[发明专利]一种燃用低灰熔点高钠钾含量燃料的锅炉热力系统

说明书

技术领域

本发明属于热能工程研究领域，特别涉及一种适用于低灰熔点、高钠钾含量、易积灰易结渣燃料燃烧的锅炉热力系统。

背景技术

能源是现代社会赖以生存和发展的物质基础，也是国民经济快速持续发展的有力保障。近年来，随着工业的发展和人民生活水平的提高，我国的能源消耗也是与日俱增。然而我国是一个能源短缺的国家，为了满足国民经济快速发展对能源的需求，多层次能源的安全高效利用已刻不容缓。

我国有着丰富的低灰熔点高钠钾含量燃料资源，所谓高钠钾含量燃料是指燃料中当量Na₂O(当量Na₂O＝(Na₂O+0.659K₂O)×A_d/100，％；式中：Na₂O、K₂O为燃料灰中氧化钠与氧化钾含量，％；A_d为燃料的干燥基灰分，％；0.659为Na₂O与K₂O分子量之比)含量大于等于0.45的高沾污性燃料，对于那些当量Na₂O含量小于0.45但燃烧时仍以挥发态碱金属在受热面上凝结为主而导致积灰结渣的燃料仍应归类到高钠钾含量燃料。例如2005年被勘探发现的准东煤田。准东煤田资源预测储量达3900亿吨，是我国目前最大的整装煤田，以现在我国煤炭年产量计算，一个准东煤田就够全国使用120多年。从总体上看，我国多数动力产煤区都富藏灰熔融性较低的高钠钾含量煤。此外，大多数生物质燃料也具有灰熔点低、钠钾含量高的特点。生物质能不仅总量大，而且可再生，据测算，如果充分利用我国目前的农业生物质资源，每年可新增5亿吨左右标准煤，能极大补充我国能源缺口。然而截止到目前，我国燃用低灰熔点高钠钾含量燃料的锅炉基本都存在着严重的锅炉炉膛受热面以及各级对流受热面结渣、沾污和腐蚀问题。锅炉受热面的积灰结渣不仅会严重影响锅炉出力，降低锅炉效率，还会在受热面管壁产生高温腐蚀，使管子金属处于超温运行状态，降低受热面管子强度，当积灰结渣严重时会导致锅炉爆管，增加检修工作量或被迫停炉，给锅炉的安全经济运行带来极大威胁。从上世纪锅炉被大规模利用开始，锅炉受热面的积灰结渣问题就一直困扰着人们，低灰熔点高钠钾含量燃料由于其自身的特点，使得它比其他结渣煤种具有更强的结渣性，也正因为如此，低灰熔点高钠钾含量燃料在我国的高效广泛利用受到极大限制。

低灰熔点高钠钾含量燃料碱金属含量高，在高温燃烧下除了以硅铝酸盐形式存在的碱金属化合物有很高的熔点外(NaAlSiO₄在1550℃的高温下也不会分解或者蒸发，它最终留在灰中)，其他低熔点的碱金属化合物都会从燃料中挥发出来，主要以气相氯化物、硫酸盐、氧化物等形式存在于高温烟气中，形成升华灰。升华灰非常细小，很容易冷凝到受热面表面形成呈粘稠状熔融态的冷凝液膜，以这层液膜为粘结剂，一方面捕集烟气中的固体颗粒，一方面还可继续形成粘结物，使得渣层迅速增长，最终产生结渣。虽然近些年我国对锅炉的设计与运行中在防止积灰结渣方面积累了一些经验，但从目前我国锅炉应用的实际情况来看，现有的这些方法都无法从根本上解决低灰熔点高钠钾含量燃料燃烧的积灰结渣问题，具体归结如下：

(1)控制炉内温度水平。炉内温度水平与锅炉结渣密切相关，实验表明，烟气温度每升高50℃结渣率变增长5倍。现有的应用是根据煤灰熔融特性和结渣指数来选择炉膛出口烟温，使得炉膛出口烟温低于煤灰熔融温度，从而避免熔融或半熔融状态灰在对流受热面上的粘附，降低对流受热面的结渣。当燃用低灰熔点高钠钾含量燃料时，大量碱金属化合物挥发混合在烟气中，即使控制炉膛出口烟温在灰熔点以下，约1100℃，在此温度下飞灰颗粒呈固体状态，但碱金属化合物仍然以气体形式存在，随烟气进入炉膛出口高温对流受热面，在受热面的低温壁面上产生冷凝液膜，进而导致积灰结渣。若进一步降低炉膛出口烟温至960℃左右(工业锅炉的炉膛出口烟温水平)，仍不能避免碱金属化合物的冷凝结渣，实际应用中燃用生物质的工业锅炉炉膛出口对流受热面严重的积灰结渣现象即可证明此点。较低的炉膛出口烟温对应较小的炉膛容积热负荷，过小的炉膛容积热负荷会给燃料的着火、燃烧及燃尽带来极大困难，因此炉膛出口烟温不可能无限制地降低，这也是我国目前无法解决燃用低灰熔点高钠钾含量燃料时在高温对流受热面上的积灰结渣问题的根源所在。