CN112902150B - 一种在电站前墙或后墙锅炉的燃烧系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种在电站前墙或后墙锅炉的燃烧系统及方法，包含炉膛、主燃烧器、预燃室燃烧器、给粉机和储粉仓，其中预燃室燃烧器和给粉机连接，预燃室燃烧器布置在前墙或后墙。所述方法包括：当炉膛烟气温度达到既定值后，预燃室燃烧器逐个关闭，主燃烧器逐渐开启并通入煤粉，预燃室燃烧器空气阀门关闭，再循环烟气阀门开启；锅炉满负荷运行时，全部预燃室燃烧器均处于停运状态，再循环烟气阀门开启；在超低负荷运行时，主燃烧器未通入煤粉，主燃烧器空气阀门开启；在超低负荷运行结束后，预燃室燃烧器逐个停运，主燃烧器逐个开始运行，同时预燃室燃烧器内通入再循环烟气。本发明解决了电站煤粉锅炉存在低负荷和超低负荷稳燃能力差、NOx排放量高的问题。

Description

一种在电站前墙或后墙锅炉的燃烧系统及方法
技术领域
本发明涉及一种电站煤粉锅炉，具体涉及一种在电站前墙或后墙锅炉的燃烧系统及方法，适用于电站煤粉锅炉的灵活性改造。
背景技术
近年来，清洁能源装机容量逐年增加，但存在间歇性、季节性、波动性、无功供给性能低等特点，这便对火电机组的调峰能力提出了挑战。煤粉锅炉为了灵活适应电力需求，经常需要在超低负荷或低负荷下运行。因此，保证锅炉在超低负荷或低负荷下稳定运行是目前电站煤粉锅炉运行中亟待解决的问题。
NOx是形成雾霾的主要因素，火电厂等重点行业的NOx排放状况越来越重视。我国于2011年制定了关于火电厂烟气排放的标准《火电厂大气污染物排放标准GB13223-2011》，以限制烟气污染物的排放量，其标准指出限制NOx排放标准为50mg/m3。但一些经济较为发达的地区对于污染物排放管理的更加严格，例如北京的NOx排放标准为30mg/m3，深圳则要求E级机组和F级机组排放标准分别为25mg/m3和15mg/m3。因此控制电站煤粉锅炉低负荷情况下的NOx排放刻不容缓。
为了满足电网调峰需要，部分发明专利针对峰值发电存储存储系统进行改造，如发明专利名称：一种蓄热电站及其供热与发电方法(专利号为ZL201610839580.2，下称“文件一”)用于解决其在调峰期间内电厂发电稳定性较差的问题，该发明通过电加热熔融盐的方法来储存“谷期发电”，达到适应电网负荷的目的。但是“文件一”存在使用设备多，实施方式复杂，不同形式能量转化过程中效率低的问题，投资大。实用新型专利名称：一种电站锅炉双切圆和对冲相结合的燃烧器布置结构(专利号为ZL201420586490.3，下称“文件二”)，该专利将对冲和切圆两种布置方式应用于电站锅炉上，可以解决大容量发电机组锅炉燃烧稳定性、经济性较低和NOx排放量大等问题。但该“文件二”中使用的燃烧器数量较多，适用于大容量发电机组，无法实现锅炉低负荷和超低负荷稳燃。
发明内容
本发明提供一种在电站前墙或后墙锅炉的燃烧系统及方法，以解决现有电站煤粉锅炉存在低负荷和超低负荷稳燃能力差、NOx排放量高的问题。
一种在电站前墙或后墙锅炉的燃烧系统，包含炉膛、主燃烧器、预燃室燃烧器、给粉机和储粉仓，前墙和后墙布置在炉膛炉壁上，其中预燃室燃烧器和给粉机连接，储粉仓与给粉机连接，主燃烧器布置在后墙或前墙，预燃室燃烧器布置在前墙或后墙，所述锅炉为墙式布置锅炉。
一种在电站前墙或后墙锅炉的燃烧系统的燃烧方法，所述方法包括：
锅炉启动时，预燃室燃烧器首先点火，预燃室燃烧器一次风率占预燃室燃烧器总风率的20％以下，煤粉气流中煤粉流量与输送煤粉的空气流量的质量比为1.5：1-2.5：1，此时主燃烧器没有通入煤粉，但持续通入空气降低主燃烧器出口温度，防止预燃室出口高温火焰射流烧损主燃烧器；主燃烧器的风量占总风量的25％～35％，当炉膛烟气温度达到既定值后，预燃室燃烧器逐个关闭，主燃烧器逐渐开启并通入煤粉，预燃室燃烧器空气阀门关闭，再循环烟气阀门开启，降低预燃室燃烧器出口温度，再循环烟气量占总烟气量的25％-40％；
