CN101532678A - 电站燃煤锅炉布朗气(氢氧气)点火系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电站燃煤锅炉用的无油点火系统，采用布朗气(氢氧气)直接点燃煤粉。在点火燃烧器及其部分一次风管道上装有多套布朗气予热、点火组件和高温蓄热元件组成泛燃烧器。泛燃烧器在锅炉启动期间为煤粉的升温、引燃、燃烧、燃尽提供了必要的时间、空间和足够大的点火热功率，适用于燃用烟煤、贫煤、无烟煤、褐煤等煤种，适用于切圆燃烧、前后墙对冲、W形火焰等炉型，适用于钢球磨、中速磨、风扇磨的无油点火系统。多点予热及点火全过程受DCS的控制。布朗气通过电解水产生，即产即用，环保、安全、经济。一套布朗气发生器组可以为多台电站燃煤锅炉服务。在锅炉中、高负荷时从分离二次风/三次风部位注入布朗气还可以提高锅炉运行效率。

Description

电站燃煤锅炉布朗气(氢氧气)点火系统

(一)技术领域：

本发明涉及一种电站燃煤锅炉用的无油点火系统。本发明电站燃煤锅炉布朗气(氢氧气)点火系统是采用布朗气直接点燃煤粉，是一种与等离子点火系统原理不同的新型电站燃煤锅炉用的无油点火系统。

(二)背景技术：

现有技术的电站燃煤锅炉用的无油点火系统是等离子点火系统，该点火系统是利用一定压力的洁净空气为介质，在直流电流的作用下，接触起弧并在强磁场控制下获得稳定功率的定向流动空气等离子体，该等离子体在燃烧器内形成局部高温，当煤粉通过时迅速点燃煤粉喷入炉膛。等离子点火系统已在众多电站实现了燃煤锅炉的无油点火或少油点火，节省了大量燃油，但还是有其局限性：^*投资巨大，投资与需用等离子点燃的燃烧器个数、等离子体的热功率大致呈线性关系。^*阴极工作条件恶劣，工作寿命只有200小时或更短，维护工作量大。^*一般只适用于点可燃基挥发份大于20％的煤粉。^*燃点贫煤、高水分褐煤困难，基本没有低负荷稳燃功能，绝大多数电站保留了燃油点火助燃系统。^*尚无燃点燃用无烟煤的W形火焰锅炉的记录。^*需将原有的低NOx燃烧器整体更换为逐级放大，分级燃烧的点火燃烧器。^*点火过程中煤粉燃尽率低，冷炉点火起始2小时内的飞灰可燃物达到20％或更高。

(三)发明内容与实施方式：本发明电站燃煤锅炉布朗气(氢氧气)点火系统是采用布朗气直接点燃煤粉，实现电站燃煤锅炉无油启动；在锅炉低负荷时布朗气具备稳燃功能，可以有效降低不投油稳燃负荷；在锅炉中、高负荷时从分离二次风部位/三次风部位注入布朗气可以减少燃煤锅炉q₄、q₃、q₂损失，提高燃煤锅炉运行效率；适用于燃用烟煤、贫煤、无烟煤、褐煤等各种煤种的煤粉炉的无油点火系统，对新建燃煤电厂可以取消燃油罐区、燃油泵房、燃油输送系统、油罐区消防系统、炉前燃油系统等，节省大量基建投资。

本发明电站燃煤锅炉布朗气(氢氧气)点火系统具有节能、环保、低运行费用的特点。

布朗气(英文名为Browns Gas，又名氢氧气)，是由澳大利亚科学家Yull Brown教授最早提出，其定义为“严格地按照水(H₂O)分子式中氢氧摩尔当量配比，经专用设备电解产生的、具有活性的氢氧混合气体。”

布朗气通过电解水产生，即产即用，低压下操作0.2MPa～0.3MPa，可以近距离输送；布朗气使用时无需配风，特别适合在封闭空间内使用；严格地符合水(H₂O)分子式中氢氧摩尔当量配比的干燥布朗气即使在1000℃时亦不发生爆鸣，但用电火花，极微小能量(0.000007J)就能够点燃；布朗气无色、无味、无毒，燃烧后唯一产物为水，环保性能良好；布朗气具有其它所有燃气都无法实现的内爆特性，即产即用，安全性良好，适合在电站燃煤锅炉炉前使用；布朗气燃烧时具有催化特性，氢、氧燃烧是典型的分支链锁反应过程，当形成一个分子的水时，就得到两个新的活性H，可以有效加速CO的燃烧，CO正是煤粉燃烧过程中最重要的中间产物，对可燃基挥发份低于20％的贫煤和无烟煤，布朗气点火仍然有良好的点燃和燃尽效果；布朗气燃烧时，火焰温度随被加热物体材料的不同温度，具有不同的燃烧温度，即“变温特性”，布朗气的火焰温度在125℃～2300℃之间变动，布朗气既可以对电站燃煤锅炉的燃烧系统各部套作柔和精确的升温操作，也可以快速、有效地点燃煤粉。

