静电场脱钠防止锅炉受热面沾污的外置床式流化床系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及静电场脱钠防止锅炉受热面沾污的外置床式流化床系统，在流化床炉膛内设有阴极电极板和阳极电极板，阴极电极板和阳极电极板之间形成静电场，阴极电极板上设有硅铝氧化物层，硅铝氧化物层位于静电场之中，硅铝氧化物层与静电场形成脱碱金属系统；流化床的燃烧烟气出口通过旋风分离器连接至煤灰分配器；煤灰分配器通过一路管线直接连接至返料器，通过另一路管线经外置床再连接至返料器，返料器连接至流化床；该系统采用静电场、硅铝氧化物层和外置床式流化床相结合的系统，在高碱性煤燃烧的过程中，将碱金属离子定向迁移并利用硅铝氧化物进行脱除，将有效减少燃烧烟气中的碱金属，能从根本上解决或者大大减轻对流受热面沾污状况。
【专利说明】静电场脱钠防止锅炉受热面沾污的外置床式流化床系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及锅炉受热面沾污的相关技术，具体为一种静电场脱钠防止锅炉受热面沾污的外置床式流化床系统及方法。
【背景技术】
[0002]我国发电行业以火力发电为主，火电装机容量超过70%以上。循环流化床燃烧技术具有控制污染成本低廉、燃料适用性广、负荷调节范围大等优点，当燃用高碱性煤种时，存在于煤中的碱性化合物，在燃烧过程中会挥发出来，易凝结在锅炉受热面上形成烧结或粘结的灰沉积，造成锅炉受热面的设备的腐蚀、结渣与沾污问题。结渣和沾污会降低锅炉的传热效率，影响锅炉出力，使得设备的运行安全性严重降低，结渣严重时可能导致炉膛熄火、爆管、非计划停炉等重大事故，是长期影响电站锅炉正常运行的重要问题之一。
[0003]在电厂运行过程中，煤粉燃烧产生高温烟气和灰渣，对于高碱性煤种，其中的碱金属元素在高温下，会以气体状态挥发出，并随高温烟气流动至后续对流换热面，与温度较低的对流换热面接触后，碱金属会沉积在对流换热器表面，并因为具有较高的黏性吸附飞灰而导致受热面发生沾污现象。由于沾污现象的发生，会使得对流受热面换热热阻增大，导致锅炉出力不足乃至发生爆管停炉等现象。
[0004]为了防止由于结渣与沾污所带来的各种问题，国内外学者对结渣与沾污的机理进行了大量的研究，研究表明结渣与沾污是复杂的物理化学反应过程，炉内结渣既是一个复杂的物理化学过程，又是一个动力学过程，既与燃料特性有关，也与锅炉的结构和运行条件有关。学者提出了多个结渣判定指数，但这些结渣判定指数在实际应用过程中有着很大的局限性，只能作为初步判断并不能从根本上解决沾污对锅炉的危害问题。对于高碱性煤，由于煤中碱金属元素的挥发，容易在锅炉受热面冷凝形成一层打底附着物，打底物主要以氯化钠或硫酸钠形式存在。上述成分在高温环境下挥发后，易凝结在对流受热面上形成烧结或粘结的灰沉积，随着附着物对飞灰的吸附作用，会使得对流受热面出现不同程度的沾污现象，且沾污物无法使用吹灰器清除，从而导致受热面传热能力下降，造成锅炉排烟温度升高等问题，最终使炉膛出力大大降低造成停炉。
[0005]国内对于燃烧利用高碱性煤还缺乏工程运行经验，仅新疆地区个别电厂在研究高碱性煤的燃烧沾污问题，目前没有有效的利用办法。通过优化锅炉燃烧方式，控制炉膛内的温度和燃烧来减缓锅炉的结渣问题，在实际中并不便于操作也未得到推广。只有通过外煤掺烧的方式来减轻沾污问题，利用准东煤与其它煤种混合后进行掺烧，锅炉掺烧高碱性煤的比例不应超过30%，掺烧比例增大时，锅炉的对流受热面沾污积灰严重，同时碱金属对锅炉的本体材料腐蚀也非常严重。由于新疆地区高碱性煤利用方式多为坑口电站，掺烧时对外煤的需求量较大，这样对准东煤使用量非常有限，同时又要从其它地方购买优质燃煤，增加了发电企业的发电成本。对准东煤田的开发和电源基地的建设带来了困难，难于将准东煤的优势得以充分发挥，同时对煤粉锅炉的设计与运行带来很大困难。因此，锅炉纯烧高碱性煤时，对流受热面的沾污是亟待解决的问题。实用新型内容
