CN108534175B - 一种燃煤锅炉等离子气化点火稳燃装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃煤锅炉等离子气化点火稳燃装置气动上料装置入口为原煤输入口，气动上料装置出口与等离子气化反应炉上部固体入口连，等离子气化反应炉上部气体入口与气源连，等离子气化反应炉上部气体出口与布袋除尘器气体入口连，布袋除尘器气体出口与储气柜入口连，布袋除尘器积灰出口与气动上料装置入口连，等离子气化反应炉下部出口为熔渣排出口，储气柜出口接至燃烧器。本发明还公开了一种燃煤锅炉等离子气化点火稳燃方法。本发明的有益效果：取消电站燃油系统，利用比煤粉易于燃烧的可燃气体实现锅炉启动及低负荷下稳定燃烧，点火及稳燃性能好，同时可降低对环境的污染。

Description

一种燃煤锅炉等离子气化点火稳燃装置及方法
技术领域
本发明涉及煤炭发电技术领域，具体而言，涉及一种燃煤锅炉等离子气化点火稳燃装置及方法。
背景技术
经过数十年的发展，我国电力工业正在向更加清洁、高效的方向发展。在火力发电中，燃煤锅炉点火稳燃是电厂安全稳定经济运行的重要环节。锅炉点火系统是指电站锅炉启动时，通过增强燃烧来点燃主燃烧器的煤粉气流的装置。另外，当锅炉在低负荷下运行时，或燃煤质量变差时，由于炉膛温度降低使煤粉着火的稳定性变差，炉内火焰发生脉动甚至有熄火危险时，通过投运点火系统来稳定燃烧或作为辅助燃烧设备。点火及稳燃系统通常由点火装置、燃烧器、供油系统、控制系统及辅助系统组成。
为使得煤炭的快速着火和稳定燃烧，燃煤电站锅炉在点火时，通常方式是先投油助燃或其他辅助方法点燃煤粉。目前煤粉锅炉点火稳燃燃烧技术主要有等离子点火稳燃技术、微油点火稳燃技术以及富氧微油点火稳燃技术等。
煤粉锅炉等离子点火及稳燃技术可以直接点燃煤粉代替燃油，且使用安全、经济、可靠。目前，等离子点火及稳燃技术已成功应用于数百台各种机组锅炉，机组容量等级从50MW到1000MW；燃用煤质包括贫煤、劣质烟煤、烟煤和褐煤；燃烧方式包括直流燃烧器切向燃烧和旋流燃烧器墙式燃烧；制粉系统类型包括采用中速磨、风扇磨和双进双出钢球磨的直吹式制粉系统，以及采用单进单出钢球磨的中储式制粉系统。但是，这种等离子点火及稳燃技术对煤种有一定限制，特别是对低挥发分煤种点火能力不够理想。同时系统比较复杂，必须配有冷却水及电源系统，导致初投资比较高。同时由于点火装置阴极寿命较短，运行和维护未用较高。另外，启动速度比较慢，影响环保设施投运。
微油点火技术是利用机械雾化、空气雾化、气化或者组合气化等强化燃烧技术使燃油充分燃烧，以很小的燃油量(20-250Kg/h)获得一个刚性强、温度高(1800℃以上)的稳定火炬。当煤粉通过火炬时很快受热、煤粉颗粒破碎、迅速被点燃。根据分级燃烧的原理、使煤粉在点火初期就已尽可能地充分燃烧，从而达到煤粉锅炉启、停和低负荷稳燃的目的。但是这种微油点火及稳燃技术由于微油雾化效果差异、以及冷炉膛环境下燃油燃尽率偏低等因素，存在有未燃尽油滴进入电除尘的情况，影响除尘器运行效果和运行安全，甚至影响SCR的催化剂性能，污染脱硫浆液。另外，这种方式存在燃油消耗。