本发明电站燃煤锅炉布朗气(氢氧气)点火系统由以下子系统组成：

布朗气发生、输送、分配子系统；

泛燃烧器子系统；

锅炉运行效率提升子系统；

冷炉煤粉制备子系统；

监控子系统。

布朗气发生、输送、分配子系统

由布朗气发生器组、阀门、阻火器、布朗气输送管道、炉前母管、真空泵、母管压力传感器等部件组成。布朗气发生器组由多台布朗气发生器并联组成，每台布朗气发生器出口接有出口阀和阻火器，布朗气发生器组的总出力取决于电站燃煤锅炉的额定出力、锅炉炉型、燃用煤种、制粉系统型式、磨煤机类型、备用容量等因素，应满足必须同时点燃的燃烧器组对布朗气的总需求。当需增加布朗气点燃的燃烧器组数时，并不需要线性增加布朗气发生器组的总出力，因本发明采用母管制，对燃烧器逐组点火、稳燃，分时服务，当某组燃烧器点火时可以用比等离子点火大得多的热功率去燃点该组燃烧器，点火成功进入稳燃状态后布朗气耗量大大减少，系统又可以为下一组燃烧器服务。对配某些制粉系统型式、磨煤机类型的锅炉允许燃烧器逐个点燃时，可以明显降低对布朗气发生器组的总出力的要求。电站燃煤锅炉一般不会同时启动，一套布朗气发生器组可以为2台，甚至更多台电站燃煤锅炉服务，与等离子点火系统相比本发明电站燃煤锅炉布朗气(氢氧气)点火系统将大大降低电厂总基建投资。

在输送管道、炉前母管等较大空间充入布朗气之前，应使用真空泵抽真空，以确保布朗气充入过程安全。布朗气输送管道、炉前母管等均采用无缝钢管，不锈钢材质。平走的输送管道应有1％左右爬升坡度(布朗气输送方向)。全部管道架空布置，多点接地，各点接地良好，避免静电引发不可控的爆燃。管道连接采用焊接。

布朗气发生器组由低压厂用变压器供电，电厂除盐水系统供水(不超过500kg/h)，电解水产生布朗气。布朗气发生器自带PLC，可以无人值守24小时连续运行。母管压力传感器接入DCS(分布式控制系统)，各布朗气发生器的PLC和出口阀受DCS控制，使产气量与用气量平衡，自动维持母管压力。布朗气发生器组应布置在室内，1.5m以上部位通风良好，冬季停运的布朗气发生器应注意防冻。

布朗气发生、输送、分配子系统中使用密封性能优异的不锈钢截止阀或者球阀，气动或者电动，防爆。

布朗气阻火器是用来阻止布朗气回火的安全装置。它由一种能够通过气体的、具有许多细小通道或缝隙的固体材料(阻火元件)和进、出口连接件所组成，当火焰进入阻火器后，被阻火元件分成许多细小的火焰流，由于传热作用(气体被冷却)和器壁效应，火焰流猝灭。本发明采用不锈钢阻火元件。

泛燃烧器子系统

由于布朗气易于分配、易于控制、易于点火、无需配风，按电站燃煤锅炉的额定出力、锅炉炉型、燃用煤种、制粉系统型式的不同，在点火燃烧器及其部分一次风管道上装有多套布朗气预热、点火组件和高温蓄热元件组成泛燃烧器。泛燃烧器在锅炉启动期间为煤粉的升温、引燃、燃烧、燃尽提供了必要的时间、空间和足够大的点火热功率；在锅炉启动进程中，被引燃的煤粉产生的热量和布朗气燃烧产生的热量使泛燃烧器各部位温度、炉膛温度、一次风温、二次风温逐渐自举升高；在炉膛温度、一次风温、二次风温达到一定水平后，煤粉的引燃、燃烧、燃尽过程逐步由泛燃烧器转移到炉膛；当煤粉的引燃、燃烧、燃尽过程全部转移到炉膛，组成泛燃烧器的燃烧器及其部分一次风管道回复到正常运行的温度水平时，锅炉启动过程完成。在锅炉启动期间各布朗气预热、点火组件的投停在DCS(分布式控制系统)控制下，预热泛燃烧器，引燃煤粉，稳定煤粉在泛燃烧器内的燃烧过程，维持泛燃烧器各部位的温度在各目标区域，并平滑过渡到正常运行状态。

