适合燃用强结渣沾污性固体燃料的旋风燃烧耦合锅炉系统的制作方法

本发明涉及一种锅炉系统，尤其涉及一种适合燃用强结渣沾污性固体燃料的旋风燃烧耦合锅炉系统。

背景技术：

新疆蕴藏着大量尚未开发的煤炭能源。预测资源总量达219万亿吨，占中国预测煤炭资源总量的40％，新疆也成为我国西部开发中的重要能源和战略资源基地，起着举足轻重的作用，新疆煤炭将成为中国十分重要的能源接续区和战略性能源储备区。

在新疆的各大煤田中，准东煤田(准噶尔盆地东部从阜康市到木垒哈萨克自治县的一条狭长地带，东西长约220公里)预测储量达3900亿吨，是我国目前最大的整装煤田。以现在我国煤炭年消耗量计算，仅准东煤田就能够全国使用约一百年。目前，准东煤田已成为我国“新电东送”、“西气东输”、“新煤东运”最主要的能源保障基地，也是新疆煤电煤化工最主要的煤炭供应来源。

由于准东煤矿的历史成因和当地的自然条件，该地区的煤质也是沿着煤矿分布带有所变化。总体来说，该地区的煤质具有中高水分、中等发热值、煤质堆积密度小、易着火、易燃尽、强结焦、高碱金属含量、强结渣/沾污等特点。与国内已知动力用煤相比，准东煤由于具有很高的na、k等碱金属含量，一般说来，新疆高碱煤灰中na2o、cao、fe2o3含量分别在4～10％、20～40％和7～25％左右。因此，高碱煤燃烧过程中炉内煤灰的强沾污、结渣特性，导致了当地锅炉燃用高碱煤时无法实现高负荷下长周期全烧高碱煤，目前在100％bmcr工况下只能掺烧80～90％高碱煤或80％bmcr以下负荷能够全烧高碱煤。当高负荷全烧高碱煤时，往往因锅炉水冷壁、分隔屏、过热器、再热器等受热面发生严重沾污、结渣、积灰，导致部分受热面壁温超温、爆管、烟道堵塞、掉焦等问题频发，严重制约了锅炉的可靠性和准东煤的大规模开发利用。

技术实现要素：

本发明的目的是：提供一种能够燃用强结渣沾污性固体燃料的旋风燃烧耦合锅炉系统。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种适合燃用强结渣沾污性固体燃料的旋风燃烧耦合锅炉系统，包括固态排渣锅炉，固态排渣锅炉包括炉膛、设于炉膛上的主燃烧器以及设于炉膛尾部烟道的空气预热器，其特征在于，还包括旋风燃烧器、热一次风机、热二次风机、浓缩器以及制粉设备，其中：

强结渣沾污性固体燃料在旋风燃烧器内进行高温燃烧，旋风燃烧器与炉膛相连通，旋风燃烧器燃烧产生的高温烟气进入炉膛；冷一次风及冷二次风被空气预热器加热后形成热一次风及热二次风，热一次风及热二次风被分别送入热一次风机及热二次风机；热一次风被热一次风机加压后形成加压后的热一次风，加压后的热一次风被送入制粉设备，加压后的热一次风在与制粉设备内与固体燃料经充分混合后形成风粉混合物，并进入浓缩器，由浓缩器将风粉混合物分离形成含浓相粉的风粉混合物和含稀相粉的风粉混合物，含浓相粉的风粉混合物作为旋风燃烧器一次风进入旋风燃烧器，含稀相粉的风粉混合物从主燃烧器已有一次风喷口喷入炉膛；热二次风被热二次风机加压后形成的加压后的热二次风作为旋风燃烧器二次风进入旋风燃烧器；

