CN108504390B - 煤预处理装置、控制方法和锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种煤预处理装置、控制方法和锅炉，其中，煤预处理装置包括气化反应部件，用于接收外部通入的一次风粉，并使所述一次风粉进行热解和气化反应后生成并输出还原性气体；和喷水部件，与所述气化反应部件连通，用于向所述气化反应部件内喷入冷却水，以使所述气化反应部件内的温度低于第一预设温度值。此种煤预处理装置能够在气化反应部件内温度较高时及时降温，防止气化反应部件内由于超温而发生烧损或结渣现象；而且喷水降温的方式降温迅速，冷却水易于获取，成本较低，更加环保，可长时间安全、稳定地使一次风粉自身产生大量的还原性气体进入炉膛，还原已生成的NOx，实现锅炉NOx的超低排放。

Description

煤预处理装置、控制方法和锅炉

技术领域

本发明涉及锅炉化工技术领域，尤其涉及一种煤预处理装置、控制方法和锅炉。

背景技术

根据《全面实施燃煤电厂超低排放和节能改造工作方案》的要求，全国所有具备条件的燃煤电厂在2020年需要实现超低排放，其中氮氧化物排放浓度不高于50mg/m³。目前，国内大部分电厂均采用尾部SCR脱硝技术，每年需支付巨额的SCR脱硝运行维护费用，整体经济效益不佳，同时SCR脱硝系统易导致下游空气预热器的腐蚀和堵塞，影响锅炉机组的安全性。另外，SCR催化剂及氨逃逸带来的二次污染也无法有效解决。

因此，国内急需能够实现超低排放的炉内低氮燃烧技术，目前普遍认可的技术路线为通过向炉内喷入还原气体，将已生成的NOx还原为N₂，可实现NOx的超低排放。天然气再燃能有效降低NOx浓度，减排率可达70％，但运行费用太高，难以推广，如何低成本获取满足再燃份额的还原气体成为最大的难题。

现有技术中的一种煤粉锅炉的前置反应装置，通过装置内的高温燃烧使部分煤粉产生一系列复杂的反应，生成CO、H₂等还原气体，形成强还原气氛，抑制NOx的生成，并还原已生成的NOx。该反应装置虽然能够降低烟气中NOx含量，但是由于发生反应过程中装置内温度较高，而设备本身又缺少控温措施，因而无法及时降温，很容易导致设备烧损或者内壁超温结渣。

发明内容

本发明的目的是提出一种煤预处理装置、控制方法和锅炉，能够控制装置内部温度，以安全稳定地生成还原性气体。

本发明第一方面提出了一种煤预处理装置，包括：

气化反应部件，用于接收外部通入的一次风粉，并使一次风粉进行热解和气化反应后生成并输出还原性气体；和

喷水部件，与气化反应部件连通，用于向气化反应部件内喷入冷却水，以使气化反应部件内的温度低于第一预设温度值。

进一步地，煤预处理装置还包括：

温度检测部件，用于检测气化反应部件内的温度；和

控制器，用于接收温度检测部件发送的温度检测信号，并在判断出温度检测值达到第一预设温度值时，控制喷水部件向气化反应部件内喷入冷却水。

进一步地，控制器能够在喷入冷却水的过程中判断出温度检测值低于第二预设温度值时，控制喷水部件停止向气化反应部件内喷入冷却水，第二预设温度低于第一预设温度值。

进一步地，喷水部件包括冷却水管路，冷却水管路上设有通断阀，用于接通或切断冷却水管路。

进一步地，冷却水管路包括至少两条分支管路，每条分支管路上都设有通断阀，用于控制各自所在分支管路的通断。

进一步地，冷却水管路还包括主干管路，主干管路上设有通断阀，主干管路设在分支管路上游且与各条分支管路连通。

进一步地，煤预处理装置还包括控制器和温度检测部件，温度检测部件用于检测气化反应部件内的温度，控制器用于根据气化反应部件内的当前温度、目标冷却温度和冷却速度控制各个分支管路对应通断阀的通断。