每套布朗气预热、点火组件由布朗气燃烧喷嘴、电火花发生器、高能点火器、阻火器、布朗气流量控制短管、燃烧喷嘴启停电磁阀等部件组成。

布朗气燃烧喷嘴按照安装部位和用途的不同，可分成长焰型、短焰型、微焰型、笛型管型、类笛型管型、锥面焰型、带护焰套型等类型；布朗气燃烧喷嘴按照工作部位温度的不同可分为高温型和低温型。布朗气燃烧喷嘴的结构、形状、材质应能够抵抗、避免煤粉气流的快速磨损；布朗气燃烧喷嘴的结构、形状应能避免在布朗气停用期间煤粉大量进入喷嘴、堵塞喷嘴；布朗气燃烧喷嘴内布朗气的流速应颇高于布朗气回火速度(11.2m/s)。布朗气燃烧喷嘴可按上述要点设计、适配使用。

电火花发生器是一种微小功率连续电火花发生器，其火花塞安装在布朗气燃烧喷嘴出口附近但不易被煤粉磨损的部位，在燃烧喷嘴启停电磁阀开启前即投入，在燃烧喷嘴启停电磁阀关闭后才停止，以确保布朗气燃烧连续可靠而无需设置火检。电火花发生器投/停受PLC(可编程控制器)控制，并自带投/停成功的反馈信号。电火花发生器一般用于点燃热功率较小预热、点火组件。热功率较大的一次风预热、点火组件用高能点火器点燃，以确保在高一次风速、低一次风温条件下能够点燃布朗气，点燃煤粉，另有图像式炉膛火焰监视实证煤粉已经点燃。热功率较大的布朗气预热、点火组件也可用电火花发生器先点燃小功率短焰型预热、点火组件后二级点燃。

布朗气预热、点火组件用的阻火器是一种使用粉末冶金不锈钢止火元件的焊接式阻火器，可以多次连续阻火。

布朗气预热、点火组件控制短管可以是直流道，也可以是螺旋式流道，用于控制布朗气预热、点火组件的流量，具有恒流作用，当一次风压较大幅度变化时布朗气流量可保持稳定。

为确保布朗气预热、点火组件关闭严密，2只燃烧喷嘴启停电磁阀串联使用，不锈钢材质，电磁线圈密封防爆，F级绝缘，停电关闭。

各布朗气预热、点火组件在一次风管道进煤粉前用作泛燃烧器的预热手段，为点燃煤粉特别是难以点燃的煤粉准备良好的温度条件，对不同煤种、不同一次风温、泛燃烧器各不同部位有不同预热温度目标值。泛燃烧器经过适当预热以后，冷炉点火过程对一次风温的要求大大降低，甚至可以用冷一次风先行点火，让一次风温在冷炉启动过程中自举升高。

布朗气燃烧时具有催化特性，多点、提前、适量、适时、可控的预热、点火方式和高温蓄热元件的使用，可以在保证泛燃烧器安全的前提下点燃低热值贫煤、高水分褐煤和无烟煤，并取得高燃尽率。

在每个燃烧器及其部分一次风管道上装有多点温度传感器用于对多点预热及点火过程进行监控。

本发明电站燃煤锅炉布朗气点火系统一般可以保留原有的低NOx燃烧器气动力学特征不变，低NOx性能不变，无需整体更换为逐级放大，分级燃烧的点火燃烧器。燃烧器的一次风通道和一次风管道的某些部位换用耐高温材料如Cr28Ni20MoW，至少能够在900℃长期安全工作。

本发明电站燃煤锅炉布朗气点火系统设计点燃低浓度煤粉，在该煤粉浓度下无需二次风参与，煤粉在由燃烧器和一次风管道的某些部位组成的泛燃烧器中可以基本燃尽，并有适当的过剩空气系数。对不同热值的煤种有不同的煤粉浓度目标值，大致在0.08到0.2kg/kg，为控制泛燃烧器温度最高部位不超过1000℃，煤粉浓度有时还可以低于上述目标值。锅炉启动后期，在炉膛温度、一次风温、二次风温达到一定水平后，逐步提高煤粉浓度，煤粉的引燃、燃烧、燃尽过程逐步由泛燃烧器转移到炉膛；当煤粉的引燃、燃烧、燃尽过程全部转移到炉膛，组成泛燃烧器的燃烧器及其部分一次风管道回复到正常运行的温度水平时，锅炉启动过程完成。锅炉整个启动过程中可以投入电除尘器，环保性能良好。

本发明电站燃煤锅炉布朗气点火系统对一次风速有良好适应能力。在点火初期如有条件宜采用较低一次风速，0.6VH(0.6倍额定一次风速)，更易点燃煤粉也较易适合锅炉点火初期对燃料量的要求。对某些磨型，如风扇磨，难以调低点火一次风速，甚至还高于VH时，本发明也能够适应。对不同煤种、不同磨型，一次风速在整个起动过程中的调整范围大致在0.6VH到1.2VH。

