CN110220211B - 一种利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置和方法 - Google Patents
一种利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置和方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置和方法，包括锅炉、输送管道、带有原煤磨煤机的常规制粉系统，所述原煤磨煤机产出的煤粉经输送管路输送到锅炉，还包括煤制气系统和半焦碾磨制粉系统；所述煤制气系统，主要包括煤气化反应器、气固分离器、锅炉的气体燃烧器及一次风粉管道和气体输送管道；经过煤气化反应器产生的煤制气，通过气固分离器输送到锅炉的气体燃烧器燃烧；气固分离器分离出的固体产物进入半焦仓；所述半焦碾磨制粉系统，主要包括半焦仓、半焦磨煤机、半焦分离器、半焦细粉仓、给粉机和排粉风机；利用上述装置在超低负荷下可以连续投运稳燃，锅炉最低稳燃负荷可降低至25%BMCR，可以完全满足深度调峰和快速升降负荷的要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置和方法，属电力控制技术领域。
背景技术
目前，为了鼓励清洁能源的发展，优先接收新能源发电量，火电负荷进行了压缩，也进一步加强了火电机组调峰作用。为提高火电机组运行的灵活性，使机组具备深度调峰能力，并进一步增加负荷响应速率，部分机组需要具备快速启停调峰能力。
实现深度调峰，提高机组运行灵活性，已成为火电企业的必要条件。要实现机组深度调峰，首先要保证机组在低负荷甚至是超低负荷下能够安全稳定运行，且具备快速升降负荷的能力，常规锅炉系统最低稳燃负荷一般在35%～40%BMCR，且在降负荷时速度缓慢，目前还无法满足深度调峰所要求的低负荷，甚至超低负荷稳燃和快速升降负荷的要求。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置，该装置在常规制粉系统的基础上增加了煤制气系统和半焦碾磨系统。
本发明另一目的是提供一种利用上述装置，采用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的方法。
本发明的具体技术方案如下：
一种利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置，包括锅炉、输送管道、带有原煤磨煤机的常规制粉系统，所述原煤磨煤机产出的煤粉经输送管路输送到锅炉，其特征在于：还包括煤制气系统和半焦碾磨制粉系统；
所述煤制气系统，主要包括煤气化反应器(2)、气固分离器(3)、锅炉的气体燃烧器(12)及一次风粉管道和气体输送管道；经过煤气化反应器产生的煤制气，通过气固分离器输送到锅炉的气体燃烧器燃烧；气固分离器分离出的固体产物进入半焦仓；
所述半焦碾磨制粉系统，主要包括半焦仓(4)、半焦磨煤机(5)、半焦分离器(6)、半焦细粉仓(9)、给粉机(10)和排粉风机(7)；
半焦仓(4)内的固体产物存储至定量后排放到半焦磨煤机(5)中进行碾磨，碾磨后的半焦风粉混合物经半焦分离器(6)分离，合格的半焦细粉落入半焦细粉仓(9)，乏气经过排粉风机(7)进入原煤磨煤机(8)入口，替代部分一次风进入磨煤机；落入半焦细粉仓(9)的半焦细粉经给粉机(10)与原煤磨煤机出来的细粉一起送入锅炉的煤粉燃烧器燃烧。
