超低排放节能型生物质循环流化床锅炉 |
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| 申请号 | CN201910651405.4 | 申请日 | 2019-07-18 | 公开(公告)号 | CN110260301B | 公开(公告)日 | 2024-03-08 |
| 申请人 | 河南华泰石化装备股份有限公司; | 发明人 | 曹德鸣; 曹怡欣; 曹习功; 王海泉; 符明月; 郭保国; 何微微; 张景尧; 马玉茹; 申红菊; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了超低排放节能型 生物 质 循环 流化床 锅炉 ，包括锅筒、全膜式壁 炉膛 、流化床 燃烧室 、分离返料系统和尾部竖井烟道，全膜式壁炉膛下部通过均为膜式壁的三段式外凸让管结构与流化床燃烧室顶部连接，三段式外凸让管结构的前膜式壁和后膜式壁设置有二次进 风 结构，三段式外凸让管结构的前膜式壁设置有具有播料风和压料风的风冷结构的给料接管。本发明具有良好的自清灰特性，从而避免对受热面的 腐蚀 ，减轻受热面的磨损，也使进入炉膛的生物质散料迅速着火，强化燃烧效果，利于燃尽，提高锅炉热效率，同时使锅炉兼具污染物自脱除性能，从燃烧源头实现污染物炉内减排，实现了锅炉超低排放、低能耗、低床压、低磨损、高效燃烧并稳定运行。 | ||||||
| 权利要求 | 1.超低排放节能型生物质循环流化床锅炉，包括锅筒、全膜式壁炉膛、流化床燃烧室、分离返料系统和尾部竖井烟道，全膜式壁炉膛内上部设置有炉膛水冷屏和屏式过热器，锅筒设置在全膜式壁炉膛的上方，分离返料系统的下部与流化床燃烧室的后侧连接，分离返料系统的上部通过炉膛烟气出口与全膜式壁炉膛的后侧上部连接，尾部竖井烟道的顶部通过偏置式中心筒与分离返料系统的顶部连接，流化床燃烧室底部设置有一次风室，一次风室的后侧设置有点火装置，其特征在于：全膜式壁炉膛下部通过均为膜式壁的三段式外凸让管结构与流化床燃烧室顶部连接，三段式外凸让管结构的前膜式壁和后膜式壁设置有二次进风结构，三段式外凸让管结构的前膜式壁设置有具有播料风和压料风的风冷结构的给料接管； |
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| 说明书全文 | 超低排放节能型生物质循环流化床锅炉技术领域[0001] 本发明属于循环流化床锅炉技术领域，具体涉及一种直接燃烧纯生物质散料的超低排放节能型生物质循环流化床锅炉。 背景技术[0002] 由于生物质燃料有其自身的特殊性，生物质散料在利用过程中有许多技术难度。生物质固体燃料与煤相比，其组分分布的特点是“三高三低”，即挥发分、氧及氢含量很高，前两项远远高于煤，而碳、硫和灰的含量则比较低，且灰中SiO2和 K2O 及Na2O的含量明显高；并具有碳循环( CO2零排放) 特征。同时，由于生物质燃料收集及地域和季节的差异，导致燃料中水分的波动极大，含水率从10% 到 60% 不等。另外由于生物质燃料中存在一定的碱金属元素和碱土金属元素，其在燃烧过程中灰熔点降低，易导致床料粘结而结焦和尾部受热面的积灰粘结，造成腐蚀问题。而且生物质散料的堆积密度和热值远小于煤，易造成给料困难和燃料量大的情况，这些问题制约生物质直燃循环流化床的发展和推广，因此燃料差异决定了生物质锅炉燃烧及结构和运行的特殊性。 [0003] 现有的生物质直燃循环流化床锅炉，大多是在已有燃煤锅炉的基础上，针对生物质燃烧的特性进行更改，但整体上仍没摆脱燃煤循环流化床的传统结构，主要存在以下问题： [0004] 1）在生物质给料方面，仍采用传统倾斜式给煤管正压给料结构，其给料端入口仍设置在炉膛燃烧区下部靠近炉床布风板的位置，仅通过加大给料管尺寸来增加给料量，该给料区域是炉膛较高正压区域，由于生物质散料的比重小且容易着火，容易出现正压烟气返窜堵塞、无法下料等给料不畅现象，同时也易出现燃料在给料管内燃烧现象，影响锅炉安全。 [0005] 2）二次风仍布置在给料口附近，常采用单层布置结构布置在给料口的上方，距离炉床较近，二次风对入炉燃料起不到播料功能，且风量分配设计不合理，与生物质散料的燃烧特性不匹配，造成炉膛下部燃烧区域燃烧剧烈，燃烧温度较高，易发生床料结焦情况，而炉膛上部的燃烧份额少，燃烧温度低，燃烬率低，锅炉效率较低。 [0006] 3）尾部受热面仍采用燃煤锅炉的设计思路，受热面多采用错列布置并采用较高的烟气流速，受热面裕量小，生物质燃烧生成的黏结性灰容易粘结在受热面管子上造成积灰搭桥，不易清除，造成锅炉无法满足设计参数，运行效果差。 [0007] 4）炉膛、给料和二次风布置不合理，炉膛内气体流速高，燃料停留时间短，易造成燃料的局部堆积和发生局部高温燃烧情况，低温燃烧效果差，炉膛高度方向上温度水平差异大，同时炉内脱硫及颗粒的自脱硫和自脱硝效果差，SO2和NOx的初始生成量多，污染物初始排放量高，无法达到超低排放的环保要求。 发明内容[0008] 本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种能解决现有生物质循环流化床锅炉给料不畅、燃烬率低、热效率低、高能耗、低温燃烧效果差、污染物初始排放浓度高等问题的超低排放节能型生物质循环流化床锅炉。 [0009] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：超低排放节能型生物质循环流化床锅炉，包括锅筒、全膜式壁炉膛、流化床燃烧室、分离返料系统和尾部竖井烟道，全膜式壁炉膛内上部设置有炉膛水冷屏和屏式过热器，锅筒设置在全膜式壁炉膛的上方，分离返料系统的下部与流化床燃烧室的后侧连接，分离返料系统的上部通过炉膛烟气出口与全膜式壁炉膛的后侧上部连接，尾部竖井烟道的顶部通过偏置式中心筒与分离返料系统的顶部连接，流化床燃烧室底部设置有一次风室，一次风室的后侧设置有点火装置，全膜式壁炉膛下部通过均为膜式壁的三段式外凸让管结构与流化床燃烧室顶部连接，三段式外凸让管结构的前膜式壁和后膜式壁设置有二次进风结构，三段式外凸让管结构的前膜式壁设置有具有播料风和压料风的风冷结构的给料接管。 [0010] 三段式外凸让管结构通过全膜式壁炉膛下部四周的管子向外部折弯使全膜式壁炉膛下部向外凸出形成上段斜直管束、中段竖直管束和下段斜直管束，上段斜直管束呈内高外低倾斜设置，下段斜直管束呈外高内低倾斜设置，中段竖直管束平行于全膜式壁炉膛的中心线, 与前膜式壁及后膜式壁相连的上段斜直管束与全膜式壁炉膛的中心线的夹角A均为15‑20°，与前膜式壁及后膜式壁相连的下段斜直管束与全膜式壁炉膛的中心线的夹角B均为8‑15°，与侧膜式壁相连的上段斜直管束和下段斜直管束与全膜式壁炉膛的中心线的夹角A均为15‑20°，中段竖直管束与全膜式壁炉膛的管子之间的水平距离L为70‑110mm。 [0011] 给料接管设置在中段竖直管束的前膜式壁中下部，给料接管呈前高后低倾斜设置，给料接管的中心线与水平面的夹角C为10‑30°，给料接管的前端口连接直推式给料机，给料接管的管壁后侧内部设置有环形的风冷空腔，给料接管的管壁上部和下部分别开设有与全膜式壁炉膛内部连通的压料风通风孔和播料风通风孔，压料风通风孔和播料风通风孔的中心线均前高后低倾斜设置，给料接管前侧设置有与风冷空腔内部连通的外接风管接口。 [0012] 二次进风结构包括二次热风主管、若干个上层二次热风入炉支管和若干个下层二次热风入炉支管，上层二次热风入炉支管沿中段竖直管束的前膜式壁和后膜式壁等高且均匀布置，下层二次热风入炉支管沿流化床燃烧室的前膜式壁和后膜式壁等高且均匀布置，上层二次热风入炉支管和下层二次热风入炉支管均呈外高内低倾斜设置，上层二次热风入炉支管和下层二次热风入炉支管的外端均与二次热风主管连接，上层二次热风入炉支管和下层二次热风入炉支管的入炉端采用变截面的外大内小的锥形喷口结构，给料接管位于前膜式壁的上层二次热风入炉支管和下层二次热风入炉支管之间，给料接管上方的上层二次热风入炉支管的入炉端口与给料接管入炉端口中心的垂直距离H1为0.8‑2.5m, 给料接管下方的下层二次热风入炉支管的入炉端口与给料接管内端口中心的垂直距离H2为0.8‑2.5m，上层二次热风入炉支管和下层二次热风入炉支管上均设置有独立的膨胀节及风量调节阀；部分下层二次热风入炉支管的外端同中心线设置有补料口、脱硫剂喷入口及看火孔； 部分上层二次热风入炉支管的外端同中心线设置有看火孔； [0013] 下层二次热风入炉支管的锥形喷口结构的总流通截面积大于上层二次风入炉支管的锥形喷口结构的总流通截面积，下层二次热风入炉支管和上层二次风入炉支管沿炉膛宽度方向均匀且交错布置，二次热风入炉支管的锥形喷口出口的热风流速控制在50‑80m/s。 [0014] 分离返料系统设置在全膜式壁炉膛的后部，分离返料系统包括分离器，分离器底部通过返料管与流化床燃烧室下部后侧连通，返料管上设置有自平衡返料阀，分离器的上部前侧沿切向方向设置有下倾式烟道进口，下倾式烟道进口呈前宽后窄且前高后低的下倾式窄缝隙扁高形状，下倾式烟道进口前端与炉膛烟气出口连接，下倾式烟道进口后端的顶部及底部均向下倾斜一定角度并相互平行，该下倾式烟道进口与水平面的角度为5‑10°。 [0015] 炉膛烟气出口为在全膜式壁炉膛的后膜式壁内的水管水平外拉制成的下倾式膜式水冷烟道，下倾式膜式水冷烟道沿前后方向的垂直截面为底边为高且底边保持水平的下倾式直角梯形结构，直角梯形结构的顶边与下倾式烟道进口顶部的倾斜保持一致，下倾式膜式水冷烟道的两侧边为前大后小、前宽后窄且前高后低的下倾式扁高形状且与下倾式烟道进口倾斜布置保持一致，下倾式膜式水冷烟道和下倾式烟道进口的底部设置有防积灰孔，防积灰孔下方并列布置有防积灰流化风管道，各防积灰流化风管道上开设有朝向防积灰孔喷射的气孔。 [0017] 全膜式壁炉膛上部横截面为宽深比大于1.5的矩形结构，流化床燃烧室的底部设置有布风板，流化床燃烧室的前膜式壁和后膜式壁以一定倾角自上而下向炉内收缩使布风板的表面积占炉膛上部矩形结构横截面积的0.3‑0.45倍，布风板上设有防倒灰的柱形小风帽，使全膜式壁炉膛内的燃烧温度控制在720‑800℃的温度区间；布风板设置有具有捅渣功能的排渣管，排渣管下穿一次风室并延伸到一次风室的下方外部。 [0018] 上段斜直管束、中段竖直管束和下段斜直管束的受热面管子的向火部位均焊有密集销钉并涂覆一定厚度的耐磨可塑料进行耐磨保温防护，耐磨可塑料表面与炉膛上部光管圆滑无凸起过渡。 [0019] 高温省煤器采用较高的工质流速，其工质流速≥0.8m/s；空气预热器采用耐腐蚀材料制成；通入一次风室的一次风占进入全膜式壁炉膛总风量的35‑45%，通入给料接管的给料风占进入全膜式壁炉膛总风量的的5‑10%，通入二次热风主管的二次风占进入全膜式壁炉膛总风量的45‑60%。 [0020] 采用上述技术方案，本发明具有以下有益效果： [0021] 本发明采用定状态设计理论，通过流态重构方法，针对生物质散料直燃的特殊性，锅炉在设计时选取了较大的炉膛高度和炉膛横截面积，并通过布置炉膛水冷屏和屏式过热器来加大全膜式壁炉膛内部的受热面积，再配以高效旋风分离器，以降低物料循环回路内的燃烧温度，并控制在760℃左右，以防止物料结焦及炉内受热面积灰造成全膜式壁炉膛内部受热面的碱金属腐蚀，全膜式壁炉膛内的上部矩形区域的烟气表观速度在3‑4.5m/s之间，确保物料在炉内表观停留时间≥4.5s，利于燃尽，提高锅炉燃烧效率。循环流化床锅炉的全膜式壁炉膛内部存在大量的循环物料，对受热面表面进行冲刷，具有良好的自清灰特性，可防止全膜式壁炉膛的水冷壁受热面、炉膛水冷屏和屏式过热器的结渣，从而避免腐蚀，而屏式过热器的设置也充分利用其换热量随循环量和流化床燃烧室温度变化的特点，使锅炉负荷大范围变动时蒸汽参数保持稳定，提高了锅炉的低负荷运行能力。 [0022] 通过设置三段式外凸让管结构，使给料接管（生物质给料口）和上层二次热风入炉支管能够布置在中段竖直管束区域内，并使该区域的耐磨可塑料与炉膛燃烧区的耐磨可塑料及炉膛上部形成无凸起自然过渡，防止炉膛上部光管膜式壁交界区域的涡流磨损，同时也使上层二次热风入炉支管的喷口远离该交界面，以防因给料的加入及二次风的扰动而造成对全膜式壁炉膛上部光管膜式壁的磨损,同时使来自全膜式壁炉膛下部锥段变截面的含尘烟气在此较大外凸矩形截面空间（三段式外凸让管结构）内进一步混合均流过渡，又使部分烟尘及物料分离，从而减轻对全膜式壁炉膛受热面的磨损，同时也使生物质给料口区域因耐材覆盖而形成扩大的相对高温区空间，使进入全膜式壁炉膛的燃料能够迅速干燥和着火燃烧，强化燃烧效果，利于燃尽，提高燃料的利用率。 [0023] 上层二次热风入炉支管和下层二次热风入炉支管采用分层布置且通过独立的调风装置以实现各自独立调节，并在入炉端采用锥形喷口结构以提高喷射效果、增强二次热风动量、强化扰动及补氧效率，并减少二次热风入炉支管阻力以降低能耗。上层二次热风入炉支管和下层二次热风入炉支管在三段式外凸让管结构区域的前膜式壁及后膜式壁上下同一高度位置并精准将二次热风补入相应燃烧贫氧区，强化全膜式壁炉膛上部的供风，使全膜式壁炉膛上部的燃烧份额再次重新分配，又进一步提高了全膜式壁炉膛上部的燃烧份额，并强化燃料在全膜式壁炉膛内的扰动混合效果，使燃料及炉膛烟气温度在全膜式壁炉膛内分布更均匀，防止发生局部燃料堆积和局部高温燃烧，造成局部结焦及全膜式壁炉膛受热面挂焦和减弱脱硫脱硝效果，并有效延长物料在全膜式壁炉膛内的停留燃烧时间，提高燃料的燃尽率，有效降低SO2和NOx的初始生成量并进一步强化污染物自脱除性能，提高锅炉效率及污染物超低排放环保效果。下层二次风入炉支管位于给料口的下方，又进一步将燃料均匀播散以防止局部堆积，既补充空气强化扰动混合，减少布风板上的燃料量，更利于燃料燃烧。而且上层二次热风入炉支管和下层二次热风入炉支管上带有膨胀节，以满足全膜式壁炉膛与二次进风结构之间的膨胀需求。 [0024] 给料接管的管壁内部设置具有压料风通风孔和播料风通风孔的风冷结构并呈前高后低倾斜设置，同时设置在全膜式壁炉膛烟气零压点附近。给料接管内的播料风，将燃料往炉膛深度方向推送，将燃料均匀播散以防止局部堆积，既补充空气强化混合，利于燃料迅速燃烧，也有效防止给料贴壁流入全膜式壁炉膛而在给料接管附近局部高温燃烧造成挂焦而影响运行安全，同时也能减轻给料接管下部烟气正压对给料的影响，使给料更通畅安全；给料接管内通入的压料风则有效防止入炉燃料中的细颗粒向上漂移，强化物料下落趋势，延长颗粒停留时间，利于燃尽。同时该风冷空腔也对直推式给料机和给料接管起到冷却作用，起到防止燃料过早燃烧，对直推式给料机起到良好的保护作用。 [0025] 分离器采用偏置式中心筒的高效绝热旋风分离器，分离器的切向烟道进口呈前高后低的下倾式窄缝隙扁高形状并设置防积灰孔，强化物料浓缩并防止烟道积灰，实现高效分离，利于燃料的低温燃烧和燃烬，提高燃烧效率，降低污染物的初始生成并强化循环物料的污染物自脱除能力，更利于污染物的超低排放，也能有效减少床料补给量，维持正常的床压和物料循环及全膜式壁炉膛传热需求。 [0026] 根据生物质燃料特性，对一二次风、给料风与进入全膜式壁炉膛总风量的占比进行分配，一次风占比35‑45%，给料风系统占比5‑10%，二次风占比45‑60%，并提出优选的设计方案，能够很好的与生物质燃料高挥发分、低着火温度及较小布风板面积相适应。