CN104132364A - 开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组及其发电系统 - Google Patents

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CN104132364A CN201410371261.4A CN201410371261A CN104132364A CN 104132364 A CN104132364 A CN 104132364A CN 201410371261 A CN201410371261 A CN 201410371261A CN 104132364 A CN104132364 A CN 104132364A
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Abstract

本发明提供了一种开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组,用于对原煤进行燃烧且与含有汽轮机的汽轮机组相连接,其特征在于,干燥剂混合室分别与烟气抽口和煤粉收集器的气体出口连接,把由乏气中抽取的第一部分乏气与从烟气抽口抽取的烟气的一部分混合后作为干燥剂送至原煤预干燥装置,冷风预热装置利用汽轮机的抽汽口抽出的低压蒸汽对环境冷风进行预加热得到热风,空气预热器对暖风进一步加热得到热风,热风的一部分与环境冷风混合后作为一次风,风粉混合器将一次风与煤粉进行混合得到风粉混合物,热风的另一部分作为二次风直接送入煤粉燃烧器。本发明还提供了一种包含开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组和含有汽轮机的汽轮机组的发电系统。

Description

开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组及其发电系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种燃煤电站的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组及其发电系统,具体涉及锅炉送风、冷风预热、制粉、煤粉燃烧以及烟气水回收技术。
背景技术
[0002] 褐煤具有水分高、挥发分高、发热量低、灰熔点低、磨损性低和易自燃等特点。在全世界范围褐煤约占世界煤炭总储量40%。我国褐煤约占国内煤炭总储量16%,主要分布在内蒙古东部与东北三省交界的地区和云南地区。内蒙古及东北地区的褐煤属老年褐煤,全水分25〜40% ;云南褐煤属年轻褐煤,全水分40〜60%,含木质纤维。此外,位于我国新疆准噶尔盆地东部“准东煤田”的煤炭预测储量达3900亿吨,是我国最大的整装煤田。准东煤除发热量较褐煤高以外,其它煤质特性与褐煤相似,也具有水分高、挥发分高、灰熔点低、磨损性低和易自燃的特点。
[0003] 为提高褐煤利用水平,国内外开展了多种形式的褐煤干燥技术研究。与火电厂集成的抽汽预干燥技术将蒸汽凝结废热用于褐煤预干燥,理论上可提高电厂效率2〜4个百分点,但无论蒸汽管滚筒干燥机还是内加热蒸汽流化床工艺,煤粒与蒸汽间为换热强度较低的间壁式换热,故干燥设备体积庞大,设备投资和运行费用很大。烟气(或热空气)干燥技术可采用流化床、移动床及气流管等形式,煤粒与烟气(或热空气)间为换热强度较高的混合式换热,但烟气(或热空气)干燥的运行安全性较差,干燥系统容易着火,需严格控制干燥剂温度和含氧量。机械/热压脱水和热力脱水为非蒸发干燥技术,优点是干燥能耗低且能脱除一部分碱金属物质从而改善锅炉结渣与沾污,但脱水条件为高温高压,设备大型化比较困难,且脱水系统排放废水的处理难度较大。由于褐煤易碎裂易自燃,干燥后褐煤的成型和安全贮存运输也较为困难。可见,当前的各类褐煤干燥技术均存在特有的困难,在规模化应用之前仍需进一步研究与完善。
[0004] 褐煤水分高、热值低且易自燃,故不宜远距离运输。目前褐煤利用的主要途径仍为通过坑口电站燃烧发电,再输送电力至需要的地区。而我国大型燃褐煤发电机组(单机容量> 200MW)的装机容量仅占全国火电总装机容量的3%左右,远低于褐煤在煤炭总储量中所占的比例(16%)。所以,随着优质烟煤储量的比例不断下降,发展褐煤机组对我国电力工业可持续发展具有重要意义。
[0005] 我国目前已有多台600丽级褐煤机组投运,全部配置直吹式制粉系统锅炉。但与常规烟煤锅炉相比,这些褐煤锅炉的热效率较低(约低2个百分点)且价格较高,这主要因于褐煤锅炉的炉内烟气量较大,因而锅炉排烟热损失较高,锅炉体积也较大。此外,高水分燃煤的直吹式制粉系统需抽取高温炉烟作为制粉系统干燥剂主要组分,这使得一次风中含有大量炉烟和水蒸气等惰性气体,致使锅炉稳定燃烧也较为困难。
[0006] 另外,火力发电厂是工业用水大户,而我国褐煤产区(例如内蒙古东部地区)大多属严重缺水地区,水资源匮乏成为影响坑口电源基地建设的重要制约因素。显然,高水分燃煤锅炉的烟气中蕴含有大量水资源,实现燃煤烟气中水分的再循环利用成为一个亟待解决的问题。
发明内容
[0007] 本发明是为了解决上述问题而进行的,目的在于提供一种不仅能实现对制粉乏气中的大量乏气水进行回收利用,而且还能实现高效率发电的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组及其发电系统。
[0008] 本发明为了解决上述问题,采用了以下结构:
[0009] < 结构一 >
