CN105805739B - 调节过热蒸汽温度的循环流化床燃烧方法 - Google Patents

Abstract

一种调节过热蒸汽温度的循环流化床燃烧方法，提供：循环回路、尾部烟道和设置在尾部烟道上用以通入附加燃烧用风的附加燃烧用风入口，循环回路包括依次相连的循环流化床炉膛、气固分离器、返料器，尾部烟道与气固分离器的气体出口相通，尾部烟道内设置有过热器；向炉膛加入燃料和燃烧用风，使得燃料在循环回路中仅部分燃烧，向尾部烟道通入附加燃烧用风，使燃料完全燃烧；调整向炉膛通入的燃烧用风量和向尾部烟道通入的附加燃烧用风量，以调节燃料在炉膛和尾部烟道中的燃烧份额，从而调节过热器吸热量。

Description

调节过热蒸汽温度的循环流化床燃烧方法

技术领域

本发明的实施例涉及循环流化床燃烧方法，特别是循环流化床锅炉的过热蒸汽温度调节方法。

背景技术

锅炉运行中，由于燃料特性、给水温度、锅炉负荷等的变化，过热汽温的变化是不可避免的。为保证锅炉本身及相关设备的安全性和经济性，必须进行调节以获得稳定的蒸汽温度。

锅炉上采用的调节过热蒸汽温度的方法可分为蒸汽侧调节和烟气侧调节。

蒸汽侧调节主要有喷水减温和面式减温。喷水减温是把减温水直接喷入蒸汽中以降低过热蒸汽的温度，这种减温器结构简单，运行可靠，反应速度快，因此目前采用得较为广泛。但这种方式会使尾部受热面增加，锅炉制造成本提高，且调温范围决定于满负荷设计喷水量，此外还要求减温水的水质必须非常纯净，否则会使水中的盐结在过热器管中，造成过热器管材的损坏。面式减温对冷却介质没有特殊要求，但对于一定的面式减温器，减温幅度小且有一饱和值，超过该饱和值，如需继续增加减温幅度，只能更换容量更大的减温器。

烟气侧的调节主要是指烟气挡板调节、烟气再循环系统等。烟气挡板调节是将尾部烟道分为两部分，利用挡板开度大小来改变烟道中的烟气流量，从而改变过热器的吸热量；但挡板体积较大、笨重，挡板开度与汽温变化不成线性关系，有效开度范围窄，而且在烟温较高的区域工作很容易烧坏。烟气再循环是将低温烟气通过再循环风机送入炉膛，改变锅炉辐射和对流受热面的吸热量比例，来调节蒸汽温度；但再循环风机工作条件恶劣且可靠性差，锅炉排烟热损失增加，影响锅炉效率。这两种烟气侧调节方法主要用于再热汽温的调节。

发明内容

本发明的目的是提供一种新的烟气侧调节过热蒸汽温度的方法，可实现对过热蒸汽温度的灵活调节，不影响锅炉效率，并可降低锅炉制造成本。

根据本发明实施例，提出了一种调节过热蒸汽温度的循环流化床燃烧方法，包括步骤：

(1)提供：循环回路，包括依次相连的循环流化床炉膛、气固分离器、返料器；尾部烟道，所述尾部烟道与气固分离器的气体出口相通，尾部烟道内设置有包括过热器在内的尾部受热面；附加燃烧用风入口，设置在尾部烟道上用以通入附加燃烧用风；

