技术领域

本发明涉及热交换技术领域， 尤其涉及一种改进的颗粒燃料锅炉及干法脱硫 工艺系 统。 背景技术

目前热电领域锅炉采用管式空预器加热空气。 除了炉内脱硫外， 尾部脱硫塔采用喷 水降温后脱硫。循环流行化床锅炉技术是近十 几年来迅速发展的一项高效低污染清洁燃 烧技术。 国际上这项技术在电站锅炉、工业锅炉和废弃 物处理利用等领域已得到广泛的 商业应用， 并向几十万千瓦级规模的大型循环流化床锅炉 发展； 国内在这方面的研究、 开发和应用也逐渐兴起， 已有数千台流化床和循环流化床锅炉投入运行 中。未来的也将 是循环流化床飞速发展的一个重要时期。 其特点如下： （1)循环流化床锅炉着火、 燃烧 条件好； （2)燃烧效率高； （3)高效脱硫、 氮氧化物 (NO _x )排放低； （4)燃烧强度高； （5)负 荷调节范围大， 负荷调节快； （6)易于实现灰渣综合利用； （7)燃料预处理系统简单； （8 ) 燃烧调整范围大， 负荷调整稳， 升降速度快。

但是， 这种锅炉效率受到排烟温度高的制约。 锅炉效率提高 1个百分点都是很困难 的。 发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问 题之一。 为此， 本发明的一个目的在 于提出一种排烟温度低且锅炉效率高的颗粒燃 料锅炉及干法脱硫工艺系统。

根据本发明实施例的颗粒燃料锅炉及干法脱硫 工艺系统， 包括： 颗粒燃料锅炉， 所 述颗粒燃料锅炉限定有炉膛；蓄热式旋转换向 加热器，所述蓄热式旋转换向加热器包括： 换热器主体； 驱动装置， 所述驱动装置用于驱动所述换热器主体绕其中 心轴线旋转； 分 隔件， 所述分隔件沿着所述中心轴线的方向设置在所 述换热器主体内， 且将所述换热器 主体分隔成至少一对容纳部分， 所述每对容纳部分相对所述中心轴线成径向相 对设置； 热载体，所述热载体分别容纳在所述容纳部分 中，所述热载体由非金属固体材料所形成； 第一烟气通路， 所述第一烟气通路的入口端与所述炉膛的顶部 相连通， 且出口端与所述 蓄热式旋转换向加热器相连通，以将炉膛内产 生的烟气通入至少所述成对的所述容纳部 分中的一个内并与其中容纳的所述热载体换热 ； 空气通路， 所述空气通路用于将空气至 少通入所述成对的所述容纳部分中的另一个内 ，以使得其中容纳的所述热载体与所述空 气进行换热， 经过换热后的空气被供给至所述炉膛的内部； 以及 WCFB烟气脱硫设备， 经过所述蓄热式旋转换向加热器换热后的烟气 通过第二烟气通路流入所述 WCFB烟气 脱硫设备。

根据本发明实施例的颗粒燃料锅炉及干法脱硫 工艺系统， 通过设置蓄热式旋转换向 加热器和 WCFB烟气脱硫设备，蓄热式旋转换向加热器可� �高温烟气降低至 65-75 °C左 右， 从而提高了锅炉系统的效率， 同时在后续烟气净化处理 WCFB烟气脱硫设备中可 以省去喷水装置， 既优化了工艺、 节约了成本又降低了腐蚀影响， 同时还有效解决了喷 水后的灰分贴壁等问题。

另外， 根据本发明的颗粒燃料锅炉及干法脱硫工艺系 统还可具有如下附加技术特 征：

根据本发明的一个实施例， 所述第一烟气通路包括与所述炉膛相连通的第 一尾部烟 道和与所述第一尾部烟道相连通的热风烟道， 所述热风烟道的出口端与所述蓄热式旋转 换向加热器相连通。

