CN112833387A - 一种调节炉膛内烟气温度的锅炉系统 - Google Patents

一种调节炉膛内烟气温度的锅炉系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种调节炉膛内烟气温度的锅炉系统，锅炉系统包括锅炉本体、燃烧器、磨煤机和烟气温度调节装置；锅炉本体内设置有炉膛，在炉膛上设置有燃烧器，燃烧器的燃烧器喷口分布在炉膛的四周并朝向炉膛内，磨煤机通过管道与燃烧器的喷口连接；锅炉本体上设置有与风机连接的二次风喷口；烟气温度调节装置包括褐煤给煤机、风扇磨和旋风分离器；风扇磨与褐煤给煤机的出料口连接；旋风分离器的气体出口通过管线一连接至二次风喷口，旋风分离器的固体出口通过管线二连接至燃烧器的进口。本发明提供的锅炉系统能够灵活调节炉膛内的温度，降温效果明显。

Description

一种调节炉膛内烟气温度的锅炉系统
技术领域
本发明属于于煤粉锅炉燃烧的技术领域，尤其涉及一种优化调节炉膛内烟气温度的锅炉系统。
背景技术
目前，市场化的煤价频繁变化，增加了火力发电企业的成本。为了控制燃料成本，电力企业不得不掺烧价格相对便宜的煤，造成入炉煤煤质波动较大。在此背景下，一个频繁出现的问题是过热器、再燃器超温，解决超温问题最常见的就是喷水，但是喷水往往经济性较差，属于被动的调温方式；另外一种主动的调温方式是调节燃烧器的摆角，下移火焰中心，但是在实际执行过程中也存在有诸多问题，比如：随着煤质、负荷频繁的变化，需要频繁调整运行，运行难度增大；燃烧器的摆角调节范围有限，尤其是当煤质变差，着火推迟时，摆角调节的降温效果并不明显。因此，目前亟需开发一种调节锅炉炉膛内烟气温度的锅炉系统。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明通过对锅炉系统结构的调整，提供了一种调节炉膛内烟气温度的锅炉系统，能够灵活调节炉膛内的温度，降温效果明显。
为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种调节炉膛内烟气温度的锅炉系统，所述锅炉系统包括锅炉本体、燃烧器、磨煤机和烟气温度调节装置；
所述锅炉本体内设置有炉膛，在所述炉膛上设置有燃烧器，所述燃烧器的燃烧器喷口分布在所述炉膛的四周并朝向所述炉膛内，所述磨煤机通过管道与所述燃烧器喷口连接，用于向所述炉膛内输送燃料；
所述锅炉本体的炉膛上设置有与风机连接的二次风喷口，用于向所述炉膛提供二次风以辅助所述炉膛内的燃料燃烧；
所述烟气温度调节装置包括褐煤给煤机、风扇磨和旋风分离器；
其中，所述风扇磨与所述褐煤给煤机的出料口连接，用于将所述褐煤给煤机输送的煤料研磨、干燥，并将干燥后所得的风粉混合物输送至所述旋风分离器的进口；所述旋风分离器的气体出口通过管线一连接至所述二次风喷口，所述旋风分离器的固体出口通过管线二连接至所述燃烧器喷口。
在一些具体的实施方式中，所述风机与所述二次风喷口之间依次连接有空气预热器和风箱；在风机的出风口处设置有空气预热器，空气通过空气预热器预热后进入风箱内，再由二次风喷口喷入锅炉内。
在一些具体的实施方式中，所述锅炉本体的炉膛内设置有高温烟气抽取点、低温烟气抽取点，所述风箱上设置有热风抽取点；所述高温烟气抽取点，用于抽取炉膛内1000℃以上的烟气，比如，1200℃，1500℃；所述低温烟气抽取点，用于抽取炉膛内高于150℃，且低于400℃的烟气；所述热风抽取点，用于抽取风箱内的热风。
