CN104048308A - 用于磨煤机的低负载操作的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于磨煤机的低负载操作的系统和方法。本文公开了一种火力发电系统200，其包括与熔炉206流体连通的磨机202；其中，磨机202为操作性的，以粉碎煤并使煤通风；其中，熔炉206包含多于一个喷燃器210,212,214或喷燃器喷嘴；其中喷燃器210,212,214或喷燃器喷嘴为操作性的，以接收来自磨机202的煤，并在熔炉206中对其进行燃烧；和多个流量控制装置216,218,220；其中，至少一个流量控制装置216,218,220与磨机202和喷燃器210,212,214或喷燃器喷嘴流体连通；并且其中，在熔炉206的操作期间，闭合与磨机202和喷燃器210,212,214或喷燃器喷嘴流体连通的流量控制装置216,218,220，以阻止在磨机202和熔炉206之间的流体连通。

Description

用于磨煤机的低负载操作的系统和方法

技术领域

本公开涉及一种用于磨煤机的低负载操作的系统和方法。

背景技术

在具有直接点火系统的发电站中的、用于处理褐煤、棕煤、硬煤和无烟煤的磨煤机设计用于限定的煤流量范围。进入发电站的该限定的煤流量范围包括最小的煤流率，低于该煤流率，发电站的正常操作将受到阻碍。

图1是发电站100中的普通磨煤机的描绘，发电站100对于所有形式的煤都使用直接点火系统。煤可为褐煤、棕煤、硬煤或无烟煤(以下总称为“煤”)。在图1中，磨煤机包括与熔炉106流体连通的搅拌轮磨机102。煤装载至磨机102，其中，其被干燥并被粉碎，并且接着排出至喷燃器110和112，其中，其在熔炉106中燃烧。在经由喷燃器110和112装载到熔炉106中之前，煤与“干燥和运输”气体(用于将煤干燥和运输到熔炉中的气体)和用于控制煤的温度的气体(“温度控制气体”)一起离开磨机102。

在进入磨机102之前，干燥和运输气体与温度控制气体一起在混合室128中混合，其中，它们与粉碎的煤混合。接着，煤在熔炉106中燃烧，以产生热和烟气。烟气排出到外面。

存在许多不同类型的煤，并且这些类型的煤中的每一种通常被供给到不同类型的磨机中，以便磨碎，并在熔炉中燃烧。表1记录了不同类型的煤和这些煤在其中使用的磨机。其还详述了磨机中的条件。

表1

图2是发电站100中的磨煤机的另一描绘，发电站100对煤使用直接点火系统。如同图1的磨机一样，磨煤机包括与熔炉106流体连通的搅拌轮磨机102。煤装载至搅拌轮磨机102，其中，其如以下详述地干燥，并且接着排出至喷燃器110,112和114，其中，其在熔炉106中燃烧。

煤与烟气、一次空气和可选的水和/或冷气体一起装载至搅拌轮磨机102，以粉碎煤。烟气、一次空气、水和冷气体首先在混合室128中混合，并且接着排出至搅拌轮磨机102。

搅拌轮磨机102与分粒器104流体连通，分粒器104用于将期望尺寸以上的煤颗粒与其它传送到熔炉106的煤颗粒分离。期望尺寸以上的煤颗粒再循环至磨机，以经受进一步的粉碎。

在搅拌轮磨机102中，进入的煤被快速循环的搅拌板103捕获，并且被搅拌板的冲击磨碎，之后抵靠装甲的磨机外壳，搅拌板103固定在搅拌轮的周边处。搅拌轮磨机具有通风效果-它们将粉碎的煤和载气运输至主喷燃器110和112以及蒸汽喷燃器114(例如具有蒸汽分离的褐煤点火系统)。在具有搅拌轮磨机的火力发电站的正常操作期间，大约40%的总气体流量(与来自搅拌轮磨机的大约20%的煤一起)通过蒸汽喷燃器114，同时大约60%的总气体流量(与来自搅拌轮磨机的大约80%的煤一起)通过主喷燃器110和112。