富氧微油点火技术是在微油点火技术基础上，增加一套富氧供给系统而形成的一套高效点火、充分燃尽的点火稳燃燃烧技术，扩大了点火煤质的范围，提高了锅炉点火的安全性、环保性和经济性。但是这种技术增加了一套液氧罐及其管路系统，同样影响电厂的耗油指标，增加了电厂建设及运行成本。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种燃煤锅炉等离子气化点火稳燃装置及方法，使煤炭在等离子气化炉的高能热环境下，和加入的等离子气化剂反应生成主要成分为H2和CO等可燃气体的混合气，通过净化后送至锅炉燃气燃烧器，实现燃煤锅炉点火及低负荷下稳定燃烧，取消电站燃油系统，利用比煤粉易于燃烧的可燃气体实现锅炉启动，点火及稳燃性能好，同时可降低对环境的污染。
本发明提供了一种燃煤锅炉等离子气化点火稳燃装置，包括：气动上料装置、等离子气化反应炉、布袋除尘器、储气柜、空气或氧气气源，燃烧器以及配套的连接管路；
所述气动上料装置入口为原煤的输入口，所述气动上料装置出口与所述等离子气化反应炉上部固体入口相连，所述等离子气化反应炉上部气体入口与空气或氧气气源相连，所述等离子气化反应炉上部气体出口与所述布袋除尘器气体入口相连，所述布袋除尘器气体出口与所述储气柜入口相连，所述布袋除尘器积灰出口与所述气动上料装置入口相连，所述等离子气化反应炉下部出口为熔渣排出口，所述储气柜出口接至燃烧器；
所述等离子气化反应炉中部筒体上均匀布置有位于第一水平面的多个水蒸气入口和位于第二水平面的多个等离子点火炬；
所述燃烧器沿锅炉自下而上均匀布置多层，其中，最下层燃烧器或第二层燃烧器为燃气燃烧器，最上层燃烧器为燃气燃烧器，其余层燃烧器为煤粉燃烧器。
作为本发明进一步的改进，所述储气柜出口与所述燃烧器之间的管路上设置有调节阀。
作为本发明进一步的改进，所述布袋除尘器气体出口与所述储气柜入口之间的管路上设置有增压风机。
作为本发明进一步的改进，所述多个等离子点火炬与等离子控制柜电连接。
作为本发明进一步的改进，自下而上布置五层燃烧器，分别为A、B、C、D、E层燃烧器，其中，A层燃烧器或B层燃烧器为燃气燃烧器，E层燃烧器为燃气燃烧器，其余层燃烧器为煤粉燃烧器。
本发明还提供了一种燃煤锅炉等离子气化点火稳燃方法，包括以下步骤：
步骤1，原煤经过气动上料装置从等离子气化反应炉上部固体入口进入所述等离子气化反应炉上部，经过充分干馏后进入所述等离子气化反应炉中部筒体准备气化；
步骤2，所述等离子气化反应炉中部筒体上设置的多个等离子点火炬产生高强度热源，为气化过程提供能量来源，点燃中部筒体内的待气化燃料，并使所述多个等离子点火炬的火焰在中部筒体内逐级放大；
步骤3，当所述等离子气化反应炉内温度达到气化要求时，通过所述等离子气化反应炉中部筒体上设置的多个水蒸气入口通入水蒸气，并将空气或氧气通过所述等离子气化反应炉上部气体入口引入所述等离子气化反应炉，在等离子电弧产生的高能热环境下，发生以下反应：
C+H2O→CO+H2；
2C+O2→2CO；
产生含有主要成分为H2和CO的可燃气体，无机物则变成无害熔渣从所述等离子气化反应炉下部出口排出；
步骤4，可燃气体通过布袋除尘器完成净化，积灰返回所述气动上料装置后进入所述等离子气化反应炉，待再次气化；
步骤5，净化后的可燃气体通过燃气增压风机进入储气柜，通过调节阀将所述储气柜内的可燃气体送入沿锅炉自下而上均匀布置的多层燃烧器中；
步骤6，当锅炉启动时，可燃气体进入多层燃烧器中的燃气燃烧器，待燃气燃烧器均稳定燃烧后，再将煤粉送入多层燃烧器中的煤粉燃烧器，煤粉被稳定燃烧的燃气火焰引燃，实现锅炉点火启动。
作为本发明进一步的改进，所述多个等离子点火炬通过电源控制柜实现电源切换、保护及控制。
作为本发明进一步的改进，控制所述调节阀开度，使可燃气体比例保持在合适浓度。
