專利名稱：一種新型秸稈循環(huán)流化床燃燒鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種以棉稈、玉米稈和樹枝為燃料的新型秸稈循環(huán)流化床燃燒鍋爐，屬于生物質(zhì)秸稈處理工藝和流化床技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國生物質(zhì)資源十分豐富，其中棉稈、玉米稈、樹枝等占很大比例。如何高效利用這些農(nóng)業(yè)廢物，以實(shí)現(xiàn)其無害化、減量化和資源化，已經(jīng)成為當(dāng)前國內(nèi)外的一個重要課題。將循環(huán)流化床燃燒技術(shù)應(yīng)用于棉稈、玉米稈、樹枝的大規(guī)模處理，解決傳統(tǒng)處理方法低效率、高污染的缺點(diǎn)，同時用于發(fā)電或供熱，替代部分化石燃料，將對我國能源和環(huán)保戰(zhàn)略起著非常重要的作用。
現(xiàn)有純燒秸稈的鍋爐主要有機(jī)械爐排爐和流化床爐兩種。在爐排爐內(nèi)，燃料的攪拌程度、氣體分布、整體燃燒反應(yīng)速度不及流化床爐，造成斷面熱負(fù)荷低于流化床，使得爐排爐設(shè)備龐大，投資費(fèi)用高，而流化床爐結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小。爐排爐要求燃料熱值保持相對穩(wěn)定，而流化床密相區(qū)有大量的高溫物料，床層的熱容量大，燃料適應(yīng)性強(qiáng)。由于循環(huán)流化床采用低溫(800～900℃)、分級燃燒方式，大大減少了氮氧化物的生成。相反，爐排爐局部燃燒溫度高，煙氣中污染物排放高。因此，從燃燒效率和污染物排放來看，流化床爐要優(yōu)于爐排爐。
機(jī)械爐排爐由于操作簡單，在國外有成熟的長期運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，使用數(shù)量較多，已有許多定型產(chǎn)品，近來國內(nèi)也開始使用。從目前使用情況來看，國外爐排爐使用最為理想的是丹麥BWE公司的振動水冷爐排爐。流化床技術(shù)是以德國KARLBAY公司的低倍率差速床循環(huán)流化床秸稈鍋爐為代表。
循環(huán)流化床燃燒技術(shù)作為一種高效低污染燃燒技術(shù)，在環(huán)保和劣質(zhì)燃料利用方面顯示出極大優(yōu)勢。但目前國內(nèi)還沒有掌握用于秸稈燃燒的循環(huán)流化床爐的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，一般依賴進(jìn)口，引進(jìn)設(shè)備價(jià)格昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決目前秸稈燃燒設(shè)備的燃燒效率低，污染物排放量大，進(jìn)口設(shè)備成本高的問題，提供一種新型秸稈循環(huán)流化床燃燒鍋爐，用于大規(guī)模處理棉稈、玉米稈和樹枝等可再生能源。不僅解決當(dāng)前農(nóng)村田頭直接焚燒秸稈造成的環(huán)境污染問題，而且還能替代化石燃料，用于生產(chǎn)電能和熱能。