流化床燃烧室设置炉内脱硫剂喷入口，还在尾部竖井烟道内适当位置设置高效脱硝方式的脱硝安装空间，再配以高效绝热旋风分离器，确保生物质循环流化床的低能耗、高效燃烧和污染物的超低排放性能。 [0027] 尾部过热器，省煤器和空气预热器受热面采用宽节距、顺列、低流速布置，烟气流速≤8.5m/s，有效防止管间积灰搭桥，并对受热面采用大裕量设计，以减弱因受热面积灰导致热利用率降低对锅炉参数的影响，也更便于清灰以提高受热面利用率。同时高温省煤器采用较高的工质流速，空气预热器采用耐腐蚀材料，使锅炉运行更加安全。还在尾部竖井烟道内的每级受热面上部的有效范围内均设置吹灰器接口，配备合适的吹灰设备，定期吹灰，有效清灰，确保吹灰效果，提高受热面利用率。 [0028] 采用定状态设计理论，通过流态重构方法，针对生物质散料直燃的特殊性，改善给料方式，改进炉膛、二次进风及分离器等结构，强化燃烧，提高锅炉效率，降低能耗，并从燃烧源头降低硫化物和氮氧化物等污染物的生成量，强化炉内污染物自脱除能力，使锅炉兼具污染物自脱除性能，实现污染物炉内减排，使燃烧生成的硫化物和氮氧化物排放明显降3 3 低，污染物的初始排放浓度直接达到SO2≤35mg/m (标态)和 NOx≤50mg/m (标态)的超低排放标准要求，实现了锅炉超低排放、低能耗、低床压、低磨损、高效燃烧并稳定运行。 附图说明 [0029] 图1是本发明的结构示意图； [0030] 图2是图1中三段式外凸让管结构的放大图（左侧为与前膜式壁或后膜式壁相连的截面，右侧为与侧膜式壁相连的截面）； [0031] 图3是图1中给料接管的放大图； [0032] 图4是图1中二次进风结构前侧部的放大图； [0033] 图5是图1中分离器与全膜式壁炉膛之间下倾式膜式水冷烟道和下倾式烟道进口的放大图。 具体实施方式[0034] 如图1‑图5所示，本发明的超低排放节能型生物质循环流化床锅炉，包括锅筒1、全膜式壁炉膛2、流化床燃烧室3、分离返料系统和尾部竖井烟道4，全膜式壁炉膛2内上部设置有炉膛水冷屏5和屏式过热器6，锅筒1设置在全膜式壁炉膛2的上方，分离返料系统的下部与流化床燃烧室3的后侧连接，分离返料系统的上部通过炉膛烟气出口与全膜式壁炉膛2的后侧上部连接，尾部竖井烟道4的顶部通过偏置式中心筒8与分离返料系统的顶部连接，流化床燃烧室3底部设置有一次风室9，一次风室9的后侧设置有点火装置10，全膜式壁炉膛2下部通过三段式外凸让管结构11与流化床燃烧室3顶部连接，三段式外凸让管结构11的前膜式壁和后膜式壁设置有二次进风结构12，三段式外凸让管结构11的前膜式壁设置有具有播料风和压料风的风冷结构的给料接管13。 [0035] 三段式外凸让管结构11通过全膜式壁炉膛2下部四周的管子向外部折弯使全膜式壁炉膛2下部向外凸出形成上段斜直管束14、中段竖直管束15和下段斜直管束16，上段斜直管束14呈内高外低倾斜设置，下段斜直管束16呈外高内低倾斜设置，中段竖直管束15平行于全膜式壁炉膛2的中心线, 与前膜式壁及后膜式壁相连的上段斜直管束14与全膜式壁炉膛2的中心线的夹角A均为15‑20°，与前膜式壁及后膜式壁相连的下段斜直管束16与全膜式壁炉膛2的中心线的夹角B均为8‑15°，与侧膜式壁相连的上段斜直管束14和下段斜直管束16与全膜式壁炉膛2的中心线的夹角A均为15‑20°，中段竖直管束15与全膜式壁炉膛2的管子之间的水平距离L为70‑110mm。 [0036] 给料接管13设置在中段竖直管束15的前膜式壁中下部，给料接管13呈前高后低倾斜设置，给料接管13的中心线与水平面的夹角C为10‑30°，给料接管13的前端口连接直推式给料机，给料接管13的管壁后侧内部设置有环形的风冷空腔17，给料接管13的管壁上部和上部分别开设有与全膜式壁炉膛2内部连通的压料风通风孔18和播料风通风孔19，压料风通风孔18和播料风通风孔19的中心线前高后低倾斜设置且该中心线(优选）平行于给料接管13的中心线，给料接管13前侧设置有与风冷空腔17内部连通的外接风管接口20。 [0037] 二次进风结构12包括二次热风主管21、若干个上层二次热风入炉支管22和若干个下层二次热风入炉支管23，上层二次热风入炉支管22沿中段竖直管束15的前膜式壁和后膜式壁等高且均匀布置，下层二次热风入炉支管23沿流化床燃烧室3的前膜式壁和后膜式壁等高且均匀布置，上层二次热风入炉支管22和下层二次热风入炉支管23均呈外高内低倾斜设置，上层二次热风入炉支管22和下层二次热风入炉支管23的外端均与二次热风主管21连接，上层二次热风入炉支管22和下层二次热风入炉支管23的入炉端（内端）采用变截面的外大内小的锥形喷口结构，给料接管13位于前膜式壁的上层二次热风入炉支管22和下层二次热风入炉支管23之间，给料接管13上方的上层二次热风入炉支管22的入炉端端口与给料接管13内端口中心的垂直距离H1为0.8‑2.5m, 给料接管13下方的下层二次热风入炉支管23的入炉端端口与给料接管13内端口中心的垂直距离H2为0.8‑2.5m，上层二次热风入炉支管22和下层二次热风入炉支管23上均设置有独立的膨胀节及风量调节阀；部分下层二次热风入炉支管23的外端同中心线设置有补料口、脱硫剂喷入口及看火孔24；部分上层二次热风入炉支管22的外端同中心线设置有看火孔； [0038] 下层二次热风入炉支管23的锥形喷口结构的总流通截面积大于上层二次风入炉支管22的锥形喷口结构的总流通截面积，下层二次热风入炉支管23和上层二次风入炉支管22沿炉膛宽度方向均匀且交错布置，二次热风入炉支管22和入炉支管23锥形喷口出口的热风流速控制在50‑80m/s。 [0039] 分离返料系统设置在全膜式壁炉膛2的后部，分离返料系统包括分离器25，分离器25底部通过返料管26与流化床燃烧室3下部后侧连通，返料管26上设置有自平衡返料阀27，分离器25的上部前侧沿切向方向设置有下倾式烟道进口28，下倾式烟道进口28呈前宽后窄且前高后低的下倾式窄缝隙扁高形状，下倾式烟道进口28前端与炉膛烟气出口连接，下倾式烟道进口28后端的顶部及底部均向下倾斜一定角度并相互平行，该下倾式烟道进口28与水平面的角度为5‑10°。 [0040] 炉膛烟气出口为在全膜式壁炉膛2的后膜式壁内的水管水平外拉制成的下倾式膜式水冷烟道7，下倾式膜式水冷烟道7沿前后方向的垂直截面为底边为高且底边保持水平的下倾式直角梯形结构，直角梯形结构的顶边与下倾式烟道进口28顶部的倾斜保持一致，下倾式膜式水冷烟道7的两侧为前大后小、前宽后窄且前高后低的下倾式扁高形状且与下倾式烟道进口28倾斜布置保持一致，下倾式膜式水冷烟道7和下倾式烟道进口28的底部设置有防积灰孔，防积灰孔下方并列布置有防积灰流化风管道29，各防积灰流化风管道29上开设有朝向防积灰孔喷射的气孔。 [0041] 尾部竖井烟道4内自上而下依次设置有过热器30、高温省煤器31、脱硝安装空间32、低温省煤器33和空气预热器34，在尾部竖井烟道4每级受热面上部的有效范围内均设置设有吹灰器接口35。 [0042] 全膜式壁炉膛2上部横截面为宽深比大于1.5的矩形结构，流化床燃烧室3的底部设置有布风板36，流化床燃烧室3的前膜式壁和后膜式壁以一定倾角自上而下向炉内收缩使布风板36的表面积占炉膛上部矩形结构横截面积的0.3‑0.45倍，布风板36上设有防倒灰的柱形小风帽37，使全膜式壁炉膛2内的燃烧温度控制在720‑800℃的温度区间；布风板36设置有具有捅渣功能的排渣管38，排渣管38下穿一次风室9并延伸到一次风室9的下方外部。 [0043] 上段斜直管束14、中段竖直管束15和下段斜直管束16的受热面管子的向火部位均焊有密集销钉并涂覆一定厚度的耐磨可塑料进行耐磨保温防护，耐磨可塑料表面与炉膛上部光管圆滑无凸起过渡。 [0044] 高温省煤器31采用较高的工质流速，其工质流速≥0.8m/s；空气预热器34采用耐腐蚀材料制成，通入一次风室9的一次风占进入全膜式壁炉膛2总风量的35‑45%，通入给料接管13的给料风占进入全膜式壁炉膛2总风量的的5‑10%，通入二次热风主管21的二次风占进入全膜式壁炉膛2总风量的45‑60%。 [0045] 全膜式壁炉膛2、分离返料系统和尾部竖井烟道4并列平行布置且分离返料系统位居中间，形成前炉膛、中分离和后竖井的结构，炉膛采用全膜式壁密封结构，流化床燃烧室3设置在全膜式壁炉膛2内的下部并采用可塑料进行防护，在前后方向上三段式外凸让管结构11自上而下向内收缩，在左右宽度方向则沿三段式外凸让管结构11自然垂直向下延伸与布风板36配合形成炉底结构，三段式外凸让管结构11位于流化床燃烧室3的顶部，形成流化床燃烧室3与全膜式壁炉膛2的上部矩形区域的过渡连接，全膜式壁炉膛2内的上部横截面为宽长深短（宽深比大于1.5）的矩形结构，全膜式壁炉膛2上部出烟口采用后膜式壁下倾式扁高形状并与分离器25切向烟道进口28相匹配的前大后小的膜式壁出口变截面的外拉下倾式膜式水冷烟道7，下倾式膜式水冷烟道7截面沿烟气流向是底面为高且底边保持水平的直角梯形结构，炉膛上部区域的烟气表观速度在3‑4.5m/s之间，确保物料在炉内表观停留时间≥4.5s,其燃烧温度控制在720‑800℃的温度区间（优选760℃），屏式过热器6和炉膛水冷屏5布置在炉膛内的上部矩形区域中上部，其下部远离三段式外凸让管结构11的浇注料（优选≥4m）,在流化床燃烧室3的前膜式壁上位于炉膛三段式外凸让管结构11区域的中下部设有向下倾斜一定角度（10‑30°）并与流化床燃烧室3相通的生物质给料接管13（位于炉膛烟气零压点附近），给料接管13位于前膜式壁的上层二次热风入炉支管22和下层二次热风入炉支管23的锥形喷口之间，给料接管13设置具有播料风和压料风的风冷结构，通过外接风管接口20形成独立调节的给料风系统，采用直推式给料机（优选无轴双螺旋给料机）并与给料接管13相连接，下层二次热风入炉支管23和上层二次风入炉支管22设置在三段式外凸让管结构11前膜式壁及后膜式壁的上下同一高度位置并将热风精准补入相应燃烧贫氧区，下层二次热风入炉支管23设置在流化床燃烧室3的下部并和流化床燃烧室3相通，上层二次热风入炉支管22设置在中段竖直管束15的上部并和流化床燃烧室3相通，为减少上层二次热风入炉支管22和下层二次热风入炉支管23阻力在炉膛入口处采用变截面的外大内小的锥形喷口结构，下层二次热风入炉支管23锥形喷口的总流通截面积大于上层二次风入炉支管22锥形喷口的总流通截面积，且沿宽度方向均匀布置并相互错开，并使二次热风支管锥形喷口出口热风流速控制在50‑80m/s, 