CN110748877A - 燃煤锅炉及控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了燃煤锅炉及控制方法。该燃煤锅炉包括：设置于给煤装置和锅炉炉膛之间的煤粉预处理装置，煤粉预处理装置包括点火器、煤粉预热解装置、浓相输送管道以及稀相输送管道，其中：煤粉预热解装置的入口管道与给煤装置连接；浓相输送管道和稀相输送管道分别与锅炉炉膛连接；点火器设置于煤粉预热解装置的入口管道中；煤粉预热解装置的入口管道与煤粉预热解装置的出口管道垂直连接，并且煤粉预热解装置的出口管道两端分别连接浓相输送管道和稀相输送管道。由于该燃煤锅炉中包括设置于给煤装置和锅炉炉膛之间的煤粉预处理装置，在燃煤进入锅炉炉膛中燃烧发电之前进行预处理，因此能解决现有技术中的问题。

Description

燃煤锅炉及控制方法

技术领域

本申请涉及燃煤发电技术领域，尤其涉及燃煤锅炉及控制方法。

背景技术

燃煤发电机组由于其安全、稳定、可控等优势，使其在我国电力占比中占有重要地位。目前的燃煤发电机组的燃煤锅炉在燃烧发电过程中，通常会排放大量的氮氧化物(NO_x)，从而造成环境影响。为了降低NO_x的排放量，往往需要对燃煤锅炉燃烧后的烟气进行后处理脱销。但是，随着氮排放标准的不断提高，这种后处理脱销的方式通常难以满足要求。

发明内容

本申请实施例提供燃煤锅炉及控制方法，用于解决现有的后处理脱销方式难以满足日益提高的氮排放标准的问题。

本申请实施例提供了一种燃煤锅炉，包括：设置于给煤装置和锅炉炉膛之间的煤粉预处理装置，所述煤粉预处理装置包括点火器、煤粉预热解装置、浓相输送管道以及稀相输送管道，其中：

所述煤粉预热解装置的入口管道与所述给煤装置连接；

所述浓相输送管道和所述稀相输送管道分别与所述锅炉炉膛连接；

所述点火器设置于所述煤粉预热解装置的入口管道中；

所述煤粉预热解装置的入口管道与所述煤粉预热解装置的出口管道垂直连接，并且所述煤粉预热解装置的出口管道两端分别连接浓相输送管道和稀相输送管道。

优选的，所述煤粉预热解装置的入口管道中包括第一热电偶阵列；和/或，所述煤粉预热解装置出口管道的上端包括第二热电偶阵列；和/或，

所述煤粉预热解装置出口管道的下端包括第三热电偶阵列。

优选的，所述燃煤锅炉还包括：第一比例积分控制器以及尾部引流烟气挡风板；其中，

所述第一比例积分控制器，用于根据所述第一热电偶阵列、第二热电偶阵列和/或第三热电偶阵列所测得的温度，调节所述尾部引流烟气挡风板。

优选的，所述燃煤锅炉还包括：设置于所述煤粉预热解装置出口管道上端的喷水减温器。

优选的，所述燃煤锅炉还包括：第二比例积分控制器，用于根据所述第一热电偶阵列、第二热电偶阵列和/或第三热电偶阵列所测得的温度，调节所述喷水减温器。

优选的，所述煤粉预热解装置的入口管道与所述煤粉预热解装置的出口管道具体为垂直的偏心连接。

优选的，所述燃煤锅炉还包括：设置于所述锅炉炉膛上的多个锅炉二次风口。

本申请实施例还提供了了一种控制方法，设置于给煤装置和锅炉炉膛之间的煤粉预处理装置，包括：

确定所述煤粉预处理装置中多个热电偶阵列所测得的平均温度；

将所述平均温度与所述煤粉预处理装置的喷水减温器阀门开启温度的差值作为第二比例积分控制器的输入，用于通过所述第二比例积分控制器基于所述差值对所述喷水减温器的阀门进行控制。

