CN116221771A - 一种锅炉系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种锅炉系统及其控制方法,属于锅炉控制领域。锅炉系统包括:燃料气燃烧器,由下至上设置至少两级,两级燃料气燃烧器互相连通;烯烃分离废气处理系统,所述烯烃分离废气处理系统用于输送并处理烯烃分离废气;燃料气点火系统,所述燃料气点火系统包括设置于最底层所述燃料气燃烧器上的至少一个点火气枪,所述点火气枪与所述烯烃分离废气处理系统的输出端连通,并用于对最底层燃料气燃烧器进行点火处理。本发明解决了现有锅炉启动时环保指标严重超标的问题。
Description
技术领域
本发明涉及锅炉控制领域,特别涉及一种锅炉系统及其控制方法。
背景技术
大型煤制烯烃项目通常都配备有几台高压煤粉锅炉,用来供气、供热、发电。常规煤粉锅炉普遍采用油枪点火和等离子点火方式,在锅炉启动时利用点火枪将柴油点燃后直接喷入燃料气燃烧器,柴油在燃料气燃烧器中燃烧一定时间后将燃料气燃烧器加热到煤粉的着火温度,此时再将煤粉喷入燃料气燃烧器来点燃煤粉,然后逐步退出油枪运行。随着等离子点火技术的出现和不断成熟,在煤粉锅炉中采用了等离子点火装置代替油枪,在锅炉启动过程中通过等离子点燃煤粉,节省了大量燃油。然而,实际应用中,由于柴油点火、等离子点火或柴油与等离子混合点火启动过程中都无法及时达到SCR脱硝反应器投运条件,而整个启动过程NOx排放指标高达600mg/Nm3,时间长达5小时,导致日环保指标严重超标。由此锅炉需要配置可靠的点火技术,以减少环境污染物排放。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有锅炉启动时环保指标严重超标的问题,为此,本发明提出了一种锅炉系统及其环保指标的控制方法。
针对上述技术问题,本发明提供如下技术方案:
一种锅炉系统,包括:燃料气燃烧器,由下至上设置至少两级,两级燃料气燃烧器互相连通;烯烃分离废气处理系统,所述烯烃分离废气处理系统用于输送并处理烯烃分离废气;燃料气点火系统,所述燃料气点火系统包括设置于最底层所述燃料气燃烧器上的至少一个点火气枪,所述点火气枪与所述烯烃分离废气处理系统的输出端连通,并用于对最底层燃料气燃烧器进行点火处理。
本发明的部分实施方式中,还包括燃料气掺烧系统,所述燃料气掺烧系统包括设置于任意一级所述燃料气燃烧器上的至少一个主气枪,所述主气枪与烯烃分离废气处理系统的输出端连通,并用于对燃料气燃烧器进行掺烧处理。
本发明的部分实施方式中,所述烯烃分离废气处理系统包括依次安装于废气回收管上的气水分离装置与减压装置。
本发明的部分实施方式中,还包括氮气吹扫置换系统,所述氮气吹扫置换系统用于对废气回收管内的空气置换为氮气。
本发明同时提供一种锅炉系统的控制方法,包括如下步骤:
S1.控制燃料气点火系统中的点火气枪与烯烃分离废气处理系统连通,对最底层的燃料气燃烧器进行点火处理;
S2.在最底层燃料气燃烧器内燃料气进行燃烧后,控制燃料气掺烧系统的主气枪与烯烃分离废气处理系统连通,对最底层燃料气燃烧器进行掺烧处理;
S3.当最底层燃料气燃烧器内温度达到第一设定温度值后,对其他级燃料气燃烧器投放煤粉,并控制燃料气掺烧系统的主气枪与烯烃分离废气处理系统连通,对其他级燃料气燃烧器进行掺烧处理。
本发明的部分实施方式中,在其他级燃料气燃烧器投放煤粉后,对控制燃料气掺烧系统的主气枪与烯烃分离废气处理系统以及丙烷供给系统连通,实现燃料气及气化的丙烷在燃料气燃烧器内燃烧。
本发明的部分实施方式中,投煤粉前,控制所述燃料气燃烧器出口氧量小于第一阈值,投入煤粉后,控制燃料气燃烧器出口氧量小于第二阈值,其中第二阈值小于第一阈值。
本发明的部分实施方式中,点火前已将燃料气燃烧器加热至第一设定温度值。
