CN109114588A - 纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统及燃烧控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统及燃烧控制方法，该燃烧系统包括：炉膛，炉膛内设主燃烧区和燃尽区；侧墙，设置在炉膛外侧，且包括前后侧墙及左右侧墙；主燃烧器，布置在所述炉膛的主燃烧区内，并位于前后侧墙上；燃尽风喷口，布置在所述炉膛的燃尽区内，并位于前后侧墙上；助燃风喷口，布置在所述左右侧墙上，并且在主燃烧区和燃尽区都有布置；再循环系统，包括再循环管道、再循环风机、调节阀和布置在锅炉尾部的空气预热器，其中：再循环管道，布置在空气预热器和助燃风喷口之间，一端与助燃风喷口连接，另一端连接在所述再循环风机上。本发明解决了现有锅炉纯燃高碱煤时不能保证低氮氧化物排放和锅炉结渣的问题。

Description

纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统及燃烧控制方法

技术领域

本发明涉及锅炉低氮氧化物燃烧领域，具体涉及一种液态排渣锅炉燃烧器群组配置系统，即纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统及其控制系统。

背景技术

电力工业是国民经济重要的基础工业，也是国民经济发展战略中的重点和先行产业。火力发电又是其中的重要组成部分。随着能源的逐渐消耗，优质的可用燃料越来越少，我们不得不把能源目标转移到劣质的但是储量丰富的高碱煤上。煤灰中的碱性氧化物Na₂O和K₂O的含量（以煤的干燥基质量分数计）大于0.4%的称为高碱煤。高碱煤中碱金属含量较其它的煤要高，其煤粉软化温度低，在锅炉炉膛内燃烧时，极易出现结渣和沾污锅炉受热面的现象，降低了锅炉效率，影响锅炉的正常运行。

目前，传统的液态排渣锅炉采用相同型号的燃烧器，导致纯燃高碱煤工况下部分煤粉在靠近侧墙处燃烧，高碱煤与侧墙发生接触，由于高粘性与低灰熔点，导致侧墙处结渣。同时上层燃尽风喷口的布置，也不能保证未燃尽碳与燃尽风的充分混合，直接影响了煤粉颗粒的燃尽率，从而降低了锅炉效率。另一方面，对纯燃高碱煤锅炉来说，其氮氧化物的排放远远达不到国家标准，必须采用炉内低NOx燃烧技术来降低NOx的释放。

公开号为205227296U、公开日期为2016年05月11日、名称为《燃高碱煤的墙式对冲锅炉低氮氧化物燃烧系统》的实用新型专利公开了一种燃高碱煤的墙式对冲锅炉低氮氧化物燃烧系统，该系统主要是在炉膛主燃烧区域近侧墙处布置辅助燃烧器，可有效降低侧墙处的煤粉浓度，降低壁面区域热负荷，预防燃高碱煤的燃烧器在主燃区域侧墙产生结渣。这种系统仅仅在侧墙布置辅助燃烧器，能降低侧墙处的煤粉浓度，但是对于燃高碱煤锅炉NOx的生成，并不能得到有效的控制。

综上所述，现有技术中存在以下问题：传统的液态排渣锅炉燃烧系统不能保证安全纯燃高碱煤和低氮氧化物排放的效果。

发明内容

本发明提供一种纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统及燃烧控制方法，以解决现有锅炉纯燃高碱煤时不能保证低氮氧化物排放和锅炉结渣的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统，包括：

炉膛，炉膛内设主燃烧区和燃尽区；

侧墙，设置在炉膛外侧，且包括前后侧墙及左右侧墙；

主燃烧器，布置在所述炉膛的主燃烧区内，并位于前后侧墙上；

燃尽风喷口，布置在所述炉膛的燃尽区内，并位于前后侧墙上，

还包括：助燃风喷口，布置在所述左右侧墙上，并且在主燃烧区和燃尽区都有布置；

再循环系统，包括再循环管道、再循环风机、调节阀和布置在锅炉尾部的空气预热器，其中：再循环管道，布置在空气预热器和助燃风喷口之间，一端与助燃风喷口连接，另一端连接在所述再循环风机上；

