一种纯烧高碱高氯煤的循环流化床锅炉的制作方法

本实用新型涉及一种锅炉，特别是涉及一种纯烧高碱高氯煤的循环流化床锅炉。

背景技术：

新疆的煤炭资源占中国煤炭总储量的2/5，高达2.19万亿吨，居全国之首。而全区资源总量的95%集中于准东、吐哈等地。仅准东煤田已探明煤炭资源储量为2136亿吨,沙尔湖煤田已探明煤炭资源储量为900亿吨。沙尔湖煤具有挥发分高（30%以上）、热值中等（14mj/kg～19.5mj/kg）、灰分少（10%以下）、含硫量低（0.2%～0.3%）等优点，但原煤呈块状，极易粉碎和风化，极易着火自燃，高水分（20%以上），灰熔点低(软化温度1180℃)，煤中钠含量高（4%～12%），煤中的氯含量超过0.3%，最高达1%以上,沙尔湖煤属于典型的高碱高氯煤，具有严重的结渣和沾污特性。

常规循环流化床锅炉运行温度一般在850℃-950℃区间，煤颗粒在炉膛密相区悬浮燃烧，煤颗粒在燃烧过程中,煤灰中钠盐会全部释放并以气相存在于烟气中。烟气向上流到炉膛出口，经气固分离器流入尾部烟道，尾部烟道一般依次布置高温过热器/高温再热器、低温过热器/低温再热器、省煤器、空气预热器，炉膛出口一般温度在800～900℃，烟气流经上述受热面放热，温度从800～900℃逐渐降低至150℃左右。气相钠盐接触到温度较低的受热面时发生冷凝聚集在管子表面,并吸附烟气中的超细灰形成了沾污内层,在燃烧高碱高氯煤的锅炉上随着气相钠盐的不断冷凝与捕获烟气中的飞灰颗粒,使得沾污层不断的生长,导致管壁沾污层变厚,最终覆盖整个管壁,甚至整个受热面会出现“搭桥”现象。该沾污层变得非常坚硬,常规的锅炉蒸汽吹灰已不能清除,这样对流受热面传热效果就会大幅度下降,直接影响到锅炉的长期安全稳定运行。

由于早期国内对燃烧高碱高氯煤的认识不够，又缺乏工程运行经验，在锅炉设计和运行上按普通煤质对待，以至于现役投运的锅炉燃用高碱高氯煤后均出现过尾部对流受热面粘结性积灰严重堵塞而被迫停机的情况。通过检索相关文献和实际调研发现：锅炉发生粘结性积灰主要集中于高、低温过热器、再热器段，尾部省煤器、空预器等对流受热面。

目前解决上述问题主要有掺烧、烟气再循环及喷淋、强化吹灰、采用蒸发屏将尾部烟道降温至600℃以下等方法，掺烧主要通过添加沾污性弱的煤种或使用添加剂，以降低原煤中钠的相对含量。这种控制方法只能减缓沾污,煤中的钠化合物蒸汽终究会凝结在受热面管束上，无法从根本上解决问题。外煤掺烧比例过大时,外煤的需求量较大,由于受到运输条件的限制,极大增加了运行成本，添加剂亦存在同样的问题，难以大规模应用。烟气再循环或喷淋主要是通过冷烟气的掺混或喷淋水喷淋，降低高温受热面(高过、高再/低再)区域的烟气温度。

cn105805736b公开了一种循环流化床锅炉和防止其受热面碱金属化合物沾污的方法，其锅炉尾部烟道高温区不布置过热器和再热器，采用在尾部烟道设置蒸发屏将烟气降温至600℃以下；cn207334719u公开了一种循环流化床锅炉，采用埋管加膜式壁组合式传热结构，合理布置受热面，保证尾部竖井对流受热面进口烟温控制在530℃以下；上述锅炉在原理上都是通过降温的方法，使得尾部对流受热面避开钠蒸汽冷凝温度区间。但通过实际运行发现，尾部烟气温度降低至530℃以下区域的对流受热面沾污积灰也非常严重（管式之间形成厚厚的灰墙），对流受热面迎风面和背风面积灰为疏松多孔结构，积灰粒径范围在5μm至10μm，呈椭球状或不规则球状，主要成分为nacl、mgo、caso4、caco3和sio2，积灰带粘性，管子底层黏附难以清理。强化吹灰这些技术手段只能减缓对流受热面粘结性积灰，并没有针对高碱高氯煤所有特性系统性的解决。这些不利因素限制了准东和沙尔湖煤的大规模高效利用,致使大量开采成本低、燃烧活性好、低污染、低排放的高碱高氯煤得不到充分利用。