本发明的部分实施方式中,燃料气点火系统运行过程中,控制所述燃料气燃烧器的总风量小于第三阈值;煤粉投入燃料气燃烧器后,控制所述燃料气燃烧器的总风量小于第四阈值,所述第四阈值大于第三阈值。
本发明的部分实施方式中,燃料气点火系统运行前或所述锅炉系统停运时,控制氮气吹扫置换系统对废气回收管内的空气进行置换。
本发明的技术方案相对现有技术具有如下技术效果:
本发明提供的锅炉系统中,在锅炉最下层的燃料气燃烧器处设置燃料气点火系统,当锅炉启动时,通过引入烯烃分离废气并利用燃料气点火系统对最底层的燃料气燃烧器进行点火,当最底层的燃料气燃烧器温度达到设定值后,再对其他级燃料气燃烧器投放煤粉,以达到锅炉整个启动过程环保指标不超标。
进一步的,本发明提供的锅炉系统中,通过设置燃料气掺烧系统以加强点火过程中最底层燃料气燃烧器的燃料气燃烧,使燃料气燃烧器快速达到煤粉投入温度要求,提高了锅炉整个启动过程环保性及时效性;同时,当锅炉正常运行时,在设置于上层燃料气燃烧器上的燃料气掺烧系统,可以起到很好的稳燃及节约非环保燃料的作用。
附图说明
下面将通过附图详细描述本发明中优选实施例,将有助于理解本发明的目的和优点,其中:
图1为本发明提供的锅炉系统的一种具体实施方式的结构示意图;
图2为本发明提供的锅炉系统中最底层燃料气燃烧器的一种具体实施方式的结构示意图;
图3为本发明提供的锅炉系统中其他层燃料气燃烧器的一种具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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做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。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外,下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
如图1所示为本发明提供的锅炉系统的一种具体实施方式,该锅炉系统包括:由下至上设置至少两级的燃料气燃烧器10,两级燃料气燃烧器10内部互相连通;烯烃分离废气处理系统20,所述烯烃分离废气处理系统20用于输送并处理烯烃分离废气;以及燃料气点火系统30,所述燃料气点火系统30包括设置于最底层燃料气燃烧器10-1上的至少一个点火气枪31,所述点火气枪31与所述烯烃分离废气处理系统20的输出端连通,并用于对最底层燃料气燃烧器10-1进行点火处理。
上述锅炉系统中,在锅炉最下层的燃料气燃烧器10处设置燃料气点火系统30,当锅炉启动时,通过引入烯烃分离废气并利用燃料气点火系统30对最底层燃料气燃烧器10-1进行点火,当温度达到设定值后,再对其他级燃料气燃烧器10-X投放煤粉,以达到锅炉整个启动过程环保指标不超标。
其中,烯烃分离废气主要成分见下表:
锅炉点火过程中,向烟气中喷入与空气按一定比例混合好的氨气,与烟气中的NOx反应生成氮气和水达到脱除NOx的目的,其化学反应式如下:
4NO+4NH3+O2—→4N2+6H2O
4NH3+2NO2+O2—→3N2+6H2O
NO2+NO+2NH3—→2N2+3H2O
具体地,本发明的部分实施方式中,如图2、图3所示,锅炉系统还包括燃料气掺烧系统40,所述燃料气掺烧系统40包括设置于任意一级所述燃料气燃烧器10上的至少一个主气枪41,所述主气枪41与烯烃分离废气处理系统20的输出端连通,并用于对燃料气燃烧器10进行掺烧处理。其中,经过主气枪41的燃气流量大于点火气枪31的燃气流量。更具体地,每一级燃料气燃烧器10设置四个主气枪41;四个主气枪41分别设置于燃料气燃烧器10的四个边角位置处以使该燃烧器内各部分的燃烧均匀性较好,煤粉能够充分燃烧,容易满足环保指标的要求。最底层燃料气燃烧器10-1上设置四个点火气枪31分别位于该燃料气燃烧器10的接近中部区域的位置,点火气枪31位置相对较为接近,控制四个点火气枪31同时点火时,燃料气的瞬时浓度较高,使底层燃料气燃烧器10更快速地被点燃。
