本發(fā)明涉及一種循環(huán)流化床燃燒設(shè)備，尤其涉及一種燃料和脫硫劑分級供給的低排放循環(huán)流化床燃燒設(shè)備，屬于低排放的煤炭、固體廢棄物、城市和工業(yè)污泥、生物質(zhì)等固體燃料的燃燒設(shè)備，特別適合于高硫、高氮且要求低排放的固體燃料的循環(huán)流化燃燒。

背景技術(shù)：

目前我國國內(nèi)的煤炭、固體廢棄物、污泥、生物質(zhì)等固體燃料的主要燃燒設(shè)備是鏈條爐、水冷振動爐排鍋爐和循環(huán)流化床鍋爐等，根據(jù)不同的燃料選擇不同的爐型、不同的爐型具有各自的特點。

循環(huán)流化床鍋爐是近年來發(fā)展起來的高效清潔的燃燒技術(shù)，燃料適應(yīng)性廣，可燃用優(yōu)質(zhì)煤、劣質(zhì)煤、固體廢棄物、生物質(zhì)等燃料。由于其燃燒效率高，能同時進行爐內(nèi)脫硫、脫硝等污染控制操作，具有低NO_x和SO_x排放等優(yōu)點，因而在電力市場得到了迅速的發(fā)展，正在向大型化方向發(fā)展，600MWe的循環(huán)流化床鍋爐已投入商業(yè)運行。同時，在工業(yè)鍋爐領(lǐng)域，由于工業(yè)鍋爐的蒸發(fā)量小、運行靈活、檢修方便，劣質(zhì)煤、固體廢棄物、生物質(zhì)等燃料等日益受到青睞，這些燃料非常適合采用循環(huán)流化床技術(shù)燃燒。傳統(tǒng)立式、單級循環(huán)流化床鍋爐存在爐身高，鍋爐島體積龐大等缺點，對廠房建設(shè)要求較高。同時鍋爐島的支撐鋼架以及鍋爐島本體的鋼耗較大，使得項目造價和初投資較高。針對立式循環(huán)流化床鍋爐在工業(yè)鍋爐領(lǐng)域的缺陷，中國專利CN1786565A公布了一種臥式循環(huán)流化床燃燒設(shè)備及其循環(huán)燃燒方法，采用外置分離器、將傳統(tǒng)立式鍋爐的爐膛分為三個部分，從而有效降低了爐膛高度。中國專利 CN102537943A公布了一種帶有水平旋風分離器的臥式循環(huán)流化床鍋爐，采用水平布置的旋風分離器，使得結(jié)構(gòu)布置更加緊湊，特別適用于工業(yè)鍋爐。然而，CN1786565A和CN102537943A公布的專利在爐內(nèi)脫硫和低NOx燃燒方面，與傳統(tǒng)的立式循環(huán)流化床鍋爐沒有明顯差異，針對固體燃料，很難達到苛刻的工業(yè)鍋爐排放要求（例如，NOx排放低于200 mg/Nm³，SO₂排放低于200mg/Nm³，甚至要求更低）。

在傳統(tǒng)的循環(huán)流化床領(lǐng)域，一般可通過空氣分級燃燒來降低NOx排放，即燃料燃燒所需要的空氣分階段供給，一次風通過風室供給，但一次風量不足以提供燃料完全燃燒所需要的空氣，燃料完全燃燒所需要的空氣再由二次風或三次風供給，通過這種分級供給空氣的方式來營造燃燒區(qū)域的還原性氣氛，從而將燃燒生成的NOx還原為N₂，從而降低NOx排放。目前，這種空氣分級燃燒的方式對NOx的減排效果已經(jīng)達到了瓶頸。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，本發(fā)明基于現(xiàn)有的臥式循環(huán)流化床工業(yè)鍋爐技術(shù)，提出一種燃料和脫硫劑雙分級供給的低排放循環(huán)流化床鍋爐，在結(jié)構(gòu)布置緊湊的同時，充分利用了臥式循環(huán)流化床鍋爐分床燃燒的特點，突破單一空氣分級燃燒傳統(tǒng)思路，在保留分級配風方式的基礎(chǔ)上，燃料分級分粒度供給、脫硫劑分級分粒度供給，通過空氣、燃料雙分級燃燒和分級脫硫，使燃料燃燒充分的同時污染物低排放。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種燃料和脫硫劑分級供給的低排放循環(huán)流化床鍋爐，包括布風板、主燃室、副燃室、燃盡室、分離器、連接煙道、尾部煙道、尾部受熱面、煙氣出口、回料器，其特征在于：