进一步地，喷水部件包括冷却水管路，冷却水管路上设有流量调节阀，用于调节向气化反应部件内通入冷却水的流量。

进一步地，喷水部件包括冷却水管路和喷嘴，喷嘴设在冷却水管路上，用于向气化反应部件内喷入冷却水。

进一步地，喷嘴为雾化喷嘴。

进一步地，气化反应部件包括：

进风管，用于接收和输送外部通入的一次风粉；

主反应管，用于接收进风管通入的一次风粉，并供一次风粉进行热解和气化反应；

输出管，与主反应管的输出口连通，用于输出主反应管内生成的反应产物；和

热源，用于点燃一次风粉，以使一次风粉在主反应管内进行热解和气化反应；

喷水部件的喷水位置位于热源对应的点火区域、主反应管或输出管中的至少一处。

进一步地，喷水部件的喷水位置位于主反应管处，喷水部件包括冷却水管路和多个喷嘴，冷却水管路的部分长度段环绕主反应管设置，多个喷嘴沿主反应管的周向设在冷却水管路上，用于向主反应管内喷入冷却水。

进一步地，主反应管包括主管段，进风管与主管段的输入口连通，主管段横截面面积大于进风管横截面面积。

进一步地，主管段横截面面积与进风管横截面面积之比的范围为3～15.5倍；和/或

主管段与竖直方向的夹角范围为0°～30°。

进一步地，主反应管还包括连接进风管和主管段的减速段，减速段沿气化反应部件的气固混合物流动方向渐扩地设置于进风管的下游；和/或

主反应管还包括连接主管段和输出管的加速段，加速段沿气化反应部件的气固混合物流动方向渐缩地设置于主管段的下游。

进一步地，进风管包括弯管段，弯管段设在进风管沿气固混合物流动方向的末端，热源的点火源位于弯管段沿气固混合物流动方向的下游。

进一步地，主反应管包括主管段，输出管与主管段的输出口连通，输出管横截面面积小于主管段横截面面积。

进一步地，热源包括多个点火源，多个点火源沿一次风粉流动方向依次排布，用于使一次风粉实现多级燃烧。

本发明第二方面提出了一种锅炉，包括锅炉本体和上述实施例的煤预处理装置，气化反应部件输出的反应产物通入到锅炉本体的炉膛中。

本发明第三方面提出了一种基于上述实施例煤预处理装置的控制方法，包括：

温度检测部件检测气化反应部件内的温度；

控制器接收温度检测部件发送的温度检测信号，并判断温度检测值是否达到第一预设温度值，如果达到则控制喷水部件向气化反应部件内喷入冷却水。

进一步地，在喷入冷却水的过程中，还包括：

控制器判断温度检测值是否低于第二预设温度值，如果低于则控制喷水部件停止向气化反应部件内喷入冷却水，否则持续喷入冷却水，第二预设温度值低于第一预设温度值。

进一步地，冷却水管路包括至少两条分支管路，每条分支管路上都设有通断阀，控制器控制喷水部件向气化反应部件内喷入冷却水的步骤具体包括：

控制器根据气化反应部件内的当前温度、目标冷却温度和冷却速度控制各个分支管路对应通断阀的通断。

基于上述技术方案，本发明实施例的煤预处理装置，能够在气化反应部件内温度较高时及时降温，以将温度控制在安全的第一预设温度值之内，防止气化反应部件内由于超温而发生烧损或结渣现象。而且，喷水降温的方式降温迅速，冷却水易于获取，成本较低，更加环保，可长时间安全、稳定地使一次风粉自身产生大量的还原性气体进入炉膛，还原已生成的NOx，实现锅炉NOx的超低排放。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明煤预处理装置的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明煤预处理装置的另一个实施例的结构示意图。

附图标记说明

1、进风管；2、热源；21、点火源；3、主管段；4、加速段；5、输出管；6、喷口；7、弯管段；8、减速段；9、冷却水管路；91、分支管路；92、主干管路；10、喷嘴；11、通断阀；12、连接口；13、锅炉本体。

具体实施方式

以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“高度”、“上”、“下”、“左”和“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

参考图1和图2所示，本发明提供了一种煤预处理装置，在一个示意性的实施例中，包括气化反应部件和喷水部件，其中，气化反应部件用于接收外部通入的一次风粉，并使所述一次风粉进行热解和气化反应后生成并输出还原性气体。喷水部件与气化反应部件内部连通，用于向气化反应部件内喷入冷却水，以使气化反应部件内部的温度低于第一预设温度值。

优选地，第一预设温度值低于安全温度阈值，安全温度阈值是指气化反应部件发生烧损或结渣现象时对应的温度值。由于喷水部件的冷却过程需要持续一定时间，此种设置方式可以留出足够的时间对气化反应部件进行降温，防止温度超过安全温度阈值而发生烧损或结渣现象。

