脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器及相应粉料锅炉的制作方法

本发明涉及一种脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器及相应粉料锅炉(包括粉料卧式燃烧锅炉、粉料立式燃烧锅炉)。

背景技术：

2018.03.23授权公告的、公告号为cn104791775b的中国发明专利公开了一种燃烧器底置的立式煤粉锅炉，2015.08.12授权公告的、公告号为cn204554755u的中国实用新型公开了与之联用的余热锅炉。

cn104791775b公开的煤粉预热燃烧器包括依次连接的预热燃烧室、气固分离器和返料器，三者形成循环流化床式煤气发生装置。该立式煤粉锅炉具有燃烧充分，尾气处理负担小，成本低、节能、环保的优点。

该煤粉预热燃烧器核心是流化床结构，其内贮有石英砂，作为流化床底料，点火后，炙热的石英砂在预热燃烧室内不断翻滚、流动，形成无数翻滚、流动的火种，进入预热燃烧室内的煤粉和一次风及送粉风中的氧气在这些火种引导下，快速发生反应，由于煤粉过剩，在氧气不足的条件下，煤粉与氧气生成一氧化碳，同时释放出热量，进一步加热石英砂，使石英砂保持高温翻滚。所生成的一氧化碳及未反应的煤粉及部分石英砂进入气固分离器，在石英砂经气固分离器分离后，通过下部固体出口进入返料器，进而通过返料器返回预热燃烧室，分离出的一氧化碳等气体(含少量煤粉)自气固分离器顶部气体出口，进入立式锅炉，在立式锅炉与二次风、三次风相遇，并充分燃烧。

这种煤粉预热燃烧器及相应的立式锅炉具有燃烧充分，尾气有害物质少，高效、环保的优点。但是这种煤粉预热燃烧器及相应的立式锅炉在国内已有工业应用，但都存在操作弹性空间小、运行中物料平衡不容易建立、物料平衡建立后易跑料不容易维持等问题，目前正在持续改进完善中。

另外，煤粉燃烧锅炉炉内脱硫，在工业锅炉中未有应用。国内外科研院校和科技公司进行了诸多的煤粉工业锅炉炉内脱硫实验，但多停留在实验室研究阶段，对钙剂脱硫剂的粒径、分散、雾化等未进行深入研究。

随着社会公众和政府的环保意识的不断提高，锅炉企业的环保压力的日益严峻，社会迫切需要一种煤种适应性强、炉内nox排放低、炉内脱硫效率高的煤粉工业锅炉。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是如何克服现有煤粉预热燃烧器及相应的煤粉锅炉的缺陷，提供一种煤种适应性强、炉内nox排放低、炉内脱硫效率高，脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器及相应粉料锅炉包括粉料卧式燃烧锅炉、粉料立式燃烧锅炉)。

本发明脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器包括预热燃烧室、气固分离器和返料器，预热燃烧室底部呈倒锥形，其底端与一次风管相通，所述气固分离器为旋风分离器结构，该气固分离器设有进口、下部固体出口和顶部气体出口，所述预热燃烧室下部侧壁上设有燃料粉进料管，所述预热燃烧室底部一侧与返料器下口相通，所述气固分离器进口与预热燃烧室顶部相通，所述气固分离器下部固体出口与返料器上口相通，气固分离器的顶部气体出口连有出气管，返料器由一段曲折的管道构成，曲折管道包括一段倒u形料封管，其特征在于：所述预热燃烧室设有加料管，所述加料管上端设有加料阀或螺旋给料机，并通过该加料阀或螺旋给料机与一加料斗顶部相通。

加料斗内贮有脱硫剂，该脱硫剂为碳酸钙(包括石灰石粉、电石渣粉、造纸白泥粉)或碳酸镁，或它们与石英砂(或筛分粒径和含碳量合适的锅炉灰渣)的混合物。

本发明脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器运行时，通过加料管、加料阀或螺旋给料机和加料斗，根据燃料特性(尤其是燃料粒径和燃料硫分含量)和锅炉容量,连续或间歇地向脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器加入脱硫剂，在生产煤气的同时进行脱硫、脱硝。

以碳酸钙脱硫剂、底料石英砂为例，分别说明脱硫、脱硝机理：

脱硫机理：本发明脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器运行时，碳酸钙在燃烧室内高于750℃的温度下快速煅烧分解为cao，利用生成的cao与炉内烟气中的so2进行反应实现燃烧室内脱硫。

脱硝机理：粉状物料预热煤气燃烧器，采用低氧流态化预热原理，将煤粉在缺氧状态下预热至800℃以上，并在预热过程中转化为高温焦炭和煤气的混合物，与此同时煤粉中的燃料氮析出并在缺氧状态下转化为n2，降低nox前驱物的生成，进而降低nox生成量，最终达到脱硝目的。

