一種適用于高堿金屬含量燃料的燃燒裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及應用于含高堿金屬燃料的燃燒設備，尤其涉及到以高堿金屬含量、低灰熔點的新疆煤為燃料的燃燒設備。
【背景技術】
[0002]煤炭作為我國國民經濟發展的支柱，在我國能源結構中將長期占有主導地位。隨著用電量的逐年增加，用煤量也大幅度增加。新疆煤田的煤炭資源占中國煤炭總儲量的2/5，總儲量高達2.19萬億噸，居全國之首，是我國目前最大的整裝煤田。以我國現在煤炭年產量計算一個準東煤田就夠全國使用100年.但是由于歷史成因和當地特殊的自然地理環境，準東煤Ca、Na等堿金屬的含量高，以灰分計下氧化鈉的質量分數總體都在2%以上，有的煤種其含量甚至高達10%，遠高于其他地區動力用煤(中國國內動力煤氧化鈉的含量都在1 %以下)。而煤的高鈉含量易導致燃用該煤種的鍋爐出現結渣、沾污、積灰和腐蝕等問題，嚴重影響了鍋爐的正常運行。這就致使開采成本低、燃燒活性好、低污染、低排放的準東煤得不到很好的利用。目前對新疆高鈉煤的燃燒利用主要通過摻燒、合理的鍋爐設計與運行添加劑燃料預處理和受熱面處理等方法來實現。通過避免出現還原性氣氛與局部高溫區，減少氣相中鈉的含量以及受熱面管壁采用防腐蝕材料等方法實現對新疆煤結焦的控制。
[0003]鍋爐結渣是一個十分復雜的物理化學過程，傳統理論認為:當爐膛內的溫度較高時，一部分灰分轉變為半熔融或熔融狀態，若這部分灰分在到達受熱面前未得到足夠冷卻成為固態，而仍然具有粘結性，就容易粘附在煙氣受熱面上形成渣層，渣層熱阻較高，使外表面溫度升高，甚至達熔化狀態，從而形成粘性底層，易捕捉灰粒和未燃盡的焦炭，使結渣不斷增厚或者惡化；另一方面，在燃燒過程中，煤中所含的堿金屬化合物迅速揮發，呈氣態進入煙氣中，當溫度降低時凝結，粘附在受熱面或爐墻上，同時亦可粘附其他顆粒，凝結在飛灰顆粒的表面，成為熔融的堿化物膜形成結渣。
[0004]粘附在受熱面上的結渣會引起過熱蒸汽再熱蒸汽溫度升高，并導致過熱蒸汽再熱蒸汽減溫水開大，排煙損失增大，鍋爐效率降低，引風機消耗電量增加，對強制循環鍋爐水冷壁的熱偏差帶來不利影響，甚至會導致汽水管爆破使鍋爐出力降低，嚴重時會造成被迫停爐，縮短鍋爐設備的使用壽命。同時，結渣易成灰渣大塊，造成撈渣機和碎渣機運行困難，有時會過載跳閘，嚴重時使渣溝受堵，引起鍋爐事故的發生，且鍋爐的大渣塊掉落，亦對水冷壁的安全造成很大威脅。
[0005]通過對燃用新疆煤的燃燒設備的調研發現:沾污結焦受熱面的分布區域較廣，沿煙氣行程各段受熱面均可能發生沾污結焦;發生沾污結焦的位置受煤種影響較大，但不會在所有的受熱面都發生，僅是個別的受熱面;受熱面上的結焦粘性大，空氣吹灰無法清除；鍋爐負荷超過某一值時，飛灰含碳量劇增，結焦沾污發展迅速;新疆煤的結焦性和灰熔點的直接關系關聯性不強。
[0006]傳統理論認為新疆煤易發生沾污結焦的主要原因是:煤種灰熔點低、Na、K元素含量高，氣態的Na、K元素因熱脈動碰觸到受熱面形成灰底層，繼而捕捉煙氣中的固體顆粒，使受熱面發生沾污結渣。但是通過對爐膛對流受熱面底層灰進行掃描電鏡分析，可知灰層的主要成分為CaS04，而非傳統結焦理論中認為易升華凝結的Na、K元素形成的堿金屬化合物。CaS04本身的灰熔點為1450°C，而結渣沾污受熱面的區間溫度為600?700°C，且經常出現受熱面沾污不對稱的情況。因此，可以判定形成沾污的主要原因不是易升華凝結的Na、K元素化合物和共熔體所致。根據新疆煤著火溫度低、灰熔點低和沾污結焦易發生在高負荷下的情況，可以判定沾污結焦的主要原因是燃料在爐膛內未完全燃盡，未燃盡碳跟隨煙氣進入屏和對流受熱面，繼續燃燒，由于燃燒溫度遠高于CaS04的熔點溫度，導致顆粒表面的融化或者軟化，當顆粒和受熱面碰撞時就會發生沾污結焦現象。當有新的未燃盡顆粒加入時，就會加劇局部沾污結焦，并不斷擴大，導致運行事故的出現。同時，這也驗證了形成的灰的粘性大，清除難的問題。
