本发明涉及循环流化床锅炉领域，具体来说是一种循环流化床锅炉炉膛分段式燃烧系统，应用于生物质、垃圾发电设备。
背景技术：
随着社会不断快速发展，世界对能源的需求量不断提高，化石燃料已不能满足日益增长的能源需求。而且因此，发展可再生能源成为全世界关注的焦点。其中，生物质燃料与垃圾燃料发电技术得到了大规模应用。由于生物质燃料和垃圾燃料具有水分高、热值低、形状多样且大小不一、杂物多等特点，导致燃用这些燃料时，常规循环流化床锅炉容易出现杂物聚团、布风板结焦、落渣管堵塞、燃烧波动大等现象，导致床温分布不均，流化不均匀、燃烧不充分、炉膛温度分布不均匀，进而锅炉热效率降低、污染物排放量超标，甚至出现锅炉紧急停炉等情况。
循环流化床锅炉炉膛分段燃烧系统是解决上述问题的有效途径之一，该系统针对生物质燃料和城市垃圾燃料而设计，适用于这些燃料的特点，能够有效解决农业废弃物和城市垃圾的处理问题，具有广阔的应用前景。
技术实现要素：
为了克服传统循环流化床锅炉在燃烧生物质燃料和垃圾燃料时燃烧不充分、容易结焦、炉膛温度分布不均匀等缺点，本发明提供一种循环流化床锅炉炉膛分段式燃烧系统，可以提高燃烧效率，还可使布风板温度分布均匀，不会结焦，流化更加均匀。
本发明采用如下技术方案：
一种循环流化床锅炉炉膛分段式燃烧系统，包括由膜式水冷壁组成的炉膛，炉膛内燃烧区域分为4个区域，区域一为预热干燥播料区，位于燃料入口区域，位于锅炉前墙，为折角型给料、播料区，区域一的水冷壁上设有给料口、播料板和副一次流化风道，播料板上分布有播料风帽，给料口连通炉膛内，副一次流化风道通过播料风帽连通炉膛内，燃料从给料口进入炉膛，在此区域进行预热、干燥与播散；区域二为燃烧流化区，位于下部布风板区域，其下方水冷壁上设置有布风板，布风板上方设有流化风帽，布风板下方设有主一次流化风道，燃料在此区域进行稳定燃烧与流化；区域三为悬浮燃烧区，位于布风板上方，区域三的前、后水冷壁上设有下二次风管与返料口，进入锅炉的燃料在此区域悬浮燃烧；区域四为燃尽区，位于炉膛内的燃烧区域最上方，区域四的前、后水冷壁上设有上二次风管，燃料在此区域燃烧，携带大量热量的烟气上升，在炉膛与水冷壁中的工质进行热交换。
作为优选，所述播料板与水平方向所形成的角度倾斜向下为15°~45°。
作为优选，所述播料风帽为倾斜型风帽，斜向台阶式布置于预热干燥播料区的折角上。
本发明的使用原理是：燃料从给料口进入炉膛后，小颗粒燃料直接在区域三进行燃烧，随后进入区域四燃尽。较难燃尽的大颗粒、不规则燃料以及含水量高的燃料，首先在区域一完成预热、干燥、播散过程，而后燃料在重力作用下通过区域三进入区域二，在下落过程中，燃料进一步经历预热、干燥、播散过程，过程中燃料温度提高，燃料中的水分蒸发含水量降低，并且燃料均匀分散于炉膛空间中，使得进入区域二的燃料易于充分燃烧，且分布均匀，而后燃烧产生的细灰及细颗粒燃料在炉底一次风的作用下依次经过区域三和区域四，最后燃烧产生的含灰烟气离开炉膛，经锅炉旋风分离器分离后的细灰通过返料口重新进入区域二，如此不断循环。燃烧所需的热风采用分段、多层配风方式送入炉膛，一次风通过主一次流化风道和副流化风箱送入炉膛，作为锅炉流化风使用。二次风通过下二次风管和上二次风管送入炉膛，作为锅炉二次风使用。这种分段、多层配风方式可以满足燃料扩散、燃烧产物流化、以及风量及时调整的作用，有利于控制燃烧和炉内温度水平。