(2)向炉膛加入燃料和燃烧用风，使得燃料在炉膛中仅部分燃烧，以及向尾部烟道通入附加燃烧用风，使燃料完全燃烧；

(3)调整向炉膛通入的燃烧用风量和向尾部烟道通入的附加燃烧用风量，以调节燃料在炉膛和尾部烟道中的燃烧份额。

可选地，步骤(2)包括，锅炉满负荷运行时，燃料在炉膛中仅80～95％燃烧。

可选地，步骤(3)包括，当燃料成分变化导致炉膛出口烟气温度降低时，增加燃料在炉膛中的燃烧份额、减少燃料在尾部烟道中的燃烧份额。

可选地，步骤(3)包括，当燃料成分变化导致炉膛出口烟气温度升高时，减少燃料在炉膛中的燃烧份额、增加燃料在尾部烟道中的燃烧份额。

可选地，步骤(3)包括，当锅炉负荷变化时，调节燃料在炉膛和尾部烟道中的燃烧份额以调节过热蒸汽温度。

本发明的技术方案不需要增加额外的设备，仅通过控制进入炉膛的空气量和进入尾部烟道的空气量的比例，即可调整燃料在炉膛和尾部烟道之间的放热量之比，从而改变了不同负荷下过热器吸热量，达到调节过热蒸汽的汽温的目的，操作简单，调节性能好。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的调节过热蒸汽温度的循环流化床燃烧装置的示意图。

图2为本发明的又一实施例的调节过热蒸汽温度的循环流化床燃烧装置的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实例性的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。下面参考附图描述的实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

常规循环流化床锅炉主要包括炉膛、气固分离器、返料器和尾部烟道，通常炉膛过量空气系数略大于1，以保证燃料在炉膛内充分燃烧，生成的高温烟气进入尾部烟道、流经各级尾部受热面。当锅炉负荷降低，烟气量减少，尾部烟道流速降低、传热系数减小，尾部对流受热面吸热量随之减少。或者当燃料变化导致炉膛燃烧温度上升，需要减少燃料量，也会导致烟气量减少、尾部对流受热面吸热量减少。

过热器可全部布置在尾部烟道中，也可以一部分布置在炉膛中、另一部分布置在尾部烟道中。

如果全部过热器均布置在尾部烟道中，当炉膛燃烧烟气量减少时，过热器出口汽温将降低。为保证锅炉低负荷时过热汽温仍能达到额定参数，通常锅炉设计时，高负荷过热器出口汽温设计得高于额定参数，以便采用减温措施，使其降至额定参数。随着负荷的下降，减温量也下降，当减温量降为0之后，负荷再下降时，过热器出口汽温将低于额定参数，这对于发电锅炉是不能允许的。

如果过热器同时布置在炉膛和尾部烟道中，当炉膛烟气量减少时，由于炉膛温度变化不大，炉内辐射过热器流量变小、出口温度大幅度上升，而尾部对流过热器则吸热量减小；因此，如果辐射过热器换热面积较大，则低负荷时过热蒸汽温度超过额定参数，高负荷时不需要或只需要较少的减温量；如果对流过热器换热面积较大，则低负荷时不超温，高负荷时需要采取减温措施。

可见，常规锅炉炉膛的燃烧情况决定了尾部受热面的吸热情况，无法分别调节，导致过热蒸汽温度调节很困难。

本发明通过减少供给炉膛的空气量，使燃料仅在炉膛中部分燃烧，再将燃料充分燃烧所需的其余空气通入尾部烟道，通过调节供入炉膛和尾部烟道的空气量，可以调节燃料在炉膛和尾部烟道的放热量，从而调节炉膛受热面与尾部受热面的吸热量。供入炉膛和尾部烟道的总风量一般在1.05～1.3之间，以保证燃料充分燃烧；所谓调节供入炉膛和尾部烟道的空气量，实际上是调节二者之间的比例，总风量基本保持不变。优选地，锅炉按满负荷下燃料在炉膛中的燃烧份额选择在80～95％之间设计，此时锅炉过热蒸汽温度调节能力较强，且锅炉炉内吸热量与尾部吸热量分配较为合理，受热面布置较为方便，不影响锅炉制造成本。

当燃料变化导致炉膛出口烟气温度降低时，为保持锅炉负荷不变，需要增加入炉燃料量，这将导致尾部烟气量上升、过热器出口蒸汽温度上升。此时，调节通入炉膛和尾部烟道的空气比例，使炉膛燃烧份额增加，尾部烟道燃烧份额减少，则可将过热蒸汽温度调回额度参数。反之，则应减少炉膛燃烧份额，增加尾部烟道燃烧份额。