对难燃煤种，如低热值贫煤、高水分褐煤，需在一次风道内设置一段或多段由耐高温材料制成的适当长度的高温蓄热元件，该高温蓄热元件在一次风管道进煤粉前用相应部位的布朗气预热、点火组件加热到700℃至900℃，有效提高了引燃煤粉时的当量热功率。高温蓄热元件的断面积不超过一次风道通流面积的3％，不会明显增加一次风道阻力。

对极难燃煤种，如燃用无烟煤的的W形火焰锅炉，除了采用上述高温蓄热元件外，还需将旋风分离器及该分离器前必要长度的一次风管道更换为耐高温材料，以形成一个工作温度700℃至950℃的低煤粉浓度富氧的煤粉燃烧空间；在旋风分离器中心出口管上增加耐高温关断门，点火期间关断该门，以避免旋风分离器内缺氧；初期低浓度煤粉在离开燃烧器进入炉膛时已基本燃尽，随下炉膛温度升高到700℃以上，二次风温升高到200℃以上可以逐步提高煤粉浓度，将煤粉燃尽过程逐步转移到炉膛。控制旁路风和携带风的比例、控制一次风速、控制布朗气预热、点火组件投入位置和点数、控制布朗气投入总量，可以控制煤粉燃烧空间的温度，达到既能有效点燃煤粉，取得高燃尽率又不结渣，不烧坏任何部件的目标。

对可能在较高温度下工作的一次风管道应做热膨胀校核和吊架负荷校核，适当增加不锈钢补偿节，以避免工作状态下压死补偿节或拉坏一次风管道，一次风管道抱箍应使用耐高温材料。泛燃烧器的保温材料应采用耐高温的硅酸铝棉毡。

对高热值烟煤采用单点点火或者2点点火，一次风管预热温度一般不超过130℃，严防煤粉在一次风管内爆燃失控。有时也设置一段不长的高温蓄热元件作为煤质恶化时的备用手段。

在锅炉低负荷或者煤质严重恶化时，逐点投用布朗气预热、点火组件，布朗气点火系统具备单个/组燃烧器稳燃功能，可以有效降低不投油稳燃负荷，届时发电机组的合理最低负荷将由汽轮机的回热系统、汽动给水泵等因素决定，而不会受制于锅炉。

实例一：燃用烟煤的泛燃烧器(图1)

WR型燃烧器本体不做改动，露出大风箱部分的接头和短管换用耐高温材料；弯头如能耐800℃高温则无需更换；弯头前设置一段不长的高温蓄热元件，对应的一次风道换用耐高温材料，以备点火煤挥发分和/或发热量下降时仍能够正常点火；高温蓄热元件前设置一段可预热的一次风管以备冷一次风启动，该段一次风道无需更换为耐高温材料。

与高温蓄热元件和可预热一次风管相配，设置有若干套布朗气予热、点火组件，采用类笛型管型喷嘴。在弯头后的短管设置有短焰型大热功率布朗气予热、点火组件。

实例二：燃用贫煤的泛燃烧器(图2)

旋流燃烧器本体不做影响气动力学特征的改动，中心管截短并更换为耐高温材料，使一次风能够进入中心管，中心管也起高温蓄热元件的作用，点火油枪更换为锥面焰型布朗气予热、点火组件，弯头及接头换用耐高温材料，弯头前设置2段较长的高温蓄热元件，对应的一次风道换用耐高温材料，如该贫煤热值偏低可以设置更多的高温蓄热元件。高温蓄热元件前设置一段可预热的一次风管以备冷一次风启动，该段一次风道无需更换为耐高温材料。

与高温蓄热元件相配，设置有若干套布朗气予热、点火组件，采用类笛型管型喷嘴。垂直布置的高温蓄热元件断面为园环形，耐热不锈钢制，四周布置有类笛型管型喷嘴。水平布置的高温蓄热元件断面为∏形，两侧和顶部布置有类笛型管型喷嘴，为了避免在锅炉正常运行时煤粉大量进入类笛型管型喷嘴且不易吹出，底部不布置类笛型管型喷嘴。∏形高温蓄热元件为铸件，断面有脱模斜度，可以用若干段便于铸造的短件代用图二中的长件。

实例三：燃用无烟煤的泛燃烧器(图3)

燃用无烟煤的的W形火焰锅炉，将旋风分离器及该分离器前约10m的一次风通道更换为耐高温材料并设置高温蓄热元件和若干套布朗气予热、点火组件，以形成一个工作温度700℃至850℃的低煤粉浓度富氧的煤粉燃烧空间；在旋风分离器中心出口管上增加耐高温关断门，点火期间关断以避免旋风分离器内缺氧；初期低浓度煤粉在离开燃烧器进入炉膛时已基本燃尽，随下炉膛温度升高到700℃以上，二次风温升高到200℃以上可以逐步提高煤粉浓度，将煤粉燃尽过程逐步转移到炉膛。控制旁路风和携带风的比例、控制一次风速、控制布朗气予热、点火组件投入位置和点数、控制布朗气投入总量，可以控制煤粉燃烧空间的温度，达到既能有效点燃煤粉，取得高燃尽率又不结渣，不烧坏任何部件的目标。

