CN104266214A - 风扇磨开式制粉系统超或超临界塔式锅炉及燃烧换热方法 - Google Patents

Abstract

基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法。提高褐煤发电机组的运行效率、降低发电煤耗及污染物排放是大型机组需要积极解决的问题。本发明组成包括：炉膛（ 1 ），炉膛上方位置处安装有过热器（ 20 ）、再热器（ 21 ）及省煤器（ 3 ），省煤器上对应处具有尾部烟道（ 2 ），炉膛上具有高温抽烟口（ 5 ）、燃烧器（ 7 ）、二次风箱（ 8 ），高温抽烟口与炉烟混合装置（ 11 ）连接，炉烟混合装置一端与冷炉烟管（ 16 ）连接，炉烟混合装置通过管束与风扇磨之间连接有落煤管（ 19 ），风扇磨通过管束与粉煤仓（ 13 ）连接，粉煤仓通过管束与给粉机（ 14 ）连接，给粉机通过落粉管（ 10 ）与煤粉管（ 6 ）连接。本发明应用于高效环保的褐煤发电技术。

Description

风扇磨开式制粉系统超或超临界塔式锅炉及燃烧换热方法

技术领域：

本发明涉及适用于一种高效褐煤发电技术，该发电技术系统基于锅炉炉烟干燥的风扇磨开式制粉系统，以及用于制粉系统乏气热量和水回收的装置。

背景技术：

在地球的历史上，最有利于成煤的地质年代主要是晚古生代的石炭纪、二叠纪，中生代的侏罗纪以及新生代的第三纪。这是因为，在这几个时期内，地球上的气候非常温暖潮湿，地球表面到处长满了高大的绿色植物，尤其在湖沼、盆地等低洼地带和有水的环境里，封印木、鳞木等古代蕨类植物生长得特别茂盛。当时，高大的树木倒下以后，就会被水淹没了，这就造成了倒木和氧隔绝的情况。在缺氧的环境里，植物体不会很快地分解、腐烂。随着倒木数量的不断增加，最终形成了植物遗体的堆积层。这些古代植物遗体的堆积层在微生物的作用下，不断地被分解，又不断地化合，渐渐形成了泥炭层，这是煤的形成的第一步。     由于地壳的运动，泥炭层下沉。泥炭层被泥沙、岩石等沉积物覆盖起来。这时，泥炭层一方面受到上面的泥沙、岩石等的沉重压力，另一方面，也是更重要的方面，泥炭层又受到地热的作用。在这样的条件下，泥炭层开始进一步发生变化：先是脱水，被压紧，从而比重加大，而且石炭的含量逐渐增加，氧的含量逐渐减少，腐殖酸的含量逐渐降低。完成这几个过程以后，泥炭就变成了褐煤。      褐煤如果继续不断地受到增高的温度和压力的作用，就会引起内部分子结构、物理性质和化学性质的进一步变化，褐煤就逐渐变成了烟煤或无烟煤。

褐煤含水量高达20~30%,而且灰分多,含硫高,发热量低,传统观念中不能单独当电煤，只能与其它发热量高的煤掺烧,与其他煤相比通用性差,不适合长距离运输,二吨3100大卡的褐煤相当一吨6200大卡的优质煤,相当于褐煤的运输成本高出优质煤一倍。中国褐煤量有2118亿吨，主要分布在内蒙古东部、云南东部、东北和华南也有少量。价值基于其品质的不同，目前价格只能分别在400-600元/T之间。

为响应国家节能减排的政策，有效提高褐煤发电大机组的运行效率、降低发电煤耗及污染物排放，同时减轻我国“富（褐）煤缺水”地区水资源紧缺的问题，如何将煤种中的水分利用起来，也是当前研究的课题之一。

发明内容：

本发明的目的是提供一种风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉及燃烧换热方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉，其组成包括：炉膛，所述的炉膛上方位置处安装有过热器、再热器及省煤器，所述的省煤器上对应有尾部烟道，所述的尾部烟道与的另一端与回转式空气预热器连接，所述的炉膛上具有高温抽烟口、燃烧器和二次风箱，所述的高温抽烟口与炉烟混合装置连接，所述的炉烟混合装置一端与冷炉烟管连接，所述的炉烟混合装置另一端通过管束与风扇磨连接。

