燃用多成分低热值燃料的流化床锅炉及其运行方法 本发明涉及一种流化床锅炉及其运行方法，尤其涉及一种以多成分、低热值的固体可燃质(如城市生活废弃物及其它各种可燃的废弃物)为燃料的流化床锅炉及其运行方法。
现有的流化床锅炉，一般要求燃料的粒径在一定的筛分范围内，循环灰的粒径一般也在相应范围。从流动和物料循环的角度看，床料粒度较小而均匀，会使流动、燃烧的组织都易于控制。但这势必会增加燃料制备的能耗和费用。目前国内的流化床大都采用稍宽筛分的床料(如0～10mm)，这样又会增加流动和物料循环的困难，此种情况，则必须适当增大风速和风量以使各种粒径的物料充分流化，同时要求分离装置有较高的分离效率，以维持物料平衡。这就带米床内受热面和分离器地磨损和分离器效率是否足够高的问题。
此外，现有的流化床燃烧设备除了要求燃料的筛分特性以外，一般还要求燃料有足够的灰分以及燃料的成分及密度相对稳定(或固定)。对于灰分少，粒度变化很大和成分、密度很不稳定的燃料(如城市固体垃圾或一些可燃的工业废弃物)，使用现有的流化床燃烧设备是困难的，无法很好地达到燃烬和环境保护的要求。
本发明的目的是提供一种流化床锅炉及其运行方法，该流化床锅炉对于热值低，灰分少，粒径范围变化很大，成份密度很不稳定(如城市固体垃圾或一些可燃的工业废弃物)、燃烧及其它物理、化学特性不同的多种成分的燃料可以充分地燃烬并可达到环保要求。
本发明的另一个目的是提供一种流化床锅炉及其运行方法，该流化床锅炉可有效地防止床内受热面的严重磨损及高温腐蚀。
本发明的目的和任务是通过如下技术方案实现的：它主要由流化床锅炉本体，气固分离装置，送风系统以及能量回收系统组成，所述流化床锅炉本体主要包括燃烧室，设置在燃烧室下部的布风板，进料系统及排渣系统；气固分离装置设置在燃烧室外部的烟气出口处，上述能量回收系统包括燃烧室内的受热面，对流蒸发受热面，对流式省煤器以及设置在烟气通道内的蒸汽过热器，其特征是所述燃烧室具有变截面特征，即该燃烧室的截面形状或面积是沿其高度方向而变化，并在燃烧室内不布置或少布置受热面；其进料系统采用一个水平或倾斜的可运动炉排，与该炉排低端相连的是一个倾斜的布风板，在布风板的低端设置溢流排渣装置，在排渣装置内设有一机械阀。
上述燃烧室内受热面的布置方式，应保证其受热面的吸热量为能量回收系统总吸热量的0-10％。目的是为了维持在整个炉膛高度上的温度相对均匀一致，使得燃烧室的中、上部保持燃烧所需的温度，提高整个炉膛的燃烧强度，保证全体可燃物在燃烧室内有足够的停留时间，以充分燃烬。
为了使排出的烟气符合环境保护的要求，在流化床尾部烟道的空气预热器出口连接一个污染物脱除装置。该装置能脱除HCl、SOx和NOx等烟气中的有害物质。
由于从布风板引入的空气即一次风是不足以将燃烧室内的燃料完全燃烧，因而可在燃烧室的中、上部引入二次风。该二次风以前、后墙或两侧墙对冲的方式布置，或以四角切圆的方式布置。
为了使床内的不可燃的相对粗大或重的颗粒顺利向排渣装置内运动，在燃烧室下部设置有倾斜的布风板和相连的风室，所述布风板和风室分成两部分；其一的风帽喷口方向与另一布风板上的风帽的喷口方向在燃烧室内相交成锐角；风帽在不同的风室部分的喷射方向是固定的，但彼此可以是一致或不一致的。
上述流化床锅炉燃烧运行方法如下：将燃料放在一个可运动的炉排上，并在炉排上形成一个料层，该料层在炉排的作用下向燃烧室运动的过程中被热空气或热烟气加热和干燥；通过调节两个风室的不同的风压和风量以及利用布风板上风帽的喷口方向的布置，控制物料向溢流排渣装置方向流动，将流化床不可燃的相对重和粗大的物料及时排出，并用经过加热的热空气作为流化和燃烧的一次风和补燃的二次风。
