[发明专利]一种基于撞击流技术来调控飞灰沉积层的装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于撞击流技术来调控飞灰沉积层的装置和方法，属于积灰防控技术领域。本发明的基于撞击流技术来调控飞灰沉积层的装置，包括高温炉膛、纳米颗粒喷射系统和飞灰喷射系统，所述纳米颗粒喷射系统和飞灰喷射系统分别用于向高温炉膛内部喷射纳米颗粒和微米飞灰，且其喷射方向相对设置。本发明的用于调控飞灰沉积层的方法，通过向高温炉膛内部通入纳米颗粒，使燃煤飞灰的表面包覆纳米颗粒，从而可以有效降低其表面粘性，并对飞灰沉积层的结构和组成进行调控，最终达到显著改善灰沉积问题的目的。

技术领域

本发明属于积灰防控技术领域，更具体地说，涉及一种基于撞击流技术来调控飞灰沉积层的装置和方法，即主要应用于解决电厂锅炉换热面积灰和结渣的问题，同时适用其他相关的领域。

背景技术

高碱煤具有着火温度低、燃尽率高，燃烧经济性高，且污染物排放低等优点，是一种优良的动力用煤，符合我国节能减排的目标。但由于高碱煤具有灰中Na₂O和CaO含量高、SiO₂和Al₂O₃含量低、灰熔点温度较高等特点，因此易造成燃煤锅炉换热器的积灰和结渣问题。目前，已引起广泛关注的是储量相当丰富的新疆准东煤。由于前期对准东煤特性认识不足，一些掺烧准东煤的电站锅炉均出现严重积灰和结渣问题，导致锅炉频繁停炉，从而严重制约其开发和利用。因此，谋求有效控制高沾污性煤的灰沉积问题的方法是当务之急。

目前关于控制高碱度沾污煤的灰沉积问题，主要包括以下几大研究方向：1)脱钠提质，即通过对准东煤进行某种预处理，从而降低煤中钠盐的含量，提高煤的品质。目前在研的脱钠方法，主要包括水洗，水热处理，微波处理，离子交换法和CO₂-H₂O水处理等方法。这些方法都能在一定条件下达到比较高的脱钠率，但需要进一步考虑这种预处理方式所带来的规模化成本；2)掺烧矿物质添加剂，在准东煤的燃烧过程中添加一些矿物质，可以与碱金属发生化学反应，达到固定碱金属的目的。比如，高岭土是一种常见的硅铝黏土矿物，可以有效固定一部分碱金属；3)混烧技术，将准东煤与其他燃料进行混烧，如烟煤，油页岩及其半焦，污泥和生物质等。该方法在一定程度上可以降低准东煤的飞灰沉积倾向，但是掺混燃料的选择和比例，以及对污染物和燃烧特性的影响，需要进一步评估；4)燃烧工艺的改进，有学者提出采用液态排渣的方式，通过在炉膛内壁形成液膜来捕获碱金属颗粒，便于煤灰以液态渣的形式及时排出，从而可以降低飞灰的释放量，减缓沾污倾向；5)涂层技术，在换热器上采用特殊的涂层可以减少飞灰撞击壁面的粘附率，从而达到抗渣防磨的目的。但是研究表明，从控制效果来看，这些方式各有优缺点，而且或多或少面临一些关键性问题亟待解决，如投资成本高，可操作性不强和效果不稳定等。

如，中国专利申请号为2017112290742的申请案公开了一种基于颗粒冷凝的煤粉锅炉沾污结渣防控方法，该方法是将富含硅元素、铝元素的物料颗粒通过输送管道输送到锅炉炉膛内，并通过喷嘴将颗粒喷入锅炉炉膛上部烟气温度为900～1200℃的区域内，颗粒粒径控制在5～200μm，温度低于600℃。该申请案通过向锅炉炉膛内喷入低温颗粒，使烟气中碱金属蒸汽冷凝在低温颗粒上的方式，从而在一定程度上可对燃用含高碱金属燃料造成的锅炉沾污、结渣问题进行有效控制，该申请案的主要特点通过喷入低温颗粒来调控碱金属蒸汽的气化冷凝机制来改善灰飞灰的沉积，这与本专利的所提出的调控方法有显著区别。