[0010] 本发明提供一种开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组,用于对原煤进行燃烧且与含有汽轮机的汽轮机组相连接,其特征在于,包括:制粉子系统、锅炉本体子系统、送风送粉子系统以及乏气水回收子系统,其中,制粉子系统包含:顺次连接的原煤预干燥装置、气粉生成装置、煤粉收集器、煤粉仓、给粉机以及与原煤预干燥装置连接的干燥剂混合室,锅炉本体子系统包含:炉膛、与炉膛的尾部相连的烟道、位于炉膛入口位置的煤粉燃烧器以及位于炉膛的烟气出口附近的烟气抽口,送风送粉子系统包含:风粉混合器、位于烟道尾部的空气预热器、空气预热器相连的冷风预热装置和用于提供环境冷风的送风机,乏气水回收子系统包含:与煤粉收集器的气体出口相连的乏气水回收装置,原煤预干燥装置利用来自干燥剂混合室的干燥剂对原煤进行预干燥,气粉生成装置对干燥后的原煤进行磨制和进一步干燥后得到气粉混合物,煤粉收集器对气粉混合物进行分离得到煤粉和乏气,煤粉仓对煤粉进行储存,给粉机用于计量并调节控制输送给风粉混合器的锅炉给煤量,风粉混合器对来自送风送粉子系统的一次风和煤粉进行混合得到风粉混合物,煤粉燃烧器对风粉混合物中的煤粉进行燃烧,煤粉在炉膛的内部燃烧生成烟气,干燥剂混合室分别与烟气抽口和煤粉收集器的气体出口连接,把由乏气中抽取第一部分乏气与烟气的一部分混合后作为干燥剂送至原煤预干燥装置,冷风预热装置利用汽轮机的抽汽口抽出的低压蒸汽对环境冷风进行预加热得到暖风,空气预热器对暖风进一步加热得到热风,热风的一部分与环境冷风混合后作为一次风,热风的另一部分作为二次风直接送入煤粉燃烧器,风粉混合器将一次风与煤粉进行混合得到风粉混合物,乏气水回收装置将乏气中的第二部分乏气引入并将该第二部分乏气中的水分回收。
[0011] 在本发明提供的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组中,还可以具有这样的特征:其中,乏气水回收装置包括:与煤粉收集器的气体出口相连,对第二部分乏气进行输送的乏气管道、与乏气管道相连的乏气水回收器以及储存乏气水的集水池。
[0012] 在本发明提供的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组中,还可以具有这样的特征:其中,冷风预热装置具有:利用低压蒸汽对环境冷风进行预加热的暖风器以及用于将加热后的环境冷风引入空气预热器中的暖风管道。
[0013] 在本发明提供的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组中,还可以具有这样的特征:其中,制粉子系统还包括一端与煤粉收集器的乏气出口相连,另一端与气粉生成装置的进口相连的风量调节管道,用于将乏气出口送出的乏气中的第三部分乏气送入气粉生成装置来补充调节进入气粉生成装置的风量。
[0014]另外,本发明还提供了一种发电系统,具有这样的特征:开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组以及含有汽轮机的汽轮机组,其中,开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组和汽轮机组为上述结构一中任意一项中的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组及汽轮机组。
[0015]〈结构二〉
[0016] 本发明还提供了一种开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组,用于对原煤进行燃烧且与含有汽轮机的汽轮机组相连接,其特征在于,包含:制粉子系统、锅炉本体子系统、送风送粉子系统以及乏气水回收子系统,其中,制粉子系统包含:顺次连接的原煤预干燥装置、气粉生成装置、煤粉收集器、煤粉仓、给粉机、风粉混合器以及与原煤预干燥装置连接的干燥剂混合室,锅炉本体子系统包含:炉膛、烟道、位于炉膛入口位置的煤粉燃烧器以及位于炉膛的烟气出口附近的烟气抽口,送风送粉子系统包含:第一冷风预热装置、位于烟道尾部的空气预热器、与空气预热器相连的第二冷风预热装置和用于提供环境冷风的送风机,乏气水回收子系统包含:与煤粉收集器的气体出口相连的乏气水回收装置,原煤预干燥装置利用来自干燥剂混合室的干燥剂对原煤进行预干燥,气粉生成装置对干燥后的原煤进行磨制和进一步干燥后得到气粉混合物,煤粉收集器对气粉混合物进行分离得到煤粉和乏气,煤粉仓对煤粉进行储存,给粉机用于计量并调节控制输送给风粉混合器的锅炉给煤量,风粉混合器对来自送风送粉子系统的一次风和煤粉进行混合得到风粉混合物,煤粉燃烧器对风粉混合物中的煤粉进行燃烧,煤粉在炉膛内燃烧生成烟气,干燥剂混合室还分别与烟气抽口和煤粉收集器的气体出口连接,把由乏气中抽取第一部分乏气与烟气的一部分混合后作为干燥剂送至原煤预干燥装置,第一冷风预热装置利用汽轮机的抽汽口抽出的低压蒸汽加热第一环境冷风生成的暖风作为一次风,第二冷风预热装置利用汽轮机的抽汽口抽出的低压蒸汽加热第二环境冷风,之后进入空气预热器进一步加热所生成的热风作为二次风,风粉混合器将一次风与煤粉混合得到风粉混合物,二次风直接进入煤粉燃烧器,乏气水回收装置将乏气中的第二部分乏气引入并回收乏气中的水分。
[0017] 在本发明提供的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组中,还可以具有这样的特征:其中,乏气水回收装置包括:与煤粉收集器的气体出口相连,对乏气进行输送的乏气管道、与乏气管道相连的乏气水回收器以及储存乏气水的集水池。
[0018] 在本发明提供的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组中,还可以具有这样的特征:其中,其中,第一冷风预热装置具有:利用低压蒸汽对第一环境冷风进行加热的一次风暖风器以及将一次风引入风粉混合器的暖风管道,第二冷风预热装置具有:利用低压蒸汽对第二环境冷风进行加热的二次风暖风器以及将二次风引入空气预热器的二次风暖风管道。