所述鍋爐還包括燃料分級給進裝置、脫硫劑分級給進裝置；所述主燃室設(shè)置有主燃料入口和主燃室脫硫劑入口；所述副燃室設(shè)置有副燃室煤粉入口和副燃室脫硫劑入口；

所述燃料分級給進裝置設(shè)置在主燃室的前部，通過粗煤出口與主燃室的主燃料入口相連；燃料分級給進裝置的煤粉輸送出口依次通過篩下細煤粉管道、細煤粉噴管與布置在副燃室上的副燃室煤粉入口相連；

所述脫硫劑分級給進裝置布置在主燃室的前部、燃料分級給進裝置的上部；脫硫劑分級給進裝置設(shè)置有細脫硫劑出口和粗脫硫劑出口，所述粗脫硫劑出口通過粗脫硫劑顆粒輸送管道與設(shè)置在主燃室上的主燃室脫硫劑入口相連；所述細脫硫劑出口通過細脫硫劑顆粒輸送管道與設(shè)置在副燃室上的副燃室脫硫劑入口。

上述技術(shù)方案中，所述副燃室煤粉入口設(shè)置兩個，左右對稱的設(shè)置在副燃室兩邊側(cè)壁；所述細煤粉噴管設(shè)置兩根，分別與設(shè)置在副燃室兩邊側(cè)壁的副燃室煤粉入口連接，所述細煤粉噴管呈左右對稱布置；所述細煤粉噴管軸向中心線與副燃室側(cè)壁的夾角α為30～60°；從所述左右對稱布置的細煤粉噴管噴射的燃料射流與副燃室內(nèi)下行的煙氣流形成“M”型燃燒區(qū)域。

上述技術(shù)方案中，所述的燃料分級給進裝置包括煤斗、絞龍、絞龍外殼、篩分盒和篩網(wǎng)；所述篩網(wǎng)的篩孔為18～150目，篩網(wǎng)布置在篩分盒與絞龍之間；篩分盒上布置有煤粉輸送風入口和煤粉輸送出口；所述絞龍的后部為粗煤出口。

從粗脫硫劑出口與細脫硫劑出口送出的脫硫劑質(zhì)量比例為（3~10）：1，即3:1~10:1。通過篩下細煤粉管道送入到副燃室內(nèi)的燃料質(zhì)量占煤斗內(nèi)燃料總質(zhì)量的2%~20%。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點及突出性效果：① 本發(fā)明采用水平臥式布置，可大大降低鍋爐的高度，節(jié)省鍋爐鋼耗，從而有效地降低了鍋爐成本。同時由于鍋爐高度降低后，鍋爐廠房的建造成本可大幅度降低。鍋爐高度降低后，鍋爐的穩(wěn)定性好，可使鍋爐及廠房結(jié)構(gòu)更加緊湊，也便于檢修維護。② 本發(fā)明采用分級分粒度給入燃料，可以充分利用燃料再燃及還原，從而最大限度的降低燃料型NO生成。③本發(fā)明采用分級分粒度給入脫硫劑，按需按質(zhì)提供脫硫劑，從而最大限度提高脫硫劑的利用率和提高脫硫效率。④本發(fā)明分級分粒度給入的燃料和脫硫劑是通過燃料分級給進裝置以及脫硫劑分級給進裝置分別進行的，供給鍋爐的燃料流以及脫硫劑流通過這兩個裝置自動分級形成兩股粒度各異的燃料流和粒度各異的脫硫劑流，分別給入燃燒裝置。⑤由于采用分床/分級/分粒度燃料和脫硫劑供給，從而實現(xiàn)了燃料和脫硫劑的內(nèi)部“提質(zhì)”，并且在爐膛內(nèi)形成“M”型燃燒區(qū)域。由于采用燃料/空氣雙分級燃燒固體燃料再燃、提高了燃燒區(qū)域的還原性氛圍；“M”型燃燒區(qū)域的存在不但提高了燃料與空氣的混合度，而且提高了燃料和脫硫劑在床內(nèi)的循環(huán)次數(shù)和停留時間；這些因素有助于實現(xiàn)超低NOx排放以及深度脫硫，最終的原始NOx排放小于100mg/Nm³。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所提供的一種燃料和脫硫劑分級供給的低排放循環(huán)流化床鍋爐的結(jié)構(gòu)原理示意圖。

