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申请/专利权人：太原锅炉集团有限公司;清华大学

摘要：本发明一种粉煤颗粒循环流化床燃烧系统及其燃烧方法，属于清洁煤技术领域。包括点火装置、排渣管、布风装置、炉膛、给煤管、返料管、二次风管、旋风分离器、回料阀、尾部烟道、过热器、省煤器、空预器及其炉前的柱碎机装置；煤粉炉的细粉有利于流动均匀及快速燃尽，流化床的较低的床温及大量物料内外循环有利于降低污染物排放，本发明在将煤粉炉和循环流化床两种燃煤技术有机结合的基础上进行了深层次的优化，得到一种超高性能、超低排放的燃烧技术。

主权项：1.一种粉煤颗粒循环流化床燃烧系统燃烧粉煤颗粒的方法，应用于粉煤颗粒循环流化床燃烧系统，燃烧系统包括点火装置1、排渣管2、布风装置3、炉膛4、给煤管5、返料管6、二次风管7、旋风分离器8、回料阀9、尾部烟道10、过热器11、省煤器12、空预器13及其炉前的柱碎机装置；所述点火装置1位于布风装置3的后端，并通过弹簧吊架悬吊在锅炉横梁上；所述排渣管2的上端穿过布风装置3与炉膛4连通，下端与冷渣机连接；所述排渣管2共有4根，外侧两根为连续性排渣管，内侧两根为选择性排渣管；所述炉膛4位于布风装置3的上方，且炉膛4的出口通过非金属膨胀节与旋风分离器8相连；所述给煤管5布置于炉膛4的前墙下侧；所述返料管6布置于炉膛4的后墙下侧；所述二次风管7在炉膛4的前后墙交错布置，且前墙的二次风口数量大于后墙的数量；所述旋风分离器8位于炉膛4和尾部烟道10的中间，且旋风分离器8的进口通过非金属膨胀节与炉膛4相连，旋风分离器8的排气口通过非金属膨胀节与尾部烟道10相连；所述回料阀9的上口与旋风分离器8的下部立管相连接，回料阀9的下口通过金属膨胀节与返料管6相连接；所述尾部烟道10位于燃烧系统的后方，所述过热器11和省煤器12依次支撑在尾部烟道10内；所述空预器13通过胀缩节连接于省煤器12的下方；其中，所述炉膛4分为底部竖直段区域4-1、过渡段区域4-2及上部竖直段区域4-3，底部竖直段区域4-1位于二次风口7以下，高度为3.8m，底部竖直段区域宽度方向的尺寸与炉膛上部相同，深度方向的尺寸为炉膛上部深度的0.35倍，过渡段区域4-2为二次风口上部一段，从上往下在深度方向收缩为原来的0.35倍，上部竖直段区域4-3为传热的主要空间，高度为25m，其特征是：所述燃烧方法包括：通过炉前的柱碎机装置将原煤颗粒破碎为0～2mm的粉煤颗粒，占总风量35％的一次风经空预器13预热后由布风装置3进入炉膛底部的竖直段区域4-1，通过给煤管5进入炉膛底部的粉煤颗粒和通过返料管6进入炉膛底部的循环灰在一次风鼓泡作用下，大部分被输送到炉膛过渡段区域4-2，占总风量65％的二次风经空预器13预热后通过位于过渡段区域下端的二次风管7及时补入，二次风容易到达炉膛中央，避免贫氧区，在一二次风共同作用下，物料接着被送到炉膛上部竖直段区域4-3，随后，粒径大于300um的颗粒贴壁回流形成内循环物料，粒径小于300um的细物料进入高效旋风分离器8后，99.9％的物料被捕捉形成外循环物料，其余超细物料以飞灰形式被烟气携带进入尾部烟道10，为避免细灰在尾部烟道10沉积，尾部烟气流速比常规锅炉高3ms，炉膛底部竖直段区域和上部竖直段区域的表观气速均为4ms，粉煤颗粒在这一系列的内循环和外循环中完成燃烧过程；运行时维持炉膛差压为8Kpa，尾部氧量为2～3％，此时床温保持在850℃，二次风口之上的炉膛差压保持在平均100Pam，高效燃烧的同时又能较好抑制NOx的生成及高效脱除SO2；所述柱碎机装置为一种破碎机系统。