[0019] 在本发明提供的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组中,还可以具有这样的特征:其中,制粉子系统还包括一端与煤粉收集器的乏气出口相连,另一端与气粉生成装置的进口相连的风量调节管道,用于将从乏气出口送出的一部分乏气送入气粉生成装置来补充或调节进入气粉生成装置的风量。
[0020]另外,本发明还提供了 一种发电系统,具有这样的特征:开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组以及含有汽轮机的汽轮机组,其中,开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组和汽轮机组为上述结构二中任意一项中的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组和汽轮机组。
[0021] 发明的作用与效果
[0022] 在本发明的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组及其发电系统中,因为煤粉收集器使得煤粉与乏气在煤粉收集器被分离,而乏气中富集有大量水蒸气乏气中水蒸气容积份额远大于烟气中水蒸气容积份额,水蒸气容积份额高即水露点高,所以由乏气降温回收凝结水大大提高了烟气中水分回收的可实施性。而且,本发明中以炉膛出口附近抽取的高温的烟气和再循环乏气进行混合后所形成的混合物作为制粉子系统干燥剂,可进一步提高乏气含湿量和水露点,使得乏气中的水分能够被更加经济有效地回收利用。
[0023] 并且,以高温的烟气和再循环乏气的混合物作为制粉子系统干燥剂,使得干燥剂的含氧量与传统干燥剂相比明显较少,从而明显降低了煤在制粉流程中燃烧爆炸的风险,而且可通过调节再循环乏气的流量方便地调节干燥剂温度,从而保证磨煤机出口温度在合适的范围之内。另外,经空气预热器加热后的热风的一部分与环境冷风混合调温至安全送粉所需温度,该一次风的温度的可调控性有效降低了在送粉过程中的燃烧爆炸风险。
[0024] 并且,在制粉子系统中形成的乏气不进入炉膛,使得炉膛内烟气量减少,相应地炉膛内火焰温度升高。另外,采用热风送粉使得一次风中惰性气体含量大幅减少,由此煤粉气流着火热减少,而且一次风中氧浓度提高。共同作用的结果是既提高了煤粉气流的稳燃性能和燃烧效率,也使得煤粉气流的低NOx燃烧组织更加方便,从而实现清洁高效稳定燃烧。
[0025] 并且,因为从炉膛出口附近抽取的一小部分烟气和制粉子系统中蒸发出的煤中水分不再进入炉膛,使得流经尾部烟道和空气预热器的烟气量明显减少,另一方面,虽然采用热风送粉使得流经空气预热器的风量也趋于减少,但相比之下空气预热器内烟气量减少的幅度更大,因而,综合结果是空气预热器的烟/风水当量比明显减小,也即空气预热器出口排烟温度可大幅降低。同时为避免煤中挥发分在制粉过程中析出,也采用了较低的磨煤机出口温度,也即较低的煤粉收集器出口乏气温度。由于组成开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组排烟的空气预热器出口烟气和煤粉收集器出口乏气均温度较低,与现有锅炉机组相比,相应地锅炉热效率明显提高。
[0026] 并且,因为空气预热器的送风入口前设置了利用来自汽轮机组的低压蒸汽对环境冷风进行预热的冷风预热装置,使进入空气预热器的风首先在冷风预热装置内得到一定程度的预热,由此提高锅炉热效率的同时保证空气预热器冷端金属受热面不发生低温腐蚀,从而保证空气预热器安全运行。同时,利用汽轮机组的低压蒸汽的凝结废热来预热环境冷风作为锅炉送风,从而这些凝结废热被开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组进行了回收利用,从火电厂热力系统来看,这进一步提高了电厂的发电效率。
[0027] 因此,本发明能够提供一种不仅实现对乏气中的水分进行回收和循环利用还能实现发电效率较高的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组及其发电系统。
附图说明
[0028] 图1为本发明实施例一中发电系统的结构框图;
[0029] 图2为本发明实施例一中开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组的结构框图;
[0030]图3为本发明实施例一中开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组的结构模块示意图;
[0031] 图4为本发明实施例一中送风送粉子系统的框图;
[0032] 图5为本发明实施例一中开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组的结构示意图;
[0033] 图6为本发明实施例二中开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组的结构模块示意图;以及
[0034] 图7为本发明实施例二中开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组的结构示意图。
具体实施方式
[0035] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,以下实施例结合附图和实施例对本发明涉及开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组及其发电系统进行详细的说明。
[0036] <实施例一 >
