基于脱硝超低排放技术的循环流化床锅炉

摘要

本发明公开了基于脱硝超低排放技术的循环流化床锅炉，其中，炉体连通有用于引入上二次风和下二次风的上二次风管路组件和下二次风管路组件；其特征在于：所述炉膛锥端上方的水冷壁上均布设置有凸起的防磨凸台，防磨凸台通过销钉固定在所述水冷壁上，所述销钉包含水平方向延伸的Ⅰ号销钉和倾斜设置的Ⅱ号销钉；Ⅱ号销钉位于Ⅰ号销钉下方，防磨凸台的上表面为水平面，下表面为斜面；销钉嵌入在防磨凸台内部；上二次风管路组件的每个上二次风管路上增加一个手动风门，手动风门上连接上上二次风管路，上上二次风管路上还设置有膨胀节；上上二次风管路为所述炉体引入上上二次风。

说明书

技术领域

本发明涉及一种循环流化床锅炉，尤其涉及基于脱硝技术的低排放循环流化床锅炉。

背景技术

我公司(陕西华电瑶池发电有限公司)的目前的锅炉为东方锅炉厂设计制造的型号为DG705/13.8-II 1的CFB锅炉，采用单汽包、自然循环、循环流化床燃烧方式。

如图1和图7所示，锅炉主要由一个膜式水冷壁炉膛，三台汽冷式旋风分离器和一个由汽冷包墙包覆的尾部竖井(HRA)三部分组成。炉膛内前墙布置有八片屏式过热器管屏、六片屏式再热器管屏，后墙布置两片水冷蒸发屏。锅炉共布置有八个给煤口，全部布置于炉前，在前墙水冷壁下部收缩段沿宽度方向均匀布置。炉膛底部是由水冷壁管弯制围成的水冷风室，水冷风室两侧布置有一次热风道，进风型式为从风室两侧进风，空预器一二次风出口均在两侧，一次热风道布置较为简单。炉膛下部左右侧的一次风道内分别布置有两台风道点火燃烧器，炉膛密相区水冷壁前墙上设置四支床上助燃油枪，后墙设置两支床上助燃油枪。四个排渣口布置在炉膛后水冷壁下部，分别对应四台滚筒式冷渣器。

现有锅炉的脱硝技术采用非选择性催化还原(SNCR)工艺，我公司锅炉于2014年12月投运。脱硝按SNCR入口NOx浓度280mg/m3(标态、干基、6％O2，下同)，出口NOx浓度≤100mg/m3，在70％～100％负荷范围内，脱硝效率≥70％；在50％～70％负荷范围内，脱硝效率≥64％设计，脱硝还原剂采用尿素。

根据2015年11月1日至11月5日、2015年11月10日至11月14日分别对1、2号锅炉机组进行的脱硝装置性能试验，1、2号机组脱硝装置主要指标如下表所示：

由上表可见，1、2号机组低负荷均存在NOx浓度较高导致出口排放超标现象，分析其原因主要是低负荷运行时分离器入口烟气温度低造成SNCR脱硝效率低和燃用高钙煤在低负荷运行时氮氧化物生成量高导致，其他工况各项性能指标基本能够达到设计性能保证。

现有脱硝系统按照《火电厂大气污染物排放标准》(GB13223-2011)及地方政府排放限值要求设计，没有达到超低排放限制要求。经过分析，现有SNCR脱硝系统按照公共模块制执行，无法达到单元机组制控制要求，并且喷射区喷枪采用单侧布置，尿素溶液无法充分与烟气混合。脱硝系统无法实现NO_X自动跟踪。通过摸底试验，在低负荷工况下，床温仅有约780℃，达不到SNCR脱硝系统反应温度窗口区。风貌磨损严重，炉内物料流化均匀性较差，旋风分离器的分离效果较差。本锅炉的入炉煤挥发分较高，钙硫比偏大，属于高钙低硫煤，炉内炉料浓度偏高，特别是在低负荷段，炉膛差压较高，循环灰量偏多，导致床温偏低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于脱硝超低排放技术的循环流化床锅炉，其能够在低负荷情况下提升燃烧效果，降低排放，同时还增加了炉膛水冷内壁的耐磨性，有助于在高温时延长炉膛使用寿命。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