[0006]本实用新型的目的是提供一种静电场脱钠防止锅炉受热面沾污的外置床式流化床系统，解决了现有电站锅炉对流受热面沾污问题，降低锅炉受热面布置难度，保证锅炉受热面充分换热，稳定锅炉出力，可避免由于沾污所造成的对流受热面超温现象，大大降低爆管事故的发生，实现了高碱性煤的大规模纯烧利用，同时不影响锅炉燃烧效率。
[0007]本实用新型的技术方案如下:
[0008]一种静电场脱钠防止锅炉受热面沾污的外置床式流化床系统，其特征在于:包括流化床、旋风分离器、煤粉分配器、外置床和返料器，在流化床炉膛中段的内壁上设有阴极电极板和阳极电极板，阴极电极板和阳极电极板在水平方向上分别位于炉膛内壁的两侧，阴极电极板和阳极电极板之间形成静电场，所述阴极电极板上设有硅铝氧化物层，硅铝氧化物层位于静电场之中，硅铝氧化物层与静电场形成脱碱金属系统；所述流化床的燃烧烟气出口连接至旋风分离器，旋风分离器的固体颗粒出口连接至煤灰分配器；煤灰分配器通过两路管线分别连接至返料器，一路管线直接连接至返料器，另一路管线通过外置床再连接至返料器，返料器连接至流化床。
[0009]所述旋风分离器顶部的气体出口连接至引风机，通过引风机将旋风分离器分离出的气体排出。
[0010]所述流化床的侧壁下端连接给料装置，给料装置包括煤斗和给料器，煤斗位于给料器上端，给料器连接至流化床。
[0011]所述流化床底部连接有鼓风机，用于通入空气燃烧；同时底部设置有渣池。
[0012]该系统的工作过程如下:
[0013]在锅炉开车阶段，可先通过煤斗、给料器以外煤掺烧方式送入流化床进行燃烧，直到锅炉开始正常运行炉温达到一定温度后，再将高碱性煤通过煤斗、给料器送入流化床进行燃烧。锅炉正常运行阶段，高碱性煤通过煤斗、给料器与来自鼓风机的空气在流化床的炉膛内进行燃烧。燃烧时及燃烧后烟气处于高温，在高温下碱金属处于离子态，在由阴极电极板和阳极电极板组成的静电场中，碱金属离子向阴极迁移。碱金属离子迁移的过程中遇到硅铝氧化物层，在高温下碱金属离子与硅铝氧化物发生化学吸附，使得碱金属离子被固定，通过更换或更新硅铝氧化物层实现碱金属元素自炉膛的移出。经过由静电场和硅铝氧化物层构成的脱碱金属系统后，烟气中的碱金属含量大幅减少。含少量碱金属的燃烧烟气经旋风分离器进行气固分离，气体在烟道中降温后经引风机排入烟囱。固体颗粒经煤灰分配器分成两路，一路进入外置床进行换热，换热后的煤灰进入返料器，另一路直接进入返料器。煤灰在返料器中混合后再返回流化床的炉膛内进行燃烧。锅炉排渣在流化床底部进行。
[0014]高碱性煤在流化床炉膛中进行燃烧所释放的碱金属元素在由静电场和硅铝氧化物层构成的脱碱金属系统中被大量吸附、脱除，烟气中的活性钠含量大大降低，在经过后续受热面时由于烟气中活性钠含量极少，基本不发生沾污。
[0015]本实用新型具有以下有益效果:
[0016]本实用新型解决了现有电站锅炉对流受热面沾污问题，降低锅炉受热面布置难度，保证锅炉受热面充分换热，稳定锅炉出力；避免了由于沾污所造成的对流受热面超温现象，大大降低爆管事故的发生；实现高碱性煤的大规模纯烧利用，同时不影响锅炉燃烧效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型的结构示意图。
[0018]其中，附图标记为:I煤斗，2给料器，3鼓风机，4流化床，5阴极电极板，6阳极电极板，7硅铝氧化物层，8旋风分离器，9煤灰分配器，10外置床，11返料器，12引风机。
【具体实施方式】
[0019]如图1所示，一种静电场脱钠防止锅炉受热面沾污的外置床式流化床系统，包括流化床4、旋风分离器8、煤粉分配器、外置床10和返料器11，在流化床4炉膛中段的内壁上设有阴极电极板5和阳极电极板6，阴极电极板5和阳极电极板6在水平方向上分别位于炉膛内壁的两侧，阴极电极板5和阳极电极板6之间形成静电场，所述阴极电极板5上设有硅铝氧化物层7，硅铝氧化物层7位于静电场之中，硅铝氧化物层7与静电场形成脱碱金属系统；所述流化床4的燃烧烟气出口连接至旋风分离器8，旋风分离器8的固体颗粒出口连接至煤灰分配器9 ;煤灰分配器9通过两路管线分别连接至返料器11，一路管线直接连接至返料器11，另一路管线通过外置床10再连接至返料器11，返料器11连接至流化床4。
