CN110822399A - 冶金行业余热用燃气锅炉及其燃烧控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种冶金行业余热用燃气锅炉及其燃烧控制方法。该冶金行业余热用燃气锅炉包括处理单元、锅筒、第一炉膛和与第一炉膛连接的第二炉膛，第一炉膛和第二炉膛上分别安装有第一燃烧器和第二燃烧器，第二炉膛的出口连接出烟通道，出烟通道中依次布置有第一高压过热器、第二高压过热器、第一中压过热器、第三高压过热器、脱硝装置、第二中压过热器、省煤器和空气预热器；锅筒与第一炉膛和第二炉膛通过管道连接形成自然循环系统，给水泵、省煤器和锅筒顺序连接，锅筒的出汽口与第三高压过热器的进汽口连通；第三高压过热器、第一高压过热器和第二高压过热器顺序连接；第二中压过热器与第一中压过热器顺序连接。

Description

冶金行业余热用燃气锅炉及其燃烧控制方法
技术领域
本发明涉及锅炉领域，具体涉及一种冶金行业余热用燃气锅炉及其燃烧控制方法。
背景技术
现阶段我国对于冶金行业副产品中高炉煤气的余热利用基本只采用一级中压锅炉进行利用，其利用效率低。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明旨在提供一种能够提高对冶金副产品中高炉煤气余热利用率的冶金行业余热用燃气锅炉及其燃烧控制方法。
为了达到上述发明创造的目的，本发明采用的技术方案为：
提供一种冶金行业余热用燃气锅炉，其包括给水泵、处理单元、锅筒、第一炉膛和与第一炉膛连接的第二炉膛，第一炉膛和第二炉膛上分别安装有第一燃烧器和第二燃烧器，第二炉膛的出口连接出烟通道，出烟通道中依次布置有第一高压过热器、第二高压过热器、第一中压过热器、第三高压过热器、脱硝装置、第二中压过热器、省煤器和空气预热器；
空气预热器出口上安装有分别与第一燃烧器和第二燃烧器配合的第一出气通道和第二出气通道；
锅筒与第一炉膛和第二炉膛通过管道连接形成自然循环系统，给水泵、省煤器和锅筒顺序连接，锅筒的出汽口与第三高压过热器的进汽口连通；
第三高压过热器的进汽口上安装有用于接收冶金副产品中高压饱和蒸汽的第一进汽通道，第三高压过热器、第一高压过热器和第二高压过热器顺序连接；第二中压过热器上安装有用于接收冶金副产品中中压饱和蒸汽的第二进汽通道，第二中压过热器与第一中压过热器顺序连接；
第一中压过热器和第二高压过热器的出汽口上分别安装有第一温度采集装置和第二温度采集装置；第一高压过热器和第二高压过热器的管壁上分别安装有用于采集各自壁温的第三温度采集装置和第四温度采集装置；
第二炉膛出烟口处和脱硝装置的入口处分别安装有第五温度采集装置和第六温度采集装置，处理单元分别与显示装置和所有温度采集装置连接；
第一燃烧器和第二燃烧器与燃气调节系统连接，第一出气通道和第二出气通道上安装有助燃风调节系统。
进一步地，脱硝装置为内置式SCR脱销装置。
进一步地，第二炉膛内安装有第三燃烧器，空气预热器出口上安装有与第三燃烧器配合的第三出气通道，第三燃烧器和第三出气通道分别与燃气调节系统和助燃风调节系统连接。
进一步地，第三燃烧器的安装高度高于第二燃烧器的安装高度。
进一步地，高压饱和蒸汽和中压饱和蒸汽的获取方法包括：
利用冶金行业副产品中高炉煤气从一千多度温度降至一百多度过程中的温度对中压水和高压水进行加热分别形成中压饱和蒸汽和高压饱和蒸汽。
另一方面，本方案还提供一种上述冶金行业余热用燃气锅炉的燃烧控制方法，其包括：
获取第一温度采集装置、第二温度采集装置、第三温度采集装置、第四温度采集装置、第五温度采集装置和第六温度采集装置采集的温度；
