專利名稱：用蒸汽代替空氣進行高壓流化風(fēng)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用蒸汽代替空氣進行高壓流化風(fēng)的方法，用于循環(huán)流化床鍋爐回料器的流化，屬于循環(huán)流化床鍋爐流化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
自20世紀(jì)80年代開始，循環(huán)流化床鍋爐在我國飛速發(fā)展，到目前為止，130t/h等級以上的循環(huán)流化床鍋爐就有好幾百臺在運行或正處于安裝和設(shè)計中。隨著循環(huán)流化床鍋爐燃燒技術(shù)的日趨成熟，鍋爐的容量等級也不斷增加，135MW帶中間一次再熱循環(huán)流化床鍋爐也于2002年底投入了商業(yè)運行，200MW、300MW及以上循環(huán)流化床鍋爐的研究、開發(fā)也進入各大科研單位和鍋爐制造廠家的日程，實踐證明循環(huán)流化床這種新型的“清潔”燃煤技術(shù)具有煤種適應(yīng)性廣、鍋爐負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍大、污染物排放量低等諸多優(yōu)點。但從實際運行的情況來看，循環(huán)流化床鍋爐在燃用著火燃盡性能較差的燃料時，由于鍋爐運行的最佳溫度大都在850-900℃的范圍內(nèi)，燃料一次性通過爐膛燃燒室不能燃燒完全，一部分碳粒在爐膛出口隨著煙氣高速進入旋風(fēng)分離器，含碳顆粒在旋風(fēng)分離器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)并與煙氣中的空氣接觸發(fā)生后燃，這種后燃隨著物料被分離進入回料器，由于回料器是用空氣來流化的，這種后燃隨著物料與回料器高壓流化空氣接觸后更加加劇，使得回料器的溫度升高而結(jié)焦。這對于灰熔點低的燃料更容易發(fā)生。特別是目前大多數(shù)循環(huán)流化床鍋爐采用高溫絕熱式旋風(fēng)分離器，運行中發(fā)現(xiàn)回料器的回灰溫度要比爐膛出口高，有些要高出50-100℃，從而發(fā)生回料器風(fēng)帽燒損和結(jié)焦的現(xiàn)象。另外，由于回料流化風(fēng)壓頭高，風(fēng)機電耗高，高壓頭流化風(fēng)機噪音大，風(fēng)道振動嚴(yán)重，有些電廠甚至發(fā)現(xiàn)由于高壓流化風(fēng)道的振動而引起回料器風(fēng)室和整個回料器振動損壞，影響了鍋爐的運行。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是發(fā)明一種回料器不易結(jié)焦、風(fēng)帽不易燒損并具有提高脫硫功能的用蒸汽代替空氣進行高壓流化風(fēng)的方法。
為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供一種用蒸汽代替空氣進行高壓流化風(fēng)的方法，其特征在于，在鍋爐正常運行中用蒸汽進行高壓流化風(fēng)，其方法包括
(1)用蒸汽管道將汽輪機排汽或其它蒸汽源與回料器連接；(2)在鍋爐開始啟動時，開啟高壓流化風(fēng)機，用空氣來流化回料器內(nèi)的循環(huán)物料；(3)當(dāng)鍋爐升溫到回料器內(nèi)循環(huán)物料的溫度大于300℃左右，汽輪機的流化蒸汽或其它蒸汽汽源參數(shù)符合壓力大于60Kpa(g)，過熱度大于30℃以上后，打開汽輪機蒸汽管道上的截止閥，使用蒸汽來流化回料器內(nèi)的循環(huán)物料，并關(guān)閉高壓流化風(fēng)機和截止閥。
(4)在鍋爐停爐過程中，當(dāng)回料器溫度小于300℃時，開啟高壓流化風(fēng)機，用空氣來流化回料器內(nèi)的循環(huán)物料，并關(guān)閉汽輪機或其它蒸汽汽源的截止閥。
使用這個方法所需的系統(tǒng)包括鍋爐爐膛、旋風(fēng)分離器、回料器、風(fēng)帽和蒸汽噴嘴、風(fēng)和蒸汽室、尾部對流煙道、高壓流化風(fēng)機、截止閥，其特點在于，由蒸汽管道連接回料器與汽輪機或其它蒸汽汽源，在回料器和汽輪機之間的蒸汽管道上置有截止閥。