目前，从纯烧试验研究发现，高碱高氯煤纯烧主要有几个关键问题需要解决：

1、尾部对流受热面沾污结渣的问题。

2、灰熔点低（st温度不高于1180℃），炉膛燃烧区域沾污结焦，床料粘连团聚的问题。

3、高碱高氯煤灰分少（10%以下），但极易粉碎（颗粒度少于1mm的细粉占40%），燃烧后飞灰浓度远大于常规煤粉燃烧的飞灰浓度，下落的底渣远低于常规煤，导致床料越来越少，锅炉循环量减少等难以为继的问题。

因此需要从锅炉结构设计和运行方法上有针对性的系统解决这些关键性的问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种能长周期稳定安全可靠运行的纯烧高碱高氯煤的循环流化床锅炉。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种纯烧高碱高氯煤的循环流化床锅炉，包括由炉膛密相区和炉膛稀相区组成的炉膛，所述炉膛设有炉膛第一流程、炉膛第二流程和炉膛第三流程、等压风室，所述炉膛密相区设有大节距（优选≥200mm）光管厚壁埋管，所述炉膛第一流程的后墙下部的拱形处设有吹渣装置，所述炉膛第一流程的上部膜式水冷壁设有挂砖区，炉膛第二流程与炉膛第三流程之间的惯性分离处设有调节挡板，炉膛第二流程与炉膛第三流程的底部连接过渡处设有u形流道，所述u形流道内设有溢流装置，所述溢流装置的溢流管下部接有播灰风管，风管设有截止阀。所述炉膛第三流程出口设有旋风分离器，尾部烟道中对流受热面设有气能激波吹灰器，炉膛前设有给煤机，所述给煤机上设有加床料仓。

炉膛采用三流程膜式水冷壁结构和在炉膛密相区设置埋管，该埋管必须采用大节距光管厚壁管，（为了防磨，常规循环流化床埋管均装设防磨鳍片，该鳍片会加剧沾污结渣）。光厚壁埋管将大量受热面布置在炉膛，主要是为了将炉膛出口温度控制在550℃以下，将烟气中的钠化合物蒸汽在炉膛受热面（埋管和膜式水冷壁）上冷凝析出，利用炉膛烟气强力冲刷，实现受热面沾污结渣动态平衡，防止尾部受热面被钠化合物污染而导致黏结性积灰。

进一步，所述炉膛密相区内相邻的光管厚壁埋管之间的节距≥200mm。

进一步，所述炉膛第一流程的后墙上设有吹渣装置，吹渣装置包括吹扫喷管、吹扫母管和吹扫缝隙组成，吹扫喷管一半嵌入第一流程的后墙下部的拱形处浇筑料中，喷管上开设吹扫缝隙；吹扫母管安装在炉膛外部接热风管道，通过连接管与吹扫喷管连接。吹渣装置利用热风形成风幕，持续不间断吹扫。

