旋转炉膛循环流化床锅炉

技术领域

本发明涉及一种采用旋转炉膛的循环流化床锅炉。

背景技术

碳排放来源需要逐渐转移到人们生产生活中排放的垃圾以及农业秸秆等生物质燃料的利用。城市垃圾和农业秸秆焚烧发电是目前广泛应用的人类生产废物资源化回收利用方法，控制烟气污染物如二恶英的含量和维持燃烧设备持续运行是垃圾和秸秆焚烧发电需要关注的问题。

燃煤电站锅炉选煤的原则是优先燃用劣质煤以节约化石能源。我国有丰富的劣质煤资源，足以支撑我国实现“双碳”进程中火电调峰的需要。然而劣质煤着火难度较高，目前实际应用中需要投入少量优质煤进行掺混燃烧，这对掺混效率和掺混效果提出了要求。

循环流化床锅炉是目前垃圾焚烧发电锅炉采用的典型炉型，有燃料适应性广、负荷调节性好、燃烧效率高、设备可靠性好等优点，适合水分较大、热值较低的垃圾燃料。但是，由于我国垃圾分类制度不完善，被当作垃圾燃料的城市垃圾中往往含有沙土、玻璃、金属碎屑等不可燃成分，这些成分会阻碍锅炉传热影响锅炉热效率，同时不可燃成分在灰斗持续堆积也增加了传统循环流化床锅炉的排渣压力。

发达国家常利用回转窑焚烧危险废物和垃圾。回转窑内垃圾停留时间长、垃圾在回转窑内翻动充分、炉膛温度高、有毒有害物质燃烧充分、对难着火成分的煅烧效果好。但回转窑对热值低的垃圾燃料着火困难，并且回转窑做不到连续排渣，垃圾处理量有限。回转窑本身不能实现烟气热量交换，需要通过烟道连接余热锅炉，回转窑垃圾焚烧发电系统成本昂贵。

旋转流化床是工业反应器领域的新兴技术，被广泛运用在化工、冶金、制药等领域。在一定转速下，物料在旋转过程中进行翻动，物料层停留在与水平面成一定夹角的区域，向此区域通风便可实现物料层的流化，多组分物料经过旋转翻动和流化的共同作用下能够实现充分混合，并增加了气固两相的接触机会，这样的特点使旋转流化床在垃圾焚烧、固废处理领域上存在独特的优势。

发明内容

本发明的目的是为了解决垃圾焚烧锅炉燃用的垃圾燃料不能燃烧的组分阻碍燃料与空气充分接触燃烧导致的实际热效率低的问题、现有垃圾焚烧循环流化床锅炉布风板及对流受热面容易粘结大块渣影响运行安全性的问题、由于垃圾分类不完善，垃圾焚烧时受催化产生二恶英的问题、垃圾燃料热值和着火难易度随地域和季节变化差异明显的问题等。提出一种采用旋转炉膛的循环流化床锅炉。

所述旋转炉膛循环流化床锅炉包括旋转炉膛2，旋转炉膛2从前到后根据功能分为混合段和燃烧段；

还包括布置在旋转炉膛2燃烧段上部的上炉膛17；

还包括与所述上炉膛17配套的多个旋风分离器24、各所述旋风分离器24连接有回料阀25，回料阀25联通至外置式换热器26，外置式换热器26连接到垃圾给料口1；

还包括分离器出口烟道28，各旋风分离器24都连接至分离器出口烟道28，分离器出口烟道28连通至尾部烟道29。

进一步地，所述旋转炉膛2为前端封口、圆心开孔，后端不封口的圆筒形结构，旋转炉膛2前端圆心处设有圆形垃圾给料口1；

进一步地，旋转炉膛2混合段内壁设有输运螺纹3，燃烧段设有挡板4和布风孔5，整个燃烧段内壁设有挡板4，旋转炉膛2燃烧段两端区域的布风孔5作为二次风喷口，位于其他位置的布风孔5作为一次风喷口，实现一次风和二次风沿多径向通入旋转炉膛2内。

进一步地，中心集箱10通过圆心进入旋转炉膛2，在旋转炉膛2燃烧段前端通过管路连接分别安装在旋转炉膛2燃烧段左下角和右侧的水冷壁左集箱11和水冷壁右集箱12；

水冷壁左集箱11和水冷壁右集箱12引出旋转炉膛水冷壁13，汇合于旋转炉膛2顶部的顶部集箱14，构成旋转炉膛2燃烧段内部的圆弧形蒸发受热面，顶部集箱14后端连接汽水分离器15。