上层二次热风入炉支管22和下层二次热风入炉支管23的锥形喷口位置距给料接管13垂直间距均在0.8‑2.5m，上层二次热风入炉支管22和下层二次热风入炉支管23均具有独立的调风结构（风量调节阀）来实现单个支管风量的独立精准调节，布风板36设置在流化床燃烧室3的底部，布风板36表面积占全膜式壁炉膛2上部矩形横截面的0.3‑0.45倍，布风板36上设有防倒灰的柱形小风帽37（风帽小孔流速在标态下取25‑35m/s），在降低布风板36阻力的同时又确保流化质量，一次风室9设置在布风板36的下方并与一次风相连，具有捅渣功能的排渣管38设置在布风板36上且下穿一次风室9并延伸到风室的外部，点火装置10设置在一次风室9后部实现自动点火，分离器25的上部与炉膛上部的外拉下倾式膜式水冷烟道7出口相通，分离器25的下部与返料管26的上部相连，返料管26的下部与流化床燃烧室3相通且位于下层二次热风入炉支管23的下部，自平衡返料阀27安装在返料管26上，尾部竖井烟道4的入口与分离器25上部的偏置式中心筒8相通，过热器30、省煤器和空气预热器34都设置在竖井烟道内，在尾部竖井烟道4每级受热面上部的有效范围内均设置设有吹灰器接口35。 [0046] 全膜式壁炉膛2内的上部横截面为宽深比大于1.5的矩形结构，采用较大的炉膛高度和炉膛横截面积，设置三段式外凸让管结构11来实现全膜式壁炉膛2上部与流化床燃烧室3的防磨损圆滑过渡，全膜式壁炉膛2中上部布置炉膛水冷屏5和屏式过热器6，流化床燃烧室3的前后膜式壁以一定倾角向炉内收缩使布风板36表面积占炉膛上部矩形横截面的0.3‑0.45倍（生物质颗粒较大时取上限，较细是取下限），布风板36上设有防倒灰的柱形小风帽37，柱形小风帽37的小孔流速在标态下取25‑35m/s，全膜式壁炉膛2内的燃烧温度控制在720‑800℃的温度区间（优选760℃）。 [0047] 三段式外凸让管结构11形成的外凸式梯形空间与全膜式壁炉膛2的壁面之间则分别通过管子弯制来实现圆滑过渡连接，与全膜式壁炉膛2自成一体，从而形成全膜式壁炉膛2四周壁面的上段斜直管束14、中段竖直管束15和下段斜直管束16，通过该三段式外凸让管结构11使全膜式壁炉膛2形成下部较大外凸矩形截面与炉膛上部矩形截面的圆滑过渡。上段斜直管束14、中段竖直管束15和下段斜直管束16的受热面管子的向火部位均焊有密集销钉并涂覆一定厚度的耐磨可塑料进行耐磨保温防护，并在其顶部通过一定倾角使耐磨可塑料与全膜式壁炉膛2上部光管圆滑无凸起过渡。通过设置三段式外凸让管结构11，使给料接管13和上层二次热风入炉支管22的锥形喷口能够布置在该中段竖直管束15的前膜式壁和后膜式壁区域内，并使该区域的耐磨可塑料与炉膛燃烧区的耐磨可塑料无凸起自然过渡形成一体，同时也使炉膛燃烧区与全膜式壁炉膛2上部光管膜式壁之间通过该三段式外凸让管结构11形成自然无凸起连接，起到防止因全膜式壁炉膛2截面凸变及含尘气流转向而造成耐材与炉膛上部光管膜式壁交界区域的涡流磨损，也使上层二次热风入炉支管22的锥形喷口远离该交界面，以防因给料的加入及二次风的扰动而造成对炉膛上部光管膜式壁的磨损,同时将三段式外凸让管结构11所构成的梯形空间与炉膛上部矩形截面的水平距离控制在70‑110mm（优选）,更利于减轻磨损和维持相对高温。采用该三段式外凸让管结构11，使来自全膜式壁炉膛2下部锥段变截面的含尘烟气在此较大矩形截面空间（三段式外凸让管结构11）内进一步混合均流过渡，又使部分烟尘及物料分离，从而减轻对炉膛受热面的磨损，同时也使给料接管13区域因耐材覆盖而形成扩大的相对高温区空间，使进入全膜式壁炉膛 2的燃料能够迅速干燥和着火燃烧，强化燃烧效果和燃料的适应性，利于燃尽，提高燃料的利用率。 [0048] 二次进风结构12布置在全膜式壁炉膛2前后膜式壁上并采用分层布置且通过独立的风量调节阀实现各自独立调节，还带有膨胀节。上层二次热风入炉支管22和下层二次热风入炉支管23设置在三段式外凸让管结构11的前膜式壁和后膜式壁区域的上下同一高度位置并将热风精准补入相应燃烧贫氧区，下层二次热风入炉支管23设置在流化床燃烧室3的下部并和流化床燃烧室3相通，上层二次热风入炉支管22和下层二次热风入炉支管23均在全膜式壁炉膛2入口处采用变截面的外大内小的锥形喷口结构以减少支管阻力强化喷射效果，下层二次热风入炉支管锥形喷口的总流通截面积大于上层二次风入炉支管锥形喷口的总流通截面积，且沿炉膛截面宽度方向均匀布置并相互错开，并使上层二次热风入炉支管22和下层二次热风入炉支管23的锥形喷口出口热风流速控制在50‑80m/s, 给料接管13上方的上层二次热风入炉支管22的内端口距离给料接管13内端口中心的垂直距离H1为0.8‑2.5m， 给料接管13下方的下层二次热风入炉支管23的内端口距离给料接管13内端口中心的垂直距离H2为0.8‑2.5m，并将热风精准补入相应燃烧贫氧区。