CN112097250A - 一种基于烟气再循环的w火焰锅炉深度调峰系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于烟气再循环的W火焰锅炉深度调峰系统和方法，增强W火焰锅炉极低负荷稳定运行能力的技术，强化极低负荷下煤粉火炬稳燃能力，改善锅炉汽水特性，使W火焰锅炉具备深度调峰能力。所述系统，包括燃煤锅炉系统和炉烟系统；所述的燃煤锅炉系统包括炉膛，设置在炉膛上的煤粉燃烧器组件和二次风喷口组件，以及连接在煤粉燃烧器组件输入端的锅炉燃料的制粉系统；所述的炉烟系统包括炉烟输送管道和设置在炉烟输送管道上的炉烟风机；炉烟输送管道的输入端分别连接炉膛和炉膛尾部烟道不同位置，用于抽出高温烟气；炉烟输送管道的输出端连接煤粉燃烧器组件和二次风喷口组件，用于将高温烟气循环引入炉膛。
Description
技术领域
本发明属于燃煤火电机组灵活性改造技术领域，涉及烟气再循环技术，具体为一种基于烟气再循环的W火焰锅炉深度调峰系统和方法。
背景技术
为克服大型燃煤火电机组调峰困难，冬季供暖期供热机组弃光弃风现象严重的问题。现有少部分燃用高挥发分烟煤的火电机组已经通过局部系统的改造以及精细化运行调整，将最低不投油稳燃负荷降至30％额定负荷以下。
W火焰锅炉是我国燃用低挥发分煤种的主力炉型，其燃烧系统布置方式较为分散，单个燃烧器的运行状态相对独立，一般W火焰锅炉最低不投油稳燃负荷仅能达到锅炉额定出力的50％左右。在现有的技术条件下要进一步降低锅炉负荷只能投入油枪稳燃，无法实现W火焰锅炉的深度调峰。此外，W火焰锅炉炉膛结构特殊，在极低负荷下锅炉烟气量大比例减少，汽水参数普遍无法达标，影响汽轮机系统运行安全。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于烟气再循环的W火焰锅炉深度调峰系统和方法，增强W火焰锅炉极低负荷稳定运行能力的技术，强化极低负荷下煤粉火炬稳燃能力，改善锅炉汽水特性，使W火焰锅炉具备深度调峰能力。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于烟气再循环的W火焰锅炉深度调峰系统，包括燃煤锅炉系统和炉烟系统；
所述的燃煤锅炉系统包括炉膛，设置在炉膛上的煤粉燃烧器组件和二次风喷口组件，以及连接在煤粉燃烧器组件输入端的锅炉燃料的制粉系统；
所述的炉烟系统包括炉烟输送管道和设置在炉烟输送管道上的炉烟风机；炉烟输送管道的输入端分别连接炉膛和炉膛尾部烟道不同位置，用于抽出高温烟气；炉烟输送管道的输出端连接煤粉燃烧器组件和二次风喷口组件，用于将高温烟气循环引入炉膛。
优选的，所述的煤粉燃烧器组件包括浓相喷口组件，乏气喷口组件和浓淡分离装置；浓淡分离装置的输入端连接制粉系统的输出端，浓淡分离装置的输出端分别经浓相喷口组件和乏气喷口组件接入炉膛；炉烟输送管道的输出端通过三通控制阀，分别接入浓淡分离装置输入端的前粉管和输出端的浓相喷口组件。
进一步，乏气喷口组件入口设置有乏气风速调节挡板，用于平衡乏气喷口组件和浓相喷口组件中的流速分配。
优选的，所述的二次风喷口组件分别布置在炉膛炉拱以上和以下。
优选的，炉烟输送管道的输入端分别经引出管道连接省煤器出口烟道、锅炉转向室和炉底冷灰斗处，用于抽取高温烟气。
进一步，三个抽取点的引出管道上分别设置有调节挡板和热工测点。
一种基于烟气再循环的W火焰锅炉深度调峰方法，基于上述任意一项所述的系统，包括如下步骤，
步骤1，根据入炉煤质情况，通过单独引入其中一股炉烟或若干股不同温度和流量的炉烟混合来控制所需的循环烟气温度和烟气循环量；