优选地，所述常规制粉系统原始燃料为原煤，经原煤磨煤机(8)产出煤粉；所述煤制气系统燃料为常规制粉系统产生的煤粉，经煤气化反应器(2)产出煤制气和固体产物；所述半焦碾磨制粉系统原始燃料为煤制气系统产出的固体产物，经半焦磨煤机(5)产出半焦细粉。
优选地，所述原煤磨煤机(8)和半焦磨煤机(5)入口还配置了流量和温度测量装置，用以显示原煤磨煤机和半焦磨煤机入口温度和流量；所述原煤磨煤机(8)和半焦磨煤机(5)入口冷风及热风管道上分别布置有冷、热风量调节挡板，用以调节原煤磨煤机和半焦磨煤机入口温度和流量。
优选地，所述煤制气的输送管道上安装有输气逆止阀(31)，防止煤气化反应器(2)运行中，炉内爆燃导致高温烟气进入输气管道。
优选地，所述锅炉为切圆燃烧锅炉或对冲燃烧锅炉；
对于切圆燃烧锅炉，煤粉燃烧器至少布置六层，至少下面三层燃烧器配置稳燃装置；气体燃烧器至少布置四层，配置高能点火装置和火检检测装置；
对于对冲燃烧锅炉，煤粉燃烧器至少为三层，中下层煤粉燃烧器配置稳燃装置；气体燃烧器至少布置两层，配置高能点火装置和火检检测装置。
优选地，对于切圆燃烧锅炉，气体燃烧器布置在锅炉的四面墙体中部位置，并布置四层，与下四层一次风喷口同标高，气流射入方向与炉内切圆同向，气体射向其下风向一次风的向火侧，气流射入角度与一次风偏转角度相同。
优选地，对于对冲燃烧锅炉，气体燃烧器布置在前后墙和侧墙上，并且布置在上、下层煤粉燃烧器的中间高度，侧墙气体燃烧器与前后墙同标高。
优选地，所述稳燃装置包括油枪、微油、等离子、富氧等中的一种或两种。
利用上述装置采用煤与气协同控制燃煤锅炉负荷的方法，
当常规负荷运行时，煤制气系统备用，常规制粉系统和半焦碾磨制粉系统同步运行；
当深度调峰工况下，常规制粉系统和煤制气系统同步运行。
优选地，当负荷降低时，将原煤磨煤机(8)出口至煤气化反应器(2)入口一次风管道上的气化炉入口风粉混合物流量调节挡板(17)开启，实现煤制气系统和常规制粉系统的同步投运；
当负荷上升时，调节挡板(17)关闭，通过半焦细粉仓(9)出口处的半焦下粉管关断门(11)的开关，实现半焦细粉的投用和停用，煤制气系统和半焦碾磨制粉系统系统投运可实现快速切换。
本发明相比现有技术具有如下有益效果：
本发明提供利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置，该装置在常规制粉系统的基础上增加了煤制气系统和半焦碾磨系统。
利用上述装置在超低负荷下可以连续投运稳燃，通过气体和煤粉协同配合，锅炉最低稳燃负荷可降低至25%BMCR，甚至更低，可以满足深度调峰和快速升降负荷的要求。
附图说明
图1是本发明的装置布置示意图；
图2是本发明的切圆燃烧锅炉气体燃烧器布置侧视图；
图3是本发明的切圆燃烧锅炉气体燃烧器布置正视图；
图4是本发明的切圆燃烧锅炉A-A截面燃烧器布置图；
图5是本发明的切圆燃烧锅炉B-B截面燃烧器布置图；
图6是本发明的对冲燃烧锅炉气体燃烧器布置侧视图；
图7是本发明的对冲燃烧锅炉气体燃烧器布置正视图；
图8是本发明的气体燃烧器管道布置简图；
