本发明属于燃煤循环流化床锅炉节能环保技术领域，具体涉及一种循环流化床锅炉、炉膛及运行方法。
背景技术：
与常规燃烧方式相比，循环流化床锅炉具有一定的优势。循环流化床锅炉采用较低的燃烧温度(850～920℃)和空气分及燃烧，nox生成量较低，并具有一定的自脱硫能力(so2的实际生成量低于按照全硫计算的so2理论生成量)；循环流化床锅炉通过炉内干法脱硫(向炉内添加一定量的石灰石颗粒)可有效脱除90％甚至更多的so2；循环流化床锅炉具有极佳的燃料适应性，几乎可以设计燃用任何化石燃料；循环流化床锅炉具有良好的调峰能力，可以在30％额定负荷下不投油稳定燃烧。因此，近二十年间循环流化床锅炉技术在我国得到迅速发展，在建的中煤平朔2×660mw超临界循环流化床锅炉机组已完成水压试验，计划2020年投入商业运行。
循环流化床锅炉作为一种环保型燃烧设备采用低温、低氧和空气分级的方式实现低氮燃烧，nox的生成量低于煤粉锅炉。根据煤种的差异和燃烧工况的变化，nox排放值一般在150～300mg/m3之间。在2011年新的火电厂大气污染物排放标准实施之前多数循环流化床锅炉机组不采用烟气脱硝即可满足nox排放限值的要求。
近几年，大部分循环流化床锅炉需要设置烟气脱硝装置方能满足环保要求，低污染物生成的优势日渐削弱。另外，近年来部分省份cfb锅炉机组需要实施深度调峰(30～40％负荷率)，以提高机组运行的经济效益。在30～40％负荷条件下，由于炉膛运行温度降低，烟气脱硝无法达到较高的效率，造成nox不能有效控制，循环流化床锅炉在低负荷运行实现nox超低排放也对循环流化床锅炉nox控制的研究提出了新的挑战。
另外，常规循环流化床锅炉燃用的煤颗粒度为0～10mm的煤颗粒，燃烧速率较慢。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种带有超细粉再燃装置的循环流化床锅炉炉膛，该结构的炉膛可作为常规循环流化床锅炉炉膛燃用常规颗粒的燃煤，也可通过超细粉再燃装置输入炉膛一定比例的煤粉实现燃料的分级燃烧，降低nox的生成量并提高锅炉机组调整负荷的速率，提高机组的调峰能力。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是，一种循环流化床锅炉炉膛，在上层二次风口以上，耐磨耐火料覆盖区上界线以下开设若干超细粉给料口，超细粉给料口沿炉膛的周向均匀开设，超细粉给料口连通超细粉给料装置。
超细粉给料装置包括沿着超细粉的物质流向依次连通的超细粉物料储存设备、超细粉物料输送设备、超细粉物料输送炉前母管、超细粉物料分配器和超细粉物料输送支管，超细粉给料口连通超细粉物料输送支管。
超细粉物料制备设备采用钢球磨煤机，超细粉物料输送设备采用气力输送装置。
超细粉给料口根据锅炉容量和炉膛的大小设置2～10个，下层二次风口和上层二次风口沿炉膛均匀开设4～12个。
底部设置风室，炉膛壁上开设下层二次风口和给煤口，给煤口位于下层二次风口的上方，给煤口的上方开设循环灰返料口，循环灰返料口开设在上层二次风口的下方，风室的顶部设置布风装置，下层二次风口位于布风装置的上方。
风室中设置排渣管12，排渣管设置1～8个，循环灰返料口根据锅炉容量和炉膛的大小设置1～8个。
循环流化床锅炉，包括分离器，尾部受热面和权利要求1-6中任意一项所述炉膛，炉膛出口连通分离器的烟气入口，分离器的底部灰颗粒出口连通炉膛；分离器顶部出口连通尾部受热面的烟气入口。