锅炉满负荷运行时，全部预燃室燃烧器均处于停运状态，再循环烟气阀门开启，再循环烟气量为总烟气量的35％-40％；
锅炉负荷在20％以下超低负荷运行时，主燃烧器未通入煤粉，主燃烧器空气阀门开启，主燃烧器的风量占总风量的25％-35％，预燃室燃烧器为高浓度给粉状态，煤粉气流中煤粉流量与输送煤粉的空气流量的质量比为1.5：1-2.5：1；
当锅炉负荷在20％超低负荷运行结束后，锅炉需要升负荷，预燃室燃烧器逐个停运，主燃烧器逐个开始运行，同时预燃室燃烧器内通入再循环烟气，降低预燃室燃烧器出口温度，再循环烟气量占总烟气量的25％-40％。
除此之外，实施方式还可以为：主燃烧器运行，预燃室燃烧器停运时，可以持续通入空气代替再循环烟气预燃室燃烧器风量占总风量的20％-25％。
本发明相比现有技术的有益效果是：
一、本发明不需要额外储能设备即可满足应电站灵活调峰需求
“文件一”通过相变的方法储存用电“谷期”电厂发出的电能，需要不同形式能量之间的转化，能量转化效率低，并且需要占用大量的空间并需要专门的储能设备，改造成本高，经济效益低。本发明通过改变燃烧组织方式(预燃室燃烧器前墙或后墙布置，对应主燃烧器后墙或前墙布置)实现低负荷和超低负荷稳燃，本发明采用预燃室燃烧器布置在前墙或后墙上，预燃室燃烧器与给粉系统相连，可以实现高浓度给粉，有利于煤粉及时点燃，预燃室的高温绝热受限空间有助于煤粉在低负荷和超低负荷情况下稳定燃烧。
使用方面，本发明中使用的预燃室燃烧器在辽宁某厂已经投入运行，能够在额定负荷的10％的情况下保证稳燃，负荷调节比可以达到10，能够满足灵活调峰的需求。与“文件一”相比，本发明不需要额外的储能设备，减少了占地空间和改造成本，不需要通过相变的方式适应灵活调峰的需求，增加了能量转化效率，能够有效减少电站的运行成本。
二、本发明可调节负荷范围大
“文件一”中所述实施方式每层需要设置16只燃烧器，只适用于大容量的发电机组，运行时需要功率较高，不能适应锅炉低负荷和超低负荷运行。本发明使用的燃烧器为预燃室燃烧器，可以实现高浓度给粉，在预燃室受限绝热空间内维持高温，旋转的气流能够形成高温贫氧富燃料的回流区，能够保证低负荷和超低负荷条件稳燃，提高燃烧效率。此外由于预燃室燃烧器旋流火焰扩展范围大，热量迅速传递给周围燃烧器喷出的煤粉气流，大大改善了前墙或后墙布置燃烧器炉膛火焰充满度不够的问题，保证燃尽率，燃烧效率高。本发明使用的预燃室燃烧器已经在辽宁某厂正式投运，最低不投油负荷可以达到额定负荷的10％，并能够保证稳定运行。
三、本发明能够有效减少NOx排放量
“文件二”通过对不同燃烧器进行浓淡给粉保证低挥发份煤燃烧，但整体炉膛温度较高，NOx排放量较大。本发明中使用的预燃室燃烧器已经在辽宁某厂投入使用，不投运脱硝装置情况下，锅炉尾部NOx排放低于150mg/m3。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：
附图说明
图1是在电站前墙或后墙锅炉的燃烧系统的预燃室燃烧器布置在前墙底层的示意图；
图2是在电站前墙或后墙锅炉的燃烧系统的预燃室燃烧器多层布置在后墙的示意图；
图3是一种在电站前墙或后墙锅炉的燃烧系统的预燃室燃烧器布置的俯视示意图；
图4是预燃室燃烧器示意图。
具体实施方式
参见图1-图3所示，本实施方式的1、一种在电站前墙或后墙锅炉的燃烧系统，其特征在于：包含炉膛1、主燃烧器2、预燃室燃烧器3、给粉机7和储粉仓8，前墙5和后墙6布置在炉膛1炉壁上，其中预燃室燃烧器3和给粉机7连接，储粉仓8与给粉机7连接，主燃烧器2布置在后墙6或前墙5，预燃室燃烧器3布置在前墙5或后墙6，所述锅炉为墙式布置锅炉。主燃烧器2与预燃室燃烧器对应布置，主燃烧器布置在后墙6时，预燃室燃烧器3布置在前墙5，反之相反布置。锅炉在低负荷和超低负荷条件下运行预燃室燃烧器，保证低负荷和超低负荷情况下的稳燃，在正常负荷条件下运行主燃烧器。
可选地，预燃室燃烧器3在前墙或后墙布置一层或多层。
