CN112361371A - 一种燃用高碱煤的方法及锅炉系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃用高碱煤的方法及锅炉系统，所述方法具体为：在燃尽风喷口上方的炉膛燃尽区向整个炉膛横截面喷射添加剂粉末，添加剂粉末的射流方向指向燃尽区炉膛中部区域，向锅炉主燃烧器所在主燃高温区喷射添加剂，主燃高温区添加剂的射流靠近锅炉水冷壁，具体的，主燃高温区添加剂射流的出射角度与水冷壁的夹角不超过45°；所述添加剂粉末为防结渣沾污添加剂。分别向高温区近壁面和燃尽区横截面添加剂细粉可显著增强添加剂防结渣、沾污性能，在使用较少天然硅铝基添加剂的条件下，实现全工况长周期全烧高碱煤，降低发电成本，获得显著的经济效益和安全效益。

Description

一种燃用高碱煤的方法及锅炉系统
技术领域
本发明属于煤粉锅炉燃烧技术领域，具体涉及一种实现煤粉锅炉燃用高碱煤的方法，以及应用该方法的锅炉系统。
背景技术
新疆准噶尔盆地高碱煤储量巨大，其灰中碱金属和硫含量高，导致其结渣、沾污性极强，极大威胁着锅炉的安全经济运行。为了保持机组正常运转，燃煤电厂常大比例(≥25％)掺烧数百公里外购运的高价低碱煤来适当缓解相关问题，发电成本居高不下。低碱煤总储量低，远不能满足持续利用高碱煤的需要。
现有研究发现，向燃煤中添加硅铝基添加剂，一方面有效稀释高温粘性颗粒，另一方面吸附固化气态碱金属，故能有效降低准东煤的结渣、沾污性，实现全烧高碱煤。一种应用方式是添加剂与煤混合后通过一次风进入炉膛，该方式下大量添加剂与煤均匀混合粉化后进入主燃高温区，主燃高温区气态碱金属含量高，添加剂粉末吸附固化碱金属的潜力被过早消耗，抑制尾部受热面沾污的能力不足；同时该方式无法灵活调控添加剂用量和粉化细度。故该方式添加剂用量大。此外，该方式中的制粉系统磨损速率较快。另一种应用方式是将添加剂单独磨制后经常规的二次风喷口送入炉膛。该方式可以强化主燃高温区水冷壁的抗结渣能力，且能灵活控制添加剂用量和粉磨细度。但该方式的缺点是炉膛中心添加剂浓度低，尾部受热面抗沾污能力不足。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种燃用高碱煤的方法，应用该方法的锅炉系统，可以在使用较少天然硅铝基添加剂的条件下，实现全工况长周期全烧高碱煤，降低发电成本，获得显著的经济效益和安全效益。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种燃用高碱煤的方法，在燃尽风喷口上方的炉膛燃尽区向整个炉膛横截面喷射添加剂粉末，添加剂粉末的射流方向指向燃尽区炉膛中部区域；向锅炉主燃烧器所在主燃高温区喷射添加剂，主燃高温区添加剂的射流靠近锅炉水冷壁，具体的，主燃高温区添加剂射流的出射角度与水冷壁的夹角不超过45°；所述添加剂粉末为防结渣沾污添加剂。
用硅铝基物质作为防结渣沾污添加剂，添加剂性质满足：①灰成分中SiO2和Al2O3质量含量之和大于70％，Na2O和K2O的质量含量之和小于5％，SO3的质量含量小于0.5％；②添加剂的坚固性系数小于4；③粒径D97≤48μm；④水分≤5％。
所述添加剂性质满足：①粉末的粒径D97≤20μm；②水分≤1％。
间断投入添加剂：炉膛吹灰器程吹完成后第2～5小时停投主燃高温区添加剂；尾部受热面长程吹灰器程吹完成后第2～5小时停投燃尽区添加剂。
