[发明专利]一种采用耐磨物料循环防止锅炉受热面沾污的方法和系统

说明书

技术领域

本发明属于锅炉领域。

背景技术

新疆地区蕴藏着丰富的煤炭资源，仅准东煤田累计已探明煤炭资源储量为2136亿吨，预测储量达3900亿吨，是我国目前最大的整装煤田。但准东煤碱金属含量高，具有严重的结渣和沾污特性。

煤颗粒在燃烧过程中，灰中钠盐会全部释放并以气相存在于烟气中。气相钠盐接触到温度较低的受热面时发生冷凝聚集在管子表面，并吸附烟气中的超细灰形成了沾污内层，在燃烧高钠煤的锅炉上随着气相钠盐的不断冷凝与捕获烟气中的飞灰颗粒，使得沾污层不断的生长，导致管壁沾污层变厚，最终覆盖整个管壁，该沾污层变得非常坚硬，常规的锅炉蒸汽吹灰已不能清除，这样对流受热面传热效果就会大幅度下降，直接影响到锅炉的长期安全稳定运行。

早期投运的锅炉燃用新疆高钠煤后均出现过对流受热面被覆盖、堵塞而被迫停机的情况。近期新疆地区投运的锅炉也不能全烧准东高钠煤，均需要掺烧不同比例（约30%～50%）的乌东低钠煤，这极大的增加了运行费用，降低了机组运行的经济性。从本发明人试验室掺烧硅藻土、低钠煤锅炉飞灰等物料的情况看，需要的掺烧量极大，难以在实际运行的锅炉上推广应用。而后续大量燃用高钠煤的锅炉投运后，要寻找掺烧用的低钠煤或其他物料资源将更为困难，成本也会更高。针对新疆高钠煤，目前锅炉设计上采取的措施主要是放大炉膛尺寸、拉大燃烧器的间距、增加吹灰器的数量、拉大对流受热面节距等，这样做将会大幅度的增加设备成本而对流受热面沾污问题仍不能根除。因此燃用高钠煤锅炉对流受热面沾污问题是目前亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种防止燃用高钠煤锅炉对流受热面沾污的方法和系统，在维持锅炉结构基本不变的基础上，以较低的初投资和运行成本，避免受热面出现严重沾污状态，实现锅炉全烧准东高钠煤。

锅炉行业通常以对煤灰沾污指数R来衡量锅炉在燃用不同煤种情况下对流受热面沾污倾向。Hw的值愈高则灰的沾污性更强，受热面愈容易沾污。其公式如下：

从该公式看，要降低灰渣的沾污性应降低分子（）各项和，扩大分母中各项，要减少煤中的、、、、如前所述，技术难度大、成本高难以实施，而要增大分母项则可以项煤中添加、、的物料，由于含、的物料如氧化铝粉末、钛白粉价格较高，成本上难以接受，可行性不大，但自然界中有大量高含量的低成本物料。因此可以向煤中添加这种物料以降低煤灰的沾污性能，但是单纯采用这种方式对流受热面沾污问题仍不能根除，因此仍不是最佳方案。

本发明人经进一步研究得出结论：沾污和磨损也可以看作互逆过程，在应对燃用高钠煤锅炉对流受热面沾污上，可以用加强烟气对对受热面沾污层的冲刷磨损来控制沾污层厚度，保证传热效果。而壁面的磨损与冲击气流中颗粒的浓度、颗粒的密度和硬度呈正相关性。

与锅炉飞灰比较，石英砂主要成分是，其颗粒硬度较大（莫氏硬度为7），磨损能力较强，比重为2.65 kg/m³较飞灰略重，可以被烟气携带。通过对粒径的控制，也可使大部分添加的石英砂在省煤器灰斗、脱硝进出口灰斗、空预器灰斗及除尘器第一电场被收集下来再循环使用，可以降低运行成本。大部分河沙杂质含量较大，但部分纯净的河沙也具有和石英砂相似的物性。

因此，本发明目的通过下述技术方案来实现：

一种采用耐磨物料循环防止锅炉受热面沾污的方法，包括：将耐磨物料和颗粒飞灰的混合物送入锅炉燃烬风区域与锅炉烟气混合，并随锅炉烟气在系统内前行，通过颗粒飞灰捕捉Na⁺，同时通过耐磨物料和颗粒飞灰对管壁的磨损不断清除对流受热面管壁的沾污层，最后耐磨物料和颗粒飞灰回收循环使用。

上述方案中，将耐磨物料和大颗粒飞灰的混合物送入锅炉燃烬风区域燃烧，在进入对流受热面前与锅炉烟气充分混合，一方面由于加入了大颗粒飞灰，飞灰浓度增加，飞灰捕捉到的Na⁺  增多，可大幅度减少沉积到对流受热面管壁的份额；另一方面又可利用耐磨物料和大颗粒飞灰对管壁的冲刷不断清除已经在对流受热面管壁的沾污层，可实现管壁的自清污，取得一举两得的效果。而石英砂和大颗粒飞灰大部分会被省煤器灰斗、脱硝进出口灰斗、空预器灰斗及除尘器第一电场收集下来，可实现耐磨物料的循环使用，此时既降低了使用成本，同时收集的系统运行过程中产生的大颗粒飞灰又可以起到前述捕捉Na⁺和清除沾污层的双重效果，又是一举两得。

作为选择，所述颗粒飞灰全部来自系统循环中产生。