进一步，所述膜式水冷壁挂砖区内设有用于固定耐火砖的销钉。耐火砖遮盖膜式水冷壁受热面，通过调整固定耐火砖的数量，可以灵活方便调整膜式水冷壁受热面积的大小。

进一步，所述炉膛第二流程与炉膛第三流程之间的惯性分离处设有调节挡板，所述调节挡板为活动挡板，可根据运行情况灵活调节挡板摆动的的角度。

进一步，所述溢流装置的下部设有风室、所述风室外接有返料风管。所述风室上设有布风板和风帽，所述风帽炉前侧每个风帽开孔10个，炉后侧开孔8个。

进一步，所述溢流装置的上部通过舌形板分隔成两个u形槽。

进一步，溢流装置溢流管和返料管下部装有播灰管，播灰管装设2道截止阀，可以灵活调整播灰风量。播灰风用来吹散溢流灰和返料灰，防止堆积在炉膛布风板上导致结焦。

进一步，所述尾部烟道内设有过热器、省煤器、脱硝装置和空预器，在对流受热面上加装气能激波吹灰器。

进一步，所述过热器采用顺列布置，加大管束之间节距。

进一步，所述空预器为卧式空预器。

加入床料主要为了实现以下两个目的：

1、增加炉膛灰循环量，及时带走炉膛密相区热量，确保炉膛温度保持在750℃-820℃之间。

2、通过不定期加床料不断置换炉膛内现有钠化合物含量高的床料，防止床料出现灰熔点进一步降低导致粘连团聚结渣。

本实用新型利用三流程膜式水冷壁和大节距光管厚壁埋管将烟气温度降至550℃以下，烟气中的钠化合物蒸汽在大节距光管厚壁埋管和三个流程膜式水冷壁将全部析出，在炉膛烟气物料强力冲刷的自清理作用下，使得沾污结渣达到动态平衡，不再恶化；另外，通过控制炉膛温度和不定期加入床料的运行方法，解决了炉膛床料粘连团聚结渣和灰循环量的问题。这样，既解决了炉膛内沾污结渣持续恶化的问题，又解决了尾部对流受热面的沾污结渣问题，从而实现烧高碱高氯煤锅炉安全稳定长期运行。

附图说明

图1为本实用新型循环流化床锅炉实施例的结构示意图；

图2为图1所示实施例中溢流装置的结构示意图；

图3为图1所示实施例中吹渣装置的结构示意图。

附图中：1-炉膛、101-炉膛密相区、102-炉膛稀相区、103-光管厚壁埋管、2-吹渣装置、201-吹扫喷管、202-吹扫缝、203-连接管、204-吹扫母管、3-调节挡板、4-炉膛第一流程、5–炉膛第二流程、6-炉膛第三流程、7-挂砖区、8-旋风分离器、9-气能激波吹灰器、10-过热器、11-省煤器、12-scr脱硝装置、13-卧式空预器、14-u形流道、15-溢流装置、1501-进气管道、1502-风室、1503-布风板、1504-风帽，1505-舌形板、1506-第一u形槽、1507-第二u形槽2、1508-溢流管、16-热风道、17-导流板、18-落渣管、19-等压风室、20-炉膛布风板及风帽、21-落煤管、22-返料器、23-播灰管、24-截止阀、25-螺旋给煤机、26-加床料仓、27-炉前煤仓

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。

如图1-3所示，本实用新型循环流化床锅炉实施例包括由炉膛密相区101和炉膛稀相区102组成的炉膛1，所述炉膛设有炉膛第一流程4、炉膛第二流程5和炉膛第三流程6、等压风室19，所述炉膛密相区设有大节距（200mm）光管厚壁埋管103，所述炉膛第一流程4的后墙下部的拱形处设有吹渣装置2，所述炉膛第一流程4的上部膜式水冷壁上设有挂砖区7，炉膛第二流程5与炉膛第三流程6之间的惯性分离处设有调节挡板3，炉膛第二流程5与炉膛第三流程6的底部连接过渡处设有u形流道14，所述u形流道14内设有溢流装置2，所述炉膛第三流程6出口设有旋风分离器8，尾部烟道中对流受热面均装设气能激波吹灰器9。炉前装设给煤机25上部装设加床料仓26和炉前煤仓27。

炉膛密相区101中的埋管采用大节距光管厚壁埋管103，垂直净距200mm；水平净距300mm；鉴于高碱高氯煤的低熔点和钠盐黏结性，物料极易在布设有防磨装置的埋管间积聚结团，进而结焦、结渣，为此采用光管厚壁管，同时减少光管厚壁埋管103间的流速，以此达到防磨效果。