再循环风机，布置在空气预热器前，用于抽取锅炉尾部的部分烟气经再循环管道进入助燃风喷口；

调节阀，布置在所述再循环管道上，用于调节进入助燃风喷口的再循环烟气的流量。

进一步地，所述主燃烧器的列数为多列，层数为多层，且前后侧墙对冲布置。

进一步地，所述燃尽风喷口的列数为多列，层数为多层，且前后侧墙对冲布置。

进一步地，所述助燃风喷口位于和所述主燃烧器等高的位置，并位于所述燃尽风喷口的斜下方。

进一步地，所述助燃风喷口为多列，层数为多层，左右侧墙上均布置有助燃风喷口。

进一步地，纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统还包括自动控制系统，自动控制系统包括监测系统、锅炉控制系统和控制处理器；

监测系统，包括煤粉流量在线监测系统、压力监测系统、烟气在线监测系统；

锅炉控制系统，包括给煤量控制系统、再循环风量控制系统；

控制处理器，包括输入端、处理器和输出端；

输入端，用于接受由监测系统采集的各种信息；

处理器，一端和所述输入端连接，一端连接输出端，用来处理由所述输入端输入的信号；

输出端，将处理器传递的控制信号输出到相应的锅炉控制系统中，来控制所述锅炉控制系统执行相应的操作，其中给煤量控制系统通过接收所述输出端输出的信号值来调节煤粉流量，再循环风量控制系统通过接收所述输出端输出的信号值来调节再循环风量。

进一步地，所述煤粉流量在线监测系统布置在风箱和所述主燃烧器之间，获取当前机组煤粉浓度和一次风速的分布情况。

进一步地，所述压力监测系统为分别安装在各个管道的压力计，用来获取各个点的压力情况。

进一步地，所述烟气在线监测系统为CEMS测量仪，直接安装在烟道上对烟气进行测量，用来测量烟气中NO的浓度。

本发明还公开了纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统的燃烧控制方法，包括以下步骤：

第一步，通过燃烧调整实验或运行人员经验获得每一个合法运行工况下使锅炉燃烧状态达到最优的燃烧优化控制信号输出值，包括煤粉流量、压力、飞灰含碳量、NOx排放量，然后将这些数值保存到一个二维控制插值表中；

第二步，将一定细度的纯高碱煤粉通过一次风送入主燃烧器，然后进入炉膛，供给适当的一次风量，一次风量占总风量的25%~28%，营造欠氧环境，实现低氧燃烧；

在主燃区通入二次风量提供煤粉继续燃烧所需的氧气，二次风包括内二次风和外二次风；同时供应燃尽风提高煤粉的燃尽率，燃尽风量占总风量的20%~23%；并将锅炉尾部烟气通过再循环管道送入助燃风喷口；

燃烧过程中通过所述监测系统监测锅炉数据，利用所述煤粉流量在线监测系统监测当前机组煤粉浓度和一次风速的分布情况，利用所述压力监测系统监测各个点的压力情况，利用所述烟气在线监测系统直接测量的NO的浓度，在此基础上乘以1.05得到NOx的排放浓度；

第三步，将上述监测的数据统一汇总到处理器，经由处理器处理后的信号到达输出端，然后到锅炉控制系统控制锅炉，具体的控制过程如下：

所述处理器接收输入的数据信号，和所述二维控制插值表的数据对比，输出相应的控制信号，控制给煤量控制系统，增大或者减小给煤量；

所述处理器根据输入的数据信号，和所述二维控制插值表的数据对比，输出相应的控制信号，控制再循环风量控制系统，调节所述阀门开度，从而增大或者减小再循环风量。

本发明燃烧系统的有益效果是：

本发明在传统燃煤锅炉的基础上加装助燃风喷口，并将烟气再循环结合自动控制合理地应用到可以有效地降低锅炉侧墙的煤粉浓度，防止纯燃高碱煤锅炉受热面的结渣沾污现象，有效地降低纯然高碱煤锅炉出口NOx浓度，进而保证了锅炉的安全运行。

本发明将空气分级技术和烟气再循环技术等多种低NOx燃烧技术耦合起来，对锅炉尾部烟气二次利用，通过再循环烟道引入助燃风喷口，不仅可以降低主燃烧区的烟气温度，抑制热力型NOx的生成，又可以利用还原性氛围，进一步降低氮氧化物的释放，起到节能减排的效果。