圖2為本發(fā)明所提供的一種燃料和脫硫劑分級供給的低排放循環(huán)流化床鍋爐的燃料分級給進裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明所提供的一種燃料和脫硫劑分級供給的低排放循環(huán)流化床鍋爐的脫硫劑分級給進裝置示意圖。

圖4為本發(fā)明所提供的一種燃料和脫硫劑分級供給的低排放循環(huán)流化床鍋爐的副燃室的A-A剖視圖。

圖5為某一傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)單級石灰石供給推薦粒度要求。

圖中：1－布風板；2－篩下細煤粉管道；3－燃料分級給進裝置；4－主燃室脫硫劑入口；5－粗脫硫劑顆粒輸送管道；6－脫硫劑分級給進裝置；7－細脫硫劑顆粒輸送管道；8－主燃室；9－副燃室；10－燃盡室；11－分離器；12－連接煙道；13－尾部煙道；14－尾部受熱面；15－煙氣出口；16－回料器；17－細煤粉噴管；18－副燃室煤粉入口；19－副燃室脫硫劑入口；25－“M”型燃燒區(qū)域；31－煤斗；32－煤粉輸送風入口；33－煤粉輸送出口；34－篩分盒；35－篩網(wǎng)；36－絞龍外殼；37－絞龍；38－水冷壁；381－主燃料入口；39－粗煤出口；41－脫硫劑入口；42－細脫硫劑出口；43－粗脫硫劑出口。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式及工作過程作進一步的說明。

本申請文件中的上、下、左、右、前和后等方位用語是基于附圖所示的位置關(guān)系而建立的。附圖不同，則相應(yīng)的位置關(guān)系也有可能隨之發(fā)生變化，故不能以此理解為對保護范圍的限定。

如圖1所示，一種燃料和脫硫劑分級供給的低排放循環(huán)流化床鍋爐，包括布風板1、主燃室8、副燃室9、燃盡室10、分離器11、連接煙道12、尾部煙道13、尾部受熱面14、煙氣出口15、回料器16。主燃室8、副燃室9和燃盡室10為水平連接布置的三個燃燒室。以燃料和煙氣流向為前后方向，主燃室8在前，燃盡室10在后。主燃室8、副燃室9和燃盡室10彼此間不接觸的爐墻為側(cè)面。布風板1設(shè)置在主燃室8底部，一次風通過布風板1進入主燃室8。分離器11設(shè)置在燃盡室10的出口，分離器11與尾部煙道13之間通過連接煙道12相連，尾部煙道13內(nèi)設(shè)置有尾部受熱面14，換熱后的煙氣從煙氣出口15進入后續(xù)裝置。副燃室9下方設(shè)有回料器16，分離器11分離下的固體物料也通過回料器16回到主燃室8。所述主燃室8設(shè)置有主燃料入口381和主燃室脫硫劑入口4，主燃料入口381設(shè)置在主燃室8的前爐墻上，主燃室脫硫劑入口4設(shè)置在主燃室8的側(cè)面。所述副燃室9側(cè)面從下往上依次設(shè)置有副燃室煤粉入口18和副燃室脫硫劑入口19。