步骤2，抽取的高温炉烟经过炉烟风机后，直接绕过制粉系统，以设定的比例分别引入煤粉燃烧器组件和二次风喷口组件，将炉烟的热量供给煤粉气流和二次风，循环烟气进入炉膛参与燃烧和换热过程，对W火焰锅炉进行深度调峰。
优选的，步骤1中，分别经引出管道连接省煤器出口烟道、锅炉转向室和炉底冷灰斗处抽取高温烟气，并分别检测流量和温度，根据设定值反馈调节各个引出管道的电动调门控制高温烟气的温度和烟气量。
优选的，步骤2中，
若浓淡分离装置的系统阻力在炉烟风机工作压力允许范围内，去往煤粉燃烧器组件的高温炉烟由浓淡分离装置前煤粉管道引入；与制粉系统输出的均匀煤粉气流混合升温后进入炉膛，受炉内火焰辐射和烟气对流加热继而提前着火燃烧；
若浓淡分离装置的系统阻力超过炉烟风机工作压力，则高温炉烟由浓淡分离装置后的浓相喷口组件引入，与浓淡分离装置输出的浓相煤粉气流混合升温后进入炉膛，受炉内火焰辐射和烟气对流加热继而提前着火燃烧。
优选的，高温炉烟与浓淡分离装置输出的浓相煤粉气流或浓淡分离装置前的均匀煤粉气流混合，将煤粉气流温度由100～120℃提高到200～300℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明将W火焰锅炉炉膛和尾部烟道中，作为锅炉燃烧产物的高温烟气通过新增的炉烟系统引入锅炉原有的煤粉燃烧器和二次风喷口组件进行循环，并进入炉膛参与燃烧换热过程；重新进入W火焰锅炉燃烧系统中的煤粉燃烧器组件，能够增强低负荷煤粉火炬稳燃能力，同时再循环炉烟还通过二次风喷口组件进入炉膛，能够改善极低负荷下锅炉汽水特性，使W火焰锅炉具备深度调峰能力。
进一步的，被引入燃烧系统各组件的高温炉烟可以来源于炉膛和尾部烟道不同位置，或者由若干股不同位置抽取的、不同温度的烟气进行混合得到，进入燃烧系统各组件的烟气温度和流量可根据需要进行选择。
本发明所述的方法中，根据W火焰锅炉煤粉燃烧器普遍设置的浓淡分离装置的阻力情况，高温炉烟可选择在浓淡分离之前引入煤粉管道，或者通过恰当的接口引入浓淡分离装置之后的浓相喷口一侧。
附图说明
图1为本发明一种基于烟气再循环的W火焰锅炉深度调峰系统的结构示意图。
图中：燃煤锅炉100，炉烟系统200，炉膛1，浓相喷口组件2，乏气喷口组件3，浓淡分离装置4，二次风喷口组件5，锅炉燃料制备系统6，炉烟风机7，炉烟输送管道8。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种基于烟气再循环的W火焰锅炉深度调峰系统和方法，将高温炉烟通过W火焰锅炉煤粉燃烧器组件和二次风喷口组件引入炉膛循环，一方面通过提高风粉混合物温度稳定着火，另一方面烟气经由二次风喷口实现再循环，改善低负荷工况对流受热面的换热效果，从而大大提升W火焰锅炉参与电网深度调峰的低负荷运行能力和改善低负荷调峰期间的运行指标。对于实际锅炉，引入粉燃烧器组件和二次风喷口组件的炉烟流量由风粉温度目标值和设计喷口风速值计算得到，而总体的高温炉烟循环量和温度则根据机组负荷和汽水参数实时调控。
如图1所示，本发明一种基于烟气再循环的W火焰锅炉深度调峰系统，包括燃煤锅炉系统100和炉烟系统200。
本发明中的燃煤锅炉系统100包括炉膛1，煤粉燃烧器组件，二次风喷口组件5和锅炉燃料的制粉系统6。所述的煤粉燃烧器组件包括浓相喷口组件2，乏气喷口组件3和浓淡分离装置4；所述的制粉系统6包括依次连接设置的给煤机、磨煤机和分离器。
炉烟系统200包括炉烟输送管道8和设置在炉烟输送管道8上的炉烟风机7。
炉烟输送管道8的输入端从锅炉炉膛和尾部烟道不同位置抽出高温烟气，输出端引入燃煤锅炉系统100的煤粉燃烧器组件和二次风喷口组件5。
高温炉烟可以从抽取点①或②或③单独引出，或从三个位置抽取后混合，然后通过炉烟输送管道8，经炉烟风机7增压后输送到煤粉燃烧器组件和原有的二次风喷口组件5，二次风喷口组件5布置在炉拱以上和以下。