[0037] 图1为本发明实施例一中发电系统的结构框图。
[0038] 如图1所示,发电系统100包括:开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组501、汽轮机组502、以及发电机组503。
[0039] 原煤在开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组501燃烧产生的热量加热水形成高温高压蒸汽进入汽轮机组502做功,进而带动发电机组503进行发电。
[0040] 图2为本发明实施例一中开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组的结构框图。
[0041] 如图2所示,开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组501包括:制粉子系统401、锅炉本体子系统402、送风送粉子系统403、乏气水回收子系统404、以及烟气净化子系统405。
[0042] 送风送粉子系统403对环境冷风61处理后形成一次风,一次风与制粉子系统401对原煤60进行磨制形成的煤粉按一定比例混合后送入锅炉本体子系统402中,送风送粉子系统403的二次风则直接进入锅炉本体子系统402,锅炉本体子系统402内的部分高温炉烟被抽出作为制粉子系统401的干燥剂组分,锅炉制粉子系统401中的乏气被分离出后,大部分湿乏气进入乏气水回收子系统404冷却,乏气中的大部分水分凝结为液态水后被回收进行再利用,经过乏气水回收后的干乏气与锅炉本体子系统402的排烟混合后进入烟气净化子系统405净化。
[0043]图3为本发明实施例一中开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组的结构模块示意图。
[0044] 如图3所示,制粉子系统401包括:原煤仓1、给煤机2、原煤预干燥装置3、风扇磨煤机4、粗粉分离器5、制粉管道6、煤粉收集器7、煤粉仓8、给粉机9以及再循环乏气管道23、磨煤机风量调节管道51、干燥剂混合室20以及干燥剂管道21。这里,风扇磨煤机4、粗粉分离器5以及制粉管道6构成了气粉生成装置。
[0045] 锅炉本体子系统402包括:煤粉燃烧器12、锅炉13以及烟气抽口 19。
[0046] 送风送粉子系统403包括:送风机29、送风管道30、暖风器31、送风旁路管道32、暖风管道33、空气预热器34、一次风冷风管道35、一次风热风管道36、二次风热风管道37、二次风风箱38、一次风混合室39、温风管道40、一次增压风机41、一次风风箱42、风粉混合器10、送粉管道11。这里,送风机29、送风管道30、暖风器31、暖风管道33、二次风热风管道37、二次风风箱38以及送风旁路管道32构成了冷风预热装置。
[0047] 乏气水回收子系统404包括:乏气风机22、乏气管道24、乏气水回收器25、乏气旁路管道26、集水池27以及冷乏气管道28。
[0048] 烟气净化子系统405包括:除尘器14、引风机15、锅炉排烟管道16、烟气脱硫装置17以及烟囱18。
[0049] 开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组501整体的连接关系:
[0050] 原煤仓1、给煤机2、原煤预干燥装置3、风扇磨煤机4、粗粉分离器5、制粉管道6以及煤粉收集器7顺次连接,干燥剂混合室20分别与原煤预干燥装置3、再循环乏气管道23以及烟气抽口 19相连,煤粉收集器7还分别与乏气风机22和煤粉仓8的进口相连,煤粉仓8的出口与给粉机9相连,给粉机9与风粉混合器10的进口相连,风粉混合器10的出口与送粉管道11的一端相连,送粉管道11的另一端与煤粉燃烧器12相连,烟气抽口 19与干燥剂混合室20相连。空气预热器34位于锅炉13的烟道的尾部。
[0051 ] 锅炉送风机29出口分别与暖风器31的冷风进口和一次风混合器39的冷风进口相连,暖风器31的热风进口与汽轮机组502的输出低压蒸汽70的抽汽口连接,低压蒸气70在暖风器31内放热后产生疏水71,暖风器31用于排出疏水71的出水口与汽轮机组502的凝结水系统(图中未画出)相连。暖风器31旁设置冷风预热装置旁通管道32,暖风器31的出口与空气预热器34的空气侧进口相连,空气预热器34的空气侧出口分别通过二次风热风管道37和一次风热风管道36与二次风风箱38进口和一次风混合器39的热风进口相连,二次风风箱38的出口与煤粉燃烧器12相连,一次风混合室39的出口通过温风管道40与一次风增压风机41进口相连,一次风增压风机41出口与一次风风箱42的进口相连,一次风风箱42的出口与风粉混合器10的进口相连。
[0052] 乏气风机22的进口与煤粉收集器7的气体出口相连,乏气风机22的出口分别与乏气管道24、磨煤机风量调节管道51以及再循环乏气管道23相连,再循环乏气管道23与干燥剂混合器20相连,乏气水回收器25与乏气管道24相连,乏气水回收器25具有冷却介质入口 80和冷却介质出口 81,乏气旁路管道26与乏气水回收器25并联,集水池27与乏气水回收器25相连接,储存被乏气水回收器25回收的乏气中的水分,经过乏气水回收器25回收乏气中的水分后的冷乏气经过冷乏气管道28排到锅炉排烟管道16。
[0053] 除尘器14进口与空气预热器34的烟气侧出口相连,除尘器14出口与引风机15进口相连,引风机15出口通过锅炉排烟管道16与烟气脱硫装置17进口相连,烟气脱硫装置17出口与烟囱18相连。
[0054] 图4为本发明实施例一中送风送粉子系统的框图。