基于所有温度采集装置采集的温度，利用燃气调节系统调节第一燃烧器和/或第二燃烧器的进气流量，利用助燃风调节系统调节第一出气通道和/或第二出气通道的出风流量。
进一步地，当第一温度采集装置采集的温度低于第一设定温度、第二温度采集装置采集的温度低于第二设定温度、第六温度采集装置采集的温度低于第三设定温度、高压饱和蒸汽开始进入第一进汽通道或中压饱或蒸汽开始进入第二进汽通道时，调节第一燃烧器和/或第二燃烧器的进气流量使第一炉膛和第二炉膛的总吸热量降低，并相应调节第一出气通道和/或第二出气通道的出风流量；
当第三温度采集装置采集的温度高于第四设定温度、第四温度采集装置采集的温度高于第五设定温度、第六温度采集装置采集的温度高于第六设定温度、第一进汽通道内的高压饱和蒸汽开始消失或第二进汽通道内的中压饱和蒸汽开始消失时，调节第一燃烧器和/或第二燃烧器的进气流量使第一炉膛和第二炉膛的总吸热量提高，并相应调节第一出气通道和/或第二出气通道的出风流量。
本发明的有益效果为：
空气经空气预热器加热后进入第一炉膛和/或第二炉膛，冶金行业副产品中降温后的高炉煤气(一般为一百多摄氏度)经第一燃烧器和/或第二燃烧器进入第一炉膛和/或第二炉膛，第一炉膛或第二炉膛内的煤气燃烧产生高温烟气。烟气流经出烟通道对第一高压过热器、第二高压过热器、第一中压过热器、第三高压过热器、脱硝装置、第二中压过热器、省煤器和空气预热器进行加热后进入另外的尾部烟气处理装置达到环保要求后排放至大气，水经水泵、省煤器和锅筒处理后变成高压饱和蒸汽进入第三高压过热器中。
当冶金副产品中高压饱和蒸汽和中压饱和蒸汽存在时，该高压饱和蒸汽经第一进汽管道进入第三高压过热器中。该中压饱和蒸汽依次经第二进汽通道、第二中压过热器和第一中压过热器后形成中压过热蒸汽从第二中压过热器的出汽口流出，以备后续汽轮机发电或其他应用。
第三高压过热器中的所有高压饱和蒸汽依次经第一高压过热器和第二高压过热器后形成高压过热蒸汽从第二高压过热器的出汽口流出，以备后续汽轮机发电或其他应用。
第一炉膛、第二炉膛、第一燃烧器、第二燃烧器、空气预热器燃气、燃气调节系统和助燃风调节系统的结合，使得用户能够基于第一温度采集装置、第二温度采集装置、第三温度采集装置、第四温度采集装置、第五温度采集装置和第六温度采集装置采集的温度，调节第一燃烧器和/或第二燃烧器的进气流量，从而调节第二炉膛出口(相当于第一高压过热器入口)烟气的温度，使得从第二高压过热器出汽口流出的高压过热蒸汽和从第二中压过热器出汽口流出的中压过热蒸汽的温度能够满足后续汽轮机发电或其他应用的需求；也避免了第一高压过热器或第二高压过热器壁温超标而引起的爆管等安全事故，使得该冶金行业余热用燃气锅炉能够很好地适应没有外来高压饱和蒸汽和中压饱和蒸汽时的工况；同时也维持了脱硝装置的最佳工作温度，使得保证脱硝装置顺利高效运行，进而大大降低了冶金行业余热用燃气锅炉出口(也即出烟通道出口)处NOx的含量。
综上，本冶金行业余热用燃气锅炉结合其燃烧控制方法提高了冶金副产品中高炉煤气余热的利用率。
附图说明
图1为冶金行业余热用燃气锅炉的局部结构示意图。
其中，1、第一燃烧器；2、第二燃烧器；3、第三燃烧器；4、锅筒；5、第一高压过热器；6、第二高压过热器；7、第一中压过热器；8、第三高压过热器；9、脱硝装置；10、第二中压过热器；11、省煤器；12、空气预热器；13、第二炉膛；14、第一炉膛。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式做详细说明，以便于本技术领域的技术人员理解本发明。但应该清楚，下文所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。