本发明的有益效果为：
使煤炭在等离子气化炉的高能热环境下，和加入的等离子气化剂反应生成主要成分为H2、CO的可燃气体，净化后通过燃气增压风机输送至锅炉燃烧器完成点火启动及低负荷下稳燃。燃用气化后生成的可燃气体具有更为洁净的优点，降低对环境的污染。
取消电站锅炉燃油系统，增加一套等离子煤制燃气设备与系统，改造锅炉原来最下层(或次层)的等离子点火燃烧器/微油点火燃烧器为燃气燃烧器，并改造锅炉最上层一次风煤粉燃烧器为燃气燃烧器，实现燃煤锅炉燃烧两层燃气的安全运行工况。利用比煤粉易于燃烧的可燃气体实现锅炉启动，点火及稳燃性能好。
含有除尘装置，生成的合成可燃气体具有纯度高、清洁的优点，入炉前脱除部分污染物，降低对环境的污染。
附图说明
图1为本发明实施例所述的一种燃煤锅炉等离子气化点火稳燃装置的示意图；
图2为本发明实施例所述的燃烧器布置示意图。
图中，
1、原煤；2、气动上料装置；3、水蒸气入口；4、等离子点火炬；5、等离子气化反应炉；6、布袋除尘器；7、增压风机；8、储气柜；9、调节阀；10、锅炉；11、燃烧器；12、等离子控制柜。
具体实施方式
下面通过具体的实施例并结合附图对本发明做进一步的详细描述。
实施例1，如图1所示，本发明实施例的一种燃煤锅炉等离子气化点火稳燃装置，包括：气动上料装置2、等离子气化反应炉5、布袋除尘器6、储气柜8、空气或氧气气源，燃烧器11以及配套的连接管路。
气动上料装置2入口为原煤1的输入口，气动上料装置2出口与等离子气化反应炉5上部固体入口相连，等离子气化反应炉5上部气体入口与空气或氧气气源相连，等离子气化反应炉5上部气体出口与布袋除尘器6气体入口相连，布袋除尘器6气体出口与储气柜8入口相连，布袋除尘器6积灰出口与气动上料装置2入口相连，等离子气化反应炉5下部出口为熔渣排出口，储气柜8出口接至燃烧器11。
等离子气化反应炉5中部筒体上均匀布置有位于第一水平面的多个水蒸气入口3和位于第二水平面的多个等离子点火炬4。
燃烧器11沿锅炉10自下而上均匀布置多层，其中，最下层燃烧器11或第二层燃烧器11为燃气燃烧器，最上层燃烧器11为燃气燃烧器，其余层燃烧器11为煤粉燃烧器。
储气柜8出口与燃烧器11之间的管路上设置有调节阀9，通过调节阀9实现向锅炉精确输送可燃气体。当需要可燃气体时，调节阀9打开，可燃气体进入燃烧器11燃烧，在高温环境下可快速着火、稳定燃烧，同时提高锅炉热效率，在燃煤锅炉低负荷运行或负荷变化时改善炉内燃烧条件。当不需要可燃气体或等离子气化反应炉停运、检修时，调节阀9关闭，停止输送可燃气体，不影响燃煤锅炉原有风烟系统运行。
布袋除尘器6气体出口与储气柜8入口之间的管路上设置有增压风机7，利于净化后的气体输送，并通过储气柜8平衡气体需用量的不均匀性。
多个等离子点火炬4与等离子控制柜12电连接，实现电源切换、保护及控制，并实现对等离子点火炬4火焰的控制。
如图2所示，本实施例中，以某典型300MW亚临界自然循环锅炉机组为例，锅炉采用四角切圆燃烧方式，最大连续蒸发量为(B-MCR)1025t/h，自下而上布置五层燃烧器11，分别为A、B、C、D、E层燃烧器，其中，A层燃烧器或B层燃烧器为燃气燃烧器，E层燃烧器为燃气燃烧器，其余层燃烧器为煤粉燃烧器。即将锅炉原来的A层燃烧器(或B层燃烧器)由等离子点火燃烧器/微油点火燃烧器改造为燃气点火燃烧器，根据锅炉原有等离子燃烧器/微油点火燃烧器布置情况来具体选择是A层燃烧器还是B层燃烧器改造为燃气燃烧器，根据内燃式等离子点火燃烧器和微油点火燃烧器的原理设计，改造后，多层燃烧器具备点火稳燃期间为点火稳燃燃烧器，非点火工况为煤粉主燃烧器的作用。