本实例允许以冷一次风方式启动，为此，在高温蓄热元件前设置一段可预热的一次风管以备冷一次风启动，该段一次风道无需更换为耐高温材料。一次风温在整个启动过程中自举升高，DCS在一次风温升高过程会适时逐个停止布朗气予热、点火组件，维持工作温度700℃至950℃的低煤粉浓度富氧的煤粉燃烧空间。

实例四：燃用高水分褐煤的泛燃烧器(图4)

燃用高水分褐煤配用风扇磨八角切圆燃烧，每台风扇磨供一个角的全部燃烧器，风扇磨出口接粗粉分离器，经煤粉分配器到组合式一次风道，在各个水平分风道或/和垂直分风道中设置有必要长度的高温蓄热元件。在一次风道的两侧和水平分风道的顶部布置有很多套布朗气预热、点火组件，用于对一次风道预热和对高温蓄热元件的加热。本实例允许以冷一次风方式启动，由于燃用高水分褐煤配用风扇磨的锅炉具有高温炉烟抽取口，一次风温在整个启动过程中自举升高快速、明显，DCS在一次风温升高过程会适时逐个停止布朗气预热、点火组件，维持进入炉膛的烟气温度700℃至800℃。可能工作在450℃以上的水平分风道或垂直分风道采用耐磨陶瓷复合钢管，也可以采用不锈钢(造价较高)。

每台风扇磨供一个角的全部燃烧器，须同时起动，要求布朗气发生器组的出力较大，如果有得到其他气体燃料(煤田气、天然气、LNG等)的近便条件，在预热阶段作为辅助用气可以减少基建投资。

锅炉运行效率提升，降低NOx排放子系统

对中储制热风送粉系统，在各三次风口设置布朗气助燃组件，该组件由布朗气燃烧喷嘴、阻火器、布朗气流量控制短管、燃烧喷嘴启停电磁阀等部件组成。当某台磨煤机开始制粉时，在与其相应的三次风口注入少量布朗气，布朗气燃烧时具有的催化特性可以明显提高三次风中所含煤粉的燃尽率，提高燃煤锅炉运行效率，并减小炉两侧的烟温偏差。对难燃煤种，如低热值贫煤，可以在三次风管道上设置布朗气助燃组件，该组件由布朗气燃烧喷嘴、电火花发生器、阻火器、布朗气流量控制短管、燃烧喷嘴启停电磁阀等部件组成；近炉膛的一段三次风管道更换为耐高温材料并设置高温蓄热元件。

对已采用分离二次风的燃煤锅炉，在各分离二次风口设置布朗气助燃组件，该组件由布朗气燃烧喷嘴、电火花发生器、阻火器、布朗气流量控制短管、燃烧喷嘴启停电磁阀等部件组成。在锅炉中、高负荷时从分离二次风部位注入少量(>20PPM)布朗气，布朗气燃烧时具有的催化特性可以减少燃煤锅炉q₄、q₃、q₂损失，提高燃煤锅炉运行效率。对燃用劣质烟煤、贫煤、无烟煤、高水分褐煤的锅炉效果最为明显。

冷炉煤粉制备子系统

对中储制钢球磨热风送粉系统，有以下3种方案：

采用邻炉输粉、邻炉热风起动，布朗气耗量最少。

采用邻炉输粉、冷一次风起动，一次风温在锅炉起动过程中处于自举状态。给粉机应采用变频电源驱动以扩大给粉机转速控制范围，以利于在点火过程中控制煤粉浓度。布朗气耗量中等。

采用本炉冷一次风起磨制粉，将三次风道的一段(入炉末段)更换为耐高温材料并设置一段或多段高温蓄热元件，多套布朗气预热、点火组件，三次风含煤粉约12％，煤粉极细，有把握用布朗气点燃并燃尽。待到煤粉仓粉位足够时，投入主点火泛燃烧器。

本方案适用于表面水份较低的贫煤、烟煤，布朗气耗量最大。

正压直吹式制粉系统冷炉制粉需要的干燥用热工质来源，可采用：

·邻炉热风，由联络风道送来，280℃左右。

·燃煤启动炉或者邻机来的蒸汽经暖风器加热一次风，约可加热到150℃。

·燃煤启动炉来的炉烟，160℃左右。

·布朗气预暖空磨，根据不同煤种和磨型预暖到100℃-200℃。

双进双出钢球磨只要减少携带风流量容易控制出磨的煤粉量，控制一次风煤粉浓度。如果双进双出钢球磨配有动静态分离器，在锅炉起动过程中调细煤粉，则对点火和燃尽更为有利。双进双出钢球磨正压直吹系统易于采用燃烧器逐个点燃方式，对布朗气发生器组的总出力的要求较低。