将热风精准补入燃烧贫氧区，既精准补入氧气满足高效燃烧需求，又可强化燃料在炉膛内的扰动混合效果，使燃料及炉膛烟气温度在全膜式壁炉膛2内分布更均匀，防止发生局部燃料堆积和局部高温燃烧，造成局部结焦及炉膛受热面挂焦和减弱脱硫脱硝效果，并有效延长物料在炉膛内的停留燃烧时间，强化污染物的自脱除性能，提高燃料的燃尽率，还进一步降低炉底炉床上部的燃烧温度和燃料量，防止炉床结焦。上层二次风的补入，一方面其向下喷口的动力场能使部分燃料再次返回全膜式壁炉膛2下部燃烧，也进一步延长了燃料中的较细颗粒在炉膛内的停留时间，同时也通过上二次风的补入来打破由于燃料的加入受热使挥发分瞬间大量析出而造成燃料剧烈燃烧所形成的局部贫氧区，使上二次风精准补入炉膛燃料入口区域的贫氧区，并补充氧气强化扰动混合燃烧，也利于抑制SO2和NOx的初始生成，强化炉内脱硫及自脱硫效果，也能强化已生成的NOx与灰粒作用而使部分NOx还原为N2,即强化炉内自脱硝效果，使锅炉兼具污染物自脱除性能，从源头降低SO2和NOx污染物的初始排放浓度，实现污染物炉内减排。而且，上二次风的补入及上下二次风喷口通风截面比的设置，也强化了全膜式壁炉膛2上下部的供风，使全膜式壁炉膛2上部的燃烧份额再次重新分配，又进一步提高了全膜式壁炉膛2上部的燃烧份额，使物料燃烧充满整个全膜式壁炉膛2空间，有利于提高全膜式壁炉膛2上部的燃烧温度水平，利于燃料的燃烬和保持炉膛的低温燃烧性能，并防止全膜式壁炉膛2上部发生积灰和结渣等情况而引起碱金属腐蚀损坏，有效降低SO2和NOx的初始生成量，提高锅炉效率及污染物超低排放环保效果。而下层二次风入炉支管位于给料口的下方，又进一步将燃料均匀播散以防止局部堆积，既补充空气强化扰动混合，减少布风板上的燃料量，更利于燃料燃烧。上层二次风入炉支管22和下层二次热风入炉支管23上均带有膨胀节，以满足全膜式壁炉膛2与二次风之间的膨胀需求。同时，还分别在部分下层二次热风入炉支管内设置有补料口和脱硫剂喷入口及看火孔24，也在部分上层二次热风入炉支管内设置有看火孔，以满足补充床料和炉内进一步脱硫及监视炉内燃烧工况的需求。 [0049] 给料接管13内设置具有播料风和压料风的风冷结构，位于上、下层二次热风入炉支管的喷口之间，给料接管13向下倾斜一定角度与前膜式壁的三段式外凸让管结构11区域的给料口相连，并设置在全膜式壁炉膛2烟气零压点附近。给料接管13一端与直推给料方式的给料机相连，给料接管13内部浇筑一定厚度的耐材进行防护密封。在该给料口的上下部位分别布置了多个较小孔径的压料风通风孔18和播料风通风孔19（优选孔径￠18‑￠32，优选风速25‑45m/s）并向下倾斜一定角度进入全膜式壁炉膛2，该较小孔径的压料风通风孔18和播料风通风孔19一端穿过浇注料并与全膜式壁炉膛2连通，另一端则与给料接管13管壁内部的风冷空腔17相通，分别形成上部的压料风和下部的播料风。在该风冷空腔17连接有外接风管接口20，从而形成风冷结构，并形成独立调节的给料风系统。播料风使燃料进入炉膛后先散落在该播料风上并继续往全膜式壁炉膛2深度方向推送，将燃料均匀播散以防止局部堆积，既补充空气强化混合，利于燃料迅速燃烧，也有效防止给料贴壁流入炉膛而在给料口附近局部高温燃烧形成挂焦而影响运行安全，同时也能减轻给料口下部烟气正压对给料的影响，使给料更通畅安全；给料口的压料风则有效防止入炉燃料中的细颗粒直接向上漂移，强化物料下落趋势，延长颗粒停留时间，利于燃烬。同时该风冷空腔17也对给料机和给料接管13起到冷却作用，起到防止燃料过早燃烧，对给料机起到保护作用。给料接管13均向下倾斜一定角度，更利于燃料的入炉和延长燃烧时间。优选的，给料接管13、压料风通风孔18和播料风通风孔19均向下倾斜10‑30°前高后低倾斜设置以减少烟气对给料的阻塞干扰，且给料风系统的供风来自一次热风，能对入炉前的燃料进行局部预热，更适应生物质燃料水分含量大且差异大的燃料特性。 [0050] 因生物质散料燃料灰分很少，比重远小于成型燃料和煤粒，生物质散料在炉膛内以流化悬浮燃烧为主，再配以下层二次风的布置，只有部分大颗粒及夹带的杂质落入下部炉床，因此流化燃烧需要的炉床面积相对于煤炉要小。因此布风板36表面积占炉膛上部矩形横截面的0.3‑0.45倍（生物质颗粒较大时取上限，较细是取下限），布风板36上设有较多数量的防倒灰的柱形小风帽37（风帽小孔流速在标态下取25‑35m/s，生物质颗粒较大时取上限，较细是取下限），以减小布风板36阻力，提高流化效果，降低能耗，提高燃料的燃烬效果，实现低床压运行。 [0051] 在尾部竖井烟道4内的每级受热面上部的有效范围内均设置吹灰器接口35，并要求定期吹灰，有效清灰。具体布置位置与吹灰方式相匹配，以确保吹灰效果。 [0052] 选择较大的炉膛高度和炉膛横截面积及受热面积，使炉膛内的上部矩形区域的烟气表观速度在3‑4.5m/s之间，适应于生物质燃料因挥发份大量析出迅速燃烧造成灰壳包裹的焦炭颗粒不易燃烬的特性，确保物料在炉内表观停留时间≥4.5s，延长颗粒在炉膛内的燃烧时间，利于燃料燃尽。炉膛上部出烟口采用后膜式壁下倾式扁高形状并与分离器25进口相匹配的前大后小的膜式壁出口变截面的外拉下倾式膜式水冷烟道，其截面沿烟气流向是底面为高且底边保持水平的直角梯形结构，以进一步冷却烟尘，加速物料浓缩，改善分离器25工作状况，提高分离效率。