本发明该实施例的煤预处理装置为气化反应部件增加了控温措施，可在气化反应部件内温度较高时及时降温，以将温度控制在安全的第一预设温度值之内，防止气化反应部件内由于超温而发生烧损或结渣现象。而且，喷水降温的方式降温迅速，冷却水易于获取，成本较低，更加环保。另外，本发明的煤预处理装置结构简单、改造容易、运行费用低，燃烧稳定，煤粉停留时间长，可长时间安全、稳定地使一次风粉自身产生大量的还原性气体进入炉膛，还原已生成的NOx，实现锅炉NOx的超低排放。

进一步地，本发明的煤预处理装置还包括温度检测部件和控制器，其中，温度检测部件用于实时检测气化反应部件内的温度并发送给控制器；控制器用于接收温度检测部件发送的温度检测信号，并在判断出温度检测值达到第一预设温度值时，控制喷水部件向气化反应部件内喷入冷却水。

该实施例中向气化反应部件喷入的水起到冷却作用，不作为气化反应物质，通过温度检测部件可准确地获得喷入冷却水的时机，既能保证气化反应部件正常热解气化所需要的温度，又能够防止发生温度超高的导致气化反应部件内发生烧损或结渣现象。

在喷入冷却水的过程中，控制器能够判断温度检测部件的温度检测值是否第二预设温度值时，并在低于第二预设温度值时控制喷水部件停止向气化反应部件内喷入冷却水，第二预设温度低于第一预设温度值。该实施例可使气化反应部件内冷却一段时间后再关闭喷水部件，防止控制器使喷水部件频繁启停而影响使用寿命。

参考图1和图2所示，喷水部件包括冷却水管路9，冷却水管路9上设有通断阀11，用于接通或切断冷却水管路9，控制器能够控制通断阀11的通断状态以实现接通或切断冷却水管路9。

气化反应部件的侧壁上可设置连接口12，冷却水管路9的一端与冷却水供应源连接，另一端通过连接口12与气化反应部件的内部腔体连通。通过设置通断阀11，在一次风粉反应的过程中，可以方便地控制是否向气化反应部件内通入冷却水，不需要频繁启停冷却水供应源。

可替代地，如图1所示，冷却水管路9上也可不设置通断阀11，通过冷却水供应源的启停来控制是否向气化反应部件内通入冷却水。

为了能够对冷却水的通入量进行调节，喷水部件包括冷却水管路9，冷却水管路9上可设有流量调节阀，控制器能够控制流量调节阀的开度以调节向气化反应部件内通入冷却水的流量。通过流量调节阀能够根据目标冷却速度、主反应内的当前温度和目标冷却温度灵活地调节冷却水的通入量，使冷却过程易于控制。

如图1所示，只设有一条冷却水管路9，适用于主反应管体积较小或者内部温度超过第一预设温度值较少的场合，如果需要具备较高的冷却能力，也可使冷却水管路9设置较大的管径。

如图2所示，冷却水管路9包括至少两条分支管路91，每条分支管路91上都设有通断阀11，用于控制各自所在分支管路91的通断。该实施例可通过控制各条分支管路91上的通断阀11灵活地获得不同的冷却能力，可增加喷水部件的通用性和适应性。根据气化反应部件内部的实际燃烧情况，可选择性地接通一条或多条分支管路91通入冷却水，控制气化反应部件内部的温度。

优选地，各条分支管路91向气化反应部件内通入冷却水的位置可沿着气化反应部件的气固混合物流动方向间隔布置，以对气化反应部件沿气固混合物流动方向的不同位置同时进行冷却，可加快冷却速度，并使气化反应部件内的温度比较均匀。

如图2所示，各条分支管路91可共用一个冷却水供应源，相应地，冷却水管路9还包括一条主干管路92，主干管路92上设有通断阀11，主干管路92设在分支管路91上游且与各条分支管路91连通。主干管路92上的通断阀11相当于总开关，在需要冷却时，需要同时打开主干管路92和特定分支管路91上的通断阀11；在需要停止冷却时，只需要关闭主干管路92的通断阀11。

对于设置多条分支管路91的实施例，当控制器判断出气化反应部件内的当前温度高于第一预设温度值时，根据气化反应部件内的当前温度、目标冷却温度和冷却速度控制各个主干管路92对应通断阀11的通断，以选择性地接通一条或多条分支管路91通入冷却水，控制气化反应部件内部的温度。