[0020]所述旋风分离器8顶部的气体出口连接至引风机12，通过引风机12将旋风分离器8分尚出的气体排出。
[0021]所述流化床4的侧壁下端连接给料装置，给料装置包括煤斗I和给料器2，煤斗I位于给料器2上端，给料器2连接至流化床4。
[0022]所述流化床4底部连接有鼓风机3，用于通入空气燃烧；同时底部设置有渣池。
[0023]该系统的工作过程如下:
[0024]在锅炉开车阶段，可先通过煤斗1、给料器2以外煤掺烧方式送入流化床4进行燃烧，直到锅炉开始正常运行炉温达到一定温度后，再将高碱性煤通过煤斗1、给料器2送入流化床4进行燃烧。锅炉正常运行阶段，高碱性煤通过煤斗1、给料器2与来自鼓风机3的空气在流化床4的炉膛内进行燃烧。燃烧时及燃烧后烟气处于高温，在高温下碱金属处于离子态，在由阴极电极板5和阳极电极板6组成的静电场中，碱金属离子向阴极迁移。碱金属离子迁移的过程中遇到硅铝氧化物层7，在高温下碱金属离子与硅铝氧化物发生化学吸附，使得碱金属离子被固定，通过更换或更新硅铝氧化物层实现碱金属元素自炉膛的移出。经过由静电场和硅铝氧化物层构成的脱碱金属系统后，烟气中的碱金属含量大幅减少。含少量碱金属的燃烧烟气经旋风分离器8进行气固分离，气体在烟道中降温后经引风机12排入烟?。固体颗粒经煤灰分配器9分成两路，一路进入外置床10进行换热，换热后的煤灰进入返料器11，另一路直接进入返料器11。煤灰在返料器11中混合后再返回流化床4的炉膛内进行燃烧。锅炉排渣在流化床4底部进行。高碱性煤在流化床4炉膛中进行燃烧所释放的碱金属元素在由静电场和硅铝氧化物层构成的脱碱金属系统中被大量吸附、脱除，烟气中的活性钠含量大大降低，在经过后续受热面时由于烟气中活性钠含量极少，基本不发生沾污。
【权利要求】
1.静电场脱钠防止锅炉受热面沾污的外置床式流化床系统，其特征在于:包括流化床(4)、旋风分离器(8)、煤粉分配器、外置床(10)和返料器(11)，在流化床(4)炉膛中段的内壁上设有阴极电极板(5 )和阳极电极板(6 ),阴极电极板(5 )和阳极电极板(6 )在水平方向上分别位于炉膛内壁的两侧，阴极电极板(5)和阳极电极板(6)之间形成静电场，所述阴极电极板(5 )上设有硅铝氧化物层(7 )，硅铝氧化物层(7 )位于静电场之中，硅铝氧化物层(7 )与静电场形成脱碱金属系统；所述流化床(4)的燃烧烟气出口连接至旋风分离器(8)，旋风分离器(8 )的固体颗粒出口连接至煤灰分配器(9 );煤灰分配器(9 )通过两路管线分别连接至返料器(11)，一路管线直接连接至返料器(11)，另一路管线通过外置床(10)再连接至返料器(11)，返料器(11)连接至流化床(4 )。
2.根据权利要求1所述的静电场脱钠防止锅炉受热面沾污的外置床式流化床系统，其特征在于:所述旋风分离器(8)顶部的气体出口连接至引风机(12)。
3.根据权利要求1所述的静电场脱钠防止锅炉受热面沾污的外置床式流化床系统，其特征在于:所述流化床(4 )的侧壁下端连接给料装置，给料装置包括煤斗(I)和给料器(2 )，煤斗(I)位于给料器(2 )上端，给料器(2 )连接至流化床(4 )。
4.根据权利要求1所述的静电场脱钠防止锅炉受热面沾污的外置床式流化床系统，其特征在于:所述流化床(4)底部连接有鼓风机(3)，底部还设置有渣池。
【文档编号】F23C10/18GK204005971SQ201420461693
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年8月15日 优先权日:2014年8月15日
【发明者】樊伟, 曹立勇, 杜奇, 刘正宁, 李阳, 王璟, 黄松 申请人:中国东方电气集团有限公司