全文数据：一种粉煤颗粒循环流化床燃烧系统及其燃烧方法技术领域[0001]本发明属于清洁煤技术领域，具体涉及一种粉煤颗粒循环流化床燃烧系统及其燃烧方法。背景技术[0002]循环流化床燃煤技术是一项成熟的清洁煤燃烧技术，现已经进入大规模的商业化阶段。然而随着环保政策日趋严格，单纯通过循环流化床锅炉炉内污染物控制措施已经无法满足现有的环保标准要求；同时循环流化床锅炉为兼顾环保特性，被迫牺牲部分能效特性一一如降低炉膛温度、减小过量空气系数等，最直接表现为环保型循环流化床锅炉飞灰含碳量及底渣含碳量普遍偏高。煤粉炉有将近两百年的运行历史，被公认为燃烧效率最高的一项燃煤技术，然而，要其实现较好的环保特性，炉后必须配套造价昂贵的SCR脱硝系统、湿法脱硫及湿电除尘系统等，煤粉炉用户不堪重负。基于以上因素综合考虑，迫切需要一种粉煤颗粒循环流化床PC-CF®燃烧方法及系统，以满足高效燃烧、超低排放的市场需要。发明内容[0003]本发明的发明目的是针对现有技术的不足，提供一种粉煤颗粒循环流化床燃烧系统及其燃烧方法。[0004]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:一种粉煤颗粒循环流化床燃烧系统，其中：包括点火装置、排渣管、布风装置、炉膛、给煤管、返料管、二次风管、旋风分离器、回料阀、尾部烟道、过热器、省煤器、空预器及其炉前的柱碎机装置;所述点火装置位于布风装置的后端，并通过弹簧吊架悬吊在锅炉横梁上;所述排渣管的上端穿过布风装置与炉膛连通，下端与冷渣机连接;所述排渣管共有4根，外侧两根为连续性排渣管，内侧两根为选择性排渣管;所述炉膛位于布风装置的上方，且炉膛的出口通过非金属膨胀节与旋风分离器相连;所述给煤管布置于炉膛的前墙下侧;所述返料管布置于炉膛的后墙下侧;所述二次风管在炉膛的前后墙交错布置，且前墙的二次风口数量大于后墙的数量;所述旋风分离器位于炉膛和尾部烟道的中间，且旋风分离器的进口通过非金属膨胀节与炉膛相连，旋风分离器的排气口通过非金属膨胀节与尾部烟道相连;所述回料阀的上口与旋风分离器的下部立管相连接，回料阀的下口通过金属膨胀节与返料管相连接;所述尾部烟道位于燃烧系统的后方，所述过热器和省煤器依次支撑在尾部烟道内；所述空预器通过胀缩节连接于省煤器的下方。[0005]进一步优选方式，所述炉膛分为底部竖直段区域、过渡段区域及上部竖直段区域4-3，底部竖直段区域位于二次风口以下，高度为3.8m，底部竖直段区域宽度方向的尺寸与炉膛上部相同，深度方向的尺寸为炉膛上部深度的0.35倍，过渡段区域为二次风口上部一段，从上往下在深度方向收缩为原来的0.35倍，上部竖直段区域为传热的主要空间，高度为25m，为降低循环物料的粒径，炉膛底部竖直段区域和上部竖直段区域的表观气速均选取为4ms。[0006]进一步优选方式，所述旋风分离器包括进口加速段、筒体、锥体、立管及排气管，所述加速段与筒体相切处的喉口流速设计为35ms，筒体高度为筒体直径的1•5倍，锥体高度为筒体直径的2倍，排气管采用“倒锥形”结构，插入深度为进口高度的〇.5倍。[0007]进一步优选方式，所述布风装置截面积为炉膛截面积的35%，同时采用小钟罩风帽，风帽小孔流速为40Nms，风帽阻力为2300Pa，使PC-CFB炉在低负荷状态下也能够稳定运行。[0008]进一步优选方式，所述二次风口单层前后墙交错布置，且前墙二次风口数量大于后墙，二次风口流速为80ms，与布风装置的垂直距离为3•5〜4.5m，在保证燃烧的前提下，提升了PC-CFB炉的环保特性。