选石灰石颗粒作为脱硫剂时，石灰石颗粒粒径应较石英砂粒径高1-2个量级。上述粒径的石灰石颗粒加入预热燃烧室，一方面可以脱硫、脱硝，另一方面可以部分取代石英砂，当料层压力低于设计最低值时，适当加大石灰石颗粒的进料；当料层压力达到设计最高值时，螺旋给料机转速减小，适当减少石灰石颗粒的进料。

作为优化，所述加料斗包括加砂斗和脱硫剂斗，加砂斗下口设有加料阀，并通过该加料阀与一加砂管相通，所述脱硫剂斗下口设有螺旋给料机，并通过该螺旋给料机与一脱硫剂管相通，加砂管和脱硫剂管分别作为加料管通入预热燃烧室，或者加砂管和脱硫剂管共同通入加料管，并通过加料管通入预热燃烧室。如此设计，石英砂和脱硫剂进入预热燃烧室，再次被一次风、送粉风吹起，从而不断翻滚、流动，点火后，炙热的石英砂、脱硫剂在预热燃烧室内不断翻滚、流动，形成无数翻滚、流动的火种，进入预热燃烧室内的煤粉和一次风及送粉风中的氧气在这些火种引导下，发生快速反应，由于煤粉过剩，在氧气不足的条件下，煤粉与氧气生成一氧化碳，同时释放出热量，进一步加热石英砂，使石英砂保持高温翻滚。

石英砂和脱硫剂分别贮存在加砂斗和脱硫剂斗，便于分别控制，石英砂间歇加入预热燃烧室；脱硫剂少量、持续加入预热燃烧室，在生产煤气的同时，脱硫、脱硝。

本发明进一步要解决的技术问题是如何提供一种弹性空间大、可长久平衡运行的脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器及相应粉料锅炉。

发明人经长时间实践和研究论证发现：现有煤粉预热燃烧器内部温度高达800℃以上，且流化床工作时，不但受到一次风和送粉风气流影响，还受到煤粉不完全燃烧产生的一氧化碳气流影响，气流小了，流化床内的底料无法有效流动，气流大，被吹入气固分离器的底料过多，严重时还有部分底料被吹入锅炉内，从而导致煤粉预热燃烧器流化床内的底料过少，一次风和送粉风阻力骤降，进料波动过大，煤粉预热燃烧器运行不稳。这是现有煤粉预热燃烧器及立式锅炉弹性空间小、运行中物料平衡不容易建立、物料平衡建立后不容易保持的主要原因。

作为优化，所述预热燃烧室中下部设有流化床结构，所述预热燃烧室上部还设有顶部封板、膨大壳体和倒锥管形过渡段，所述膨大壳体呈圆筒形，其顶部侧壁设有一出气槽，所述顶部封板外缘焊接在所述膨大壳体上沿及出气槽侧壁上沿上，顶部封板与出气槽围成一个出气口，并通过该出气口与气固分离器的进口相通，膨大壳体下沿焊接在倒锥管形过渡段大端外沿上，所述倒锥管形过渡段小端外沿焊接在预热燃烧室中下部的流化床侧壁上，该膨大壳体内腔横截面面积≥流化床内腔横截面面积的1.3倍，且膨大壳体的高度≥0.5米，该顶部封板、膨大壳体和倒锥管形过渡段在流化床上方形成一气固预分离室。

如此设计，燃料粉和氧气在流化床内发生高温反应，生成煤气。进入气固预分离室前时，煤气发生反应已结束，形成煤气混合气(主要是一氧化碳、氮气)，这部分煤气混合气夹杂着较多的石英砂(或筛分粒径和含碳量合适的锅炉灰渣)和未燃烧的燃料粉，一同进入气固预分离室，根据流体学原理，横截面面积加大，煤气混合气流速大幅降低，同时煤气混合气的密度大幅缩小。煤气混合气夹带的石英砂及未燃尽的燃料粉受到煤气混合气的吹力也大幅降低，在其自身重力作用下，大部分落回到流化床内，而后再次被一次风、送粉风吹起，从而不断翻滚、流动。

这样一方面维持流化床内有效底料的保有量，流化床工作运行更稳定；另一方面进入气固分离器的底料减少，减轻了气固分离器的工作负担，从而更加有利于脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器的稳定运行。

作为优化，其还包括辅助气固分离器，该辅助气固分离器设置在所述出气管上，该辅助气固分离器包括膨大壳体，该膨大壳体内腔横截面面积≥出气管内腔横截面面积的1.3倍，且膨大壳体的高度≥0.5米。