基于本发明所述循环流化床锅炉的运行方法，炉膛燃烧的燃煤分为两部分给入炉膛，一部分为常规燃料，占总燃料量的50％～100％；一部分为超细粉燃料，超细粉燃料从超细粉给料口给入，不超过总燃料量的50％。
超细粉燃料的颗粒度为d50＝30～50μm，dmax为100μm。
燃烧后的细颗粒由炉膛出口离开炉膛，离开炉膛的细颗粒经过分离器分离，被分离下来的部分灰颗粒成为循环灰通过循环灰返料口回送到炉膛。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：一种循环流化床锅炉炉膛，在上层二次风口以上，耐磨耐火料覆盖区上界线以下开设若干超细粉给料口，超细粉给料口沿炉膛的周向均匀开设，超细粉给料口连通超细粉给料装置；保证超细粉进入炉膛后分布的均匀性，保证超细粉在离开炉膛前能够充分燃尽，炉膛设置的超细粉再燃装置将超细粉由给料口送入炉膛，能与给煤口给入的常规燃料形成燃料的分级给入；超细粉给入炉膛与生成的nox进行还原反应，能降低nox的排放量；给料口设置的高度根据所制备细煤粉的煤质特性，通过调节常规燃料和超细粉再燃细煤粉的给料量比例，有利于调节循环流化床锅炉的变负荷特性，能提高锅炉机组的调峰能力。
进一步的，设置超细粉燃料制备设备，根据超细粉燃料的特性，综合考虑超细粉的燃尽性等因素制备符合一定颗粒度要求的超细粉；增设置超超细粉再燃储存设备，用于储存制备好的成品超细粉；设置超细粉再燃输送设备，根据锅炉燃烧对细粉量的要求，输送成品细粉至炉前母管；设置超细粉物料分配器，将细粉均匀分配至各路分配支管，给入炉膛。
进一步的，根据锅炉负荷，nox排放要求和机组变负荷速率要求调节超细粉给料量。
采用本发明所述炉膛的锅炉，炉膛出口连通分离器的烟气入口，分离器的底部灰颗粒出口连通炉膛，能产生更多的细颗粒，离开炉膛的细颗粒通过锅炉高温分离器的分离，被分离下来的部分灰颗粒成为循环灰通过循环灰返料口回送到炉膛，有助于稳定炉膛的燃烧工况，调节运行温度和传递热量的作用。
炉膛燃烧的燃煤分为两部分给入炉膛，一部分为常规燃料，占总燃料量的50％～100％；一部分为超细粉燃料，超细粉燃料从超细粉给料口给入，不超过总燃料量的50％，比常规循环流化床燃煤颗粒度小，锅炉在升负荷时，随着给料量和风量的增加，超细煤粉进入到炉膛后能够迅速着火并燃烧，锅炉的热负荷能够迅速上升；降负荷时，随着给料量和风量的降低，炉内热负荷迅速下降，煤粉锅炉升降负荷的速率可达到10mw/min，能通过超细粉再燃装置输入炉膛的煤粉实现燃料的分级燃烧，降低nox的生成量20％～50％，通过调节常规燃料和超细粉再燃细煤粉的给料量比例，能够调节循环流化床锅炉的变负荷特性，提高锅炉机组的调峰能力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为风室，2为布风装置，3为下层二次风口，4为给煤口，5为上层二次风口，6为循环灰返料口，7为超细粉给料口，8为耐磨耐火材料覆盖区上界线，9为水冷受热面，10为扩展受热面，11为炉膛出口，12为排渣管，13为超细粉物料制备设备，14为超细粉物料储存设备，15为超细粉物料输送设备，16为超细粉物料输送炉前母管，17为超细粉物料分配器和18为超细粉物料输送支管。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明进一步说明。
如图1所示，一种带有超细粉再燃装置的循环流化床锅炉炉膛，在上层二次风口5以上，耐磨耐火料覆盖区上界线8以下开设若干超细粉给料口7，超细粉给料口7沿炉膛的周向均匀开设，超细粉给料口7连通超细粉给料装置。