基于脱硝超低排放技术的循环流化床锅炉，包含炉体、三个旋风分离器；炉体的炉膛底部包含由水冷壁管围绕成的水冷壁，炉膛最底端为炉膛锥段；所述炉体连通有用于引入上二次风和下二次风的上二次风管路组件和下二次风管路组件；其特征在于：所述炉膛锥端上方的水冷壁上均布设置有凸起的防磨凸台，防磨凸台通过销钉固定在所述水冷壁上，所述销钉包含水平方向延伸的Ⅰ号销钉和倾斜设置的Ⅱ号销钉；Ⅱ号销钉位于Ⅰ号销钉下方，防磨凸台的上表面为水平面，下表面为斜面；销钉嵌入在防磨凸台内部；

上二次风管路组件的每个上二次风管路上增加一个手动风门，手动风门上连接上上二次风管路，上上二次风管路上还设置有膨胀节；上上二次风管路为所述炉体引入上上二次风。

作为本发明的一种优选实施方式：所述上上二次风管路与炉体连接的风口、上二次风管路与炉体的风口之间的高度差为5160mm；上上二次风管路的风口管径为273mm；风口管道的材质为Cr25Ni20；风口的风速为40.5m/s。

作为本发明的一种优选实施方式：所述销钉设置在两个水冷壁管之间；销钉的为一体成型的V型结构，横截面为圆形或者矩形；Ⅰ号销钉的两个自由端设置圆弧部，V型结构的中心位置为圆弧过渡；所述防磨凸台的材质为耐火耐磨可塑材质；防磨凸台浇注在所述销钉上；防磨凸台的布置数量为4层结构，每层包含多个均布的防磨凸台。V型结构的设置使得整个凸台浇注成型后强度更高。上方的V型的边缘圆弧能够提升凸台强度，顶部为主要的耐磨部位。

作为本发明的一种优选实施方式：所述炉体上设置有布风装置，所述布风装置包含布风板和安装在布风板上的用于进风的芯管，所述芯管为风帽芯管，风帽芯管的顶端安装风帽外罩；布风板的上表面和下表面均敷设有浇注料，风帽芯管靠近顶端的位置自上而下依次设置三排通风孔，每排均包含8个均布的通风孔；三排通风孔的位置相互错开；所述风帽外罩上均布开设有10个开孔；开孔的中心轴线倾斜向下；所述风帽外罩顶面中心开设通孔，风帽芯管顶部延伸凸台，凸台嵌入所述通孔内。

作为本发明的一种优选实施方式：所述风帽芯管上设置有凸起的组装凸台；所述布风板上方的浇注料为自流式耐磨浇注料，布风板下方的浇注料为中质可塑料；所述风帽芯管的顶端圆周面上以及风帽外罩底部内壁上分别对应设置有组装凸缘和限位凹槽；组装凸缘和限位凹槽为不连续的多个独立结构。本优选实施方式的组装凸缘和限位凹槽可以很方便的使得风帽芯管和风帽外罩进行旋转限位和再次旋转即可组装拆卸。

作为本发明的一种优选实施方式：所述旋风分离器为带有SNCR组件的旋风分离器；

所述SNCR组件中，包含设置在旋风分离器的前水平烟道上的多个喷枪，所述喷枪采用两侧布置的方式；所述SNCR组件还包含用于引入高压压缩空气的高压流化风管路，高压流化风管路将风分配给每个喷枪；所述喷枪设有三个进口，分别为尿素溶液进口、雾化吹扫风进口和夹套冷却风进口。

作为本发明的一种优选实施方式：每个旋风分离器的前水平烟道上均设置10个喷枪。

作为本发明的一种优选实施方式：每个旋风分离器的中心筒均为铸造成型；铸造材料为310S，中心筒的筋板均采用δ＝16铸造槽钢式筋板；中心筒的筒体在上部设置一道宽度为200mm、高度为170，厚度20mm的槽钢式大筋板，筒体外部增加四道环状的加强筋；

所述中心筒采用自由吊挂的安装方式：所述自由吊挂是指中心筒通过上部大筋板安放在支架上。

作为本发明的一种优选实施方式：所述中心筒长度为4900mm，筒体上口外径为两侧旋风分离器的中心筒下口外径为中间的旋风分离器的中心筒下口外径为

筒体上端密封浇注料底部加一圈密封环板。

作为本发明的一种优选实施方式：还包含循环灰排灰装置，所述循环灰排灰装置包含立管设置在立管下部的回料器，所述回料器上设置回料器放灰管，回料器放灰管连接有循环灰冷却排放器；所述循环灰冷却排放器包含冷却箱体，冷却箱体顶部设置高温物料入口，冷却箱体底部设置低温物料出口，冷却箱体外表面铺设有冷却水循环管路。