中速磨煤机的最低出力一般为其最大出力的25％到20％。为更好控制电站燃煤锅炉的升温升压速率，提高点火成功率，改善点火初期的燃尽率，提高中速磨出口煤粉细度，降低一次风速，降低中速磨的最低出力是有利的。可适当调整分离器挡板角度、动态分离器转速以及改进中速磨最低出力性能达成。

风扇磨煤机直吹系统一般需同时点燃同一角的多层燃烧器，点火时一次风速还高于BMCR工况的一次风速，如果该褐煤的表面水分又较高，需要布置足够数量的高温蓄热元件才能成功点燃。但是一旦点燃，由于褐煤的燃点低，已点燃的煤粉放出的热量，足以烘干后续的煤粉，另外燃用高水分褐煤的锅炉一般配置有高温炉烟接口，一次风温自举现象快速、明显，布朗气耗量会明显下降。

监控子系统

燃烧器及其一次风管道上的温度传感器、燃烧喷嘴启停电磁阀、电火花发生器、电火花发生器的返回信号、高能点火器等与多点预热及点火过程有关的I/O信号均受该燃烧器PLC监控，各台燃烧器PLC与DCS之间由通讯口相连，PLC受DCS内置的点火专家系统监控。在DCS的操作员站上，操作员通过人机对话输入煤粉的特征数据，如低位发热量、灰份、挥发份、水份、煤粉细度、t1、t2、t3等参数，DCS内置的点火专家系统可自动分时设置各段一次风管、各段高温蓄热元的目标值，一次风速，煤粉浓度。操作员可以选择对整个电站燃煤锅炉布朗气(氢氧气)点火系统各燃烧器的整个多点预热及点火过程手操监控或者由DCS自动程控。

如果DCS(分布式控制系统，该硬件平台与电站发电机组共用)有足够的备用I/O点，也可直接受DCS监控，但控制电缆用量会较多。

各台布朗气发生器自带PLC和出口阀，受DCS控制，自动维持母管压力。操作员可以通过DCS的操作员站对各台布朗气发生器实时监控，取得各台布朗气发生器实时功耗、产气量和指定时间间隔内的电耗。

炉膛火焰图像监视采用带USB接口的数码摄像头，加上时间标签后，用工业PC机的硬盘记录，具有追忆功能。采用无线路由器发送信号。炉膛火焰图像经软件识别后可输出燃烧器煤粉点火是否成功的开关量信号。

四角切圆炉型煤粉炉的点火层燃烧器在点火过程应退出FSSS的3/4逻辑灭火保护，因本发明采用了燃烧器逐个预热、点火、稳燃的程序。

本发明电站燃煤锅炉布朗气(氢氧气)点火系统提供了一种电站燃煤锅炉用的无油点火系统。

·适用于燃用烟煤、贫煤、无烟煤、褐煤等各种煤种的煤粉炉。

·适用于前后墙对冲、四角切圆、八角切圆、W形火焰等各种炉型的煤粉炉。

·适用于配用钢球磨、双进双出钢球磨、中速磨、风扇磨等各种磨煤机的煤粉炉。

·适用于配用正压直吹式制粉系统、中储制热风送粉制粉系统的煤粉炉。

·节能、环保、低运行费用。

·对新建燃煤电厂可以取消燃油罐区、油罐区消防系统、燃油泵房、燃油输送系统、炉前燃油系统，可节省大量基建投资。

·布朗气通过电解水产生，即产即用，低压下操作，可以近距离输送，一套布朗气发生器组可以为2台，甚至更多台电站燃煤锅炉服务。

·布朗气具有内爆特性，即产即用，安全性良好，适合在电站燃煤锅炉炉前使用。

·布朗气使用时无需配风，特别适合在封闭空间内使用。

·布朗气燃烧时，火焰温度随被加热物体材料的不同温度，具有不同的燃烧温度，可以对电站燃煤锅炉的燃烧系统各部套作柔和精确的预热升温操作，也可以快速、有效地点燃煤粉。

·布朗气易于分配、易于控制、易于点火，在各点火燃烧器及其部分一次风管道上，方便装设多套布朗气预热、点火组件组成泛燃烧器。泛燃烧器在锅炉启动期间为煤粉升温、引燃、燃烧、燃尽提供了必要的时间和空间。

·保留原有的低NOx燃烧器气动力学特征不变，无需整体更换为逐级放大，分级燃烧的点火燃烧器。点火初期采用低煤粉浓度富氧的燃烧方式。在该煤粉浓度下无需二次风参与，煤粉在泛燃烧器中可以燃尽。

·锅炉整个启动过程中可以投入电除尘器，环保性能良好。

·布朗气燃烧时具有催化特性，多点、提前、适量、适时、可控的预热、点火方式和高温蓄热元件的使用，可以在保证泛燃烧器安全的前提下点燃低热值贫煤、高水分褐煤和无烟煤，并取得高燃尽率。

