專(zhuān)利名稱(chēng)：用蒸汽代替空氣進(jìn)行高壓流化風(fēng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用蒸汽代替空氣進(jìn)行高壓流化風(fēng)的方法，用于循環(huán)流化床鍋爐回料器的流化，屬于循環(huán)流化床鍋爐流化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自20世紀(jì)80年代開(kāi)始，循環(huán)流化床鍋爐在我國(guó)飛速發(fā)展，到目前為止，130t/h等級(jí)以上的循環(huán)流化床鍋爐就有好幾百臺(tái)在運(yùn)行或正處于安裝和設(shè)計(jì)中。隨著循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)的日趨成熟，鍋爐的容量等級(jí)也不斷增加，135MW帶中間一次再熱循環(huán)流化床鍋爐也于2002年底投入了商業(yè)運(yùn)行，200MW、300MW及以上循環(huán)流化床鍋爐的研究、開(kāi)發(fā)也進(jìn)入各大科研單位和鍋爐制造廠(chǎng)家的日程，實(shí)踐證明循環(huán)流化床這種新型的“清潔”燃煤技術(shù)具有煤種適應(yīng)性廣、鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、污染物排放量低等諸多優(yōu)點(diǎn)。但從實(shí)際運(yùn)行的情況來(lái)看，循環(huán)流化床鍋爐在燃用著火燃盡性能較差的燃料時(shí)，由于鍋爐運(yùn)行的最佳溫度大都在850-900℃的范圍內(nèi)，燃料一次性通過(guò)爐膛燃燒室不能燃燒完全，一部分碳粒在爐膛出口隨著煙氣高速進(jìn)入旋風(fēng)分離器，含碳顆粒在旋風(fēng)分離器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)并與煙氣中的空氣接觸發(fā)生后燃，這種后燃隨著物料被分離進(jìn)入回料器，由于回料器是用空氣來(lái)流化的，這種后燃隨著物料與回料器高壓流化空氣接觸后更加加劇，使得回料器的溫度升高而結(jié)焦。這對(duì)于灰熔點(diǎn)低的燃料更容易發(fā)生。特別是目前大多數(shù)循環(huán)流化床鍋爐采用高溫絕熱式旋風(fēng)分離器，運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)回料器的回灰溫度要比爐膛出口高，有些要高出50-100℃，從而發(fā)生回料器風(fēng)帽燒損和結(jié)焦的現(xiàn)象。另外，由于回料流化風(fēng)壓頭高，風(fēng)機(jī)電耗高，高壓頭流化風(fēng)機(jī)噪音大，風(fēng)道振動(dòng)嚴(yán)重，有些電廠(chǎng)甚至發(fā)現(xiàn)由于高壓流化風(fēng)道的振動(dòng)而引起回料器風(fēng)室和整個(gè)回料器振動(dòng)損壞，影響了鍋爐的運(yùn)行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種回料器不易結(jié)焦、風(fēng)帽不易燒損并具有提高脫硫功能的用蒸汽代替空氣進(jìn)行高壓流化風(fēng)的方法。
為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種用蒸汽代替空氣進(jìn)行高壓流化風(fēng)的方法，其特征在于，在鍋爐正常運(yùn)行中用蒸汽進(jìn)行高壓流化風(fēng)，其方法包括
(1)用蒸汽管道將汽輪機(jī)排汽或其它蒸汽源與回料器連接；(2)在鍋爐開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)，開(kāi)啟高壓流化風(fēng)機(jī)，用空氣來(lái)流化回料器內(nèi)的循環(huán)物料；(3)當(dāng)鍋爐升溫到回料器內(nèi)循環(huán)物料的溫度大于300℃左右，汽輪機(jī)的流化蒸汽或其它蒸汽汽源參數(shù)符合壓力大于60Kpa(g)，過(guò)熱度大于30℃以上后，打開(kāi)汽輪機(jī)蒸汽管道上的截止閥，使用蒸汽來(lái)流化回料器內(nèi)的循環(huán)物料，并關(guān)閉高壓流化風(fēng)機(jī)和截止閥。