旋风燃烧器的受热面工质为液态水；旋风燃烧器的受热面与炉膛上游的受热面通过串联或并联的方式进行连接，随后均流入炉膛受热面；流入炉膛受热面的工质确保为液态水状态。

优选地，所述旋风燃烧器的排渣口经由落渣管与渣池相连通，强结渣沾污性固体燃料在所述旋风燃烧器内燃烧产生的液态渣从排渣口排出后，经落渣管落入渣池中冷却。

优选地，所述旋风燃烧器布置于所述主燃烧器以下。

优选地，所述旋风燃烧器的中心线标高位于所述主燃烧器最下层喷口中心线标高以下1～5m范围内。

优选地，所述旋风燃烧器包括布置于所述炉膛的四面墙。

优选地，所述旋风燃烧器中心线与其所在炉膛墙壁呈垂直布置。

优选地，所述旋风燃烧器与其所在炉膛墙壁之间用高温连接烟道连接。

优选地，所述高温连接烟道的长度在0.5～3m范围内。

本发明通过将液态排渣旋风燃烧器与固态排渣锅炉进行烟气侧与工质侧的耦合，并在固态排渣锅炉炉外实现液态排渣旋风燃烧器的液态排渣，实现了强结渣煤种的锅炉体外排渣，从而大幅度减轻原有炉膛内的结渣、沾污倾向，达到提高强结渣沾污性固体燃料掺烧比例的目的，且可根据燃用强结渣煤种不同比例的需求，选择不同旋风燃烧器数量，特别适合现有锅炉改造。该技术具有良好的灵活性和经济性，特别适合于现有固态排渣锅炉的改造。

本发明提供的耦合锅炉系统，根据现有固态排渣锅炉难以高负荷、高比例燃用强结渣沾污性固体燃料的实际情况，通过固态排渣锅炉与液态排渣旋风燃烧器的耦合，实现提高全燃强结渣沾污性固体燃料掺烧比例的目的。

通过旋风燃烧液态排渣燃烧器与固态排渣锅炉间的耦合，将强结渣沾污性固体燃料的大部分灰渣在旋风燃烧条件下以液态形式从旋风燃烧器排出，实现强结渣沾污性固体燃料在固态排渣锅炉炉膛以外排渣。采用该技术一方面将强结渣沾污性固体燃料灰中的主要低熔融物质从固体排渣锅炉炉膛外排出，大幅度降低了原有锅炉炉膛结渣的风险；另一方面，旋风燃烧液态排渣燃烧器可捕捉约80％的灰，可进一步降低进入固体排渣锅炉炉膛的飞灰量，可进一步减轻炉膛、高温受热面的沾污、结渣倾向。从锅炉运行的角度来看，采用该种燃烧方式可使得固态排渣锅炉炉膛及受热面的沾污、结渣得到大幅度缓解，可大幅度降低锅炉吹灰频率，提高了锅炉运行的经济性、安全性。

通过旋风燃烧器和固态排渣锅炉的耦合，将一部分灰渣以液态形式在原有固体排渣锅炉炉膛外排出，不需对原有锅炉进行大范围改造，可大幅度降低改造成本，具有改造成本低、经济性好等特点。

此外，在固态排渣锅炉各负荷下，可以灵活地选择旋风燃烧器是否与固态排渣锅炉并行运行，并行运行时旋风燃烧器也可以带部分负荷运行，因此该耦合锅炉系统具有非常好的灵活性。

该旋风燃烧耦合锅炉系统，在烟风耦合侧，充分利用了原有固体排渣锅炉空气预热器、尾部受热面等设备，即旋风燃烧器燃烧需要的高温空气全部来自固态排渣锅炉的空气预热器，从而尽可能地减小了耦合系统对烟气侧的影响；在工质耦合侧，旋风燃烧器受热面与固态排渣锅炉炉膛上游的受热面通过串联或并联的方式进行连接，随后均流入固态排渣锅炉炉膛受热面，尽可能地减小了耦合系统对工质侧的影响。通过液态排渣旋风燃烧锅炉系统的烟气侧与蒸汽侧的耦合，在实现燃用强结渣沾污固体燃料的同时，尽可能减小对原有锅炉系统的影响，具有较好的可实施性、灵活性和经济性。

附图说明

图1为本实施案例提供的一种适合燃用强结渣沾污性固体燃料的旋风燃烧耦合锅炉系统示意图。

其中：

s1-固态排渣锅炉炉膛；s2-固态排渣锅炉主燃烧器；o1-排烟；ah-空气预热器；a1-冷一次风；a2-热一次风；a3-加压后的热一次风；a4-含浓相粉的风粉混合物；a5-含稀相粉的风粉混合物；b1-冷二次风；b2-热二次风；b3-加压后的热二次风；cy-旋风燃烧器；cy1-落渣管；cy2-渣池；f1-浓缩器；m-制粉设备；p1-热一次风机；p2-热二次风机。

具体实施方式

下面结合具体实施案例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施案例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

图1为本实施案例提供的一种适合燃用强结渣沾污性固体燃料的旋风燃烧耦合锅炉系统示意图。

高碱煤为一种强结渣沾污性固体燃料。本实案例提供了一种适合高碱煤燃烧的耦合锅炉系统，包括旋风燃烧器cy、落渣管cy1、渣池cy2、固态排渣锅炉、热一次风机p1、热二次风机p2、浓缩器f1以及连接管道。