所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉，所述的风扇磨与热能及水回收装置连接，所述的风扇磨通过管束与粉煤仓连接，所述的粉煤仓通过管束与给粉机连接，所述的给粉机通过落粉管与煤粉管连接，所述的煤粉管与燃烧器连接，所述的炉烟混合装置与风扇磨之间连接管路上具有落煤管。

所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉，所述的回转式空气预热器一端与一组进空气管连接，所述的回转式空气预热器另一端与一组出空气管连接，所述的一组出空气管一个与二次风箱和冷炉烟管连接，所述的一组出空气管另一个与煤粉管连接，所述的尾部烟道上具有烟道出口所述的锅炉过热器受热面分三级布置，分别为一级过热器、二级过热器和末级过热器，在每两级过热器受热面之间布置有喷水减温装置，再热器受热面分两级布置，分别为低温再热器和末级再热器，在两级再热器受热面之间布置有喷水减温器装置；锅炉水冷壁采用螺旋管圈+垂直管圈的结构型式，再热器采用两级布置。

一种所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，风扇磨制粉系统的干燥介质采用高温炉烟加低温炉烟的方式，高温炉烟加低温炉烟进入风扇磨制粉系统对含有较高水分的褐煤进行预干燥，锅炉燃料采用风扇磨制粉系统干燥后的煤质，干燥后的煤质燃烧产生的热量用于加热水和水蒸汽，作为蒸汽轮机发电动力，锅炉炉膛出口附近区域布置高温炉烟抽烟口，锅炉采用切向燃烧方式，高温炉烟抽烟口布置6-8个在锅炉炉膛出口区域，锅炉适配的汽轮发电机组的发电功率大于等于300MW。

所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，所述的风扇磨制粉系统的干燥介质采用高温炉烟加低温炉烟的方式，是指被风扇磨预干燥后的煤质进入锅炉炉膛内燃烧，燃烧所需的氧气来自经过空气预热器加热后的空气，燃烧释放出热量，同时产生大量的高温锅炉烟气；将所述的高温烟气和预热器下游的烟气混合，用于干燥褐煤煤粉，锅炉上炉膛中剩余的大部分烟气，依次流过锅炉过热器、再热器及省煤器受热部件，回转式空气预热器，通过炉膛水冷壁、过热器受热面、再热器受热面、以及省煤器受热面吸收煤质燃烧释放出的热量，加热水和蒸汽，产生推动蒸汽轮机做功并发电的动力，所述的干燥介质中的剩余热量被回收。

所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，所述的高温烟气和预热器下游的烟气混合是指：褐煤原煤经过风扇磨煤机后，被磨制成的煤粉；锅炉上炉膛区域，布置高温炉烟抽烟口，一部分高温锅炉烟气通过高温炉烟抽烟口从炉膛内抽出，高温锅炉烟气与来自预热器出口下游烟道的低温炉烟相混合后通过高温炉烟管道形成作为干燥介质的混合气体，所述的混合气体进入风扇磨煤机用于干燥具有较高水分的煤粉，并输送煤粉。

所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，所述的干燥介质中的热量被回收，是指所述的煤粉与乏气一同进入煤粉分离装置，在煤粉分离装置中，煤粉被分离出来，利用重力落入煤粉仓，乏气则进入热能及水回收装置；在热能及水回收装置中，乏气中的水分及热量被回收利用，剩余的乏气可直接排入大气，或者进入锅炉继续参与换热。

所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，大部分烟气，依次流过锅炉过热器、再热器及省煤器受热部件，将热量传递给上述部件后，通过锅炉尾部烟道进入回转式空气预热器，通过回转式空气预热器的传热元件，将热量传递给用于燃烧的空气，释放完热量的烟气则以较低的温度离开锅炉，进入下游除尘装置及脱硝装置设备，并最终排入大气。

所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，所述的输送煤粉的过程中，进入煤粉仓的煤粉，通过给粉机的控制，按需要量送入煤粉管道，在煤粉管道中，与一次风或者一次风和乏气的混合物相混合，并被送入锅炉燃烧器进行燃烧。

所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，过热器汽温调节方式为煤水比+二级喷水，再热器汽温通过减温水调节。