优选的，所述方法还包括：

将所述平均温度与所述煤粉预处理装置的温度预设值的差值作为第一比例积分控制器的输入，用于通过所述第一比例积分控制器基于所述差值对尾部引流烟气挡风板进行调节。

优选的，所述喷水减温器阀门开启温度大于或等于1200℃。

本申请实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：

采用本申请实施例中所提供的燃煤锅炉，由于该燃煤锅炉中包括设置于给煤装置和锅炉炉膛之间的煤粉预处理装置，在燃煤进入锅炉炉膛中燃烧发电之前进行预处理，从而使部分燃料氮在进入锅炉炉膛前被还原，因此能够降低最终所排放烟气中氮氧化物的含量，解决后处理脱销难以达到脱硝标准的问题。

附图说明

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

图1为本申请实施例提供的燃煤锅炉的具体结构示意图；

图2为本申请实施例提供的燃煤锅炉中煤粉预处理装置的具体结构示意图；

图3为本申请实施例提供的控制方法的具体流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合附图，详细说明本申请各实施例提供的技术方案。

如上所述，现有技术中通过后处理脱销的方式来降低燃煤锅炉烟气中的NO_x排放量。但是由于国家对环保问题越来越重视，氮排放标准也不断提高，这种后处理脱销的方式通常难以满足排放要求。

基于此本申请实施例提供了一种燃煤锅炉，能够用于解决现有技术中的问题。如图1所示，该燃煤锅炉101中包括给煤装置12、锅炉炉膛6以及设置于给煤装置12和锅炉炉膛6之间的煤粉预处理装置201。

其中，给煤装置12将煤粉输送至煤粉预处理装置201中，并经过煤粉预处理装置201进行预处理后输送至锅炉炉膛6中进行燃烧发电，从而经过该预处理装置201的预处理来进行脱氮。

在实际应用中，该预处理装置201中包括点火器1、煤粉预热解装置2、浓相输送管道4以及稀相输送管道5。其中，煤粉预热解装置2由入口管道和出口管道组成，其入口管道与给煤装置12连接，并且点火器1设置于其入口管道中。煤粉预热解装置2的出口管道与入口管道相垂直，并且煤粉预热解装置2的出口管道上端连接稀相输送管道5，下端连接浓相输送管道4。其稀相输送管道5和浓相输送管道4分别与锅炉炉膛6连接，从而将经由煤粉预处理装置201预处理后的预处理产物输送至锅炉炉膛6。

其中，煤粉预热解装置的入口管道与出口管道具体为垂直的偏心连接。

为便于实现预处理后的预处理产物的分离，可以将煤粉预热解装置2入口管道与出口管道设置为垂直的偏心连接方式，从而使得预处理产物气流产生旋流，促进气固分离，便于形成稀相和浓相。

煤粉预处理装置201在对煤粉进行预处理过程中，首先通过点火器1将煤粉点燃，然后输送至煤粉预热解装置2处进行预处理，因此可以在煤粉预热解装置2中设置一组或多组热电偶阵列，来对输送至其附近的温度进行监控。

比如，可以在煤粉预热解装置2的入口管道中设置一组或多组热电偶阵列，也可以在煤粉预热解装置2出口管道的上端设置一组或多组热电偶阵列，也可以在煤粉预热解装置2出口管道的下端设置一组或多组热电偶阵列。

如图2所示为实际应用中预处理装置201的结构示意图，其分别在预热解装置2入口管道、出口管道上端和出口管道下端设置了一组热电偶阵列的。其中，设置于煤粉预热解装置的入口管道中的热电偶阵列后续称之为第一热电偶阵列2a，设置于煤粉预热解装置的出口管道上端的热电偶阵列后续称之为第二热电偶阵列2b，设置于煤粉预热解装置的出口管道下端的热电偶阵列后续称之为第三热电偶阵列2c。其中，第一热电偶阵列2a中可以包括2个热电偶，第二热电偶阵列2b和第三热电偶阵列2c中分别可以包括4个热电偶。