超细粉给料装置包括沿着超细粉的物质流向依次连通的超细粉物料储存设备14、超细粉物料输送设备15、超细粉物料输送炉前母管16、超细粉物料分配器17和超细粉物料输送支管18，超细粉给料口7连通超细粉物料输送支管18。
超细粉给料口根据锅炉容量和炉膛的大小设置2～10个。
底部设置风室1，炉膛壁上开设下层二次风口3和给煤口4，给煤口4位于下层二次风口3的上方，给煤口4的上方开设循环灰返料口6，循环灰返料口6开设在上层二次风口5的下方，风室1的顶部设置布风装置2，下层二次风口3位于布风装置2的上方。
一种循环流化床锅炉，包括分离器，尾部受热面和本发明所述炉膛，炉膛出口11连通分离器的烟气入口，分离器的底部灰颗粒出口连通炉膛；分离器顶部出口连通尾部受热面的烟气入口，烟气进入尾部受热面烟道换热后排出锅炉。
带有超细粉再燃装置的循环流化床锅炉炉膛在运行中，一次风由风室1通过布风装置2进入到炉膛，用于布风装置2上物料的正常流化用风和部分燃煤燃烧用风；二次风分两层从下层二次风口3和上层二次风口5给入，用于燃煤的燃尽用风和空气分级燃烧，每层风口的数量根据炉膛的大小设置4～12个，保证燃烧效率并降低nox等污染物的排放。满足燃煤机组燃烧要求的燃煤颗粒从给煤口4进入到炉膛，并在炉膛燃烧放热，给煤口4的数量根据炉膛的大小设置2～12个；燃烧后的细颗粒由炉膛顶部的炉膛出口11离开炉膛，炉膛出口11根据锅炉容量设置1～6个；燃烧后的粗颗粒由炉膛底部的炉膛排渣管12排出炉膛，排渣管12的数量根据锅炉容量和炉膛的大小设置1～8个；离开炉膛的细颗粒通过锅炉高温分离器的分离，被分离下来的部分灰颗粒成为循环灰通过循环灰返料口6回送到炉膛，循环灰返料口6根据锅炉容量和炉膛的大小设置1～8个；循环灰起到稳定炉膛的燃烧工况，调节运行温度和传递热量的作用。由于炉膛下部区域物料浓度大，运行温度高，该区域炉膛内部覆盖耐磨耐火材料至上界线8；在上层二次风口5以上，耐磨耐火材料覆盖区上界线8以下设置超细粉给料口7，符合超细粉颗粒要求的煤粉从超细粉给料口7进入炉膛，实现燃料的分级燃烧，降低nox的生成量，并调节锅炉的变负荷特性，超细粉给料口根据锅炉容量和炉膛的大小设置2～10个。水冷受热面9和扩展受热面10吸收燃料燃烧后产生的热量加热受热面内部流动的工质。
炉膛燃烧的燃煤分为两部分给入炉膛，一部分由给煤口4给入，占总燃料量的50％～100％，一部分由超细粉给料口7给入，占总燃料量的0～50％。
超细粉物料制备设备13用于制备符合再燃颗粒度要求的超细粉颗粒，颗粒度为d50＝30～50μm，dmax为100μm；超细粉物料制备设备13制备合格的细粉颗粒储存在超细粉物料储存设备14；在锅炉运行中，根据运行工况要求由超细粉物料输送设备15将细粉输送至炉前，通过超细粉物料分配器17、超细粉物料输送支管18以及超细粉给料口7送入炉膛。
超细粉再燃喷口7所设置的位置，能保证煤粉进入炉膛后至离开炉膛前有足够的着火和燃烧的时间，以保证燃烧效率。
超细粉再燃装置的运行方式根据锅炉低氮燃烧的要求、锅炉变负荷特性和机组调峰能力的要求，有良好的流量调节特性，满足锅炉不同负荷和燃烧工况下对超细粉给入量的调节需求。
超细粉再燃降低nox生成量的原理如下：由于已生成的no在遇到烃根chi和未完全燃烧产物co、h2、c和cnhm时，会发生no的还原反应，总的反应方程式为：
2no 2co→n2 co2
2no 2h2→n2 2h2o
2no c→n2 2co
超细粉再燃燃烧技术利用这个no破坏原理来降低nox的排放，超细粉再燃作为一种低氮燃烧技术，通过超细粉的颗粒度的控制和喷口位置的优化设计，对燃烧效率影响较小、相对于常规结构的炉膛有效降低nox的生成量，综合经济性高。