固态排渣锅炉包括炉膛s1、主燃烧器s2、各级受热面、空气预热器ah以及烟气净化装置。旋风燃烧器cy布置于固态排渣锅炉主燃烧器s1以下，旋风燃烧器cy中心线标高位于主燃烧器s2最下层喷口中心线标高以下2m。旋风燃烧器cy可根据现场情况布置于固态排渣锅炉炉膛s1的四面墙。旋风燃烧器cy中心线与其所在固态排渣锅炉炉膛s1墙壁呈垂直布置。旋风燃烧器cy与其所在固态排渣锅炉炉膛s1墙壁之间用高温连接烟道连接，高温连接烟道长度为1m。强结渣沾污性固体燃料在旋风燃烧器cy内进行燃烧，燃烧产生的高温烟气经高温连接烟道后进入固态排渣锅炉炉膛s1，与固态排渣锅炉燃烧产生的烟气混合，一起经过固态排渣锅炉尾部受热面换热后作为排烟排出。强结渣沾污性固体燃料在旋风燃烧器cy内燃烧产生的液态渣从旋风燃烧器cy排渣口排出后，经落渣管cy1落入渣池cy2中冷却。经固态排渣锅炉空气预热器ah加热后的热二次风b2经热二次风机p2加压后形成加压后的热二次风b3，加压后的热二次风b3作为旋风燃烧器二次风进入旋风燃烧器cy。经固态排渣锅炉空气预热器ah加热后的热一次风a2经热一次风机p1加压后进入制粉设备m，与满足燃烧粒径要求的固体燃料经充分混合后形成的风粉混合物流出制粉设备m并进入浓缩器f1。风粉混合物在浓缩器f1内经分离后形成含浓相粉和稀相粉两部分风粉混合物，含浓相粉的风粉混合物a4作为旋风燃烧器一次风进入旋风燃烧器cy，含稀相粉的风粉混合物a5从固态排渣锅炉主燃烧器s2已有一次风喷口喷入炉膛s1。

旋风燃烧器受热面工质为液态水；旋风燃烧器受热面与固态排渣锅炉炉膛上游的受热面通过并联的方式进行连接，随后均流入固态排渣锅炉炉膛受热面；流入固态排渣锅炉炉膛受热面的工质确保为液态水状态。

本发明提供的耦合锅炉系统，根据现有固态排渣燃用强结渣沾污性固体燃料的实际情况，通过固态排渣锅炉与液态排渣旋风燃烧器的耦合，实现提高全燃强结渣沾污性固体燃料掺烧比例的目的。

通过旋风燃烧液态排渣锅炉与固态排渣锅炉间的耦合，将大部分强结渣沾污性固体燃料的灰渣在旋风燃烧条件下以液态形式排出旋风燃烧器，实现部分强结渣沾污性固体燃料在固态排渣锅炉炉膛以外排渣，大幅度降低进入炉膛的灰渣量(液态排渣锅炉出口烟气含尘量大幅降低)、避免了炉膛和受热面出现严重沾污、结渣。从锅炉运行的角度来看，这一特点使得固态排渣锅炉受热面的沾污情况将得到很大的缓解，从而大大增加了锅炉吹灰间隔时间，提高了锅炉运行的经济性、安全性。

旋风燃烧器和固态排渣锅炉的耦合通过将一部分灰渣以液态形式排出锅炉，不需对原有锅炉进行大范围改造，具有较低的改造成本。

此外，在固态排渣锅炉各负荷下，可以灵活选择旋风燃烧器是否与固态排渣锅炉并行运行，并行运行时旋风燃烧器也可以部分负荷运行，因此该耦合锅炉系统具有非常好的灵活性。

在耦合锅炉系统中，在烟风侧，旋风燃烧器燃烧需要的空气全部来自固态排渣锅炉的空气预热器，这些措施尽可能地减小了耦合系统对烟气侧的影响；在工质侧，旋风燃烧器受热面与固态排渣锅炉炉膛上游的受热面通过串联或并联的方式进行连接，随后均流入固态排渣锅炉炉膛受热面，尽可能地减小了耦合系统对工质侧的影响。综合来看，通过对烟气侧和工质侧的合理设计，大大降低了耦合系统对原固态排渣锅炉系统的影响。