排放，由于实施过程中管网布置等原因造成炉膛内下部固体物质浓度较高，造成炉膛内磨损严重，并且，十字受热屏安装工艺复杂，很难实施。

综上，现有方案均未给出结构简单并行之有效的适合大型循环流化床锅炉的二次风系统方案，从而限制了循环流化床锅炉向着更高参数、更低能耗以及更加清洁的方向发展。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种循环流化床锅炉二次风分级布置系统，能够改善现有设备存在的不足，克服现有设备上下二次风阻力差异导致绝大部分二次风都从阻力较小的上二次风进入炉膛，同时下二次风风量大幅降低使得密相区扰动减弱而不利于燃料的燃尽、稀相区颗粒浓度降低而不利于受热面传热，无法达到预期目标等缺陷，通过合理布置二次风系统，使得炉内分级燃烧效果更加明显，降低污染物排放，节约能源。

本实用新型通过以下技术方案实现：

一种循环流化床锅炉二次风分级布置系统，包括循环流化床锅炉本体，在所述循环流化床锅炉本体底部连接有一次风系统，所述一次风系统包括第一风机，所述第一风机通过风管与循环流化床锅炉本体相连接，在所述循环流化床锅炉本体下部侧壁上连接有二次风系统，所述二次风系统包括高效二次风系统和下二次风系统，所述高效二次风系统的喷口位于下二次风系统的喷口上方，所述高效二次风系统包括第二风机，所述第二风机通过风管与循环流化床锅炉本体相连接，所述下二次风系统包括第三风机，所述第三风机通过风管与循环流化床锅炉本体相连接，所述第一风机、第二风机和第三风机输出风均经过空气预热器加热。

相比现有的通过一台风机调整阀门开度以及管道直径的方式调整一次风和二次风的方式，本实用新型通过设置有第一风机的一次风系统用于输送携带煤粉的一次风，使炉内物料处于良好的流化状态，同时为燃料燃烧提供部分氧气，并将燃料燃烧产生的热量带离料层达到炉膛上部进行换热，实现锅炉燃烧热量平衡。本实用新型将二次风系统设置为高效二次风系统和下二次风系统，并采用第二风机为高效二次风系统给风，采用第三风机为下二次风系统给风，实现分别给风，同时可以通过单独调整第二风机或第三风机的方式实现对给风量的调节，实现方便调节高效二次风系统与下二次风系统喷口背压，减少二次风机压头，降低电耗，节约能源。

由于将高效二次风系统设置在下二次风上方，能够实现炉内分级燃烧，进一步抑制氮氧化物的形成，从而降低污染物排放，通过单独调整风机给风量，提高炉内高效二次风的穿透效果，可以对炉膛中心贫氧区进行补养，利于进一步提高燃烧效率和炉内的脱硫效果，使整个结构更加环保。

进一步地，当所述空气预热器为回转式预热器，所述空气预热器分仓数量≥4。通过采用多分仓的回转式预热器，利于降低回转式空气预热器的漏风率。

进一步地，当所述空气预热器为管式预热器，所述空气预热器的受热面管内流空气，空气通道数量≥3。通过采用多通道的管式预热器，才能保证高效二次风系统的正常使用。

进一步地，高效二次风系统的风管与下二次风系统的风管通过可调节的挡板相连接。当锅炉处于低负荷等特殊工况时，打开所述挡板，使得高效二次风系统和下二次风系统相连通，此时仅开启高效二次风系统即可满足锅炉二次风系统用风，节约能源。

本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：

（1）本实用新型通过将二次风系统设置在循环流化床锅炉本体下部侧壁上，并将其置于一次风系统上方，通过设置设置高效二次风系统和下二次风系统，提高炉内分级燃烧效果，可以进一步抑制氮氧化物生成，从源头降低污染物排放；

（2）本实用新型通过合理布置二次风系统，能够保证锅炉的高效二次风的穿透效果，可对炉膛中心贫氧区有效补氧，利于进一步提高燃烧效率和炉内脱硫效果；

（3）本实用新型通过将高效二次风系统置于一次风系统和下二次风系统上方，能够降低高效二次风喷口背压，同时对高效二次风系统和下二次风系统单独风机供风，有助于减少二次风机压头，降低电耗，节约能源。

附图说明

图1为锅炉内压力云图；

图2为本实用新型整体结构示意图。

其中： 101—循环流化床锅炉本体；102—空气预热器；103—第二风机；104—第三风机；105—第一风机。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行进一步详细介绍，但本实用新型的实施方式不限于此。

