CN112628707A - 兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉，包括：炉膛，所述炉膛的底部布置有布风板；分离回料单元，所述分离回料单元与炉膛的烟气出口相连并与炉膛的返料口相连，其能够分离烟气中的固体物料并将所述固体物料返回至炉膛；受热面单元，所述受热面单元包括布置在炉膛内的屏式过热器和布置在尾部烟道中的尾部过热器；其中，所述炉膛中密相区的前墙布置有给煤口且密相区的前后墙和/或侧墙布置有至少两个共用喷口，所述共用喷口能够用作燃气燃烧器和二次风共用喷口或者单独用作燃气燃烧器喷口或二次风喷口。本发明的燃烧适应性更广，可适应纯燃煤、煤气混烧、纯燃气等不同燃料的燃烧，并且能够保证锅炉稳定运行和参数稳定。
Description
技术领域
本发明涉及循环流化床锅炉的技术领域，更具体地讲，涉及一种兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉及控制方法。
背景技术
随着近年来化工行业的迅速发展，一方面，工业尾气、高炉煤气、焦炉煤气等可燃废气的产量逐年提高；另一方面，化工行业的发展对能源的需求量也越来越大。在这样的背景下，利用锅炉设备通过燃烧的方式处理可燃废气，同时实现发电和供热，一举解决了工业废气处理、能源综合利用、环境污染等问题。
由于工业废气的产生是由化工厂的规模和生产情况决定，具有产量不固定和难以储存等特点，因此锅炉处理废气一般采用掺烧的形式实现。目前，循环流化床锅炉因其广泛的燃料适应性以及低污染排放的特点，在我国火力发电及能源行业已得到大规模应用。在燃气掺烧方面，燃煤循环流化床锅炉也已实现小比例掺烧燃气，并取得了不错的成果。
但随着工业废气量的增加，锅炉设备需要处理的燃气量也越来越大，小比例掺烧已逐渐无法满足需求。因此，如何研究实现大比例掺烧，甚至纯燃废气已经成为了循环流化床锅炉发展的方向。
发明内容
针对现有技术中废气来量不固定，即无废气时需要纯燃煤运行，有大量废气时需要大比例掺烧甚至纯燃废气运行的工况，本发明提供了一种可适应纯燃煤、煤气混烧、纯燃气等不同燃料且能保证锅炉稳定运行和参数稳定的循环流化床锅炉及其控制方法。
为此，本发明的一方面提供了一种兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉，所述循环流化床锅炉包括：
炉膛，所述炉膛的底部布置有布风板；
分离回料单元，所述分离回料单元与炉膛的烟气出口相连并与炉膛的返料口相连，其能够分离烟气中的固体物料并将所述固体物料返回至炉膛；
受热面单元，所述受热面单元包括布置在炉膛内的屏式过热器和布置在尾部烟道中的尾部过热器；
其中，所述炉膛中密相区的前墙布置有给煤口且密相区的前后墙和/或侧墙布置有至少两个共用喷口，所述共用喷口能够用作燃气燃烧器和二次风共用喷口或者单独用作燃气燃烧器喷口或二次风喷口。
进一步地，所述分离回料单元包括与炉膛的烟气出口相连的分离器和设置在分离器底部的回料器，所述回料器与炉膛的返料口相连，所述回料器上布置有物料在线添加口。
进一步地，所述分离回料单元的烟气出口与尾部烟道相连，所述尾部过热器为高温再热器、低温再热器、高温过热器、中温过热器、低温过热器、省煤器和空预器中的多个。
进一步地，所述屏式过热器为中温过热器、高温过热器和高温再热器中的一个或多个。
本发明的另一方面提供了上述兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉的控制方法，纯燃煤时，通过给煤口将燃料送入炉膛，通过布风板将一次风送入炉膛，通过共用喷口将二次风送入炉膛；待燃料在炉膛内完成燃烧后，烟气及固体物料经过屏式过热器后进入分离回料单元，分离后的固体物料再次返回炉膛进行循环，分离后的烟气通过尾部过热器后排出。
进一步地，掺烧部分废气时，通过共用喷口将废气送入炉膛并将二次风作为配风与废气一并通过共用喷口送入炉膛。
进一步地，当掺烧废气比例增大且燃煤灰分不足以维持床压时，通过给煤口将物料补加入炉膛中以维持床压的稳定；当设置有物料在线添加口时，通过给煤口和/或物料在线添加口将物料补加入炉膛中以维持床压的稳定。
