一种燃用低灰熔点高钠钾含量燃料的锅炉热力系统技术方案

一种燃用低灰熔点高钠钾含量燃料的锅炉热力系统，该锅炉热力系统以旋风燃烧方式为基础，主要包括旋风筒、排渣池、锅炉主炉膛、各级受热面和除灰装置，通过采用增大炉膛容积和辐射换热面积的设计，增加炉膛辐射换热量，降低炉内温度水平和炉膛出口烟温，使得锅炉在正常工作时炉膛出口烟温控制在700℃到850℃之间，在此温度范围内，燃料在高温燃烧时产生的气态碱金属化合物在烟气中基本完全凝固下来，因此从根本上解决了低灰熔点高钠钾含量燃料在燃烧时由于挥发态碱金属在受热面上凝结而导致的严重的积灰结渣问题。此外，该锅炉热力系统还具有热强度高、燃烧稳定、燃烧经济性好、捕渣率高、结构尺寸紧凑、可用率高及应用范围广等优点。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于热能工程研究领域，特别涉及一种适用于低灰熔点、高钠钾含量、易积灰易结渣燃料燃烧的锅炉热力系统。
技术介绍
能源是现代社会赖以生存和发展的物质基础，也是国民经济快速持续发展的有力保障。近年来，随着工业的发展和人民生活水平的提高，我国的能源消耗也是与日俱增。然而我国是一个能源短缺的国家，为了满足国民经济快速发展对能源的需求，多层次能源的安全高效利用已刻不容缓。我国有着丰富的低灰熔点高钠钾含量燃料资源，所谓高钠钾含量燃料是指燃料中当量Na20(当量Na2O = (Na20+0. 659K20) XAd/100, 式中Na20、K20为燃料灰中氧化钠与氧化钾含量，％ ;Ad为燃料的干燥基灰分，％ ；0. 659为Na2O与K2O分子量之比)含量大于等于O. 45的高沾污性燃料,对于那些当量Na2O含量小于O. 45但燃烧时仍以挥发态碱金属在受热面上凝结为主而导致积灰结渣的燃料仍应归类到高钠钾含量燃料。例如2005年被勘探发现的准东煤田。准东煤田资源预测储量达3900亿吨，是我国目前最大的整装煤田，以现在我国煤炭年产量计算，一个准东煤田就够全国使用120多年。从总体上看，我国多数动力产煤区都富藏灰熔融性较低的高钠钾含量煤。此外，大多数生物质燃料也具有灰熔点低、钠钾含量高的特点。生物质能不仅总量大，而且可再生，据测算，如果充分利用我国目前的农业生物质资源，每年可新增5亿吨左右标准煤，能极大补充我国能源缺口。然而截止到目前，我国燃用低灰熔点高钠钾含量燃料的锅炉基本都存在着严重的锅炉炉膛受热面以及各级对流受热面结渣、沾污和腐蚀问题。锅炉受热面的积灰结渣不仅会严重影响锅炉出力，降低锅炉效率，还会在受热面管壁产生高温腐蚀，使管子金属处于超温运行状态，降低受热面管子强度，当积灰结渣严重时会导致锅炉爆管，增加检修工作量或被迫停炉，给锅炉的安全经济运行带来极大威胁。从上世纪锅炉被大规模利用开始，锅炉受热面的积灰结渣问题就一直困扰着人们，低灰熔点高钠钾含量燃料由于其自身的特点，使得它比其他结渣煤种具有更强的结渣性，也正因为如此，低灰熔点高钠钾含量燃料在我国的高效广泛利用受到极大限制。低灰熔点高钠钾含量燃料碱金属含量高，在高温燃烧下除了以硅铝酸盐形式存在的碱金属化合物有很高的熔点外(NaAlSiO4在1550°C的高温下也不会分解或者蒸发，它最终留在灰中)，其他低熔点的碱金属化合物都会从燃料中挥发出来，主要以气相氯化物、硫酸盐、氧化物等形式存在于高温烟气中，形成升华灰。升华灰非常细小，很容易冷凝到受热面表面形成呈粘稠状熔融态的冷凝液膜，以这层液膜为粘结剂，一方面捕集烟气中的固体颗粒，一方面还可继续形成粘结物，使得渣层迅速增长，最终产生结渣。虽然近些年我国对锅炉的设计与运行中在防止积灰结渣方面积累了一些经验，但从目前我国锅炉应用的实际情况来看，现有的这些方法都无法从根本上解决低灰熔点高钠钾含量燃料燃烧的积灰结渣问题，具体归结如下(I)控制炉内温度水平。炉内温度水平与锅炉结渣密切相关，实验表明，烟气温度每升高50°C结渣率变增长5倍。现有的应用是根据煤灰熔融特性和结渣指数来选择炉膛出口烟温，使得炉膛出口烟温低于煤灰熔融温度，从而避免熔融或半熔融状态灰在对流受热面上的粘附，降低对流受热面的结渣。当燃用低灰熔点高钠钾含量燃料时，大量碱金属化合物挥发混合在烟气中，即使控制炉膛出口烟温在灰熔点以下，约1100°C，在此温度下飞灰颗粒呈固体状态，但碱金属化合物仍然以气体形式存在，随烟气进入炉膛出口高温对流受热面，在受热面的低温壁面上产生冷凝液膜，进而导致积灰结渣。