循环流化床锅炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种循环流化床锅炉，其包括炉膛、旋风分离器、连接炉膛的排烟口与旋风分离器的入口的排烟管道、连接炉膛的返料口与旋风分离器的排料口的返料管道、与旋风分离器的尾气排放口连接的尾部烟道以及设置于尾部烟道内的选择性催化还原系统，其中，循环流化床锅炉还包括设置于炉膛内的多个受热单元以及用于向旋风分离器内提供产氨原料的产氨原料配比系统，受热单元能够吸收热量而将炉膛的烟气排放温度降低到产氨原料产生氨气所需的温度。利用旋风分离器内烟气的热量和流动使得进入旋风分离器内的产氨原料能够分解产生氨气，且生成的氨气在旋风分离器内与烟气充分混合后再进入尾部烟道，在选择性催化还原系统中达到脱硝的目的。
【专利说明】
循环流化床锅炉
技术领域
[0001]本实用新型涉及烟气脱硝技术领域，具体地，涉及一种循环流化床锅炉。
【背景技术】
[0002]随着环保形势日益严峻，NOx作为燃煤电厂锅炉的主要气体污染物，已经受到越来越严格的排放限制。国家环保局最新出台的《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)规定，2012年I月I日以后新建的电厂锅炉需要达到100mg/Nm3(折算为干基，6%02浓度)的NOx排放标准。循环流化床(CFB)锅炉作为一种广泛应用的清洁煤燃烧技术，其低温燃烧以及分级供风的燃烧方式，使得循环流化床锅炉相比煤粉炉而言具有较低的NOx排放量，但是为了达到100mg/Nm3的排放标准，2012年I月I日之后的新建电厂必须考虑增加脱硝设备。
[0003]目前常用的烟气脱硝技术有选择性催化还原(SCR)和选择性非催化还原(SNCR)等。其中，选择性非催化还原(SNCR)技术不需要使用催化剂，将还原剂喷入锅炉内的特定温度区域进行自发反应，将NOx还原为N2。SNCR技术具有前期投资低、设备简单等优点，但是也具有明显的劣势，例如其脱硝效率不高，一般为60%左右，对于燃烧高挥发分煤种的锅炉而言，选择性非催化还原(SNCR)技术很难达到100mg/Nm3的排放标准。选择性催化还原(SCR)技术是利用尿素、氨等还原剂，在催化剂的作用下，在适宜的温度范围(200?450°C)内将烟气中的NOx还原为N2的技术。SCR技术具有脱硝效率高、泄漏率低等优点，目前工业应用中采用SCR脱硝技术可以很好地将NOx排放量控制在100mg/Nm3的排放标准以下。
[0004]为了保证SCR反应在适宜的温度范围内进行，一般将SCR系统布置在尾部烟道内的一、二级省煤器之间，但是对于受热面常规布置的循环流化床锅炉而言，其尾部烟道内布置了大量受热面，而SCR系统复杂，占地面积大，需要延长或改变尾部烟道结构才能保证足够的安装空间，因此常规的循环流化床锅炉安装SCR系统会对尾部烟道受热面、钢架及扶梯等结构产生很大影响。
[0005]例如，现有技术中的一种带有空气冷却式旋风分离器的循环流化床锅炉，利用一、二次风空气冷却分离器，节省了空气预热器的受热面和所占的空间，为SCR系统的安置提供了条件。但是，这种循环流化床锅炉一般直接采用氨气来对尾气进行脱硝处理，而氨气不便于运输和储存，或者需要增加额外的尿素分解装置来得到氨气，这些装置使得循环流化床锅炉的结构更加复杂且占据了更大的空间。另外，现有技术中也存在利用烟气热量进行尿素热解的例子，该工艺应用于煤粉炉中，需要将烟气引出预加热尿素，再将尿素从SCR上游烟道内喷入，但是这些预加热系统和尿素研磨系统的结构非常复杂。
[0006]有鉴于现有技术的上述缺点，需要提供一种新型的循环流化床锅炉。
【实用新型内容】
[0007]本实用新型的目的是提供一种结构紧凑且能够简化脱硝过程的循环流化床锅炉。