进一步地，如图1所示，预燃室燃烧器3布置在前墙布置锅炉的前墙5，布置方式为在前墙5底部布置一层预燃室燃烧器3，预燃室燃烧器3位置与在后墙6底层布置的主燃烧器2位置一一对应。
进一步地，如图2所示，预燃室燃烧器3布置在前墙布置锅炉中的后墙6，布置方式为在后墙6布置多层预燃室燃烧器3，预燃室燃烧器3位置与前墙5布置的多层主燃烧器2位置一一对应，竖向单列的预燃室燃烧器3等距布置。
上述实施方式中，使用的燃烧器为预燃室燃烧器，可以实现高浓度给粉，在预燃室受限绝热空间内维持高温，并且能够形成回流区，能够保证低负荷和超低负荷条件稳燃，提高燃烧效率，由于预燃室燃烧器旋流火焰扩展范围大，热量迅速传递给周围燃烧器喷出的煤粉气流，大大改善了前墙或后墙布置燃烧器炉膛火焰充满度不够的问题，保证燃尽率，燃烧效率高。将预燃室燃烧器多层布置，可以提高低负荷运行时的火焰温度，可以保证锅炉正常运行。预燃室燃烧器3与给粉机7之间布置有与二者连接的再循环烟气管道4，预燃室燃烧器3停运时由再循环烟气管道4通入再循环烟气，而主燃烧器2停运时，由再循环烟气管道4通入再循环烟气。
较佳地，在低负荷运行和超低负荷运行时，预燃室燃烧器3投运，正常负荷运行时，主燃烧器2运行，预燃室燃烧器3关闭。将该预燃室燃烧器替换部分电站锅炉的主燃烧器，能够增加锅炉的低负荷和超低负荷稳燃能力。锅炉正常负荷运行时，停运预燃室燃烧器，运行主燃烧器。在低负荷时投入预燃室燃烧器，停运主燃烧器，可以使锅炉运行负荷范围大大增加。
优选地，如图4所示，所述预燃室燃烧器3主要由旋流燃烧器9和预燃室10组成，旋流燃烧器9与预燃室10壁面相连，预燃室10与炉膛1相连，旋流燃烧器9分别与再循环烟气管道4和给粉机7相连，旋流燃烧器9包括由内至外依次同轴设置的一次风管9-1、内二次风管9-2和外二次风管9-3，内二次风管9-2中设置有内二次风叶片9-4，外二次风管9-2中设置有外二次风叶片9-5，内二次风叶片9-4和外二次风叶片9-5均为轴向叶片。
“文件二”通过对不同燃烧器进行浓淡给粉保证低挥发份煤燃烧，但整体炉膛温度较高，NOx排放量较大。本实施方式使用的预燃室燃烧器由旋流燃烧器和预燃室组成，预燃室燃烧器通过与给粉机相连，可以实现高浓度给粉，在预燃室内形成富燃料贫氧环境，有助于减少挥发分N的释放，后续通入燃尽风，实现煤粉的分级燃烧，可以降低炉膛出口NOx排放。
基于上述实施方式，还提供一种所述在电站前墙或后墙锅炉的燃烧系统的燃烧方法，所述方法包括：
锅炉启动时，预燃室燃烧器3首先点火，预燃室燃烧器一次风率占预燃室燃烧器总风率的20％以下，煤粉气流中煤粉流量与输送煤粉的空气流量的质量比为1.5：1-2.5：1，此时主燃烧器2没有通入煤粉，但持续通入空气降低主燃烧器出口温度，防止预燃室10出口高温火焰射流烧损主燃烧器2；
主燃烧器2的风量占总风量的25％-35％，当炉膛烟气温度达到既定值后，预燃室燃烧器3逐个关闭，主燃烧器2逐渐开启并通入煤粉，预燃室燃烧器3空气阀门关闭，再循环烟气阀门开启，降低预燃室燃烧器3出口温度，防止预燃室燃烧器被烧损再循环，再循环烟气量占总烟气量的25％-40％；
锅炉满负荷运行时，全部预燃室燃烧器3均处于停运状态，再循环烟气阀门开启，再循环烟气量为总烟气量的35％-40％；
锅炉负荷在20％以下超低负荷运行时，主燃烧器2未通入煤粉，主燃烧器空气阀门开启，主燃烧器2的风量占总风量的25％-35％，预燃室燃烧器3为高浓度给粉状态，煤粉气流中煤粉流量与输送煤粉的空气流量的质量比为1.5：1-2.5：1；
当锅炉负荷在20％超低负荷运行结束后，锅炉需要升负荷，预燃室燃烧器3逐个停运，主燃烧器2逐个开始运行，同时预燃室燃烧器3内通入再循环烟气，降低预燃室燃烧器3出口温度，再循环烟气量占总烟气量的25％-40％。
除此之外，实施方式还可以为：主燃烧器运行，预燃室燃烧器停运时，可以持续通入空气代替再循环烟气预燃室燃烧器风量占总风量的20％-25％。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (6)

