CN113007698A - 一种用于对冲燃烧锅炉下层的燃烧系统及使用方法 - Google Patents

一种用于对冲燃烧锅炉下层的燃烧系统及使用方法 Download PDF

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Abstract

一种用于对冲燃烧锅炉下层的燃烧系统及使用方法，涉及电站锅炉燃烧技术领域。本发明为解决现有电站锅炉存在的超低负荷下难以稳燃的问题。预燃室燃烧器由旋流燃烧器和预燃室组成。将主燃烧器下方布置一层预燃室燃烧器或将电站中使用的对冲锅炉底层原有燃烧器更换为预燃室燃烧器且预燃室燃烧器与给粉机单独连接，可实现高浓度给粉，不改变上层和中层的主燃烧器。在超低负荷或低负荷条件下，关闭主燃烧器，运行预燃室燃烧器，可以使锅炉稳定运行。预燃室燃烧器布置有再循环烟气管道，预燃室燃烧器停运时，通入再循环烟气或空气，防止预燃室燃烧器烧损。预燃室燃烧器运行，主燃烧器停运时通入空气，防止被烧损。

Description

一种用于对冲燃烧锅炉下层的燃烧系统及使用方法
技术领域
本发明涉及电站锅炉燃烧技术领域，具体涉及一种用于对冲燃烧锅炉下层的燃烧系统 及使用方法。
背景技术
随着风电、太阳能发电等新能源大规模并网，电网需要火电机组提供灵活性调峰的能 力。为了消纳更多新能源，火电机组需要提供更宽的负荷调节范围，特别是将长期处于低 负荷运行工况。火电机组低负荷运行存在的首要问题是保证超低负荷或低负荷情况下燃烧 的稳定性。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锅炉运行中亟待解 决的问题。
预燃室燃烧器可以极大改善上述问题。由于预燃室燃烧器的预燃室相较于炉膛截面热 负荷大，燃烧后释放的热量使预燃室内温度迅速升高，并保持高温，有利于进入预燃室的 煤粉着火和后续的稳定燃烧。利用预燃室燃烧器能够实现超低负荷稳燃，在不投油情况下， 最低负荷降低到10％～30％。能够大大提高机组的调峰能力并保障运行安全。
火力发电厂作为NOx的一个重要排放源，每年会向大气中排放大量的NOx，近些年随着国家环保政策的日益严格，火力发电厂的NOx排放受到严格控制。目前国家大力推 行火电厂超低排放改造，依据超低排放的要求，NOx排放标准为50mg/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。
现有的实用新型专利《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，授权公告号为CN204213909U授权公告日为2013年05月08日，下称“文件一”)，该发明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。但该专利使用的燃 烧器数量较多，只适用于大容量发电机组。但“文件一”每层燃烧器超过8只，每层燃烧 器的负荷高，无法实现超低负荷稳燃，并且“文件一”采用两种燃烧器结构，系统组成更 复杂。实用新型专利《一种谷电蓄热集成装置》(专利号为ZL 201921492578.8，授权公 告号为CN211425164U，授权公告日为2020年9月4日，下称“文件二”)，该发明专利 通过石蜡的相变方法进行储能，实现谷电蓄热集成装置，达到适应电网负荷的目的。发明 专利《一种蓄热电站及其供热与发电方法》(专利号为ZL201610839580.2，授权公告号 为CN106338213A，授权公告日为2017年1月18日，下称“文件三”)，该发明通过电加 热熔融盐的方法来储存“谷期发电”，从而缓解电网峰谷差。“文件二”和“文件三”都使 用谷电蓄热集成装置，通过相变方法进行储能，达到适应电网负荷的目的。但是“文件二” 和“文件三”都存在使用设备多，实施方式复杂，不同形式能量转化过程中效率低的问题。
发明内容
本发明的目的是解决目前电站煤粉锅炉存在低负荷稳燃能力差和NOx排放量高等问 题，进而提供一种用于对冲燃烧锅炉下层的燃烧系统及使用方法；
一种用于对冲燃烧锅炉下层的燃烧系统，所述燃烧系统包括主燃烧器、预燃室燃烧器、 给粉机和储粉仓，所述主燃烧器设置在炉膛的内部，预燃室燃烧器设置在主燃烧器的下方， 预燃室燃烧器的进料端通过管道与给粉机的出料端相连，储粉仓倒置在给粉机的入料端， 且储粉仓与给粉机拆卸连接；
所述预燃室燃烧器包括预燃室和旋流燃烧器，所述预燃室设置在主燃烧器的下方，旋 流燃烧器设置在预燃室内，旋流燃烧器的进料端通过管道与给粉机的出料端相连，由给粉 机、储粉仓和输粉管组成的给粉系统可以实现高浓度给粉；
进一步地，所述旋流燃烧器包括多个进料口，旋流燃烧器通过分流管与给粉机的出料 端相连，分流管包括多个出料口和一个入料口，且分流管的每个出料口与旋流燃烧器的一 个进料口连通设置，分流管的入料口与给粉机的出料端相连；