煤(其具有基于煤的总重量的30wt%至75wt%的自然水分含量)与再循环的烟气和/或水、冷气体和一次空气一起装载至搅拌轮磨机102。再循环的烟气处于大约1000°C的温度，并且用于干燥煤。在接触磨机中的煤之前，通过混合烟气将烟气的温度从大约1000°C减少至大约400°C，通过在接触煤之前将一次空气(处于大约300°C的温度)、冷气体(处于170°C的温度)和水喷射物添加至再循环的烟气来混合烟气。

当煤从磨机排出至分粒器104时，来自煤的水分的蒸发所造成的煤(通过烟气)的加热导致了气体温度减少至大约120°C-大约250°C。保持气体温度在大约120°C至大约250°C之间是有用的，因为这减小了由于火灾和/或爆炸而对磨机造成损坏的可能性，该火灾和/或爆炸在大于250°C的高温下发生。

当进入磨机的煤的流率响应于较低功率要求而减小时，这增加了磨机中发生爆炸的可能性，因为减少磨机中的煤的量有利于磨机中存在的水分含量的减少，这阻止了气体温度和煤温度正确地减少至大约120°C至250°C。

为了在较低功率要求(即，减少的负载要求)下操作，可改变若干不同参数。一种可能性是增加通往磨机的热空气、冷气体和水的量，以补偿煤的较低流率。增加热空气、冷气体和水的量控制其接触煤时的烟气，这进而有利于控制从磨机102排出至分粒器104的煤和气体的温度至250°C以下。

为了影响上面列举的变化，必须考虑若干变量。这些变量如下。合乎需要的是，气体中的氧气浓度(在从磨机中排出之后)为12%(体积百分比)(例如在湿润条件下)或更小，以防止爆炸。还将考虑磨机的干燥性能和压碎性能以确保合适量的煤被排出到分粒器中，并且熔炉温度在大约120°C至大约250°C。还将考虑运输性能，并且该因素包括在合适的流率下无脉动地运输至喷燃器喷嘴。运输速率包括在磨机的螺线管和导管中的无沉淀物流量。还合乎需要的是，用于安全点火和燃烧的粉碎的煤对气体流量的浓度比率位于安全极限内。考虑到所有这些因素，用于搅拌轮磨机的平均控制负载操作范围在全负载操作的50%至100%之间。

随着风力发电和太阳能发电用于能量产生的使用的增加，期望将煤流量减少至规定的最小煤流率以下(即，50%以下)。风力发电站和太阳能发电站偶发地操作。例如，风力发电站在存在大量的风时产生大量的功率，而太阳能发电站在存在明亮的阳光时产生大量的功率。然而，该功率通常在发电站存在低负载(即，不需要太多功率)时产生。为了补偿由风力发电站(或太阳能发电站)产生的过量功率，合乎需要的是减少由火力发电站产生的功率，该火力发电站与风力发电站和/或太阳能发电站协同工作。当由火力发电站产生的功率减少成适应通过风力发电站或太阳能发电站的功率产生时，前述安全的平均控制负载操作范围(在50%至100%之间)不再是足够的。

因此，合乎需要的是找到新的方法和装置，用于允许火力发电站在低负载条件下操作，以使其可适应联产式风力和/或太阳能发电站中的高功率产生。

发明内容

本文公开了一种火力发电系统，其包括与熔炉流体连通的磨机和多个流量控制装置；其中，磨机为操作性的，以粉碎煤并使煤通风；其中，熔炉包含多于一个喷燃器或喷燃器喷嘴；其中，喷燃器或喷燃器喷嘴为操作性的，以接收来自磨机的煤，并在熔炉中对其进行燃烧；其中，至少一个流量控制装置与磨机和喷燃器或喷燃器喷嘴流体连通；并且其中，在熔炉的操作期间，闭合与磨机和喷燃器或喷燃器喷嘴流体连通的流量控制装置，以阻止在磨机和熔炉之间的流体连通。