可选地， 所述第一尾部烟道内设置有多个过热器。 由此， 通过设置过热器， 可有效 提高整个蒸汽动力装置的循环热效率。

根据本发明的一个实施例， 所述颗粒燃料锅炉及干法脱硫工艺系统进一步 包括： 旋 风分离器， 所述旋风分离器分别与所述炉膛的顶部和所述 第一尾部烟道相连通。 由此， 通过设置旋风分离器， 可有效地将烟气和较大的颗粒燃料、 灰粒进行分离。

进一步地， 所述旋风分离器进一步包括回料管， 所述回料管分别与所述旋风分离器 的主体以及所述炉膛的下部相连通。 由此， 通过设置回料管， 较大的颗粒燃料和灰粒可 经过回料管， 循环进入炉膛燃烧和换热。

根据本发明的一个实施例， 从所述热风烟道进入所述蓄热式旋转换向加热 器内的烟 气速度可调节。 由此， 有效地提高了待预热空气的温度。

可选地， 所述热载体为 SiC或者陶瓷， 且具有小球状、 片状或者多孔状的结构。 由 此， 蓄热式旋转换向加热器可耐高温、 耐腐蚀且耐磨损。

可选地， 经过所述蓄热式旋转换向加热器换热后的烟气 的温度为 65-75 °C。 在锅炉 排烟温度降低到 65~75 °C的同时， 对尾部的脱硫工艺需要产生重大变革。 即采用 WCFB 干法脱硫工艺， 从而使得尾部不需要喷水降温， 避免腐蚀问题， 烟气被降低到 65~75 °C 正好是 WCFB干法脱硫工艺的进口烟温，原来的 12CTC以上的排烟温度必须要喷水降温 到 65~75 °C， 这样节省了一道喷水工艺， 同时节能， 避免了喷水后灰贴壁的不利问题。 由此， 进入后续 WCFB烟气脱硫设备的烟气无需喷水降温。

根据本发明的一个实施例， 所述 WCFB烟气脱硫设备包括： 吸收塔， 所述第二烟气 通路与所述吸收塔的底部相连通； 消石灰仓， 所述消石灰仓设置在所述吸收塔的上部， 用于将消石灰喷入所述吸收塔； 以及除尘器， 所述除尘器与所述吸收塔相连通， 用于对 经过消石灰吸收反应后的烟气进行除尘，且经 过除尘后的烟气经过第二尾部烟道排至大 气中。 由此， 通过设置吸收塔和消石灰仓， 烟气可在吸收塔中与消石灰仓喷入的消石灰 进行吸收反应， 通过设置除尘器， 脱硫后的烟气可进入除尘器中进行净化。

进一步地， 所述颗粒燃料锅炉及干法脱硫工艺系统进一步 包括： 再循环管， 所述再 循环管倾斜设置且用于将所述除尘器底部的消 石灰再循环至所述吸收塔内。 由此， 通过 多次循环， 有效地提高了消石灰的利用效率， 从而提高了脱硫效率。 根据本发明的一个实施例， 所述颗粒燃料锅炉及干法脱硫工艺系统进一步 包括： 水 箱， 所述水箱与所述吸收塔相连， 用于选择性地向所述吸收塔内喷水。 由此， 通过设置 水箱， 可有效防止意外事故所导致的吸收塔内烟气温 度过高的情况。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部 分给出， 部分将从下面的描述中变得 明显， 或通过本发明的实践了解到。 附图说明