实施例2，本发明实施例所述的一种燃煤锅炉等离子气化点火稳燃方法，包括以下步骤：
步骤1，原煤1经过磨煤机破碎为直径约为1-2cm的小型粒状煤块，经过气动上料装置2从等离子气化反应炉5上部固体入口进入等离子气化反应炉5上部，经过充分干馏后进入等离子气化反应炉5中部筒体准备气化；
步骤2，等离子气化反应炉5中部筒体上设置的多个等离子点火炬4产生高强度热源，为气化过程提供能量来源，点燃中部筒体内的待气化燃料，并使多个等离子点火炬4的火焰在中部筒体内逐级放大；
步骤3，当等离子气化反应炉5内温度达到气化要求时，通过等离子气化反应炉5中部筒体上设置的多个水蒸气入口3通入水蒸气，并将空气或氧气通过等离子气化反应炉5上部气体入口引入等离子气化反应炉5，在等离子电弧产生的高能热环境下，发生以下反应：
C+H2O→CO+H2；
2C+O2→2CO；
产生含有主要成分为H2和CO的可燃气体，无机物则变成无害熔渣从等离子气化反应炉5下部出口排出；
步骤4，可燃气体通过布袋除尘器6完成净化，积灰返回气动上料装置2后进入等离子气化反应炉5，待再次气化；
步骤5，净化后的可燃气体通过燃气增压风机7进入储气柜8，通过调节阀9将储气柜8内的可燃气体送入沿锅炉10自下而上均匀布置的多层燃烧器11中；
步骤6，当锅炉10启动时，可燃气体进入多层燃烧器11中的燃气燃烧器，待燃气燃烧器均稳定燃烧后，再将煤粉送入多层燃烧器11中的煤粉燃烧器，煤粉被稳定燃烧的燃气火焰引燃，实现锅炉11点火启动。
其中，多个等离子点火炬4通过电源控制柜12实现电源切换、保护及控制，并实现对等离子点火炬4火焰的控制。
控制调节阀9开度，使可燃气体比例保持在合适浓度。
本发明公开了一种使用等离子气化技术实现燃煤锅炉从冷态点火启动并实现低负荷稳定燃烧的装置及方法。当燃煤锅炉从冷态点火启动时，使煤炭在等离子气化炉的高能热环境下，和加入的等离子气化剂反应，生成主要成分为H2和CO的可燃气体，净化后通过燃气增压风机输送至锅炉燃烧器进行燃烧，完成锅炉点火启动及低负荷下稳燃。相比常规点火及稳燃方式，燃气的点火、稳燃性能均大大高于煤粉。同时，燃用气化后生成的可燃气体具有更为洁净的优点，降低对环境的污染。
取消电站锅炉燃油系统，增加一套等离子煤制燃气设备与系统，改造锅炉原来最下层(或次层)的等离子点火燃烧器/微油点火燃烧器为燃气燃烧器，并改造锅炉最上层一次风煤粉燃烧器为燃气燃烧器，实现燃煤锅炉燃烧两层燃气的安全运行工况。利用比煤粉易于燃烧的可燃气体实现锅炉启动，点火及稳燃性能好。
相比等离子点火技术，本发明可适用于低挥发分煤种，同时系统响应更加迅速，可同步投运环保设备。相比微油点火及富氧微油点火技术，本发明取消电厂燃油系统，节约投资及运行成本，实现燃煤电厂单一燃料供应。
同时装置含有脱硫、除尘装置，生成的合成气具有纯度高、清洁的优点，降低对环境的污染。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种燃煤锅炉等离子气化点火稳燃装置，其特征在于，包括：气动上料装置（2）、等离子气化反应炉（5）、布袋除尘器（6）、储气柜（8）、空气或氧气气源，燃烧器（11）以及配套的连接管路；