在不脱离所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，本领域技术人员在没有做出任何创造性劳动所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1所示，该冶金行业余热用燃气锅炉包括给水泵、处理单元、锅筒4、第一炉膛14和与第一炉膛14连接的第二炉膛13(即第一炉膛14与第二炉膛13串联相通)，第一炉膛14和第二炉膛13上分别安装有第一燃烧器1和第二燃烧器2，第二炉膛13的出口连接出烟通道，出烟通道中依次布置有第一高压过热器5、第二高压过热器6、第一中压过热器7、第三高压过热器8、脱硝装置9、第二中压过热器10、省煤器11和空气预热器12。
空气预热器12出口上安装有分别与第一燃烧器1和第二燃烧器2配合的第一出气通道和第二出气通道，也即第一出气通道和第二出气通道的末端分别位于第一炉膛14和第二炉膛13内。也即经空气预热器12加热后的空气可以分别经第一出气通道和第二出气通道进入第一炉膛14和第二炉膛13中以分别配合第一燃烧器1和第二燃烧器2喷出的高炉煤气。
锅筒4与第一炉膛14和第二炉膛13通过管道连接形成自然循环系统，给水泵、省煤器11和锅筒4顺序连接，锅筒4的出汽口与第三高压过热器8的进汽口连通。水经给水泵进入省煤器11加热后进入锅筒4，并经锅筒4汽水分离后的高压饱和蒸汽进入第三高压过热器8。关于自然循环系统，其与现有锅炉与锅筒和管道形成的自然循环系统类型，用于自然循环该燃气锅炉的水循环。
第三高压过热器8的进汽口上安装有用于接收冶金副产品中高压饱和蒸汽的第一进汽通道，第三高压过热器8、第一高压过热器5和第二高压过热器6顺序连接；第二中压过热器10上安装有用于接收冶金副产品中中压饱和蒸汽的第二进汽通道，第二中压过热器10与第一中压过热器7顺序连接。上述设置使得各级受热面的温压更合理，可以减少受热面布置，降低成本。
第一中压过热器7和第二高压过热器6的出汽口上分别安装有第一温度采集装置和第二温度采集装置；第一高压过热器5和第二高压过热器6的管壁上分别安装有用于采集各自壁温的第三温度采集装置和第四温度采集装置。
第二炉膛13出烟口处和脱硝装置9的入口处分别安装有第五温度采集装置和第六温度采集装置，处理单元分别与显示装置和第一至第六温度采集装置连接，处理单元用于将第一至第六温度采集装置采集的信号转换为供显示装置显示的信号。
第一燃烧器1和第二燃烧器2与燃气调节系统连接，第一出气通道和第二出气通道上安装有助燃风调节系统。燃气调节系统用于调节进入第一燃烧器1和第二燃烧器2的煤气流量，助燃风调节系统用于调节第一出气通道和第二出气通道的出风流量。
实施时，关于燃气调节系统和助燃风调节系统，其与现有技术中对进入燃烧器的气体流量和空气预热器12出风流量(也即炉膛助燃风的进风流量)的调节类似，采用在第一燃烧器1和第二燃烧器2的进汽管道安装调节阀门，在第一出气通道和第二出气通道上安装调节阀门实现。
其中，脱硝装置为内置式SCR脱销装置。
其中，高压饱和蒸汽和中压饱和蒸汽的获取方法包括：
利用冶金行业副产品中高炉煤气从一千多度温度降至一百多度过程中的温度对中压水和高压水进行加热分别形成所述中压饱和蒸汽和高压饱和蒸汽。
如图1所示，第二炉膛13内安装有第三燃烧器3，空气预热器12上安装有与第三燃烧器3配合的第三出气通道，也即第三出气通道的末端位于第二炉膛13内。同时第三燃烧器3和第三出气通道分别与燃气调节系统和助燃风调节系统连接，用于调节第三燃烧器3的进气流量和第三出气通道的出气流量。进而使得该冶金行业余热用燃气锅炉的调节范围更广，且调节精度更高。具体地，第三燃烧器3的安装高度高于第二燃烧器2的安装高度，以进一步提高该冶金行业余热用燃气锅炉的调节精度。