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案一種新型秸稈循環(huán)流化床燃燒鍋爐，它有爐膛，其下部有至少一個下料口以及排渣口，所述爐膛底部設(shè)冷卻裝置，它與點(diǎn)火燃燒室連接；在爐膛的下部還設(shè)有至少一個返料器，爐膛下部設(shè)至少一個二次風(fēng)口，爐膛側(cè)壁為水冷壁，其上下端分別有水冷壁上集箱和水冷壁下集箱；爐膛的爐膛出口與至少一個分離裝置連接，該裝置下部經(jīng)外置換熱器與相應(yīng)的返料器連接，上部則經(jīng)水平煙道內(nèi)的對流管束與兩級減溫裝置連接，減溫裝置的一級設(shè)置在尾部豎井煙道的上段并與低溫過熱裝置相連接，低溫過熱裝置下部依次連接至少一個省煤器和至少一個空氣預(yù)熱器；在爐膛上端還有汽包，它與給水管路連接。
所述爐膛下部前后墻向爐內(nèi)彎曲，與爐膛軸線成一定夾角；其底部的冷卻裝置為水冷布風(fēng)板和水冷風(fēng)室；其水冷壁為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)。
所述下料口有三個，布置在前墻上，其中兩個給前點(diǎn)，一個給后點(diǎn)，它們與加料裝置連接。
所述二次風(fēng)口呈交錯布置在爐膛的前后墻上。
所述分離裝置為并列布置兩個高溫旋風(fēng)分離器；其下端連接的外置換熱器中有呈順列布置的高溫過熱器；高溫旋風(fēng)分離器的上部與布置于水平煙道中的對流管束連接，對流管束下部是灰斗，通過箱式?jīng)_灰器排灰。
所述尾部豎井煙道的上段是順列布置的低溫過熱器，一級噴水減溫器和二級噴水減溫器分別布置于下級低溫過熱器和上級低溫過熱器的出口；逆流雙級膜式省煤器布置在尾部煙道的中段；四回程臥式空氣預(yù)熱器布置在尾部煙道的下段。
所述給水管路中的介質(zhì)經(jīng)上下兩級省煤器加熱后進(jìn)入汽包，在汽包中進(jìn)行汽水分離，分離后的飽和水經(jīng)集中下降管依次進(jìn)入水冷壁下集箱、燃燒室水冷壁，加熱蒸發(fā)后流入上集箱，然后進(jìn)入汽包；分離后的飽和蒸汽經(jīng)汽包引出管流入低溫過熱器下集箱，由下級低溫過熱器加熱后進(jìn)入一級減溫器減溫，然后由上級低溫過熱器加熱后流入二級減溫器調(diào)節(jié)氣溫，經(jīng)噴水減溫后的過熱蒸汽流入布置在外置換熱器中的高溫過熱器，加熱后的過熱蒸汽加熱至450℃后進(jìn)入高過出口集箱，然后進(jìn)入布置在爐前的匯汽集箱，最后送入汽輪機(jī)發(fā)電。
所述鍋爐容量20～220t/h，蒸汽參數(shù)從中溫中壓、次高溫次高壓到高溫高壓，爐膛橫截面狀態(tài)速度4～6m/s，爐溫800～900℃。
所用燃料為棉稈、玉米稈和樹枝等。
本發(fā)明的有益效果為1、本發(fā)明的燃用秸稈循環(huán)流化床鍋爐效率在85％以上，同時還具有很好的負(fù)荷調(diào)節(jié)性能，可在30～110％負(fù)荷范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。
2、將管壁溫度最高的高溫過熱器置于外置式換熱器中，由于外置換熱器中基本無腐蝕性氣體，且固體物料粒徑小，流化速度低，有效的防止了高溫過熱器的腐蝕和磨損。
3、水平煙道布置對流管束。對流管束屬于蒸發(fā)受熱面，可作為爐膛吸熱量不足的補(bǔ)充，并且將燃燒過程中揮發(fā)出的堿金屬凝結(jié)下來，防止尾部豎井受熱面結(jié)灰堵塞。
4、燃料的適應(yīng)性好，本發(fā)明的循環(huán)流化床鍋爐可以用于大規(guī)模處理棉稈、玉米稈和樹枝(如棗樹枝)等條狀秸稈。
5、對燃料的粒度適應(yīng)性好，粒度分布可為2～20cm，對秸稈燃料破碎機(jī)械要求降低。
6、采用多點(diǎn)加料的方式，使投入燃料在鍋爐截面均勻分布。


