一种三回程膜式壁生物质蒸汽锅炉系统及其温度调控方法与流程

本发明涉及一种三回程膜式壁生物质蒸汽锅炉系统，具体适用于提高生物质蒸汽锅炉热转换效率、延长锅炉检修周期。

背景技术：

1、生物质燃料工业锅炉的炉膛主要采用普通钢管作为换热管，换热管外砌筑耐火砖和保温材料，这种结构保温性不好，外壁温度高；这种结构密封性不好，容易漏风。

2、膜式壁是一种用于锅炉燃烧换热部件的结构。这种结构主要应用在大型燃煤、燃气等锅炉上，供蒸汽的生物质燃料工业锅炉很少采用膜式壁结构。

3、同时对于生物质蒸汽锅炉而言，由于其生产蒸汽的特性造成了锅炉内部的水流量的不可控性进一步造成了锅炉内的温度无法利用调控水流速度的方式来实现温度的控制，而锅炉内每一个燃烧环节的温度范围都是需要控制在一定范围内的，否则会造成催化失效、脱硝失效等不良后果，故控制整个锅炉烟气流程的温度也成为了一项需要解决的问题。

4、生物质燃料锅炉往往是从燃煤锅炉改造而来，实际上来看，运行效果并不好。

5、1、燃烧效率不高，燃煤锅炉炉膛空间较小，与生物质燃料不匹配，导致燃烧不完全。

6、2、传统生物质锅炉积灰较严重。生物质灰的灰熔点比较低，在800℃左右就具有粘结性，传统生物质锅炉往往因为积灰需要经常停炉清灰。

7、3、传统锅炉因为是炉墙密封结构和铸铁省煤器，导致锅炉漏风严重，也降低锅炉的热效率，增加锅炉风机的电耗。

8、4、由于生物质燃料的含水量的不确定性，导致其炉膛内的温度处于一个动态变化的过程中，传统的定点脱硝无法满足生物质锅炉的脱硝需求，造成污染排放增多。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中存在的燃烧效率不高、检修频繁的问题，提供了一种提高燃烧效率和热转换率、延长锅炉检修周期的三回程膜式壁生物质蒸汽锅炉系统及其温度调控方法。

2、为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：

3、一种三回程膜式壁生物质蒸汽锅炉系统，所述生物质蒸汽锅炉系统包括：锅炉主体、蒸发器和省煤器，所述锅炉主体的烟气出口通过蒸发器与省煤器相连通，所述省煤器的进水口与锅炉给水管道相连通，所述省煤器的出水口通过蒸发器后与锅炉主体内的膜式壁管道的进水口相连通，所述膜式壁管道的蒸汽出口与蒸汽供给管道相连通；

4、所述膜式壁管道包括从燃料进口端到燃料出口端方向依次设置的前拱换热壁、后拱换热壁、隔墙换热壁和后墙换热壁，所述膜式壁管道还包括对称设置的两组换热侧顶壁，所述前拱换热壁、隔墙换热壁、后墙换热壁和换热侧顶壁均为竖向管道的膜式壁结构，所述后拱换热壁的中、下部为膜式壁结构，所述后拱换热壁的顶部为类似栅栏的管道结构，所述前拱换热壁、后拱换热壁、隔墙换热壁、后墙换热壁和两组换热侧顶壁管路的底部与进水管道相连通，所述前拱换热壁、后拱换热壁、隔墙换热壁、后墙换热壁和两组换热侧顶壁管路的顶部与蒸汽管道相连通；

5、所述前拱换热壁、隔墙换热壁和后墙换热壁的左右两侧分别与其对应侧的换热侧顶壁密封连接，所述后拱换热壁下端的膜式壁段的左右两侧分别与其对应侧的换热侧顶壁以及锅炉壳体的内壁密封连接，所述换热侧顶壁顶部与蒸汽管道密封连接，所述后墙换热壁上部设置有排烟管，所述前拱换热壁与后拱换热壁之间形成有主燃室，所述后拱换热壁与隔墙换热壁之间形成有二燃室，所述隔墙换热壁与后墙换热壁之间形成有沉降室，所述主燃室通过二燃室与沉降室相连通形成炉膛的内部空间，所述主燃室、二燃室、沉降室内各设有一个耐高温温度传感器，所述两个换热侧顶壁上设置有多个尿素喷枪；所述尿素喷枪近后拱换热壁的顶部为类似栅栏的管道结构设置，所述尿素喷枪分别设置于主燃室和二燃室内，所述主燃室和二燃室内的耐高温温度传感器近尿素喷枪的作用区域设置；