~’[0009]本发明一种利用所述粉煤颗粒循环流化床燃烧系统燃烧粉煤颗粒的方法，具体为，通过炉前的柱碎机装置将原煤颗粒破碎为0〜2mm的粉煤颗粒，占总风量35%的一次风经空预器预热后由布风装置进入炉膛底部的竖直段区域，通过给煤管进入炉膛底部的粉煤颗粒和通过返料管进入炉膛底部的循环灰在一次风鼓泡作用下，大部分被输送到炉膛过渡段区域，占总风量65%的二次风经空预器预热后通过位于过渡段区域下端的二次风管及时补入，二次风容易到达炉膛中央，避免贫氧区，在一二次风共同作用下，物料接着被送到炉膛上部竖直段区域，随后，粒径大于300um的颗粒贴壁回流形成内循环物料，粒径小于300um的细物料进入高效旋风分离器后，99.9%的物料被捕捉形成外循环物料，其余超细物料以飞灰形式被烟气携带进入尾部烟道，为避免细灰在尾部烟道沉积，尾部烟气流速比常规锅炉高3ms，炉膛底部竖直段区域和上部竖直段区域的表观气速均为4ms，粉煤颗粒在这一系列的内循环和外循环中完成燃烧过程;运行时维持炉膛差压为8Kpa，尾部氧量为2〜3%，此时床温保持在850°C，二次风口之上的炉膛差压保持在平均l〇〇pam，高效燃烧的同时又能较好抑制NOx的生成及高效脱除S02;所述柱碎机装置为一种破碎机系统。[0010]与现有的煤燃烧技术相比，本发明具有以下有益效果：[0011]①燃烧效率高、炉内脱硫效果好，同时有效抑制NOx的生成，在钙硫比小于2的情况下，炉内脱硫效率大于99%，N0x的原始生成量小于50mgNm3;[0012]②炉膛内灰浓度大，炉内传热系数高，尾部烟气流速高，尾部对流传热系数高，降低换热面积，节省钢耗量。[0013]③炉内物料粒度细，流化风速低，彻底消除CFB锅炉的磨损问题。附图说明[0014]图1为本发明一种粉煤颗粒循环流化床燃烧系统的结构示意图。具体实施方式[0015]如图1所示，本实施例所述一种粉煤颗粒循环流化床燃烧系统，其中：包括点火装置1、排渣管2、布风装置3、炉膛4、给煤管5、返料管6、二次风管7、旋风分离器8、回料阀9、尾部烟道10、过热器11、省煤器12、空预器13及其炉前的柱碎机装置;所述点火装置〖位于布风装置3的后端，并通过弹簧吊架悬吊在锅炉横梁上;所述排渣管2的上端穿过布风装置3与炉膛4连通，下端与冷渣机连接;所述排渣管2共有4根，外侧两根为连续性排渣管，内侧两根为选择性排渣管;所述炉膛4位于布风装置3的上方，且炉膛4的出口通过非金属膨胀节与旋风分离器8相连;所述给煤管5布置于炉膛4的前墙下侧;所述返料管6布置于炉膛4的后墙下侧;所述二次风管7在炉膛4的前后墙交错布置，且前墙的二次风口数量大于后墙的数量;所述旋风分离器8位于炉膛4和尾部烟道10的中间，且旋风分离器8的进口通过非金属膨胀节与炉膛4相连，旋风分离器8的排气口通过非金属膨胀节与尾部烟道10相连;所述回料阀9的上口与旋风分离器8的下部立管相连接，回料阀9的下口通过金属膨胀节与返料管6相连接；所述尾部烟道10位于燃烧系统的后方，所述过热器11和省煤器12依次支撑在尾部烟道1〇内；所述空预器13通过胀缩节连接于省煤器12的下方。[0016]本实施例中所述炉膛4分为底部竖直段区域4-1、过渡段区域4-2及上部竖直段区域4-3，底部竖直段区域4-1位于二次风口7以下，高度为3.8m，底部竖直段区域宽度方向的尺寸与炉膛上部相同，深度方向的尺寸为炉膛上部深度的0.35倍，过渡段区域4-2为二次风口上部一段，从上往下在深度方向收缩为原来的0.35倍，上部竖直段区域4-3为传热的主要空间，高度为25m，为降低循环物料的粒径，炉膛底部竖直段区域4-1和上部竖直段区域4-3的表观气速均选取为4ms。