一种防止高碱煤锅炉尾部受热面沾污的燃烧装置及方法与流程

本发明属于高碱煤的清洁高效燃烧技术领域，具体涉及一种防止高碱煤锅炉尾部受热面沾污的燃烧装置及方法。

背景技术：

高碱煤指的是富含钠、钾金属的煤，如新疆地区的高碱煤。受热面沾污的原因是主要由于温度低于灰熔点的灰颗粒在受热面上的沉积粘结，粘结灰具有较强的粘性，不仅很难清除，还会不断捕获烟气中细颗粒加剧沾污影响换热、堵塞烟气管路，甚至与金属受热面反应，造成受热面腐蚀。

目前，尚无成熟可靠的方法来解决积灰沾污问题。对于大多数燃用高碱煤锅炉机组，尾部受热面采用的防沾污方法主要有以下五类：(1)通过结构优化设计与优化运行来缓解受热面沾污程度，例如加大受热面管束节距，采用机械清除法，延长吹灰时间和增加吹灰器数量等，但这些方法治标不治本，效果不佳。(2)对高碱煤进行预处理，提取出高碱煤中的活性na，减少预处理后的高碱煤在燃烧过程中na的释放量，从而减轻高碱煤带来的沾污影响，但该方法还存在一定的缺陷。例如对高碱煤进行水洗处理，虽可以除去高碱煤中部分活性钠，但需要额外增加水洗及干燥设备，工艺复杂。(3)在高碱煤中添加能有效吸附na的添加剂，从而降低沾污发生机率。例如添加高岭土和硅藻土等富含si和al的粘土矿物，可以有效捕获na，但是高岭土和硅藻土等粘土矿物产量小，价格贵，添加剂的使用势必会带来高昂的成本代价。(4)对烟温与受热面壁温进行控制，如中国专利cn201510040275.2公开了一种低壁温换热面解决高钠煤燃烧沾污的系统和方法，在锅炉尾部对流换热区域之前设置低温换热区域，将烟气中的钠盐大量固化，经缓解对流受热面的沾污。(5)通过热解气化技术提前将高碱煤受热移除可挥发na，从而缓解高碱煤在利用过程中出现的沾污问题。中国专利cn201210360012.6公开了一种热解燃烧双床解决高钠煤燃烧沾污的系统，通过热解移除煤中的可挥发性钠，降低煤中的钠含量，减少锅炉对流受热面的沾污。

以上方法虽然能在一定程度上缓解尾部受热面的沾污，但是不能彻底解决受热面的严重沾污问题。碱金属化合物在尾部受热面发生沾污的最重要的载体就是飞灰，只要有飞灰存在，尾部受热面的沾污问题就不可避免。因此现有防受热面沾污技术包括燃料预处理、添加高岭土与低碱煤、优化设计与运行、控制烟温与壁温等只能缓解尾部受热面的沾污，并不能从根本上解决受热面的沾污问题，同时运行成本高。

技术实现要素：

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种防止高碱煤锅炉尾部受热面沾污的燃烧装置及方法。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种防止高碱煤锅炉尾部受热面沾污的燃烧装置，包括：锅炉和尾部烟道；所述锅炉设置有炉膛；其特征在于，还包括：还原熔融炉和激冷池；所述还原熔融炉进口与所述炉膛出口直接或间接连通；所述还原熔融炉的进口烟道上布置有至少一个氧气喷口；所述还原熔融炉的上部气相出口与尾部烟道连通；所述激冷池上部进料口与还原熔融炉下部液相出口相连通。

优选的，所述锅炉为循环流化床锅炉，所述还原熔融炉上部气相出口垂直烟道上布置有至少一个燃尽风喷口；所述还原熔融炉上部气相出口与尾部烟道的连接烟道上布置有至少一个高温烟气抽取口；所述高温烟气抽取口通过管道与二次风口相连通；沿烟气流动方向依次设有主燃还原区、还原熔融区和燃尽氧化区。

优选的，还包括：旋风分离器和返料器，所述旋风分离器进口与炉膛出口连通，所述旋风分离器下部出口与所述返料器进口连通，所述旋风分离器上部出口与所述还原熔融炉进口连通；所述尾部受热面包括过热器、省煤器、氧气预热器和空气预热器。

优选的，还包括：给料机和磨煤机；所述炉膛下部设置有给料口；所述给料机出口与磨煤机进口相连通，磨煤机出口与给料口相连通。

优选的，所述还原熔融炉上部气相出口垂直烟道上布置有至少一个高温烟气抽取口；所述还原熔融炉上部气相出口水平烟道上布置有至少一个燃尽风喷口；沿烟气流动方向依次设有主燃氧化区、再燃还原区、还原熔融区和燃尽氧化区。