所述气动上料装置（2）入口为原煤（1）的输入口，所述气动上料装置（2）出口与所述等离子气化反应炉（5）上部固体入口相连，所述等离子气化反应炉（5）上部气体入口与空气或氧气气源相连，所述等离子气化反应炉（5）上部气体出口与所述布袋除尘器（6）气体入口相连，所述布袋除尘器（6）气体出口与所述储气柜（8）入口相连，所述布袋除尘器（6）积灰出口与所述气动上料装置（2）入口相连，所述等离子气化反应炉（5）下部出口为熔渣排出口，所述储气柜（8）出口接至燃烧器（11）；
所述等离子气化反应炉（5）中部筒体上均匀布置有位于第一水平面的多个水蒸气入口（3）和位于第二水平面的多个等离子点火炬（4）；
所述燃烧器（11）沿锅炉（10）自下而上均匀布置多层，其中，最下层燃烧器（11）或次下层燃烧器（11）为燃气燃烧器，最上层燃烧器（11）为燃气燃烧器，其余层燃烧器（11）为煤粉燃烧器；
所述储气柜（8）出口与所述燃烧器（11）之间的管路上设置有调节阀（9）；
所述布袋除尘器（6）气体出口与所述储气柜（8）入口之间的管路上设置有增压风机（7）；
所述多个等离子点火炬（4）与等离子控制柜（12）电连接。
2.根据权利要求1所述的燃煤锅炉等离子气化点火稳燃装置，其特征在于，自下而上布置五层燃烧器（11），分别为A、B、C、D、E层燃烧器，其中，A层燃烧器或B层燃烧器为燃气燃烧器，E层燃烧器为燃气燃烧器，其余层燃烧器为煤粉燃烧器。
3.一种如权利要求1所述的燃煤锅炉等离子气化点火稳燃装置的燃煤锅炉等离子气化点火稳燃方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，原煤（1）经过气动上料装置（2）从等离子气化反应炉（5）上部固体入口进入所述等离子气化反应炉（5）上部，经过充分干馏后进入所述等离子气化反应炉（5）中部筒体准备气化；
步骤2，所述等离子气化反应炉（5）中部筒体上设置的多个等离子点火炬（4）产生高强度热源，为气化过程提供能量来源，点燃中部筒体内的待气化燃料，并使所述多个等离子点火炬（4）的火焰在中部筒体内逐级放大；
步骤3，当所述等离子气化反应炉（5）内温度达到气化要求时，通过所述等离子气化反应炉（5）中部筒体上设置的多个水蒸气入口（3）通入水蒸气，并将空气或氧气通过所述等离子气化反应炉（5）上部气体入口引入所述等离子气化反应炉（5），在等离子电弧产生的高能热环境下，发生以下反应：
C+H2O→CO+H2；
2C+O2→2CO；
产生含有主要成分为H2和CO的可燃气体，无机物则变成无害熔渣从所述等离子气化反应炉（5）下部出口排出；
步骤4，可燃气体通过布袋除尘器（6）完成净化，积灰返回所述气动上料装置（2）后进入所述等离子气化反应炉（5），待再次气化；
步骤5，净化后的可燃气体通过燃气增压风机（7）进入储气柜（8），通过调节阀（9）将所述储气柜（8）内的可燃气体送入沿锅炉（10）自下而上均匀布置的多层燃烧器（11）中；
步骤6，当锅炉（10）启动时，可燃气体进入多层燃烧器（11）中的燃气燃烧器，待燃气燃烧器均稳定燃烧后，再将煤粉送入多层燃烧器（11）中的煤粉燃烧器，煤粉被稳定燃烧的燃气火焰引燃，实现锅炉（10）点火启动。
4.根据权利要求3所述的燃煤锅炉等离子气化点火稳燃方法，其特征在于，所述多个等离子点火炬（4）通过电源控制柜（12）实现电源切换、保护及控制。
5.根据权利要求3所述的燃煤锅炉等离子气化点火稳燃方法，其特征在于，控制所述调节阀（9）开度，使可燃气体比例保持在合适浓度。
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