本发明可以有效适用于燃烧生物质燃料或者垃圾燃料的循环流化床锅炉。采用上述技术方案后，与传统循环流化床锅炉燃料需要经过预热、干燥、播散过程后才进入燃烧区域进行燃烧相比，本发明燃烧前将燃料的水分蒸发、提高燃料温度、使大颗粒燃料均匀播散于炉膛燃烧空间，使得燃料燃烧充分，布风板温度分布均匀，物料流化均匀，避免大颗粒燃料聚团导致燃烧不充分，有效解决燃用这些燃料时造成的结焦、堵渣等问题，提高锅炉效率，降低锅炉事故停炉率。
本发明可以通过调整锅炉一次风量、二次风量，控制燃烧，从而有效控制炉内温度水平与氧含量在合理范围，抑制氮氧化物的产生，有利于降低锅炉氮氧化物原始排放，使得氮氧化物原始排放浓度在120mg/nm3以下。同时还能使炉内烟气温度控制在900℃左右，有利于提高sncr系统效率，进一步降低锅炉氮氧化物排放量。
本发明的有益效果是：其一，本发明燃料适用范围广泛，尤其适用于水分高、热值低、形状多样且大小不一、杂物多的生物质燃料和城市垃圾燃料。
其二，燃料经过预热、干燥、播散过程，燃料容易着火，燃烧充分，且布风板温度分布均匀，炉内流化均匀，避免结焦与堵渣，提高了锅炉燃烧效率，提高经济性。
其三，本发明采用分段、多层配风方式，有利于燃料燃尽、燃烧产物流化，每级配风均能单独调整，可以提高锅炉控制能力，保证燃烧稳定，提高燃烧效率。
其四，本发明可以降低锅炉氮氧化物原始排放量，使得污染物排放满足国家标准要求。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图1中，1、膜式水冷壁，2、流化风帽，3、播料风帽，4、给料口，5、返料口，6、主一次流化风道，7、副一次流化风道，8、下二次风管，9、上二次风管，ⅰ、预热干燥播料区，ⅱ、燃烧流化区，ⅲ、悬浮燃烧区，ⅳ、燃尽区。
具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：
实施例：如附图1所示，一种循环流化床锅炉炉膛分段式燃烧系统，炉膛由膜式水冷壁1组成，炉膛下部由膜式水冷壁1构成水平布风板，其上方布置流化风帽2，其下方布置主一次流化风道6。炉前给料口5区域由膜式水冷壁1构成折角型膜式壁，在给料口4下方的播料区上方布置播料风帽3，其下方布置副一次流化风道7。悬浮燃烧区ⅲ后墙水冷壁上设有返料口5，前、后墙水冷壁各设有下二次风管8。燃尽区ⅳ前、后墙水冷壁设有上二次风管9。同时，燃烧区域内侧水冷壁敷设有耐火浇注料，用以保护水冷壁管子不会因为磨损以及受高温而损毁。
锅炉运行时，燃料从炉前给料口4进入炉膛，其中颗粒较小的燃料在悬浮燃烧区ⅲ直接燃烧后，燃尽区ⅳ。其余大颗粒燃料在播料风帽3的播料风作用下播散于预热干燥播料区ⅰ中，而后在重力作用下通过悬浮燃烧区ⅲ进入燃烧流化区ⅱ，在一次风、二次风作用下，大颗粒燃料进一步得到混合与扩散，使得最后在燃烧流化区ⅱ燃烧的燃料均匀分布在布风板上的燃烧空间内。这部分燃料燃烧后产生的烟气与细灰，在炉底一次风作用下流化，向上流动，依次通过燃烧流化区ⅱ、悬浮燃烧区域ⅲ、燃尽区ⅳ进入炉膛换热，而后经过锅炉旋风分离器分离后的细灰通过返料口5重新进入炉膛，如此不断循环。
锅炉运行时，燃烧所需的一次热风分两路进入炉膛，一部分从炉底主一次风箱6进入，通过流化风帽2作为锅炉主流化风使用，使炉内物料流化。另一部分一次风从炉前折角型水冷壁下方的副一次流化风道7进入，通过播料风帽3作为锅炉播料风使用，使小颗粒燃料流化，同时使大颗粒燃料播散与炉膛空间内。燃烧所需的二次热风分两层从炉前、炉后的下二次风管8和上二次风管9进入，作为锅炉二次风使用。