圖1是本發(fā)明的秸稈循環(huán)流化床燃燒鍋爐裝置主視圖；圖2是本發(fā)明的秸稈循環(huán)流化床燃燒鍋爐裝置左視圖；圖3是本發(fā)明的秸稈循環(huán)流化床燃燒鍋爐裝置俯視圖。
其中，1.汽包，2.下降管，3.水冷壁上集箱，4.爐膛出口，5.絕熱旋風(fēng)分離器，6.爐膛，7.匯汽集箱，8.水冷壁，9.二次風(fēng)口，10.下料口，11.水冷布風(fēng)板，12.水冷風(fēng)室，13.排渣管，14.對流管束，15.灰斗，16.二級減溫器，17.上級低溫過熱器，18.一級減溫器，19.下級低溫過熱器，20.低溫過熱器進(jìn)口集箱，21.省煤器，22.尾部豎井煙道，23.空氣預(yù)熱器，24.高溫過熱器出口集箱，25.排灰管，26.外置換熱器，27.高溫過熱器，28.返料器，29.排渣口，30.點(diǎn)火燃燒器，31.水冷壁下集箱，32.箱式?jīng)_灰器，33.省煤器出口集箱，34.省煤器中間集箱，35.省煤器進(jìn)口集箱，36.膨脹節(jié)。
具體實(shí)施例方式
下面參照圖1～圖3具體說明本發(fā)明的技術(shù)路線和目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)采用床下點(diǎn)火方式，啟動燃燒器30布置在水冷風(fēng)板11的下部；爐膛6底部為水冷布風(fēng)板11和水冷風(fēng)室12以及排渣口29、排渣管13；爐膛6下部前后墻水冷壁向爐內(nèi)彎曲，與軸線形成一定夾角；水冷壁采用膜式水冷壁結(jié)構(gòu)型式8；三個給料口10，兩個給前點(diǎn)、一個給后點(diǎn)，它們與加料裝置連接；爐膛出口4并列布置兩個高溫旋風(fēng)分離器5，它們與水冷壁的連接處分別設(shè)膨脹節(jié)36，高溫旋風(fēng)分離器5分別連接相應(yīng)的兩個返料器28；低溫過熱器17呈順列布置于尾部豎井的上段，高溫過熱器27呈順列布置于流化床燃燒室后墻外側(cè)的外置式換熱器26中；對流管束14布置于水平煙道，下方設(shè)有灰斗15，通過箱式?jīng)_灰器32排灰；一級噴水減溫器18和二級噴水減溫器16分別布置于下級低溫過熱器19和上級低溫過熱器17的出口；逆流雙級膜式省煤器21布置在尾部煙道的中段，省煤器上部接省煤器出口集箱33，中部接省煤器中間集箱34，下部接省煤器進(jìn)口集箱35；四回程臥式空氣預(yù)熱器23布置在尾部煙道的下段。
燃料(柴油或天然氣)和來自一次風(fēng)機(jī)的燃燒風(fēng)在啟動燃燒室30燃燒后產(chǎn)生高溫?zé)煔猓M(jìn)入水冷風(fēng)室12，再通過水冷布風(fēng)板11進(jìn)入爐膛6，以加熱床料。秸稈燃料從加料口10加入?？諝夥忠淮物L(fēng)和二次風(fēng)送入爐膛6，一次風(fēng)經(jīng)空氣預(yù)熱器23加熱后經(jīng)過水冷風(fēng)室12和水冷布風(fēng)板11進(jìn)入流化床燃燒室6；二次風(fēng)經(jīng)空氣預(yù)熱器23加熱后，從前后墻沿爐膛高度分三層進(jìn)入爐內(nèi)，三層二次風(fēng)口9呈交錯布置在前后墻，高速噴入爐內(nèi)，補(bǔ)充燃燒所需空氣，并加強(qiáng)爐內(nèi)氣固混合。煙氣和夾帶的物料在爐膛出口4分兩路進(jìn)入布置在爐膛與尾部豎井煙道22之間的高溫絕熱旋風(fēng)分離器5，分離下來的灰，分兩路進(jìn)入爐膛6，一路進(jìn)入外置式換熱器26中，外置式換熱器26為低速鼓泡床形式，床內(nèi)布置高溫過熱器27，飛灰與高溫過熱器27換熱后返回爐膛進(jìn)行再燃燒另一路直接返回爐內(nèi)，以控制外置換熱器與爐膛的溫度分布。