[0055] 空气的流程:如图3、图4所示,环境冷风61即、空气由锅炉送风机29经送风管道30送入暖风器31中,在暖风器31内被来自汽轮机组502的图中未显示出的抽汽口的低压蒸汽70加热至可使空气预热器34冷端金属壁温满足设计要求的某一暖风温度,继而由暖风管道33引入空气预热器34中,低压蒸气70在暖风器31内放热后产生的疏水71由疏水泵(图中未显示出)送回汽轮机组502凝结水系统中。为方便调节暖风温度,在暖风器31旁设置了送风旁路管道32。暖风管道33内的暖风在空气预热器34内被烟气进一步加热至锅炉燃烧所需的热风温度。空气预热器34空气侧出口的热风大部分作为二次风经二次风热风管道37引入二次风风箱38,并由二次风箱38分配引往燃烧器12。另一少部分热风经一次风热风管道36引入一次风混合室39,在一次风混合室39内与来自送风机29出口并由一次风冷风管道35引来的冷风按一定比例混合至煤粉安全输送与稳定燃烧所需的温风温度,一次风混合室39出口的一次风经一次风热风管道40进入增压一次风机41内,被增压后送往一次风风箱42,再由一次风风箱42分配引往风粉混合器10,进而将煤粉送入锅炉13的炉膛燃烧。
[0056] 图5为本发明实施例一中开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组的结构示意图。
[0057] 如图5所示,开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组501的工作原理:
[0058] 煤的流程:原煤60由原煤仓I经给煤机2输送进入原煤预干燥装置3,在原煤预干燥装置3内与来自干燥剂混合室20的干燥剂混合并下行完成原煤的预干燥,风扇磨煤机4将被原煤预干燥装置3干燥后的煤磨制成煤粉,同时对煤粉进行进一步的干燥。风扇磨煤机4出口的乏气(风扇磨煤机4出口的气体称为乏气)与煤粉的混合物进入粗粉分离器5,粗粉分离器5将风粉混合物中较粗的煤颗粒分离出并重新送回风扇磨煤机4的进口,合格的煤粉与乏气的混合物通过制粉管道6进入煤粉收集器7,煤粉收集器7将乏气和煤粉进行分离,煤粉仓8将煤粉进行储存,煤粉仓8内的煤粉由给煤机9送入风粉混合器10,在风粉混合器10内与来自一次风风箱42的一次风混合,然后由送粉管道11送往煤粉燃烧器12进入锅炉13的炉膛内燃烧。
[0059] 烟气流程:煤粉与空气在锅炉13的炉膛内燃烧生成烟气,炉膛内的烟气在炉膛出口分为二股。一股被风扇磨煤机4从烟气抽口 19抽出作为制粉子系统401的干燥剂组分,另一股仍保留在锅炉13的烟道内继续加热后续的受热面,并由空气预热器34的出口排出锅炉13。空气预热器34烟气侧出口的烟气经除尘器14净化后引入锅炉引风机15,并在引风机15出口的排烟管道16内与来自乏气水回收子系统404的出口的冷乏气混合后进入烟气脱硫装置17,经过脱硫净化的烟气62由烟® 18排向大气环境。
[0060] 干燥剂流程:由烟气抽口 19抽取的高温烟气与来自再循环乏气管道23的乏气在干燥剂混合室20内混合得到制粉子系统401所需的干燥剂,该干燥剂经由干燥剂管道21进入原煤预干燥装置3,干燥剂在原煤预干燥装置3内与煤混合并下行从而对煤进行预干燥。
[0061] 乏气流程:乏气由来自干燥剂混合室20的干燥剂、制粉子系统401漏风以及煤的蒸发水分组成。乏气与煤粉在煤粉收集器7内进行分离,分离出的乏气由乏气风机22抽出并分为三路,第一路作为干燥剂调温介质由再循环乏气管道23送入干燥剂混合室20,第二路通过磨煤机风量调节管道51进入风扇磨煤机4,对进入风扇磨煤机4的风量进行补充,第三路经乏气管道24送入乏气水回收器25。高湿分乏气在乏气水回收器25内被冷媒80冷却降温,从而获得大量液态水,液态水集于集水池27内。乏气水回收系统25排出的冷乏气经冷乏气管道28引往锅炉排烟管道16,与从锅炉13排出的烟气混合后一起进入烟气脱硫系统17。
[0062] 实施例一的作用与效果:
[0063] I)高水分燃煤制粉系统的乏气中富集有大量水分,水露点温度高,通过乏气冷却可回收大量液态凝结水,具有突出的水回收效益。此外,冷乏气与锅炉排烟混合可使进入烟气脱硫系统的烟温降低,从而在烟气脱硫系统中可节省大量烟气降温水耗,具有可观的节水效益。
[0064] 2)以高温烟气和再循环乏气混合作为干燥剂,可明显降低干燥剂含氧量,从而提高制粉系统运行安全性;而且,以高温烟气和再循环乏气混合作为干燥剂,可进一步提高乏气含湿量和水露点,从而使乏气水回收更易实现。
[0065] 3)乏气不进入炉膛和采用热风送粉,可使炉膛内火焰温度升高、煤粉气流着火热减小、一次风氧浓度提高,从而可明显提高煤粉燃烧的着火及燃尽性能,对炉膛内低NOx燃烧组织也有利从而减少机组污染物排放。
[0066] 4)从炉膛出口附近抽取一部分炉烟作为干燥剂组分和乏气不进入炉膛,可使空气预热器内的烟/风水当量比减小,从而使空气预热器出口排烟温度降低;同时,为避免煤中挥发分在制粉过程中析出,采用了较低的磨煤机出口温度,也即较低的煤粉收集器出口乏气温度。由于组成开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组排烟的空气预热器出口烟气和煤粉收集器出口乏气均温度较低,因而与现有锅炉机组相比本发明开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组的排烟热损失大幅降低,相应地锅炉热效率明显提高。
[0067] 5)因为空气预热器的送风入口前设置了利用来自汽轮机组的低压蒸汽对环境冷风进行预热的冷风预热装置,使进入空气预热器的风首先在冷风预热装置内得到一定程度的预热,由此可在锅炉采用较低排烟温度从而提高锅炉热效率的同时保证空气预热器冷端金属受热面不发生低温腐蚀,从而保证空气预热器安全运行。同时,这也使一部分机组低压蒸汽的凝结废热通过预热锅炉送风被开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组回收利用,从火电厂热力系统来看,这进一步提高了电厂的发电效率。