一种应用上述的防止高碱煤锅炉尾部受热面沾污的燃烧装置的防止高碱煤锅炉尾部受热面沾污的方法，包括以下步骤：

步骤一：提供所述防止高碱煤锅炉尾部受热面沾污的燃烧装置；

步骤二：将燃料与燃烧所需空气供给到炉膛内，并使燃料燃烧；

步骤三：炉膛燃烧产物经锅炉出口离开后进入还原熔融炉；

步骤四：向还原熔融炉通入氧气，根据高碱煤的灰熔点温度调节还原熔融炉中的反应温度至灰熔点以上；

步骤五：气相中的h2、co及未燃尽残炭细颗粒在氧气作用下发生急剧燃烧反应，产生高温区并使还原熔融炉中的固相熔融成液相，熔融液相进入激冷池在喷水作用下进行急剧冷却，冷却后的熔渣排出。

优选的，还包括步骤六：抽取尾部烟道产生的部分高温烟气从炉膛二次风口喷入炉膛，为炉膛部分燃烧反应提供热量。

优选的，步骤二中所述的燃料为高碱煤或高碱金属含量的生物质燃料。

优选的，炉膛主燃还原区的过量空气系数为0.85～0.95；旋风还原熔融区的过量空气系数为0.95～1.0；燃尽氧化区的过量空气系数为1.10～1.15；燃尽风占总风量的比例为8～15％；炉膛主燃还原区的反应温度为850～950℃；还原熔融区的反应温度为1000～1500℃。

优选的，炉膛再燃还原区的过量空气系数为0.85～0.90；还原熔融区的过量空气系数为0.90～1.00；燃尽氧化区的过量空气系数为1.10～1.15；燃尽风占总风量的比例为8～15％；炉膛主燃氧化区的反应温度为850～950℃；炉膛再燃还原区的反应温度为900～1000℃；还原熔融区的反应温度为1200～1500℃。

本发明的有益之处在于：

(1)将飞灰在高温还原气氛下熔融成液态，使尾部烟道基本无飞灰，实现飞灰零排放，同时使高碱煤燃烧过程中挥发出来的碱金属化合物失去了引起沾污的载体，从源头上彻底解决了尾部受热面的沾污问题，使尾部受热面的布置不受烟气温度区间的限制，大大提高了受热面的布置空间及布置灵活性；

(2)尾部烟道基本无飞灰，可以解决高碱煤常规燃烧尾部受热面的积灰问题及积灰引起的传热问题，保证锅炉出力，同时可以省去尾部受热面吹灰用的吹灰器及相应的辅助系统，大幅度节省投资运行成本；同时，可以大幅度降低尾部烟道的除尘压力，通过简单的备用除尘设备即可满足除尘达标要求，可以节省大体积的布袋除尘器及电袋除尘器，大幅度节省投资运行成本。

(3)通过飞灰高温熔融技术，可以使飞灰中的碳含量得到彻底充分燃烧，燃烧产生的高温烟气得到了充分利用，提高了锅炉系统的能源转化效率。

(4)大部分高碱煤在炉膛弱还原性气氛下部分燃烧过程中，基本不产生nox，在高温还原气氛下进行飞灰熔融燃烧过程中，也基本不产生nox，在少量燃尽风氧化作用下，仅产生微量nox，通过反应气氛的控制，可以实现高碱煤燃烧过程中的超低nox排放，节省环保达标所需的脱硝投资运行成本。

(5)飞灰高温还原熔融所需的热量由系统自身提供，不需要提供额外的热源。

附图说明

图1是本发明防止高碱煤锅炉尾部受热面沾污的燃烧装置具体实施例1的结构示意图；

图2是本发明防止高碱煤锅炉尾部受热面沾污的燃烧装置具体实施例2的结构示意图；

图中标示的含义为：1-炉膛；11-给料机；12-磨煤机；2-旋风分离器；3-返料器；4-还原熔融炉；5-激冷池；6-过热器；7-省煤器；8-氧气预热器；9-空气预热器；再燃风sc；a-主燃还原区；b-还原熔融区；c-燃尽氧化区；o-主燃氧化区；d-再燃还原区；cs-给料口；pa-一次风；sa-二次风口；ta-燃尽风；fg-高温烟气；oxy-氧气或富氧；wt-给水喷管；ms-熔渣。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

实施例1

一种防止高碱煤锅炉尾部受热面沾污的燃烧装置，包括：锅炉和尾部烟道；所述锅炉设置有炉膛1和锅炉出口；所述尾部烟道设置有尾部受热面；还包括：还原熔融炉4和激冷池5；所述还原熔融炉4进口与锅炉出口通过连接通道相连通；所述还原熔融炉4和锅炉出口的连接通道上布置有至少一个氧气oxy喷口；所述还原熔融炉4的上部气相出口与尾部烟道通过连接通道相连通；所述激冷池5上部进料口与还原熔融炉4下部液相出口相连通，激冷池5上部侧壁布置有给水喷管，激冷池5下部布置有排渣口。