本发明有益效果是：

本发明通过上上二次风的布置方式能够适用于低负荷，当高负荷运行时，根据调试情况，可维持上上二次风运行，也可关闭上上二次风，采用原二次风系统运行，避免产生床温过高导致结焦等其他问题。新增上上二次风，进一步强化燃料分级燃烧控制NOx排放生成；本发明通过防磨组件的结构，防磨组件通过在水冷壁上设置凸台阻断贴壁流，由此减轻贴壁流对炉内受热面的磨损。本发明在提高炉膛温度时，减少了炉膛受热面的磨损。

附图说明

图1为本发明的一种具体实施方式的一部分结构示意图；图1与图7为一种具体实施方式的整体结构，为了清楚起见，将两部分分别展示；

图2为本发明的防磨组件的安装位置示意图；

图3为图2的A处局部放大结构示意图；

图4为本发明的防磨组件的一种具体实施方式的局部剖视结构示意图；

图5为本发明的防磨组件的Ⅰ号销钉布置图；

图6为本发明的防磨组件的Ⅱ号销钉布置图；

图7为本发明的一种具体实施方式的另一部分结构示意图；图7与图1为一种具体实施方式的整体结构，为了清楚起见，将两部分分别展示；

图8为本发明的风帽组件的一种具体实施方式的结构示意图；

图9-1～9-5为本发明的风帽组件的安装过程示意图，其中，图9-1为布风板结构示意图，图9-2为芯管的结构示意图，图9-3为在布风板上安装芯管的结构示意图，图9-4为敷设浇注料的结构示意图，图9-5为安装外罩后的结构示意图；

图10为本发明的旋风分离器的中心筒的一种具体安装结构示意图。

附图标记说明：

1-煤粉仓，2-闸板阀，3-测量器，4-炉体，5-称重式给煤机，6-密封风，7-其余给煤机，8-高压压缩空气，9-上上二次风，10-上二次风，11-下二次风，12-防磨组件，13-启动床料口，14-其余播煤口，15-二次风预热器，16-风道点火器，17-排渣管，18-布风装置，19-滚筒冷渣器，20-二次风机，21-一次风预热器，22-回料器放灰管，23-压缩空气，24-风道点火器冷却风，25-一次风机，26-J阀风机，27-循环灰排灰装置，28-SNCR组件，29-旋风分离器，30-销钉，31-水冷壁管，32-Ⅰ号销钉，33-Ⅱ号销钉，34-防磨凸台，35-尾部受热面，36-一次/二次风，37-除尘器，38-飞灰系统，39-引风机，40-烟囱，41-风帽外罩，42-芯管，43-组装凸台，44-浇注料，45-三角筋板，46-大筋板，47-中心筒，48-支架；图10中的竖直向上的箭头指示支架支撑力方向，竖直向下的箭头指示中心筒重力方向。

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

如图所示，其示出了本发明的具体实施例，如图所示，本发明公开的基于脱硝超低排放技术的循环流化床锅炉，包含炉体4、三个旋风分离器28；炉体的炉膛底部包含由水冷壁管围绕成的水冷壁，炉膛最底端为炉膛锥段；所述炉体连通有用于引入上二次风10和下二次风11的上二次风管路组件和下二次风管路组件；所述炉膛锥端上方的水冷壁上均布设置有凸起的防磨凸台34，防磨凸台通过销钉固定在所述水冷壁上，所述销钉包含水平方向延伸的Ⅰ号销钉32和倾斜设置的Ⅱ号销钉33；Ⅱ号销钉位于Ⅰ号销钉下方，防磨凸台的上表面为水平面，下表面为斜面；销钉嵌入在防磨凸台内部；

上二次风管路组件的每个上二次风管路上增加一个手动风门，手动风门上连接上上二次风管路，上上二次风管路上还设置有膨胀节；上上二次风管路为所述炉体引入上上二次风9。

如图所示：所述上上二次风管路与炉体连接的风口、上二次风管路与炉体的风口之间的高度差为5160mm；上上二次风管路的风口管径为273mm；风口管道的材质为Cr25Ni20；风口的风速为40.5m/s。