图中：1-炉膛、2-煤气化反应器、3-气固分离器、4-半焦仓、5-半焦磨煤机、6-半焦分离器、7-排粉风机、8-原煤磨煤机、9-半焦细粉仓、10-给粉机、11-半焦下粉管关断门、12-气体燃烧器、13-不带稳燃煤粉燃烧器、14-气化炉入口温度测量装置、15-气化炉入口流量测量装置、16-气化炉入口热风量调节挡板、17-气化炉入口风粉混合物流量调节挡板、18-半焦磨煤机入口冷风量调节挡板、19-半焦磨煤机入口流量测量装置、20-半焦磨煤机入口温度测量装置、21-半焦磨煤机入口热风量调节挡板、22-原煤磨煤机入口热风量调节挡板、23-原煤磨煤机入口冷风量调节挡板、24-原煤磨煤机入口流量测量装置、25-原煤磨煤机入口温度测量装置、26-气固分离器隔断阀、27-半焦下降管隔断阀、28-热一次风、29-冷一次风、30-气体燃烧器冷却风调节门、31-输气管道逆止阀、32-燃尽风喷口、33-二次风喷口、34-带稳燃煤粉燃烧器、35-气体燃烧器支管电动关断阀。
具体实施方式
实施例一：
如图1所示，本发明提供的利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置，包括锅炉、输送管道、带有原煤磨煤机的常规制粉系统、煤制气系统和半焦碾磨制粉系统。
原煤磨煤机产出的煤粉经输送管路输送到锅炉，原煤磨煤机连接有热风和冷风，用以输送产出的煤粉。
煤制气系统，主要包括煤气化反应器2、气固分离器3和锅炉的气体燃烧器12，还包括一次风粉管道和气体输送管道；经过煤气化反应器产生的煤制气，通过气固分离器输送到锅炉的气体燃烧器燃烧；气固分离器分离出的固体产物进入半焦仓。
半焦碾磨制粉系统，主要包括半焦仓4、半焦磨煤机5、半焦分离器6、半焦细粉仓9、给粉机10和排粉风机7，半焦磨煤机连接有热风和冷风，用以输送产出的半焦细粉；半焦仓4内的固体产物存储至一定的量后排放到半焦磨煤机5中进行碾磨，碾磨后的半焦风粉混合物经半焦分离器6分离，合格的半焦细粉落入半焦细粉仓9，乏气经过排粉风机7进入原煤磨煤机8入口，替代部分一次风进入磨煤机；落入半焦细粉仓9的半焦细粉经给粉机10与原煤磨煤机出来的细粉一起送入锅炉的煤粉燃烧器燃烧。
常规制粉系统包括原煤磨煤机8、燃烧器13和燃烧器34。常规制粉系统原始燃料为原煤，通过原煤磨煤机8将原煤磨成煤粉，原煤磨煤机8经管路连接有一次热风28和一次冷风29，利用一次热风28和一次冷风28将煤粉输送到煤粉燃烧器13燃烧。
煤制气系统燃料为常规制粉系统产生的煤粉，原煤磨煤机出口处设有气化炉入口风粉混合物流量调节挡板17，打开该挡板，煤粉可以进入到的煤气化反应器2中，在反应器中煤粉颗粒被瞬时加热，在温度为900～1200K时，挥发性物质从煤颗粒中以爆炸的形式释放出来，产生煤制气，即CO、H2、CH4和CO2等，煤制气通过气固分离器3进入到气体燃烧器12燃烧。
半焦碾磨制粉系统燃料为煤气化系统剩余的固体产物，固体产物通过气固分离器3进入到半焦仓4中储存，当存储到定量时，进入到半焦磨煤机5中研磨成半焦细粉，半焦磨煤机5也经管路连接有一次热风28和一次冷风29，利用一次热风28和一次冷风29将半焦细粉输送到半焦细粉仓9中储存，乏气经过排粉风机7进入原煤磨煤机8入口，替代部分一次风进入磨煤机，起到回收热量，环保节能的作用。
煤制气输送支管与气体燃烧器12之间布置有气体燃烧器支管电动关断阀35，可以单独控制单只气体燃烧器12气体投运或切断，所有气体燃烧器支管电动关断阀35保持全开，见图8。
常规负荷下，气化炉入口风粉混合物流量调节挡板17关闭，通过半焦细粉仓9出口处的半焦下粉管关断门11的开关，实现半焦细粉的投用和停用，锅炉燃烧常规制粉系统产生的煤粉及半焦碾磨制粉系统产生的半焦细粉，以煤粉为主，煤制气剩余的固体产物碾磨成半焦细粉，可以保证其着火和燃尽。
当负荷较高，气体燃料切除后，将冷一次风29至输气管道的气体燃烧器12气体燃烧器冷却风调节门30打开，可以冷却气体燃烧器12，防止其烧损。
