一种适用于高碱金属含量燃料的燃烧装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及应用于含高碱金属燃料的燃烧设备，尤其涉及到以高碱金属含量、低灰熔点的新疆煤为燃料的燃烧设备。
【背景技术】
[0002]煤炭作为我国国民经济发展的支柱，在我国能源结构中将长期占有主导地位。随着用电量的逐年增加，用煤量也大幅度增加。新疆煤田的煤炭资源占中国煤炭总储量的2/5，总储量高达2.19万亿吨，居全国之首，是我国目前最大的整装煤田。以我国现在煤炭年产量计算一个准东煤田就够全国使用100年.但是由于历史成因和当地特殊的自然地理环境，准东煤Ca、Na等碱金属的含量高，以灰分计下氧化钠的质量分数总体都在2%以上，有的煤种其含量甚至高达10%，远高于其他地区动力用煤(中国国内动力煤氧化钠的含量都在1%以下)。而煤的高钠含量易导致燃用该煤种的锅炉出现结渣、沾污、积灰和腐蚀等问题，严重影响了锅炉的正常运行。这就致使开采成本低、燃烧活性好、低污染、低排放的准东煤得不到很好的利用。目前对新疆高钠煤的燃烧利用主要通过掺烧、合理的锅炉设计与运行添加剂燃料预处理和受热面处理等方法来实现。通过避免出现还原性气氛与局部高温区，减少气相中钠的含量以及受热面管壁采用防腐蚀材料等方法实现对新疆煤结焦的控制。
[0003]锅炉结渣是一个十分复杂的物理化学过程，传统理论认为:当炉膛内的温度较高时，一部分灰分转变为半熔融或熔融状态，若这部分灰分在到达受热面前未得到足够冷却成为固态，而仍然具有粘结性，就容易粘附在烟气受热面上形成渣层，渣层热阻较高，使外表面温度升高，甚至达熔化状态，从而形成粘性底层，易捕捉灰粒和未燃尽的焦炭，使结渣不断增厚或者恶化；另一方面，在燃烧过程中，煤中所含的碱金属化合物迅速挥发，呈气态进入烟气中，当温度降低时凝结，粘附在受热面或炉墙上，同时亦可粘附其他颗粒，凝结在飞灰颗粒的表面，成为熔融的碱化物膜形成结渣。
[0004]粘附在受热面上的结渣会引起过热蒸汽再热蒸汽温度升高，并导致过热蒸汽再热蒸汽减温水开大，排烟损失增大，锅炉效率降低，引风机消耗电量增加，对强制循环锅炉水冷壁的热偏差带来不利影响，甚至会导致汽水管爆破使锅炉出力降低，严重时会造成被迫停炉，缩短锅炉设备的使用寿命。同时，结渣易成灰渣大块，造成捞渣机和碎渣机运行困难，有时会过载跳闸，严重时使渣沟受堵，引起锅炉事故的发生，且锅炉的大渣块掉落，亦对水冷壁的安全造成很大威胁。
[0005]通过对燃用新疆煤的燃烧设备的调研发现:沾污结焦受热面的分布区域较广，沿烟气行程各段受热面均可能发生沾污结焦；发生沾污结焦的位置受煤种影响较大，但不会在所有的受热面都发生，仅是个别的受热面；受热面上的结焦粘性大，空气吹灰无法清除；锅炉负荷超过某一值时，飞灰含碳量剧增，结焦沾污发展迅速；新疆煤的结焦性和灰熔点的直接关系关联性不强。
[0006]传统理论认为新疆煤易发生沾污结焦的主要原因是:煤种灰熔点低、Na、K元素含量高，气态的Na、K元素因热脉动碰触到受热面形成灰底层，继而捕捉烟气中的固体颗粒，使受热面发生沾污结渣。但是通过对炉膛对流受热面底层灰进行扫描电镜分析，可知灰层的主要成分为CaSO4,而非传统结焦理论中认为易升华凝结的Na、K元素形成的碱金属化合物。CaS(V^身的灰熔点为1450°C，而结渣沾污受热面的区间温度为600~700°C，且经常出现受热面沾污不对称的情况。因此，可以判定形成沾污的主要原因不是易升华凝结的Na、K元素化合物和共熔体所致。根据新疆煤着火温度低、灰熔点低和沾污结焦易发生在高负荷下的情况，可以判定沾污结焦的主要原因是燃料在炉膛内未完全燃尽，未燃尽碳跟随烟气进入屏和对流受热面，继续燃烧，由于燃烧温度远高于CaSO4的熔点温度，导致颗粒表面的融化或者软化，当颗粒和受热面碰撞时就会发生沾污结焦现象。当有新的未燃尽颗粒加入时，就会加剧局部沾污结焦，并不断扩大，导致运行事故的出现。同时，这也验证了形成的灰的粘性大，清除难的问题。