【實用新型內容】
[0007]由于使用新疆煤的燃燒設備的受熱面沾污結焦的原因是煤種的著火溫度低、灰熔點低、未燃盡碳和CaS04共同形成灰底層。本實用新型通過組織全新的燃燒方式和對煙氣行程進行調節控制的方法來解決新疆煤在燃燒過程中屏和對流受熱面出現的嚴重沾污結焦問題，提出一種能夠安全穩定長期使用該煤種的燃燒裝置。方案如下:
[0008]—種適用于高堿金屬含量燃料的燃燒裝置，主要包括燃燒室2、輻射換熱室6、轉向室12、對流換熱室17，燃燒室2頂端設置頂置燃燒器)和周向布置的主燃燒器3，輻射換熱室6和燃燒室2通過喉口 4連接;輻射換熱室6周向布置氣體局部保護裝置7，下部設有折焰角15，并通過轉向室12和對流換熱室17相連接;在輻射換熱室6下端設置有液態排渣裝置10，由渣池9連接;對流換熱室17包括高溫對流段13、低溫對流段14和激冷段11三個部分，煙氣最終由對流換熱室16排出。
[0009]頂置燃燒器采用旋流燃燒器，頂置燃燒器的安裝位置為燃燒室的垂直軸線上。
[0010]主燃燒器采用直流燃燒器，主燃燒器的安裝位置在燃燒室的周向上，均勻對稱分布，主燃燒器的射流方向和置頂燃燒器1建立的流場相切或者相交成較小的角度。
[0011]當負荷值比較低時，可以采用頂置燃燒器單獨運行。
[0012]燃燒室2、喉口4、輻射冷卻室6均垂直布置，且同軸布置。
[0013]從圖2上看，折焰角的第一拐點A和第二拐點B均位于第三拐點C的內側。為了便于調整流場，從圖1上看，第二拐點B的位置低于第一拐點A的位置。
[0014]激冷段的進出口區間為口溫度不低于750°C，出口溫度不高于650°C。
[0015]本實用新型將整個技術方案分為燃燒方式創新和煙氣行程調節控制兩個部分。在燃燒方式上，總體上采用液態排渣方式，燃料和助燃劑通過切向和割向由設定的燃燒器進入爐膛。通過合理配風方式，使燃料在爐內旋轉，在一二次風和離心力的作用下，在爐膛內壁熔融態渣膜上進行燃燒反應，燃燒后剩余的熔渣沿爐膛內壁在氣體流動和重力的作用下向下流動。較大的燃料顆粒在爐膛內壁渣膜上燃燒，較細的顆粒在熔渣附近空間懸浮燃燒。在煙氣行程控制方面借鑒已申請專利《一種帶有灰渣捕捉的防結渣及沾污的顯熱回收裝置》(CN102671410 B)中的煙氣控制方法，在高溫對流受熱面和低溫對流受熱面之間添加煙氣再循環，準確控制煙氣的溫度來實現受熱面沾污的控制。煙氣溫度控制的主要目的是將氣態的堿金屬化合物轉變為固態，防止對流受熱面上由于煙氣中含有較多的Na、K等氣態堿金屬化合物和低溫共融體在?700°C的臨界溫度范圍內發生冷凝，從而在受熱面上呈現較高的粘性，并在受熱面表面上凝結形成沾污底層。由于沾污底層具有較強的粘性，可以捕捉大量飛灰，從而使得受熱面發生大面積沾污，極大的影響了換熱效率和設備可用率。
[0016]優選地，燃燒室的外形結構采用圓形或者對稱的正多邊形；
[0017]優選地，燃燒器分為頂置燃燒器和主燃燒區燃燒器，頂置燃燒器采用旋流燃燒器，主燃燒器采用直流燃燒器，選擇大切圓燃燒；
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