深度调峰工况下，将原煤磨煤机8出口至煤气化反应器2入口一次风管道上的气化炉入口风粉混合物流量调节挡板17开启，实现煤制气系统和常规制粉系统的同步投运，锅炉燃烧常规制粉系统产生的煤粉及煤制气系统产生的煤制气，以煤粉为主，煤制气温度约600℃，其热量占入炉热量的10%～30%（负荷越低占比越高），利用煤制气高热值、易着火的特性，助燃煤粉稳定燃烧，达到低负荷稳燃和快速升降负荷的作用，锅炉最低稳燃负荷可降低至25%BMCR，甚至更低负荷，同时煤制气中的还原性气体（CO、H2、CH4等）有利于降低NOx排放量，有利于环境保护。
上述装置在超低负荷下可以连续投运稳燃，通过气体和煤粉协同配合，可以满足深度调峰和快速升降负荷的要求。
实施例二：
本实施例可选设计为，原煤磨煤机8入口设有原煤磨煤机入口流量测量装置24和原煤磨煤机入口温度测量装置，半焦磨煤机5入口设有半焦磨煤机入口流量测量装置19和半焦磨煤机入口温度测量装置20，用以调整和显示原煤磨煤机和半焦磨煤机入口温度和流量；原煤磨煤机8入口冷风及热风管道上分别设有原煤磨煤机入口冷风量调节挡板23和原煤磨煤机入口热风量调节挡板22，半焦磨煤机5入口冷风及热风管道上分别设有半焦磨煤机入口冷风量调节挡板18和半焦磨煤机入口热风量调节挡板21，用以调节原煤磨煤机和半焦磨煤机入口风温。
实施例三：
本实施例可选设计为，在煤制气的输送管道上安装有输气逆止阀31，防止煤气化反应器2运行中，炉内爆燃导致高温烟气进入输气管道。
实施例四：
本实施例可选设计为，如图2-图5所示，锅炉为切圆燃烧锅炉，煤粉燃烧器共布置6层，其中下面3层带稳燃煤粉燃烧器34，上面3层不带稳燃煤粉燃烧器；气体燃烧器12布置4层，配置高能点火装置和火检检测装置。
气体燃烧器12布置在锅炉的四面墙体中部位置，并布置四层，气体燃烧器12配置高能点火装置和火检检测装置，气体燃烧器喷口与下四层一次风喷口同标高，气流射入方向与炉内切圆同向，气体射向其下风向一次风的向火侧，气流射入角度与一次风偏转角度相同均为ɑ，一般在0°～5°。其中稳燃装置包括大油枪、微油、等离子、富氧等中的一种或两种。
实施例五：
本实施例可选设计为，如图6、图7所示，该锅炉为对冲燃烧锅炉，煤粉燃烧器为3层，且中下层为带稳燃煤粉燃烧器34，气体燃烧器12布置2层，且配置高能点火装置和火检检测装置。
气体燃烧器12布置在前后墙和侧墙上，并且布置在上、下层煤粉燃烧器的中间高度，侧墙气体燃烧器12与前后墙同标高，中下层煤粉燃烧器为带稳燃煤粉燃烧器34。其中稳燃装置包括大油枪、微油、等离子、富氧等中的一种或两种。
Claims (8)
1.一种利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置，包括锅炉、输送管道、带有原煤磨煤机的常规制粉系统，所述原煤磨煤机产出的煤粉经输送管路输送到锅炉，其特征在于：还包括煤制气系统和半焦碾磨制粉系统；
所述煤制气系统，主要包括煤气化反应器(2)、气固分离器(3)、锅炉的气体燃烧器(12)；经过煤气化反应器产生的煤制气，通过气固分离器输送到锅炉的气体燃烧器燃烧；气固分离器分离出的固体产物进入半焦仓；
所述半焦碾磨制粉系统，主要包括半焦仓(4)、半焦磨煤机(5)、半焦分离器(6)、半焦细粉仓(9)、给粉机(10)和排粉风机(7)；
半焦仓(4)内的固体产物存储至定量后排放到半焦磨煤机(5)中进行碾磨，碾磨后的半焦风粉混合物经半焦分离器(6)分离，合格的半焦细粉落入半焦细粉仓(9)，乏气经过排粉风机(7)进入原煤磨煤机(8)入口，替代部分一次风进入磨煤机；落入半焦细粉仓(9)的半焦细粉经给粉机(10)与原煤磨煤机出来的细粉一起送入锅炉的煤粉燃烧器燃烧；