相同燃烧器运行时，燃烧器的进气流量越大第二炉膛13出烟口的温度越高。
当相同流量下，第二炉膛13出烟口烟气的温度大小情况如下：
只运行第一燃烧器1＜运行第一燃烧器1、第二然燃烧器和第三燃烧器3＜只运行第二燃烧器2和第三燃烧器3。
其中，第一温度采集装置、第二温度采集装置、第三温度采集装置、第四温度采集装置、第五温度采集装置、第六温度采集装置、处理单元分别为WRKKD2-01A(B)型温度传感器、WRKKD2-01A(B)型温度传感器、WRKT-11A(B)型温度传感器、WRKT-11A(B)型温度传感器、WRKKD-02A(B)型温度传感器、WRKKD-02A(B)型温度传感器和DCS控制系统。
另一方面本方案还提供一种本方案提供的冶金行业余热用燃气锅炉的燃烧控制方法，其包括：
获取第一温度采集装置、第二温度采集装置、第三温度采集装置、第四温度采集装置、第五温度采集装置和第六温度采集装置采集的温度；
基于所有温度采集装置采集的温度，利用燃气调节系统调节第一燃烧器1和/或第二燃烧器2的进气流量，利用助燃风调节系统调节第一出气通道和/或第二出气通道的出风流量。
具体地，当第一温度采集装置采集的温度低于第一设定温度、第二温度采集装置采集的温度低于第二设定温度、第六温度采集装置采集的温度低于第三设定温度、高压饱和蒸汽开始进入第一进汽通道或中压饱或蒸汽开始进入(也即开始存在蒸汽流量时)第二进汽通道时，调节第一燃烧器1和/或第二燃烧器2的进气流量使第一炉膛14和第二炉膛13的总吸热量降低，并相应调节第一出气通道和/或第二出气通道的出风流量。
当第三温度采集装置采集的温度高于第四设定温度、第四温度采集装置采集的温度高于第五设定温度、第六温度采集装置采集的温度高于第六设定温度、第一进汽通道内的高压饱和蒸汽开始消失(也即流量为0的第一时刻)或第二进汽通道内的中压饱和蒸汽开始消失时，调节第一燃烧器1和/或第二燃烧器2的进气流量使第一炉膛14和第二炉膛13的总吸热量提高，并相应调节第一出气通道和/或第二出气通道的出风流量。
在一实例中，第二炉膛13内安装有第三燃烧器3，空气预热器12上安装有与第三燃烧器3配合的第三出气通道。同时第三燃烧器3和第三出气通道分别与燃气调节系统和助燃风调节系统连接，为满足汽轮发电机的要求，高压过热蒸汽温度需要达到500℃以上，中压过热蒸汽的温度均需要达到400℃以上，第一高压过热器5、第二高压过热器6和第三高压过热器8材质的允许最高臂温为580℃，内置式SCR脱销装置的最佳工作温度区间为320～400℃，则第一设定温度为510℃和第二设定温度为410℃，第三设定温度为320℃，第四设定温度为570℃，第五设定温度为570℃，第六设定温度为390℃。
关于第一燃烧器1、第二燃烧器2和第三燃烧器3进气流量的调节，可以通过手动逐步微调或利用处理单元自动以设定间隔逐步微调的方式，直至相应温度采集装置采集的实时温度满足要求。在调节第一燃烧器1、第二燃烧器2和第三燃烧器3的进气流量时，也需要相应调节第一出气通道、第二出气通道和第三出气通道的出风流量。

Claims (7)

1.冶金行业余热用燃气锅炉，其特征在于，包括给水泵、处理单元、锅筒(4)、第一炉膛(14)和与第一炉膛(14)连接的第二炉膛(13)，所述第一炉膛(14)和第二炉膛(13)上分别安装有第一燃烧器(1)和第二燃烧器(2)，所述第二炉膛(13)的出口连接出烟通道，所述出烟通道中依次布置有第一高压过热器(5)、第二高压过热器(6)、第一中压过热器(7)、第三高压过热器(8)、脱硝装置(9)、第二中压过热器(10)、省煤器(11)和空气预热器(12)；
所述空气预热器(12)出口上安装有分别与第一燃烧器(1)和第二燃烧器(2)配合的第一出气通道和第二出气通道；
