CN102042614A

CN102042614A - 电站燃煤锅炉天然气点火系统

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Publication number: CN102042614A
Application number: CN2009102294085A
Authority: CN
Inventors: 章礼道
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-10-19
Filing date: 2009-10-19
Publication date: 2011-05-04
Anticipated expiration: 2029-10-19
Also published as: CN102042614B

Abstract

本发明涉及一种电站燃煤锅炉用的无油点火系统，采用天然气直接点燃煤粉。为了使天然气在一个相对封闭的带压空间内燃烧良好、稳定，将天然气和足量空气预先增压预混。在点火燃烧器及其部分一次风管道上装有多套天然气予热、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。本发明是适用于燃用烟煤、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、风扇磨等磨型的无油点火系统。多点予热及点火全过程受DCS的控制。本发明具有节油、节能、环保、低运行费用、低基建投资的特点。

Description

电站燃煤锅炉天然气点火系统

(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天然气点火系统是采用天然气直接点燃煤粉，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，分级燃烧的点火直流燃烧器，对原有的低NOx燃烧器的低NOx性能和燃尽性能有明显不利影响。*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天然气点火系统是使用天然气直接点燃煤粉，实现电站燃煤锅炉无油启动。在锅炉低负荷时天然气具备稳燃功能，可以有效降低不投油稳燃负荷。本发明适用于燃用烟煤、贫煤、无烟煤、褐煤等各种煤种的煤粉炉，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天然气点火系统具有节油、节能、环保、低运行费用、低基建投资的特点。

本发明电站燃煤锅炉天然气点火系统由以下子系统组成：

天然气、空气增压预混及分配子系统；

泛燃烧器子系统；

冷炉煤粉制备子系统；

监控子系统。

天然气、空气增压预混及分配子系统图5

天然气主要成分是CH₄，热值高达41.8MJ/Nm³，每燃烧1Nm³天然气大约需要10Nm³空气，空气量不足会产生黄焰，严重时冒黑烟。为了使天然气在一个相对封闭的带压空间内燃烧良好、稳定，须将天然气和适量空气预先增压预混。

天然气、空气增压预混及分配子系统由天然气供气母管(12)、球阀(13)、天然气变量增压机(16)、天然气变量增压机驱动电机(18)、天然气变量增压机用变频电源(25)、关断逆止阀(20)、空气吸入过滤器(21)、空气变量增压机(22)、空气变量增压机驱动电机(24)、空气变量增压机用变频电源(26)、天然气空气预混器(19)、天然气空气预混器出口阻火器(30)、天然气变量增压机出口阻火器(17)、空气变量增压机出口阻火器(23)、天然气空气增压预混控制计算机(27)、炉前母管(15)、分支阻火器(14)、天然气变量增压机入口压力变送器(28)、天然气空气预混器压力变送器(29)组成。

空气变量增压机(22)与天然气变量增压机(16)均为变转速、固态密封的无油螺杆压缩机，空气变量增压机(22)的出力约为同转速天然气变量增压机(16)出力的10倍。

空气经空气吸入过滤器(21)吸入空气变量增压机(22)的入口，增压后的空气经关断逆止阀(20)、空气变量增压机出口阻火器(23)进入天然气空气预混器(19)。

天然气供气母管(12)内的天然气经球阀(13)吸入天然气变量增压机(16)的入口，增压后的天然气经关断逆止阀(20)、天然气变量增压机出口阻火器(17)进入天然气空气预混器(19)。

天然气空气预混器(19)出口的天然气空气混合气体经关断逆止阀(20)、天然气空气预混器出口阻火器(30)送入炉前母管(15)，至各燃烧器的支管均配有分支阻火器(14)和球阀(13)。

在天然气空气预混器(19)上设置有天然气空气预混器压力变送器(29)，当进入天然气空气预混器(19)的天然气和空气容积流量之和大于流出的天然气空气混合气体容积流量时，天然气空气预混器压力上升，反之，天然气空气预混器压力下降。