如图所示：所述销钉设置在两个水冷壁管31之间；销钉的为一体成型的V型结构，横截面为圆形或者矩形；Ⅰ号销钉的两个自由端设置圆弧部，V型结构的中心位置为圆弧过渡；所述防磨凸台的材质为耐火耐磨可塑材质；防磨凸台浇注在所述销钉上；防磨凸台的布置数量为4层结构，每层包含多个均布的防磨凸台。增加主动式多阶防磨装置，防磨梁技术的核心是通过在水冷壁上设置凸台阻断贴壁流，由此减轻贴壁流对炉内受热面的磨损。本项目在提高炉膛温度的同时，减少炉膛受热面的磨损。

结合锅炉设计参数和实际情况，布置4层主动多阶式防磨梁，多阶防磨装置加装在炉膛锥段上方水冷壁上，由耐火耐磨可塑料形成凸台，并通过销钉将凸台固定在水冷壁上。防磨装置布置断面尺寸和各层防磨装置示意图如下所示。考虑到机组之前实施过提高分离器烟温的改造，可适当减少主动多阶式防磨梁层数。与其他的防磨装置结构相比，本发明的改造方案大幅度缩短防磨装置尺寸，同时各层间距趋于合理，改造后炉膛内物料流动状态发生改变，特别是炉膛下部靠近水冷壁的浓度大幅度下降，从而使得锅炉下部的磨损大幅度下降，锅炉连续运行时间得以大幅度提高。为了较少减温水用量，避免屏过超温，采用阶梯式敷设方式进行屏过受热面敷设，敷设面积约40m²。

如图所示：所述炉体上设置有布风装置18，所述布风装置包含布风板和安装在布风板上的用于进风的芯管42，所述芯管为风帽芯管，风帽芯管的顶端安装风帽外罩41；布风板的上表面和下表面均敷设有浇注料，风帽芯管靠近顶端的位置自上而下依次设置三排通风孔，每排均包含8个均布的通风孔；三排通风孔的位置相互错开；所述风帽外罩上均布开设有10个开孔；开孔的中心轴线倾斜向下；所述风帽外罩顶面中心开设通孔，风帽芯管顶部延伸凸台，凸台嵌入所述通孔内。

如图所示：所述风帽芯管上设置有凸起的组装凸台43；所述布风板上方的浇注料为自流式耐磨浇注料，布风板下方的浇注料为中质可塑料44；所述风帽芯管的顶端圆周面上以及风帽外罩底部内壁上分别对应设置有组装凸缘和限位凹槽；组装凸缘和限位凹槽为不连续的多个独立结构。

上述的布风装置对芯管和风帽外罩进行了改进，总体上，将带来锅炉床温均匀，减少运行人员的劳动强度。由于新增加的风帽芯管的阻力特性主要集中在风帽芯管上，因此风帽外罩小孔的磨损导致的孔径变化，对风帽阻力特性影响较小，从而有利于保证风帽长期可靠的性能。

如图9-1～9-5所示，风帽节距保持不变，更换布风板上、下方的浇注料，更换风帽外罩、全部的芯管。单台锅炉共计1980个风帽，芯管小孔流速在50.5～58.5m/s，风帽小孔流速在26.7～31.4m/s，首先，清除布风板上方的75mm浇注料，及下方100mm后的浇注料。耐火材料清除后并取走风帽及芯管；在原有布风板上芯管的孔中安装新增加的芯管，并在凸台周边满焊接。根据工期长短情况，确定耐火材料的类型。如停炉改造的工期允许应该优先采用浇注。在布风板下部或上部(若为可塑料)焊接抓钉，敷设耐火材料；最后安装新增加的风帽外罩(材质Cr25Ni20)。外罩插入芯管销钉后，转动180°角。运行中芯管上的销钉锁住外罩，从而使外罩不会被吹起。

如图所示：所述旋风分离器为带有SNCR组件的旋风分离器；

所述SNCR组件中，包含设置在旋风分离器的前水平烟道上的多个喷枪，所述喷枪采用两侧布置的方式；所述SNCR组件还包含用于引入高压压缩空气的高压流化风管路，高压流化风管路将风分配给每个喷枪；所述喷枪设有三个进口，分别为尿素溶液进口、雾化吹扫风进口和夹套冷却风进口。

如图所示：每个旋风分离器的前水平烟道上均设置10个喷枪。

上述喷枪部分的改进，每台炉SNCR系统现布置30支喷枪，布置于分离器前水平烟道，每个分离器布置10支，采用两侧布置方式。通过优化喷枪布置、更换和增加高效喷枪来实现提高SNCR反应效率。