(4)在鍋爐停爐過(guò)程中，當(dāng)回料器溫度小于300℃時(shí)，開(kāi)啟高壓流化風(fēng)機(jī)，用空氣來(lái)流化回料器內(nèi)的循環(huán)物料，并關(guān)閉汽輪機(jī)或其它蒸汽汽源的截止閥。
使用這個(gè)方法所需的系統(tǒng)包括鍋爐爐膛、旋風(fēng)分離器、回料器、風(fēng)帽和蒸汽噴嘴、風(fēng)和蒸汽室、尾部對(duì)流煙道、高壓流化風(fēng)機(jī)、截止閥，其特點(diǎn)在于，由蒸汽管道連接回料器與汽輪機(jī)或其它蒸汽汽源，在回料器和汽輪機(jī)之間的蒸汽管道上置有截止閥。
根據(jù)氣固兩相流的原理，當(dāng)通過(guò)固定床的氣或汽體流量增加到氣或汽體對(duì)顆粒的曳力剛好等于顆粒的重量減去浮力時(shí)，顆粒處于一種擬懸浮狀態(tài)，顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)轭?lèi)似于流體的一種運(yùn)行狀態(tài)，此時(shí)固定床轉(zhuǎn)化為初始流化狀態(tài)，這時(shí)最小的風(fēng)速為顆粒流化的臨界流化速度Vlj。根據(jù)理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)得出計(jì)算臨界流化風(fēng)速Vlj的經(jīng)驗(yàn)公式如下Vlj＝0.0882Ar0.528(vy/Ddl) m/s式中Ar=gDdl3/vy2*(γg-γy)/γy]]>-阿基米德準(zhǔn)則vy-氣(汽)體的運(yùn)動(dòng)黏度系數(shù)，m2/sγg-固體顆粒的真比重，kg/m3γy-床層溫度下氣(汽)體的比重，kg/m3Ddl-固體顆粒的平均直徑，mg-重力加速度，一般取9.81m/s2根據(jù)以上公式可以看出影響氣或汽體對(duì)顆粒流化的臨界速度取決于氣或汽體的比重和運(yùn)動(dòng)黏度系數(shù)，氣或汽體的比重越大，顆粒流化的臨界流化速度越小，也就越容易使物料流化，動(dòng)力黏度越大所需要的臨界流化速度越小。根據(jù)空氣和蒸汽的物理特性可以看出，對(duì)于蒸汽，當(dāng)蒸汽壓力不是很大，溫度不太低的情況下可以作為理想氣體來(lái)處理，對(duì)于循環(huán)流化床鍋爐爐膛布風(fēng)板、回料器、流化床冷渣器和外置式換熱器等部分，蒸汽均可以作為理想氣體來(lái)處理。對(duì)于相同壓力和溫度下，蒸汽的比重比空氣小，黏度比空氣大，因此用蒸汽流化顆粒物料的效果基本與空氣等同。經(jīng)過(guò)計(jì)算分析發(fā)現(xiàn)其它條件相同的情況下，達(dá)到相同的流化速度所需的蒸汽質(zhì)量流量要比空氣的質(zhì)量流量小。從理論分析得出使用蒸汽代替空氣來(lái)流化物料是完全可行的。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是1.可有效地防止回料器結(jié)焦；由于回料器中通蒸汽代替空氣，燃料一次性通過(guò)爐膛燃燒室不能燃燒完全，一部分碳粒在爐膛出口隨著煙氣高速進(jìn)入旋風(fēng)分離器，含碳顆粒在旋風(fēng)分離器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)并與煙氣中的空氣接觸發(fā)生后燃，這種后燃隨著物料被分離進(jìn)入回料器，可以避免進(jìn)一步燃燒，同時(shí)蒸汽吸熱可以降低回灰溫度，防止結(jié)焦。