进一步地，所述旋流燃烧器包括一次风管、内二次风管和外二次风管，一次风管、内 二次风管和外二次风管同轴设置，内二次风管套设在一次风管上，外二次风管套设在内二 次风管上，内二次风管中设置有内二次风叶片，外二次风管中设置有外二次风叶片，内二 次风叶片和外二次风叶片均为轴向叶片；
进一步地，所述分流管上设有再循环烟气管道，再循环烟气管道与分流管的主管部连 通设置；
一种用于对冲燃烧锅炉下层的燃烧系统的使用方法，所述方法是通过以下步骤实现 的：
步骤一：锅炉启动时，预燃室燃烧器首先点火，主燃烧器处于停运状态，预燃室燃烧 器开始运行，火焰将冷炉加热，主燃烧器内持续通入空气，主燃烧器内通入空气量占总空 气量的20％～30％，当炉膛内烟气温度达到既定值后，开始逐个关闭预燃室燃烧器，并逐 个开启主燃烧器，此时预燃室燃烧器管道空气风量调节阀门关闭，再循环烟气调节阀门开 启，持续将再循环烟气通入预燃室燃烧器，防止预燃室燃烧器被高温烟气烧损，再循环烟 气量占总烟气量的20％～25％；
步骤二：当锅炉满负荷运行时，全部预燃室燃烧器均关闭，并持续通入再循环烟气， 全部主燃烧器均正常运行；
步骤三：当锅炉负荷达到20％超低负荷运行时，预燃室燃烧器运行，主燃烧器关闭， 此时，主燃烧器的空气风量调节阀门没有完全关闭，主燃烧器内持续通入空气，降低主燃 烧器出口温度，防止主燃烧器被炉膛内高温烟气烧损，通入空气量占总空气量的 20％～30％。预燃室燃烧器内再循环烟气通道上的阀门关闭，空气阀门开启；
步骤四：当锅炉20％超低负荷运行结束后，需要升负荷，预燃室燃烧器逐个关闭，主燃烧器逐个开始运行，此时，为防止预燃室燃烧器被炉膛内的高温烟气烧损，再循环烟气通道上的阀门开启，持续向预燃室内通入再循环烟气，降低预燃室燃烧器出口温度，再循环烟气量占总烟气量的20％～25％。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、本发明提供的一种用于对冲燃烧锅炉下层的燃烧系统及使用方法，可以解决超低 负荷或低负荷稳燃能力差的问题，本发明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。本发明中使用的预燃室燃烧器已经在辽宁某厂投入使用， 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。正常负荷运行时，停运预燃室燃烧器，在低负荷运行时，投运预燃室燃烧器，可以使锅炉稳定运行负荷范围大大增加。
2、本发明提供的一种用于对冲燃烧锅炉下层的燃烧系统及使用方法，能够有效减少 NOx排放量，本专利采用将最后一层或原有燃烧器替换为预燃室燃烧器，由于采用预燃室 结构进行燃料预燃，保证了煤粉有效燃烧，且与燃烧通过与给粉系统相连接，可实现高浓 度给粉，预燃室中为贫氧环境，减少燃料N的释放，抑制NOx生成，可以适应炉膛低负 荷燃烧。本发明使用的预燃室燃烧器由旋流燃烧器和预燃室组成，在预燃室内形成富燃料 贫氧环境，有助于减少挥发分固体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。本专利使用的预燃室燃烧器已经在辽宁某厂投入使用，不 投入脱硝装置的情况下，锅炉尾部NOx排放量低于150mg/m3。
3、本发明提供的一种用于对冲燃烧锅炉下层的燃烧系统及使用方法，不需要额外的 储能装置即可满足灵活调峰需求，本发明通过改变燃烧组织方式实现低负荷和超低负荷稳 燃，本发明的技术方案采用预燃室燃烧器替换特定位置上的原有燃烧器，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，预燃室受限绝热空间有助于 煤粉在低负荷和超低负荷情况下稳定燃烧。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，满足灵活调峰的需求。与“文件二” 和“文件三”相比，本发明专利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。
附图说明
图1为本发明中预燃室燃烧器布置在主燃烧器最下一层的示意图；
图2为本发明中在主燃烧器下方布置预燃室燃烧器的示意图；
图3为本发明中旋流燃烧器的结构示意图；
图中1炉膛、2主燃烧器、3预燃室燃烧器、4给粉机、5再循环烟气管、6储粉仓、 7预燃室、8旋流燃烧器、9一次风管、10内二次风管、11外二次风管、12内二次风叶片 和13外二次风叶片。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至图3说明本实施方式，本实施方式提供了一种用于对冲 燃烧锅炉下层的燃烧系统，所述燃烧系统包括主燃烧器2、预燃室燃烧器3、给粉机4和储粉仓6，所述主燃烧器2设置在炉膛1的内部，预燃室燃烧器3设置在主燃烧器2的下 方，预燃室燃烧器3的进料端通过管道与给粉机4的出料端相连，储粉仓6倒置在给粉机 4的入料端，且储粉仓6与给粉机4拆卸连接；