另外，还可以在煤粉预热解装置2出口管道的上端设置喷水减温器3，当通过热电偶阵列检测到反应温度过高时，通过喷水减温器向其中喷入水来使其降温。

在实际应用中，该燃煤锅炉101中还可以包括风机14、风箱15、挡风板16和风箱出口管道17，用于将给煤装置12中的煤粉吹送至煤粉预处理装置201中。另外，为了进一步控制所排放烟气中的氮氧化物含量，该装置还可以包括空气预热器烟气引流管道13，通过该空气预热器烟气引流管道13将所排放的烟气重新引入风箱15中，从而吹扫至煤粉预处理装置201中进行再次脱氮。当然，为了便于对重新引入风箱15中的烟气量进行控制，可以在空气预热器烟气引流管道13增设尾部引流烟气挡风板11，通过该尾部引流烟气挡风板11的开关来控制所引入的烟气量。

需要说明的是，如图1所示，锅炉炉膛6中从上往下可以依次包括诸如燃尽区22、还原区21、主燃区20和锅炉炉膛底部9等多个区域。空气预热器进口管道18与锅炉炉膛6连接，并且空气预热器进口管道18中设置有空气预热器10。空气预热器出口19与空气预热器进口管道18连接。

该燃煤锅炉101中还可以包括一个或多个设置于锅炉炉膛6上的锅炉二次风口8，用于向锅炉炉膛6中进行二次送风，也可以包括一个或多个设置于锅炉炉膛6上的燃尽风口7，对于锅炉二次风口8和燃尽风口7的具体数量可以根据实际需要来设定。另外，相对于燃尽风口7，该锅炉二次风口8的位置通常更加靠近于锅炉炉膛6的底部，比如，在图1所示的锅炉炉膛6中，燃尽风口7设置于靠近燃尽区22的底部和还原区21的顶部的位置，锅炉二次风口8设置于靠近主燃区20的底部的位置。

采用本申请实施例中所提供的燃煤锅炉101，由于该燃煤锅炉101中包括设置于给煤装置12和锅炉炉膛6之间的煤粉预处理装置201，在燃煤进入锅炉炉膛6中燃烧发电之前进行预处理，从而使部分燃料氮在进入锅炉炉膛6前被还原，因此能够降低最终所排放烟气中氮氧化物的含量，解决现有技术中的问题。

另外，该燃煤锅炉101通过一组或多组热电偶阵列来检测煤粉预处理装置201内的温度，从而能够根据该温度来控制喷水减温器的喷水量，或则引入的烟气量。

比如，可以通过燃煤锅炉中的第一比例积分控制器，来根据热电偶阵列所测得的温度调节所述尾部引流烟气挡风板11，从而控制所引入的烟气量。或者，可以通过燃煤锅炉中的第二比例积分控制器，来根据热电偶阵列所测得的温度调节喷水减温器3，从而控制所喷入的水量。

其中，这里所说的热电偶阵列所测得的温度，可以是某一组热电偶阵列的温度，也可以是多组热电偶阵列所测得的温度的平均温度。因此，第一比例积分控制器根据热电偶阵列所测得的温度调节尾部引流烟气挡风板11，可以是根据多组热电偶阵列所测得的温度的平均温度，来调节尾部引流烟气挡风板11的开启/关闭、或者气流量大小。同样，第二比例积分控制器根据热电偶阵列所测得的温度调节喷水减温器3，也可以是根据多组热电偶阵列所测得的温度的平均温度，来调节喷水减温器3的阀门开启/关闭、或者喷水流量的大小。

本申请所提供的燃煤锅炉，当燃煤锅炉运行时，一次风(风机14吹入的风)携带煤粉在煤粉预处理装置201的点火器1处点燃后，被送至煤粉预热解装置2，煤粉燃烧产生的热量用于煤粉的热解和维持煤粉预热解装置2内部高温热力平衡(通常介于900-1000℃)。由于该过程在欠氧含水的条件下进行，煤粉预处理会产生大量的一氧化碳、氢气，甲烷等还原性气体。还原性气体在高温条件下与煤粉燃烧产生的氮氧化物反应使其被还原，实现氮氧化物的脱除。

