[发明专利]一种水煤浆及其全快速床流化状态的循环流化床燃烧装置

说明书

本发明公开了一种水煤浆及燃烧该水煤浆的全快速床流化状态的循环流化床燃烧装置。水煤浆组分包括40％～30％水、60～70％煤粉和钙基脱硫剂及悬浮稳定剂，且煤粉和钙基脱硫剂的体积平均直径均为20～25微米，且煤粉最大颗粒粒径小于120微米。燃烧装置包括燃烧室、分离器等，燃烧室下部前端设置有15～45°倾斜的水煤浆射流装置。燃烧室内流化风速为4～6m/s，燃烧温度为800～900℃；燃烧室自布风板至炉顶的总压差为4～7kPa，燃烧室上部单位高度压差为30‑100Pa/米。水煤浆射流装置包括进浆主管和设置在进浆主管出口端的若干个进浆喷管。本发明具有水煤浆燃烧效率高、燃尽率高、初始污染物排放浓度低等优点。

技术领域

本发明涉及一种水煤浆及燃烧该水煤浆的全快速床流化状态的循环流化床燃烧装置，属于清洁煤燃烧技术领域，特别是循环流化床燃烧技术范围。

背景技术

循环流化床煤燃烧是一种利用化工领域的流态化技术实现中温煤燃烧的过程。其优点在于利用气固两相流高传质传热特性，提高固体燃料燃烧反应速度。因此可以得到宽广的燃料适应性，中温燃烧氮氧化物排放小，炉内加入石灰石可实现燃烧中脱除。

循环流化床燃煤技术自上个世纪70年代产生。世界第一台循环流化床锅炉(德国的Duisburg)曾经采用过全快速床流态设计。燃用粒径为300微米左右的煤。设计流化风速高达9米/秒。由于流化风速高，构成燃烧室的垂直受热面需要全部覆盖上浇注料以防止严重磨损。热量的吸收由设置在外循环回路的分离器下的外置式流化床换热器完成。该技术由于外置式换热床结构复杂，维护困难。加上燃烧室四周的水冷壁受热面没有充分利用，所以该技术很快被放弃。

以后，世界上主流循环流化床燃烧锅炉技术均将流化风速设计在5～6米/秒范围，用以解决高流化风速带来的燃烧室垂直水冷壁磨损问题。燃用煤种的粒度也放大到0～20毫米(对高挥发分褐煤或烟煤)和0～8毫米(对低挥发分无烟煤或高灰分矸石)，因此燃烧后的灰分包含一定比例大于1毫米的灰颗粒。这部分大于1毫米的灰颗粒在设计的燃烧室烟气上升速度条件下不能够达到快速床流化状态条件，而是累积在燃烧室下部构成鼓泡床状态。只有小于200微米的灰颗粒通过旋风分离器分离送回燃烧室循环累计到足够量，从而能在燃烧室上部形成快速床状态。而燃烧室形成快速床状态是完成煤燃烧及炉内的脱硝、脱硫的必要条件。下部的粗颗粒鼓泡床本质上是为了解决大颗粒煤的燃尽所需的较长停留时间。改进的循环流化床燃烧技术自1980年代后迅速发展，得到广泛应用。尽管降低流化风速避免了鲁奇型循环流化床锅炉垂直水冷壁的磨损，但是下部水冷壁磨损仍然存在。原因在于燃用较宽粒度燃料不可避免形成大颗粒的灰分。这些大颗粒灰分在燃烧室密相区表面扬析回落，撞击磨损燃烧室与下部防磨浇注料交界处的水冷壁。至今为止循环流化床锅炉的可用率始终低于煤粉燃烧锅炉的主因即在于此。

水煤浆燃料是上个世纪80年代提出的一种低氮燃烧煤基燃料。水煤浆燃料是采用灰份含量低于10％的烟煤与水混合，通过湿式磨煤机将煤磨成小于20微米的细粉，再加入少量悬浮剂形成的浆液，一般要求浆液内固体浓度大于55％。浆液能长时间静置条件下不会分层沉降，以利于管道输运和储存。水煤浆以雾化形式通过专门设计的燃烧器进入燃烧室，在高温环境下水煤浆液滴快速蒸发，煤粉颗粒着火启燃，形成类似于粉煤燃烧的火焰。燃烧室温度控制在1000度以上。水煤浆燃烧技术的优点在于在燃烧过程中由于有水分吸热蒸发的过程，火焰拖长，高温区域点较少，减少了氮氧化物的生成。此外，水煤浆采用管道输送，液罐存储。锅炉房布置简单，没有粉尘污染。我国在上世纪80年代曾经采用水煤浆燃烧技术解决燃油锅炉的燃煤改造。但是该技术仅能减少氮氧化物的热生成，对煤中有机氮向氮氧化物转换没有抑制作用。降低总氮氧化物生成的能力有限。水煤浆对煤的挥发分含量和灰分均有严格要求，否则不能保证燃烧效率和负荷调节能力。而且水煤浆燃烧无法解决炉内脱硫问题，仍然需要在锅炉出口的烟气流路中设置烟气脱硫装置。所以近20年水煤浆燃烧技术逐渐退出市场。

发明内容

本发明提出一种水煤浆配比成分及用于该水煤浆的给浆及燃烧的全快速床流化状态的循环流化床燃烧装置。