本发明的上述和 /或附加的方面和优点从结合下面附图对实施� �的描述中将变得明 显和容易理解， 其中：

图 1是根据本发明一个实施例的颗粒燃料锅炉及� �法脱硫工艺系统的示意图； 图 2是根据本发明的一个实施例的粉状固体燃料� �炉中蓄热式旋转换向加热器的俯 视图。 具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例， 所述实施例的示例在附图中示出， 其中自始至终相 同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有 相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的， 仅用于解释本发明， 而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中， 需要理解的是， 术语"中心"、 "上"、 "下"、 "前"、 "后"、 "左" 、 "右" 、 "竖直" 、 "水平" 、 "顶" 、 "底" 、 "内" 、 "外"等指示的方 位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关 系， 仅是为了便于描述本发明和简化描 述， 而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有 特定的方位、 以特定的方位构造和操 作， 因此不能理解为对本发明的限制。 此外， 术语 "第一" 、 "第二 "仅用于描述目的， 而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含 指明所指示的技术特征的数量。 由此， 限 定有 "第一" 、 "第二" 的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多 个该特征。 在本 发明的描述中， 除非另有说明， "多个" 的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中， 需要说明的是， 除非另有明确的规定和限定， 术语 "安装" 、 "相连" 、 "连接 "应做广义理解， 例如， 可以是固定连接， 也可以是可拆卸连接， 或 一体地连接； 可以是机械连接， 也可以是电连接； 可以是直接相连， 也可以通过中间媒 介间接相连， 可以是两个元件内部的连通。 对于本领域的普通技术人员而言， 可以具体 情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面参考图 1描述根据本发明实施例的颗粒燃料锅炉及干� �脱硫工艺系统 100。 如图 1所示， 根据本发明实施例的颗粒燃料锅炉及干法脱硫 工艺系统 100包括： 颗 粒燃料锅炉 1、 蓄热式旋转换向加热器 2、 第一烟气通路 3、 空气通路 4以及 WCFB烟 气脱硫设备 5。

蓄热式旋转换向加热器 2用于将高温烟气和待预热空气进行热交换， 从而使待预热 空气的温度升高到某一定值。 蓄热式旋转换向加热器 2包括： 换热器主体 21、 驱动装 置、 分隔件 22和热载体 23， 如图 1、 2中所示。 其中， 驱动装置用于驱动换热器主体 21绕其中心轴线 24旋转。分隔件 22沿着中心轴线 24的方向设置在换热器主体 21内， 且将换热器主体 21分隔成至少一对容纳部分 25， 每对容纳部分 25相对中心轴线成径 向相对设置。 热载体分别容纳在容纳部分 25中， 热载体 23由非金属固体材料所形成。

在本发明的其中一个示例中， 换热器主体 21可形成为中空的圆柱体， 分隔件 22可 大致呈板形， 该分隔间沿着换热器主体 21中心线轴线的方向延伸， 从而将换热器主体 21 分隔成一对容纳部分， 热载体分别设在两个容纳部分中， 热载体可由非金属固体材 料制成， 烟气和待预热空气分别通入两个容纳部分中， 然后通过驱动装置驱动换热器主 体 21旋转、 烟气和与其所在的容纳部分中的热载体进行热 交换、 待预热空气和与其所 在的容纳部分中的热载体进行热交换， 从而使得待预热空气温度升高。