进一步地，旋转炉膛2底部设有传动装置6，带动旋转炉膛2持续旋转；

所述旋转炉膛循环流化床锅炉只有旋转炉膛2能够随传动装置6进行旋转，其余所有部件在工作中均不发生空间上的相对移动。

进一步地，旋转炉膛2后端配有固定在地面上的固定端盖7，固定端盖7后端顶部开有排汽口8，排汽口8与汽水分离器15出口连接，汽水分离器15出口通过管路与上炉膛17上部的低温过热器22连接；

进一步地，固定端盖7底端开有排渣口9。

进一步地，上炉膛17由下至上划分为整流段和对流换热段，整流段截面采取适当扩张，调节烟气流速，整流段侧墙布置上炉膛水冷壁18；

进一步地，上炉膛水冷壁18管间隙处开多个喷氨脱硝口19；

进一步地，上炉膛17对流换热段从下至上依次布置屏式过热器20、高温再热器21用来对流换热。

进一步地，上炉膛水冷壁18通过管路与屏式过热器20相连，屏式过热器20通过管路与上炉膛17上部的低温过热器22相连，高温再热器21通过管路与上炉膛17上部的低温再热器23连接，上炉膛17顶部安装有多个烟气挡板33。

进一步地，上炉膛17侧墙顶部通过烟道与多个旋风分离器24连接，旋风分离器24上端通过烟道与分离器出口烟道28连接，旋风分离器24下端通过回料阀25与外置式换热器26连接，外置式换热器26通过送料通道27与垃圾给料口1连接。

进一步地，分离器出口烟道28出口与尾部烟道29连接，尾部烟道29内从上到下依次布置一次风空气预热器30、省煤器31、二次风空气预热器32。

进一步地，所述锅炉中旋转炉膛水冷壁13、屏式过热器20、低温过热器22、高温再热器21、低温再热器23、一次风空气预热器30、省煤器31、二次风空气预热器32的管壁采用感应重熔技术进行表面耐高温腐蚀防护，管子材料要达到耐高温、耐腐蚀、抗热冲击、导热性能好的要求。

本发明的有益效果为：

本发明实现了将旋转流化床技术与循环流化床锅炉结构相结合。

采用本发明所提供的旋转炉膛循环流化床锅炉，其通过旋转炉膛2的持续旋转运动，使燃料能够在炉膛内前进同时燃烧的过程中充分与流化风接触并与潜在的催化剂分离，达到燃烧更加完全、减少污染物生成的效果，还能实现连续排渣。

旋转炉膛2的圆型截面可以实现更好的流化效果，同时有利于炉膛积蓄热量，也使二次风能够更加容易地穿透燃料流化层。

附图说明

图1是本发明的旋转炉膛循环流化床锅炉外部结构示意图；图2是旋转炉膛2内部集箱及水冷壁布置和上炉膛17内过热器和再热器布置示意图；图3是旋转炉膛2后端的固定端盖7主视结构示意图；图4是低温过热器22和低温再热器23和旋风分离器24的俯视示意图；图5是分离器出口烟道28示意图；图6是旋转炉膛2内壁结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面将结合附图示出的具体实施例来完整描述本发明的技术方案。但是应该理解，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而并非全部的实施例。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围。在此实施例附图中展示和描述的本发明实施例的组件可以根据使用和安装时的实际要求来设计。

本领域普通技术人员基于本发明中的实施例，在安装运行工作中没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

此外，在以下描述中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免对本发明的概念产生不必要的误解和混淆。

具体实施方式一：本发明提供一种采用旋转炉膛2的循环流化床锅炉，所述锅炉包括垃圾给料口1、旋转炉膛2、输运螺纹3、挡板4、布风孔5、传动装置6、固定端盖7、排汽口8、排渣口9、中心集箱10、水冷壁左集箱11、水冷壁右集箱12、旋转炉膛水冷壁13、顶部集箱14、汽水分离器15、隔热外壳16、上炉膛17、上炉膛水冷壁18、多个喷氨脱硝口19、屏式过热器20、高温再热器21、低温过热器22、低温再热器23、旋风分离器24、回料阀25、外置式换热器26、送料通道27、分离器出口烟道28、尾部烟道29、一次风空气预热器30、省煤器31、二次风空气预热器32、烟气挡板33。