分離后的煙氣通過對流管束14，部分飛灰經(jīng)分離之后落入灰斗15，經(jīng)排灰管25送入箱式充灰器32，沒有被分離下來的飛灰隨同煙氣依次流經(jīng)低溫過熱器17和19、省煤器21和空氣預(yù)熱器23，然后由鍋爐的出口煙道排出。鍋爐給水經(jīng)上下兩級省煤器21加熱后進(jìn)入汽包1，在汽包1中進(jìn)行汽水分離，分離后的飽和水經(jīng)集中下降管2依次進(jìn)入水冷壁下集箱31、燃燒室水冷壁8，加熱蒸發(fā)后流入上集箱3，然后進(jìn)入汽包1；分離后的飽和蒸汽經(jīng)汽包1引出管流入低溫過熱器下集箱20，由下級低溫過熱器19加熱后進(jìn)入一級減溫器18減溫，然后由上級低溫過熱器17加熱后流入二級減溫器16調(diào)節(jié)氣溫，經(jīng)噴水減溫后的過熱蒸汽流入布置在外置換熱器中的高溫過熱器27，加熱后的過熱蒸汽加熱至450℃后進(jìn)入高過出口集箱24，然后進(jìn)入布置在爐前的匯汽集箱7，最后送入汽輪機(jī)發(fā)電。
本發(fā)明的燃用棉稈、玉米稈、樹枝的循環(huán)流化床鍋爐容量為20～220噸/小時，蒸汽參數(shù)為中溫中壓、次高溫高壓和高溫高壓，鍋爐效率≥85％。
實(shí)施例1棉稈的收到基含碳量36.54％、含氫量4.87％、含氧量40.54％、含氮量0.24％、含硫量0.13％，灰份1.68％，水份16％，低位發(fā)熱量12921.52kJ/kg。鍋爐啟動時采用床下點(diǎn)火啟動方式，啟動燃料(柴油或天然氣)和來自一次風(fēng)機(jī)的燃燒風(fēng)在啟動燃燒室30燃燒后產(chǎn)生高溫?zé)煔?，高溫?zé)煔馀c混合風(fēng)在燃燒室內(nèi)混合至880℃左右，進(jìn)入水冷風(fēng)室12，通過水冷布風(fēng)板11進(jìn)入爐膛6，以加熱床料(石英砂、河沙、鉀長石或中剛玉，粒度分布為200μm～1mm)。由于棉稈揮發(fā)分含量高，著火溫度比較低，當(dāng)床料加熱至400℃時，即可從加料口10加入切碎后長度為2～20cm的棉稈燃料。燃料加入后，床溫快速上升，當(dāng)床溫升至750℃以后，關(guān)閉啟動燃料(柴油或天然氣)系統(tǒng)，控制棉稈燃料加入速率和一、二次風(fēng)量，逐步將爐溫調(diào)節(jié)到800～900℃。當(dāng)主蒸汽壓力、溫度達(dá)到要求后，即可沖轉(zhuǎn)汽輪發(fā)電機(jī)。汽輪發(fā)電機(jī)并網(wǎng)發(fā)電后，通過增加棉稈燃料加入速率和一、二次風(fēng)量，逐步提高鍋爐負(fù)荷至需求值。
鍋爐正常燃燒所需空氣分一次風(fēng)和二次風(fēng)送入爐膛6，一、二次風(fēng)按一定比例分配。一次風(fēng)經(jīng)空氣預(yù)熱器23加熱至200℃左右，然后經(jīng)過水冷風(fēng)室12和水冷布風(fēng)板11進(jìn)入爐膛6，二次風(fēng)經(jīng)空氣預(yù)熱器加熱至200℃左右，從前后墻沿爐膛高度分三層進(jìn)入爐內(nèi)，三層二次風(fēng)口9呈交錯布置，高速噴入爐內(nèi)，補(bǔ)充燃燒所需空氣，并加強(qiáng)爐內(nèi)混合，爐膛橫截面狀態(tài)速度為4～6m/s。二次風(fēng)分級送風(fēng)方式還可控制爐內(nèi)燃燒，減少NOx的生成量。