1.一种在电站前墙或后墙锅炉的燃烧系统的燃烧方法，所结合的燃烧系统包含炉膛（1）、主燃烧器（2）、预燃室燃烧器（3）、给粉机（7）和储粉仓（8），前墙（5）和后墙（6）布置在炉膛（1）炉壁上，其中预燃室燃烧器（3）和给粉机（7）连接，储粉仓（8）与给粉机（7）连接，主燃烧器（2）布置在后墙（6）或前墙（5），预燃室燃烧器（3）布置在前墙（5）或后墙（6），所述锅炉为墙式布置锅炉；
其特征在于：所述方法包括：
锅炉启动时，预燃室燃烧器（3）首先点火，预燃室燃烧器一次风率占预燃室燃烧器总风率的20%以下，煤粉气流中煤粉流量与输送煤粉的空气流量的质量比为1.5：1-2.5：1，此时主燃烧器（2）没有通入煤粉，但持续通入空气降低主燃烧器出口温度，防止预燃室（10）出口高温火焰射流烧损主燃烧器（2）；
主燃烧器（2）的风量占总风量的25%-35%，当炉膛烟气温度达到既定值后，预燃室燃烧器（3）逐个关闭，主燃烧器（2）逐渐开启并通入煤粉，预燃室燃烧器（3）空气阀门关闭，再循环烟气阀门开启，降低预燃室燃烧器（3）出口温度，烟气量占总烟气量的25%-40%；锅炉满负荷运行时，全部预燃室燃烧器（3）均处于停运状态，再循环烟气阀门开启，再循环烟气量为总烟气量的35%-40%；
锅炉负荷在20%以下超低负荷运行时，主燃烧器（2）未通入煤粉，主燃烧器空气阀门开启，主燃烧器（2）的风量占总风量的25%-35%，预燃室燃烧器（3）为高浓度给粉状态，煤粉气流中煤粉流量与输送煤粉的空气流量的质量比为1.5：1-2.5：1；
当锅炉负荷在20%超低负荷运行结束后，锅炉需要升负荷，预燃室燃烧器（3）逐个停运，主燃烧器（2）逐个开始运行，同时预燃室燃烧器（3）内通入再循环烟气，降低预燃室燃烧器（3）出口温度，再循环烟气量占总烟气量的25%-40%。
2.根据权利要求1所述的一种在电站前墙或后墙锅炉的燃烧系统的燃烧方法，其特征在于：预燃室燃烧器（3）布置在墙式布置锅炉的前墙（5），布置方式为在前墙（5）底部布置一层预燃室燃烧器（3），预燃室燃烧器（3）位置与在后墙（6）底层布置的主燃烧器（2）位置一一对应。
3.根据权利要求1所述的一种在电站前墙或后墙锅炉的燃烧系统的燃烧方法，其特征在于：预燃室燃烧器（3）布置在墙式布置锅炉的后墙（6），布置方式为在后墙（6）布置多层预燃室燃烧器（3），预燃室燃烧器（3）位置与前墙（5）布置的多层主燃烧器（2）位置一一对应，竖向单列的预燃室燃烧器（3）等距布置。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种在电站前墙或后墙锅炉的燃烧系统的燃烧方法，其特征在于：预燃室燃烧器（3）与给粉机（7）之间布置有与二者连接的再循环烟气管道（4），预燃室燃烧器（3）停运时由再循环烟气管道（4）通入再循环烟气，而主燃烧器（2）停运时，由再循环烟气管道（4）通入再循环烟气。
5.根据权利要求1所述的一种在电站前墙或后墙锅炉的燃烧系统的燃烧方法，其特征在于：预燃室燃烧器（3）在前墙或后墙布置一层或多层。
6.根据权利要求4所述的一种在电站前墙或后墙锅炉的燃烧系统的燃烧方法，其特征在于：所述预燃室燃烧器（3）主要由旋流燃烧器（9）和预燃室（10）组成，旋流燃烧器（9）与预燃室（10）壁面相连，预燃室（10）与炉膛（1）相连，旋流燃烧器（9）分别与再循环烟气管道（4）和给粉机（7）相连，旋流燃烧器（9）包括由内至外依次同轴设置的一次风管（9-1）、内二次风管（9-2）和外二次风管（9-3），内二次风管（9-2）中设置有内二次风叶片（9-4），外二次风管（9-3 ）中设置有外二次风叶片（9-5），内二次风叶片（9-4）和外二次风叶片（9-5）均为轴向叶片。
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