抽取点①、②和③分别为省煤器出口烟道、锅炉转向室和炉底冷灰斗处通过单独引入其中一股炉烟或若干股不同温度和流量的炉烟混合来控制所需的循环烟气温度，烟气循环量根据入炉煤质情况确定。三个抽取点的引出管道上分别设置有调节挡板和热工测点。
抽取的炉烟经过炉烟风机后，直接绕制粉系统6，以一定的比例分别引入煤粉燃烧器组件和二次风喷口组件，高温炉烟的热量供给煤粉气流和二次风，混合后的循环烟气进入炉膛参与燃烧和换热过程。
不同形式的煤粉燃烧器组件的浓淡分离装置4阻力特性差别较大，若浓淡分离装置4的系统阻力在炉烟风机7工作压力允许范围内，则炉烟风机7出来的高温炉烟压力足以克服浓淡分离装置4及后续结构的系统阻力，去往煤粉燃烧器组件的高温炉烟可由浓淡分离装置4前煤粉管道引入；与制粉系统6输出的均匀煤粉气流混合升温后进入炉膛，受炉内火焰辐射和烟气对流加热继而提前着火燃烧。
若浓淡分离装置4的系统阻力相对偏高，超过炉烟风机7工作压力，即炉烟风机7出来的高温炉烟压力不够，则高温炉烟改由浓淡分离装置4后的浓相喷口组件2引入，与浓淡分离装置4过来的浓相煤粉气流混合升温后进入炉膛，受炉内火焰辐射和烟气对流加热继而提前着火燃烧。
高温炉烟引入煤粉燃烧器各组件后，与浓淡分离装置4过来的浓相煤粉气流或浓淡分离装置4前的均匀煤粉气流混合，将煤粉气流温度由100～120℃提高到200～300℃左右，降低了煤粉气流中的氧浓度。综合煤粉气流温度升高100℃以上和氧浓度降低，煤粉燃烧器组件引入高温炉烟后总体上煤粉气流着火提前，煤粉火炬稳燃能力增强，增加了锅炉低负荷运行的燃烧稳定性。
运行中可通过乏气风速调节挡板平衡乏气喷口组件3和浓相喷口组件2中的流速分配。进入二次风喷口组件5中的高温烟气与二次风混合后进入炉膛，促进一、二次风混合，进一步补充煤粉各个阶段燃烧需要的氧气。随后煤燃烧生成的烟气和再循环的炉烟一起离开炉膛出口，与下游各级受热面换热。
高温炉烟通过二次风喷口组件进入炉膛后，通过对流受热面的烟气流量增大，主要对流受热面的吸热量增加，低负荷下主、再热汽温上升，改善了极低负荷的机组运行经济性和安全性。
炉烟输送管道8上安装有流量和温度测量装置，用以保证系统运行安全稳定。炉烟风机7入口和炉烟引入燃烧系统各组件前，各个炉烟管道上安装电动调门控制适当的烟气量通过。
高温炉烟经由浓相喷口组件2或浓淡分离装置4前粉管，和二次风喷口组件5进入炉膛1后，提高了煤粉气流的温度，煤粉气流着火提前，提高了低负荷下的稳燃能力。煤粉着火提前后，燃烧过程空气分级更充分理想，同时炉烟作为惰性气体降低了燃烧初期煤粉气流中氧浓度，燃烧初期的过量空气系数降低，燃烧生成的NOx浓度因烟气再循环的应用而降低。采用烟气再循环后炉膛出口的总烟气量增加，下游的对流受热面换热量增大，低负荷下主蒸汽和再热蒸汽温度得到提高。
图1中描述的W火焰锅炉燃烧系统仅用作系统示意，实际上本发明基于不同类型的W火焰锅炉提出，其中浓相喷口组件2，乏气喷口组件3，浓淡分离装置4，二次风喷口组件5的布置方式不限于示意图中描述的位置关系。
本发明利用炉烟再循环技术解决了W火焰锅炉参与深度调峰中面临的稳燃性能差、汽水参数偏低和NOx难以控制这几方面的问题，提高了W火焰锅炉深度调峰能力；适用于有进行灵活性改造需求的W火焰锅炉。在提升W火焰锅炉深度调峰能力方面，本发明对应系统运行成本大大降低，无需供给额外的燃料；炉烟系统已有成熟的工艺设备，运行安全风险小；将炉烟再循环技术与W火焰锅炉灵活性改造相结合，一次性解决了W火焰锅炉参与深度调峰时存在的主要运行矛盾；原有燃烧系统组件可进行局部改造继续使用，改造工作量小。
Claims (10)