在一些具体的操作过程中，从高温烟气抽取点、低温烟气抽取点和热风抽取点中抽取的烟气或热风的流量是由其混合后气体干燥风扇磨中的煤样所得的风粉混合物温度决定；一般来说，经所述风扇磨干燥后所得的风粉混合物的温度低于75℃，优选为60-70℃。
在一些具体的实施方式中，所述烟气温度调节装置还包括气体混合器，用于向所述风扇磨提供气体以干燥由所述褐煤给煤机输送至风扇磨中的煤料；所述高温烟气抽取点、所述低温烟气抽取点和所述热风抽取点的出口连接至所述气体混合器的进气口，所述气体混合器的出气口连接至所述风扇磨的进口。
在一些具体的实施方式中，在所述风扇磨与所述褐煤给煤机连接的管线上设置有下降管，用于将褐煤给煤机输送的褐煤输送至风扇磨中。
在一些具体的实施方式中，所述褐煤给煤机输送的煤样为褐煤，所述褐煤的分析基水分含量为35％以上，优选为40％-60％。本发明通过向炉膛内掺烧高水分的褐煤，利用干燥褐煤后所得的含水分的气体和炉膛内碳的气化吸热反应，从而降低炉膛内的火焰温度，以调节炉膛内整体烟气温度水平，有效防止锅炉系统超温。
在一些具体的实施方式中，在所述旋风分离器的气体出口与所述二次风喷口连接的管线一上，以及在所述旋风分离器的固体出口与所述燃烧器喷口连接的管线二上均设置有阀门，用于打开或切断锅炉本体与烟气温度调节装置的连接。
在一些具体的实施方式中，所述燃烧器喷口在所述炉膛的同一水平面层上设置四个，且四个所述燃烧器喷口分别布置在炉膛的四角上。由于燃烧器喷口采用四角切圆的燃烧方式，在燃烧过程中会产生卷吸作用，炉膛中会形成一个自下而上的漩涡状气流，为喷入的燃料气流提供可卷吸高温烟气，辅助着火，提高了锅炉的运行效率。
在一些具体的实施方式中，在所述炉膛的纵向上分布3-6层所述燃烧器喷口，相邻两层燃烧器喷口之间的纵向距离为0.15-0.25倍燃烧器的高度。在一些优选的实施方式中，炉膛上纵向分布的燃烧器喷口的层数与磨煤机的数量相同，即每台磨煤机一一对应地向不同水平面层的燃烧器喷口输送燃料，再由每个燃烧器喷口喷出。在一些优选的实施方式中，二次风喷口对应设置在每层燃烧器喷口的下方或上方，用以辅助每层燃烧器喷口喷入的燃料在炉膛内燃烧。在具体的实施过程中，可以根据炉膛内温度调节的需要，灵活调整经旋风分离后气体向炉膛内的喷入位置，即炉膛上二次风喷口。
在本发明的一些具体的实施方式中，所述燃烧器为直流燃烧器，所述磨煤机向所述炉膛内输送的燃料为烟煤、无烟煤或贫煤，即磨煤机输送至锅炉本体内的主燃料为烟煤、无烟煤或贫煤。
采用上述的技术方案，具有如下的技术效果：
本发明提供的锅炉系统通过烟气温度调节装置向锅炉本体输送褐煤，利用褐煤中高水分含量和碳的气化吸热反应，降低了炉膛内的火焰温度，调整了炉膛内整体烟气温度水平，有效防止锅炉系统的超温。
本发明的锅炉系统通过掺烧高水分的廉价褐煤，也显著地降低了电厂的燃料成本。
附图说明
图1为本发明锅炉系统的一种实施方式的结构示意图；
其中，1、锅炉本体，2、燃烧器喷口，3、磨煤机，4、二次风喷口，5、风机，6、褐煤给煤机，7、气体混合器，8、风扇磨，9、旋风分离器，10、高温烟气抽取点，11、低温烟气抽取点，12、热风抽取点，13、下降管，14、阀门，15、空气预热器，16、风箱。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合本发明的具体实施方式进行阐述。