一种带有超细粉再燃装置的循环流化床锅炉炉膛，根据燃料特性计算炉膛的截面积，布置水冷受热面和扩展受热面，满足锅炉换热的要求；根据计算得出的满足燃料燃烧所需总风量需求，选取一二次风的比例，确定一次风的总量和二次风的总量；根据布风装置上物料的流化速度确定风室和布风装置的面积；根据燃料的燃尽特性和低氮燃烧对空气分级的要求，进一步确定上下二次风的给入量，确定上下层二次风口的数量和位置；根据煤质特性确定锅炉额定工况下飞灰和低渣的比例和质量；根据飞灰量和炉膛出口烟气流速等参数确定炉膛出口烟道的高度，宽度以及炉膛出口对应的高温分离器数量；每个高温分离器下设有循环灰返料口，将分离器分离下来的循环灰回送到炉膛，一方面维持锅炉正常运行所需要的炉膛物料量，另一方面调节炉膛正常运行的温度；根据低渣的生成量设置一定数量的排渣管，在锅炉运行中调节排渣量维持炉膛的物料量保证锅炉的正常运行。
在上层二次风口以上，耐磨耐火材料覆盖区上界线以下区域设置超细粉给料口，给料口的数量根据锅炉燃用细煤粉的最大量考虑余量给出，根据炉膛截面积设置2～10个给料口，保证细煤粉喷入炉膛后与烟气混合的均匀性。给料口的高度根据细煤粉的燃尽性和参与nox还原反应所需的时间设置，保证nox还原反应有足够的的时间，并保证煤粉在离开炉膛前能够充分燃尽。
燃料送入炉膛，在布风装置上方的密相燃烧区火焰上方喷入超细粉燃料，建立一个富燃料区使生成的nox转化成hcn，并最终生成无害的n2。例如：约80％的燃料作为常规燃料(一次燃料)由给煤口4送入密相燃烧区(主燃烧区)，约20％的燃料(作为二次燃料，再燃燃料)送入二级燃烧区(再燃区)，在α＜1的条件下形成强的还原气氛，α为过量空气系数，一般根据锅炉尾部烟道氧量测点显示值计算，α＝21/(21-o2)，在主燃区生成的nox被还原，同时抑制新的nox生成。
超细粉再燃装置调节锅炉的变负荷特性，由于循环流化床锅炉燃用的常规燃煤颗粒度一般不超过10mm，锅炉在升负荷时煤颗粒进入炉膛后经历吸热→水析出→挥发分析出→挥发分燃烧→煤颗粒爆裂→焦炭燃烧等一系列过程后完成燃烧。一般煤颗粒进入炉膛后需经过多次循环燃烧才能保证燃料的燃尽。升负荷初期负荷上升较慢，当新加入的煤颗粒着火燃烧后升负荷速率会迅速提高。降负荷时，由于炉内有大量的床存物料，为了保证运行的安全性，防治结焦等风险，一次风的降低速率要低于给煤量的下降速率，所以负荷的下降速率较慢。一般循环流化床锅炉升降负荷的速率在1.5～3mw/min。
超细粉的颗粒度一般为：d50＝30～50μm，dmax为100μm，比常规循环流化床燃煤颗粒度小，因此，锅炉在升负荷时，随着给料量和风量的增加，细煤粉进入到炉膛后能够迅速着火并燃烧，锅炉的热负荷能够迅速上升；降负荷时，随着给料量和风量的降低，炉内热负荷迅速下降。一般的，煤粉锅炉升降负荷的速率可达到10mw/min。
因此，通过调节常规燃料和超细粉再燃细煤粉的给料量比例，能够调节循环流化床锅炉的变负荷特性，提高锅炉机组的调峰能力。
根据超细粉再燃所需要的超细粉最大给料量和超细粉粒度的要求设计超细粉再燃制备设备，超细粉再燃储存设备，超细粉再燃输送设备，超细粉输送炉前母管，分配器和输送支管等设备，管道和管道附件。