本发明的有益效果：

1.    本发明设置了一种适用于风扇磨开式制粉系统的超或超临界或超超或超临界塔式锅炉，锅炉采用风扇磨开式制粉系统，磨煤机出口风粉混合物经煤粉分离装置后，干燥后的煤粉进入煤粉仓，并最终进入锅炉燃烧。干燥乏气进入热能回收装置，进行热量回收的同时，回收从褐煤中干燥出来的水分。干燥褐煤所用的介质为高温炉烟+低温炉烟。高温炉烟取自锅炉炉膛出口附近区域的烟气，低温炉烟取自锅炉空气预热器出口的下游烟道。锅炉水冷壁采用螺旋管圈+垂直管圈的结构型式，过热器采用三级布置，再热器采用两级布置。过热器汽温调节方式为煤水比+二级喷水，再热器汽温通过减温水调节。锅炉采用切向燃烧方式，应用专门针对干燥后褐煤设计的新型燃烧器。在锅炉炉膛出口区域布置高温炉烟抽烟口，根据燃用煤质的灰熔点，可调整炉烟抽取装置的实际布置位置。该型锅炉使整个高效褐煤发电系统有机形成一个整体。锅炉燃烧产生的热量，在保证发电所需热量的同时，为制粉系统提供足够的干燥热量及干燥介质，该部分介质可选择直接排入大气或者返回锅炉继续参与炉内换热。

开发了基于炉烟干燥及水回收的风扇磨仓储式制粉系统的高效环保褐煤发电技术，该项发电技术中褐煤干燥尾气热能可综合利用，实现“提取煤中水分”。基于该种新型褐煤应用技术，提出了适用于该项技术的一种新型锅炉方案，即采用风扇磨开式制粉系统的锅炉方案。依据实际工程需要，依靠自主技术研制开发了600MW～1000MW等级风扇磨开式制粉系统超或超临界塔式锅炉，该炉型主要适用于燃用高水分褐煤的火力发电机组。

附图说明：

附图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式：

一种基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉，其组成包括：炉膛1，所述的炉膛上方位置处安装有过热器20、再热器21及省煤器3，所述的省煤器上对应有尾部烟道2，所述的尾部烟道与的另一端与回转式空气预热器4连接，所述的炉膛上具有高温抽烟口5、燃烧器7和二次风箱8，所述的高温抽烟口与炉烟混合装置11连接，所述的炉烟混合装置一端与冷炉烟管16连接，所述的炉烟混合装置另一端通过管束与风扇磨12连接。

实施例2：

根据实施例1所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉，所述的风扇磨与热能及水回收装置15连接，所述的风扇磨通过管束与粉煤仓13连接，所述的粉煤仓通过管束与给粉机14连接，所述的给粉机通过落粉管10与煤粉管6连接，所述的煤粉管与燃烧器连接，所述的炉烟混合装置与风扇磨之间连接管路上具有落煤管19。

实施例3：

根据实施例1或2所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉，所述的回转式空气预热器一端与一组进空气管17连接，所述的回转式空气预热器另一端与一组出空气管18连接，所述的一组出空气管一个与二次风箱和冷炉烟管连接，所述的一组出空气管另一个与煤粉管连接，所述的尾部烟道上具有烟道出口9所述的锅炉过热器受热面分三级布置，分别为一级过热器、二级过热器和末级过热器，在每两级过热器受热面之间布置有喷水减温装置，再热器受热面分两级布置，分别为低温再热器和末级再热器，在两级再热器受热面之间布置有喷水减温器装置；锅炉水冷壁采用螺旋管圈+垂直管圈的结构型式，再热器采用两级布置。

实施例4：

实施例1或2或3之一所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，风扇磨制粉系统的干燥介质采用高温炉烟加低温炉烟的方式，高温炉烟加低温炉烟进入风扇磨制粉系统对含有较高水分的褐煤进行预干燥，锅炉燃料采用风扇磨制粉系统干燥后的煤质，干燥后的煤质燃烧产生的热量用于加热水和水蒸汽，作为蒸汽轮机发电动力，锅炉炉膛出口附近区域布置高温炉烟抽烟口，锅炉采用切向燃烧方式，高温炉烟抽烟口布置6-8个在锅炉炉膛出口区域，锅炉适配的汽轮发电机组的发电功率大于等于300MW。