炉膛1采用三流程膜式水冷壁结构和在炉膛密相区101设置大节距光管厚壁埋管103。将大量的受热面布置在炉膛1内，主要是为了将炉膛1出口温度控制在550℃以下，将烟气中的钠化合物蒸汽在炉膛受热面（埋管和膜式水冷壁）上冷凝析出，利用炉膛烟气强力冲刷，实现沾污结渣动态平衡。防止尾部受热面被钠化合物污染而导致黏结性积灰。全膜式水冷壁炉膛增加了燃烧时间，提高了燃烧效率，并且降低炉膛出口温度。

高碱高氯煤通过落煤管21进入炉膛，与来自等压风室19并通过炉膛布风板和风帽20的热空气在炉膛密相区101悬浮燃烧，炉膛密相区101温度控制在750-850℃，煤中的钠化合物炉膛密相区升华成钠化合物蒸汽，融入高温烟气当中，高温烟气通过炉膛稀相区102的三个流程逐步降温，烟气中的钠化合物蒸汽冷凝析出三个流程的膜式水冷壁和光管厚壁埋管103上而导致结渣积灰。但由于埋管和膜式水冷壁光滑且垂直悬空，烟气不断冲刷垂直膜式水冷壁和光管厚壁埋管103，使得埋管和膜式水冷壁沾污结渣块达到动态平衡。

落煤管21在炉膛1那侧为炉膛第一流程4的前墙，对侧即为炉膛第一流程4的后墙，由于炉膛密相区101床料含有大量钠化合物蒸汽，容易在炉膛第一流程4的后墙下部的拱形处形成大渣块，掉落炉膛导致流化恶化。在此处设置吹渣装置2，吹渣装置由吹扫喷管201、吹扫母管204、连接管203和吹扫缝202组成，吹扫喷管201一半嵌入炉膛第一流程4的后墙下部的拱形处浇筑料中，吹扫喷管201上开设吹扫缝202；吹扫母管204安装在炉膛外部接热风管道，通过连接管203与吹扫喷管201连接。吹渣装置2利用热风形成风幕，持续吹扫，在未形成渣块前吹扫掉。

挂砖区域7内设有用于固定耐火砖的销钉。炉膛第一流程4的出口温度，对燃料的燃烬及后面受热面的安全运行有较大影响，为精确控制该处温度，在炉膛第一流程4上部设置挂砖区7，即在膜式水冷壁上预留用于固定耐火砖的销钉，耐火砖遮盖膜式水冷壁受热面积，灵活方便调整受热面积。

在炉膛第二流程5与炉膛第三流程6之间的惯性分离处设置调节挡板3，精准调节第一级分离效率，一方面确保床温运行在750-820℃之间；另一方面保障后面旋风分离器的分离效率达到最佳效果。

在炉膛第二流程与炉膛第三流程的底部连接过渡处设有u形流道14，所述u形流道14内设有溢流装置15，溢流装置15的下部设有风室1502、所述风室1502上设有布风板1503和风帽1504，所述溢流装置15的上部通过舌形板1505分割成第一u形槽1506和第二u形槽1507，所述风室1502外接有进气管道1501，将返料风通过进气管道1502接入风室1501。第一u形槽1506侧风帽开孔面积稍小（每个风帽8孔），该处风量用于流化u形流道14汇集下来的物料，第二u形槽1507风帽开孔面积较大（每个风帽10孔），该处风量用于输送物料至溢流管1508进入炉膛1再次燃烧。低熔点的高碱高氯煤燃烧后通过炉膛第二流程5与炉膛第三流程6的惯性分离汇集在u形流道14处很易形成堵塞及返料不畅，在此处设置溢流装置2，能有效解决此处物料积聚，堵塞，返料不畅的问题。

溢流管1508返灰量大，极易在炉膛布风板上堆积导致结焦，因此在溢流管1508下部装设播灰管23，播灰管23从热风道16接出，设置2道截止阀24，用来灵活调整播灰风量。通过播灰风来打散溢流管1508返回的灰，使其均匀返回到炉膛布风板20。