在喷水的过程中，控制器可判断气化反应部件内的当前温度与第二预设温度值的关系，以选择性地逐渐关闭分支管路91，以减少通入冷却水的量，当判断出气化反应部件内的当前温度低于第二预设温度值时，可以将各个分支管路91中对应的通断阀11全部关闭，也可以将主干管路92中对应的通断阀11关闭。

进一步地，如图1和图2所示，喷水部件还包括喷嘴10，喷嘴10设在冷却水管路9上，用于向气化反应部件内喷入冷却水。通过喷嘴10可以将冷却水分散地喷洒到主反应管内的不同位置，实现较大的喷洒面积，以实现快速降温，使冷却水快速与烟气混合，有利于使主反应管内温度均匀。

优选地，喷嘴10可以朝上设置，这样冷却水在向上方喷射后，在向下落下的过程中仍能起到冷却作用，可充分利用冷却水实现降温。根据实际降温需求的不同，如图2所示，喷嘴10可设置多个，而且各个喷嘴10可朝不同的方向设置，以便对气化反应部件内的不同区域都能全面降温，加快冷却速度，提高冷却均匀性。

优选地，喷嘴10为雾化喷嘴，能够将冷却水雾化后与烟气充分混合，达到迅速降温的目的，水雾在喷洒时可覆盖气化反应部件内部更大的区域，以优化降温效果，防止气化反应部件内由于超温而发生烧损或结渣现象。

如图1和图2所示，气化反应部件包括进风管1、主反应管、输出管5和热源2。其中，进风管1用于接受外部的一次风粉并向主反应管内通入一次风粉；主反应管的输入口与进风管1连通，主反应管用于接收进风管1通入的一次风粉，并供一次风粉进行热解和气化反应；输出管5的一端与主反应管的输出口连通，用于输出主反应管内生成的反应产物，另一端与锅炉的锅炉本体13连接，以向锅炉本体13的炉膛输出一次风粉热解、气化反应后的产物。热源2，用于点燃一次风粉，以使一次风粉在主反应管内进行热解和气化反应。

针对此种气化反应部件，喷水部件的喷水位置位于热源2对应的点火区域、主反应管或输出管5中的至少一处。根据冷却需求，可在点火区域、主反应区域或输出管5的多个区域设置喷水部件，以加速气化反应部件的冷却速度，并使气化反应部件内部整体均匀降温。在气化反应部件运行时，当出现内壁超温，或工况调整使装置内部温度较难控制时，开启喷水部件，将冷却水喷入超温区域或超温区域上游的燃烧区域，达到迅速降温的目的，避免装置超温结渣。

优选地，喷水部件的喷水位置位于主反应管对应的区域，能够直接在一次风粉进行热解和气化的核心区域进行冷却，优化冷却效果，提高冷却效率。

对于该实施例，喷水部件包括冷却水管路9和多个喷嘴10，冷却水管路9的部分长度段环绕主反应管设置，多个喷嘴10沿主反应管的周向间隔设在冷却水管路9上，喷嘴10伸入主反应管内，用于向主反应管内喷入冷却水。此种喷嘴10的设置方式能够增大冷却水在主反应管周向的喷射量，使冷却水快速与烟气混合，以对主反应管周向的各个区域都能及时冷却，提高冷却效率。

下面对气化反应部件的具体结构进行阐述。

主反应管包括主管段3，进风管1与主管段3的输入口连通，主管段3横截面面积大于进风管1横截面面积。主管段3的横截面面积大于进风管1的横截面面积，则一次风粉从进风管1进入主管段3时气流的流速会降低，煤粉气流在主反应区内流动时间增加，从而延长了煤粉气流在主管段3内的反应时间，有利于还原性气体的生成。

优选地，主管段3竖向布置。此种设置方式能够使煤粉燃烧稳定，温度分布均匀，易形成均匀的高温环境，有利于煤粉的热解及气化反应；装置内部烟气的平均温度范围可达900～1500℃，可使煤粉迅速热解、气化，产生大量的还原性气体，虽扩展比较大且内部烟气温度较高但不会产生积粉和结渣。气化反应部件喷口6处的烟气温度范围为800～1200℃，对煤粉锅炉具有稳燃作用。

优选地，喷水部件与主反应管的连接口12位于主管段3对应的位置。此种设置方式能够将冷却水直接喷洒到主反应管内使一次风粉发生热解和气化反应的主体区域，以更加直接地对高温区域进行冷却，可优化冷却效果，达到快速降温的目的。更优地，喷水部件与主反应管的连接口12位于主管段3中间偏上的位置，由于冷却水受到重力作用，可实现对主管段3整个长度方向上进行冷却。