进一步地，待燃料和废气在炉膛内完成燃烧后，烟气及固体物料经过屏式过热器后进入分离回料单元，分离后的固体物料再次返回炉膛进行循环，分离后的烟气通过尾部过热器后排出。
本发明的再一方面提供了兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉的控制方法，纯燃废气时，将满足锅炉负荷的废气通过共用喷口送入炉膛并将二次风作配风与废气一并通过共用喷口送入炉膛，通过给煤口不断添加物料以维持床压的稳定；当设置有物料在线添加口时，通过给煤口和/或物料在线添加口不断添加物料以维持床压的稳定；待废气在炉膛内完成燃烧后，烟气经过屏式过热器后进入分离回料单元且分离后的烟气通过尾部过热器后排出。
本发明主要解决纯燃煤、煤气混烧、纯燃气的兼顾问题，相对于以往技术，本发明的燃烧适应性更广，可适应纯燃煤、煤气混烧、纯燃气等不同燃料的燃烧，并且能够保证锅炉稳定运行和参数稳定。
附图说明
图1示出了根据本发明示例性实施例兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉的结构示意图。
附图标记说明：
1-炉膛、2-分离器、3-回料器、4-布风板、5-给煤口、6-共用喷口、7-物料在线添加口、8-屏式过热器、9-尾部过热器。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
下面先对本发明的兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉进行详细说明。其中，燃煤是指以煤为燃料，燃气是指以废气为燃料，煤气混烧是指以煤掺混少量或大量废气为燃料，煤可以采用常用的煤类燃料，废气可以采用化工厂等企业产生的废气。
图1示出了根据本发明示例性实施例兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉的结构示意图。
如图1所示，根据本发明的示例性实施例，所述循环流化床锅炉包括炉膛1、分离回料单元和受热面单元。其中，炉膛1是燃料燃烧和烟气换热的主要组件，炉膛1的底部布置有布风板4。
本发明在炉膛1中密相区的前墙布置有给煤口5且密相区的前后墙和/或侧墙布置有至少两个共用喷口6，给煤口5用于送入煤燃料，共用喷口6能够用作燃气燃烧器和二次风共用喷口或者单独用作燃气燃烧器喷口或二次风喷口。通过设置二次风口与燃气燃烧器能够共用的共用喷口，能够减少锅炉密相区的开孔数量，方便布置。
分离回料单元与炉膛1的烟气出口相连并与炉膛1的返料口相连，其能够分离烟气中的固体物料并将分离得到的固体物料返回至炉膛1。本发明的分离回料单元包括与炉膛1的烟气出口相连的分离器2和设置在分离器2底部的回料器3，回料器3与炉膛1的返料口相连，回料器3上布置有物料在线添加口7，该物料在线添加口7能够与给煤口5配合进行物料的添加。通过物料在线添加，可保证大比例掺烧废气时的锅炉床压稳定。本发明中的物料是指用来维持循环且具有蓄热作用的惰性不反应固体颗粒物，如河沙、筛选过的炉渣等。
受热面单元包括布置在炉膛1内的屏式过热器8和布置在尾部烟道中的尾部过热器9。分离回料单元的烟气出口尤其是分离器的烟气出口与尾部烟道相连，尾部过热器9可以为高温再热器、低温再热器、高温过热器、中温过热器、低温过热器、省煤器和空预器中的多个，具体可以根据工况进行选择组合。
炉膛1中的屏式过热器8可以为中温过热器、高温过热器和高温再热器中的一个或多个，将屏式过热器8布置在炉膛1内可以保证燃料变化及负荷变化时的蒸汽参数稳定。
纯燃煤时，二次风通过共用喷口6进入炉膛1；煤气混烧及纯燃气时，废气通过共用喷口6进入炉膛1并且此时二次风作为配风一同进入炉膛1。由此，本发明的循环流化床锅炉可兼顾纯燃煤、煤气混烧、纯燃气等多种燃料情况。
本发明还同时提供了兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉的控制方法，并且在不同的工况下有不同的控制步骤。