实施例5：

根根据实施例4所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，所述的风扇磨制粉系统的干燥介质采用高温炉烟加低温炉烟的方式，是指被风扇磨预干燥后的煤质进入锅炉炉膛内燃烧，燃烧所需的氧气来自经过空气预热器加热后的空气，燃烧释放出热量，同时产生大量的高温锅炉烟气；将所述的高温烟气和预热器下游的烟气混合，用于干燥褐煤煤粉，锅炉上炉膛中剩余的大部分烟气，依次流过锅炉过热器、再热器及省煤器受热部件，回转式空气预热器，通过炉膛水冷壁、过热器受热面、再热器受热面、以及省煤器受热面吸收煤质燃烧释放出的热量，加热水和蒸汽，产生推动蒸汽轮机做功并发电的动力，所述的干燥介质中的剩余热量被回收。乏气，行业上是指是高温锅炉烟气、低温炉烟混合后和从褐煤中蒸发出来的水蒸气的混合气体，本发明称作干燥介质。

实施例6：

实施例4或5所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，所述的高温烟气和预热器下游的烟气混合是指：褐煤原煤经过风扇磨煤机后，被磨制成的煤粉；锅炉上炉膛区域，布置高温炉烟抽烟口，一部分高温锅炉烟气通过高温炉烟抽烟口从炉膛内抽出，高温锅炉烟气与来自预热器出口下游烟道的低温炉烟相混合后通过高温炉烟管道形成作为干燥介质的混合气体，所述的混合气体进入风扇磨煤机用于干燥具有较高水分的煤粉，并输送煤粉。

实施例7：

实施例4或5或6所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，所述的干燥介质中的热量被回收，是指所述的煤粉与乏气一同进入煤粉分离装置，在煤粉分离装置中，煤粉被分离出来，利用重力落入煤粉仓，乏气则进入热能及水回收装置；在热能及水回收装置中，乏气中的水分及热量被回收利用，剩余的乏气可直接排入大气，或者进入锅炉继续参与换热。

实施例8：

实施例4或5或6或7所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，大部分烟气，依次流过锅炉过热器、再热器及省煤器受热部件，将热量传递给上述部件后，通过锅炉尾部烟道进入回转式空气预热器，通过回转式空气预热器的传热元件，将热量传递给用于燃烧的空气，释放完热量的烟气则以较低的温度离开锅炉，进入下游除尘装置及脱硝装置设备，并最终排入大气。

实施例9：

实施例4或5或6或7或8所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，所述的输送煤粉的过程中，进入煤粉仓的煤粉，通过给粉机的控制，按需要量送入煤粉管道，在煤粉管道中，与一次风或者一次风和乏气的混合物相混合，并被送入锅炉燃烧器进行燃烧。

实施例10：

实施例4或5或6或7或8或9所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，过热器汽温调节方式为煤水比+二级喷水，再热器汽温通过减温水调节。

锅炉上炉膛中剩余的大部分烟气，依次流过锅炉过热器、再热器及省煤器受热部件，将热量传递给上述部件后，通过锅炉尾部烟道进入回转式空气预热器，通过回转式空气预热器的传热元件，将热量传递给用于燃烧的空气，释放完热量的烟气则以较低的温度离开锅炉，进入下游除尘装置及脱硝装置设备，并最终排入大气，进入煤粉仓的煤粉，通过给粉机的控制，按需要量送入煤粉管道，在煤粉管道中，与一次风或者一次风与乏气的混合物相混合，并被送入锅炉燃烧器进行燃烧，锅炉过热器受热面分三级布置，分别为一级过热器、二级过热器和末级过热器，在每两级过热器受热面之间布置有喷水减温装置，再热器受热面分两级布置，分别为低温再热器和末级再热器，在两级再热器受热面之间布置有喷水减温器装置。

Claims (10)

1.一种基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉，其组成包括：炉膛，其特征是：所述的炉膛上方位置处安装有过热器、再热器及省煤器，所述的省煤器上对应有尾部烟道，所述的尾部烟道与的另一端与回转式空气预热器连接，所述的炉膛上具有高温抽烟口、燃烧器和二次风箱，所述的高温抽烟口与炉烟混合装置连接，所述的炉烟混合装置一端与冷炉烟管连接，所述的炉烟混合装置另一端通过管束与风扇磨连接。

2.根据权利要求1所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉，其特征是：所述的风扇磨与热能及水回收装置连接，所述的风扇磨通过管束与粉煤仓连接，所述的粉煤仓通过管束与给粉机连接，所述的给粉机通过落粉管与煤粉管连接，所述的煤粉管与燃烧器连接，所述的炉烟混合装置与风扇磨之间连接管路上具有落煤管。