本实施方式中，通过预燃室燃烧器3与给粉机4相连接，可实现给粉机4对预燃室燃烧器3高浓度给粉，预燃室燃烧器3与主燃烧器2有两种布置方式，第一种，预燃室燃烧 器3布置在电站用对冲锅炉的最底层主燃烧器2下方，预燃室燃烧器3与上层的主燃烧器 2对齐，第二种，预燃室燃烧器3在对冲锅炉底层，将最底层的主燃烧器2更换为预燃室 燃烧器2。
具体实施方式二：参照图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一 所述的预燃室燃烧器3作进一步限定，本实施方式中，所述预燃室燃烧器3包括预燃室7和旋流燃烧器8，所述预燃室7设置在主燃烧器2的下方或设置在主燃烧器2的最底部， 旋流燃烧器8设置在预燃室7内，旋流燃烧器8的进料端通过管道与给粉机4的出料端相 连。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：参照图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二 所述的旋流燃烧器8作进一步限定，本实施方式中，所述旋流燃烧器8包括多个进料口，旋流燃烧器8通过分流管与给粉机4的出料端相连，分流管包括多个出料口和一个入料口，且分流管的每个出料口与旋流燃烧器8的一个进料口连通设置，分流管的入料口与给粉机4的出料端相连其它组成及连接方式与具体实施方式二相同。
如此设置，为了保证给粉机4对预燃室燃烧器3高浓度给粉时更加均匀，有利于提高 预燃室燃烧器3的工作效率。
具体实施方式四：参照图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式三 所述的旋流燃烧器8作进一步限定，本实施方式中，所述旋流燃烧器8包括一次风管9、内二次风管10和外二次风管11，一次风管9、内二次风管10和外二次风管11同轴设置， 内二次风管10套设在一次风管9上，外二次风管11套设在内二次风管10上，内二次风 管10中设置有内二次风叶片12，外二次风管11中设置有外二次风叶片13，内二次风叶 片12和外二次风叶片13均为轴向叶片。其它组成及连接方式与具体实施方式三相同。
具体实施方式五：参照图1至图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四 所述的分流管作进一步限定，本实施方式中，所述分流管上设有再循环烟气管道5，再循环烟气管道5与分流管的主管部连通设置。其它组成及连接方式与具体实施方式四相同。
如此设置，在分流管上布置有再循环烟气管道5，当预燃室燃烧器3停止运行时，可以通入再循环烟气或空气，防止预燃室燃烧器3停运时被烧损，预燃室燃烧器一次风占预燃室总风量的10％～20％，一次风煤粉质量流量与输送煤粉的空气的质量流量比为1.5： 1～2.5：1。
具体实施方式六：参照图1至图3说明本实施方式，本实施方式中提供一种用于对冲 燃烧锅炉下层的燃烧系统的使用方法，所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一：锅炉启动时，预燃室燃烧器3首先点火，主燃烧器2处于停运状态，预燃室燃烧器开始运行，火焰将冷炉加热，主燃烧器2内持续通入空气，主燃烧器2内通入空气 量占总空气量的20％～30％，当炉膛内烟气温度达到既定值后，开始逐个关闭预燃室燃烧 器3，并逐个开启主燃烧器2，此时预燃室燃烧器3管道空气风量调节阀门关闭，再循环 烟气调节阀门开启，持续将再循环烟气通入预燃室燃烧器3，防止预燃室燃烧器3被高温 烟气烧损，再循环烟气量占总烟气量的20％～25％；
步骤二：当锅炉满负荷运行时，全部预燃室燃烧器3均关闭，并持续通入再循环烟气， 全部主燃烧器2均正常运行；
步骤三：当锅炉负荷达到20％超低负荷运行时，预燃室燃烧器3运行，主燃烧器2关闭，此时，主燃烧器2的空气风量调节阀门没有完全关闭，主燃烧器2内持续通入空气， 降低主燃烧器2出口温度，防止主燃烧器被2炉膛内高温烟气烧损，通入空气量占总空气 量的20％～30％。预燃室燃烧器3内再循环烟气通道5上的阀门关闭，空气阀门开启；
步骤四：当锅炉20％超低负荷运行结束后，需要升负荷，预燃室燃烧器3逐个关闭，主燃烧器2逐个开始运行，此时，为防止预燃室燃烧器3被炉膛内的高温烟气烧损，再循 环烟气通道上的阀门开启，持续向预燃室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20％～25％。
除了可以向预燃室燃烧器3通入再循环烟气来降低预燃室燃烧器3出口温度外，还可 以向预燃室燃烧器3内持续通入空气，此时，通入空气量占总空气量的10～20％。
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，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依 据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发 明技术方案范围。