如此设计，从气固分离器分离的煤气混合气(主要是一氧化碳、氮气)经顶部气体出口后，先进入出气管，然后进入辅助气固分离器的膨大壳体，由于膨大壳体内腔横截面面积≥出气管横截面面积的1.3倍，根据流体学原理，煤气混合气流速降低，同时，气体密度也大幅缩小，煤气混合气夹带的底料及未燃尽的燃料粉受到煤气混合气的吹托力也大幅减小，这种吹托力不足以克服煤气混合气中夹带的底料及未燃尽的燃料粉的重力，底料及未燃尽的燃料粉在重力作用下，落回到气固分离器中，从而减少或避免因底料流失导致的运行不稳定问题，同时燃料粉也可经气固分离器和返料器，重新回到预热燃烧室，与氧气反应，生成煤气。

作为优化，所述辅助气固分离器还包括环形顶部封板和倒锥管形过渡段，所述膨大壳体呈圆筒形，所述环形顶部封板外缘焊接在所述膨大壳体上沿上，所述环形顶部封板内缘焊接在辅助气固分离器上方的出气管上，膨大壳体下沿焊接在倒锥管形过渡段大端外沿上，所述倒锥管形过渡段小端外沿焊接在辅助气固分离器下方的出气管上。如此设计，结构简单，焊接方便，同时，从膨大壳体内分离出的底料在倒锥管形过渡段的引导下，更容易落回气固分离器。

本脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器具有较好的蓄热特性，常规煤粉锅炉不能燃用的无烟煤、选煤厂洗选煤泥干燥粉、挥发份较低的兰炭粉或气化炉灰渣或半焦末或其他有一定热值的粉状固体废弃物，均可在本脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器及其锅炉内稳定着火燃烧。

本发明通过引入气固预分离室和/或辅助气固分离器，极大地提高了粉料预热燃烧器的操作弹性和平稳性，从而提高这种燃料预热燃烧器与粉料卧式燃烧锅炉或粉料立式燃烧锅炉系统的整体燃烧可靠性。

本发明脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器与卧式粉状燃料锅炉或立式粉状燃料锅炉相耦合连接。脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器的底料量、粉状燃料给入量，与卧式粉状燃料锅炉或立式粉状燃料锅炉容量、燃用粉状燃料的特性相匹配。

本发明粉料卧式燃烧锅炉，该卧式锅炉本体一端为进料端，进料端设有进料口，另一端连接尾部烟道，其特征在于：所述卧式锅炉本体的进料端侧壁中心设有二次风箱，该二次风箱外部与二次风管相通，卧式锅炉本体内部设有多个与二次风箱相通的二次风喷嘴，所述进料口连有前述脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器。

如此设计，通过增加气固预分离室和/或辅助气固分离器，提高了粉料预热燃烧器的操作弹性，使其卧式锅炉运行时更容易平衡，且平衡后更容易保持。

作为优化，所述卧式锅炉本体侧壁上设有多个燃烬风管，上述燃烬风管均匀分布在卧式锅炉本体上，所有燃烬风管均与燃烬风总管相通，燃烬风总管上设有燃烬风机。如此设计，燃烧充分，尾气有害物质少，节能、环保。

本发明粉料立式燃烧锅炉，包括立式锅炉本体，该立式锅炉本体底部或两侧为进料端，进料端设有进料口，其特征在于：所述立式锅炉本体的进料口连有前述的脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器。

本发明脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器及相应粉料锅炉的操作弹性空间大，容易运行平衡，平衡后容易保持，可燃用除常规煤粉锅炉燃用的烟煤以外，还可燃用无烟煤、选煤厂洗选煤泥干燥粉、兰炭粉、气化炉灰渣、半焦末、或其他有一定热值的粉状固体废弃物，适合现有工业锅炉、电站锅炉及其他锅炉使用。

附图说明

下面结合附图对本发明脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器及相应粉料锅炉作进一步说明：

图1是本脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器实施方式一的示意图；

图2是本脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器实施方式二的示意图(一)；

图3是本脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器实施方式二的示意图(二)；

图4是本脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器实施方式三的示意图(图中箭头方向为流化床底料下落方向)；

图5是本脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器实施方式四的示意图(图中箭头方向为流化床底料下落方向)；

图6是本粉料卧式锅炉实施方式五的示意图。

图中：1为预热燃烧室、2为气固分离器、3为返料器、31为倒u形料封管、4为石英砂和/或脱硫剂、5为一次风管、6为燃料粉进料管、7为出气管、8为加料管、9为加料阀、10为加料斗、101为加砂斗、102为脱硫剂斗、11为加砂管、12为螺旋给料机、13为脱硫剂管、14为流化床、111为顶部封板、112为膨大壳体、113为倒锥管形过渡段、114为出气槽、15为气固预分离室、16为辅助气固分离器、161为膨大壳体、162为环形顶部封板、163为倒锥管形过渡段、17为卧式锅炉本体、18为尾部烟道、19为二次风箱、20为二次风管、21为二次风喷嘴、22为燃烬风管。