本文公开了一种方法，其包括在磨机中存在热烟气、冷气体、空气和水的混合物的情况下将煤粉碎；将粉碎的煤和热烟气、冷气体、水和空气的混合物从磨机排出至分粒器；其中，分粒器为操作性的，以将给定尺寸的煤颗粒与剩余煤颗粒分离；通过多个流量控制装置将粉碎的煤和热烟气、冷气体、水和空气的混合物排出至熔炉；在熔炉中燃烧粉碎的煤；其中，熔炉包含一个或更多个蒸汽喷燃器和一个或更多个主喷燃器；其中，蒸汽喷燃器和主喷燃器为操作性的，以接收来自磨机的煤，并在熔炉中对其进行燃烧；并且其中，至少一个流量控制装置与磨机和蒸汽喷燃器流体连通；并且其中，至少一个流量控制装置与磨机和主喷燃器流体连通；并且其中，在熔炉的操作期间，闭合与磨机和蒸汽喷燃器流体连通的流量控制装置，以阻止在磨机和熔炉之间的流体连通。

附图说明

图1是使用直接点火系统的发电站中的普通磨煤机的现有技术的描绘；

图2是使用直接点火系统的发电站中的普通磨煤机的另一现有技术的描绘；并且

图3是发电站中的修改的磨煤机的描绘，其有利于在低于正常的负载水平下的功率产生。

具体实施方式

这里公开了一种火力发电站系统，其包括搅拌轮磨机，用于在比目前低负载操作水平低大约25%至33%的负载下促进功率产生。目前用于搅拌轮磨机的平均控制负载操作范围在50%至100%之间。利用本公开的系统，用于搅拌轮磨机的平均控制负载操作范围在25%至100%之间。该系统使得火力发电站能够与联产式风力和/或太阳能发电站协同使用。系统使得火力发电站能够在低负载条件下操作，以使其可适应联合风力和/或太阳能发电站中的高功率产生。系统可有利地用于搅拌轮磨机，搅拌磨机、普通冲击磨机、碗式磨机和球管磨机。系统可有利地用于提到的带或不带分粒器以及多于一个喷燃器喷嘴的磨机类型。系统还为有利的，因为其可用作改型，即，其可用于修改现有的火力发电站系统。

本文还公开了一种操作火力发电站系统的方法，该火力发电站系统包括搅拌轮磨机。该方法包括减少从搅拌轮磨机排出至喷燃器的气体的量。这通过闭合通向喷燃器(例如蒸汽喷燃器)的导管和增加内部气体再循环来实现，以保护无沉淀物的操作并确保在合乎需要的最大磨机温度下的操作。减少从搅拌轮磨机至熔炉的喷燃器的气体的量减少了至磨机的气体流率，并且从而在减少的煤吞吐量下减少了加载在喷燃器上的最少灰尘。减少从搅拌轮磨机至熔炉的喷燃器的气体的量还可通过减少灌注粉末燃料的导管的数量来实现，用于稳定且无沉淀物的粉末燃料运输至喷燃器，同时保护期望的速度比。速度比是从磨机至喷燃器的气体速度与喷燃器喷嘴上的二次空气的速度之间的比。速度比大于1是合乎需要的。速度比应使得来自磨机的气体中的碳浓度与二次空气流量之间的比在稳定的点火和燃烧范围内，具有大约80克碳/立方米氧气的最低水平。

图3显示了修改的火力发电站系统200(以下称“系统”)，其包括搅拌轮磨机202，用于在比目前低负载操作水平低大约25%至33%的负载下促进功率产生。搅拌轮磨机202与熔炉206流体连通。煤装载至搅拌轮磨机202，其中，其如以上详述地干燥，并且接着排出至喷燃器210,212和214，其中，其在熔炉206中燃烧。