[0008]为了实现上述目的，本实用新型提供一种循环流化床锅炉，该循环流化床锅炉包括炉膛、旋风分离器、连接所述炉膛的排烟口与所述旋风分离器的入口的排烟管道、连接所述炉膛的返料口与所述旋风分离器的排料口的返料管道、与所述旋风分离器的尾气排放口连接的尾部烟道以及设置于所述尾部烟道内的选择性催化还原系统，其中，所述循环流化床锅炉还包括设置于所述炉膛内的多个受热单元以及用于向所述旋风分离器内提供产氨原料的产氨原料配比系统，所述受热单元能够吸收热量而将所述炉膛的烟气排放温度降低到产氨原料产生氨气所需的温度。
[0009]优选地，所述产氨原料配比系统包括料箱和雾化喷嘴，所述雾化喷嘴设置于所述排烟管道内以将所述料箱内的产氨原料排放至所述旋风分离器内。
[0010]优选地，所述产氨原料配比系统包括多个所述雾化喷嘴，所述雾化喷嘴的喷射方向为朝向所述旋风分离器所处的一侧，且所述雾化喷嘴的喷射方向与所述排烟管道的延伸方向之间的夹角为30°?60°。
[0011]优选地，多个所述受热单元包括过热器、再热器和一级省煤器。
[0012]优选地，所述炉膛呈塔体状，所述炉膛的排烟口位于所述炉膛的上部。
[0013]优选地，所述过热器、所述再热器和所述一级省煤器按从下到上的顺序设置于所述炉膛的上部且位于所述炉膛的排烟口的下方。
[0014]优选地，所述尾部烟道内还设置有二级省煤器和空气预热器，所述二级省煤器和所述空气预热器均位于所述选择性催化还原系统的下游。
[0015]上述技术方案中，循环流化床锅炉的多个受热单元布置于炉膛内部，为尾部烟道内的选择性催化还原系统提供了足够的安装空间。并且，炉膛内的受热单元能够将炉膛的烟气排放温度降低到产氨原料产生氨气所需的温度，温度降低的烟气进入旋风分离器内，而利用旋风分离器内烟气的热量和流动使得进入旋风分离器内的产氨原料能够分解产生氨气，且生成的氨气在旋风分离器内与烟气充分混合后，再进入尾部烟道内，从而能够在选择性催化还原系统中达到脱硝的目的。另外，炉膛的烟气排放温度降低，使得旋风分离器不必使用耐火内衬，从而可以减小旋风筒的尺寸，以减小循环流化床锅炉所占用的空间。本实用新型的循环流化床锅炉结构紧凑且能够简化脱硝过程，并提高了脱硝过程的安全性和经济性。
[0016]本实用新型的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0017]附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中:
[0018]图1是本实用新型的循环流化床锅炉的结构示意图。
[0019]其中，
[0020]I炉膛2过热器
[0021]3再热器4 一级省煤器
[0022]5旋风分离器6返料管道
[0023]7尾部烟道8选择性催化还原系统
[0024]9 二级省煤器10空气预热器
[0025]11排烟管道12料箱
[0026]13雾化喷嘴
【具体实施方式】
[0027]以下结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【具体实施方式】仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。
[0028]本实用新型提供一种循环流化床锅炉，如图1所示，其包括炉膛1、旋风分离器5、连接炉膛I的排烟口与旋风分离器5的入口的排烟管道11、连接炉膛I的返料口与旋风分离器5的排料口的返料管道6、与旋风分离器5的尾气排放口连接的尾部烟道7以及设置于尾部烟道7内的选择性催化还原系统8，其中，循环流化床锅炉还包括设置于炉膛I内的多个受热单元以及用于向旋风分离器5内提供产氨原料的产氨原料配比系统，受热单元能够吸收热量而将炉膛I的烟气排放温度降低到产氨原料产生氨气所需的温度。