一部分预处理产物通过浓相输送管道4输送至锅炉炉膛6中的主燃区20，另一部分预处理产物(还原性气体为主)通过稀相输送管道5输送至还原区21。主燃区20的预处理产物与二次风混合后继续燃烧，此时可以控制主燃区20的过量空气系数小于1，燃烧产生的烟气流经还原区21与还原性气体混合，可以实现氮氧化物的进一步还原。由于主燃区20和还原区21一直处于低温欠氧燃烧状态，为减小不完全燃烧造成的热量损失，可以在还原区21上方设置燃尽区22，保证煤的进一步燃烧。当锅炉炉膛6出口处氮氧化物或飞灰含碳量过高时，可通过调节二次风和燃尽风的比例，保证还原反应和燃烧效率，实现煤的清洁高效利用。

结合本申请实施例所提供的燃煤锅炉，本申请实施例还提供了一种控制方法，该方法可应用于燃煤锅炉。结合图1和图2所示，该燃煤锅炉中包括设置于给煤装置和锅炉炉膛之间的煤粉预处理装置。如图3所示，该方法包括：

步骤S31：确定煤粉预处理装置中多个热电偶阵列所测得的平均温度。

步骤S32：将该平均温度与煤粉预处理装置的喷水减温器阀门开启温度的差值作为第二比例积分控制器的输入，用于通过所述第二比例积分控制器基于所述差值对所述喷水减温器的阀门进行控制。

在实际应用中，为了便于控制预处理装置内的温度，可以针对喷水减温器预先设置阀门开启温度，当所确定出的平均温度大约或等于该阀门开启温度时，即平均温度与阀门开启温度的差值大于或等于0时，第二比例积分控制器可以控制开启喷水减温器的阀门，从而向其中进行喷水降温。

采用该方法对煤粉预处理装置内的反应温度进行控制，从而维持煤粉预处理装置内部的高温热力平衡，使得预处理过程中所产生的一氧化碳、氢气、甲烷等还原性气体能够与氮氧化物反应，从而将其还原，因此能够提高预处理过程中的脱氮的效果。

在实际应用中，由于反应温度增大时，反应速度通常会增大，但由于温度过高可能又会影响一氧化碳、氢气、甲烷等还原性气体与氮氧化物的化学平衡，因此需要将煤粉预处理装置内的温度控制在一定范围。在设置喷水减温器的阀门开启温度时，结合反应速度和化学平衡等因素，通常可以将该阀门开启温度设置为大于或等于1200℃，比如设置为1200℃、1250℃、1273℃、1300℃、1335℃、1370℃、1400℃或大于1200℃的其他温度。

在实际应用中，该方法还可以包括：将平均温度与煤粉预处理装置的温度预设值的差值作为第一比例积分控制器的输入，从而通过第一比例积分控制器基于该差值对尾部引流烟气挡风板进行调节。

为了便于理解，下面可以结合具体的示例对本申请的燃煤锅炉和控制方法进行说明。以某300MW燃煤发电机组为例，其中，燃煤锅炉燃烧方式为四角切圆，汽轮发电机额定功率300MW。

第一步，根据本申请的实施例的内容，在锅炉炉膛外部安装煤粉预处理装置。结合图2所示，在煤粉预热解装置2的入口管道、出口管道上端和下端共布置热电偶10台用于监控装置不同区域温度，引入空气预热器出口烟气作为预热解装置的温度控制量，利用喷水减温防止预热解装置超温。设置预处理装置运行温度为950℃，将预处理装置内布置的10台热电偶的平均温度与设定运行温度做差值，差值通过比例积分后调节尾部烟气引流挡风板开度，通过烟气量的调节实现对温度的控制；设置喷水减温器开启的临界温度为1200℃，将10台热电偶测量值取平均值后与设定温度做差值，差值通过比例积分后调节煤粉可控高温预热解装置喷水减温器开度，以此调节进入煤粉可控高温预热解装置内减温水的流量。