带有超细粉再燃装置的循环流化床锅炉炉膛运行参数的确定方法：(1)通过实炉实验研究得出锅炉燃用煤种在不同负荷条件下，nox排放值随超细粉给入量变化的数学关系；在锅炉正常运行中，依据实炉实验数据调节不同负荷超细粉再燃装置的给料量，达到控制nox生成的目的。(2)通过实炉实验研究得出细粉给入量与锅炉变负荷速率的数学关系；在锅炉正常运行中，依据实炉实验数据，根据机组变负荷速率的需要，实时调整超细粉再燃装置的给料量，满足机组变负荷和调峰的速率要求。(3)超细粉物料制备设备、超细粉物料储存设备、超细粉物料输送设备、超细粉物料输送母管、超细粉物料分配器和超细粉物料输送支管根据锅炉在燃烧过程中实时调节，满足锅炉燃烧对于超细粉给料量的需求。
综上所述，本发明所述的带有超细粉再燃装置的循环流化床锅炉炉膛可作为常规循环流化床锅炉炉膛燃用常规颗粒的燃煤，也可通过超细粉再燃装置输入炉膛的煤粉实现燃料的分级燃烧，降低nox的生成量20％～50％。提高锅炉机组调整负荷的速率和锅炉机组的调峰能力。
1.一种循环流化床锅炉炉膛，其特征在于，在上层二次风口(5)以上，耐磨耐火料覆盖区上界线(8)以下开设若干超细粉给料口(7)，超细粉给料口(7)沿炉膛的周向均匀开设，超细粉给料口(7)连通超细粉给料装置。
2.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉炉膛，其特征在于，超细粉给料装置包括沿着超细粉的物质流向依次连通的超细粉物料储存设备(14)、超细粉物料输送设备(15)、超细粉物料输送炉前母管(16)、超细粉物料分配器(17)和超细粉物料输送支管(18)，超细粉给料口(7)连通超细粉物料输送支管(18)。
3.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉炉膛，其特征在于，超细粉物料制备设备(13)采用钢球磨煤机，超细粉物料输送设备(15)采用气力输送装置。
4.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉炉膛，其特征在于，超细粉给料口根据锅炉容量和炉膛的大小设置2～10个，下层二次风口(3)和上层二次风口(5)沿炉膛均匀开设4～12个。
5.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉炉膛，其特征在于，底部设置风室(1)，炉膛壁上开设下层二次风口(3)和给煤口(4)，给煤口(4)位于下层二次风口(3)的上方，给煤口(4)的上方开设循环灰返料口(6)，循环灰返料口(6)开设在上层二次风口(5)的下方，风室(1)的顶部设置布风装置(2)，下层二次风口(3)位于布风装置(2)的上方。
6.根据权利要求5所述的循环流化床锅炉炉膛，其特征在于，风室(1)中设置排渣管12，排渣管(12)设置1～8个，循环灰返料口(6)根据锅炉容量和炉膛的大小设置1～8个。
7.循环流化床锅炉，其特征在于，包括分离器，尾部受热面和权利要求1-6中任意一项所述炉膛，炉膛出口(11)连通分离器的烟气入口，分离器的底部灰颗粒出口连通炉膛；分离器顶部出口连通尾部受热面的烟气入口。
8.基于权利要求7所述循环流化床锅炉的运行方法，其特征在于，炉膛燃烧的燃煤分为两部分给入炉膛，一部分为常规燃料，占总燃料量的50％～100％；一部分为超细粉燃料，超细粉燃料从超细粉给料口(7)给入，不超过总燃料量的50％。
9.根据权利要求8所述循环流化床锅炉的运行方法，其特征在于，超细粉燃料的颗粒度为d50＝30～50μm，dmax为100μm。
10.根据权利要求8所述循环流化床锅炉的运行方法，其特征在于，燃烧后的细颗粒由炉膛出口离开炉膛，离开炉膛的细颗粒经过分离器分离，被分离下来的部分灰颗粒成为循环灰通过循环灰返料口回送到炉膛。
技术总结