6、所述省煤器包括省煤器主体、烟气旁路通道和液体介质旁路通道，所述省煤器主体的顶部设置有烟气旁路通道，所述烟气旁路通道中部设置有烟气流量调节阀，所述烟气流量调节阀一侧的烟气旁路通道与省煤器主体的烟气入口相连通，所述烟气流量调节阀另一侧的烟气旁路通道与省煤器主体的烟气出口相连通；所述省煤器主体的侧部设置有液体介质旁路通道，所述液体介质旁路通道中部设置有液体流量调节阀，所述液体流量调节阀下方的液体介质旁路通道与省煤器主体的液体入口相连通，所述液体流量调节阀上方的液体介质旁路通道与省煤器主体的液体出口相连通；所述省煤器主体的烟气出口处设置有烟气温度传感器，所述省煤器主体的液体入口和液体出口处设置有液体温度传感器。

7、所述蒸发器包括：换热器壳体、一级清灰室、二级清灰室和排气清灰室，所述换热器壳体内部设置有炉膛管道和多根烟气换热管，所述炉膛管道与多根烟气换热管平行设置，所述炉膛管道的进口端与排烟管相连通，所述炉膛管道的出口端与一级清灰室的下端相连通，所述一级清灰室的上端通过多根位于下半部分的烟气换热管与二级清灰室的下端相连通，所述二级清灰室的上端通过根位于上半部分的烟气换热管与排气清灰室相连通，所述一级清灰室、二级清灰室和排气清灰室的底部均设有排灰通道。

8、所述炉膛管道内设有天然气辅助加热调温装置。

9、所述后拱换热壁的下端与后墙换热壁的下端相对向下倾斜，后拱换热壁与后墙换热壁之间形成有清灰道，所述清灰道下端设置有可翻转的落灰板。

10、所述后拱换热壁的中部与前拱换热壁的下端设有相对设置的拱形结构，所述后拱换热壁的顶部为相互分叉的换热管结构，所述后拱换热壁顶部的换热管穿过换热侧顶壁顶部的隔板后与蒸汽管道相连通；

11、所述前拱换热壁与后墙换热壁之间的距离为a，所述前拱换热壁与后拱换热壁之间的最小距离为b, b=（24±1.5）%a，所述隔墙换热壁与后墙换热壁之间的距离为c，c=（15±1.5）%a；所述后拱换热壁下段倾斜角度为15-25度。

12、一种三回程膜式壁生物质蒸汽锅炉系统的温度调控方法，本设计的蒸汽锅炉系统进入稳态运行后，需要对其内部的温度进行有效控制，以保证各化学反应达到设计的反应发生温度：主要包括除尘装置温度控制和脱硝辅助温度控制；

13、除尘装置温度控制方法：省煤器烟气出口后方连接滤筒和滤袋除尘要求介质温度为130℃~180℃，

14、实时监测烟气温度传感器对烟气流量调节阀和液体流量调节阀进行控制：

15、a、当烟气温度传感器测得的温度低于设定最低温度时，增大烟气流量调节阀34开度，提高排烟温度；此时液体流量调节阀35能够参与脱硝辅助温度控制；

16、b、当烟气流量调节阀处于最大开度状态且气温度传感器36测得的温度仍然低于设定最低温度时，须增大液体流量调节阀，此时液体流量调节阀35不参与脱硝辅助温度控制；

17、c、当气温度传感器测得的温度高于设定最高温度时，减小烟气流量调节阀开度，降低排烟温度；此时液体流量调节阀能够参与脱硝辅助温度控制；

18、d、当烟气流量调节阀处于关闭状态且气温度传感器测得的温度仍然高于设定最高温度时，须关闭液体流量调节阀，此时液体流量调节阀不参与脱硝辅助温度控制；

19、脱硝辅助温度控制方法：在锅炉主体内进行，nox脱硝温度在800度到1250度，nox最佳脱硝温度在900度到1000度，当除尘装置温度控制能够依靠烟气流量调节阀实现控温时，液体流量调节阀能够参与脱硝辅助温度控制中；