本发明配合设有自动控制系统，在精确监测系统的前提下，对整个系统进行一系列的自动控制，能精准地掌握各工况下各点的燃烧情况。

本发明的燃烧控制方法的有益效果是：

本发明的燃烧控制方法可对整个系统进行一系列的自动控制，能精准地掌握各工况下各点的燃烧情况，自动调节参数，提高锅炉效率的同时又减少了人力资源的浪费，能有效地降低纯然高碱煤锅炉出口NOx浓度，降低侧墙区的煤粉浓度，防止锅炉结渣。

附图说明

图1为本发明实施例的整体示意图。

图2为本发明实施例中前后侧墙处的燃烧器群分布图。

附图标号说明：

1-炉膛，2-侧墙，3-主燃烧器，4-主燃烧区，5-燃尽风喷口，6-燃尽区，7-空气预热器，8-再循环风机，9-再循环管道，10-助燃风喷口，11-调节阀。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。

为了解决现有锅炉纯燃高碱煤时不能保证低氮氧化物排放和锅炉结渣的问题，本发明提供了一种纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统及燃烧控制系统，该燃烧系统可以实现锅炉尾部烟气的再循环，实现了低NOx排放，同时还降低了侧墙煤粉浓度，有效地防止锅炉受热面的结渣。

如图1和图2所示，本发明的纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统，包括：

炉膛1，炉膛1内设主燃烧区4和燃尽区6；

侧墙2，设置在炉膛外侧，且包括前后侧墙及左右侧墙；

主燃烧器3，布置在所述炉膛的主燃烧区4内，并位于前后侧墙上；

燃尽风喷口5，布置在所述炉膛的燃尽区6内，并位于前后侧墙上；

助燃风喷口10，布置在所述左右侧墙上，并且在主燃烧区4和燃尽区6都有布置；

再循环系统，包括再循环管道9、再循环风机8、调节阀11和布置在锅炉尾部的空气预热器7，其中：再循环管道9，布置在空气预热器7和助燃风喷口10之间，一端与助燃风喷口10连接，另一端连接在所述再循环风机8上；

再循环风机8，布置在空气预热器7前，用于抽取锅炉尾部的部分烟气经再循环管道9进入助燃风喷口10；

调节阀11，布置在所述再循环管道9上，用于调节进入助燃风喷口10的再循环烟气的流量。

进一步地，所述主燃烧器3的数目为多列，例如为5列或者6列，层数为多层，例如为2层或者3层，且前后侧墙对冲布置，以达到最佳的燃烧效果。

进一步地，所述燃尽风喷口5为多列，例如为5列或者6列，层数为多层，例如为2层或者3层，且前后侧墙对冲布置，以达到最高的锅炉燃烧效率。

进一步地，所述助燃风喷口10为多列，例如为4列，分别布置在所述锅炉1的两侧墙，每个侧墙2上布置有2列助燃风喷口，保证靠近侧墙的煤粉能完全燃烧。

进一步地，所述助燃风喷口10位于和所述主燃烧器3等高的位置，以满足主燃区4的空气动力学特性。

进一步地，所述助燃风喷口10位于所述燃尽风喷口5的斜下方。

进一步地，所述再循环风机8为多个，例如为5个，布置在空气预热器7前用于抽取锅炉尾部的部分烟气进入所述助燃风喷口10，分别为5层助燃风喷口提供烟气。

进一步地，所述再循环管道9为多个，布置在空气预热器7和所述助燃风喷口10之间，例如为5个，分别与5层助燃风喷口10连接。

进一步地，所述调节阀11也为多个。

进一步地，所述助燃风喷口10的内径小于所述主燃烧器3的内径，且小于或者等于所述燃尽风喷口5的内径。

本发明在传统燃煤锅炉的基础上加装助燃风喷口，并将烟气再循环结合自动控制合理地应用到可以有效地降低锅炉侧墙的煤粉浓度，防止纯燃高碱煤锅炉受热面的结渣沾污现象，有效地降低纯然高碱煤锅炉出口NOx浓度，进而保证了锅炉的安全运行。

本发明将空气分级技术和烟气再循环技术等多种低NOx燃烧技术耦合起来，对锅炉尾部烟气二次利用，通过再循环烟道引入助燃风喷口，不仅可以降低主燃烧区的烟气温度，抑制热力型NOx的生成，又可以利用还原性氛围，进一步降低氮氧化物的释放，起到节能减排的效果。