Claims (6)

1.一种用于对冲燃烧锅炉下层的燃烧系统，其特征在于：所述燃烧系统包括主燃烧器(2)、预燃室燃烧器(3)、给粉机(4)和储粉仓(6)，所述主燃烧器(2)设置在炉膛(1)的内部，预燃室燃烧器(3)设置在主燃烧器(2)的下方，预燃室燃烧器(3)的进料端通过管道与给粉机(4)的出料端相连，储粉仓(6)倒置在给粉机(4)的入料端，且储粉仓(6)与给粉机(4)拆卸连接；
所述预燃室燃烧器(3)包括预燃室(7)和旋流燃烧器(8)，所述预燃室(7)设置在主燃烧器(2)的下方，旋流燃烧器(8)设置在预燃室(7)内，旋流燃烧器(8)的进料端通过管道与给粉机(4)的出料端相连，由给粉机(4)、储粉仓(6)和输粉管组成的给粉系统可以实现高浓度给粉。
2.根据权利要求1中所述的一种用于对冲燃烧锅炉下层的燃烧系统，其特征在于：所述旋流燃烧器(8)包括多个进料口，旋流燃烧器(8)通过分流管与给粉机(4)的出料端相连，分流管包括多个出料口和一个入料口，且分流管的每个出料口与旋流燃烧器(8)的一个进料口连通设置，分流管的入料口与给粉机(4)的出料端相连。
3.根据权利要求2中所述的一种用于对冲燃烧锅炉下层的燃烧系统，其特征在于：所述旋流燃烧器(8)包括一次风管(9)、内二次风管(10)和外二次风管(11)，一次风管(9)、内二次风管(10)和外二次风管(11)同轴设置，内二次风管(10)套设在一次风管(9)上，外二次风管(11)套设在内二次风管(10)上，内二次风管(10)中设置有内二次风叶片(12)，外二次风管(11)中设置有外二次风叶片(13)，内二次风叶片(12)和外二次风叶片(13)均为轴向叶片。
4.根据权利要求3中所述的一种用于对冲燃烧锅炉下层的燃烧系统，其特征在于：所述分流管上设有再循环烟气管道(5)，再循环烟气管道(5)与分流管的主管部连通设置，再循环烟气管道(5)通过阀门控制流量。
5.根据权利要求4中所述的一种用于对冲燃烧锅炉下层的燃烧系统，其特征在于：预燃室燃烧器一次风占预燃室总风量的10％～20％，一次风煤粉质量流量与输送煤粉的空气的质量流量比为1.5：1～2.5：1。
6.一种利用权利要求5中所述的一种用于对冲燃烧锅炉下层的燃烧系统的使用方法，其特征在于：所述方法是通过以下步骤实现的：
步骤一：锅炉启动时，预燃室燃烧器(3)首先点火，主燃烧器(2)处于停运状态，预燃室燃烧器开始运行，火焰将冷炉加热，主燃烧器(2)内持续通入空气，主燃烧器(2)内通入空气量占总空气量的20％～30％，当炉膛内烟气温度达到既定值后，开始逐个关闭预燃室燃烧器(3)，并逐个开启主燃烧器(2)，此时预燃室燃烧器(3)管道空气风量调节阀门关闭，再循环烟气调节阀门开启，持续将再循环烟气通入预燃室燃烧器(3)，防止预燃室燃烧器(3)被高温烟气烧损，再循环烟气量占总烟气量的20％～25％；
步骤二：当锅炉满负荷运行时，全部预燃室燃烧器(3)均关闭，并持续通入再循环烟气，全部主燃烧器(2)均正常运行；
步骤三：当锅炉负荷达到20％超低负荷运行时，预燃室燃烧器(3)运行，主燃烧器(2)关闭，此时，主燃烧器(2)的空气风量调节阀门没有完全关闭，主燃烧器(2)内持续通入空气，降低主燃烧器(2)出口温度，防止主燃烧器被(2)炉膛内高温烟气烧损，通入空气量占总空气量的20％～30％。预燃室燃烧器(3)内再循环烟气通道(5)上的阀门关闭，空气阀门开启；
步骤四：当锅炉20％超低负荷运行结束后，需要升负荷，预燃室燃烧器(3)逐个关闭，主燃烧器(2)逐个开始运行，此时，为防止预燃室燃烧器(3)被炉膛内的高温烟气烧损，再循环烟气通道上的阀门开启，持续向预燃室(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20％～25％。
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