当然， 本发明不限于此， 在本发明的另一些示例中， 分隔件 22还可将换热器主体 21分隔成两对、 三对甚至多对容纳部分。

在现有的气体换热系统中， 烟气在通过该气体换热器之后的出口温度是不 能降低到 130 °C以下， 因为这会导致硫酸析出， 从而导致对该气体换热器内由金属制造的部件 的 严重腐蚀。 但是， 在本发明的上述蓄热式旋转换向加热器 2中 （针对例如含硫的高温烟 气），由于热载体由例如 SiC、陶瓷等的非金属固体材料所形成，从而不 用顾虑硫在 130 °C 存在露点所导致的腐蚀性问题，而可以把高温 烟气的出口温度降低到硫的露点之下的温 度， 从而最大程度地进行换热， 根据本发明的一个实施例， 所述高温烟气离开所述气体 换热器的出口温度小于 130 °C， 进一步地， 所述高温烟气离开所述气体换热器的出口温 度小于 70 °C。 该温度在传统的气体换热系统中是几乎不可能 实现的。 此外， 在将出口 温度降低到露点的温度之下， 水蒸汽冷凝析出为液体水， 释放了大量的潜热（液体水从 100 °C变为 10CTC的水蒸汽吸收的热量相当于水从 0°C升高至 100 °C时所吸收热量的 3 倍） 。 由于热载体由非金属固体材料所形成， 所以在硫沉积一定程度之后， 对该容纳部 分中所容纳的热载体清洗即可以继续使用，从 而降低了传统的气体换热系统中所存在的 零部件替换所导致的成本增加的问题。此外， 根据发明人使用该领域内的公认计算方法 计算， 在例如燃烧锅炉的尾气换热过程中， 出口温度每降低 10 °C， 整个锅炉的效率可 以提高 0.5%， 而所释放的潜热相当于提高了整个锅炉效率的 1.5%， 从而在烟气温度降 低到例如 70°C时， 则整个锅炉的效率提高了 4.5%或者更多 （0.5%X6+1.5 ) ， 从而节省 了在锅炉中的大量煤炭燃烧， 同时扩大了煤炭的适用范围， 即可以降低所使用的煤的品 位， 进一步地降低了生产成本。

其中， 颗粒燃料锅炉 1限定有炉膛 11。 第一烟气通路 3的入口端与炉膛 11的顶部 相连通， 且出口端与蓄热式旋转换向加热器 2相连通， 以将炉膛 11内产生的烟气通入 至少成对的蓄热式旋转换向加热器 2的容纳部分中的一个内，并与容纳部分中容� �的热 载体换热。空气通路 4用于将空气至少通入成对的容纳部分中的另� �个内， 以使得容纳 部分中容纳的热载体与空气进行换热， 经过换热后的空气被供给至炉膛 11的内部。 经 过蓄热式旋转换向加热器 2换热后的烟气通过第二烟气通路 101流入 WCFB烟气脱硫 设备 5。

在下面的描述中， 以换热器主体 21 逆时针转动， 且烟气沿着中心轴线的右侧通入 换热器主体 21内， 待预热空气沿着中心轴线的左侧通入换热器主 体 21为例进行说明。

如图 1所示， 颗粒燃料锅炉 1 内限定出炉膛 11 以用于容纳煤粉， 烟气通道 3的一 端与炉膛 11相通， 其另一端与蓄热式旋转换向加热器 2相通， 以将炉膛 11内产生的烟 气通入蓄热式旋转换向加热器 2的第一容纳部分 211中（例如为图 1中所示的蓄热式旋 转换向加热器 2的右侧） ， 蓄热式旋转换向加热器 2的第二容纳部分 212中 （例如为图 1 中所示的蓄热式旋转换向加热器 2 的左侧） 用于通入待预热空气， 在换热器主体 21 处于未旋转状态时， 烟气和第一容纳部分 211中的热载体换热以使热载体的温度升高， 热载体吸收热量后， 换热器主体 21逆时针旋转， 第一容纳部分 211旋转到中心轴线的 左侧， 第二容纳部分 212旋转到中心轴线的右侧， 旋转到左侧的第一容纳部分 211内的 热载体与待加热空气进行换热以使带加热空气 温度升， 同时， 烟气对旋转到右侧的第二 容纳部分 212内的热载体进行加热。

换热器主体 21继续逆时针转动， 此时第一容纳部分 211被旋转回到中心轴线的右 侧， 第二容纳部分 212 被旋转回到中心轴线的左侧， 旋转回左侧的第二容纳部分 212 内的热载体与待加热空气进行热交换，烟气对 旋转回右侧的第一容纳部分 211内的热载 体进行加热， 如此循环重复， 以完成对待预热空气的加热。

在本发明的其中一个示例中， 待预热空气加热到一定温度后可从颗粒燃料锅 炉 1的 底部供入炉膛 11内， 从而与颗粒燃料在炉膛 Π内进行高温氧化燃烧， 颗粒燃料可从燃 料入口 13进入炉膛 11内。