根据负荷锅炉负荷率投入添加剂：锅炉负荷率大于等于75％时，主燃高温区和燃尽区添加剂喷口同时喷入添加剂，添加剂总瞬时用量为入炉煤量的2～6％；锅炉负荷率大于50％且小于70％时，燃尽区添加剂喷口喷入添加剂，添加剂总瞬时用量为入炉煤量的1～3％；锅炉负荷率小于等于50％时，不喷射添加剂。
主燃高温区的添加剂粉末喷口射流速度设置为10～25m/s，燃尽风区出口射流速度设置为30～60m/s。
输送添加剂粉末的气体介质为热空气、再循环热烟气、压缩空气中的一种或其中两者的混合气体。
一种锅炉系统，在锅炉主燃烧器所在主燃高温区的锅炉水冷壁上设置主燃高温区添加剂粉末喷口，主燃高温区添加剂粉末喷口喷射口轴线与水冷壁的夹角不超过45°；在锅炉燃尽风和屏底间的锅炉水冷壁上设置燃尽区添加剂喷口，添加剂粉末喷口的射流方向指向燃尽区炉膛中部区域。
主燃高温区添加剂粉末喷口沿纵向布置2～3层，每相邻两层主燃高温区添加剂粉末喷口的纵向间距可设置为4～8m；每一层主燃高温区添加剂粉末喷口横向并列布置3～14个，每相邻两个主燃高温区添加剂粉末喷口之间的横向间距为3～5m；燃尽区添加剂粉末喷口沿纵向布设1层共3～14个；每相邻两个燃尽区添加剂粉末喷口的横向间距为3～5m。
主燃高温区添加剂粉末喷口和燃尽区添加剂粉末喷口连通热空气、再循环热烟气或压缩空气输送管道；至主燃高温区添加剂粉末喷口和燃尽区添加剂粉末喷口的添加剂粉末路径上设置有调节机构，所述调节机构能单独调节气体介质的组成比例和气流量，所述调节机构能单独调节添加剂粉末的输送速率。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明所述工艺流程易于实现、操作灵活，相对于现有方式具有以下有益效果：①分别向高温区近壁面和燃尽区横截面添加剂细粉可显著增强添加剂防结渣、沾污性能；②高温区近壁面添加剂喷口气流具有贴壁风作用，增强近壁面氧化性气氛，更好地防结渣腐蚀；③燃尽区添加剂喷口气流具有直流燃尽风作用，增强空气分级低氮燃烧效果，增强均匀混合，提高燃尽率；④添加剂独立于制粉系统投入炉膛，可避免制粉系统磨损问题；⑤添加剂独立于煤粉系统，可根据工况随时灵活地调节添加剂用量；⑥添加剂月消耗量及防结渣沾污成本大幅度降低。
基于本发明所述锅炉系统，在锅炉燃尽风和屏底间的水冷壁上设置添加剂粉末喷口，添加剂粉末喷口可向整个炉膛横截面喷射添加剂粉末，添加剂粉末喷口出口射流的方向指向炉膛中部区域，避免添加剂粉末稀释、吸附固化碱金属的潜力在炉膛下部气态碱金属含量较高的区域过早地被消耗，能够增强添加剂抑制尾部受热面沾污的作用；主燃高温区设置添加剂粉末喷口，主燃高温区添加剂喷口的射流出口方向靠近锅炉水冷壁，使大部分添加剂粉末分布在锅炉水冷壁附近，一方面提高了锅炉水冷壁易结渣区域的添加剂浓度；另一方面避免了添加剂进入炉膛中心造成非结渣区域添加剂的浪费，能提高添加剂利用效率，降低添加剂的使用量。
附图说明
图1所示为本发明实施方式示意图。
1-锅炉水冷壁；2-主燃烧器；3-燃尽风喷口；4-尾部受热面；5-主燃高温区炉膛中部区域；6-燃尽区炉膛中部区域；7-主燃高温区添加剂喷口；8-燃尽区添加剂喷口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明实施方式是：