天然气空气预混器压力变送器(29)和天然气变量增压机入口压力变送器(28)均受天然气空气增压预混控制计算机(27)监控。当天然气空气预混器压力升高时天然气空气增压预混控制计算机(27)指令空气变量增压机用变频电源(26)降低输出频率，空气变量增压机驱动电机(24)转速下降，当天然气空气预混器压力升高到0.2MPa(可调)时，空气变量增压机驱动电机(24)转速下降到0，当天然气空气预混器压力下降到0.15MPa(可调)时转速升高到最大值，此时天然气、空气增压预混及分配子系统的出力也达到最大值，应比电站锅炉点火过程中需要的天然气空气预混气最大值略高。在整个电站锅炉点火启动过程中增压预混量与消耗量自动保持动态平衡。

空气变量增压机驱动电机(24)和天然气变量增压机驱动电机(18)均自带转速传感器，天然气空气增压预混控制计算机(27)可以测算出空气变量增压机(22)压入天然气空气预混器(19)的空气标准状态下的容积流量，进一步可以推算出需要压入天然气空气预混器(19)的天然气标准状态下的容积流量并指令天然气变量增压机驱动电机(18)达到需要的转速。在天然气空气增压预混控制计算机(27)的人机接口界面上可以显示天然气和空气的即时流量、天然气的累计流量。

在天然气变量增压机(16)的进口装设有天然气变量增压机入口压力变送器(28)用于修正天然气供气母管(12)内的压力波动对天然气标准状态下的容积流量的影响。本子系统天然气采用低压供气，正常天然气供气压力为2kPa至4kPa，采用低压供气的优点是系统可控性好、安全性好。如果电站锅炉离开天然气供气中心站较远可以用中压输气管(0.4MPa到1.6MPa)送到电站锅炉附近，用调压站降压后送到天然气供气母管(12)。较长的中压输气管可以起到提供高峰天然气流的作用。

天然气、空气增压预混后易燃易爆，本子系统设置了3级阻火器，2级关断逆止阀以策安全。本子系统用的阻火器是用来阻止天然气回火的安全装置。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。本子系统采用不锈钢阻火元件；分支阻火器(14)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。

天然气空气预混器(19)为一柱锥形壳体，空气进入一个环形联箱，由径向向心多喷嘴射入；天然气由轴向多喷嘴射入；天然气空气混合气体由截锥体顶部引出。天然气空气预混器(19)的壳体强度足以承受天然气空气混合气体的爆燃压力而不破坏。

空气变量增压用变频电源(26)和天然气变量增压用变频电源(25)为带控制接口的变频电源，具有矢量控制特性，配有冷却风扇，可以输出0至50Hz三相交流，分别与自带转速传感器的空气变量增压机驱动电机(24)和天然气变量增压机驱动电机(18)相配合，接受天然气空气增压预混控制计算机(27)的指令，精确控制空气变量增压机(22)与天然气变量增压机(16)的转速。空气变量增压用变频电源(26)和天然气变量增压用变频电源(25)所带的转速控制接口可以是模拟量接口，如4_20mA、0_10V，也可以是数字接口，如RS485、DeviceNet、Profibus-DP、Modbus、CAN、SIMOLINK或者同时具有2类接口。

天然气变量增压机驱动电机(18)应满足各项防爆要求，空气变量增压机驱动电机(24)如果与天然气变量增压机驱动电机(18)布置在一起，也应应满足各项防爆要求。

天然气空气增压预混控制计算机(27)是一台带有模拟量/数字量I/O接口和通讯接口的工控机，配有实现前述各项监控功能的软件。天然气空气增压预混控制计算机(27)的全部功能也可以在电站锅炉已有的DCS(分布式控制系统)控制柜和DCS操作员站中实现。