[0029]循环流化床锅炉的多个受热单元布置于炉膛I的内部，为尾部烟道7内的选择性催化还原系统8提供了足够的安装空间。并且，炉膛I内的受热单元能够将炉膛I的烟气排放温度降低到产氨原料产生氨气所需的温度，温度降低的烟气进入旋风分离器内，而利用旋风分离器5内烟气的热量和流动使得进入旋风分离器5内的产氨原料能够分解产生氨气，且生成的氨气在旋风分离器5内与烟气充分地混合后，再进入尾部烟道7内，从而能够在选择性催化还原系统8中达到脱硝的目的。另外，炉膛I的烟气排放温度降低，使得旋风分离器5不必使用耐火内衬，从而可以减小旋风筒的尺寸，以减小循环流化床锅炉所占用的空间。本实用新型的循环流化床锅炉结构紧凑且能够简化脱硝过程，并提高了脱硝过程的安全性和经济性。
[0030]其中，作为一种优选的实施方式，产氨原料为尿素溶液，而尿素溶液的浓度可为40 %?55 %，相对应地，炉膛I的烟气排放温度为400°C?500 °C。当然，本实用新型中的产氨原料还可以为其他能够生成氨气的物质，当选择其他物质时，可以根据该物质的特性调整炉膛I的烟气排放温度以达到该物质产生氨气所需的温度。在本实施方式中，尿素热解速度很快，烟气在旋风分离器5内停留的时间足够尿素完全热解，使氨气与烟气混合均匀，通过产氨原料配比系统控制喷入尿素的总量，使得其所含氨与烟气中所含氮氧化物的摩尔比(即氨氮比)为0.9?1.2。并且，旋风分离器5的尾气排放口处的烟气温度优选为300°C?400°C，使得SCR反应在适宜的温度区间内进行。而产氨原料采用尿素溶液，相比于氨而言，尿素在运输和储存过程中更安全，并且，利用烟气温度进行对尿素进行热解反应，降低了尿素热解的成本。
[0031]进一步地，产氨原料配比系统包括料箱12和雾化喷嘴13，雾化喷嘴13设置于排烟管道11内以将料箱12内的产氨原料排放至旋风分离器5内。雾化喷嘴13均匀布置在排烟管道11的内墙上，喷入点选择在旋风分离器5的进口段，可以保证喷入尿素的烟气在旋风分离器5内有足够的停留时间。
[0032]具体地，产氨原料配比系统包括多个雾化喷嘴13，雾化喷嘴13的喷射方向为朝向旋风分离器5所处的一侧，且雾化喷嘴13的喷射方向与排烟管道11的延伸方向之间的夹角为30°?60°，从而避免了烟气中的颗粒对雾化喷嘴13造成冲击磨损，又能使喷入的尿素溶液与烟气混合均匀，其中，雾化喷嘴13的数目优选为2?4个，且雾化喷嘴13在排烟管道11内呈环形阵列分布，以进一步提升喷入的尿素溶液与烟气混合的均匀性。
[0033]作为一种优选的实施方式，多个受热单元可包括过热器2、再热器3和一级省煤器4等。其中，过热器2是锅炉中将一定压力下的饱和水蒸气加热成相应压力下的过热水蒸气的受热面。再热器3实质上是一种把作过功的低压蒸汽再进行加热并达到一定温度的蒸汽过热器，再热器3进一步提高了电厂循环的热效率，并使汽轮机末级叶片的蒸汽温度控制在允许的范围内。省煤器是用于回收余热的一种受热装置，其将锅炉给水加热成汽包压力下的饱和水，由于它吸收低温烟气的热量，降低了烟气的排烟温度，从而节省了能源，提高了燃料的燃烧效率，所以称之为省煤器。在优选的实施方式中，本实用新型的循环流化床锅炉包括一级省煤器4和下文中记载的二级省煤器9。
[0034]其中，炉膛I优选为呈塔体状，其内部自下而上依次分为一次风室、密相区、稀相区，且炉膛I的排烟口位于炉膛I的上部，从而有利于烟气排出。过热器2、再热器3和一级省煤器4按从下到上的顺序设置于炉膛I的上部且位于炉膛I的排烟口的下方，从而在能够降低炉膛I的烟气排放温度的同时，还能够使尾部烟道7内预留出足够的空间来布置体积较大的选择性催化还原系统8。
[0035]如图1所示，在炉膛I内燃料与空气进行反应，产生的烟气携带着热量与炉膛I上部的过热器2、再热器3和一级省煤器4的受热面进行热量交换，使得进入旋风分离器5的烟气温度降低至400°C?500°C，并且炉膛I的排放烟气的固体携带率相比普通循环流化床锅炉而言要小，使得旋风分离器5的旋风筒的尺寸可减小，并且不必采用耐磨内衬。同时，旋风分离器5内的温度正好适宜于尿素的热解反应，尿素溶液从料箱12被送入雾化喷嘴13，被雾化后从排烟管道11的内墙上喷入旋风分离器5内。由于旋风分离器5内气体流场的作用，尿素溶液在旋风分离器5内充分热解生成氨气，并且氨气与烟气得到了充分混合。进入尾部烟道7的烟气中已经混合有氨气，经过选择性催化还原系统8时在催化剂的作用下，烟气中的氨气与NOx发生反应，生成氮气(N2)，以达到降低氮氧化物排放的效果。