对于只布置了对流过热器的锅炉，当锅炉负荷降低时，可通过调节通入炉膛和尾部烟道的空气比例，使对流过热器吸热量高于同样负荷下的常规锅炉对流过热器的吸热量，以纠正过热蒸汽温度偏低，从而实现低负荷下过热蒸汽也能达到额定参数；对于辐射过热器布置得较多、对流过热器布置得较少的锅炉，当锅炉负荷降低时，通过调节通入炉膛和尾部烟道的空气比例，使辐射过热器的吸热量少于同样负荷下的常规锅炉辐射过热器的吸热量、对流过热器的吸热量多于同样负荷下的常规锅炉对流过热器的吸热量，可避免低负荷下的过热器超温；对于辐射过热器布置得较少、对流过热器布置得较多的锅炉，则可通过本发明的方法在更大负荷变动范围内实现过热蒸汽保持额定参数。

以上锅炉负荷变化时，过热器吸热量的增加或减少是与同负荷下常规锅炉过热器相比较的，因为受到负荷变化带来的给水温度的影响，以及具体受热面布置的差异，对于不同的锅炉，调高过热蒸汽温度需要增加炉膛燃烧份额还是减少炉膛燃烧份额，涉及到炉内吸热量与尾部吸热量的比例，需要通过热力计算具体确定，无法一概而论。总之，当锅炉负荷变化时，可以调节燃料在炉膛和尾部烟道中的燃烧份额以调节过热蒸汽温度。

根据尾部烟道中可燃成分的燃烧速率、稳定燃烧温度等燃烧特性，炉膛未燃烧燃料的继续燃烧可选择在常规的尾部烟道中完成，也可以设置专门的后燃室。为了保证足够的燃烧温度、使尾部烟道内的燃料充分燃烧，后燃最好在无尾部对流换热面的空间中进行，即在完全不布置受热面的空间，或只布置包墙受热面的空间中进行。尾部对流换热面一般布置在尾部竖井中，水平烟道和转向室中可设有包墙换热面；转向室中有时设有悬吊换热面，但吸热量较小，且通常作为辐射受热面。因此附加燃烧用风入口可以设置在水平烟道或转向室上；当常规尾部烟道难以完成再燃时，可在水平烟道与尾部竖井之间设置单独的再燃室，在再燃室或再燃室上游的水平烟道设置附加燃烧用风入口。

图1示出了本发明的一个实施例的调节过热蒸汽温度的循环流化床燃烧方法。

提供如图1所示的400t/h高温高压循环流化床燃烧装置，包括循环流化床炉膛1、气固分离器2、返料器3、尾部烟道4。循环流化床炉膛1、气固分离器2、返料器3依次相连以组成循环回路。炉膛1侧壁设有加料口11，用于加入燃料。炉膛内设有中温屏式过热器12。尾部烟道4由水平烟道41、转向室42和尾部竖井43依次相连组成，其中水平烟道41与气固分离器2的气体出口相通，其内不设受热面。尾部竖井43内设置高温过热器、低温过热器、省煤器和空气预热器。转向室42顶部均匀分布一组附加燃烧用风通入口40。

锅炉满负荷工况下，通入炉膛内的空气量少于燃料的理论燃烧空气量，使燃料在炉膛仅90％燃烧。烟气携带未燃尽的半焦和可燃气态成分进入尾部烟道。通过转向室顶部的附加燃料用风入口通入空气，使剩余燃料充分燃烧，烟气温度升高、烟气量增加，高温烟气依次经过高温过热器、低温过热器、省煤器和空气预热器冷却之后排出。

锅炉负荷变动时，调整通入炉膛与尾部烟道的空气量，使炉膛吸热量与尾部受热面吸热量比例发生变化：满负荷工况时，炉内燃烧份额为90％，此时炉膛吸热量比例为50.6％；75％负荷工况时，增加通入炉膛的空气量的比例，使炉内燃烧份额提高到91.2％，炉膛吸热量比例为51.2％，过热蒸汽温度达到额度参数；50％负荷工况时，继续增加通入炉膛的空气量的比例，使炉内燃烧份额提高到92.5％，炉膛吸热比例为53％，过热蒸汽温度达到额度参数。如须在更低负荷运行，还可以进一步提高炉内燃烧份额，可见锅炉在低于50％负荷工况下仍可使过热蒸汽温度达到额定参数。

而常规的400t/h高温高压循环流化床锅炉，采用喷水减温器调节工质温度，一般只能勉强保证锅炉在50％负荷工况下达到额定参数，若更低负荷下运行，蒸汽将达不到额定参数。