上述一次风和二次风的热空气是来自设置在锅炉尾部的从烟气中取得热量的空气预热器，其热空气的温度应在200℃以上，以便使燃烧室的燃料充分燃烧。
为了降低从燃烧室排出的烟气中的SOx和HCl的含量，可在炉膛的中、下部向炉膛喷入石灰石等一些活性物质，以便降低SOx和HCl在燃烧室出口烟气中的含量。
本发明与现有的流化床相比，具有以下优点及有益效果：一方面对燃料的筛分特性无特殊要求；另一方面对于热值低、灰分少，粒径变化很大，成分、密度很不稳定的燃料以及燃烧及其它物理、化学特性不同的多种成分的燃料可以充分的燃烬。因此，该流化床锅炉是一种燃料适应性很广，燃烧效率高，且能很好地适应环境保护要求的流化床锅炉。它不仅可燃用一些低热值的难燃煤种，而且可燃用城市固体垃圾或一些的工业废弃物等低热值燃料。
附图1是本发明所述流化床锅炉的结构示意图。图中标号所示部件如下：
1.送料斗 2.运动炉排 3.隔墙 4.倾斜布风板 5.风室6.排渣溢流装置 7.排渣阀 8.燃烧室(炉膛) 9.污染物脱除剂进口10.二次风口 11.炉墙 12.气固分离装置 13.物料回送装置14.烟气通道 15.过热器 16.对流蒸发受热面 17.空气预热器18.省煤器 19.污染物脱除室 20.除尘室
下面结合附图详细描述本发明的具体结构、运行方法及最佳实施例
本发明所述的流化床锅炉主要包括流化床本体，气固分离装置12，能量回收装置和污染物脱除装置19。上述流化床锅炉本体主要包括燃烧室8，设置在燃烧室下部的布风板4和与布风板相连的风室5、运动炉排2、进料斗1及溢流排渣装置6。燃烧室8是由一前墙、两侧墙和一后墙邻接而成。该燃烧室具有变截面特征，即沿燃烧室高度方向的截面形状或面积是变化的。燃烧室内不布置或少布置受热面，其受热面的吸热量应以能量回收系统总吸热量的0-10％为宜。燃烧室下部设置一个水平或倾斜的可运动炉排2，与炉排相连的是倾斜的布风板4和风室5，倾斜布风板4的表面敷设耐火材料层和风帽。布风板和风室各分成两部分，其一布风板上的风帽的喷口方向与另一布风板上的风帽喷口方向在炉膛内相交成锐角，风帽在不同的风室部分的喷射方向是固定的，但彼此可以是一致或不一致的。在布风板的低端设置一个排渣溢流装置6，在排渣溢流装置内设有机械阀7，用以控制排渣量。
气固分离装置12设置在燃烧室外部的烟气出口处，用以分离并回送从燃烧室随烟气带出的固体颗粒。
能量回收装置即受热面的布置，包括燃烧室内的受热面，对流蒸发受热面16，对流式省煤器18和空气预热器17以及设置在烟气通道14内的蒸汽过热器15。燃烧室内可以不布置或少布置受热面，其布置受热面的吸热量应以能量回收系统总吸热量的0-10％为宜。气固分离装置内不布置受热面。
上述燃烧室中、上部布置有补燃的二次风10，该二次风以前、后墙或两侧墙对冲的方式布置，或以四角切圆的方式布置。
燃烧室的前墙、两侧墙和后墙，由耐火耐磨材料砌筑而成，并借助于密度较大的抓钉结构与外层金属板铆接成炉墙11，上部的炉墙采用耐火和抗酸腐蚀的材料。
为了使排出的烟气符合环境保护要求，在尾部烟道中空气预热器17的出口设置一个污染物脱出室19，该装置能脱除HCl、SOx和NOx等烟气中的有害物质。
本发明所述的流化床锅炉燃烧过程及运行状况如下：将多成分、低热值的燃料，如未经分选和破碎处理的原始城市固体废弃物从料斗1下落到运动炉排2的高端，燃料在炉排的表面形成一个料层，料层在炉排作用下向燃烧室8中运动。燃料从料斗1至燃烧室内移动的过程中，一方面受到炉膛内高温(800～1000℃)的气固两相介质的辐射、对流传热作用，并有部分炙热的固体颗粒被抛射到燃料层上表面；另一方面燃料层受到从炉排下方流入的热流动介质(200℃以上，如热风或热烟气)的松动和加热作用，因此燃料从料斗向燃烧室内部运动的过程中就被预热和干燥，而且伴有表面的局部燃烧过程。