【发明内容】
[0007]由于使用新疆煤的燃烧设备的受热面沾污结焦的原因是煤种的着火温度低、灰熔点低、未燃尽碳和CaSO4共同形成灰底层。本发明通过组织全新的燃烧方式和对烟气行程进行调节控制的方法来解决新疆煤在燃烧过程中屏和对流受热面出现的严重沾污结焦问题，提出一种能够安全稳定长期使用该煤种的燃烧装置。方案如下:
一种适用于高碱金属含量燃料的燃烧装置，主要包括燃烧室2、辐射换热室6、转向室12、对流换热室17，燃烧室2顶端设置顶置燃烧器)和周向布置的主燃烧器3，辐射换热室6和燃烧室2通过喉口 4连接；辐射换热室6周向布置气体局部保护装置7，下部设有折焰角15，并通过转向室12和对流换热室17相连接；在辐射换热室6下端设置有液态排渣装置10，由渣池9连接；对流换热室17包括高温对流段13、低温对流段14和激冷段11三个部分，烟气最终由对流换热室16排出。
[0008]顶置燃烧器采用旋流燃烧器，顶置燃烧器的安装位置为燃烧室的垂直轴线上。
[0009]主燃烧器采用直流燃烧器，主燃烧器的安装位置在燃烧室的周向上，均匀对称分布，主燃烧器的射流方向和置顶燃烧器I建立的流场相切或者相交成较小的角度。
[0010]当负荷值比较低时，可以采用顶置燃烧器单独运行。
[0011]燃烧室(2 )、喉口( 4 )、辐射冷却室(6 )均垂直布置，且同轴布置。
[0012]从图2上看，折焰角的第一拐点A和第二拐点B均位于第三拐点C的内侧。为了便于调整流场，从图1上看，第二拐点B的位置低于第一拐点A的位置。
[0013]激冷段的进出口区间为口温度不低于750°C，出口温度不高于650°C。
[0014]本发明将整个技术方案分为燃烧方式创新和烟气行程调节控制两个部分。在燃烧方式上，总体上采用液态排渣方式，燃料和助燃剂通过切向和割向由设定的燃烧器进入炉膛。通过合理配风方式，使燃料在炉内旋转，在一二次风和离心力的作用下，在炉膛内壁熔融态渣膜上进行燃烧反应，燃烧后剩余的熔渣沿炉膛内壁在气体流动和重力的作用下向下流动。较大的燃料颗粒在炉膛内壁渣膜上燃烧，较细的颗粒在熔渣附近空间悬浮燃烧。在烟气行程控制方面借鉴已申请专利《一种带有灰渣捕捉的防结渣及沾污的显热回收装置》(CN102671410 B)中的烟气控制方法，在高温对流受热面和低温对流受热面之间添加烟气再循环，准确控制烟气的温度来实现受热面沾污的控制。烟气温度控制的主要目的是将气态的碱金属化合物转变为固态，防止对流受热面上由于烟气中含有较多的Na、K等气态碱金属化合物和低温共融体在~700°C的临界温度范围内发生冷凝，从而在受热面上呈现较高的粘性，并在受热面表面上凝结形成沾污底层。由于沾污底层具有较强的粘性，可以捕捉大量飞灰，从而使得受热面发生大面积沾污，极大的影响了换热效率和设备可用率。
[0015]优选地，燃烧室的外形结构采用圆形或者对称的正多边形；
优选地，燃烧器分为顶置燃烧器和主燃烧区燃烧器，顶置燃烧器采用旋流燃烧器，主燃烧器采用直流燃烧器，选择大切圆燃烧；
优选地，顶置燃烧器旋流方向和主燃烧器大切圆的旋转方向一致，加强旋流