而且，与常规的喷水减温的400t/h高温高压锅炉相比，在相同的煤质条件，相同的床温水平下，本实施例的炉内布置的屏式过热器面积可以减少约60％；尾部烟道中由于有燃料燃烧放热，烟气温度较高(本例中，转向室出口烟气温度为940℃左右，常规锅炉此处的烟气温度为800℃左右)，传热温差显著增大，高温过热器、低温过热器和省煤器的换热面积可以节省很多，本例中，高温过热器和低温过热器的面积共可节省30％以上，省煤器的面积节省20％左右，且过热器特别是高温级还要使用昂贵的合金材料，可见本发明的方法还可显著降低锅炉制造成本。

图2为本发明的又一实施例的调节过热蒸汽温度的循环流化床燃烧方法的示意图。

图2中提供的循环流化床燃烧装置与图1的主要结构相同，不同之处在于，炉膛1内不设屏式过热器，只设有水冷屏13，设置在返料器上的加料口31用于加入燃料；尾部烟道4由水平烟道41、后燃室44和尾部竖井43依次相连组成。水平烟道41和后燃室44中不布置换热面，尾部换热面主要设置在尾部竖井43内。附加燃烧用风通入口40分多层设置在后燃室44侧壁上。

锅炉满负荷工况下，炉膛燃烧份额为85.4％，炉膛吸热量比例为41.7％；75％负荷工况下，增加通入炉膛的空气比例，使炉膛燃烧份额达到88.5％，此时炉膛吸热量比例为43.7％，过热蒸汽温度可保持额度参数；50％负荷工况下，调节炉膛燃烧份额至90.5％，炉膛吸热量比例为46.2％，过热蒸汽温度仍可保持额度参数。

如果锅炉设计为满负荷工况下炉膛燃烧份额为95％，则75％负荷工况下调节炉膛燃烧份额至95.8％、50％负荷工况下调节炉膛燃烧份额至96.8％，过热蒸汽温度均保持额度参数。

可见，通过调节燃烧用风和附加燃烧用风的风量，可以调整燃料在炉膛和尾部烟道的放热量，实现对过热蒸汽的温度调节。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化。本发明的适用范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种调节过热蒸汽温度的循环流化床燃烧方法，包括步骤：

(1)提供：循环回路，包括依次相连的循环流化床炉膛、气固分离器、返料器；尾部烟道，所述尾部烟道与气固分离器的气体出口相通，尾部烟道内设置有包括过热器在内的尾部受热面；附加燃烧用风入口，设置在尾部烟道上用以通入附加燃烧用风；

(2)向炉膛加入燃料和燃烧用风，使得燃料在炉膛中仅部分燃烧，以及向尾部烟道通入附加燃烧用风，使燃料完全燃烧；

(3)调整向炉膛通入的燃烧用风量和向尾部烟道通入的附加燃烧用风量的二者之间的比例，以在减少燃料在炉膛中的燃烧份额的同时增加燃料在尾部烟道中的燃烧份额，或者增加燃料在炉膛中的燃烧份额的同时减少燃料在尾部烟道中的燃烧份额；

其中：步骤(2)包括，锅炉满负荷运行时，燃料在炉膛中仅80～95％燃烧；步骤(3)包括，当锅炉负荷变化时，调节燃料在炉膛和尾部烟道中的燃烧份额以调节过热蒸汽温度；

所述尾部烟道包括水平烟道、转向室和尾部竖井，所述附加燃烧用风入口设置在转向室上；或者所述尾部烟道包括水平烟道、后燃室和尾部竖井，所述附加燃烧用风入口设置在后燃室中。

2.根据权利要求1所述的方法，其中：

步骤(3)包括，当燃料成分变化导致炉膛出口烟气温度降低时，增加燃料在炉膛中的燃烧份额、减少燃料在尾部烟道中的燃烧份额。

3.根据权利要求1所述的方法，其中：

步骤(3)包括，当燃料成分变化导致炉膛出口烟气温度升高时，减少燃料在炉膛中的燃烧份额、增加燃料在尾部烟道中的燃烧份额。