本发明提供的调节炉膛内烟气温度的锅炉系统如图1所示，包括锅炉本体1、燃烧器，磨煤机3和烟气温度调节装置；在锅炉本体1的内部设置有炉膛，在炉膛上设置有燃烧器，燃烧器的燃烧器喷口2分布在炉膛的四周并朝向所述炉膛内，磨煤机3通过管道与燃烧器喷口2连接，用于向炉膛内输送燃料。
在锅炉本体1上设置有与风机5连接的二次风喷口4，用于向炉膛内提供二次风以辅助炉膛内的燃料燃烧；在一些具体的实施方式中，在风机5与所述二次风喷口4之间依次连接有空气预热器15和风箱16，即风机5的出风口通过管线连接至空气预热器15的进口，空气预热器15的进口通过管线连接至风箱16的进风口，风箱16的出风口通过管线连接至二次风喷口4的进口。空气通过风机5送入空气预热器15内预热，预热后的空气通过管线进入风箱16后，作为二次风通过管线送至二次风喷口4后通入到炉膛内。
在本发明的锅炉系统中，在炉膛的同一水平面层上设置四个燃烧器喷口2，并且四个燃烧器喷口2分别布置在炉膛的四角上。由于燃烧器喷口2采用四角切圆的分布方式，在燃烧过程中会产生卷吸作用，炉膛中会形成一个自下而上的漩涡状气流，从燃烧器喷口2喷出的燃料气流提供可卷吸高温烟气，辅助着火，提高了锅炉的运行效率。在一些具体的实施方式中，在炉膛的纵向上分布3-6层的燃烧器喷口2，相邻两层燃烧器喷口2之间的纵向距离为0.15-0.25倍燃烧器的高度。在一些具体的实施方式中，即每台磨煤机3一一对应地向不同水平面层的燃烧器喷口2输送燃料，再由每个燃烧器喷口2喷出。在一些优选的实施方式中，二次风喷口4对应地设置在每层燃烧器喷口2的下方或上方，用以辅助每层燃烧器喷口2喷出的燃料在炉膛内燃烧。
本发明提供的锅炉系统中，燃烧器可以采用直流燃烧器，所述磨煤机3向所述炉膛内输送的燃料为烟煤、无烟煤或贫煤。
在本发明提供的锅炉系统中，该锅炉系统还烟气温度调节装置，其包括褐煤给煤机6、风扇磨8和旋风分离器9；其中，风扇磨8通过管线与褐煤给煤机6的出料口连接，以对褐煤给煤机6输送的煤料进行研磨、干燥处理，经干燥后的风粉混合物通过管道输送至旋风分离器9的进口；经过旋风分离器9的气固分离处理后，分离后的气体由旋风分离器9的气体出口流出，并经管线一输送至二次风喷口4进入锅炉本体1中，分离后的固体煤粉由旋风分离器9的固体出口导出，并经管线二输送至燃烧器喷口2，进而喷入锅炉本体1的炉膛内。在一些具体地实施方式中，在管线一和管线二上均设置有阀门14，以打开或切断锅炉本体1与烟气温度调节装置的连接。
在本发明提供的锅炉系统中，褐煤给煤机6输送的煤样为褐煤，经风磨机8干燥、旋风分离器9分离后的固体(即褐煤粉)由燃烧器喷口2喷入炉膛内，分离后的气体由二次风喷口4进入炉膛内，本发明利用褐煤中高水分含量与炉膛内碳进行气化吸热反应，从而降低了炉膛内的火焰温度，进而调节了炉膛内整体烟气温度水平，有效防止锅炉系统的超温。在一些具体的实施方式中，褐煤的分析基水分含量为35％以上，优选为40％-60％。
在一些具体的实施方式中，锅炉本体1内设置有高温烟气抽取点10、低温烟气抽取点11和热风抽取点12；高温烟气抽取点10，用于抽取炉膛内1000℃以上的烟气；低温烟气抽取点11，用于抽取炉膛内高于150℃，且低于400℃的烟气；热风抽取点12，用于抽取风箱16内的热风。上述烟气抽取点和热风抽取点的温度感应方式及抽取方式属于本领域的常规技术手段，在此不再赘述。