煤与烟气、水、冷气体和一次空气一起装载至搅拌轮磨机202，以粉碎煤。在排出至搅拌轮磨机202之前，烟气、水、冷气体和一次空气在混合室228中混合。搅拌轮磨机202与分粒器204流体连通，分粒器204用于将某些尺寸以上的煤颗粒与传送到熔炉206的其它煤颗粒分离。期望尺寸以上的煤颗粒被再循环至磨机，以经受进一步的粉碎。在搅拌轮磨机202中，进入的煤被快速循环的搅拌板203捕获，并且被搅拌板的冲击磨碎，之后抵靠装甲的磨机外壳，搅拌板203固定在搅拌轮的周边处。对系统200的修改包括使用分别内嵌至蒸汽喷燃器214、主喷燃器212和210的流量控制装置216,218和220。各个流量控制装置包括瓣片226，其可经由诸如计算机224的控制装置手动地或自动地控制。对系统200的第二修改包括再循环器222，其使气体从分粒器204再循环回至搅拌轮磨机202。

在一个实施例中，包含瓣片226的第一流量控制装置216内嵌地设置在分粒器204和蒸汽喷燃器214之间。其设置在分粒器204的下游和蒸汽喷燃器214的上游。第二流量控制装置218设置在分粒器204和主喷燃器212之间，而第三流量控制装置220设置在分粒器204和主喷燃器210之间。流量控制装置218和220分别设置在分粒器204的下游以及喷燃器212和210的上游。

在一个实施例中，为了适应火力发电站系统上的低负载，闭合流量控制装置216的瓣片226，因而闭合了通向蒸汽喷燃器214的导管。由于通向蒸汽喷燃器214的导管的该闭合，故至蒸汽喷燃器的气体流的量减少至0%。剩余的气体流因此被指引至主喷燃器212和210。还可调整将气体和煤供应至主喷燃器212和210的流量控制装置218和220的瓣片226，以影响至喷燃器的煤分布。在一个实施例中，还可闭合导管中的至少一个，其通向主喷燃器212和210中的一个。闭合导管提高了运输速度，因而减少了导管阻塞。通过微调用于主喷燃器的流量控制装置，单独的导管允许下游喷燃器的目标燃料浓度。通过闭合瓣片226的燃料导管的数量的该减少用于运输稳定且无沉淀物的粉末燃料流至喷燃器。通过调整通向两个主喷燃器的瓣片或通过完全闭合通向主喷燃器中的一个或更多个的瓣片中的至少一个，可获得期望的速度比和脉冲(煤颗粒的动量)。获得期望的速度比和脉冲防止了导管的阻塞，并且还将煤和相关联的气体传送到熔炉的内部，其中，可有效地燃烧它们。

在另一实施例中，借助于再循环器222的气体的再循环可用于增加气体再循环，以保护无沉淀物的搅拌轮磨机操作。气体的再循环还允许搅拌轮磨机202的较低的操作温度，因而防止爆炸危险。这是因为再循环的气体的温度比磨机202中的气体温度更低。再循环器位于分粒器204的下游。在一个实施例中，再循环器222包括三通阀，其可调整成改变再循环回至磨机202的气体和煤的量。在另一实施例中，再循环器222包括再循环阻尼器，其可调整成改变再循环回至磨机202的气体和煤的量。通过改变再循环的气体的量，磨机可在最大可能的安全温度下操作。在磨机螺旋部(未显示)中还可保持最小速度比。在一个实施例中，再循环器222可为分粒器204的一部分，并且可用于不带分粒器204的磨机202中。在另一实施例中，再循环器不是分粒器204的一部分。

在一个实施例中，再循环的气体的量为供应至主喷燃器的气体总重量的大约5%至25%(重量百分比)。

在一个实施例中，流量控制装置216,218和220以及再循环器222与计算机224电气连通。在熔炉和流量控制装置以及再循环器之间的反馈回路可用于控制磨机202的性能。计算机可用于调整瓣片226在流量控制装置216,218和220内的位置。计算机还可具有数据库，其存储与所使用的煤的类型相关的数据，并且可基于所使用的煤的类型来自动地调整流量控制装置和再循环器的位置。