燃料经过预热和干燥后，在炉排2的低端越过隔墙3滑向燃烧室下部的布风板4上方，在床内与炙热而且流化的床内物料混和进而着火燃烧。燃料在流化床燃烧室内燃烧和流动的过程，与燃煤的流化床锅炉基本相似，但稍有差异。一方面，一些自然或人工的有机质燃料燃烧过程十分迅速，而且几乎没有灰分，因此燃料从炉排上进入流化床燃烧室后体积迅速减少；同时在燃烧室中、下部即流化床燃烧室8的密相区和过渡区内燃烧热的释放份额较大，这部分热量由于本发明与普通燃煤流化床在受热面布置上的差异，无法在燃烧室8的中、下部被受热面吸收，将主要由烟气中的H2O、CO2等热容较大的气体成分和颗粒带走。同时有一部分热量将被用米加热，干燥新进的燃料。另一方面，由于多成分的燃料中往往含有人工高分子化合物，这些物质在燃烧室中、下部欠氧环境中不能完全燃尽成为CO2、H2O等，而是生成了一些有机的中间产物和CO等，其中有一些有机中间产物如呋喃是对环境有污染的物质，必须充分燃烬才能排放，因此在燃烧室中、上部需喷入热空气用以补燃，使烟气中的CO及有机中间产物在离开燃烧室8之前充分反应。这部分补燃的热空气即二次风由喷口10喷入，该二次风要求温度在200℃以上。
流化床锅炉在燃烧室内只布置很少甚至没有布置受热面，因此可以维持在整个炉膛高度上的温度相对均匀一致，使得燃烧室8的中、上部仍保持有燃烧所需的温度，这样可以延长烟气在燃烧区域的停留时间，使在烟气中的各种可燃质在二次风配合下充分燃烬，同时也使一些颗粒在炉膛中、上部继续燃烧，从而提高整个炉膛的燃烧强度。
从燃烧室8的顶部随烟气流出的固体颗粒(其中还有一些含有可燃成分)，在气固分离装置12的作用下，大部分固体颗粒进入回送装置13并被送进燃烧室8。被回送的固体颗粒进入燃烧室8时，首先落在可运动的炉排2上的燃料上表面，并与燃料一起进入流化床炉膛，从而加速燃料的预热、干燥过程。从气固分离装置12排出的烟气，进入烟气通道14。在烟气通道14中布置有耐HCl、H2S等高温腐蚀的金属制成的受热面，如过热器15。烟气在经过过热器15后流经蒸发受热面16，该受热面将主要以对流方式从烟气中取得热量，所得热量把受热面管内的工质汽化成蒸汽。烟气离开蒸发受热面16时，温度大约在400～500℃。烟气离开受热面16后将进入尾部竖直烟道，其中布置有两级空气预热器17和一级省煤器18。空气预热器17是将环境温度(如25℃)下的空气加热到200℃以上，用来流化燃烧室8内的物料和作为燃烧的一次风和补燃的二次风。考虑到烟气中的对流受热面的低温腐蚀，空气预热器17的第一级(在烟气低温段)将采用结构较简单的可拆卸部件，以便及时更换。省煤器18使用抗烟气低温腐蚀的材料(如铸铁)制成。
从空气预热器17的第一级出来的烟气进入污染物脱除室19，在污染物脱除室19中，烟气中的HCl、NOx和SOx被吸收剂有效吸收，从而使烟气中的有害成分含量达到环境保护的标准。此后烟气进入除尘器20，脱除其中的固体颗粒，从而使烟气中粉尘含量达到环境保护要求的标准。
燃烧室8的底部是倾斜布风板4，该布风板下的风室5分成两个风室，各个风室的风压、风量可独立调节。布风板4上的风帽是定向的，其方向在燃烧室8内相交成锐角，这样可保证不可燃的相对大或重颗粒向溢流排渣装置6运动并集聚，该装置内的排渣阀7可控制不可燃的相对大颗粒和一般灰渣的有效排放，从而维持燃烧室8内物料的适宜水平。
为了降低燃烧室出口烟气中HCl、SOx的相对含量，在燃烧室中、下部设置了污燃物脱除剂喷口9，可向炉膛内喷入一些如石灰石等的活性物质，使之在炉膛内与HCl、SOx反应生成相应的盐类。