为了更好地循环利用锅炉的热源，本发明中的烟气温度调节装置还包括气体混合器7，该气体混合器7的进气口连接至高温烟气抽取点10、低温烟气抽取点11和热风抽取点12的出口，以在气体混合器7内混合上述不同温度的烟气和热风，并将其输送至风扇磨8内以干燥褐煤煤料。具体地，从高温烟气抽取点10、低温烟气抽取点11和热风抽取点12抽取的烟气或热风的流量是由风扇磨干燥后所得的风粉混合物温度决定的，一般来说，经所述风扇磨干燥后所得的风粉混合物的温度低于75℃，优选为60-70℃。
在本发明提供的锅炉系统中，风扇磨8与褐煤给煤机6连接的管线上设置有下降管13，用于将褐煤给煤机6输送的褐煤输送至风扇磨8中。
以下以一台600MW直流锅炉为例，如图1所示，炉膛的纵向上分布有六层燃烧器喷口2，并使用常规的六台中速磨煤机3(编号分别为A、B、C、D、E、F)；其中，编号为A的磨煤机3与炉膛最低层的燃烧器喷口2的连通使用(连接关系如图1所示)，编号为B、C、D、E、F的磨煤机3与其余水平面层的燃烧器喷口2从下往上依次对应连接，即编号为B的磨煤机3与倒数第二层的燃烧器喷口2连接(为了清晰，图1中省略了编号为B、C、D、E、F的磨煤机3与燃烧器喷口2的连接关系)。
以发电负荷从早高峰开始，晚高峰结束为例，对本发明的具体实施方式进行说明。在以下实施方式中，褐煤给煤机输送的褐煤的分析基水分含量为40％，磨煤机3使用的燃料煤种为烟煤。
早上7：00-09：00，属于发电机组的早高峰负荷，期间满负荷600MW运行，编号为A、B、C、D、E的五台磨煤机3运行，编号为F的一台磨煤机3备用；该阶段不启用烟气温度调节装置，关闭阀门14，即不向锅炉本体1内不掺烧褐煤。
电负荷早高峰过后，负荷开始下降，根据负荷曲线锅炉系统需要降温时，关闭编号为A的磨煤机3，开始启用烟气温度调节装置即向锅炉本体1内掺烧褐煤；具体地，首先，从高温烟气抽取点10抽取1100℃的烟气，低温烟气抽取点11抽取400℃的烟气，热风抽取点12抽取250℃的热风在气体混合器7中进行混合，并通入至风扇磨8中；然后，启用褐煤给煤机6、下降管13、风扇磨8，旋风分离器9并打开阀门14，褐煤给煤机6中输送的褐煤进入风扇磨8后，并在具有一定温度的混合气体下进行干燥，干燥后的风粉混合物达到65℃，并将其输送至旋风分离器9，旋风分离出的经干燥的褐煤粉送入至炉膛最低层的燃烧器喷口2，由其喷口喷入至炉膛内，旋风分离出的含水量较高的气体由倒数第二层燃烧器喷口2对应的二次风喷口4进入炉膛。在运行过程中时刻监测锅炉是否超温；如有过热蒸汽超温报警时，调整旋风分离出的气体通入的二次风喷口4的位置，即将风分离出的气体调整成由倒数第三层的燃烧器喷口2对应的二次风喷口4进入炉膛以下移火焰中心，当过热蒸汽超温警报解除，从而实现了炉膛内烟气温度的调节。
下午18：00-20：00负荷晚高峰时，停止褐煤掺烧，依次停运褐煤给煤机6、下降管13、风扇磨8，旋风分离器9并关闭阀门14，再恢复至初始的编号为A、B、C、D、E的五台磨煤机3运行，编号为F的一台磨煤机3备用的运行模式。
虽然，本发明所揭露的具体实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种调节炉膛内烟气温度的锅炉系统，其特征在于，所述锅炉系统包括锅炉本体(1)、燃烧器、磨煤机(3)和烟气温度调节装置；