本发明的纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统还包括自动控制系统，自动控制系统包括监测系统、锅炉控制系统和控制处理器；

监测系统，包括煤粉流量在线监测系统、压力监测系统、烟气在线监测系统；

锅炉控制系统，包括给煤量控制系统、再循环风量控制系统；

控制处理器，包括输入端、处理器和输出端；

输入端，用于接受由监测系统采集的各种信息；

处理器，一端和所述输入端连接，一端连接输出端，用来处理由所述输入端输入的信号；

输出端，将处理器传递的控制信号输出到相应的锅炉控制系统中，来控制所述锅炉控制系统执行相应的操作，其中给煤量控制系统通过接收所述输出端输出的信号值来调节煤粉流量，再循环风量控制系统通过接收所述输出端输出的信号值来调节所述调节阀11的开度，从而调节进入所述助燃风喷口10的再循环烟气的流量。

进一步地，所述煤粉流量在线监测系统布置在一次风箱和所述主燃烧器3之间，获取当前机组煤粉浓度和一次风速的分布情况。

进一步地，所述压力监测系统主要是压力计，分别安装在各个管道，用来获取各个点的压力情况。

进一步地，所述烟气在线监测系统为CEMS测量仪，直接安装在烟道上对烟气进行测量，不需要将烟气抽出来，通常利用氮氧化物等对红外光或紫外光的特征吸收光谱，用红外或紫外光束在烟道内对烟气进行测量，但红外或紫外法的分析仪一般只能检测 NO，不检测 NO₂ ，一般用NO乘以 1.05 作为NOx的含量。

本发明配合设置的自动控制系统，在精确监测系统的前提下，可对整个系统进行一系列的自动控制，能精准地掌握各工况下各点的燃烧情况。

本发明还公开了一种纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统的燃烧控制方法，包括以下步骤：

第一步，通过燃烧调整实验或运行人员经验获得每一个合法运行工况下使锅炉燃烧状态达到最优的燃烧优化控制信号输出值，包括煤粉流量、压力、飞灰含碳量、NOx排放量等，然后将这些数值保存到一个二维控制插值表中；

第二步，将一定细度的纯高碱煤粉通过一次风送入主燃烧器，然后进入炉膛，供给适当的一次风量，一次风量例如占总风量的25%~28%，营造欠氧环境，实现低氧燃烧；

在主燃区通入二次风量提供煤粉继续燃烧所需的氧气，二次风包括内二次风和外二次风；同时供应燃尽风提高煤粉的燃尽率，燃尽风量例如占总风量的20%~23%；并将锅炉尾部烟气通过再循环管道送入助燃风喷口；

燃烧过程中通过所述监测系统监测锅炉数据，利用所述煤粉流量在线监测系统监测当前机组煤粉浓度和一次风速的分布情况，利用所述压力监测系统监测各个点的压力情况，利用所述烟气在线监测系统（CEMS测量仪）直接测量的NO的浓度，在此基础上乘以1.05得到NOx的排放浓度；

第三步，将上述监测的数据统一汇总到处理器，经由处理器处理后的信号到达输出端，然后到锅炉控制系统控制锅炉，具体的控制过程如下：

所述处理器接收输入的数据信号，和所述二维控制插值表的数据对比，输出相应的控制信号，控制给煤量控制系统，增大或者减小给煤量；

所述处理器根据输入的数据信号，和所述二维控制插值表的数据对比，输出相应的控制信号，控制再循环风量控制系统，调节所述阀门开度，从而增大或者减小再循环风量。

本发明的燃烧控制方法可对整个系统进行一系列的自动控制，能精准地掌握各工况下各点的燃烧情况，自动调节参数，提高锅炉效率的同时又减少了人力资源的浪费，能有效地降低纯然高碱煤锅炉出口NOx浓度，降低侧墙区的煤粉浓度，防止锅炉结渣。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围的任何修改或局部替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统，包括：

炉膛，炉膛内设主燃烧区和燃尽区；

侧墙，设置在炉膛外侧，且包括前后侧墙及左右侧墙；

主燃烧器，布置在所述炉膛的主燃烧区内，并位于前后侧墙上；

燃尽风喷口，布置在所述炉膛的燃尽区内，并位于前后侧墙上，其特征在于：

还包括：助燃风喷口，布置在所述左右侧墙上，并且在主燃烧区和燃尽区都有布置；

再循环系统，包括再循环管道、再循环风机、调节阀和布置在锅炉尾部的空气预热器，其中：再循环管道，布置在空气预热器和助燃风喷口之间，一端与助燃风喷口连接，另一端连接在所述再循环风机上；