旋转炉膛2圆心处开垃圾给料口1，中心集箱10由垃圾给料口1的圆心区域伸入旋转炉膛2内，垃圾给料口1的上半部分被隔热外壳16隔挡，下半部分左右两侧与送料通道27连接，接收来自外置式换热器26的回料，底部留有90°的扇形区域开口用来接收连续送入的垃圾燃料。旋转炉膛2壁厚为150～200mm。旋转炉膛2内前部为混合段，混合段设有高度不超过100mm的输运螺纹3。混合段后为燃烧段，燃烧段内设有高度不超过120mm的挡板4并布置布风孔5，挡板4可以带动垃圾燃料向燃烧段后端运动的同时适当延长垃圾燃料在炉膛内的停留时间。旋转炉膛2通过底部的传动装置6带动持续旋转，引风进入传动装置6来进行对流换热，调节传动装置6温度，避免传动装置6超温导致无法工作。为保证蒸汽和炉渣能够从旋转炉膛2内送出，旋转炉膛2后端不封口，旋转炉膛2后端设置固定端盖7来保证旋转炉膛2的密闭性，固定端盖7内径比旋转炉膛2外径略宽，使得旋转炉膛2后端可以套进固定端盖7。固定端盖7由固定机构固定在地面上，与旋转炉膛2各自独立支撑重力，消除二者之间由重力带来的额外接触压力。旋转炉膛2与固定端盖7的连接段设置沟槽，运行时定期向沟槽添加润滑油来减少旋转炉膛2与固定端盖7间的摩擦。固定端盖7后端顶部开有排汽口8与汽水分离器15出口连接，固定端盖7底部开有排渣口9，用来排出被连续送至旋转炉膛2后端的燃尽灰渣。一次风空气预热器30中排出的热空气经过外部的一次风风室，被送到旋转炉膛2燃烧段底部，通过底部布风孔5作为所述锅炉的流化风(即一次风)，二次风空气预热器32中排出的热空气经过外部的二次风风室，被送到旋转炉膛2燃烧段两端作为二次风。由于旋转炉膛2宽度随高度下降逐渐减小，且垃圾燃料随旋转炉膛2运动，燃料层底部的燃料随时会被带到顶部，所以二次风穿透效果好于传统循环流化床锅炉。

为了达到运行时隔热和烟气密封的目的，旋转炉膛2外侧需要包覆隔热外壳16。在本实施例中，隔热外壳16的包覆范围包括：旋转炉膛2前端的上半部分，旋转炉膛2顶部从前端到与上炉膛17连接处的部分，旋转炉膛左侧从与上炉膛17连接处到与作为二次风喷口的布风孔5连接处。

外置式换热器26中排出的热空气经过外部的外置式换热器26风室，被送到外置式换热器26底部作为外置式换热器26流化风。中心集箱10后端设置在旋转炉膛2混合段与燃烧段交界截面上，在中心集箱10后端引出管路与水冷壁左集箱11和水冷壁右集箱12连通。水冷壁左集箱11和水冷壁右集箱12伸入整个旋转炉膛2燃烧段，水冷壁左集箱11和水冷壁右集箱12上端连接旋转炉膛水冷壁13，旋转炉膛水冷壁13布置水冷壁管90～110根，节距170～200mm。在旋转炉膛2顶端的顶部集箱14汇合。水冷壁左集箱11和水冷壁右集箱12横截面圆心距旋转炉膛2内壁285mm，顶部集箱14顶端距旋转炉膛2内壁125mm，避免与旋转炉膛2燃烧段内壁及内壁上的挡板4接触，不影响旋转炉膛2的正常旋转。

旋转炉膛2的圆弧结构能够将部分烟气热量到达旋转炉膛2顶部时被反射回旋转炉膛2腔内，进而使旋转炉膛2燃烧段温度保持在1200～1500℃，垃圾燃料中的含氯、含碳可燃物在这个温度段内燃烧更加完全，加上垃圾燃料燃烧熔化粒径减小，垃圾燃料中的可燃物在流化床中逐渐与金属颗粒等催化物分离，使得炉膛内二恶英的产生被抑制。烟气通过旋转炉膛2燃烧段顶部的布风口流向上炉膛17，旋转炉膛水冷壁在燃烧段顶部同时进行辐射换热和对流换热，降低烟气温度，使旋转炉膛2出口烟温达到1000～1100℃左右。顶部集箱14后部安装汽水分离器15。