3.根据权利要求1或2所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉，其特征是：所述的回转式空气预热器一端与一组进空气管连接，所述的回转式空气预热器另一端与一组出空气管连接，所述的一组出空气管一个与二次风箱和冷炉烟管连接，所述的一组出空气管另一个与煤粉管连接，所述的尾部烟道上具有烟道出口所述的锅炉过热器受热面分三级布置，分别为一级过热器、二级过热器和末级过热器，在每两级过热器受热面之间布置有喷水减温装置，再热器受热面分两级布置，分别为低温再热器和末级再热器，在两级再热器受热面之间布置有喷水减温器装置；锅炉水冷壁采用螺旋管圈+垂直管圈的结构型式，再热器采用两级布置。

4.一种权利要求1或2或3之一所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，其特征是：风扇磨制粉系统的干燥介质采用高温炉烟加低温炉烟的方式，高温炉烟加低温炉烟进入风扇磨制粉系统对含有较高水分的褐煤进行预干燥，锅炉燃料采用风扇磨制粉系统干燥后的煤质，干燥后的煤质燃烧产生的热量用于加热水和水蒸汽，作为蒸汽轮机发电动力，锅炉炉膛出口附近区域布置高温炉烟抽烟口，锅炉采用切向燃烧方式，高温炉烟抽烟口布置6-8个在锅炉炉膛出口区域，锅炉适配的汽轮发电机组的发电功率大于等于300MW。

5.根据权利要求4所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，其特征是：所述的风扇磨制粉系统的干燥介质采用高温炉烟加低温炉烟的方式，是指被风扇磨预干燥后的煤质进入锅炉炉膛内燃烧，燃烧所需的氧气来自经过空气预热器加热后的空气，燃烧释放出热量，同时产生大量的高温锅炉烟气；将所述的高温烟气和预热器下游的烟气混合，用于干燥褐煤煤粉，锅炉上炉膛中剩余的大部分烟气，依次流过锅炉过热器、再热器及省煤器受热部件，回转式空气预热器，通过炉膛水冷壁、过热器受热面、再热器受热面、以及省煤器受热面吸收煤质燃烧释放出的热量，加热水和蒸汽，产生推动蒸汽轮机做功并发电的动力，所述的干燥介质中的剩余热量被回收。

6.根据权利要求4或5所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，其特征是：所述的高温烟气和预热器下游的烟气混合是指：褐煤原煤经过风扇磨煤机后，被磨制成的煤粉；锅炉上炉膛区域，布置高温炉烟抽烟口，一部分高温锅炉烟气通过高温炉烟抽烟口从炉膛内抽出，高温锅炉烟气与来自预热器出口下游烟道的低温炉烟相混合后通过高温炉烟管道形成作为干燥介质的混合气体，所述的混合气体进入风扇磨煤机用于干燥具有较高水分的煤粉，并输送煤粉。

7.根据权利要求5所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，其特征是：所述的干燥介质中的热量被回收，是指所述的煤粉与乏气一同进入煤粉分离装置，在煤粉分离装置中，煤粉被分离出来，利用重力落入煤粉仓，乏气则进入热能及水回收装置；在热能及水回收装置中，乏气中的水分及热量被回收利用，剩余的乏气可直接排入大气，或者进入锅炉继续参与换热。

8.根据权利要求5或7所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，其特征是：大部分烟气，依次流过锅炉过热器、再热器及省煤器受热部件，将热量传递给上述部件后，通过锅炉尾部烟道进入回转式空气预热器，通过回转式空气预热器的传热元件，将热量传递给用于燃烧的空气，释放完热量的烟气则以较低的温度离开锅炉，进入下游除尘装置及脱硝装置设备，并最终排入大气。

9.根据权利要求5或7所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，其特征是：所述的输送煤粉的过程中，进入煤粉仓的煤粉，通过给粉机的控制，按需要量送入煤粉管道，在煤粉管道中，与一次风或者一次风和乏气的混合物相混合，并被送入锅炉燃烧器进行燃烧。

10.根据权利要求5或7所述的基于风扇磨开式制粉系统的超或超临界塔式锅炉的燃烧和换热方法，其特征是：过热器汽温调节方式为煤水比+二级喷水，再热器汽温通过减温水调节。