20、a、当锅炉处于低负荷运行状态时，燃料投放少，燃料燃烧充分，炉膛内温度相对较低，脱硝时优先开启主燃室内的尿素喷枪，此时蒸汽产生速度相对较低，液体流速慢需关闭液体流量调节阀，利用烟气余热对液体进行充分加热；

21、b、随着燃料投放增加，炉膛内的温度逐渐升高，二燃室温度更加符合脱硝温度区间要求，优先采用二燃室内的尿素喷枪，此时蒸汽产生速度加快，适当开启液体流量调节阀对炉膛内温度有辅助降低的作用；

22、c、当锅炉加载到满负荷运行时，炉膛内的温度进一步升高，但是随着蒸发反应的加速，锅炉内的温度回到一个相对稳定的状态，此时由于满负荷运转造成燃烧不够充分的问题，大量生成氮氧化物，此时开启所有尿素喷枪，进行脱硝，同时降低反应温度，此时液体流量调节阀的开度达到最大设定开度；

23、d、着燃料投放增加，炉膛内的温度逐渐降低，二燃室温度更加符合脱硝温度区间要求，优先采用二燃室内的尿素喷枪，此时蒸汽产生速度降低，适当减小液体流量调节阀开度对炉膛内温度有辅助降低的作用。

24、所述脱硝辅助温度控制方法中包括：

25、尿素喷洒量控制：当蒸汽锅炉系统低于1/2额定负荷运行时，尿素喷枪的开启数量小于等于总数量的2/3；

26、喷枪喷洒优先级控制：当主燃室和二燃室内的温度均低于1000℃时，优先开启主燃室区域的尿素喷枪；当主燃室和二燃室内的温度一个高于1000℃一个低于1000℃时，优先开启低温区域的尿素喷枪；当主燃室和二燃室内的温度都高于1000℃时，所有喷枪全部开启。

27、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

28、1、本发明一种三回程膜式壁生物质蒸汽锅炉系统中采用全膜式壁的密封结构，外壁全部焊接密封，这保证了整个炉膛的密封性，不会发生漏风的情况，并且炉膛中热量不易传递到外界，不仅有效提高了炉膛的隔热性能，而且增加了换热管的受热面积，提高了锅炉的热转化效率。

29、2、本发明一种三回程膜式壁生物质蒸汽锅炉系统中通过前拱换热壁和后拱换热壁的配合，在主燃室入口出形成一个较窄的喉口，利用文丘里效应加快流速，从而使主要的燃烧反应集中在喉口附近，进而加强主燃室的燃烧反应，提高主燃室内燃烧温度保证燃料的稳定着火和燃烧，同时将二燃室留出较大的空间，利于燃烧反应的继续保证燃料中挥发份的燃尽，提高燃烧效率达到充分热交换的效果，最后将沉降室的流通空间缩小，提高沉降室内的流体速度，加速烟尘中灰份的碰撞下落，减少排出气体内的烟尘；同时在蒸发器内设置多个清灰口，保证了蒸发器连续长期运转，延长了检修周期。

30、3、本发明一种三回程膜式壁生物质蒸汽锅炉系统中的省煤器结构设置烟气旁路通道来调节省煤器出口的烟气温度，是其保持在最佳的温度范围用于后续的除尘流程，进一步的设置液体介质旁路通道来调节液体介质的出口温度，进一步的配合液体介质管道内的水泵控制流速，可以实现温度可控的热交换，从而达到控制水温和烟气温度的目的。

31、4、本发明一种三回程膜式壁生物质蒸汽锅炉系统的温度调控方法中的首先通过省煤器的调控功能，来控制省煤器出口烟气温度，确保后续除尘装置的正常运行；同时辅助脱硝反应，在一定范围内调节进入锅炉换热管道的液体的初始温度，辅助控制锅炉内温度，同时锅炉内根据不同的工况结合温度传感器数据，进行尿素的喷洒完成脱硝，控制氮氧化物生成。