所述锅炉本体(1)内设置有炉膛，在所述炉膛上设置有燃烧器，所述燃烧器的燃烧器喷口(2)分布在所述炉膛的四周并朝向所述炉膛内，所述磨煤机(3)通过管道与所述燃烧器喷口(2)连接，用于向所述炉膛内输送燃料；
所述锅炉本体(1)的炉膛上设置有与风机(5)连接的二次风喷口(4)，用于向所述炉膛提供二次风以辅助所述炉膛内的燃料燃烧；
所述烟气温度调节装置包括褐煤给煤机(6)、风扇磨(8)和旋风分离器(9)；
其中，所述风扇磨(8)与所述褐煤给煤机(6)的出料口连接，用于将所述褐煤给煤机(6)输送的煤料研磨、干燥，并将干燥后所得的风粉混合物输送至所述旋风分离器(9)的进口；所述旋风分离器(9)的气体出口通过管线一连接至所述二次风喷口(4)，所述旋风分离器(9)的固体出口通过管线二连接至所述燃烧器喷口(2)。
2.根据权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于，所述风机(5)与所述二次风喷口(4)之间依次连接有空气预热器(15)和风箱(16)。
3.根据权利要求2所述的锅炉系统，其特征在于，所述锅炉本体(1)的炉膛内设置有高温烟气抽取点(10)、低温烟气抽取点(11)，所述风箱(16)上设置有热风抽取点(12)；
所述高温烟气抽取点(10)，用于抽取炉膛内1000℃以上的烟气；
所述低温烟气抽取点(11)，用于抽取炉膛内高于150℃，且低于400℃的烟气；
所述热风抽取点(12)，用于抽取所述风箱(16)内的热风。
4.根据权利要求3所述的锅炉系统，其特征在于，所述烟气温度调节装置还包括气体混合器(7)，用于向所述风扇磨(8)提供气体以干燥所述风扇磨(8)中的煤料；
所述高温烟气抽取点(10)、所述低温烟气抽取点(11)和所述热风抽取点(12)的出口连接至所述气体混合器(7)的进气口，所述气体混合器(7)的出气口连接至所述风扇磨(8)的进口。
5.根据权利要求4所述的锅炉系统，其特征在于，在所述风扇磨(8)与所述褐煤给煤机(6)连接的管线上设置有下降管(13)。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的锅炉系统，其特征在于，所述褐煤给煤机(6)输送的褐煤的分析基水分含量为35％以上，优选为40％-60％。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的锅炉系统，其特征在于，在所述旋风分离器(9)的气体出口与所述二次风喷口(4)连接的管线一上，以及在所述旋风分离器(9)的固体出口与所述燃烧器喷口(2)连接的管线二上均设置有阀门(14)。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的锅炉系统，其特征在于，所述燃烧器喷口(2)在所述炉膛的同一水平面层上设置四个，且四个所述燃烧器喷口(2)为四角切圆分布。
9.根据权利要求8所述的锅炉系统，其特征在于，在所述炉膛的纵向上分布3-6层所述燃烧器喷口(2)，相邻两层燃烧器喷口(2)之间的纵向距离为0.15-0.25倍所述燃烧器的高度。
10.根据权利要求9所述的锅炉系统，其特征在于，所述燃烧器为直流燃烧器；所述磨煤机(3)向所述炉膛内输送的燃料为烟煤、无烟煤或贫煤。
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