[0068] 6)设置一次风混合器可方便地调节一次风温度,从而保证送粉安全和煤粉气流稳燃性能;通过调节再循环乏气量可方便地调节干燥剂温度,从而保证原煤预干燥装置内高温烟气对原煤的预干燥效果;通过设置磨煤机风量调节管道,可使磨煤机在最佳通风量下工作,从而保证磨煤机出力并减小制粉电耗。
[0069] 根据本实施例一提供的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组和发电系统,因为在粗粉分离器出口设置了煤粉收集器,使得煤粉与乏气在煤粉收集器被分离,煤粉由一次风送入炉膛内燃烧,乏气进入乏气水回收器进行冷却后排往烟气脱硫装置前的锅炉排烟管道与空气预热器出口排烟混合后进入烟气脱硫装置。并且,考虑到褐煤等高水分煤的挥发分较高,采用了一次风和二次风温度可以调控的送风送粉子系统,一次风温度既能保证煤粉气流入炉后稳定着火燃烧,也能避免煤粉在送粉管内燃烧。同时,根据送风送粉子系统的需要,冷风分为两路,一路冷风经暖风器加热后进入空气预热器,被空气预热器进一步加热得到热风,该热风的一部分作为二次风进入锅炉的炉膛助燃,另一部路冷风与热风的另一部分掺混至要求的温度后作为一次风输送煤粉至锅炉的炉膛内燃烧。所以,与传统直吹式制粉子系统锅炉相比,虽然用于送粉的一次风温度稍有降低,但由于一次风风量大幅减少,风粉混合物的着火热明显降低,加之一次风中氧的浓度明显提高,使得煤粉稳燃性能明显改善。并且,采用上述制粉子系统后,锅炉的炉膛内火焰温度会明显提高,进一步强化了煤粉着火及燃尽性能。
[0070] 另外,由于炉膛内产生的烟气在烟气抽口出口分为二股,约占锅炉炉膛内烟气总量的10-20%的一股作为干燥剂组分进入制粉子系统并由煤粉收集器出口排出,另一股保留在锅炉的炉膛内加热后续受热面内的汽水工质并由空气预热器出口排出,因此,进入空气预热器的烟气量明显减少。并且,进入原煤预干燥装置的干燥剂可由乏气进行温度的调节,使得干燥剂的温度不至于过高而导致煤中的挥发分过多的析出。总体上,采用上述制粉子系统和送风送粉子系统后,空气预热器内的水当量比明显减小,也即在相同的空气预热器热端换热温差下,空气预热器出口排烟温度可明显降低。因而,得益于低的空气预热器出口排烟温度和煤粉收集器出口乏气温度,实施例一中的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组可使锅炉排烟热损失大幅降低,锅炉热效率明显提高。
[0071] 在燃煤电站锅炉的排烟温度选取中需考虑烟气侧低温腐蚀对空气预热器冷端受热面安全工作的影响。为将腐蚀速率控制在允许范围内,工程设计中一般要求将空气预热器冷端金属温度控制在可使腐蚀速度较低的70°C〜85°C范围。采用利用部分烟气作为干燥剂主要组成部分的制粉子系统后,随空气预热器出口排烟温度大幅降低,空气预热器冷端金属温度会过低。为解决此问题,本实施例中进入空气预热器的风先经暖风器进行加热,以提高空气预热器冷端金属温度,从而能够满足工程设计要求。
[0072] 在常规的大型发电机组中,蒸汽暖风器虽使一部分汽轮机低压蒸汽的凝结废热用于预热进入空气预热器的风,但同时也使锅炉排烟温度升高,所造成的总体不良影响是暖风器的投运使机组发电效率趋于降低。故蒸汽暖风器在现有火电厂中属备用设备,只在冬季等环境温度较低时启用以使空气预热器冷端金属温度不致过低,暖风器出口风温也设计为比锅炉设计冷风温度稍高。与此不同的是,在本实施例中,暖风器为四季常投设备,因空气预热器出口排烟温度较低,暖风器出口风温相对较高。可见,联合应用上述制粉子系统与暖风器,可在保证空气预热器冷端金属受热面运行安全的条件下进一步降低锅炉排烟温度从而提高锅炉热效率,同时也使一部分机组低压蒸汽的凝结废热用于预热送风,进一步提高了开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组的发电效率。
[0073] 此外,乏气水回收装置出口的冷乏气排往尾部锅炉排烟管道,与除尘器出口的排烟混合后一起进入烟气脱硫装置。对火电行业广泛应用的湿法烟气脱硫系统而言需要在烟气脱硫装置中耗费大量水脱硫,由于本实施例一中采用了冷乏气对锅炉排烟的冷却降温后,再来进入烟气脱硫装置脱硫,可明显减少脱硫系统的烟气降温水耗,这使得本实施例发电系统具有相当可观的节水效益。
[0074] 另外,与传统二介质(高温炉烟+热风)干燥和三介质(高温炉烟+热风+冷烟)干燥的直吹式制粉子系统不同的是,本实施例一是以开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组本身内部产生的烟气的一部分和再循环乏气混合后作为制粉子系统的干燥剂。可见,在本实施例的制粉子系统中干燥剂热量仅来自于烟气,再循环乏气起到了协调风扇磨煤机通风量与制粉子系统干燥出力的作用。可知,这种制粉子系统至少具有以下二个优点:在相同的制粉子系统干燥出力下可进一步提高乏气含湿量并减少乏气排放量,这对实现经济的乏气水回收设备非常有利,也进一步突出了本实施例一开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组的乏气水回收优势;干燥剂含氧量明显降低,提高了高挥发分煤制粉子系统运行的安全性。
[0075] 另外,因为通过磨煤机风量调节管道可以将风扇磨煤机的通风量控制在最佳通风量,所以能够减少风扇磨煤机的磨煤耗电量。
[0076] 综上,实施例一能够提供一种绿色高效燃煤发电系统,解决了高水分燃煤锅炉燃烧不稳定的问题、减少了磨煤机的磨煤耗电量、克服了传统高水分燃煤锅炉热效率低的缺点、在大幅提高锅炉热效率和机组发电效率的同时解决了空气预热器冷端金属受热面的运行安全问题、制粉子系统在惰化气氛下运行提高了高挥发分煤制粉子系统的运行安全性、明显提高了制粉子系统乏气含湿量和水露点,既使得乏气水回收易于工程实现,也使得由冷却乏气所得凝结水量增大。
