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申请/专利权人：东方电气集团东方锅炉股份有限公司

摘要：本发明公开了一种燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构，炉膛中距离布风板15％H以上区域的部分炉膛空间设置为非等截面结构，所述非等截面结构区域内的最大截面积与最小截面积之比α满足1＜α≤2，其中，H为炉膛中布风板到炉顶的高度。对于燃超高灰分燃料的循环流化床锅炉，通过以上措施，可维持炉内较低的颗粒浓度和较低的颗粒速度，减轻受热面的磨损，同时兼顾炉内传热并确保炉内传热均匀。

主权项：1.一种燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构，其特征在于，炉膛中距离布风板15％H～50％H的部分炉膛空间设置为非等截面结构，所述非等截面结构区域内的最大截面积与最小截面积之比α满足1＜α≤2，其中，H为炉膛中布风板到炉顶的高度；所述循环流化床热力系统布置结构包括炉膛、分离单元入口烟道、分离单元、分离单元出口烟道、尾部烟道和回料单元，所述炉膛通过分离单元入口烟道与分离单元相连，所述分离单元通过分离单元出口烟道与尾部烟道相连并且通过回料单元与炉膛相连，所述循环流化床热力系统布置结构还包括过热器，所述炉膛内不布置屏式过热器；所述循环流化床热力系统布置结构还包括再热器，所述炉膛内不布置再热器受热面。

全文数据：一种燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构技术领域本发明涉及利用循环流化床锅炉燃超高灰分燃料的技术领域，更具体地讲，涉及一种燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构。背景技术石煤作为一种多金属共生页岩矿，在我国分布较广。石煤具有高灰分、低热值、硬度大等特点，既可用作劣质燃料，也可从中提取多种稀有金属。据煤炭部资料统计，我国目前石煤资源储量约618亿吨，广泛分布于湖南、广西、浙江、江西等地，石煤伴生钒资源丰富，其中V2O5≥0.5％的石煤中V2O5资源量为77075千吨，是我国钒钛磁铁矿中V2O5资源量的2.7倍，从石煤中提钒成为我国利用钒资源的一个重要发展方向。由此可见，石煤的资源开采利用价值很高，探索其综合利用的有效途径，充分利用其热资源和伴生金属，保证效益最大化，是当今能源领域需解决的迫切问题。石煤作为燃料最大的特点是灰渣量大，特别是热值低，折算灰分更大，同时其灰成分中硅含量很高，因此需要特别考虑炉内受热面的布置，并做好其防磨特性。由磨损公式可知，物料对管壁的磨损速率与其流速的三次方成正比，与其浓度成正比，即减轻磨损可从降低颗粒速度和降低颗粒浓度两方面考虑，同时需兼顾炉内传热，不能以牺牲炉内传热为代价。因此以石煤作为燃料的热力系统需要解决的核心问题是：炉内低颗粒浓度与传热之间的平衡问题。申请号为CN201010547451的中国专利“利用循环流化床锅炉燃烧石煤提钒和发电的综合利用方法”主要针对在循环流化床锅炉中，利用石煤与石油焦或无烟煤进行掺烧发电，利用含硫烟气制取硫酸，并利用制取的硫酸对燃烧后产生的灰进行酸侵提钒的综合利用方法，未提及燃用石煤的循环流化床锅炉如何布置受热面。申请号为CN201310155681的中国专利“一种用于石煤提硒的循环流化床锅炉系统”主要针对提高进入提硒系统的飞灰中硒含量，减少进入提硒系统的飞灰量，没有具体考虑燃用石煤的循环流化床锅炉如何布置受热面。申请号为CN201310431117的中国专利“一种多床循环流化床石煤脱碳装置”主要描述一种实现低热值石煤稳定燃烧和脱碳效率高的多床循环流化床石煤脱碳装置，对于燃用石煤的循环流化床锅炉受热面如何布置没有做详细考虑。但是，上述专利均未解决核心问题——即炉内低颗粒浓度与传热之间的平衡问题，仍然限制了石煤等60％以上灰分的超高灰分燃料的高效利用。发明内容针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种能够较好地解决炉内低颗粒浓度与传热之间的平衡问题的燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构。本发明提供了一种燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构，炉膛中距离布风板15％H以上区域的部分炉膛空间设置为非等截面结构，所述非等截面结构区域内的最大截面积与最小截面积之比α满足1＜α≤2，其中，H为炉膛中布风板到炉顶的高度。