天然气空气混合气体输送管道、炉前母管(15)、各分支管路均采用无缝钢管，不锈钢材质。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。天然气、空气增压预混及分配子系统中球阀(13)在不同部位有不同通径，均使用密封性能优异开关灵活的不锈钢球阀，气动或者电动，防爆；关断逆止阀(20)兼有逆止阀和关断阀功能，不锈钢材质，气动或者电动，防爆。所有的管道和阀门的承压能力均足以承受天然气空气混合气体的爆燃压力而不破坏。

从安全角度考虑，天然气、空气增压预混及分配子系统每炉一套。

本子系统使用的气体燃料可以是天然气、LNG(液化天然气)也可以是煤田气、炼油裂化气、炼焦煤气，只要有足够高的热值(≥20MJ/Nm³)，气源稳定就能够应用于电站锅炉点火。

对本发明电站燃煤锅炉天然气点火系统而言，燃用热值较低的气体燃料如煤田气时，除了天然气变量增压机(16)要正名为煤田气变量增压机，煤田气变量增压机的出力将颇大于天然气变量增压机(16)以外，各子系统的一个或者一个以上的技术特征均未改变，使用煤田气、炼油裂化气、炼焦煤气直接点燃煤粉煤粉，实现电站燃煤锅炉无油启动同属本发明专利电站燃煤锅炉天然气点火系统的保护范围。

泛燃烧器子系统

由于天然气空气混合气易于分配、易于控制、易于点火、发热量高，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天然气予热、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；在锅炉启动进程中，被引燃的煤粉产生的热量和天然气燃烧产生的热量使泛燃烧器各部位温度、炉膛温度、一次风温逐渐自举升高；在炉膛温度、一次风温达到一定水平后，起动送风机，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。在锅炉启动期间各天然气予热、点火组件的投停在PLC(可编程控制器)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。

每套天然气予热、点火组件由天然气燃烧喷嘴、电火花发生器、高能点火器、阻火器、天然气流量控制短管、燃烧喷嘴启停电磁阀组成。

天然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、切向型、笛型管型、类笛型管型、锥面焰型；天然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。天然气燃烧喷嘴的结构、形状、材质、安装部位应能够抵抗、避免煤粉气流的快速磨损；天然气燃烧喷嘴的结构、形状应能避免在天然气停用期间煤粉大量进入喷嘴、堵塞喷嘴；天然气空气混合气流经天然气燃烧喷嘴的流速应颇高于天然气的回火速度(5.5m/s)。天然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小功率连续电火花发生器，其火花塞安装在天然气燃烧喷嘴出口涡流区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，以确保天然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的天然气予热、点火组件。热功率较大的天然气予热、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天然气空气混合气，点燃煤粉，另有图像式炉膛火焰监视实证煤粉已经点燃。高能点火器是一种大功率连续电火花发生器。热功率较大的天然气予热、点火组件也可用电火花发生器先点燃小功率短焰型天然气予热、点火组件后二级点燃。

天然气予热、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。

天然气予热、点火组件控制短管可以是直流道，也可以是螺旋式流道，用于控制天然气予热、点火组件的流量，具有恒流作用，当一次风压和天然气空气混合气压力有较大幅度变化时天然气流量可保持稳定。

为确保天然气予热、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。

各天然气予热、点火组件在一次风管道进煤粉前用作泛燃烧器的予热手段，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予热温度目标值。泛燃烧器经过适当予热以后，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。

使用天然气予热、点火组件多点、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，用于对多点予热及点火过程进行监控，既保证电站锅炉点火启动过程平稳、连续又保证泛燃烧器各部位均不超温，确保安全。

本发明电站燃煤锅炉天然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，无需整体更换为逐级放大，分级燃烧的点火直流燃烧器。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天然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900℃，煤粉浓度有时还可以低于上述目标值。锅炉启动的早、中期只开一次风机，锅炉启动后期，在炉膛温度、一次风温达到一定水平后，启动送风机，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。