煙氣和夾帶的物料在爐膛上部出口4分兩路進(jìn)入布置在爐膛與尾部豎井煙道22之間的高溫絕熱旋風(fēng)分離器5，分離下來的灰一路進(jìn)入外置換熱器26中，與高溫過熱器27換熱后返回爐膛進(jìn)行再燃燒；另一路可直接進(jìn)入爐膛6，以控制外置換熱器與爐膛的溫度分布。分離后的煙氣通過對流管束14，部分飛灰經(jīng)分離之后落入灰斗15，沒有被分離下來的飛灰隨同煙氣依次流經(jīng)低溫過熱器17、省煤器21和空氣預(yù)熱器23，然后進(jìn)入鍋爐的出口煙道。鍋爐給水經(jīng)上下兩級省煤器21加熱至255℃后進(jìn)入汽包1；鍋爐內(nèi)的飽和水經(jīng)集中下降管2進(jìn)入水冷壁下集箱31、燃燒室水冷壁8，加熱蒸發(fā)后流入上集箱3，然后進(jìn)入汽包1；飽和蒸汽經(jīng)汽包1引出管流入低溫過熱器下集箱20，由下級低溫過熱器19加熱后進(jìn)入減溫器18調(diào)節(jié)氣溫，然后又由上級低溫過熱器17加熱后流入二級減溫器16調(diào)節(jié)氣溫，經(jīng)噴水減溫后的過熱蒸汽流入外置換熱器中的高溫過熱器27，加熱至450℃后進(jìn)入高過出口集箱24，再進(jìn)入布置在爐前的匯汽集箱7，最后進(jìn)入汽輪機(jī)發(fā)電。
權(quán)利要求
1.一種新型秸稈循環(huán)流化床燃燒鍋爐，它有爐膛(6)，其下部有至少一個下料口(10)以及排渣口(29)，其特征是所述爐膛(6)底部設(shè)冷卻裝置，它與點(diǎn)火燃燒室(30)連接；在爐膛(6)的下部還設(shè)有至少一個返料器(28)，爐膛(6)下部設(shè)至少一個二次風(fēng)口(9)，爐膛(6)側(cè)壁為水冷壁(8)，其上下端分別有水冷壁上集箱(3)和水冷壁下集箱(31)；爐膛(6)的爐膛出口(4)與至少一個分離裝置連接，該裝置下部經(jīng)外置換熱器(26)與相應(yīng)的返料器(28)連接，上部則經(jīng)水平煙道內(nèi)的對流管束(14)與兩級減溫裝置連接，減溫裝置的一級設(shè)置在尾部豎井煙道(22)的上段并與低溫過熱裝置相連接，低溫過熱裝置下部依次連接至少一個省煤器(21)和至少一個空氣預(yù)熱器(23)；在爐膛(6)上端還有汽包(1)，它與給水管路連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型秸稈循環(huán)流化床燃燒鍋爐，其特征是所述爐膛(6)下部前后墻向爐內(nèi)彎曲，與爐膛(6)軸線成一定夾角；其底部的冷卻裝置為水冷布風(fēng)板(11)和水冷風(fēng)室(12)；其水冷壁(8)為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型秸稈循環(huán)流化床燃燒鍋爐，其特征是所述下料口(10)有三個，布置在前墻上，其中兩個給前點(diǎn)，一個給后點(diǎn)，它們與加料裝置連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型秸稈循環(huán)流化床燃燒鍋爐，其特征是所述二次風(fēng)口(9)呈交錯布置在爐膛(6)的前后墻上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型秸稈循環(huán)流化床燃燒鍋爐，其特征是所述分離裝置為并列布置兩個高溫旋風(fēng)分離器(5)；其下端連接的外置換熱器(26)中有呈順列布置的高溫過熱器(27)；高溫旋風(fēng)分離器(5)的上部與布置于水平煙道中的對流管束(14)連接，對流管束(14)下部是灰斗(15)，通過箱式?jīng)_灰器(32)排灰。