具体实施方式

实施方式一：如图1所示，本发明脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器包括预热燃烧室1、气固分离器2和返料器3，预热燃烧室1底部呈倒锥形，其底端与一次风管5相通，所述气固分离器2为旋风分离器结构，该气固分离器2设有进口、下部固体出口和顶部气体出口，所述预热燃烧室1下部侧壁上设有燃料粉进料管6，所述预热燃烧室1底部一侧与返料器3下口相通，所述气固分离器2进口与预热燃烧室1顶部相通，所述气固分离器2下部固体出口与返料器3上口相通，气固分离器2的顶部气体出口连有出气管7，返料器3由一段曲折的管道构成，曲折管道包括一段倒u形料封管31，其特征在于：所述预热燃烧室1设有加料管8，所述加料管8上端设有加料阀9(或螺旋给料机)，并通过该加料阀9(或螺旋给料机)与一加料斗10底部相通。

加料斗10内贮有脱硫剂，该脱硫剂为碳酸钙或碳酸镁或它们与石英砂的混合物。

实施方式二：所述加料斗10包括加砂斗101和脱硫剂斗102，加砂斗101下口设有加料阀9，并通过该加料阀9与一加砂管11相通，所述脱硫剂斗102下口设有螺旋给料机12，并通过该螺旋给料机12与一脱硫剂管13相通，加砂管11和脱硫剂管13分别作为加料管8通入预热燃烧室1，如图2所示；或者加砂管11和脱硫剂管13共同通入所述加料管8，并通过该加料管8通入预热燃烧室1，如图3所示，其余结构如实施方式一所述，略。

实施方式三：如图4所示，所述预热燃烧室1中下部设有流化床14结构，所述预热燃烧室1上部还设有顶部封板111、膨大壳体112和倒锥管形过渡段113，所述膨大壳体112呈圆筒形，其顶部侧壁设有一出气槽114，所述顶部封板111外缘焊接在所述膨大壳体112上沿及出气槽114侧壁上沿上，顶部封板111与出气槽114围成一个出气口，并通过该出气口与气固分离器2的进口相通，膨大壳体112下沿焊接在倒锥管形过渡段113大端外沿上，所述倒锥管形过渡段113小端外沿焊接在预热燃烧室1中下部的流化床14侧壁上，该膨大壳体112内腔横截面面积≥流化床14内腔横截面面积的1.3倍，且膨大壳体112的高度≥0.5米，该顶部封板111、膨大壳体112和倒锥管形过渡段113在流化床14上方形成一气固预分离室15，其余结构如实施方式二所述，略

实施方式四：如图5所示，其还包括辅助气固分离器16，该辅助气固分离器16设置在所述出气管7上，该辅助气固分离器16包括膨大壳体161，该膨大壳体161内腔横截面面积≥出气管7内腔横截面面积的1.3倍，且膨大壳体161的高度≥0.5米。

所述辅助气固分离器16还包括环形顶部封板162和倒锥管形过渡段163，所述膨大壳体161呈圆筒形，所述环形顶部封板162外缘焊接在所述膨大壳体161上沿上，所述环形顶部封板162内缘焊接在辅助气固分离器16上方的出气管7上，膨大壳体161下沿焊接在倒锥管形过渡段163大端外沿上，所述倒锥管形过渡段163小端外沿焊接在辅助气固分离器16下方的出气管7上，其余结构如实施方式三所述，略。

实施方式五：如图6所示，本发明粉料卧式燃烧锅炉，包括卧式锅炉本体17，该卧式锅炉本体17前部一端为进料端，进料端设有进料口，后部另一端设有尾部烟道18，其特征在于：所述卧式锅炉本体17的进料端侧壁中心设有二次风箱19，该二次风箱19外部与二次风管20相通，卧式锅炉本体17内部设有多个与二次风箱19相通的二次风喷嘴21，所述进料口连有实施方式一至四任一所述的脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器。

所述卧式锅炉本体17侧壁上设有多个燃烬风管22，上述燃烬风管22均匀分布在卧式锅炉本体17上，所有燃烬风管22均与燃烬风总管(图中未示出)相通，燃烬风设有专用燃烬风机(或称为三次风机)(图中未示出)或从二次风总管(二次风箱)上引出，其余结构如实施方式四所示，略。

实施方式六：本发明粉料立式燃烧锅炉包括立式锅炉本体，该立式锅炉本体底部或两侧为进料端，进料端设有进料口，其特征在于：所述立式锅炉本体的进料口连有实施方式一至四任一所述的脱硫、脱硝粉料预热煤气发生器，图略。

本发明包括但不限于上述实施方式，任何符合本发明权利要求书描述的设备系统，均属于本发明的保护范围之内。