循环流化床锅炉运行过程中，煤和脱硫剂送入炉膛后，立即被大量处于流化状态下的惰性高温（830℃—930℃）物料包围，充分混合，迅速着火燃烧，同时进行脱硫反应；在上升烟气流的作用下，炙热惰性高温物料与燃烧着的煤粒一起向炉膛上部运动，对水冷壁和炉内布置的其他受热面放热，细小的煤粉颗粒完成燃烧离开炉膛。在上升气流中，粗大粒子进入悬浮区域后在重力及外力作用下偏离主气流，从而贴壁下流，加强了炉内热量向受热面内工质的传送。

吹入炉膛的一次风和二次风均是通过加热之后进入炉膛，一次风为经过磨煤机携带煤粉进入炉膛底部用于燃烧，二次风经过空气预热器102预热之后进入炉膛用于调整燃烧，起到助燃的效果。一般一次风与二次风的设计比例为60-55%和40-45%，一次风为保证物料的流化，二次风为了保证燃料燃烧所需氧量和物料的充分混合，强化燃烧。

循环流化床锅炉总体上分为前部和尾部两个竖井，前部竖井为总吊结构，四周由膜式水冷壁组成，自下而上依次为一次风室、密相区、稀相区，尾部烟道自上而下依次为高温过热器、低温过热器及省煤器，尾部竖井采用支撑结构，两竖井之间由立式旋风分离器相连通，分离器下部连接回送装置及灰冷却器。

本实用新型以实际锅炉作为研究对象，采用大涡模型描述炉内流场，选用经典的结合Ergun和Wen-yu模型的Gidaspow曳力模型描述气固间的动量传递，对高效二次风和下二次风进行模拟，可得如图1所示压力云图。从图1中可以看出，高效二次风与下二次风间的背压可在3KPa以上。在循环流化床锅炉二次风喷口所在位置对应的背压变化幅度较大，因此，尽管常规布置的二次风系统上下二次风喷口间距离较近，但炉膛背压仍会有1.5～3KPa的差异，容易造成二次风更倾向于从上层二次风进入炉膛，从而使得上下二次风配比偏离设计值，二次风分级效果降低。

为此，本实用新型采用专门的风机提供炉膛背压更低的高效二次风，从而避免送风不均的问题，同时，由于高效二次风系统喷口处背压比下二次风喷口处背压低，因此可以降低风机电耗，有利于节约电耗，降低机组厂用电，且由于高效二次风系统配有独立的风机，因此在低负荷时调节更为自主，可以不考虑下二次风系统的背压要求，即风压可以降得更低，有助于实现更低的厂用电率。特别是CFB锅炉在部分符合（低负荷）运行时，由于炉膛浓相区高度的变化，上下二次风的背压差异大，若能在二次风管网和风机选择上进行改进，则可以明显降低部分负荷（低负荷）运行时风机电耗，从而降低厂用电，达到节能的目的。

实施例1：

本工程用于长期处于较高负荷的机组。为了使二次风保持一定的速度和刚度，现有设备均采用增大二次风管直径的方法实现调整，但是实际操作中，实时调整二次风管直径来配合循环流化床的运行是不现实的。现有设备中为了保证二次风的穿透能力，将二次风设置为从炉膛短方向进入，形成射入炉膛燃烧室的强冲空气流，速度一般为50m/s以上。二次风的主要作用是补充燃料燃烧所需的空气量并加强物料的返混，适当调整炉内温度场分布，使得炉内烟气温度分布更加均匀。

如图2所示，本实施例中公开了一种循环流化床锅炉二次风分级布置系统，包括循环流化床锅炉本体101，在所述循环流化床锅炉本体101底部连接有一次风系统，所述一次风系统包括第一风机105，所述第一风机105通过风管与循环流化床锅炉本体101相连接，在所述循环流化床锅炉本体101下部侧壁上连接有二次风系统，所述二次风系统包括高效二次风系统和下二次风系统，所述高效二次风系统的喷口位于下二次风系统的喷口上方，所述高效二次风系统包括第二风机103，所述第二风机103通过风管与循环流化床锅炉本体101相连接，所述下二次风系统包括第三风机104，所述第三风机104通过风管与循环流化床锅炉本体101相连接，所述第一风机105、第二风机103和第三风机104输出风均经过空气预热器102加热。