[0077] <实施例二 >
[0078] 对于实施例二中与实施例一相同的结构,米用相同的编号并省略相关说明。
[0079] 图6为本发明实施例二中开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组的结构模块示意图。
[0080] 如图6所示,开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组200包括:制粉子系统401、锅炉本体子系统402、送风送粉子系统203、乏气水回收子系统404、以及烟气净化子系统405。
[0081] 可见,本实施例二中的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组系统200与实施例一相比,不同之处仅在于送风送粉子系统。在本实施例二中,送风送粉子系统203是将一次风和二次风分两个相互独立的流程来完成。
[0082] 送风送粉子系统203包括:二次风送风机29、二次风送风管道30、二次风暖风器31、二次风旁路管道32、二次风暖风管道33、空气预热器34、二次风热风管道37、二次风风箱38、一次风温风管道240、一次风风箱242、风粉混合器10、送粉管道11、一次风送风机243、一次风冷风管道244、一次风蒸汽暖风器245以及一次风旁路管道246。
[0083] 图7为本发明实施例二中开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组的结构示意图。
[0084] 如图7所示,送风送粉子系统203工作流程包含:
[0085] 一次风流程:一次风风机243抽取冷风261并通过一次风冷风管道244送入到一次风暖风器245,一次风暖风器245旁设置了一次风旁路管道246,一次风暖风器245利用来气汽轮机抽气口的低压蒸汽270对冷风进行加热得到暖风,低压蒸汽270在一次暖风器245内放热后产生的疏水271由疏水泵(图中未显示出)送回汽轮机组502凝结水系统中。暖风作为一次风通过一次风管道240进入到一次风风箱242,一次风风箱242对一次风进行分配后进入风粉混合器10与来自给粉机9的煤粉混合得到风粉混合物,之后该风粉混合物进入到锅炉13的炉膛燃烧。
[0086] 二次风流程:二次风风机29抽取冷风61并通过二次风送风管道30送入到二次风暖风器31、二次风暖风器31旁设置了二次风旁路管道32,二次风暖风器31利用来自汽轮机抽气口的低压蒸汽对冷风进行加热得到暖风,该暖风通过二次风暖风管道33进入到空气预热器34进一步加热得到热风,该热风全部作为二次风通过二次风热风管道37进入到二次风风箱38,二次风风箱38对二次风进行分配后送入到锅炉13的炉膛助燃。
[0087] 实施例二的作用与效果:
[0088] 根据实施例二的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组,除了具有与实施例一的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组相同的作用和效果以外,因为一次风和二次风采用相对独立的流程,所以不仅一次风和二次风的风量调节相对方便,而且减少了风机的电耗。
[0089] 当然本发明所涉及的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组以及发电系统并不仅仅限定于在上述实施例中的结构。以上内容仅为本发明构思下的基本说明,而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换,均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组,用于对原煤进行燃烧且与含有汽轮机的汽轮机组相连接,其特征在于,包括: 制粉子系统、锅炉本体子系统、送风送粉子系统以及乏气水回收子系统, 其中,所述制粉子系统包含:顺次连接的原煤预干燥装置、气粉生成装置、煤粉收集器、煤粉仓、给粉机以及与所述原煤预干燥装置连接的干燥剂混合室, 所述锅炉本体子系统包含:炉膛、与所述炉膛的尾部相连的烟道、位于所述炉膛入口位置的煤粉燃烧器以及位于所述炉膛的烟气出口附近的烟气抽口, 所述送风送粉子系统包含:风粉混合器、与所述风粉混合器相连的一次风混合室、位于所述烟道尾部的空气预热器、所述空气预热器相连的冷风预热装置和用于提供环境冷风的送风机, 所述乏气水回收子系统包含:与所述煤粉收集器的气体出口相连的乏气水回收装置, 所述原煤预干燥装置利用来自所述干燥剂混合室的干燥剂对所述原煤进行预干燥, 所述气粉生成装置对干燥后的所述原煤进行磨制和进一步干燥后得到气粉混合物, 所述煤粉收集器对所述气粉混合物进行分离得到煤粉和乏气, 所述煤粉仓对所述煤粉进行储存, 所述给粉机用于计量并调节控制输送给所述风粉混合器的锅炉给煤量, 所述风粉混合器对来自所述送风送粉子系统的一次风和所述煤粉进行混合得到风粉混合物, 所述煤粉燃烧器对所述风粉混合物中的所述煤粉进行燃烧, 所述煤粉在所述炉膛的内部燃烧生成烟气, 所述干燥剂混合室分别与所述烟气抽口和所述煤粉收集器的气体出口连接,把由所述乏气中抽取第一部分乏气与所述烟气的一部分混合后作为所述干燥剂送至所述原煤预干燥装置, 所述冷风预热装置利用所述汽轮机的抽汽口抽出的低压蒸汽对所述环境冷风进行预加热得到暖风, 所述空气预热器对所述暖风进一步加热得到热风,所述热风的一部分与环境冷风在所述一次风混合室混合后作为所述一次风,所述热风的另一部分作为二次风直接送入所述煤粉燃烧器, 所述风粉混合器将所述一次风与所述煤粉进行混合得到所述风粉混合物, 所述乏气水回收装置将所述乏气中的第二部分乏气引入并将该第二部分乏气中的水分回收。