根据本发明燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构的一个实施例，炉膛中距离布风板15％H～50％H的部分炉膛空间设置为非等截面结构，所述布风板为单布风板或双布风板。根据本发明燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构的一个实施例，扩大炉膛截面积至BMCR工况下的炉膛断面速度为3～5ms。根据本发明燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构的一个实施例，当所述超高灰分燃料为石煤时，炉膛的入炉最大燃料粒径控制在6mm以内。根据本发明燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构的一个实施例，所述循环流化床热力系统布置结构包括炉膛、分离单元入口烟道、分离单元、分离单元出口烟道、尾部烟道和回料单元，所述炉膛通过分离单元入口烟道与分离单元相连，所述分离单元通过分离单元出口烟道与尾部烟道相连并且通过回料单元与炉膛相连，所述循环流化床热力系统布置结构还包括过热器，所述炉膛内不布置屏式过热器。根据本发明燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构的一个实施例，所述循环流化床热力系统布置结构还包括再热器，所述炉膛内不布置再热器受热面。根据本发明燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构的一个实施例，所述循环流化床热力系统布置结构还包括外置换热器，所述外置换热器内布置一部分过热器。根据本发明燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构的一个实施例，所述循环流化床热力系统布置结构还包括外置换热器，所述外置换热器内布置一部分过热器和一部分再热器。根据本发明燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构的一个实施例，炉膛下部侧壁距布风板200mm～H2之间的位置和回料单元处均设置有细渣排放口。根据本发明燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构的一个实施例，所述外置换热器设置有细渣排放口。与现有的常规循环流化床燃煤锅炉相比，本发明的系统燃用超高灰分燃料具有如下几点优势：1通过设置布风板以上一定区域的炉膛空间为非等截面结构，使得床料、燃料中较大固体颗粒无法被热烟气夹带到炉膛上部，能够控制炉膛上部较低的固体颗粒浓度以减轻磨损；2适当放大炉膛截面，实现较低的固体颗粒夹带率，维持烟气中较低的固体颗粒浓度，以减轻磨损；3控制入炉燃料粒度并采用更细的颗粒粒径，实现在较低的烟速、较低的颗粒速度条件下燃料颗粒可以在炉内均匀分布，不影响上部传热；4在炉膛下部侧壁、回料器、外置换热器等合适位置处设置排细渣口，控制炉膛床压在较低水平，促使炉内循环物料的存量趋于常规循环流化床锅炉，进一步减轻磨损；5炉内不布置屏式过热器，对于带再热的锅炉，炉内不布置屏式再热器，防止高温级受热面的磨损。附图说明图1示出了根据本发明一个示例性实施例的燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构的整体结构示意图。图2示出了根据本发明另一个示例性实施例的燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构的整体结构示意图。附图标记说明：1-炉膛、2-分离单元入口烟道、3-分离单元、4-回料单元、5-分离单元出口烟道、6-尾部烟道、7-外置换热器、8-布风板、9-非等截面结构、10-细渣排放口。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和或步骤以外，均可以以任何方式组合。本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。下面对本发明的燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构进行具体描述和说明。图1示出了根据本发明一个示例性实施例的燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构的整体结构示意图，图2示出了根据本发明另一个示例性实施例的燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构的整体结构示意图。