根據(jù)氣固兩相流的原理，當(dāng)通過固定床的氣或汽體流量增加到氣或汽體對顆粒的曳力剛好等于顆粒的重量減去浮力時，顆粒處于一種擬懸浮狀態(tài)，顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃朴诹黧w的一種運行狀態(tài)，此時固定床轉(zhuǎn)化為初始流化狀態(tài)，這時最小的風(fēng)速為顆粒流化的臨界流化速度Vlj。根據(jù)理論計算和實驗得出計算臨界流化風(fēng)速Vlj的經(jīng)驗公式如下Vlj＝0.0882Ar0.528(vy/Ddl) m/s式中Ar=gDdl3/vy2*(γg-γy)/γy]]>-阿基米德準(zhǔn)則vy-氣(汽)體的運動黏度系數(shù)，m2/sγg-固體顆粒的真比重，kg/m3γy-床層溫度下氣(汽)體的比重，kg/m3Ddl-固體顆粒的平均直徑，mg-重力加速度，一般取9.81m/s2根據(jù)以上公式可以看出影響氣或汽體對顆粒流化的臨界速度取決于氣或汽體的比重和運動黏度系數(shù)，氣或汽體的比重越大，顆粒流化的臨界流化速度越小，也就越容易使物料流化，動力黏度越大所需要的臨界流化速度越小。根據(jù)空氣和蒸汽的物理特性可以看出，對于蒸汽，當(dāng)蒸汽壓力不是很大，溫度不太低的情況下可以作為理想氣體來處理，對于循環(huán)流化床鍋爐爐膛布風(fēng)板、回料器、流化床冷渣器和外置式換熱器等部分，蒸汽均可以作為理想氣體來處理。對于相同壓力和溫度下，蒸汽的比重比空氣小，黏度比空氣大，因此用蒸汽流化顆粒物料的效果基本與空氣等同。經(jīng)過計算分析發(fā)現(xiàn)其它條件相同的情況下，達到相同的流化速度所需的蒸汽質(zhì)量流量要比空氣的質(zhì)量流量小。從理論分析得出使用蒸汽代替空氣來流化物料是完全可行的。
本發(fā)明的優(yōu)點是1.可有效地防止回料器結(jié)焦；由于回料器中通蒸汽代替空氣，燃料一次性通過爐膛燃燒室不能燃燒完全，一部分碳粒在爐膛出口隨著煙氣高速進入旋風(fēng)分離器，含碳顆粒在旋風(fēng)分離器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)并與煙氣中的空氣接觸發(fā)生后燃，這種后燃隨著物料被分離進入回料器，可以避免進一步燃燒，同時蒸汽吸熱可以降低回灰溫度，防止結(jié)焦。
2.蒸汽替代高壓流化風(fēng)，可以使回料器區(qū)域水蒸汽濃度增加，CaO被活化，增加石灰石的脫硫效率；目前循環(huán)流化床鍋爐爐內(nèi)脫硫的脫硫劑一般采用石灰石CaCO3、白云石CaCO3.MgCO3，對于相同的Ca/S摩爾比的情況下，Ca(OH)2的脫硫效率比石灰石CaCO3、白云石CaCO3.MgCO3高得多，這是由于當(dāng)CaO水化成Ca(OH)2時，其比表面積將增大，空隙尺寸分布較好，當(dāng)Ca(OH)2受熱再分解成CaO放出水蒸汽的過程中形成空隙，增加了CaO的比表面積，強化了CaO的活性，使石灰石的利用率提高。另外，根據(jù)CaO的脫硫機理，CaCO3顆粒轉(zhuǎn)變成CaO顆粒時其摩爾體積縮小了45％，因而使原CaCO3內(nèi)的自然空隙擴大了許多，這有利于多孔隙的CaO與SO2進行反應(yīng)生成CaSO4，但是CaO變成CaSO4的反應(yīng)過程其摩爾體積會增大180％左右，因此在反應(yīng)開始，就會在CaO的表面生成一層致密CaSO4薄層，阻礙了SO2進一步擴散到CaO顆粒內(nèi)層進行反應(yīng)，使用蒸汽流化可以使CaSO4與蒸汽發(fā)生水合反應(yīng)而破裂，露出新的CaO表面，提高鈣的脫硫利用率。
其次，用蒸汽替代高壓流化空氣，會使煙氣中的水蒸汽含量增加，起到爐內(nèi)噴鈣尾部煙道增濕脫硫的效果，使得細(xì)小的CaO顆粒飛出旋風(fēng)分離器后，在尾部對流煙道低溫區(qū)和H2O反應(yīng)生成Ca(OH)2和煙氣中的SO2相遇以后具有很高的反應(yīng)速度將SO2吸收，提高鈣的利用率和進一步降低SO2的排放濃度。在同樣條件下，得到同樣的脫硫效率，利用蒸汽流化石灰石的消耗量要比空氣流化低20-30％。鍋爐實際運行的經(jīng)驗表明，隨著Ca/S摩爾比的減小，NOx的排放濃度也有所降低。