高碱高氯煤燃烧后，比重大的渣沉积在炉膛密相区101中的炉膛布风板及风帽20上，通过落渣管18排出炉膛，比重轻的煤粉和灰随着烟气经过炉膛第二流程5和炉膛第三流程6惯性分离，一部分掉落在u形流道14处汇集，另一部分通过550℃旋风分离器8分离后通过返料器22的返料管直接进入炉膛1再次燃烧。不含钠化合物蒸汽的烟气经过旋风分离器8后进入尾部烟道；尾部烟道内设有过热器10、省煤器11、scr脱硝装置12（即选择性催化还原脱硝装置）和卧式空预器13，对流受热面上分别装有气能激波吹灰器9；高温烟气与对流受热面换热后烟气温度降至135℃后到锅炉出口，通过除尘器除尘后，由引风机吸出来至烟囱排入大气。气能激波吹灰器9对对流受热面进行360度无死角的进行激波吹灰，每2小时喷吹一次，能有效的防止粘性积灰搭桥集聚。

所述空预器采用大节距卧式空预器13（实践证明对于有粘性的灰，立式管式空预器容易堵塞，而卧式空预器不会出现堵塞的情况），并且装设气能激波吹灰器9，防止空预器堵塞。

经过卧式空预器13预热后的空气通过热风道16送至炉膛的等压风室19，热风道16在靠近等压风室19处设有导流板17，导流板17为了使热风进入等压风室19时更加均匀，为流化床料打下坚实基础。

锅炉的运行方法如下，炉膛运行温度严格控制在750℃-820℃之间，高碱高氯煤挥发分高极易着火，但灰熔点较低，能避免床料粘连和团聚。另外，密切关注返料风压、炉膛温度和炉膛差压变化情况，一旦温度炉膛运行温度超标，或者返料风压较低，及时从加床料仓加入床料，床料必须用非高碱高氯煤产生的炉渣，颗粒度不大于5mm，堆积密度不超过1250kg/m3。加入床料的量根据炉膛温度和返料风压两个指标恢复正常来定。

加入床料主要为了实现以下两个目的：

1、增加炉膛灰循环量，及时带走炉膛密相区热量，确保炉膛温度保持在750℃-820℃之间。

2、通过不定期加床料不断置换炉膛内现有钠化合物含量高的床料，防止床料出现灰熔点进一步降低导致粘连团聚结渣。

新疆某化工厂45t/h循环流化床锅炉采用本实用新型循环流化床锅炉和运行方法，该循环流化床锅炉纯烧高碱高氯煤（沙尔湖煤），采用2级破碎系统，原煤颗粒度控制在10mm以内，床料不用该锅炉自身产生的炉渣，从附近采购非高碱高氯煤燃烧后的炉渣，控制床料颗粒度不大于5mm，堆积密度不超过1250kg/m3，严格控制炉膛温度在750℃-820℃区间，当炉膛温度超过820℃时，通过螺旋给煤机25上的加床料仓26往炉膛加入约100kg床料，以降低炉膛温度，同时，返料风压也是一个很重要的指标，返料风量低于3.1kpa时，也必须往炉膛添加床料。根据实际运行经验，该锅炉一天消耗高碱高氯煤（沙尔湖煤）约140t。每天加入床料量约500kg。锅炉炉膛煤粉燃烧完全、床料流化良好，溢流装置返料顺畅均匀，吹渣管喷吹投入后第一流程后墙拱形处没有出现结渣现象了。该锅炉考核期间的主要经济技术指标详见下表：

锅炉主要经济技术指标表

该循环流化床锅炉实现了高碱高氯煤的纯烧和长周期运行，截止目前，该锅炉持续运行时间已经超过100天。

本实用新型利用三流程膜式水冷壁和大节距光管厚壁埋管将烟气温度降至550℃以下，烟气中的钠化合物蒸汽在大节距光管厚壁埋管和三个流程膜式水冷壁将全部析出，在炉膛烟气物料强力冲刷的自清理作用下，使得沾污结渣达到动态平衡，不再恶化，另外，通过控制炉膛温度和不定期加入床料的运行方法，解决了炉膛床料粘连团聚结渣和灰循环量的问题。这样，既解决了炉膛内沾污结渣持续恶化的问题，又解决了尾部对流受热面的沾污结渣问题，从而实现烧高碱高氯煤锅炉安全、稳定、长期运行。

本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种修改和变型，倘若这些修改和变型在本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本实用新型的保护范围之内。

说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。