如图1和图2所示，根据本发明的示例性实施例，所述燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构包含炉膛1、分离单元入口烟道2、分离单元3、回料单元4、分离单元出口烟道5和尾部烟道6，炉膛1通过分离单元入口烟道2与分离单元3相连，分离单元3通过分离单元出口烟道5与尾部烟道6相连并且通过回料单元4与炉膛1相连。具体流程为：燃料从给料口给入后在炉膛1中燃烧，所产生的高温烟气经分离单元入口烟道2进入分离单元3如旋风分离器进行气固分离，每个分离单元下均配有回料单元4，由分离单元3分离下来的物料经回料单元4返回炉膛1，经分离单元3气固分离后的热烟气则通过分离单元出口烟道5进入尾部烟道6。为了实现本发明的目的，本发明燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构的炉膛1中距离布风板815％H以上区域的部分炉膛空间设置为非等截面结构9，并且该非等截面结构区域内的最大截面积与最小截面积之比α满足1＜α≤2，其中，H为炉膛中布风板到炉顶的高度。通过该设置，使得床料、燃料中较大固体颗粒无法被热烟气夹带到炉膛出口，从而控制炉膛上部较低的固体颗粒浓度，有效地减轻磨损。优选地，将炉膛中距离布风板15％H～50％H的部分炉膛空间设置为非等截面结构，更有利于控制固体颗粒浓度，同样有利于减轻磨损。并且，本发明中的布风板可以为单布风板或双布风板。进一步地，本发明中通过适当扩大炉膛截面积至BMCR工况下的炉膛断面速度为3～5ms，可实现较低的固体颗粒夹带率，维持炉膛上部较低的固体颗粒浓度。此外，通过严格控制入炉燃料粒度并采用更细的颗粒粒径，能够实现在较低的烟速、较低的颗粒速度条件下燃料颗粒可以在炉内实现合适的夹带率，不影响上部传热。当超高灰分燃料为石煤时，炉膛的入炉最大燃料粒径控制在6mm以内。本发明的循环流化床热力系统布置结构还可以包括过热器，但为了避免受热面的磨损，在炉膛1内不布置屏式过热器。本发明的循环流化床热力系统布置结构还可以包括还包括再热器，为了避免受热面的磨损，炉膛1内不布置屏式再热器。本发明的循环流化床热力系统布置结构可以配置外置换热器7，其中，外置换热器7内可以布置一部分过热器，也可以根据需求布置一部分过热器和一部分再热器。根据本发明，在炉膛1下部侧壁距布风板8200mm～H2之间的位置和回料单元4处均设置有细渣排放口10。通过细渣排放口的设置，一方面确保炉膛床压控制在较低水平，另一方面促使炉内循环物料的存量趋于常规循环流化床锅炉，防止炉膛上部颗粒浓度过高引起的磨损。此外，当本发明配置有外置换热器7时，外置换热器7也设置有细渣排放口，以确保炉膛床压控制在较低水平。下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。实施例1：本实施例针对的是热值为1000大卡、灰分接近80％的石煤，煤灰成分中的SiO2含量超过80％，流化床锅炉需实现350MW的超临界参数。流化床锅炉的具体参数如下表1所示。表1实施例1中流化床锅炉的具体参数如图1所示，本实施例中的流化床锅炉为单炉膛、单布风板、平衡通风、一次中间再热、循环流化床燃烧方式。其中，布风板至炉顶的距离H为40m。在距布风板9m到14m区域的炉膛空间采用非等截面结构，该区域最大截面积与最小截面积之比控制在1.5。并且，适当放大炉膛1的截面以控制BMCR工况下炉膛截面速度在4ms。控制入炉石煤粒径在6mm以内，使得在较低的烟速、较低的颗粒速度条件下燃料颗粒可以在炉内均匀分布，炉内传热良好。燃料燃烧产生的热烟气将热传递给炉膛1的水冷壁，经分离单元入口烟道2进入分离单元3进行气固分离，分离单元3采用高温冷却式旋风分离器，每个炉膛1对应4个旋风分离器，布置在炉膛1的两侧钢架内，每个旋风分离器下均配有回料单元4，由旋风分离器分离下来的物料一部分经回料单元4直接返回炉膛1，另一部分则经过外置换热器7后再返回炉膛1。每个炉膛1对应4个外置换热器7，布置在炉膛1的两侧钢架内，外置换热器7内布置有高温过热器和高温再热器，通过控制外置换热器7内的固体粒子流量来控制外置换热器的出口温度。经旋风分离器气固分离后的热烟气经分离单元出口烟道5进入尾部烟道6。其中，炉膛1下部侧壁距布风板8200mm～10m之间的位置设有若干个排细渣口，沿后墙特定区域均匀布置，每个回料单元均设有排细渣口，每个外置换热器也设置有排细渣口，确保炉膛床压控制在较低水平。