一种锅炉系统，在锅炉燃尽风和屏底间的锅炉水冷壁1上设置燃尽区添加剂喷口8，添加剂粉末喷口可向整个炉膛横截面喷射添加剂粉末，添加剂粉末喷口出口射流的方向指向燃尽区炉膛中部区域6，该方式避免添加剂粉末稀释、吸附固化碱金属的潜力在炉膛下部气态碱金属含量较高的区域过早地被消耗，因此能够增强添加剂抑制尾部受热面4沾污的作用；在锅炉主燃烧器2所在主燃高温区的锅炉水冷壁1上设置主燃高温区添加剂粉末喷口7，主燃高温区添加剂粉末喷口7出口的射流方向靠近锅炉水冷壁，使大部分添加剂粉末分布在锅炉水冷壁附近，该方式一方面提高了锅炉水冷壁1易结渣区域的添加剂浓度；另一方面避免了添加剂进入炉膛中心造成非结渣区域添加剂的浪费，提高了添加剂利用效率。
可以根据锅炉具体情况和喷口结构特征布设添加剂喷口，主燃高温区添加剂粉末喷口7沿纵向布置2～3层，每相邻两层主燃高温区添加剂粉末喷口7的纵向间距可设置为4-8m；每一层主燃高温区添加剂粉末喷口7横向并列布置3～14个，每相邻两个主燃高温区添加剂粉末喷口7之间的横向间距为3-5m；燃尽区添加剂粉末喷口8沿纵向布设1层共3～14个；每相邻两个燃尽区添加剂粉末喷口8的横向间距为3-5m。
一种燃用高碱煤的方法，在燃尽风喷口3上方的炉膛燃尽区向整个炉膛横截面喷射添加剂粉末，向锅炉主燃烧器2所在主燃高温区喷射添加剂，主燃高温区添加剂的射流靠近锅炉水冷壁1，具体的，主燃高温区添加剂在出口7的射流角度与锅炉水冷壁1的夹角不超过45°；
输送添加剂粉末的气体介质可为热空气、再循环热烟气、压缩空气中的一种，或其中两者的混合气体，气体介质的选用主要根据改善燃烧效果来确定。
可选用硅铝基物质作为防结渣沾污添加剂，添加剂性质满足：①灰成分中SiO2和Al2O3质量含量之和大于70％，Na2O和K2O的质量含量之和小于5％，SO3的质量含量小于0.5％；②坚固性系数小于4；③粒径D97≤48μm；④水分≤5％。天然硅铝基物质易得、廉价，最适宜用作防结渣沾污添加剂。也可以选用各项性质优于上述参数的添加剂。另外，可通过降低添加剂粉末细度来增强防结渣、沾污效果，从而减少添加剂用量。具体来说，选用适宜的粉化处理机械将添加剂粉化，控制操作参数使添加剂性质进一步满足：①粉末的粒径D97≤20μm；②水分≤1％。
至添加剂粉末喷口的路径上设置有调节机构，所述调节机构可单独调节气体介质的组成比例和气流量，也可单独调节添加剂粉末的输送速率。
本发明采用现有常规粉末输送系统实现添加剂粉末的输送，同时实现单独调节气体介质的组成比例和气流量以及单独调节添加剂粉末的输送速率。
主燃高温区的添加剂粉末喷口射流速度设置为10～25m/s，燃尽风区出口射流速度设置为30～60m/s。
可根据负荷锅炉负荷率投入添加剂：锅炉负荷率大于等于75％时，主燃高温区和燃尽区添加剂喷口同时喷入添加剂，添加剂总瞬时用量为入炉煤量的2～6％；锅炉负荷率大于50％且小于70％时，燃尽区添加剂喷口喷入添加剂，添加剂总瞬时用量为入炉煤量的1～3％；锅炉负荷率小于等于50％时，可不喷射添加剂。
可间断投入添加剂：炉膛吹灰器程吹完成后第2～5小时停投主燃高温区添加剂；尾部受热面长程吹灰器程吹完成后第2～5小时停投燃尽区添加剂。
作为可选的实施例，锅炉负荷率大于等于75％时，主燃高温区和燃尽区添加剂喷口同时喷入添加剂，炉膛吹灰器程吹完成后第2～5小时停投主燃高温区添加剂；尾部受热面长程吹灰器程吹完成后第2～5小时停投燃尽区添加剂；添加剂总瞬时用量为入炉煤量的2～6％；锅炉负荷率大于50％且小于70％时，燃尽区添加剂喷口喷入添加剂，添加剂总瞬时用量为入炉煤量的1～3％；锅炉负荷率小于等于50％时，可不喷射添加剂。
一种可选的实施例，可以根据炉膛局部结渣沾污情况，按不同操作参数运行各支添加剂喷口。
