[发明专利]分段燃烧沸腾锅炉及其燃烧方法

说明书

本发明涉及一种应用于沸腾锅炉的燃烧方法以及为完成该燃烧方法而对沸腾锅炉的改进。

现有的沸腾锅炉一般由炉子，汽包和受热面等组成，炉子是由一类似炉排的布风板，布风板上有风帽，布风板下有送风室，以及布风板上部用砖砌成的炉膛构成。固体燃料从给煤机送到布风板上进行燃烧，所需空气由布风板下面送入风帽，然后从通风孔吹入炉膛，使煤粒处于沸腾运动状态。煤粒在沸腾段中烧尽。通常这种炉子的炉膛分为沸腾段和悬浮段两部分，沸腾段内布置一定的埋管，用于传热和避免沸腾段内温度过高而结渣。这种炉子可燃用劣质煤，甚至煤矸石，但燃烧时飞灰中的含碳量高，特别燃烧无烟煤时更为严重，可高达40%左右，大大高于一般锅炉。因此，热效率低，约60～75%，且沸腾段所设埋管的磨损快，寿命短，燃烧过程不稳定，易结焦或熄火。

美国专利US4465022公开的一种流化床改装锅炉，该锅炉是将一台液体燃料锅炉改为燃烧固体燃料的流化床锅炉，其方法是在原锅炉燃烧室前加装一流化床燃烧室，使流化床燃烧室的出口与原锅炉燃烧室相连，从而达到流化床燃烧固体燃料在沸腾段产生的煤气在原锅炉燃烧室以室燃燃烧的方式烧尽，以此提高锅炉的热效率。

苏联专利SU1168-101公开的一种流化床锅炉是将锅炉的炉膛用水冷管分隔成上下两部分，从而使流化床沸腾段产生的煤气在炉膛上部烧尽。

本发明的目的是提供一种能使固定层燃烧，沸腾燃烧和室燃燃烧三种燃烧方式在同一个炉膛内同时进行的沸腾锅炉的燃烧方法及其改造后的沸腾锅炉。

本发明涉及的沸腾床锅炉与现有的沸腾床锅炉主体结构相同，即由炉子、汽包、受热面组成锅炉本体，炉子由布风板、风帽、布风板下的风室和布风板上部用砖砌成的炉膛构成。其特征是锅炉的炉膛是由底部一倒锥形沸腾床与上部的正方形竖井对接而成;沸腾床与竖井的对接处有明显的台阶，沸腾床不设埋管，正方形竖井上部布置大量水冷壁，正方形竖井底部四角设二次风喷咀，竖井的下部有一段无水冷壁的卫燃带。另外、在本发明的锅炉炉膛出口后面有煤灰分离装置，其由一倒锥形的狭窄烟道，烟道后面的多孔炉墙，烟道底部的风力煤灰输送泵组成。

本发明的沸腾锅炉的燃烧方法及其原理是：将颗粒小于50毫米的固体煤投入炉内，由布风板下向炉膛送入完全燃烧煤所需空气量的30～40%，使煤燃烧不完全而产生大量的一氧化碳，形成低热值的空气煤气;布风板上的风帽小口风速控制在20～25米/秒，使沸腾床底部颗粒大的煤处于临界沸腾状态而滚动，以固定层燃烧方式燃烧;沸腾床内底部热态风速为2～2.5米/秒，上部为0.8～1.2米/秒，使颗粒小的煤在沸腾床中上部不同的高度沸腾，煤的浓度在炉膛中随着高度的增加而降低，促使炉膛中没有明显的沸腾层分界面。完全燃烧煤所需空气量的60～70%由二次风喷咀供给，二次风喷咀供入的空气是300～500度的热空气，二次风喷咀供入的空气将来自沸腾床上燃煤产生的低热值煤气及部分自沸腾床逸出进入炉膛上部的颗粒当量直径小于0.2毫米的煤，以室燃燃烧方式进行燃烧。燃煤燃烧的全部热量的50%以上在此放出。

本发明集中了煤气、煤粉炉热效率高，沸腾炉能燃用劣质煤，以及固定层燃炉可烧块状煤，负荷变化对燃烧过程影响小等优点。解决了煤气、煤粉、固定层燃烧等锅炉所存在的对煤质要求高;沸腾炉及煤粉炉煤的预处理复杂;沸腾锅炉效率低，埋管磨损大，寿命短，负荷不易调整等缺点。

附图是本发明的剖面示意图。

实施例：参照附图，由炉子，汽包和受热面组成的锅炉本体，炉子有一倒锥形沸腾床（2）和正方形竖井（7）组成的炉膛，沸腾床（2）的上下面积比为1∶3.5～1∶4，炉膛底部的布风板（1）与鼓风机（17）连接，布风板（1）以3～5%的坡度自给煤机端开始向下倾斜，沸腾床（2）与给煤机（3）相连，沸腾床（2）煤渣排出口设在与给煤机（3）相对应的另一端底部。正方形竖井（7）的底部四角是二次风喷咀（4），上部为水冷壁（6），下部是无水冷壁的卫燃带（5），竖井（7）与沸腾床（2）的连接处有明显的台阶。炉膛出口有一多孔炉墙（9），炉墙（9）上的小孔向上倾斜40度，烟道的底部有风力煤灰输送泵（14），泵（14）与二次风管（15）相连接。锅炉尾部设有空气预热器（11），蒸汽过热器（10），省煤器（12）。锅炉的上方是锅筒（8）。

具体的燃烧方法及其燃烧过程是：将不经破碎，但颗粒小于50毫米的煤经给煤机（3）送入沸腾床（2），一次空气由风机（16）、（17）经布风板（1）送入沸腾床（2），一次空气的送入量控制在煤完全燃烧所需量的30～40%，促使沸腾床（2）上的燃煤不能完全燃烧，产生大量的一氧化碳，形成低热值的空气煤气。布风板（1）上的风帽小口风速控制在20～25米/秒，使沸腾床（2）底部颗粒大的煤处于临界沸腾状态而滚动，以固定层燃烧方式燃烧;沸腾床（2）内底部热风流速为2～2.5米/秒，上部为0.8～1.2米/秒，使颗粒小的煤在沸腾床（2）中上部不同的高度沸腾，煤的浓度在炉膛中随着高度的增加而降低，促使炉膛中没有明显的沸腾层分界面。这样，便使沸腾床（2）上存在两种不同的燃烧方式，即：沸腾燃烧和层烧。沸腾床（2）内燃煤所产生的大量一氧化碳形成的低热值空气煤气以及部分自沸腾床（2）送出进入炉膛上部的颗粒当量直径小于0.2毫米的煤粒上升至卫燃带（5），与二次风喷咀（4）喷入的热空气量应是锅炉中燃煤完全燃烧所需量的60～70%，在此过程中燃煤以室燃燃烧方式烧尽，燃烧过程中产生的热量经水冷壁（6）传出，锅炉全部传热量的50%以上在以此燃烧过程中放出。烟气离开炉膛后进入倒锥形狭窄烟道被迫转向90度沿多孔炉墙（9）向下流动，并再从炉墙（9）的各小孔转向135度向上流出，烟气中的煤灰直落入风力煤灰输送泵（14）而被送入二次风管（15）带入炉膛内再燃烧，风力煤灰输送泵（14）的风源由三次风机（13）供给。