如圖1所示，所述一種燃料和脫硫劑分級供給的低排放循環(huán)流化床鍋爐還包括燃料分級給進裝置3、脫硫劑分級給進裝置6。

所述燃料分級給進裝置3設(shè)置在主燃室8的前部。如圖2所示，燃料分級給進裝置3包括煤斗31、絞龍37、絞龍外殼36、篩分盒34、篩網(wǎng)35等。篩網(wǎng)35的篩孔為18~150目（孔徑1mm~0.106mm），布置在篩分盒34與絞龍37之間。燃料煤從煤斗31進入燃料分級給進裝置3，通過絞龍37輸送的過程中自然由篩網(wǎng)35篩分分選，小于篩孔孔徑的細顆粒粉煤落入篩分盒34，而大于篩孔孔徑的粗煤則從絞龍37后部的粗煤出口39輸送到主燃料入口381，進入主燃室8燃燒。在篩分盒34上布置有煤粉輸送風入口32和煤粉輸送出口33，煤粉輸送出口33依次通過篩下細煤粉管道2、細煤粉噴管17與布置在副燃室9上的副燃室煤粉入口18相連。落入篩分盒34的細顆粒粉煤在從煤粉輸送風入口32送入的輸送風攜帶下，從煤粉輸送出口33噴出，依次通過篩下細煤粉管道2、細煤粉噴管17噴射進入副燃室煤粉入口18。從煤粉輸送風入口32送入的輸送風可作為分級配風中的二次風或三次風的一部分。

通過篩下細煤粉管道2送入到副燃室9內(nèi)的燃料質(zhì)量占煤斗31內(nèi)燃料總質(zhì)量的約2% ~20%。

上述技術(shù)方案中，所述副燃室煤粉入口18可以設(shè)置兩個，左右對稱的設(shè)置在副燃室9兩邊側(cè)壁，如圖4所示。相應(yīng)的，所述細煤粉噴管17設(shè)置兩根，也左右對稱的分別與設(shè)置在副燃室9兩邊側(cè)壁的副燃室煤粉入口18相連。所述細煤粉噴管17呈左右對稱布置，且細煤粉噴管17軸向中心線與副燃室9側(cè)壁的夾角α為30~60°。從所述左右對稱布置的細煤粉噴管17噴射的燃料射流與副燃室9內(nèi)下行的煙氣流形成“M”型燃燒區(qū)域25。

如圖1所示，所述脫硫劑分級給進裝置6布置在主燃室8的前部、燃料分級給進裝置3的上部。如圖3所示，脫硫劑分級給進裝置6類似分離器，采用旋風分離器、百葉窗分離器或U型分離器結(jié)構(gòu)均可實現(xiàn)相應(yīng)的分離功能。脫硫劑分級給進裝置6包括脫硫劑入口41、細脫硫劑出口42和粗脫硫劑出口43。所述粗脫硫劑出口43通過粗脫硫劑顆粒輸送管道5與設(shè)置在主燃室8上的主燃室脫硫劑入口4相連；所述細脫硫劑出口42通過細脫硫劑顆粒輸送管道7與設(shè)置在副燃室9上的副燃室脫硫劑入口19。一定粒度的脫硫劑以氣力輸送的方式從脫硫劑入口41輸入脫硫劑分級給入裝置6，通過篩分分離的方式，將脫硫劑分成粗顆粒流和細顆粒流，分別從粗脫硫劑出口43與細脫硫劑出口42送入主燃室8和副燃室9。脫硫劑分級給入裝置6的具體結(jié)構(gòu)設(shè)置須根據(jù)燃料含硫量和脫硫效果調(diào)整設(shè)計。

從粗脫硫劑出口43與細脫硫劑出口42送出的脫硫劑質(zhì)量比例約為3:1~10:1。該比例與燃料特性，例如揮發(fā)分含量、固定碳含量以及硫含量等有關(guān)，也與運行參數(shù)，例如燃燒溫度等有關(guān)。當燃料的硫含量比較高時粗脫硫劑的比例取高值，當燃燒溫度高時粗脫硫劑的比例取高值。