进一步地， 颗粒燃料锅炉 1 底部设有布风板 12， 预热空气经过锅炉底部的布风板 12进入炉膛 11内。

与待预热空气进行换热后的烟气通过第二烟气 通路 101进入 WCFB烟气脱硫设备 5 以进行净化。

根据本发明实施例的颗粒燃料锅炉及干法脱硫 工艺系统 100， 通过设置蓄热式旋转 换向加热器 2和 WCFB烟气脱硫设备 5，蓄热式旋转换向加热器 2可将高温烟气降低至 65~75 °C左右。 在锅炉排烟温度降低到 65~75 °C的同时， 对尾部的脱硫工艺需要产生重 大变革。 即采用 WCFB干法脱硫工艺， 从而使得尾部不需要喷水降温， 避免腐蚀问题， 烟气被降低到 65~75 °C正好是 WCFB干法脱硫工艺的进口烟温，原来的 120 °C以上的排 烟温度必须要喷水降温到 65~75 °C， 这样节省了一道喷水工艺， 同时节能， 避免了喷水 后灰贴壁的不利问题。

如图 1所示， 第一烟气通路 3包括与炉膛 11相连通的第一尾部烟道 31和与第一尾 部烟道 31相连通的热风烟道 32， 热风烟道 32的出口端与蓄热式旋转换向加热器 2相 连通。 也就是说， 第一烟气通路 3包括第一尾部烟道 31和热风烟道 32， 其中， 第一尾 部烟道 31的一端与炉膛 11相通， 其另一端与热风烟道 32相通， 热风烟道 32的另一端 即出口端与蓄热式旋转换向加热器 2相通。 可选地， 第一尾部烟道 31内设置有多个过热器 311。 换言之， 第一尾部烟道 31 内 可设有多个彼此间隔开的过热器 311。 由此， 通过设置过热器 311， 可有效提高整个蒸 汽动力装置的循环热效率。

在本发明的一个实施例中， 颗粒燃料锅炉及干法脱硫工艺系统 100进一步包括： 旋 风分离器 6， 旋风分离器 6分别与炉膛 11的顶部和第一尾部烟道 31相连通。 例如在图 1的示例中， 旋风分离器 6设在炉膛 11和第一尾部烟道 31的连接处， 且分别与炉膛 11 和第一尾部烟道 31相通。 由此， 通过设置旋风分离器 6， 可有效地将烟气和较大的颗 粒燃料、 灰粒进行分离。

进一步地， 旋风分离器 6进一步包括回料管 61， 回料管 61分别与旋风分离器 6的 主体以及炉膛 11的下部相连通。如图 1所示， 回料管 61的一端与旋风分离器 6的底部 相通， 其另一端与炉膛 11的下部相通。 由此， 通过设置回料管 61， 较大的颗粒燃料和 灰粒可经过回料管 61， 循环进入炉膛 11燃烧和换热。

在本发明的一个实施例中， 从热风烟道 32进入蓄热式旋转换向加热器 2内的烟气 速度可调节。 当从热风烟道 32进入蓄热式旋转换向加热器 2内的烟气速度较高时， 可 极大地提高待预热空气的温度。

可选地， 热载体为 SiC或者陶瓷， 且具有小球状、 片状或者多孔状的结构。 由此， 蓄热式旋转换向加热器 2可耐高温、 耐腐蚀且耐磨损。

可选地， 经过蓄热式旋转换向加热器 2换热后的烟气的温度为 65-75 °C。 由此， 进 入后续 WCFB烟气脱硫设备 5的烟气无需喷水降温。

在本发明的一个实施例中， WCFB烟气脱硫设备 5包括： 吸收塔 51、 消石灰仓 52 以及除尘器 53。 其中， 第二烟气通路 101与吸收塔 51的底部相连通。 消石灰仓 52设 置在吸收塔 51的上部， 用于将消石灰喷入吸收塔 51。 除尘器 53与吸收塔 51相连通， 用于对经过消石灰吸收反应后的烟气进行除尘 ，且经过除尘后的烟气经过第二尾部烟道 排至大气中。 由此， 通过设置吸收塔 51和消石灰仓 52， 烟气可在吸收塔 51 中与消石 灰仓 52喷入的消石灰进行吸收反应， 通过设置除尘器 53， 脱硫后的烟气可进入除尘器 53中进行净化。