所述常规制粉系统原始燃料为原煤，经原煤磨煤机(8)产出煤粉；所述煤制气系统燃料为常规制粉系统产生的煤粉，经煤气化反应器(2)产出煤制气和固体产物；所述半焦碾磨制粉系统原始燃料为煤制气系统产出的固体产物，经半焦磨煤机(5)产出半焦细粉；
所述原煤磨煤机(8)和半焦磨煤机(5)入口还配置有流量测量装置和温度测量装置，用以显示原煤磨煤机和半焦磨煤机入口温度和流量；所述原煤磨煤机(8)和半焦磨煤机(5)入口冷风及热风管道上分别布置有冷、热风量调节挡板，用以调节原煤磨煤机和半焦磨煤机入口温度和流量。
2.根据权利要求1所述的利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置，其特征在于：所述煤制气的输送管道上安装有输气逆止阀(31)，防止煤气化反应器(2)运行中，炉内爆燃导致高温烟气进入输气管道。
3.根据权利要求1所述的利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置，其特征在于：所述锅炉为切圆燃烧锅炉或对冲燃烧锅炉；
对于切圆燃烧锅炉，煤粉燃烧器至少布置六层，至少下面三层燃烧器配置稳燃装置；气体燃烧器至少布置四层，配置高能点火装置和火检检测装置；
对于对冲燃烧锅炉，煤粉燃烧器至少为三层，中下层煤粉燃烧器配置稳燃装置；气体燃烧器至少布置两层，配置高能点火装置和火检检测装置。
4.根据权利要求3所述的利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置，其特征在于：对于切圆燃烧锅炉，气体燃烧器布置在锅炉的四面墙体中部位置，并布置四层，与下四层一次风喷口同标高，气流射入方向与炉内切圆同向，气体射向其下风向一次风的向火侧，气流射入角度与一次风偏转角度相同。
5.根据权利要求3所述的利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置，其特征在于：对于对冲燃烧锅炉，气体燃烧器布置在前后墙和侧墙上，并且布置在上、下层煤粉燃烧器的中间高度，侧墙气体燃烧器与前后墙同标高。
6.根据权利要求3所述的利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置，其特征在于：所述稳燃装置包括大油枪、微油、等离子、富氧中的一种或两种。
7.一种利用权利要求1-6任一所述装置采用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的方法，其特征在于：
当常规负荷运行时，煤制气系统备用，常规制粉系统和半焦碾磨制粉系统同步运行；
当深度调峰工况下，常规制粉系统和煤制气系统同步运行。
8.根据权利要求7所述的采用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的方法，其特征在于：当负荷降低时，将原煤磨煤机(8)出口至煤气化反应器(2)入口一次风管道上的气化炉入口风粉混合物流量调节挡板(17)开启，实现煤制气系统和常规制粉系统的同步投运；
当负荷上升时，调节挡板(17)关闭，通过半焦细粉仓(9)出口处的半焦下粉管隔开门(11)的开关，实现半焦细粉的投用和停用，煤制气系统和半焦碾磨制粉系统系统投运可实现快速切换。
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