[0017]本实施例中所述旋风分离器8包括进口加速段8-1、筒体8-2、锥体8-3、立管8-4及排气管8-5，所述加速段8-1与筒体8-2相切处的喉口流速设计为35ms，筒体8-2高度为筒体直径的1.5倍，锥体8-3高度为筒体直径的2倍，排气管8-5采用“倒锥形”结构，插入深度为进口高度的0.5倍。[0018]本实施例中所述布风装置3截面积为炉膛截面积的35%，同时采用小钟罩风帽，风帽小孔流速为40Nms，风帽阻力为2300Pa，使PC-CFB炉在低负荷状态下也能够稳定运行。[0019]本实施例中所述二次风口7单层前后墙交错布置，且前墙二次风口数量大于后墙，二次风口流速为80ms，与布风装置3的垂直距离为3•5〜4.5m，在保证燃烧的前提下，提升了PC-CFB炉的环保特性。[0020]本实施例一种利用所述粉煤颗粒循环流化床燃烧系统燃烧粉煤颗粒的方法，具体为，通过炉前的柱碎机装置将原煤颗粒破碎为0〜2mm的粉煤颗粒，占总风量35%的一次风经空预器13预热后由布风装置3进入炉膛底部的竖直段区域4-1，通过给煤管5进入炉膛底部的粉煤颗粒和通过返料管6进入炉膛底部的循环灰在一次风鼓泡作用下，大部分被输送到炉膛过渡段区域4-2,占总风量65%的二次风经空预器13预热后通过位于过渡段区域下端的二次风管7及时补入，二次风容易到达炉膛中央，避免贫氧区，在一二次风共同作用下，物料接着被送到炉腾上部竖直段区域4_3，随后，粒径大于3〇〇um的颗粒贴壁回流形成内循环物料，粒径小于300um的细物料进入高效旋风分离器8后，99•9%的物料被捕捉形成外循环物料，其余超细物料以飞灰形式被烟气携带进入尾部烟道10，为避免细灰在尾部烟道1〇沉积，尾部烟气流速比常规锅炉高3ms，炉腾底部竖直段区域和上部竖直段区域的表观气速均为4ms，粉煤颗粒在这一系列的内循环和外循环中完成燃烧过程;运行时维持炉腾差压为8Kpa，尾部氧量为2〜3%，此时床温保持在850°C，二次风口之上的炉腾差压保持在平均100Pam，高效燃烧的同时又能较好抑制NOx的生成及高效脱除S〇2;所述柱碎机装置为一种破碎机系统。[0021]所述回料阀9为自平衡返料装置，回料阀下部的风室实现“分区布风、单独调节”，下料侧风量偏小，回料侧风量偏大；'?[0022]所述尾部烟道10容易有超细灰的粘附沉积，需要提高尾部烟气流速，尾部烟气流速选取比CFB锅炉高3ms;[0023]本发明提供了一种节能与减排兼得的清洁煤燃烧技术，使煤粉炉的细粉有利于流动均匀及快速燃尽，流化床的较低的床温及大量物料内外循环有利于降低污染物排放，本发明在将煤粉炉和循环流化床两种燃煤技术有机结合的基础上进行了深层次的优化，得到一种超高性能、超低排放的燃烧技术。

权利要求：1.一种粉煤颗粒循环流化床燃烧系统，其特征是:包括点火装置（1、排渣管2、布风装置⑶、炉膛4、给煤管5、返料管6、二次风管7、旋风分离器⑻、回料阀⑼、尾部烟道（10、过热器11、省煤器12、空预器（13及其炉前的柱碎机装置;所述点火装置（1位于布风装置3的后端，并通过弹簧吊架悬吊在锅炉横梁上;所述排渣管2的上端穿过布风装置3与炉膛4连通，下端与冷渣机连接;所述排渣管2共有4根，外侧两根为连续性排渣管，内侧两根为选择性排渣管;所述炉膛4位于布风装置3的上方，且炉膛4的出口通过非金属膨胀节与旋风分离器8相连;所述给煤管⑸布置于炉膛⑷的前墙下侧；所述