旋转炉膛2燃烧段上部设置上炉膛17，上炉膛17下部与旋转炉膛2顶部连接的区域为整流段，在整流段下部向上一小段高度范围内，整流段宽度逐渐增大到适当值，目的是为了避免旋转炉膛2两侧排烟口排出的烟气与上炉膛17侧墙和上炉膛水冷壁18距离过近导致的超温和磨损情况，同时能降低两侧过快的烟速，使整流段烟气流速趋于均匀，在整流段上部一小段高度范围内，上炉膛17宽度逐渐减小到适当值。整流段的四周侧墙上布置上炉膛水冷壁18，吸收燃气热量，使烟气到达对流换热段入口处时的烟温低于650℃，避免烟气通入屏式过热器20时因温度过高导致屏式过热器20管壁粘结积灰。上炉膛水冷壁18下部敷设绝热层保护水冷壁管。整流段左右侧墙上的上炉膛水冷壁18管间隙处开有多个喷氨脱硝口19，从多个喷氨脱硝口19中喷入的氨水或尿素水溶液进入整流段1000℃的温度场中，对烟气进行SCR脱硝。整流段上为对流换热段，对流换热段自上而下分别布置低温再热器23、低温过热器22、高温再热器21、屏式过热器20。对流换热段左右侧墙顶部通过烟道与多个旋风分离器24连接，所述多个旋风分离器24为中温旋风分离器24，工作温度在400～600℃。旋风分离器24和低温过热器22、低温再热器23呈中心对称布置，运行时可以形成使烟气在对流换热段循环流动的压力场，上炉膛17顶部安装有多个烟气挡板33，构成对流换热段的烟气通道。所有旋风分离器24都连接至上炉膛17顶部的分离器出口烟道28，两侧旋风分离器24由回料阀25分别连接至对应侧的外置式换热器26，外置式换热器26以后端高前端低的方式倾斜放置，便于回料向前运动。

尾部烟道29内从上到下依次布置一次风空气预热器30、省煤器31、二次风空气预热器32。

具体实施方式二：当所述锅炉在秋冬寒冷季节使用，此时城市垃圾燃料中可燃物比例下降，直接燃用蒸汽参数达不到要求，或者所述锅炉应用于劣质煤或难着火煤时，这些情况需要相应掺混经过破碎的农业秸秆或优质发电用煤或氧化剂颗粒作为掺混物料一同送入所述锅炉参与燃烧。此时将送料通道27与垃圾给料口1连接部分的顶部开送料口，将掺混物料由送料口随循环物料一同送入垃圾给料口1中。

工作过程：垃圾燃料通过垃圾给料口1送入旋转炉膛2，经过输运螺纹3完成初步混合并送到燃烧段。垃圾燃料在旋转炉膛2燃烧段会在与水平面夹角成30°左右的区域存留并进行流化和燃烧，垃圾燃料中的金属、沙土、玻璃等不燃物被连续地送到旋转炉膛2后端的排渣口9排出。旋转炉膛2燃烧段不与床料接触的侧壁区域布置旋转炉膛水冷壁13吸收烟气热量。在旋转炉膛2燃烧段的布风口在旋转到旋转炉膛2顶部时就作为高温烟气出口，垃圾燃烧产生的高温烟气通过旋转炉膛2进入上炉膛17。在上炉膛17整流区，上炉膛水冷壁18对烟气进行辐射换热使屏式过热器20入口烟温不超过650℃，氨水或尿素水溶液由多个喷氨脱硝口19进入整流段对烟气进行SCR脱硝，烟气在上炉膛17整流区流速趋于一致，通入上炉膛17对流换热段依次与屏式过热器20、高温再热器21、低温过热器22、低温再热器23进行对流换热。烟气从上炉膛17对流换热段通入旋风分离器24，旋风分离器24将烟气携带的物料分离，分离出来的物料被送到外置式换热器26中被外置式换热器26流化风流化并进一步换热，然后被送回垃圾给料口1实现物料循环。从旋风分离器24出来的烟气在尾部烟道29内依次经过一次风空气预热器30、省煤器31、二次风空气预热器32后，从尾部烟道29排至相应的脱硫和除尘装置，达到环保标准后排放。

所述锅炉用水经过省煤器31和外置式换热器26预热后送入中心集箱10和上炉膛水冷壁18，中心集箱10中的锅炉用水送至旋转炉膛水冷壁13。旋转炉膛水冷壁13和上炉膛水冷壁18内的水吸收烟气热量后形成蒸汽依次送至低温过热器22和屏式过热器20，与烟气进行对流换热后变成过热蒸汽排出。来自汽轮机的乏汽被依次送到低温再热器23和高温再热器21，与烟气进行对流换热后变成再热蒸汽排出。

本发明的具体保护范围不局限于对上述可选实施方式的解释说明，任何人在本发明揭露的技术思路范围内得出其他各种形式的产品，不论在其形状或结构上作任何变化，凡是根据本发明的技术方案加以简单地替换或改变，以及在本发明权利要求界定范围内的技术方案，都应在本发明的保护范围之内。