3.運行維護簡單，蒸汽壓力易于調(diào)節(jié)；在循環(huán)流化床鍋爐的設(shè)計中，為了便于回料器返料流暢和防止?fàn)t膛煙氣反竄，回料風(fēng)所需壓頭要比一次風(fēng)壓頭高得多，需配備專門的流化風(fēng)機，并且為了增加系統(tǒng)的可靠性，通常還需配備備用風(fēng)機，使得系統(tǒng)布置、維護復(fù)雜，投資增加。如果使用蒸汽代替該部分流化空氣，蒸汽的壓力可以根據(jù)運行工況和煤中的變化隨意調(diào)整，也不需要配備備用風(fēng)機，系統(tǒng)設(shè)備簡單可靠，操作方便。
4.避免管道和高壓流化風(fēng)機的震動和噪音，改善電廠運行環(huán)境。


圖1為循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)示意圖。
具體實施例方式
由于鍋爐本身產(chǎn)蒸汽，蒸汽通過汽輪機到發(fā)電機發(fā)電，因此蒸汽可以來自于汽輪機排汽或中間抽汽，也可以來自鍋爐本身或其他源發(fā)生裝置。
本實施例以上海鍋爐廠有限公司150MW帶中間再熱循環(huán)流化床鍋爐為例，蒸汽由汽輪機排汽或中間抽汽提供如圖1所示，為循環(huán)流化床鍋爐系統(tǒng)示意圖，由鍋爐1、旋風(fēng)分離器2、回料器3、風(fēng)帽和蒸汽噴嘴4、風(fēng)和蒸汽室5、尾部對流煙道6、截止閥7、汽輪機8、高壓流化風(fēng)機9、截止閥10組成，旋風(fēng)分離器2連接鍋爐1的上端，旋風(fēng)分離器2的上端連接尾部對流煙道6，旋風(fēng)分離器2的下端連接回料器3，回料器3連接鍋爐1的下端，回料器3里置有風(fēng)帽和蒸汽噴嘴4，回料器3的下端用蒸汽管道連接汽輪機8，在回料器3和汽輪機8之間的蒸汽管道上裝上截止閥7，用空氣管道連接高壓流化風(fēng)機9，在回料器3和高壓流化風(fēng)機9的空氣管道上裝上截止閥10。
用蒸汽代替空氣進行高壓流化風(fēng)的方法為(1)在鍋爐1開始啟動時，開啟高壓流化風(fēng)機9，用空氣來流化回料器3內(nèi)的循環(huán)物料；(2)當(dāng)鍋爐1升溫到回料器3內(nèi)循環(huán)物料的溫度大于300℃左右，汽輪機8的流化蒸汽汽源參數(shù)符合壓力大于60Kpa(g)，過熱度大于30℃以上后，打開汽輪機8蒸汽管道上的截止閥7，使用蒸汽來流化回料器3內(nèi)的循環(huán)物料，并關(guān)閉高壓流化風(fēng)機9和截止閥10。
(3)在鍋爐1停爐過程中，當(dāng)回料器3溫度小于300℃時，開啟高壓流化風(fēng)機9，用空氣來流化回料器3內(nèi)的循環(huán)物料，并關(guān)閉汽輪機8上的截止閥7。
燃料在鍋爐1的爐膛中燃燒，煙氣高速進入旋風(fēng)分離器2，分離后煙氣由尾部對流煙道6排出，大量的物料和一部分未燃盡的含碳顆粒在旋風(fēng)分離器內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)并強化與煙氣中的空氣混合發(fā)生后燃，這種后燃隨著物料被分離進入回料器3，由汽輪機提供的低壓蒸汽進入回料器3，由風(fēng)帽和蒸汽噴嘴4噴出對循環(huán)物料進行流化。
上海鍋爐廠有限公司150MW帶中間再熱循環(huán)流化床鍋爐共用2個回料器，每個回料器的床面積為4.96m2，根據(jù)設(shè)計運行時流化速度為0.6-0.8m/s，流化蒸汽蒸汽量按1.0m/s進行計算，所需流化蒸汽為35712m3/h，設(shè)計回灰溫度870℃，壓力34.0KPa，絕對壓力為0.1353MPa，在此狀況下，蒸汽按理想氣體處理，蒸汽的比容為3.9m3/kg，因此所需的回料器流化蒸汽量為9157kg/h。