优选地，主管段3横截面面积与进风管1横截面面积之比的范围为3～15.5倍。主管段3的横截面面积与进风管1的横截面面积之比处于3～15.5范围内时，在延长煤粉气流的停留时间，满足煤粉的热解、气化反应以产生足够的还原性气体的同时，主管段3的长度和横向尺寸也可以设置得较为合理，在煤粉锅炉有限的结构空间范围内，煤预处理装置整体的安装较为方便，因长度和横向尺寸较为合理，煤预处理装置自身的成本也较为合理；而且，煤预处理装置结构空间合适，在主反应管内煤粉气流速度合适，积粉、结渣现象较少。

经实际验证，扩展比小于3时为了延长煤粉的停留时间，满足煤热解和气化反应，产生足够的还原性气体，主管段3的长度显著增加，而煤粉锅炉的结构空间有限，这给装置整体的安装带来很大困难，且因长度的增加装置自身的成本也较高。扩展比大于15.5时亦存在此类问题。

优选地，主管段3与竖直方向的夹角范围为0°～30°，优选沿竖直方向布置。主管段3与竖直方向夹角为0～30°时，煤粉燃烧更加稳定，同时，有助于主管段3内与煤预处理装置的气固混合物流动方向垂直的横截面上温度分布均匀，从而有利于主管段3形成均匀的高温环境，促进煤粉的热解及气化反应。同时，在重力的作用下，也有利于进一步减少主反应管内的积粉和结渣。

在图1所示的实施例中，进风管1直接与主管段3的输入口连接。另外，进风管1可以是直管或弯管。图1中的进风管1为直管，减小一次风粉通入在进风管1中流动时的阻力，一次风粉沿箭头A从外部通入进风管1。图2中的进风管1为弯管，呈反向的Z形结构，弯管能够灵活地适应煤预处理装置的不同布局方式，一次风粉沿箭头B从外部通入进风管1。

在图2所示的实施例中，主反应管还包括连接进风管1和主管段3的减速段8，减速段8沿煤预处理装置的气固混合物流动方向渐扩地设置于进风管1的下游。优选地，减速段8与主管段3同轴设置。设置减速段8除了有利于从进风管1到主管段3气流降速过程的平稳，消除点火初期的涡流，有利于火焰的扩散及燃烧稳定。

在此基础上，进风管1包括弯管段7，弯管段7设在进风管1沿气固混合物流动方向的末端，热源2的点火源21位于弯管段7沿煤预处理装置的气固混合物流动方向的下游。通入进风管1的一次风粉在经过弯管段7时由于离心力的作用，会在弯管段7出口处的外弧侧聚集，使外弧侧的煤粉气流中煤粉浓度提高，形成浓缩效应，有利于煤粉点火，可以扩大装置的煤质及工况适应范围。其中，点火源21可以是燃烧器、等离子体装置、油枪装置、气枪装置、高温空气供给装置等可以点燃一次风粉的装置。

更优地，热源2的点火源21设置于弯管段7沿气固混合物流动方向下游相对于弯管段7的内弧侧更靠近所述弯管段7的外弧侧的区域。经过弯管段7的一次风粉更多地集中在靠近弯管段7外弧侧，点火源21设置于靠近外弧侧的区域，使点火源21点燃的是煤粉浓度相对较高的煤粉气流，更有助于点火，从而有利于煤的热解、气化反应。

进一步地，弯管段7还包括导流板，导流板位于弯管段7内，并设置于弯管段7的内弧侧与外弧侧之间。导流板用于将输入的一次风粉向弯管段7的下游导流。弯管段7设置导流板后，对于通过弯管段7的气流能更好地起到导向作用，能够更好地发挥弯管段对一次风粉的聚集作用，以及进一步地减少一次风粉煤粉气流产生涡流。

而且，当减速段8与进风管1的弯管段7相连时，可消除点火初期的涡流，有利于一次风粉火焰的扩散及燃烧稳定。

如图2所示，输出管5横截面面积小于主管段3横截面面积。输出管5的横截面面积比主管段3小，反应完成的煤粉气流的产物与未反应和正在反应的煤粉气流从主管段3进入输出管5时，气流的流速提升，有助于减少气化反应部件管路的积粉和结渣现象。