返料管6布置于炉膛4的后墙下侧;所述二次风管7在炉膛4的前后墙交错布置，且前墙的二次风口数量大于后墙的数量;所述旋风分离器8位于炉膛4和尾部烟道10的中间，且旋风分离器⑻的进口通过非金属膨胀节与炉膛⑷相连，旋风分离器⑻的排气口通过非金属膨胀节与尾部烟道10相连;所述回料阀⑼的上口与旋风分离器⑻的下部立管相连接，回料阀（9的下口通过金属膨胀节与返料管（6相连接;所述尾部烟道10位于燃烧系统的后方，所述过热器（11和省煤器（12依次支撑在尾部烟道（1〇内；所述空预器13通过胀缩节连接于省煤器12的下方。2.根据权利要求1所述的一种粉煤颗粒循环流化床燃烧系统，其特征是:所述炉膛4分为底部竖直段区域4-1、过渡段区域4-2及上部竖直段区域4-3，底部竖直段区域4-1位于二次风口（7以下，高度为3.8m，底部竖直段区域宽度方向的尺寸与炉膛上部相同，深度方向的尺寸为炉膛上部深度的0.35倍，过渡段区域4-2为二次风口上部一段，从上往下在深度方向收缩为原来的0.35倍，上部竖直段区域4-3为传热的主要空间，高度为25m，为降低循环物料的粒径，炉膛底部竖直段区域4-1和上部竖直段区域4-3的表观气速均选取为4ms。3.根据权利要求1所述的一种粉煤颗粒循环流化床燃烧系统，其特征是:所述旋风分离器⑻包括进口加速段8-1、筒体8-2、锥体8-3、立管8-4及排气管8-5，所述加速段8-1与筒体8-2相切处的喉口流速设计为35ms，筒体8-2高度为筒体直径的1.5倍，锥体8-3高度为筒体直径的2倍，排气管8-5采用“倒锥形”结构，插入深度为进口高度的0_5倍。4.根据权利要求1所述的一种粉煤颗粒循环流化床燃烧系统，其特征是:所述布风装置3截面积为炉膛截面积的35%，同时采用小钟罩风帽，风帽小孔流速为40Nms，风帽阻力为2300Pa，使PC-CFB炉在低负荷状态下也能够稳定运行。5.根据权利要求1所述的一种粉煤颗粒循环流化床燃烧系统，其特征是:所述二次风口7单层前后墙交错布置，且前墙二次风口数量大于后墙，二次风口流速为80ms，与布风装置⑶的垂直距离为3_5〜4•5m。6.—种利用权利要求1至5任一项所述粉煤颗粒循环流化床燃烧系统燃烧粉煤颗粒的方法，其特征是:通过炉前的柱碎机装置将原煤颗粒破碎为〇〜2mm的粉煤颗粒，占总风量35%的一次风经空预器（13预热后由布风装置⑶进入炉膛底部的竖直段区域4-1，通过给煤管5进入炉膛底部的粉煤颗粒和通过返料管6进入炉膛底部的循环灰在一次风鼓泡作用下，大部分被输送到炉膛过渡段区域4-2，占总风量65%的二次风经空预器（13预热后通过位于过渡段区域下端的二次风管7及时补入，二次风容易到达炉膛中央，避免贫氧区，在一二次风共同作用下，物料接着被送到炉膛上部竖直段区域4-3，随后，粒径大于川mimtw棚权贴莖凹狐形战iA」伽邱物料，粒径小于3〇〇咖的细物料进入高效旋风分离器（8后:_9%的物料被捕捉形成外循环物料，其余超细物料以飞灰形式被烟气携带进入尾部烟道10，为避免细灰在尾部烟道1〇沉积，尾部烟气流速比常规锅炉高3ms，炉膛底部竖直段区域和上部竖直段区域的表观气速均为4ms，粉煤颗粒在这一系列的内循环和外循环中完成燃烧过程;运行时维持炉膛差压为8Kpa，尾部氧量为2〜3%，此时床温保持在850。：，二次风口之上的炉膛差压保持在平均l〇〇Pam，高效燃烧的同时又能较好抑制N〇X的生成及高效脱除S02;所述柱碎机装置为一种破碎机系统。

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