實施例的工作過程：

來自煤場經(jīng)過破碎的燃煤顆粒送到煤斗31，通過絞龍37向主燃室8推進，當燃煤經(jīng)過篩網(wǎng)35時，燃煤中的小顆粒經(jīng)過篩網(wǎng)漏到篩分盒34中，從而實現(xiàn)了燃煤大顆粒和小顆粒的分離。通過煤粉輸送風入口32送入空氣，空氣吹著細煤粉經(jīng)過煤粉輸送出口33和篩下細煤粉管道2送入到燃盡室10，而篩網(wǎng)不能漏下的大顆粒則直接由絞龍37送入主燃室8上的主燃料入口381，通過主燃料入口381將大顆粒燃料送入主燃室。可以通過調(diào)整煤粉輸送風的量以及安裝的篩網(wǎng)的孔隙來控制燃料分級的比例以及粒度分布。

其中一個實施例：

對于某臺鍋爐，空氣分級燃燒的一次風比例為60%，二次風比例為40%，鍋爐的設(shè)計燃煤最大粒徑為5~10mm，典型的最大粒徑為7mm；50%篩余量的粒徑為0.53~1.6mm，典型的為1mm。針對這臺鍋爐實施例，篩網(wǎng)35的篩孔選100目，粒徑0.15mm以下的都漏到篩分盒34中，并且粒徑0.15mm以下燃料約占總?cè)剂狭康?0%。針對這種特定的燃料，10%的小顆粒物料在噴入40%的二次風之后再噴入副燃室，從而在燃燒過程的空氣分級燃燒的基礎(chǔ)上，這10%的小顆粒物料起到了還原劑的作用，可以還原燃燒過程中形成的NOx，從而降低排放。如果細物料份額過高，將會導(dǎo)致燃燒過程中的還原性氣體CO排放增高。當燃料以及運行參數(shù)發(fā)生變化時，小顆粒物料和大顆粒物料的比例應(yīng)相應(yīng)調(diào)整。

此時，粒徑在2mm粒度以下的脫硫劑以氣力輸送的方式輸入脫硫劑分級給入裝置6的脫硫劑入口41，通過旋風篩分的方式，脫硫劑形成濃粗和淡細兩股，濃粗的脫硫劑氣流從粗脫硫劑出口43噴出、淡細的脫硫劑氣流從細脫硫劑出口42噴出，分別送入主燃室8和副燃室9。針對不同的煤種，須根據(jù)燃料原始含硫量設(shè)計脫硫劑分級給進裝置6的具體結(jié)構(gòu)，從而改變脫硫劑分級比例和粒度分布。

圖5是某一傳統(tǒng)循環(huán)流化床鍋爐的爐內(nèi)單級石灰石供給脫硫用石灰石推薦粒度要求，作為其中一個實施例，脫硫劑推薦的理想粒度為通過0.45mm篩孔（40目）篩子的篩余量（篩上百分比）為50%，當篩余量固定為50%時，粒徑的變化范圍為0.3~0.6mm。對于這一原始粒度分布的脫硫劑，經(jīng)過本發(fā)明的分級給進裝置分離后，粗、細粒徑的分界范圍為0.24mm，應(yīng)將粒度大于 0.24mm的石灰石（脫硫劑）送入主燃室，小于0.24mm的送入副燃室9，粗細分別供給，粗細質(zhì)量比約為 4：1。脫硫劑的原始粒度分布不同，則粗細粒徑的分界范圍以及粗細質(zhì)量將相應(yīng)改變，須通過調(diào)整脫硫劑分級給入裝置的結(jié)構(gòu)和運行參數(shù)（例如風速等）來實現(xiàn)。

在本實施例中，脫硫劑分級給入裝置6采用旋風分離器結(jié)構(gòu)，當采用百葉窗分離器或者U型分離器時構(gòu)成本發(fā)明的另外實施方式。

對于特定的燃料和脫硫劑（例如，CaO），也可將濃粗的脫硫劑送入副燃室、淡細的脫硫劑送入主燃室，構(gòu)成本發(fā)明的另外一個特殊實施例。這是因為，較粗的CaO先進入副燃室，經(jīng)過循環(huán)回路物料碰撞磨損后變細進入主燃室后，反應(yīng)活性會提高，從而提高整體的脫硫效率以及脫硫劑的利用率。