实施例2：本实施例针对的是热值为1000大卡、灰分接近80％的石煤，煤灰成分中的SiO2含量超过80％，流化床锅炉需实现600MW超超临界参数。流化床锅炉的具体参数如下表2所示。表2实施例2中流化床锅炉的具体参数名称单位BMCR工况数值主蒸汽流量th2060主蒸汽出口压力MPag26.15主蒸汽出口温度℃605省煤器进口处给水温度℃296再热蒸汽流量th1676.93再热蒸汽进口压力MPag5.3再热蒸汽进口温度℃362再热蒸汽出口压力MPag5.1再热蒸汽出口温度℃603如图2所示，本实施例中的流化床锅炉为单炉膛、双布风板、平衡通风、一次中间再热、循环流化床燃烧方式。其中，布风板至炉顶的距离H为55m。本实施例与实施例1不同的是，炉膛为裤衩型，配有双布风板，因锅炉蒸发量大，分离单元增加为6个，外置换热器增加为6个。在减轻磨损、兼顾炉内传热方面的其余结构设置与实施例1一致。通过所述实施例1和实施例2的系统配置，可实现较低的炉膛烟气速腾，显著降低颗粒物浓度，有效控制受热面磨损，同时兼顾炉内传热。上述实施例与现有技术的效果对比如下表1。表1实施例1、实施例2与现有技术的效果对比综上所述，本发明的燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构通过以上改进，可维持炉内较低的颗粒浓度和较低的颗粒速度，减轻受热面磨损，同时兼顾炉内传热，确保炉内传热均匀。本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

权利要求：1.一种燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构，其特征在于，炉膛中距离布风板15％H以上区域的部分炉膛空间设置为非等截面结构，所述非等截面结构区域内的最大截面积与最小截面积之比α满足1＜α≤2，其中，H为炉膛中布风板到炉顶的高度。2.根据权利要求1所述的燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构，其特征在于，炉膛中距离布风板15％H～50％H的部分炉膛空间设置为非等截面结构，所述布风板为单布风板或双布风板。3.根据权利要求1所述的燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构，其特征在于，扩大炉膛截面积至BMCR工况下的炉膛断面速度为3～5ms。4.根据权利要求1所述的燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构，其特征在于，当所述超高灰分燃料为石煤时，炉膛的入炉最大燃料粒径控制在6mm以内。5.根据权利要求1所述的燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构，其特征在于，所述循环流化床热力系统布置结构包括炉膛、分离单元入口烟道、分离单元、分离单元出口烟道、尾部烟道和回料单元，所述炉膛通过分离单元入口烟道与分离单元相连，所述分离单元通过分离单元出口烟道与尾部烟道相连并且通过回料单元与炉膛相连，所述循环流化床热力系统布置结构还包括过热器，所述炉膛内不布置屏式过热器。6.根据权利要求1或5所述的燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构，其特征在于，所述循环流化床热力系统布置结构还包括再热器，所述炉膛内不布置再热器受热面。7.根据权利要求5所述的燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构，其特征在于，所述循环流化床热力系统布置结构还包括外置换热器，所述外置换热器内布置一部分过热器。8.根据权利要求6所述的燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构，其特征在于，所述循环流化床热力系统布置结构还包括外置换热器，所述外置换热器内布置一部分过热器和一部分再热器。9.根据权利要求7所述的燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构，其特征在于，炉膛下部侧壁距布风板200mm～H2之间的位置和回料单元处均设置有细渣排放口。10.根据权利要求7或8所述的燃超高灰分燃料的循环流化床热力系统布置结构，其特征在于，所述外置换热器设置有细渣排放口。

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