根據(jù)鍋爐或電廠汽機蒸汽的來源的方便選取汽源，現(xiàn)按進口汽源溫度為150-200℃，蒸汽焓按2800-3000kJ/kg來考慮。如果汽源來自鍋爐系統(tǒng)以外，鍋爐效率將增加。若來自鍋爐自身蒸汽，鍋爐的排煙熱損失將增加。根據(jù)熱力計算，鍋爐在沒有用蒸汽替代高壓流化空氣的情況下，鍋爐的排煙量為635424kg/h，煙氣中水蒸汽的重量份額為4.042％，煙氣中水蒸汽的重量為25684kg/h，燃料中水蒸汽的熱損失按高位發(fā)熱量為0.97％。如果鍋爐利用蒸汽代替回料器高壓流化風(fēng)，此時鍋爐煙氣中水蒸汽的重量份額為5.4％，燃料中水蒸汽的熱損失按高位發(fā)熱量為1.32％，將使鍋爐的排煙熱損失增加0.3-0.4％。按熱損失計算，鍋爐每小時熱損耗為1620kw左右，如果機組按35％的發(fā)電效率計算，則電耗為567kw/h，與高壓流化風(fēng)機的電耗基本持平。
從計算分析可以看出，蒸汽流化使煙氣水蒸氣含量從4.04％增加到5.4％，因此只要煤的濕度適中，尾部煙氣水蒸氣的含量不會明顯增加，對空預(yù)熱器低溫腐蝕不會造成嚴(yán)重影響，同時蒸汽流化后由于石灰石脫硫效率的提高，SO2的排放減少，空預(yù)熱器低溫腐蝕情況大大改善。
權(quán)利要求
1.一種用蒸汽代替空氣進行高壓流化風(fēng)的方法，其特征在于，在鍋爐正常運行中用蒸汽進行高壓流化風(fēng)，其方法包括(1)用蒸汽管道將汽輪機排汽或中間抽汽(8)與回料器(3)連接；(2)在鍋爐(1)開始啟動時，開啟高壓流化風(fēng)機(9)，用空氣來流化回料器(3)內(nèi)的循環(huán)物料；(3)當(dāng)鍋爐(1)升溫到回料器(3)內(nèi)循環(huán)物料的溫度大于300℃左右，汽輪機排汽或中間抽汽(8)的流化蒸汽汽源參數(shù)符合壓力大于60Kpa(g)，過熱度大于30℃以上后，打開汽輪機(8)蒸汽管道上的截止閥(7)，使用蒸汽來流化回料器(3)內(nèi)的循環(huán)物料，并關(guān)閉高壓流化風(fēng)機(9)和截止閥(10)。(4)在鍋爐(1)停爐過程中，當(dāng)回料器(3)溫度小于300℃時，開啟高壓流化風(fēng)機(9)，用空氣來流化回料器(3)內(nèi)的循環(huán)物料，并關(guān)閉汽輪機(8)上的截止閥(7)。
2.使用這個方法所需的系統(tǒng)包括鍋爐(1)、旋風(fēng)分離器(2)、回料器(3)、蒸汽噴嘴(4)、風(fēng)和蒸汽室(5)、尾部對流煙道(6)、高壓流化風(fēng)機(9)、截止閥(10)，其特征在于，由蒸汽管道連接回料器(3)與汽輪機(8)，在回料器(3)和汽輪機(8)之間的蒸汽管道上置有截止閥(7)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的用蒸汽代替空氣進行高壓流化風(fēng)的方法和系統(tǒng)，其特征在于，所述的蒸汽可以來自于汽輪機排汽或中間抽汽，也可以來自鍋爐本身或其他汽源發(fā)生裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用蒸汽代替空氣進行高壓流化風(fēng)的方法，其特點在于，在鍋爐正常運行中用蒸汽進行高壓流化風(fēng)，其方法包括用蒸汽管道將汽輪機排汽或中間抽汽與回料器連接；在鍋爐開始啟動時，開啟高壓流化風(fēng)機，用空氣來流化回料器內(nèi)的循環(huán)物料；當(dāng)鍋爐升溫到回料器內(nèi)循環(huán)物料的溫度大于300℃左右，汽輪機的流化蒸汽汽源參數(shù)符合壓力大于60KPa(g)，過熱度大于30℃以上后，打開汽輪機蒸汽管道上的截止閥，使用蒸汽來流化回料器內(nèi)的循環(huán)物料，并關(guān)閉高壓流化風(fēng)機和截止閥；在鍋爐停爐過程中，當(dāng)回料器溫度小于300℃時，開啟高壓流化風(fēng)機，用空氣來流化回料器內(nèi)的循環(huán)物料，并關(guān)閉汽輪機上的截止閥。本發(fā)明的優(yōu)點是通過用蒸汽替代高壓流化風(fēng)可以防止和減輕回料器或其它高溫區(qū)的結(jié)焦，提高鍋爐運行的可靠性，同時利用蒸汽流化提高循環(huán)流化床鍋爐脫硫劑的利用率和降低NOx的排放濃度，節(jié)約電廠運行成本。
文檔編號F23C10/22GK1566749SQ0312917
公開日2005年1月19日 申請日期2003年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月11日
發(fā)明者肖峰, 陳干錦, 倪曉暉, 邵國楨 申請人:上海鍋爐廠有限公司