2.蒸汽替代高壓流化風(fēng)，可以使回料器區(qū)域水蒸汽濃度增加，CaO被活化，增加石灰石的脫硫效率；目前循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫的脫硫劑一般采用石灰石CaCO3、白云石CaCO3.MgCO3，對(duì)于相同的Ca/S摩爾比的情況下，Ca(OH)2的脫硫效率比石灰石CaCO3、白云石CaCO3.MgCO3高得多，這是由于當(dāng)CaO水化成Ca(OH)2時(shí)，其比表面積將增大，空隙尺寸分布較好，當(dāng)Ca(OH)2受熱再分解成CaO放出水蒸汽的過(guò)程中形成空隙，增加了CaO的比表面積，強(qiáng)化了CaO的活性，使石灰石的利用率提高。另外，根據(jù)CaO的脫硫機(jī)理，CaCO3顆粒轉(zhuǎn)變成CaO顆粒時(shí)其摩爾體積縮小了45％，因而使原CaCO3內(nèi)的自然空隙擴(kuò)大了許多，這有利于多孔隙的CaO與SO2進(jìn)行反應(yīng)生成CaSO4，但是CaO變成CaSO4的反應(yīng)過(guò)程其摩爾體積會(huì)增大180％左右，因此在反應(yīng)開(kāi)始，就會(huì)在CaO的表面生成一層致密CaSO4薄層，阻礙了SO2進(jìn)一步擴(kuò)散到CaO顆粒內(nèi)層進(jìn)行反應(yīng)，使用蒸汽流化可以使CaSO4與蒸汽發(fā)生水合反應(yīng)而破裂，露出新的CaO表面，提高鈣的脫硫利用率。
其次，用蒸汽替代高壓流化空氣，會(huì)使煙氣中的水蒸汽含量增加，起到爐內(nèi)噴鈣尾部煙道增濕脫硫的效果，使得細(xì)小的CaO顆粒飛出旋風(fēng)分離器后，在尾部對(duì)流煙道低溫區(qū)和H2O反應(yīng)生成Ca(OH)2和煙氣中的SO2相遇以后具有很高的反應(yīng)速度將SO2吸收，提高鈣的利用率和進(jìn)一步降低SO2的排放濃度。在同樣條件下，得到同樣的脫硫效率，利用蒸汽流化石灰石的消耗量要比空氣流化低20-30％。鍋爐實(shí)際運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)表明，隨著Ca/S摩爾比的減小，NOx的排放濃度也有所降低。
3.運(yùn)行維護(hù)簡(jiǎn)單，蒸汽壓力易于調(diào)節(jié)；在循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計(jì)中，為了便于回料器返料流暢和防止?fàn)t膛煙氣反竄，回料風(fēng)所需壓頭要比一次風(fēng)壓頭高得多，需配備專(zhuān)門(mén)的流化風(fēng)機(jī)，并且為了增加系統(tǒng)的可靠性，通常還需配備備用風(fēng)機(jī)，使得系統(tǒng)布置、維護(hù)復(fù)雜，投資增加。如果使用蒸汽代替該部分流化空氣，蒸汽的壓力可以根據(jù)運(yùn)行工況和煤中的變化隨意調(diào)整，也不需要配備備用風(fēng)機(jī)，系統(tǒng)設(shè)備簡(jiǎn)單可靠，操作方便。
4.避免管道和高壓流化風(fēng)機(jī)的震動(dòng)和噪音，改善電廠(chǎng)運(yùn)行環(huán)境。


圖1為循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)示意圖。
具體實(shí)施例方式
由于鍋爐本身產(chǎn)蒸汽，蒸汽通過(guò)汽輪機(jī)到發(fā)電機(jī)發(fā)電，因此蒸汽可以來(lái)自于汽輪機(jī)排汽或中間抽汽，也可以來(lái)自鍋爐本身或其他源發(fā)生裝置。
本實(shí)施例以上海鍋爐廠(chǎng)有限公司150MW帶中間再熱循環(huán)流化床鍋爐為例，蒸汽由汽輪機(jī)排汽或中間抽汽提供如圖1所示，為循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)示意圖，由鍋爐1、旋風(fēng)分離器2、回料器3、風(fēng)帽和蒸汽噴嘴4、風(fēng)和蒸汽室5、尾部對(duì)流煙道6、截止閥7、汽輪機(jī)8、高壓流化風(fēng)機(jī)9、截止閥10組成，旋風(fēng)分離器2連接鍋爐1的上端，旋風(fēng)分離器2的上端連接尾部對(duì)流煙道6，旋風(fēng)分離器2的下端連接回料器3，回料器3連接鍋爐1的下端，回料器3里置有風(fēng)帽和蒸汽噴嘴4，回料器3的下端用蒸汽管道連接汽輪機(jī)8，在回料器3和汽輪機(jī)8之間的蒸汽管道上裝上截止閥7，用空氣管道連接高壓流化風(fēng)機(jī)9，在回料器3和高壓流化風(fēng)機(jī)9的空氣管道上裝上截止閥10。