燃料进入炉膛后，首先经过预热、蒸发、播散过程才会燃烧。由于送入炉膛的二次风和炉内温度远高于入炉燃料温度，在高温作用下，燃料得以预热，燃料中水份蒸发，同时，燃料下落过程中在配风的作用下可以均匀播散在炉膛燃烧空间，最后均匀分布于炉底布风板上，使得燃料能够均匀、充分燃烧，布风板温度分布均匀，流化均匀，不会因温度分布不均导致布风板结焦。同时，聚团燃料播散后燃烧，不会造成堵塞排渣管的情况，可以有效提高燃烧效率，提高锅炉的经济性。
锅炉运行时，通过调整每一级一次风风量和二次风风量，能够对燃烧进行精确调整，从而达到控制燃烧状况的效果，使得炉内温度水平均匀且控制在900℃左右，氧含量控制在合理范围，降低锅炉氮氧化物排放量，使nox原始排放浓度在120mg/nm3以下。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。
技术特征：
1.一种循环流化床锅炉炉膛分段式燃烧系统，包括由膜式水冷壁（1）组成的炉膛，其特征是，所述炉膛内燃烧区域分为4个区域，区域一为预热干燥播料区（ⅰ），位于燃料入口区域，位于锅炉前墙，为折角型给料、播料区，区域一的水冷壁上设有给料口（4）、播料板和副一次流化风道（7），播料板上分布有播料风帽（3），给料口（4）连通炉膛内，副一次流化风道（7）通过播料风帽（3）连通炉膛内，燃料从给料口（4）进入炉膛，在此区域进行预热、干燥与播散；区域二为燃烧流化区（ⅱ），位于下部布风板区域，其下方水冷壁上设置有布风板，布风板上方设有流化风帽（2），布风板下方设有主一次流化风道（6），燃料在此区域进行稳定燃烧与流化；区域三为悬浮燃烧区（ⅲ），位于布风板上方，区域三的前、后水冷壁上设有下二次风管（8）与返料口（5），进入锅炉的燃料在此区域悬浮燃烧；区域四为燃尽区（ⅳ），位于炉膛内的燃烧区域最上方，区域四的前、后水冷壁上设有上二次风管（9），燃料在此区域燃烧，携带大量热量的烟气上升，在炉膛与水冷壁中的工质进行热交换。
2.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉炉膛分段式燃烧系统，其特征是，所述播料板与水平方向所形成的角度倾斜向下为15°~45°。
3.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉炉膛分段式燃烧系统，其特征是，所述播料风帽（3）为倾斜型风帽，斜向台阶式布置于预热干燥播料区（ⅰ）的折角上。
技术总结
本发明公开了一种循环流化床锅炉炉膛分段式燃烧系统，由膜式水冷壁组成，下方为水平布风板，水冷壁前墙为折角型给料、播料区。相比于传统循环流化床锅炉，燃料进入炉膛后，首先经过预热、蒸发、播散过程，而后在重力作用下掉入炉底布风板上方的燃烧空间进行流化燃烧。对于燃用高水份含量的生物质燃料或者垃圾燃料的循环流化床锅炉，该系统能让水份较高、着火困难的燃料充分干燥、燃烧、燃尽，使聚团的燃料充分播散于炉膛燃烧空间，提高燃烧均匀性、降低布风板温度偏差，从而有效解决布风板结焦问题，提高锅炉燃烧效率，提高经济性。同时，该系统可以通过调整各处风量，控制炉内燃烧情况，控制烟气温度水平与氧含量，从而降低氮氧化物排放量。
技术研发人员：叶忠;杨太敏;坛思成;李书平
受保护的技术使用者：杭州锅炉集团股份有限公司
技术研发日：.12.16
技术公布日：.02.25