·在锅炉中、高负荷时从分离二次风部位/三次风部位注入布朗气可以减少燃煤锅炉q₄、q₃、q₂损失。

·在锅炉低负荷时布朗气具备稳燃功能，可以有效降低不投油稳燃负荷。

·可以提高粉煤灰的品位。

·多点预热及点火过程均受该燃烧器PLC监控，各台燃烧器PLC与DCS之间由通讯口相连，PLC受DCS内置的点火专家系统监控。在DCS的操作员站上，操作员通过人机对话输入煤粉的特征数据，如低位发热量、灰份、挥发份、水份、煤粉细度、t₁、t₂、t₃等参数，DCS内置的点火专家系统可自动设置各段一次风管、各段高温蓄热元的目标值。操作员可以选择对整个电站燃煤锅炉布朗气(氢氧气)点火系统各燃烧器的整个多点预热及点火过程手操监控或者由DCS自动程控。

·各台布朗气发生器自带PLC和出口阀，受DCS控制，自动维持布朗气母管压力。布朗气发生器可以无人值守24小时连续运行。

·炉膛火焰监视采用带USB接口的数码摄像头，加上时间标签，工业PC机硬盘记录，具有追忆功能。采用无线路由器发送信号。炉膛火焰图像经软件识别后可输出燃烧器煤粉点火是否成功的开关量信号。

附图说明：

图1：燃用烟煤的泛燃烧器

连接4布朗气予热、点火组件端部的细线表示为类笛型管型喷嘴。

为了避免在锅炉正常运行时煤粉大量进入类笛型管型喷嘴且不易吹出，3短管底部不布置类笛型管型喷嘴。

图2：燃用贫煤的泛燃烧器

因为图二部分比例较小与6高温蓄热元件相配的类笛型管型喷嘴仅在放大的A-A、B-B剖面示意。

为了避免在锅炉正常运行时煤粉大量进入类笛型管型喷嘴且不易吹出，B-B剖面底部不布置类笛型管型喷嘴。

图3：燃用无烟煤的泛燃烧器

因为图二部分比例较小4布朗气予热、点火组件仅在标注处放大示意，其它部位以短细线示意。

为了避免在锅炉正常运行时煤粉大量进入类笛型管型喷嘴且不易吹出，水平管底部不布置类笛型管型喷嘴。

图4：燃用高水分褐煤的泛燃烧器

为了避免在锅炉正常运行时煤粉大量进入类笛型管型喷嘴且不易吹出，水平管底部不布置类笛型管型喷嘴。

其他气体燃料(煤田气、天然气、LNG等)的喷嘴图中未画出。

图5：布朗气发生、输送、分配子系统

在图1、图2、图3、图4中：

1  燃烧器           2  接头        3  短管       4  布朗气予热、点火组件

5  弯头             6  高温蓄热元件              7  旋风分离器

8  耐高温关断门     9  三次风喷嘴  10  炉膛      11 组合式一次风道

在图5中：

12 布朗气发生器组    13 阀门     14 阻火器    15 真空泵

16 布朗气输送管道    17 炉前母管

Claims (10)

1 一种电站燃煤锅炉用的无油点火系统，其特征在于：采用布朗气(氢氧气)直接点燃煤粉，实现电站燃煤锅炉无油启动。布朗气通过电解水产生，即产即用。适用于前后墙对冲、四角切圆、八角切圆、W形火焰等各种炉型；适用于燃用烟煤、贫煤、无烟煤、褐煤等各种煤种；适用于配用钢球磨、双进双出钢球磨、中速磨、风扇磨等各种磨煤机；适用于配用正压直吹式制粉系统、中储制热风送粉制粉系统的各型煤粉炉的无油点火系统。

2 一种电站燃煤锅炉用的无油点火系统，其特征在于：

由以下子系统助成，

布朗气发生、输送、分配子系统；

泛燃烧器子系统；

锅炉运行效率提升子系统；

冷炉煤粉制备子系统；

监控子系统。

3 一种电站燃煤锅炉用的无油点火系统，其特征在于：布朗气发生、输送、分配子系统由布朗气发生器组、阀门、阻火器、布朗气输送管道、炉前母管、真空泵、母管压力传感器等部件组成。一套布朗气发生器组可以为2台，甚至更多台电站燃煤锅炉服务。各布朗气发生器的PLC和出口阀受DCS(分布式控制系统)控制，可以无人值守24小时连续运行，使产气量与用气量平衡，自动维持母管压力。