用蒸汽代替空氣進(jìn)行高壓流化風(fēng)的方法為(1)在鍋爐1開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)，開(kāi)啟高壓流化風(fēng)機(jī)9，用空氣來(lái)流化回料器3內(nèi)的循環(huán)物料；(2)當(dāng)鍋爐1升溫到回料器3內(nèi)循環(huán)物料的溫度大于300℃左右，汽輪機(jī)8的流化蒸汽汽源參數(shù)符合壓力大于60Kpa(g)，過(guò)熱度大于30℃以上后，打開(kāi)汽輪機(jī)8蒸汽管道上的截止閥7，使用蒸汽來(lái)流化回料器3內(nèi)的循環(huán)物料，并關(guān)閉高壓流化風(fēng)機(jī)9和截止閥10。
(3)在鍋爐1停爐過(guò)程中，當(dāng)回料器3溫度小于300℃時(shí)，開(kāi)啟高壓流化風(fēng)機(jī)9，用空氣來(lái)流化回料器3內(nèi)的循環(huán)物料，并關(guān)閉汽輪機(jī)8上的截止閥7。
燃料在鍋爐1的爐膛中燃燒，煙氣高速進(jìn)入旋風(fēng)分離器2，分離后煙氣由尾部對(duì)流煙道6排出，大量的物料和一部分未燃盡的含碳顆粒在旋風(fēng)分離器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)并強(qiáng)化與煙氣中的空氣混合發(fā)生后燃，這種后燃隨著物料被分離進(jìn)入回料器3，由汽輪機(jī)提供的低壓蒸汽進(jìn)入回料器3，由風(fēng)帽和蒸汽噴嘴4噴出對(duì)循環(huán)物料進(jìn)行流化。
上海鍋爐廠(chǎng)有限公司150MW帶中間再熱循環(huán)流化床鍋爐共用2個(gè)回料器，每個(gè)回料器的床面積為4.96m2，根據(jù)設(shè)計(jì)運(yùn)行時(shí)流化速度為0.6-0.8m/s，流化蒸汽蒸汽量按1.0m/s進(jìn)行計(jì)算，所需流化蒸汽為35712m3/h，設(shè)計(jì)回灰溫度870℃，壓力34.0KPa，絕對(duì)壓力為0.1353MPa，在此狀況下，蒸汽按理想氣體處理，蒸汽的比容為3.9m3/kg，因此所需的回料器流化蒸汽量為9157kg/h。
根據(jù)鍋爐或電廠(chǎng)汽機(jī)蒸汽的來(lái)源的方便選取汽源，現(xiàn)按進(jìn)口汽源溫度為150-200℃，蒸汽焓按2800-3000kJ/kg來(lái)考慮。如果汽源來(lái)自鍋爐系統(tǒng)以外，鍋爐效率將增加。若來(lái)自鍋爐自身蒸汽，鍋爐的排煙熱損失將增加。根據(jù)熱力計(jì)算，鍋爐在沒(méi)有用蒸汽替代高壓流化空氣的情況下，鍋爐的排煙量為635424kg/h，煙氣中水蒸汽的重量份額為4.042％，煙氣中水蒸汽的重量為25684kg/h，燃料中水蒸汽的熱損失按高位發(fā)熱量為0.97％。如果鍋爐利用蒸汽代替回料器高壓流化風(fēng)，此時(shí)鍋爐煙氣中水蒸汽的重量份額為5.4％，燃料中水蒸汽的熱損失按高位發(fā)熱量為1.32％，將使鍋爐的排煙熱損失增加0.3-0.4％。按熱損失計(jì)算，鍋爐每小時(shí)熱損耗為1620kw左右，如果機(jī)組按35％的發(fā)電效率計(jì)算，則電耗為567kw/h，與高壓流化風(fēng)機(jī)的電耗基本持平。
從計(jì)算分析可以看出，蒸汽流化使煙氣水蒸氣含量從4.04％增加到5.4％，因此只要煤的濕度適中，尾部煙氣水蒸氣的含量不會(huì)明顯增加，對(duì)空預(yù)熱器低溫腐蝕不會(huì)造成嚴(yán)重影響，同時(shí)蒸汽流化后由于石灰石脫硫效率的提高，SO2的排放減少，空預(yù)熱器低溫腐蝕情況大大改善。
權(quán)利要求