第二步，燃煤锅炉启动后，一次风携带煤粉首先进入煤粉预处理装置进行点火燃烧，当煤粉预处理装置内温度达到一定温度后，关停点火器，一次风粉实现自持反应。预处理产物通过煤粉预处理装置自身的重力被分为两股送入炉膛，其中15％左右的预处理产物包括一氧化碳、甲烷、氢气等稀相产物被送入还原反应区，其余部分的气固混合物被送入主燃区进行燃烧。为提高锅炉效率，在还原反应区上方可以布置燃尽风。

第三步，设置测点监测锅炉炉膛出口的氮氧化物和一氧化碳浓度，当其排放浓度超过指标限制时，通过调整二次风，燃尽风比例和喷口的喷入位置，控制NOx和CO的排放浓度在规定范围内。

最后，本发明通过炉外设置的煤粉预热解装置和炉内还原反应区，燃尽区的建立，还可以实现了氮氧化物的深度还原，在实现超低氮排放的同时保证锅炉效率，突破现有燃煤锅炉无法大幅度降低NOx排放的技术困境，实现煤的清洁高效利用。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种燃煤锅炉，其特征在于，包括：设置于给煤装置和锅炉炉膛之间的煤粉预处理装置，所述煤粉预处理装置包括点火器、煤粉预热解装置、浓相输送管道以及稀相输送管道，其中：

所述煤粉预热解装置的入口管道与所述给煤装置连接；

所述浓相输送管道和所述稀相输送管道分别与所述锅炉炉膛连接；

所述点火器设置于所述煤粉预热解装置的入口管道中；

所述煤粉预热解装置的入口管道与所述煤粉预热解装置的出口管道垂直连接，并且所述煤粉预热解装置的出口管道两端分别连接浓相输送管道和稀相输送管道。

2.如权利要求1所述的燃煤锅炉，其特征在于，

所述煤粉预热解装置的入口管道中包括第一热电偶阵列；和/或，

所述煤粉预热解装置出口管道的上端包括第二热电偶阵列；和/或，

所述煤粉预热解装置出口管道的下端包括第三热电偶阵列。

3.如权利要求2所述的燃煤锅炉，其特征在于，所述燃煤锅炉还包括：第一比例积分控制器以及尾部引流烟气挡风板；其中，

所述第一比例积分控制器，用于根据所述第一热电偶阵列、第二热电偶阵列和/或第三热电偶阵列所测得的温度，调节所述尾部引流烟气挡风板。

4.如权利要求1或2所述的燃煤锅炉，其特征在于，所述燃煤锅炉还包括：设置于所述煤粉预热解装置出口管道上端的喷水减温器。

5.如权利要求4所述的燃煤锅炉，其特征在于，所述燃煤锅炉还包括：第二比例积分控制器，用于根据所述第一热电偶阵列、第二热电偶阵列和/或第三热电偶阵列所测得的温度，调节所述喷水减温器。

6.如权利要求1所述的燃煤锅炉，其特征在于，所述煤粉预热解装置的入口管道与所述煤粉预热解装置的出口管道具体为垂直的偏心连接。

7.如权利要求1所述的燃煤锅炉，其特征在于，所述燃煤锅炉还包括：设置于所述锅炉炉膛上的多个锅炉二次风口。

8.一种控制方法，其特征在于，设置于给煤装置和锅炉炉膛之间的煤粉预处理装置，包括：

确定所述煤粉预处理装置中多个热电偶阵列所测得的平均温度；

将所述平均温度与所述煤粉预处理装置的喷水减温器阀门开启温度的差值作为第二比例积分控制器的输入，用于通过所述第二比例积分控制器基于所述差值对所述喷水减温器的阀门进行控制。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述平均温度与所述煤粉预处理装置的温度预设值的差值作为第一比例积分控制器的输入，用于通过所述第一比例积分控制器基于所述差值对尾部引流烟气挡风板进行调节。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述喷水减温器阀门开启温度大于或等于1200℃。

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