再循环风机，布置在空气预热器前，用于抽取锅炉尾部的部分烟气经再循环管道进入助燃风喷口；

调节阀，布置在所述再循环管道上，用于调节进入助燃风喷口的再循环烟气的流量。

2.根据权利要求1所述的纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统，其特征在于：所述主燃烧器的列数为多列，层数为多层，且前后侧墙对冲布置。

3.根据权利要求1所述的纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统，其特征在于：所述燃尽风喷口的列数为多列，层数为多层，且前后侧墙对冲布置。

4.根据权利要求1所述的纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统，其特征在于：所述助燃风喷口位于和所述主燃烧器等高的位置，并位于所述燃尽风喷口的斜下方。

5.根据权利要求1所述的纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统，其特征在于：所述助燃风喷口为多列，层数为多层，左右侧墙上均布置有助燃风喷口。

6.基于权利要求1-5任一项所述的纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统，其特征在于：它还包括自动控制系统，自动控制系统包括监测系统、锅炉控制系统和控制处理器；

监测系统，包括煤粉流量在线监测系统、压力监测系统、烟气在线监测系统；

锅炉控制系统，包括给煤量控制系统、再循环风量控制系统；

控制处理器，包括输入端、处理器和输出端；

输入端，用于接受由监测系统采集的各种信息；

处理器，一端和所述输入端连接，一端连接输出端，用来处理由所述输入端输入的信号；

输出端，将处理器传递的控制信号输出到相应的锅炉控制系统中，来控制所述锅炉控制系统执行相应的操作，其中给煤量控制系统通过接收所述输出端输出的信号值来调节煤粉流量，再循环风量控制系统通过接收所述输出端输出的信号值来调节再循环风量。

7.根据权利要求6所述的纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统，其特征在于：所述煤粉流量在线监测系统布置在风箱和所述主燃烧器之间，获取当前机组煤粉浓度和一次风速的分布情况。

8.根据权利要求6所述的纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统，其特征在于：所述压力监测系统为分别安装在各个管道的压力计，用来获取各个点的压力情况。

9.根据权利要求6所述的纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统，其特征在于：所述烟气在线监测系统为CEMS测量仪，直接安装在烟道上对烟气进行测量，用来测量烟气中NO的浓度。

10.基于权利要求6-9任一项所述的纯燃高碱煤液态排渣锅炉低NOx燃烧系统的燃烧控制方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，通过燃烧调整实验或运行人员经验获得每一个合法运行工况下使锅炉燃烧状态达到最优的燃烧优化控制信号输出值，包括煤粉流量、压力、飞灰含碳量、NOx排放量，然后将这些数值保存到一个二维控制插值表中；

第二步，将一定细度的纯高碱煤粉通过一次风送入主燃烧器，然后进入炉膛，供给适当的一次风量，一次风量占总风量的25%~28%，营造欠氧环境，实现低氧燃烧；

在主燃区通入二次风量提供煤粉继续燃烧所需的氧气，二次风包括内二次风和外二次风；同时供应燃尽风提高煤粉的燃尽率，燃尽风量占总风量的20%~23%；并将锅炉尾部烟气通过再循环管道送入助燃风喷口；

燃烧过程中通过所述监测系统监测锅炉数据，利用所述煤粉流量在线监测系统监测当前机组煤粉浓度和一次风速的分布情况，利用所述压力监测系统监测各个点的压力情况，利用所述烟气在线监测系统直接测量的NO的浓度，在此基础上乘以1.05得到NOx的排放浓度；

第三步，将上述监测的数据统一汇总到处理器，经由处理器处理后的信号到达输出端，然后到锅炉控制系统控制锅炉，具体的控制过程如下：

所述处理器接收输入的数据信号，和所述二维控制插值表的数据对比，输出相应的控制信号，控制给煤量控制系统，增大或者减小给煤量；

所述处理器根据输入的数据信号，和所述二维控制插值表的数据对比，输出相应的控制信号，控制再循环风量控制系统，调节所述阀门开度，从而增大或者减小再循环风量。