纯燃煤时，通过给煤口5将燃料送入炉膛1，通过布风板4将一次风送入炉膛1，通过共用喷口6将二次风送入炉膛1，一方面对燃气燃烧器喷口起到冷却作用，另一方面起到二次风的扰动和射流作用。此时，燃气燃烧器不运行，循环流化床锅炉作为纯燃煤循环流化床锅炉。由此，待燃料在炉膛内完成燃烧后，烟气及固体物料经过屏式过热器8后进入分离回料单元，分离后的固体物料再次返回炉膛1进行循环，分离后的烟气通过尾部过热器9后排出。
掺烧部分废气时，通过共用喷口6将废气送入炉膛1并将二次风作为配风与废气一并通过共用喷口6送入炉膛1。此时二次风作为废气配风和废气一并送入炉膛，起到二次风的扰动和射流作用，此时燃煤灰分满足床压要求，无需补充床料。待燃料在炉膛1内完成燃烧后，烟气及固体物料经过屏式过热器8后进入分离回料单元，分离后的固体物料再次返回炉膛1进行循环，分离后的烟气通过尾部过热器9后排出。
当掺烧废气比例增大且燃煤灰分不足以维持床压时，通过给煤口5将物料补加入炉膛中以维持床压的稳定；当设置有物料在线添加口7时，通过给煤口5和/或物料在线添加口7将物料补加入炉膛1中以维持床压的稳定。也即，随着燃气比例的增大，当燃煤灰分不足以维持床压时，优选地启动物料在线添加功能，通过给煤口5和/或物料在线添加口7进行在线物料添加，从而维持床压的稳定，此时作为煤气混烧循环流化床锅炉。
也即，煤燃料通过给煤口5并且废气和二次风均通过共用喷口6进入炉膛1并在炉膛1内燃烧后产生高温烟气，待燃料和废气在炉膛内完成燃烧后，烟气及固体物料经过布置在炉膛1内的屏式过热器8并通过分离器2分离后进入尾部烟道，分离后的固体物料再次返回炉膛进行循环，分离后的烟气依次通过尾部过热器9的各级管组进入烟气净化系统或排放大气。
纯燃废气时，将满足锅炉负荷的废气通过共用喷口6送入炉膛1并将二次风作配风与废气一并通过共用喷口6送入炉膛，通过给煤口5不断添加物料以维持床压的稳定，当设置有物料在线添加口7时，通过给煤口5和/或物料在线添加口7不断添加物料以维持床压的稳定，此时作为纯燃气循环流化床锅炉。待废气在炉膛1内完成燃烧后，烟气经过屏式过热器8后进入分离回料单元且分离后的烟气通过尾部过热器9后排出。
循环流化床锅炉稳定运行时，需要大量不可燃的物料在炉膛、分离器、回料器之间循环流动，起到均匀床温，蓄积热量的作用。一般纯燃煤时，燃煤中的不可燃部分可以充当物料补充入炉，在物料过多的情况则可以采用排渣方式排出。而在纯燃气时，由于燃气中不存在固体不可燃物质，无法对床料进行补充，随着物料不断被飞灰吹走，流化床内物料减少到一定程度后就需要补充，此时就需要通过利用物料在线添加口7和/或给煤口5补充物料。
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本实施例的循环流化床锅炉包括炉膛1、分离器2、回料器3、布风板4、给煤口5、共用喷口6、物料在线添加口7、屏式过热器8和尾部过热器9。
炉膛1底部设置有布风板4，一次风通过布风板4进入炉膛1。密相区前墙布置有给煤口5，煤燃料通过给煤口5进入炉膛1。密相区前后墙布置有共用喷口6，纯燃煤时二次风通过共用喷口6进入炉膛1，煤气混烧及纯燃气时废气通过共用喷口6进入炉膛并且二次风作为配风一同进入炉膛。
屏式过热器8布置在炉膛1内，在燃料变化且负荷不稳定时可以保证蒸汽参数
本实施例锅炉的具体工作过程为：
纯燃煤时，燃料通过给煤口5进入炉膛1，一次风通过布风板4进入炉膛1，二次风通过共用喷口6进入炉膛1。燃料在炉膛1内完成燃烧后，烟气及固体物料经过布置在炉膛内的屏式过热器8后进入分离器2进行分离，分离的固体物料通过回料器3再次返回炉膛1进行循环，分离的烟气依次通过尾部过热器9的各级管组进入烟气净化系统。
掺烧少量废气时，废气通过共用喷口6进入炉膛，此时二次风作为废气配风和废气一并送入炉膛，此时燃煤灰分满足床压要求，无需补充床料。随着燃气比例的增大，当燃煤灰分不足以维持床压时，启动物料在线添加系统，物料通过物料在线添加口7进入回料器3进而进入炉膛1，物料也可通过给煤口5进入炉膛1，维持床压的稳定。