在图1所示的实施例中，输出管5可以直接和主管段3相连。

在图2所示的实施例中，主反应管还包括连接主管段3和输出管5的加速段4，加速段4沿煤预处理装置的气固混合物流动方向渐缩地设置于主管段3的下游。优选地，加速段4与主管段3同轴设置。通过增加加速段4，可提高喷口烟气的流速，使气体流速提升过程更加平稳，有助于避免主反应管出口处涡流的产生以及减少气流流动的阻力，配合炉内的燃烧组织。

在上述实施例中，热源2用于点燃一次风粉，为煤粉热解、气化提供了稳定、可靠的火源，提升了煤粉气化装置对不同工况和煤种的适应性。热源2的点火源21起点火和稳定燃烧的作用，可持续稳定的点燃速度为16～30m/s的煤粉气流，煤粉热解及气化所需的热量主要由煤粉自身燃烧放热所提供。点火源可以为等离子体点火、油枪点火等所有能够有效点燃煤粉的装置。

在如图1所示的实施例中，热源2的点火源可以设置在进风管1内，从而使煤粉提前着火后进入主管段3中。

在图2所示的实施例中，热源2也可以设置在主反应管内，使煤粉在主反应管内燃烧后再进行后续热解、气化反应。在图2中，热源2的点火源21位于减速段8内，煤粉气流经过热源2的时间更长，有助于提高点燃效果。

对于进风管1末端设有弯管段7的实施例，热源2的点火源21设在弯管段7沿气固混合物流动方向的下游，且位于远离弯管段7的内弧侧靠近弯管段7的外弧侧的区域。优选地，弯管段7呈部分圆弧形，经过弯管段7的一次风粉更多地集中在靠近弯管段7外弧侧，点火源21设置于靠近外弧侧的区域，使点火源21点燃的是煤粉浓度相对较高的煤粉气流，更有助于点火，从而有利于煤的热解、气化反应。

在一些实施例中，热源的功率可调。通过调节热源的功率，可以调节点火源21点燃一次风粉的点火强度，从而可以控制煤粉预处理装置内部的燃烧强度，进而可以调节煤粉预处理装置工作的温度，有助于防止装置超温、结渣。

在一些实施例中，热源2包括多个点火源21，多个点火源21沿一次风粉流动方向依次排布，用于使一次风粉实现多级燃烧。热源2可以为一级或多级小筒。设置多个点火源21在一次风粉流动过程中多次点火，使一次风粉多级燃烧，增加点火性能，有利于使燃烧更加稳定，提高一次风粉气流的燃烧效果，扩大装置的煤质及工况适应范围。

下面以图2所示的煤预处理装置为例，来说明其工作原理。

一次风粉沿箭头B通入进风管1，一次风粉为一次风与煤粉的气固混合物。在从进风管1末端的弯管段7流出后，由热源2的点火源21点燃一次风粉，点燃后的一次风粉通过减速段8之后进入主管段3内，通过部分煤粉的自身燃烧放出热量，在主管段3内进行热解、气化反应，点火源21所需的功率较低。反应获得的产物(例如CH₄、H₂、CO等还原性气体)经过加速段4提高流速，避免管路积粉和结渣，流速提升后的产物通过输出管5进入到锅炉本体13的炉膛中。气化反应部件出口的NOx的浓度为0或趋于0，因气化反应部件内部产生的大量还原性气体，首先将气化反应部件内部煤粉自身燃烧产生的NOx还原，使其出口NOx的浓度为0或趋于0。

以上实施例的煤粉预处理装置，由于气化过程中产生的大量还原性气体可还原煤粉燃烧时产生的NOx，可实现煤粉预处理装置出口产生中的NOx为0或趋于0。

在一次风粉发生反应的过程中，实时检测进风管1、点火区域、主反应管和/或输出管的温度，在温度到达第一预设温度时，控制器使喷水部件向相应位置喷入冷却水，以及时降温，防止气化反应部件内由于超温而发生烧损或结渣现象。

一般煤粉燃烧设备的煤粉停留时间与防结渣性能存在相互冲突的问题，若采用大扩展比，延长煤粉的停留时间则装置容易积粉和结渣，若为了防止积粉结渣则需提高气流速度，采用较小的扩展比。本发明采用竖向布置的大主管段3和加速段很好的解决了上述问题，即具有大扩展比的主反应区，既延长了煤粉停留时间，使煤的热解和气化有足够的反应时间，又有效的解决了积粉和结渣的问题。通过点火源与大扩展比结构相结合可使16～30m/s的高速风粉气流稳定燃烧，安全、持续的生成大量还原气体，其中H₂为6～15％，CH₄为0.5～5％，CO为8～20％，以及少量的烃类。将该份额的气体喷入炉膛，对NOx进行深度还原，能够实现锅炉NOx超低排放。