其中，锅炉为循环流化床锅炉，包括炉膛1、旋风分离器2和返料器3；所述炉膛1下部设有给料口cs、二次风口sa和返料口，炉膛上部设有炉膛出口；所述旋风分离器2与炉膛出口相连通；所述返料器3进口与旋风分离器2下部固相出口相连通，返料器出口与炉膛1返料口相连通；所述锅炉出口为旋风分离器2的气相出口；所述尾部受热面包括过热器6、省煤器7、氧气预热器8和空气预热器9；所述还原熔融炉4上部气相出口垂直烟道上布置有至少一个燃尽风ta喷口；所述还原熔融炉4上部气相出口与尾部烟道的连接通道为水平烟道；所述水平烟道上布置有至少一个高温烟气fg抽取口；所述高温烟气fg抽取口通过管道与二次风sa口相连通；沿烟气流动方向依次设有主燃还原区a、还原熔融区b和燃尽氧化区c。

应用上述的防止高碱煤锅炉尾部受热面沾污的燃烧装置的防止高碱煤锅炉尾部受热面沾污的方法，包括以下步骤：

步骤一：提供所述防止高碱煤锅炉尾部受热面沾污的燃烧装置；

步骤二：将燃料与燃烧所需空气供给到炉膛内，并使燃料燃烧；燃料为高碱煤或高碱金属含量的生物质燃料；

步骤三：炉膛燃烧产物经锅炉出口离开后进入还原熔融炉4；

步骤四：向还原熔融炉4通入氧气oxy，根据高碱煤的灰熔点温度调节还原熔融炉4的反应温度至灰熔点以上；

步骤五：气相中的h2、co及未燃尽残炭细颗粒在氧气作用下发生急剧燃烧反应，产生高温区并使还原熔融炉4中的固相熔融成液相，熔融液相进入激冷池在喷水作用下进行急剧冷却，冷却后的熔渣ms排出。

步骤六：抽取尾部烟道产生的部分高温烟气从炉膛二次风口喷入炉膛，为炉膛部分燃烧反应提供热量。

从还原熔融炉4上部排出的不含固相飞灰的高温烟气，在燃尽风ta的作用下，将烟气中未燃尽的h2、co全部燃烧生成co2与h2o，该过程中由于没有焦碳氮的参与，故在整个燃烧过程中可实现超低nox原始排放。抽取尾部烟道产生的部分高温烟气fg从二次风sa口喷入炉膛，为炉膛1部分燃烧反应提供热量。

其中，主燃还原区a的过量空气系数为0.85～0.95；还原熔融区b的过量空气系数为0.95～1.0；燃尽氧化区c的过量空气系数为1.10～1.15。燃尽风ta占总风量的比例为8～15％；主燃还原区a的反应温度为850～950℃；还原熔融区b的反应温度为1000～1500℃。

实施例2

一种防止高碱煤锅炉尾部受热面沾污的燃烧装置，包括：锅炉和尾部烟道；所述锅炉设置有炉膛1和锅炉出口；所述尾部烟道设置有尾部受热面；还包括：还原熔融炉4和激冷池5；所述还原熔融炉4进口与锅炉出口通过连接通道相连通；所述还原熔融炉4和锅炉出口的连接通道上布置有至少一个氧气oxy喷口；所述还原熔融炉4的上部气相出口与尾部烟道通过连接通道相连通；所述激冷池5上部进料口与还原熔融炉4下部液相出口相连通，激冷池5上部侧壁布置有给水喷管，激冷池5下部布置有排渣口。

还包括给料机11和磨煤机12；炉膛1下部设置有给料口；所述给料机11出口与磨煤机12进口相连通，磨煤机12出口与给料口相连通；所述炉膛1中下部设有再燃风sc喷口；所述尾部受热面包括过热器6、省煤器7、氧气预热器8和空气预热器9；所述还原熔融炉4上部气相出口垂直烟道上布置有至少一个高温烟气fg抽取口，高温烟气fg抽取口通过管道与再燃风sc喷口相连通；所述还原熔融炉4上部气相出口水平烟道上布置有至少一个燃尽风ta喷口，燃尽风ta喷口通过管道与空气预热器9出口相连通；沿烟气流动方向依次设有主燃氧化区o、再燃还原区d、还原熔融区b和燃尽氧化区c。

其中，主燃氧化区o的过量空气系数为1.05～1.10；再燃还原区d的过量空气系数为0.85～0.90；还原熔融区b的过量空气系数为0.90～1.00；燃尽氧化区c的过量空气系数为1.10～1.15；燃尽风ta占总风量的比例为8～15％；主燃氧化区o的反应温度为850～950℃；再燃还原区d的反应温度为900～1000℃；还原熔融区b的反应温度为1200～1500℃。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。