若进一步降低炉膛出口烟温至960°C左右(工业锅炉的炉膛出口烟温水平)，仍不能避免碱金属化合物的冷凝结渣，实际应用中燃用生物质的工业锅炉炉膛出口对流受热面严重的积灰结渣现象即可证明此点。较低的炉膛出口烟温对应较小的炉膛容积热负荷，过小的炉膛容积热负荷会给燃料的着火、燃烧及燃尽带来极大困难，因此炉膛出口烟温不可能无限制地降低，这也是我国目前无法解决燃用低灰熔点高钠钾含量燃料时在高温对流受热面上的积灰结渣问题的根源所在。(2)组织良好的炉内空气动力场。我国目前在组织炉内合理空气动力场方面的工作主要包括防止一次风气流贴壁、防止炉膛近壁区形成还原性气氛、降低近壁区温度和均·匀分配炉内热负荷，这些措施在防止炉膛特别是燃烧器区域结渣取得了良好效果，但对于由升华灰导致的燃用低灰熔点高钠钾含量燃料锅炉的对流受热面严重的积灰结渣问题却无法起到防治作用。(3)合理的吹灰。吹灰是一种控制受热面积灰结渣的有效手段，吹灰器对受热面上积聚的干松灰和低粘结性灰有良好的吹除效果。当燃用低灰熔点高钠钾含量燃料时，气相碱金属化合物直接凝结在受热面上会形成致密的强粘结灰，吹灰器很难吹除粘附在受热面表面上的强粘结灰，因此吹灰亦不能解决受热面由升华灰导致的积灰结渣问题，这也解释了某些燃用高钠煤的机组锅炉即使吹灰器频繁工作仍无法避免严重的炉内积灰结渣。(4)进行混煤燃烧。混煤的燃烧是在燃烧结渣倾向严重的煤种时掺混部分不易结渣煤以收到减轻炉内结渣程度的效果。但由于灰成分共晶现象，有可能使得混煤的灰熔点较之原煤中任何一种的灰熔点都要低，因此混煤燃烧前需要进行大量的灰熔融特性试验，耗费人力物力，且混煤燃烧并不能解决原高钠钾含量燃料燃烧碱金属蒸汽在受热面上的凝结问题，即使混煤搭配得当，由升华灰导致结渣的可能性依然存在。混煤燃烧在实际应用中还会受到地域影响，从而降低了混煤燃烧的可操作性。(5)添加高熔点耐熔剂。对于易结渣煤种，适当加入合适的添加剂可减轻结渣，添加剂主要起到提高灰熔点、与易结渣的煤灰结合成熔点较高的不易结渣物质的作用。但目前针对高碱金属含量燃料还无有效可行的添加剂，并且燃烧时大量添加剂的使用会增加燃烧成本，从经济性方面考虑，极大地限制了该方法的现实可行性。
技术实现思路
针对低灰熔点高钠钾含量燃料燃烧时存在的锅炉受热面严重的积灰结渣问题，以及截至到目前我国仍无有效解决途径的现状，本技术的目的在于提出了一种适用于低灰熔点、高钠钾含量、易积灰、易结渣燃料燃烧的锅炉热力系统。为达到上述目的，本技术采用的技术方案是包括安装在炉膛下部炉墙上并与炉膛相连通的带有燃烧器的旋风筒，在炉膛下部设有炉底排渣口，炉膛上方布置有屏式受热面；在炉膛出口后面的水平烟道内布置有对流受热面；所述旋风筒的上部设置有二次风入口 ；所述的炉膛采用大容积炉膛；所述的屏式受热面采用加长、加宽或增多布置片数的结构。所述的屏式受热面和对流受热面区域设有吹灰装置。所述的炉底排渣口下端连接有排渣池。所述的旋风筒由水冷壁管圈构成，管圈内侧焊有密集销钉，销钉间涂有耐火衬里。所述的旋风筒采用立式布置、卧式布置或卧式多层布置；所述多层布置采用单侧 布置、双侧对冲布置或双侧不对冲布置。所述的屏式受热面的屏节距S1 ^ 700mm，均为辐射式受热面。所述的对流受热面采用高烟气流速设计。本技术所提出的锅炉热力系统以旋风燃烧锅炉为基础，在实际运行过程中进行液态排渣，并使炉膛出口烟气温度控制在挥发态碱金属化合物(升华灰)的凝结温度以下。该系统不仅可以大大减轻低灰熔点高碱含量燃料燃烧时产生的炉膛结渣，而且能够解决由于升华灰凝结而导致的炉膛出口后面密集对本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种燃用低灰熔点高钠钾含量燃料的锅炉热力系统，其特征在于：包括安装在炉膛（4）下部炉墙上并与炉膛（4）相连通的带有燃烧器（2）的旋风筒（1），在炉膛（4）下部设有炉底排渣口（5），炉膛（4）上方布置有屏式受热面（7）；在炉膛出口（10）后面的水平烟道（11）内布置有对流受热面（8）；所述旋风筒的上部设置有二次风入口（3）；所述的炉膛（4）采用大容积炉膛；所述的屏式受热面（7）采用加长、加宽或增多布置片数的结构。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：车得福，吴松，白文刚，唐春丽，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：实用新型
国别省市：