2.根据权利要求1所述的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组,其特征在于: 其中,所述乏气水回收装置包括:与所述煤粉收集器的气体出口相连,对所述第二部分乏气进行输送的乏气管道、与所述乏气管道相连的乏气水回收器以及储存所述乏气水的集水池。
3.根据权利要求1所述的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组,其特征在于: 其中,所述冷风预热装置具有:利用所述低压蒸汽对所述环境冷风进行预加热的暖风器以及用于将所述暖风引入所述空气预热器中的暖风管道。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组,其特征在 于: 其中,所述制粉子系统还包括一端与所述煤粉收集器的乏气出口相连,另一端与所述气粉生成装置的进口相连的风量调节管道,用于将所述乏气出口送出的乏气中的第三部分乏气送入所述气粉生成装置来补充调节进入所述气粉生成装置的风量。
5.一种发电系统,其特征在于,包括: 开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组以及含有汽轮机的汽轮机组, 其中,所述开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组和所述汽轮机组为上述权利要求1至权利要求4中任意一项中所述的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组及汽轮机组。
6.一种开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组,用于对原煤进行燃烧且与含有汽轮机的汽轮机组相连接,其特征在于,包含: 制粉子系统、锅炉本体子系统、送风送粉子系统以及乏气水回收子系统, 其中,所述制粉子系统包含:顺次连接的原煤预干燥装置、气粉生成装置、煤粉收集器、煤粉仓、给粉机、风粉混合器以及与所述原煤预干燥装置连接的干燥剂混合室, 所述锅炉本体子系统包含:炉膛、烟道、位于所述炉膛入口位置的煤粉燃烧器以及位于所述炉膛的烟气出口附近的烟气抽口, 所述送风送粉子系统包含:第一冷风预热装置、位于所述烟道尾部的空气预热器、与所述空气预热器相连的第二冷风预热装置和用于提供环境冷风的送风机, 所述乏气水回收子系统包含:与所述煤粉收集器的气体出口相连的乏气水回收装置, 所述原煤预干燥装置利用来自所述干燥剂混合室的干燥剂对所述原煤进行预干燥, 所述气粉生成装置对干燥后的所述原煤进行磨制和进一步干燥后得到气粉混合物, 所述煤粉收集器对所述气粉混合物进行分离得到煤粉和乏气, 所述煤粉仓对所述煤粉进行储存, 所述给粉机用于计量并调节控制输送给所述风粉混合器的锅炉给煤量, 所述风粉混合器对来自所述送风送粉子系统的一次风和所述煤粉进行混合得到风粉混合物, 所述煤粉燃烧器对所述风粉混合物中的所述煤粉进行燃烧, 所述煤粉在所述炉膛内燃烧生成烟气, 所述干燥剂混合室还分别与所述烟气抽口和所述煤粉收集器的气体出口连接,把由所述乏气中抽取第一部分乏气与所述烟气的一部分混合后作为所述干燥剂送至所述原煤预干燥装置, 所述第一冷风预热装置利用所述汽轮机的抽汽口抽出的低压蒸汽加热第一环境冷风生成的蒸气暖风作为所述一次风, 所述第二冷风预热装置利用所述汽轮机的抽汽口抽出的低压蒸汽加热第二环境冷风,之后进入所述空气预热器进一步加热所生成的热风作为二次风, 所述风粉混合器将所述一次风与所述煤粉混合得到风粉混合物, 所述二次风直接进入所述煤粉燃烧器, 所述乏气水回收装置将所述乏气中的第二部分乏气引入并回收乏气中的水分。
7.根据权利要求6所述的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组,其特征在于: 其中,所述乏气水回收装置包括:与所述煤粉收集器的气体出口相连,对所述第二部分乏气进行输送的乏气管道、与所述乏气管道相连的乏气水回收器以及储存所述乏气水的集水池。
8.根据权利要求6所述的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组,其特征在于: 其中,所述第一冷风预热装置具有:利用所述低压蒸汽对所述第一环境冷风进行加热的一次风暖风器以及将所述一次风引入风粉混合器的暖风管道, 所述第二冷风预热装置具有:利用所述低压蒸汽对所述第二环境冷风进行加热的二次风暖风器以及将所述二次风引入所述空气预热器的二次风暖风管道。
9.根据权利要求6至8中任意一项所述的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组,其特征在于: 其中,所述制粉子系统还包括一端与所述煤粉收集器的乏气出口相连,另一端与所述气粉生成装置的进口相连的风量调节管道,用于在需要时将从所述乏气出口送出的所述乏气中的第三部分乏气送入所述气粉生成装置来补充或调节进入所述气粉生成装置的风量。
10.一种发电系统,其特征在于,包括: 开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组以及含有汽轮机的汽轮机组, 其中,所述开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组和所述汽轮机组为上述权利要求6至9中任意一项中所述的开式制粉蒸汽暖风型锅炉机组和汽轮机组。
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