本发明电站燃煤锅炉天然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，0.6V_H(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V_H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0.6V_H到1.2V_H。

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天然气予热、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，一次风温升高到200℃以上可以启动送风机并逐步提高煤粉浓度，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、控制天然气予热、点火组件投入位置和点数、控制天然气投入总量，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，一次风管予热温度一般不超过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，逐点投用天然气予热、点火组件，天然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，设置有若干套天然气予热、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天然气予热、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，中心管斜向截断并更换为耐高温材料，中心管外段中装设锥面焰型天然气予热、点火组件，该中心管外段还可沿轴线移动，使一次风能够进入中心管，此时中心管也起高温蓄热元件的作用，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，设置有若干套天然气予热、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П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。П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2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天然气予热、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，一次风温升高到200℃以上可以启动送风机并逐步提高煤粉浓度，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、控制天然气予热、点火组件投入位置和点数、控制天然气投入总量，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天然气予热、点火组件，维持工作温度700℃至850℃的低煤粉浓度富氧的煤粉燃烧空间。在电站锅炉点火的早、中期只开一次风机不开送风机不仅节省厂用电而且有利于一次风温的自举升高。

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多套天然气预热、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予热、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)。

由实例一、实例二、实例三、实例四可见，本发明电站燃煤锅炉天然气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；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，这种广泛的适应能力使新建燃煤电厂取消燃油罐区、燃油泵房、燃油输送系统、油罐区消防系统、炉前燃油系统成为可能。

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，天然气耗量最少。

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。天然气耗量中等。

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，多套天然气预热、点火组件，三次风含煤粉约12％，煤粉极细，有把握用天然气点燃并燃尽。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，天然气耗量最大。

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。

●天然气予暖空磨，根据不同煤种和磨型予暖到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，天然气耗量较少。

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，天然气耗量会明显下降。风扇磨煤机直吹系统还可以采用超大容量风扇磨煤机出口再循环，再循环容量达风扇磨煤机出口风量的70％，以达到降低点火时一次风速，提高点火时的煤粉细度，控制点火时的煤粉浓度，提高一次风温等目的。

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(可编程控制器)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、各段高温蓄热元的温度、一次风速、煤粉浓度的目标值。操作员可以选择对整个电站燃煤锅炉的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。

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天然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。

·煤粉炉在点火期间可以投入电除尘，环保性能好。

·燃尽率高，节油、节能、低运行费用、低基建投资。

·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。

·天然气易于分配、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，方便装设多套天然气预热、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，煤粉在泛燃烧器中就可以燃尽。

·在锅炉点火的早、中期只开一次风机不开送风机。

·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。

·在锅炉低负荷时天然气具备稳燃功能，可以有效降低不投油稳燃负荷。

·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天然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

连接天然气予热、点火组件(4)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，短管(3)的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2部分比例较小与高温蓄热元件(6)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3部分比例较小天然气予热、点火组件(4)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

每台风扇磨供一个角的全部燃烧器，须同时起动，要求天然气、空气预混增压及分配系统的出力较大。

图5天然气、空气增压预混及分配子系统

天然气变量增压机(16)与天然气变量增压机驱动电机(18)之间的联线表示机械联接关系。

空气增压压缩机(22)与空气变量增压机驱动电机(24)之间的联线表示机械联接关系。

天然气变量增压机驱动电机(18)与天然气变量增压机用变频电源(25)之间的点划线表示电气联接关系。

空气变量增压机驱动电机(24)与空气变量增压机用变频电源(26)之间的点划线表示电气联接关系。

天然气变量增压机用变频电源(25)与天然气空气增压预混控制计算机(27)之间的点划线表示控制信号联接关系。

空气变量增压机用变频电源(26)与天然气空气增压预混控制计算机(27)之间的点划线表示控制信号联接关系。

天然气变量增压机入口压力变送器(28)、天然气空气预混器压力变送器(29)与天然气空气增压预混控制计算机(27)之间的控制信号联接关系未予表示，以避免图面过于繁杂。