纯燃气时，满足锅炉负荷的大量燃气通过共用喷口6进入炉膛1，二次风做欠氧配风与废气一并进入炉膛1，通过物料在线添加口7和/或给煤口5不断添加物料，以保证锅炉稳定运行。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。
Claims (9)
1.一种兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉，其特征在于，所述循环流化床锅炉包括：
炉膛，所述炉膛的底部布置有布风板；
分离回料单元，所述分离回料单元与炉膛的烟气出口相连并与炉膛的返料口相连，其能够分离烟气中的固体物料并将所述固体物料返回至炉膛；
受热面单元，所述受热面单元包括布置在炉膛内的屏式过热器和布置在尾部烟道中的尾部过热器；
其中，所述炉膛中密相区的前墙布置有给煤口且密相区的前后墙和/或侧墙布置有至少两个共用喷口，所述共用喷口能够用作燃气燃烧器和二次风共用喷口或者单独用作燃气燃烧器喷口或二次风喷口。
2.根据权利要求1所述兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉，其特征在于，所述分离回料单元包括与炉膛的烟气出口相连的分离器和设置在分离器底部的回料器，所述回料器与炉膛的返料口相连，所述回料器上布置有物料在线添加口。
3.根据权利要求1所述兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉，其特征在于，所述分离回料单元的烟气出口与尾部烟道相连，所述尾部过热器为高温再热器、低温再热器、高温过热器、中温过热器、低温过热器、省煤器和空预器中的多个。
4.根据权利要求1至3中任一项所述兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉，其特征在于，所述屏式过热器为中温过热器、高温过热器和高温再热器中的一个或多个。
5.如权利要求1至4中任一项所述兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉的控制方法，其特征在于，纯燃煤时，通过给煤口将燃料送入炉膛，通过布风板将一次风送入炉膛，通过共用喷口将二次风送入炉膛；待燃料在炉膛内完成燃烧后，烟气及固体物料经过屏式过热器后进入分离回料单元，分离后的固体物料再次返回炉膛进行循环，分离后的烟气通过尾部过热器后排出。
6.根据权利要求5所述兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉的控制方法，其特征在于，掺烧部分废气时，通过共用喷口将废气送入炉膛并将二次风作为配风与废气一并通过共用喷口送入炉膛。
7.根据权利要求6所述兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉的控制方法，其特征在于，当掺烧废气比例增大且燃煤灰分不足以维持床压时，通过给煤口将物料补加入炉膛中以维持床压的稳定；当设置有物料在线添加口时，通过给煤口和/或物料在线添加口将物料补加入炉膛中以维持床压的稳定。
8.根据权利要求6或7所述兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉的控制方法，其特征在于，待燃料和废气在炉膛内完成燃烧后，烟气及固体物料经过屏式过热器后进入分离回料单元，分离后的固体物料再次返回炉膛进行循环，分离后的烟气通过尾部过热器后排出。
9.如权利要求1至4中任一项所述兼顾燃煤、煤气混烧和燃气的循环流化床锅炉的控制方法，其特征在于，纯燃废气时，将满足锅炉负荷的废气通过共用喷口送入炉膛并将二次风作配风与废气一并通过共用喷口送入炉膛，通过给煤口不断添加物料以维持床压的稳定；当设置有物料在线添加口时，通过给煤口和/或物料在线添加口不断添加物料以维持床压的稳定；待废气在炉膛内完成燃烧后，烟气经过屏式过热器后进入分离回料单元且分离后的烟气通过尾部过热器后排出。
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