1.一種用蒸汽代替空氣進(jìn)行高壓流化風(fēng)的方法，其特征在于，在鍋爐正常運(yùn)行中用蒸汽進(jìn)行高壓流化風(fēng)，其方法包括(1)用蒸汽管道將汽輪機(jī)排汽或中間抽汽(8)與回料器(3)連接；(2)在鍋爐(1)開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)，開(kāi)啟高壓流化風(fēng)機(jī)(9)，用空氣來(lái)流化回料器(3)內(nèi)的循環(huán)物料；(3)當(dāng)鍋爐(1)升溫到回料器(3)內(nèi)循環(huán)物料的溫度大于300℃左右，汽輪機(jī)排汽或中間抽汽(8)的流化蒸汽汽源參數(shù)符合壓力大于60Kpa(g)，過(guò)熱度大于30℃以上后，打開(kāi)汽輪機(jī)(8)蒸汽管道上的截止閥(7)，使用蒸汽來(lái)流化回料器(3)內(nèi)的循環(huán)物料，并關(guān)閉高壓流化風(fēng)機(jī)(9)和截止閥(10)。(4)在鍋爐(1)停爐過(guò)程中，當(dāng)回料器(3)溫度小于300℃時(shí)，開(kāi)啟高壓流化風(fēng)機(jī)(9)，用空氣來(lái)流化回料器(3)內(nèi)的循環(huán)物料，并關(guān)閉汽輪機(jī)(8)上的截止閥(7)。
2.使用這個(gè)方法所需的系統(tǒng)包括鍋爐(1)、旋風(fēng)分離器(2)、回料器(3)、蒸汽噴嘴(4)、風(fēng)和蒸汽室(5)、尾部對(duì)流煙道(6)、高壓流化風(fēng)機(jī)(9)、截止閥(10)，其特征在于，由蒸汽管道連接回料器(3)與汽輪機(jī)(8)，在回料器(3)和汽輪機(jī)(8)之間的蒸汽管道上置有截止閥(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用蒸汽代替空氣進(jìn)行高壓流化風(fēng)的方法和系統(tǒng)，其特征在于，所述的蒸汽可以來(lái)自于汽輪機(jī)排汽或中間抽汽，也可以來(lái)自鍋爐本身或其他汽源發(fā)生裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用蒸汽代替空氣進(jìn)行高壓流化風(fēng)的方法，其特點(diǎn)在于，在鍋爐正常運(yùn)行中用蒸汽進(jìn)行高壓流化風(fēng)，其方法包括用蒸汽管道將汽輪機(jī)排汽或中間抽汽與回料器連接；在鍋爐開(kāi)始啟動(dòng)時(shí)，開(kāi)啟高壓流化風(fēng)機(jī)，用空氣來(lái)流化回料器內(nèi)的循環(huán)物料；當(dāng)鍋爐升溫到回料器內(nèi)循環(huán)物料的溫度大于300℃左右，汽輪機(jī)的流化蒸汽汽源參數(shù)符合壓力大于60KPa(g)，過(guò)熱度大于30℃以上后，打開(kāi)汽輪機(jī)蒸汽管道上的截止閥，使用蒸汽來(lái)流化回料器內(nèi)的循環(huán)物料，并關(guān)閉高壓流化風(fēng)機(jī)和截止閥；在鍋爐停爐過(guò)程中，當(dāng)回料器溫度小于300℃時(shí)，開(kāi)啟高壓流化風(fēng)機(jī)，用空氣來(lái)流化回料器內(nèi)的循環(huán)物料，并關(guān)閉汽輪機(jī)上的截止閥。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)用蒸汽替代高壓流化風(fēng)可以防止和減輕回料器或其它高溫區(qū)的結(jié)焦，提高鍋爐運(yùn)行的可靠性，同時(shí)利用蒸汽流化提高循環(huán)流化床鍋爐脫硫劑的利用率和降低NOx的排放濃度，節(jié)約電廠(chǎng)運(yùn)行成本。
文檔編號(hào)F23C10/22GK1566749SQ0312917
公開(kāi)日2005年1月19日 申請(qǐng)日期2003年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
發(fā)明者肖峰, 陳干錦, 倪曉暉, 邵國(guó)楨 申請(qǐng)人:上海鍋爐廠(chǎng)有限公司