其次，本发明还提供了一种锅炉，如图1和图2所示，包括锅炉本体13和上述实施例的煤预处理装置，气化反应部件输出的反应产物通入到锅炉本体13的炉膛中。煤预处理装置通过设置喷水部件实现降温，可防止气化反应部件内由于超温而发生烧损或结渣现象，能够低能耗地实现煤的气化处理，为锅炉的炉膛中安全、稳定地输入大量还原性气体，有助于实现锅炉NOx的超低排放，并提高锅炉长期工作的可靠性。

最后，本发明还提供了一种基于上述实施例的煤预处理装置的控制方法，在一个示意性的实施例中，该控制方法包括：

步骤101、温度检测部件检测气化反应部件内的温度；

步骤102、控制器接收温度检测部件发送的温度检测信号，并判断温度检测值是否达到第一预设温度值，如果达到第一预设温度值执行步骤103，否则喷水部件不工作；

步骤103、控制器控制喷水部件向气化反应部件内喷入冷却水。

本发明该实施例煤预处理装置控制方法，能够在气化反应部件内温度较高时及时降温，以将温度控制在安全的第一预设温度值之内，防止气化反应部件内由于超温而发生烧损或结渣现象。由此，可长时间安全、稳定地使一次风粉自身产生大量的还原性气体进入炉膛，还原已生成的NOx，实现锅炉NOx的超低排放。

在另一个实施例中，在步骤103喷入冷却水的过程中，该控制方法还包括：

步骤104、控制器判断温度检测值是否低于第二预设温度值，第二预设温度值低于第一预设温度值，如果低于第二预设温度值则执行步骤105，否则持续喷入冷却水。

步骤105、控制器控制喷水部件停止向气化反应部件内喷入冷却水。

该实施例能够在对气化反应部件内部充分冷却后，再停止喷入冷却水，可避免控制器在气化反应过程中频繁启停喷水部件，以提高喷水部件工作的可靠性，提高喷水部件的使用寿命。

在一个实施例中，冷却水管路9上设有通断阀，步骤103具体包括：

控制器控制通断阀接通冷却水管路9，以使向气化反应部件内喷入冷却水。

在另一个实施例中，冷却水管路9包括至少两条分支管路91，每条分支管路91上都设有通断阀11，步骤103具体包括：

控制器根据气化反应部件内的当前温度、目标冷却温度和冷却速度控制各个主干管路92对应通断阀11的通断。

该实施例能够根据煤预处理装置内部的实际燃烧情况和目标需要，可选择性地接通一条或多条分支管路91通入冷却水，控制气化反应部件内部的温度。

以上对本发明所提供的一种煤预处理装置、控制方法和锅炉进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种煤预处理装置，其特征在于，包括：

气化反应部件，用于接收外部通入的一次风粉，并使所述一次风粉进行热解和气化反应后生成并输出还原性气体；

喷水部件，与所述气化反应部件连通，用于向所述气化反应部件内喷入冷却水，以使所述气化反应部件内的温度低于第一预设温度值；

温度检测部件，用于检测所述气化反应部件内的温度；和

控制器，用于接收所述温度检测部件发送的温度检测信号，并在判断出温度检测值达到所述第一预设温度值时，控制所述喷水部件向所述气化反应部件内喷入冷却水，并在喷入冷却水的过程中判断出温度检测值低于第二预设温度值时，控制所述喷水部件停止向所述气化反应部件内喷入冷却水；其中，所述第一预设温度值低于安全温度阈值，安全温度阈值是指气化反应部件发生烧损或结渣现象时对应的温度值，所述第二预设温度低于所述第一预设温度值；

所述喷水部件包括冷却水管路(9)，所述冷却水管路(9)包括主干管路(92)和至少两条分支管路(91)，所述主干管路(92)上设有通断阀(11)，所述主干管路(92)设在所述分支管路(91)上游且与各条所述分支管路(91)连通，每条所述分支管路(91)上都设有所述通断阀(11)，用于控制各自所在分支管路(91)的通断；各条所述分支管路(91)向所述气化反应部件内通入冷却水的位置沿所述气化反应部件的气固混合物流动方向间隔布置；