系统是有利的，因为其可用于火力发电站系统的改型修改。修改允许使当前低负载操作减少大约25%至大约33%。

将理解的是，用语“电气连通”包含经由电磁波的无线连通。

将理解的是，虽然用语“第一”、“第二”、“第三”等在本文可用于描述各种元件、构件、区域、层和/或区段，但是这些元件、构件、区域、层和/或区段不应该受到这些用语限制。这些用语仅用于将一个元件、构件、区域、层或区段与另一元件、构件、区域、层或区段区别开。因而在不脱离本文教导的情况下，下面讨论的“第一元件”、“构件”、“区域”、“层”或“区段”可被称为第二元件、构件、区域、层或区段。

本文使用的术语仅仅是为了描述具体实施例的目的，并且不意图为限制的。如本文使用的，像“一”、或“一个”和“该”的单数形式意图还包括复数形式，除非上下文中另外明确地指出。还将理解的是，用语“包括(comprises)”和/或“包括(comprising)”或“包含(includes)”和/或“包含(including)”当在本说明书中使用时，指定所述特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或构件的存在，但不排除一个或更多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、元件、构件和/或其组的存在或添加。

此外，相关用语，诸如“下”或“底部”和“上”或“顶部”在本文可用于描述如图所示的一个元件与另一元件的关系。将理解的是，除了图中所示的定向以外，相关用语意图包含装置的不同定向。例如，如果图中的一个中的装置被翻转，则描述为在其它元件的“下”侧上的元件将定向在其它元件的“下”侧上。因此，示例用语“下”可根据图的具体定向包含“下”和“上”的定向两者。类似地，如果图中的一个中的装置被翻转，则描述为在其它元件“之下”或“下面”的元件将定向在其它元件“之上”。因此，示例性用语“之下”或“下面”可包含之上和之下的定向两者。

除非另外限定，否则本文使用的所有用语(包括技术和科学用语)具有与本公开所属领域中的技术人员一般地理解的相同的含义。还将理解的是，用语(诸如通用词典中限定的这些)应当被解释为具有与其在相关技术和本公开的上下文中的含义相一致的含义，并且将不在理想化或过度正式的意义上被解释，除非在本文清楚地如此限定。

在本文参照横截面图描述示例性实施例，该横截面图是理想化的实施例的示意图。就此而言，将预期到由于例如制造技术和/或公差而引起的图的形状的变化。因而，本文描述的实施例不应被认为受限于本文所示的区域的具体形状，而将包括由于例如制造而引起的形状的偏差。例如，图示或描述为平坦的区域典型地可具有粗糙和/或非线性的特征。此外，所示的尖锐的角度可为圆的。因而，图中所示的区域本质上是示意性的，并且其形状不意图示出精确的区域形状，并且不意图限制本权利要求的范围。

用语和/或在本文用于表示“和”以及“或”两者。例如，“A和/或B”解释为表示A、B或A和B。

过渡用语“包括”包括过渡用语“基本上包括”和“包括”，并可与“包括”互换。

虽然本公开描述了示例性实施例，但是本领域技术人员将理解的是，在不背离公开的实施例的情况下，可做出各种变化，并且等同物可替代其元件。另外，在不背离本公开的基本范围的情况下，可作出许多修改，以使特定的情况或材料适应本公开的教导。因此，意图是本公开不受限于公开为设想用于执行本公开的最佳模式的特定实施例。

Claims (15)

1. 一种火力发电系统200，包括：

与熔炉206流体连通的磨机202；其中，所述磨机202为操作性的，以粉碎煤并使所述煤通风；其中，所述熔炉206包含多于一个喷燃器210,212,214或喷燃器喷嘴；其中，所述喷燃器210,212,214或喷燃器喷嘴为操作性的，以接收来自所述磨机202的煤，并在所述熔炉206中对其进行燃烧；和

多个流量控制装置216,218,220；

其中，至少一个流量控制装置216,218,220与所述磨机202和所述喷燃器210,212,214或喷燃器喷嘴流体连通；并且

其中，在熔炉206的操作期间，闭合与所述磨机202和喷燃器210,212,214或喷燃器喷嘴流体连通的所述流量控制装置216,218,220，以阻止在所述磨机202和所述熔炉206之间的流体连通。