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型秸稈循環(huán)流化床燃燒鍋爐，其特征是所述尾部豎井煙道(22)的上段是順列布置的低溫過熱器(17)，一級噴水減溫器(18)和二級噴水減溫器(16)分別布置于下級低溫過熱器(19)和上級低溫過熱器(17)的出口；逆流雙級膜式省煤器(21)布置在尾部煙道的中段；四回程臥式空氣預(yù)熱器(23)布置在尾部煙道的下段。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型秸稈循環(huán)流化床燃燒鍋爐，其特征是所述給水管路中的介質(zhì)經(jīng)上下兩級省煤器(21)加熱后進(jìn)入汽包(1)，在汽包(1)中進(jìn)行汽水分離，分離后的飽和水經(jīng)集中下降管(2)依次進(jìn)入水冷壁下集箱(31)、燃燒室水冷壁(8)，加熱蒸發(fā)后流入上集箱(3)，然后進(jìn)入汽包(1)；分離后的飽和蒸汽經(jīng)汽包(1)引出管流入低溫過熱器下集箱(20)，由下級低溫過熱器(19)加熱后進(jìn)入一級減溫器(18)減溫，然后由上級低溫過熱器(17)加熱后流入二級減溫器(16)調(diào)節(jié)氣溫，經(jīng)噴水減溫后的過熱蒸汽流入布置在外置換熱器中的高溫過熱器(27)，加熱后的過熱蒸汽加熱至450℃后進(jìn)入高過出口集箱(24)，然后進(jìn)入布置在爐前的匯汽集箱(7)，最后送入汽輪機(jī)發(fā)電。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型秸稈循環(huán)流化床燃燒鍋爐，其特征是所述鍋爐容量20～220t/h，蒸汽參數(shù)從中溫中壓、次高溫次高壓到高溫高壓，爐膛橫截面狀態(tài)速度4～6m/s，爐溫800～900℃。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型秸稈循環(huán)流化床燃燒鍋爐，其總體特征是所用燃料為棉稈、玉米稈和樹枝等。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種新型秸稈循環(huán)流化床燃燒鍋爐，解決了秸稈燃燒設(shè)備燃燒率低，污染環(huán)境，設(shè)備成本高的問題，可用于大規(guī)模處理棉稈、玉米稈和樹枝等可再生能源，產(chǎn)生電能和熱能，其結(jié)構(gòu)為它有爐膛，其下部有至少一個下料口及排渣口，爐膛底部設(shè)冷卻裝置，與點(diǎn)火燃燒室連接；爐膛的下部還設(shè)有至少一個返料器，其上方設(shè)至少一個二次風(fēng)口，爐膛側(cè)壁為水冷壁，上下端分別有水冷壁上集箱和水冷壁下集箱；爐膛出口與至少一個分離裝置連接，該裝置下部經(jīng)外置換熱器與相應(yīng)的返料器連接，上部與兩級減溫裝置連接，減溫裝置的一級與設(shè)置在尾部豎井煙道上段的低溫過熱裝置連接，該裝置下部依次連接省煤器、空氣預(yù)熱器；爐膛上端還有汽包與給水管路連接。
文檔編號F23C10/00GK1912461SQ200610069689
公開日2007年2月14日 申請日期2006年8月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
發(fā)明者孟令杰, 趙春鋏, 李玉晗, 李大驥, 趙麗妮, 張煒東, 張同, 金保升, 趙長遂, 仲兆平, 肖睿, 鐘文琪, 章名耀 申請人:國電科技環(huán)保集團(tuán)山東龍?jiān)喘h(huán)保有限公司, 東南大學(xué)