在图 1的示例中， 第二烟气通路 101的一端与蓄热式旋转换向加热器 2相通， 其另 一端与吸收塔 51的底部相通， 从而将蓄热式旋转换向加热器 2中温度降低的烟气通入 吸收塔 51中，烟气上升到吸收塔 51的上部与消石灰仓 52喷入的消石灰进行吸收反应， 然后进入除尘器 53除尘， 脱硫后的净化烟气离开除尘器 53进入第二尾部烟道， 最后由 烟囱排入大气。

进一步地， 颗粒燃料锅炉及干法脱硫工艺系统 100进一步包括： 再循环管 54， 再循 环管 54倾斜设置且用于将除尘器 53底部的消石灰再循环至吸收塔 51内。如图 1所示， 再循环管 54的一端与除尘器 53的底部相通， 其另一端与吸收塔 51相通， 从再循环管 54返回到吸收塔 51的含消石灰颗粒再次与进入吸收塔 51的低温烟气反应。 由此， 通 过多次循环， 有效地提高了消石灰的利用效率， 从而提高了脱硫效率。 在本发明的其中一个示例中， 再循环管 54 的底部还可设有至少一个流化风机 541 以起到顺利返料的作用。 在图 1的示例中示出了两个流化风机 541， 两个流化风机 541 在左右方向上间隔开设置。可以理解的是，流 化风机 541的数量可以根据实际要求设置， 以更好地满足实际要求。

在本发明的一个实施例中， 颗粒燃料锅炉及干法脱硫工艺系统 100进一步包括： 水 箱 55， 水箱 55与吸收塔 51相连， 用于选择性地向吸收塔 51内喷水。 当经过蓄热式旋 转换向加热器 2换热后的烟气的温度为 65-75 °C时， 由于 65-75 °C是 WCFB的理想反应 温度， 此时无需对吸收塔 51内的烟气进行喷水降温。 由此， 通过设置水箱 55， 可有效 防止意外事故所导致的吸收塔 51内烟气温度过高的情况。

综上， 根据本发明的颗粒燃料锅炉及干法脱硫工艺系 统 100搭载了蓄热式旋转换向 加热器。 根据发明人的计算， 通过搭载蓄热式旋转换向加热器， 将冷风加热到热风利于 燃烧的同时， 将排烟温度降到 65~75 °C， 有效的利用了燃料的余热， 并将锅炉的效率提 高 3个百分点以上。 此外， 由于在锅炉排烟温度降低到 65~75 °C的同时， 对尾部的脱硫 工艺需要产生重大变革。 即采用 WCFB干法脱硫工艺， 从而使得尾部不需要喷水降温， 避免腐蚀问题， 同时节省了一道喷水工艺， 起到节能的作用， 避免了喷水后灰贴壁的不 利问题。

在本说明书的描述中， 参考术语 "一个实施例"、 "一些实施例"、 "示意性实施例"、 "示 例"、 "具体示例"、 或 "一些示例"等的描述意指结合该实施例或示例� ��述的具体特征、 结 构、 材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例 或示例中。 在本说明书中， 对上述术语 的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示 例。 而且， 描述的具体特征、 结构、 材料或 者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例 中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例， 本领域的普通技术人员可以理解： 在不脱 离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实 施例进行多种变化、 修改、 替换和变型， 本发明的范围由权利要求及其等同物限定。