所述气化反应部件包括主反应管和热源(2)，所述主反应管用于接收进风管(1)通入的一次风粉，并供所述一次风粉进行热解和气化反应，所述热源(2)用于点燃所述一次风粉，以使所述一次风粉在所述主反应管内进行热解和气化反应；沿所述主反应管的周向设有多个喷嘴(10)，用于向所述主反应管内喷入冷却水，所述喷嘴(10)朝上设置；

所述进风管(1)包括弯管段(7)，所述弯管段(7)设在所述进风管(1)沿气固混合物流动方向的末端，所述热源(2)的点火源(21)位于所述弯管段(7)沿所述气固混合物流动方向的下游；

所述热源(2)包括多个点火源(21)，多个所述点火源(21)沿所述一次风粉流动方向依次排布，用于使所述一次风粉实现多级燃烧，所述点火源(21)设置于所述弯管段(7)沿气固混合物流动方向下游相对于所述弯管段(7)的内弧侧更靠近外弧侧的区域。

2.根据权利要求1所述的煤预处理装置，其特征在于，还包括控制器和温度检测部件，所述温度检测部件用于检测所述气化反应部件内的温度，所述控制器用于根据所述气化反应部件内的当前温度、目标冷却温度和冷却速度控制各个所述分支管路(91)对应通断阀(11)的通断。

3.根据权利要求1所述的煤预处理装置，其特征在于，所述喷水部件包括冷却水管路(9)，所述冷却水管路(9)上设有流量调节阀，用于调节向所述气化反应部件内通入冷却水的流量。

4.根据权利要求1所述的煤预处理装置，其特征在于，所述喷嘴(10)为雾化喷嘴。

5.根据权利要求1所述的煤预处理装置，其特征在于，所述气化反应部件包括：

进风管(1)，用于接收和输送外部通入的一次风粉；

输出管(5)，与所述主反应管的输出口连通，用于输出所述主反应管内生成的反应产物；和

所述喷水部件的喷水位置还位于所述热源(2)对应的点火区域、或输出管(5)中的至少一处。

6.根据权利要求5所述的煤预处理装置，其特征在于，所述主反应管包括主管段(3)，所述进风管(1)与所述主管段(3)的输入口连通，所述主管段(3)横截面面积大于所述进风管(1)横截面面积。

7.根据权利要求6所述的煤预处理装置，其特征在于，所述主管段(3)横截面面积与所述进风管(1)横截面面积之比的范围为3～15.5倍；和/或

所述主管段(3)与竖直方向的夹角范围为0°～30°。

8.根据权利要求6所述的煤预处理装置，其特征在于，所述主反应管还包括连接所述进风管(1)和所述主管段(3)的减速段(8)，所述减速段(8)沿所述气化反应部件的气固混合物流动方向渐扩地设置于所述进风管(1)的下游；和/或

所述主反应管还包括连接所述主管段(3)和所述输出管(5)的加速段(4)，所述加速段(4)沿所述气化反应部件的气固混合物流动方向渐缩地设置于所述主管段(3)的下游。

9.根据权利要求5所述的煤预处理装置，其特征在于，所述主反应管包括主管段(3)，所述输出管(5)与所述主管段(3)的输出口连通，所述输出管(5)横截面面积小于所述主管段(3)横截面面积。

10.一种锅炉，其特征在于，包括锅炉本体(13)和根据权利要求1～9任一所述的煤预处理装置，所述气化反应部件输出的反应产物通入到所述锅炉本体(13)的炉膛中。

11.一种基于权利要求1～9任一所述的煤预处理装置的控制方法，其特征在于，包括：

温度检测部件检测所述气化反应部件内的温度；

控制器接收所述温度检测部件发送的温度检测信号，并判断温度检测值是否达到所述第一预设温度值，如果达到则控制所述喷水部件向所述气化反应部件内喷入冷却水；

在喷入冷却水的过程中，所述控制器判断温度检测值是否低于第二预设温度值，如果低于则控制所述喷水部件停止向所述气化反应部件内喷入冷却水，否则持续喷入冷却水，所述第二预设温度值低于所述第一预设温度值。

12.根据权利要求11所述的煤预处理装置的控制方法，其特征在于，冷却水管路(9)包括至少两条分支管路(91)，每条所述分支管路(91)上都设有通断阀(11)，所述控制器控制所述喷水部件向所述气化反应部件内喷入冷却水的步骤具体包括：

所述控制器根据所述气化反应部件内的当前温度、目标冷却温度和冷却速度控制各个所述分支管路(91)对应通断阀(11)的通断。