[0036]进一步地，为了使循环流化床锅炉所产生的热量得到最大效率的利用，尾部烟道7内还设置有二级省煤器9和空气预热器10，二级省煤器9和空气预热器10均位于选择性催化还原系统8的下游，此处的下游根据尾部烟道7内烟气流动的方向来判断。其中，作为一种优选的实施方式，如图1所示，选择性催化还原系统8、二级省煤器9和空气预热器10依次设置于尾部烟道7内。而空气预热器是利用锅炉的排烟热量来预热燃烧用空气的换热器，其作用是降低锅炉等设备的排烟温度，提高热效率，提高燃烧用空气的温度，使燃料易于着火且燃烧更稳定而能够提高燃烧效率。
[0037]以上结合附图详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。
[0038]另外需要说明的是，在上述【具体实施方式】中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0039]此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。
【主权项】
1.循环流化床锅炉，所述循环流化床锅炉包括炉膛(I)、旋风分离器(5)、连接所述炉膛(I)的排烟口与所述旋风分离器(5)的入口的排烟管道(11)、连接所述炉膛(I)的返料口与所述旋风分离器(5)的排料口的返料管道(6)、与所述旋风分离器(5)的尾气排放口连接的尾部烟道(7)以及设置于所述尾部烟道(7)内的选择性催化还原系统(8)，其特征在于，所述循环流化床锅炉还包括设置于所述炉膛(I)内的多个受热单元以及用于向所述旋风分离器(5)内提供产氨原料的产氨原料配比系统，所述受热单元能够吸收热量而将所述炉膛(I)的烟气排放温度降低到产氨原料产生氨气所需的温度。2.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉，其特征在于，所述产氨原料配比系统包括料箱(12)和雾化喷嘴(13)，所述雾化喷嘴(13)设置于所述排烟管道(11)内以将所述料箱(12)内的产氨原料排放至所述旋风分离器(5)内。3.根据权利要求2所述的循环流化床锅炉，其特征在于，所述产氨原料配比系统包括多个所述雾化喷嘴(13)，所述雾化喷嘴(13)的喷射方向为朝向所述旋风分离器(5)所处的一侦U，且所述雾化喷嘴(13)的喷射方向与所述排烟管道(II)的延伸方向之间的夹角为30°?60。。4.根据权利要求1-3中的任一项所述的循环流化床锅炉，其特征在于，多个所述受热单元包括过热器(2)、再热器(3)和一级省煤器(4)。5.根据权利要求4所述的循环流化床锅炉，其特征在于，所述炉膛(I)呈塔体状，所述炉膛(I)的排烟口位于所述炉膛(I)的上部。6.根据权利要求5所述的循环流化床锅炉，其特征在于，所述过热器(2)、所述再热器(3)和所述一级省煤器(4)按从下到上的顺序设置于所述炉膛(I)的上部且位于所述炉膛(I)的排烟口的下方。7.根据权利要求1-3中的任一项所述的循环流化床锅炉，其特征在于，所述尾部烟道(7)内还设置有二级省煤器(9)和空气预热器(10)，所述二级省煤器(9)和所述空气预热器(10)均位于所述选择性催化还原系统(8)的下游。
【文档编号】F22B31/00GK205592943SQ201620436267
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年5月12日
【发明人】赵勇纲, 刘志强, 刘小奇, 曹培庆, 吕剑, 顾志国, 戈佳, 邢文崇, 杨海瑞
【申请人】中国神华能源股份有限公司, 神华神东电力有限责任公司, 神华神东电力有限责任公司新疆米东热电厂, 清华大学