作为优选的实施例，可采用超细化粉磨设备，将添加剂粒径加工至D97≤10μm。增强防结渣沾污效果。
作为一种简单灵活的锅炉系统及燃烧方法，本发明能够在现役或者新建的前后墙对冲燃烧锅炉或者四角切圆燃烧锅炉上应用。

Claims (10)

1.一种燃用高碱煤的方法，其特征在于，在燃尽风喷口(3)上方的炉膛燃尽区向整个炉膛横截面喷射添加剂粉末，添加剂粉末的射流方向指向燃尽区炉膛中部区域(6)；向锅炉主燃烧器(2)所在主燃高温区喷射添加剂，主燃高温区添加剂的射流靠近锅炉水冷壁(1)，具体的，主燃高温区添加剂射流的出射角度与水冷壁的夹角不超过45°；所述添加剂粉末为防结渣沾污添加剂。
2.根据权利要求1所述的燃用高碱煤的方法，其特征在于，用硅铝基物质作为防结渣沾污添加剂，添加剂性质满足：①灰成分中SiO2和Al2O3质量含量之和大于70％，Na2O和K2O的质量含量之和小于5％，SO3的质量含量小于0.5％；②添加剂的坚固性系数小于4；③粒径D97≤48μm；④水分≤5％。
3.根据权利要求2所述的燃用高碱煤的方法，其特征在于，所述添加剂性质满足：①粉末的粒径D97≤20μm；②水分≤1％。
4.根据权利要求1所述的燃用高碱煤的方法，其特征在于，间断投入添加剂：炉膛吹灰器程吹完成后第2～5小时停投主燃高温区添加剂；尾部受热面长程吹灰器程吹完成后第2～5小时停投燃尽区添加剂。
5.根据权利要求1所述的燃用高碱煤的方法，其特征在于，根据负荷锅炉负荷率投入添加剂：锅炉负荷率大于等于75％时，主燃高温区和燃尽区添加剂喷口同时喷入添加剂，添加剂总瞬时用量为入炉煤量的2～6％；锅炉负荷率大于50％且小于70％时，燃尽区添加剂喷口喷入添加剂，添加剂总瞬时用量为入炉煤量的1～3％；锅炉负荷率小于等于50％时，不喷射添加剂。
6.根据权利要求1所述的燃用高碱煤的方法，其特征在于，主燃高温区的添加剂粉末喷口射流速度设置为10～25m/s，燃尽风区出口射流速度设置为30～60m/s。
7.根据权利要求1所述的燃用高碱煤的方法，其特征在于，输送添加剂粉末的气体介质为热空气、再循环热烟气、压缩空气中的一种或其中两者的混合气体。
8.一种锅炉系统，其特征在于，在锅炉主燃烧器(2)所在主燃高温区的锅炉水冷壁(1)上设置主燃高温区添加剂粉末喷口(7)，主燃高温区添加剂粉末喷口(7)喷射口轴线与水冷壁的夹角不超过45°；在锅炉燃尽风和屏底间的锅炉水冷壁(1)上设置燃尽区添加剂喷口(8)，添加剂粉末喷口的射流方向指向燃尽区炉膛中部区域(6)。
9.根据权利要求8所述的锅炉系统，其特征在于，主燃高温区添加剂粉末喷口(7)沿纵向布置2～3层，每相邻两层主燃高温区添加剂粉末喷口(7)的纵向间距可设置为4～8m；每一层主燃高温区添加剂粉末喷口(7)横向并列布置3～14个，每相邻两个主燃高温区添加剂粉末喷口(7)之间的横向间距为3～5m；燃尽区添加剂粉末喷口(8)沿纵向布设1层共3～14个；每相邻两个燃尽区添加剂粉末喷口(8)的横向间距为3～5m。
10.根据权利要求8所述的锅炉系统，其特征在于，主燃高温区添加剂粉末喷口(7)和燃尽区添加剂粉末喷口(8)连通热空气、再循环热烟气或压缩空气输送管道；至主燃高温区添加剂粉末喷口(7)和燃尽区添加剂粉末喷口(8)的添加剂粉末路径上设置有调节机构，所述调节机构能单独调节气体介质的组成比例和气流量，所述调节机构能单独调节添加剂粉末的输送速率。
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