1.一种基于烟气再循环的W火焰锅炉深度调峰系统，其特征在于，包括燃煤锅炉系统(100)和炉烟系统(200)；
所述的燃煤锅炉系统(100)包括炉膛(1)，设置在炉膛上的煤粉燃烧器组件和二次风喷口组件(5)，以及连接在煤粉燃烧器组件输入端的锅炉燃料的制粉系统(6)；
所述的炉烟系统(200)包括炉烟输送管道(8)和设置在炉烟输送管道(8)上的炉烟风机(7)；炉烟输送管道(8)的输入端分别连接炉膛(1)和炉膛(1)尾部烟道不同位置，用于抽出高温烟气；炉烟输送管道(8)的输出端连接煤粉燃烧器组件和二次风喷口组件(5)，用于将高温烟气循环引入炉膛(1)。
2.根据权利要求1所述的一种基于烟气再循环的W火焰锅炉深度调峰系统，其特征在于，所述的煤粉燃烧器组件包括浓相喷口组件(2)，乏气喷口组件(3)和浓淡分离装置(4)；浓淡分离装置(4)的输入端连接制粉系统(6)的输出端，浓淡分离装置(4)的输出端分别经浓相喷口组件(2)和乏气喷口组件(3)接入炉膛(1)；炉烟输送管道(8)的输出端通过三通控制阀，分别接入浓淡分离装置(4)输入端的前粉管和输出端的浓相喷口组件(2)。
3.根据权利要求2所述的一种基于烟气再循环的W火焰锅炉深度调峰系统，其特征在于，乏气喷口组件(3)入口设置有乏气风速调节挡板，用于平衡乏气喷口组件(3)和浓相喷口组件(2)中的流速分配。
4.根据权利要求1所述的一种基于烟气再循环的W火焰锅炉深度调峰系统，其特征在于，所述的二次风喷口组件(5)分别布置在炉膛(1)炉拱以上和以下。
5.根据权利要求1所述的一种基于烟气再循环的W火焰锅炉深度调峰系统，其特征在于，炉烟输送管道(8)的输入端分别经引出管道连接省煤器出口烟道、锅炉转向室和炉底冷灰斗处，用于抽取高温烟气。
6.根据权利要求5所述的一种基于烟气再循环的W火焰锅炉深度调峰系统，其特征在于，三个抽取点的引出管道上分别设置有调节挡板和热工测点。
7.一种基于烟气再循环的W火焰锅炉深度调峰方法，其特征在于，基于权利要求1-6任意一项所述的系统，包括如下步骤，
步骤1，根据入炉煤质情况，通过单独引入其中一股炉烟或若干股不同温度和流量的炉烟混合来控制所需的循环烟气温度和烟气循环量；
步骤2，抽取的高温炉烟经过炉烟风机(7)后，直接绕过制粉系统，以设定的比例分别引入煤粉燃烧器组件和二次风喷口组件，将炉烟的热量供给煤粉气流和二次风，循环烟气进入炉膛参与燃烧和换热过程，对W火焰锅炉进行深度调峰。
8.根据权利要求7所述的一种基于烟气再循环的W火焰锅炉深度调峰方法，其特征在于，步骤1中，分别经引出管道连接省煤器出口烟道、锅炉转向室和炉底冷灰斗处抽取高温烟气，并分别检测流量和温度，根据设定值反馈调节各个引出管道的电动调门控制高温烟气的温度和烟气量。
9.根据权利要求7所述的一种基于烟气再循环的W火焰锅炉深度调峰方法，其特征在于，步骤2中，
若浓淡分离装置(4)的系统阻力在炉烟风机(7)工作压力允许范围内，去往煤粉燃烧器组件的高温炉烟由浓淡分离装置(4)前煤粉管道引入；与制粉系统(6)输出的均匀煤粉气流混合升温后进入炉膛，受炉内火焰辐射和烟气对流加热继而提前着火燃烧；
若浓淡分离装置(4)的系统阻力超过炉烟风机(7)工作压力，则高温炉烟由浓淡分离装置(4)后的浓相喷口组件(2)引入，与浓淡分离装置(4)输出的浓相煤粉气流混合升温后进入炉膛，受炉内火焰辐射和烟气对流加热继而提前着火燃烧。
10.根据权利要求9所述的一种基于烟气再循环的W火焰锅炉深度调峰方法，其特征在于，高温炉烟与浓淡分离装置(4)输出的浓相煤粉气流或浓淡分离装置(4)前的均匀煤粉气流混合，将煤粉气流温度由100～120℃提高到200～300℃。
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