所述锅筒(4)与第一炉膛(14)和第二炉膛(13)通过管道连接形成自然循环系统，所述给水泵、省煤器(11)和锅筒(4)顺序连接，所述锅筒(4)的出汽口与第三高压过热器(8)的进汽口连通；
所述第三高压过热器(8)的进汽口上安装有用于接收冶金副产品中高压饱和蒸汽的第一进汽通道，所述第三高压过热器(8)、第一高压过热器(5)和第二高压过热器(6)顺序连接；所述第二中压过热器(10)上安装有用于接收冶金副产品中中压饱和蒸汽的第二进汽通道，所述第二中压过热器(10)与第一中压过热器(7)顺序连接；
所述第一中压过热器(7)和第二高压过热器(6)的出汽口上分别安装有第一温度采集装置和第二温度采集装置；所述第一高压过热器(5)和第二高压过热器(6)的管壁上分别安装有用于采集各自壁温的第三温度采集装置和第四温度采集装置；
所述第二炉膛(13)出烟口处和脱硝装置(9)的入口处分别安装有第五温度采集装置和第六温度采集装置，所述处理单元分别与显示装置和所有温度采集装置连接；
第一燃烧器(1)和第二燃烧器(2)与燃气调节系统连接，第一出气通道和第二出气通道上安装有助燃风调节系统。
2.根据权利要求1所述的冶金行业余热用燃气锅炉，其特征在于，所述脱硝装置(9)为内置式SCR脱销装置。
3.根据权利要求1所述的冶金行业余热用燃气锅炉，其特征在于，所述第二炉膛(13)内安装有第三燃烧器(3)，所述空气预热器(12)出口上安装有与第三燃烧器(3)配合的第三出气通道，所述第三燃烧器(3)和第三出气通道分别与燃气调节系统和助燃风调节系统连接。
4.根据权利要求3所述的冶金行业余热用燃气锅炉，其特征在于，所述第三燃烧器(3)的安装高度高于第二燃烧器(2)的安装高度。
5.根据权利要求1-4任一所述的冶金行业余热用燃气锅炉，其特征在于，所述高压饱和蒸汽和中压饱和蒸汽的获取方法包括：
利用冶金行业副产品中高炉煤气从一千多度温度降至一百多度过程中的温度对中压水和高压水进行加热分别形成所述中压饱和蒸汽和高压饱和蒸汽。
6.基于权利要求1-5任一所述的冶金行业余热用燃气锅炉的燃烧控制方法，其特征在于，包括：
获取第一温度采集装置、第二温度采集装置、第三温度采集装置、第四温度采集装置、第五温度采集装置和第六温度采集装置采集的温度；
基于所有温度采集装置采集的温度，利用燃气调节系统调节第一燃烧器(1)和/或第二燃烧器(2)的进气流量，利用助燃风调节系统调节第一出气通道和/或第二出气通道的出风流量。
7.根据权利要求6所述的冶金行业余热用燃气锅炉的燃烧控制方法，其特征在于，当第一温度采集装置采集的温度低于第一设定温度、第二温度采集装置采集的温度低于第二设定温度、第六温度采集装置采集的温度低于第三设定温度、高压饱和蒸汽开始进入第一进汽通道或中压饱或蒸汽开始进入第二进汽通道时，调节第一燃烧器(1)和/或第二燃烧器(2)的进气流量使第一炉膛(14)和第二炉膛(13)的总吸热量降低，并相应调节第一出气通道和/或第二出气通道的出风流量；
当第三温度采集装置采集的温度高于第四设定温度、第四温度采集装置采集的温度高于第五设定温度、第六温度采集装置采集的温度高于第六设定温度、第一进汽通道内的高压饱和蒸汽开始消失或第二进汽通道内的中压饱和蒸汽开始消失时，调节第一燃烧器(1)和/或第二燃烧器(2)的进气流量使第一炉膛(14)和第二炉膛(13)的总吸热量提高，并相应调节第一出气通道和/或第二出气通道的出风流量。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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