屏式过热器6和炉膛水冷屏5布置在炉膛内上部矩形区域的中上部，其下部远离炉膛三段式外凸让管结构的浇注料（优选≥4m）,同时强化炉膛上部传热，以适应燃烧高挥发份的生物质燃料时易造成炉膛上部温度偏高问题，利于维持炉膛上部的低温燃烧，降低SO2和NOx的初始生成和强化SO2及NOx自脱除能力，减轻屏式受热面的磨损，并有效防止受热面结焦积灰而发生碱金属腐蚀。在流化床燃烧室3的前膜式壁上位于三段式外凸让管结构11区域的中下部设有与流化床燃烧室3相通的生物质燃料给料口（位于炉膛烟气零压点附近），以利于燃料的加入。通过全膜式壁炉膛2的布置及运行调整，使炉膛燃烧温度控制在720‑800℃的温度区间内（优选760℃），以防止发生全膜式壁炉膛2结焦积灰，减轻炉膛的碱金属腐蚀，降低燃烧生物质散料所引发的灰熔点降低、床料结焦及碱金属腐蚀等不利影响，确保安全稳定运行。 [0053] 优选的，为适应更严格的环保要求，锅炉在尾部竖井烟道4内250‑400℃的烟气温度区间预留了一处SCR脱硝催化剂或其他高效脱硝方式的安装位置空间（脱硝安装空间32），以适应生物质燃料的多样性和更高环保排放标准的需求。脱硝安装空间32的具体设置位置与脱硝方式相匹配。 [0054] 优选的，分离器25为高效绝热旋风分离器25，其上部采用偏置式中心筒8，并采用便于物料浓缩并防止烟道积灰的下倾式且带流化风的窄缝隙扁高形状的切向烟道进口28，防积灰的流化风通过多个风管及其上的小孔风帽来实现沉降灰的流化而被烟气带走清除。该切向烟道进口与炉膛后膜式壁下倾式变截面的外拉膜式水冷烟道通过膨胀节实现顺延光滑相连。采用中心筒偏置式及下倾式窄缝隙扁高形状切向烟道进口的高效绝热旋风分离器25，实现高效分离，利于燃料的低温燃烧和燃烬，提高燃烧效率，降低污染物的初始生成并强化循环物料的污染物自脱除能力，更利于污染物的超低排放，降低能耗，也能有效减少床料补给量，维持正常的床压和物料循环及全膜式壁炉膛2传热需求。 [0055] 优先的，对低参数的过热蒸汽温度（≤450℃），屏式过热器6可作为中温过热器，高温过热器和低温过热器可布置在尾部竖井烟道4内，屏式过热器6前后则通过混合式减温系统分别与尾部竖井烟道4的过热器30相连接。对其他高参数的锅炉（过热蒸汽温度＞450℃），屏式过热器6将作为高温过热器，在尾部竖井烟道4内仅布置低温过热器和中温过热器，同时在尾部竖井烟道4的过热器30之间或中温过热器与屏式过热器6之间布置混合式减温系统，也可在屏式过热器6出口再布置一级混合式减温系统进行终端减温以确保蒸汽参数更好的满足使用需求。混合式减温系统，具有减温幅度大，调节灵敏的优势，能更好的适应生物质燃料种类多且水分、热值变化大的燃料特性及宽负荷运行的需求。 [0056] 优选的，炉膛水冷屏5和屏式过热器6，均为膜式壁管屏结构，均匀布置在全膜式壁炉膛2内且与全膜式壁炉膛2的侧膜式壁平行，炉膛水冷屏5和屏式过热器6竖直吊挂在全膜式壁炉膛2内，其上端向上直接穿出全膜式壁炉膛2顶部并通过吊架吊挂在炉顶钢架上，下端通过折弯转向并向炉外下倾一定角度穿出全膜式壁炉膛2，炉膛水冷屏5的上下端均与全膜式壁炉膛2焊接密封。屏式过热器6的下端与全膜式壁炉膛2焊接密封，屏式过热器6的上端则自由穿过全膜式壁炉膛2的膜式壁顶部并通过恒力弹簧吊架吊挂在炉顶钢架上，屏式过热器6的上端通过金属膨胀节和全膜式壁炉膛2的膜式壁顶部焊接密封，以满足屏式过热器6向上自由膨胀需求，防止屏式过热器6变形，确保安全。炉膛水冷屏5和屏式过热器6的底部折弯转向部位区域均焊有密集销钉并涂覆一定厚度的耐磨可塑料进行防护，并对耐磨可塑料上边缘以上一定高度范围内（优选300‑800mm）的竖直管屏四周进行耐磨合金粉末喷涂以防止磨损。炉膛水冷屏5和屏式过热器6在深度方向与全膜式壁炉膛2之间留有600‑800mm检修空间，且炉膛水冷屏5和屏式过热器6的后侧边缘不超过全膜式壁炉膛2的垂直中心线，以免由于炉膛水冷屏5和屏式过热器6的布置而影响炉膛温度及烟气流动的均匀性，并减轻炉膛水冷屏5和屏式过热器6磨损以及炉膛水冷屏5和屏式过热器6中各管屏之间的热偏差，利于提高传热效率及炉膛水冷屏5和屏式过热器6的安全性。 [0057] 优先的，尾部过热器30，省煤器和空气预热器34受热面均采用宽节距、顺列、低流速布置（优选烟气流速≤8.5m/s)，以有效防止管间积灰搭桥，并对受热面采用大裕量设计，以减弱因受热面积灰导致热利用率降低对锅炉参数的影响，也更便于清灰以提高受热面利用率。 [0059] 优选的，空气预热器34采用卧式管式结构，并优选耐腐蚀材料，如对中高温段采用耐酸腐蚀的考登钢，对低温段采用搪瓷管，以减缓腐蚀和提高利用系数及使用寿命。 [0060] 优选的，通入一次风室的一次风占进入全膜式壁炉膛总风量的35‑45%，通入给料接管的给料风占进入全膜式壁炉膛总风量的的5‑10%，通入二次热风主管的二次风占进入全膜式壁炉膛总风量的45‑60%。并依据具体燃料及负荷情况进行调整。 [0061] 优选的，流化床燃烧室3的前后膜式壁向炉内收缩形成炉底结构的倾角为B。 |
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