4 一种电站燃煤锅炉用的无油点火系统，其特征在于：在点火燃烧器及其部分一次风管道上装有多套布朗气预热、点火组件和高温蓄热元件组成泛燃烧器。泛燃烧器在锅炉启动期间为煤粉的升温、引燃、燃烧、燃尽提供了必要的时间、空间和足够大的点火热功率；在锅炉启动进程中，被引燃的煤粉产生的热量和布朗气燃烧产生的热量使泛燃烧器各部位温度、炉膛温度、一次风温、二次风温逐渐自举升高；在炉膛温度、一次风温、二次风温达到一定水平后，煤粉的引燃、燃烧、燃尽过程逐步由泛燃烧器转移到炉膛；当煤粉的引燃、燃烧、燃尽过程全部转移到炉膛，组成泛燃烧器的燃烧器及其部分一次风管道回复到正常运行的温度水平时，锅炉启动过程完成。在锅炉启动期间各布朗气预热、点火组件的投停在DCS(分布式控制系统)控制下，预热泛燃烧器，引燃煤粉，稳定煤粉在泛燃烧器内的燃烧过程，维持泛燃烧器各部位的温度在各目标区域，并平滑过渡到正常运行状态。

5 一种电站燃煤锅炉用的无油点火系统，其特征在于：保留原有的低NO_X燃烧器气动力学特征不变，无需整体更换为逐级放大，分级燃烧的点火燃烧器。燃烧器的一次风通道和一次风管道的某些部位换用耐高温材料，至少能够在900℃长期安全工作。对难燃煤种，在一次风道内设置一段或多段由耐高温材料制成的适当长度的高温蓄热元件，该高温蓄热元件在一次风管道进煤粉前用相应部位的布朗气预热、点火组件加热到700℃至900℃，有效提高引燃煤粉时的当量热功率。

6 一种电站燃煤锅炉用的无油点火系统，其特征在于：设计点燃低浓度煤粉，在该煤粉浓度下无需二次风参与，煤粉泛燃烧器中可以基本燃尽，并有适当的过剩空气系数。对不同热值的煤种有不同的煤粉浓度目标值，大致在0.08到0.2kg/kg，为控制泛燃烧器温度最高部位不超过1000℃，煤粉浓度有时还可以低于上述目标值。锅炉启动后期，在炉膛温度、一次风温、二次风温达到一定水平后，逐步提高煤粉浓度，煤粉的引燃、燃烧、燃尽过程逐步由泛燃烧器转移到炉膛。

7 一种电站燃煤锅炉用的无油点火系统，其特征在于：布朗气燃烧喷嘴按照安装部位和用途的不同，可分成长焰型、短焰型、微焰型、笛型管型、类笛型管型、锥面焰型、带护焰套型等类型；布朗气燃烧喷嘴按照工作部位温度的不同可分为高温型和低温型。布朗气燃烧喷嘴的结构、形状、材质能够抵抗、避免煤粉气流的快速磨损；布朗气燃烧喷嘴的结构、形状能避免在布朗气停用期间煤粉大量进入喷嘴、堵塞喷嘴；布朗气燃烧喷嘴内布朗气的流速颇高于布朗气回火速度(11.2m/s)。

8 一种电站燃煤锅炉用的无油点火系统，其特征在于：使用一种微小功率连续电火花发生器，其火花塞安装在布朗气燃烧喷嘴出口附近但不易被煤粉磨损的部位，在燃烧喷嘴启停电磁阀开启前即投入，在燃烧喷嘴启停电磁阀关闭后才停止，以确保布朗气燃烧连续可靠而无需设置火检。电火花发生器投/停受PLC控制，并自带投/停成功的反馈信号。

9 一种电站燃煤锅炉用的无油点火系统，其特征在于：在锅炉低负荷时布朗气具备稳燃功能。在锅炉中、高负荷时从分离二次风部位或者三次风部位注入少量布朗气可以减少燃煤锅炉q₄、q₃、q₂损失。

10 一种电站燃煤锅炉用的无油点火系统，其特征在于：燃烧器及其一次风管道上的温度传感器、燃烧喷嘴启停电磁阀、电火花发生器、电火花发生器的返回信号、高能点火器等与多点预热及点火过程有关的I/O信号均受该燃烧器PLC监控，各台燃烧器PLC与DCS之间由通讯口相连，PLC受DCS内置的点火专家系统监控。在DCS的操作员站上，操作员通过人机对话输入煤粉的特征数据，如低位发热量、灰份、挥发份、水份、煤粉细度、t₁、t₂、t₃等参数，DCS内置的点火专家系统可自动分时设置各段一次风管、各段高温蓄热元的目标值，一次风速，煤粉浓度。操作员可以选择对整个电站燃煤锅炉布朗气(氢氧气)点火系统各燃烧器的整个多点预热及点火过程手操监控或者由DCS自动程控。炉膛火焰图像监视采用带USB接口的数码摄像头，加上时间标签，工业PC机硬盘记录，具有追忆功能。采用无线路由器发送信号。炉膛火焰图像经软件识别后可输出燃烧器煤粉点火是否成功的开关量信号。

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