2. 根据权利要求1所述的系统200，其特征在于，闭合所述流量控制装置216,218,220促进了煤和气体通过所述主喷燃器210,212的增大的运输速度。

3. 根据权利要求1所述的系统200，其特征在于，所述流量控制装置216,218,220作为现有系统200的改型来安装。

4. 根据权利要求1所述的系统200，其特征在于，所述流量控制装置216,218,220与计算机224和数据库电气连通。

5. 根据权利要求1所述的系统200，其特征在于，还包括再循环器222；其中，所述再循环器222为操作性的，以使气体和煤再循环回至所述磨机202，其中，所述再循环器222使多于5%(重量百分比)的气体再循环回至所述磨机202，并且其中，所述再循环的气体冷却所述磨机202，从而允许所述磨机202操作而没有损坏。

6. 根据权利要求1所述的系统200，其特征在于，所述火力发电系统200与风力发电系统电气连通，并且其中，当与风力发电系统电气连通时，与不与风力发电系统连通的火力发电系统200相比，所述火力发电系统200在较低负载下操作。

7. 根据权利要求1所述的系统200，其特征在于，所述火力发电系统200与太阳能发电系统电气连通，并且其中，当与太阳能发电系统电气连通时，与不与太阳能发电系统连通的火力发电系统200相比，所述火力发电系统200在较低负载下操作。

8. 根据权利要求1所述的系统200，其特征在于，与不包含所述流量控制装置216,218,220或不包含再循环器222的相似的火力发电系统相比，所述低负载操作减少多于25%。

9. 根据权利要求1所述的系统200，其特征在于，用于所述火力发电系统200的平均控制负载操作范围在5%至100%之间。

10. 根据权利要求1所述的系统200，其特征在于，所述磨机202是搅拌轮磨机、搅拌磨机、普通冲击磨机、碗式磨机或球管磨机。

11. 根据权利要求1所述的系统200，其特征在于，还包括分粒器204，其设置在所述磨机202的下游和所述熔炉206的上游；所述分粒器204为操作性的，以使给定尺寸的煤颗粒与剩余煤颗粒分离。

12. 一种方法，包括：

在磨机202中存在热烟气、冷气体、空气和水的混合物的情况下使煤粉碎；

将所述粉碎的煤和所述热烟气、冷气体、空气和水的混合物从所述磨机202排出至分粒器204；其中，所述分粒器204为操作性的，以使给定尺寸的煤颗粒与剩余煤颗粒分离；

通过多个流量控制装置216,218,220将所述粉碎的煤和所述热烟气、冷气体、水和空气的混合物排出至熔炉206；

在所述熔炉206中燃烧所述粉碎的煤；其中，所述熔炉206包含一个或更多个蒸汽喷燃器214以及一个或更多个主喷燃器210,212；其中，所述蒸汽喷燃器214和所述主喷燃器210,212为操作性的，以接收来自所述磨机202的煤，并在所述熔炉206中对其进行燃烧；并且其中，至少一个流量控制装置216,218,220与所述磨机202和所述蒸汽喷燃器214流体连通；并且其中，至少一个流量控制装置216,218,220与所述磨机202和所述主喷燃器210,212流体连通；并且其中，在所述熔炉206的操作期间，闭合与所述磨机202和所述蒸汽喷燃器214流体连通的所述流量控制装置216,218,220，以阻止在所述磨机202和所述熔炉206之间的流体连通。

13. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在接触所述粉碎的煤之前，热烟气温度从1000°C以上减少至大约400°C，并且其中，在从所述磨机202中排出之后，所述粉碎的煤和所述热烟气、冷气体、水和空气的混合物的温度为大约120°C至大约200°C。

14. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括使所述粉碎的煤和所述热烟气、冷气体、水和空气的混合物的一部分再循环，并且其中，所述再循环在从所述分粒器204排出之后或从所述磨机202排出之后发生。

15. 根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述蒸汽喷燃器214和所述主喷燃器210,212均用喷燃器喷嘴替代。