在图1、图2、图3、图4中：

1燃烧器 2接头 3短管 4天然气予热、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天然气供气母管 13球阀 14分支阻火器 15炉前母管

16天然气变量增压机 17天然气变量增压机出口阻火器

18天然气变量增压机驱动电机 19预混器 20关断逆止阀

21空气吸入过滤器 22空气增压压缩机

23空气变量增压机出口阻火器 24空气变量增压机驱动电机

25天然气变量增压机用变频电源 26空气变量增压机用变频电源

27天然气空气增压预混控制计算机 28天然气变量增压机入口压力变送器

29天然气空气预混器压力变送器 30天然气空气预混器出口阻火器

Claims

1.一种电站燃煤锅炉天然气点火系统，其特征在于：使用天然气直接点燃煤粉，实现电站燃煤锅炉无油启动，由天然气、空气增压预混及分配子系统；泛燃烧器子系统；冷炉煤粉制备子系统；监控子系统组成。

2.根据权利要求1所述的天然气、空气增压预混及分配子系统，其特征在于：由天然气供气母管、球阀、天然气变量增压机、天然气变量增压机驱动电机、天然气变量增压机用变频电源、关断逆止阀、空气吸入过滤器、空气变量增压机、空气变量增压机驱动电机、空气变量增压机用变频电源、天然气空气预混器、天然气空气预混器出口阻火器、天然气变量增压机出口阻火器、空气变量增压机出口阻火器、天然气空气增压预混控制计算机、炉前母管、分支阻火器、天然气变量增压机入口压力变送器、天然气空气预混器压力变送器组成，将天然气和适量空气预先增压预混，增压预混量与消耗量自动保持动态平衡。

3.根据权利要求2所述的天然气空气预混器，其特征在于：天然气空气预混器为一柱锥形壳体，空气进入一个环形联箱，由径向向心多喷嘴射入；天然气由轴向多喷嘴射入；天然气空气混合气体由截锥体顶部引出；天然气空气预混器的壳体强度足以承受天然气空气混合气体的爆燃压力而不破坏。

4.根据权利要求1所述的泛燃烧器子系统，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天然气预热、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天然气燃烧产生的热量使泛燃烧器各部位温度、炉膛温度、一次风温逐渐自举升高；在炉膛温度、一次风温达到一定水平后，起动送风机，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PLC(可编程控制器)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.根据权利要求1所述的泛燃烧器子系统，其特征在于：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；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天然气预热、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.根据权利要求1所述的泛燃烧器子系统，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，控制泛燃烧器温度最高部位不超过900℃，锅炉启动后期，在炉膛温度、一次风温、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.根据权利要求1所述的泛燃烧器子系统，其特征在于：天然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；天然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；天然气燃烧喷嘴的结构、形状、材质能够抵抗、避免煤粉气流的快速磨损；天然气燃烧喷嘴的结构、形状能避免在天然气停用期间煤粉大量进入喷嘴、堵塞喷嘴；天然气燃烧喷嘴内天然气的流速颇高于天然气回火速度。

8.根据权利要求1所述的泛燃烧器子系统，其特征在于：使用一种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涡流区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，以确保天然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.根据权利要求1所述的冷炉煤粉制备子系统，其特征在于：风扇磨煤机直吹系统采用超大容量风扇磨煤机出口再循环，再循环容量达风扇磨煤机出口风量的70％，以达到降低点火时一次风速，提高点火时的煤粉细度，控制点火时的煤粉浓度，提高一次风温等目的。

10.根据权利要求1所述的监控子系统，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、各段高温蓄热元的温度、一次风速、煤粉浓度的目标值；操作员可以选择对整个电站燃煤锅炉的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，加上时间标签后用硬盘记录，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。