一次风系统将携带煤粉的一次风输入到循环流化床锅炉本体101底部，用于使物料硫化，将高效二次风系统设置于下二次风系统上方，使高效二次风进入炉膛的高度提高，通过设置在高效二次风系统上的第二风机103和设置在下二次风系统上的第三风机104分别控制入炉风速，能有效实现二次风的配比。采用将高效二次风系统设置在下二次风系统上方，控制第二风机103和第三风机104的风速，调节高效二次风和下二次风。通过分别采用两台风机（第二风机103、第三风机104）分别供给，将二次风送到炉膛下部密相区，使高效二次风系统和下二次风系统分别从不同高度进入炉内，起到补充燃料燃烧所需空气和强化燃烧扰动、输送床料向炉膛上部运动的作用，并实现分级配风燃烧，降低NOx排放，增加燃料燃尽程度。

运行过程中，可以根据烟气含氧量确认二次风量，补充燃烧所需空气，起到扰动作用，加强气固两相混合，运行过程中，下二次风系统风压约高于高效二次风系统风压2KPa以上，并保持锅炉氧量在3%-5%之间，一次风系统风量占55%左右，二次风系统风量占45%左右。

本实施例中，通过上述方式设置，能够通过专用的第二风机103为高效二次风系统提供高效二次风，从而避免送风不均的问题。同时，采用专用的第三风机104为下二次风系统供风，可以控制第二风机103和第三风机104使高效二次风系统喷口处的背压比下二次风系统喷口处的背压低很多，因此可以使风机的耗电量更小，有利于节约电耗，降低机组厂用电，且由于高效二次风系统配有独立的第二风机103，使得在低负荷时调节更加自主，可不考虑下二次风系统的背压要求，即风压可以降的更低，有助于实现更低的厂用电率。特别是CFB锅炉在部分负荷（低负荷）运行时，由于炉膛浓相区高度的变化，高效二次风系统与下二次风系统之间的背压差异加大，若能在高效二次风系统和下二次风系统管网和风机选择上进行改进，则可以明显降低部分负荷（低负荷）运行时的风机电耗，从而降低厂用电，达到节能的目的。

本实施例中通过合理布置二次风系统，使得锅炉内部高效二次风的穿透效果能够的到保障，能够实现对炉膛中心贫氧区有效补氧，有利于提高燃烧效率和炉膛内的脱硫效果。

实施例2：

本实施例用于经常调峰用的机组。由于第一风机105、第二风机103及第三风机104输出风均通过空气预热器102进行加热之后输入到循环流化床锅炉本体101，而现有的空气预热器102通常情况下容易出现较高的漏风现象，本实施例中，为了改善上述问题，所述空气预热器102为回转式预热器，所述空气预热器102分仓数量≥4，利于降低总的漏风率。

回转式预热器用于较大型的机组，具有结构紧凑、体积小、换热面密度高、整机质量轻、金属耗用量少、利于安装布置、低温腐蚀较轻等优点，本实用新型采用至少4个分仓，能够为高效二次风系统提供压力居中的分仓，降低回转式预热器的漏风率。

当锅炉在低负荷等特殊工况时，打开高效二次风系统与下二次风系统的挡板，使得高效二次风系统和下二次风系统相连通，此时仅开启高效二次风系统即可满足锅炉二次风系统用风，从而节约能源。

Claims (4)

1.循环流化床锅炉二次风分级布置系统，包括循环流化床锅炉本体（101），其特征在于：在所述循环流化床锅炉本体（101）底部连接有一次风系统，所述一次风系统包括第一风机（105），所述第一风机（105）通过风管与循环流化床锅炉本体（101）相连接，在所述循环流化床锅炉本体（101）下部侧壁上连接有二次风系统，所述二次风系统包括高效二次风系统和下二次风系统，所述高效二次风系统的喷口位于下二次风系统的喷口上方，所述高效二次风系统包括第二风机（103），所述第二风机（103）通过风管与循环流化床锅炉本体（101）相连接，所述下二次风系统包括第三风机（104），所述第三风机（104）通过风管与循环流化床锅炉本体（101）相连接，所述第一风机（105）、第二风机（103）和第三风机（104）输出风均经过空气预热器（102）加热。

2.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉二次风分级布置系统，其特征在于：所述空气预热器（102）为回转式预热器，所述空气预热器（102）分仓数量≥4。

3.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉二次风分级布置系统，其特征在于：所述空气预热器（102）为管式预热器，所述空气预热器（102）的受热面管内流空气，空气通道数量≥3。

4.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉二次风分级布置系统，其特征在于：高效二次风系统的风管与下二次风系统的风管通过可调节的挡板相连接。