特别说明：尿素溶液的喷射区根据炉型特点和现场条件，结合试验研究结果，喷射器(喷枪)的布置分为三个区域，每台旋风分离器前水平入口烟道为一独立区域。每个区域喷射器(喷枪)布置在入口水平烟道两侧。每一个喷射器(喷枪)组件都具有合适的尺寸和特性，保证达到必须的NOX减排所需的流量和压力,喷射位置须经过水平烟道流场数值模拟,确定位置及喷射角度,确保还原剂均布及防磨防堵。每个喷射器(喷枪)有三个进口，分别为尿素溶液、雾化吹扫风、夹套冷却风。喷射组件具体包括空气雾化喷射器(喷枪)、用于连接到锅炉支撑的连接件、快装接头和用于还原剂、雾化空气、冷却风管路连接的长钢丝编织可弯曲软管。

如图所示：每个旋风分离器的中心筒47均为铸造成型；铸造材料为310S，中心筒的筋板均采用δ＝16铸造槽钢式筋板；中心筒的筒体在上部设置一道宽度为200mm、高度为170，厚度20mm的槽钢式大筋板46，筒体外部增加四道环状的加强筋；

所述中心筒采用自由吊挂的安装方式：所述自由吊挂是指中心筒通过上部大筋板安放在支架48上。

如图所示：所述中心筒长度为4900mm，筒体上口外径为两侧旋风分离器的中心筒下口外径为中间的旋风分离器的中心筒下口外径为

筒体上端密封浇注料底部加一圈密封环板。

上述关于旋风分离器的中心筒进行的改进，通过自由吊挂方式的安装使得大筋板与支架间为自由配合(无焊接等任何方式的固定)，可以相对滑动，因此中心筒在受热膨胀时或冷却收缩时均不会受到较大的阻力发生变形。并且由于大筋板、三角筋板和中心筒为一体铸造具有较高的强度，不会发生扭曲变形，具有良好的使用效果。

(6)筒体上端密封浇注料底部加一圈密封环板。

(7)中心筒顶端由于焊接强度及膨胀受阻挤压等多方面原因，在使用一段时间后，顶端焊口易出现焊口局部开裂等问题，对此我公司采用贴板焊接的方式进行加固，以保证安装质量。

如图所示：还包含循环灰排灰装置27，所述循环灰排灰装置包含立管设置在立管下部的回料器，所述回料器上设置回料器放灰管22，回料器放灰管连接有循环灰冷却排放器；所述循环灰冷却排放器包含冷却箱体，冷却箱体顶部设置高温物料入口，冷却箱体底部设置低温物料出口，冷却箱体外表面铺设有冷却水循环管路。循环灰冷却排放是指将立管中的循环灰直接进入回料器下部设置的循环灰冷却排放器冷却后直接排出锅炉系统，不再炉内参与循环。降低炉内循环灰量及循环倍率，锅炉能实现稳定运行，解决因循环灰过量导致的各项问题，提高全厂经济效益，并为NOx达标排放提供技术保障。

综上，本发明采用了多种技术协同优化锅炉运行、控制NOx排放，最终实现NOx超低排放。

具体的，

本发明通过新增上上二次风，进一步强化燃料分级燃烧控制NOx排放生成；

本发明通过分离器中心筒安装结构改进，提高分离器分离效率；

本发明通过SNCR脱硝系统喷枪布置位置优化设计和喷枪结构优化；

本发明优选风帽参数，合理设计风帽阻力阻力，实现风帽阻力与风速的独立，保证低负荷下的流化及布风均匀性；

本发明新增循环灰放灰装置，解决因循环灰过量导致的各项问题，提高全厂经济效益，并为NOx达标排放提供技术保障；

本发明增加主动式多阶防磨装置，防磨梁技术的核心是通过在水冷壁上设置凸台阻断贴壁流，由此减轻贴壁流对炉内受热面的磨损。本项目在提高炉膛温度的同时，减少炉膛受热面的磨损。

本发明的改造投资较少，综合改造技术完成后NOx排放浓度可以稳定的控制在50mg/m3(标态，干基，6％O2)以下，氨逃逸量平均值不到2ppm，后期运行费用和维护成本较低。

NOx超低排放技术几乎能够满足国内现有各型循环流化床锅炉，能全面提高循环流化床锅炉经济性、环保性和可靠性。

关于改进点以外的部分，都是采用目前的锅炉原本结构，细节结构不再描述；关于图纸中反映的带有附图标记的部件均已说明，无特别提及描述的部件均为现有锅炉部件。

上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化，这些变化涉及本领域技术人员所熟知的相关技术，这些都落入本发明专利的保护范围。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。