通过在设置上述燃料气掺烧系统40以加强燃料气燃烧,进一步提高了锅炉整个启动过程中的环保性;同时,当锅炉正常运行时,在上层燃料气燃烧器10上设置的燃料气掺烧系统40,可以起到很好的稳燃及节约非环保燃料(例如煤粉)的作用。
具体地,本发明的部分实施方式中,所述烯烃分离废气处理系统20包括依次安装于废气回收管21上的气水分离装置22与减压装置23,其中废气回收管21的端部接入燃气管网,以将燃气引入。通过气水分离装置22后的燃气含湿量下降,再经过减压装置23减压后经过若干分支管路进入至燃料气点火系统30的点火气枪31以及燃料气掺烧系统40的主气枪41内。同时各个分支管路上设置至少一个开关控制阀32/42,通过控制上述开关控制阀32/42可控制燃料气点火系统30或燃料气掺烧系统40开启或关闭。
部分实施方式中,各个分支管路上还可以设置至少一个流量控制阀,通过控制所述流量控制阀可控制进入点火气枪31或主气枪41的燃气流量。
具体地,本发明的锅炉系统的部分实施方式中,还包括氮气吹扫置换系统50,所述氮气吹扫置换系统50可以使废气回收管21内的空气置换为氮气。在燃料气点火系统30运行前或所述锅炉系统停运时,控制氮气吹扫置换系统50开启以对废气回收管21内的空气进行置换,避免锅炉系统停运后废气回收管21内充满燃料气存在安全隐患的问题。
本发明同时提供上述锅炉系统的控制方法的一种具体实施方式,该控制方法包括如下步骤:
S1.控制燃料气点火系统30中的点火气枪31与烯烃分离废气处理系统20连通,对最底层燃料气燃烧器10-1进行点火处理;
具体地,通过打开所述废气回收管21上的开关控制阀32/42以及与点火气枪31连通的分支管路上的开关控制阀32/42及流量控制阀以使点火气枪31与烯烃分离废气处理系统20连通,控制点火气枪31进行点火处理。锅炉启动前,确认锅炉联锁保护试验、CEMS系统校验合格,有关缺陷或检修项目全部完成,尽最大可能避免启动过程的时间延迟。
具体地,点火前已将燃料气燃烧器10加热至第一设定温度值,例如加热至65-75℃,以缩短该燃料气燃烧器10的启动时间。
S2.在最底层燃料气燃烧器10-1内燃料气进行燃烧后,控制燃料气掺烧系统40的主气枪41与烯烃分离废气处理系统20连通,对最底层燃料气燃烧器10-1进行掺烧处理;
通过与主气枪41连通的分支管路上的开关控制阀32/42及流量控制阀以使主气枪41与烯烃分离废气处理系统20连通,对最底层燃料气燃烧器10-1进行掺烧处理,以使燃料气燃烧器10内温度快速升高。
S3.当最底层燃料气燃烧器10-1内温度达到第一设定温度值后,对其他级燃料气燃烧器10-X投放煤粉,并控制燃料气掺烧系统40的主气枪41与烯烃分离废气处理系统20连通,对其他级燃料气燃烧器10-X进行掺烧处理。
具体地,当四支点火气枪31全部投用后,底层的燃料气燃烧器10内的温度能够达到245℃左右,此时,再投用两支主气枪41即可实现温度快速升高至300℃左右,达到了煤粉投入的条件,此时再投入煤粉,不会造成环保指标超标的情况。
同时,投入煤粉后,控制与上层燃料气燃烧器10(非最底层燃料气燃烧器10-1)连通的燃料气掺烧系统40打开,将更多的烯烃分离废气引入燃料气燃烧器10内燃烧,可以降低煤粉的投入量,进一步提高该锅炉系统的环保性能。
具体地,投煤粉前,控制所述燃料气燃烧器10出口氧量小于第一阈值,例如,第一阈值为13%,投入煤粉后,控制燃料气燃烧器10出口氧量小于第二阈值,例如,第二阈值为10%,其中第二阈值小于第一阈值。通过降低氧量,避免NOx折算值异常升高。
具体地,一种可选的方式中,燃料气点火系统30运行过程中,控制所述燃料气燃烧器10的总风量小于第三阈值,所述第三阈值为160t/h;煤粉投入燃料气燃烧器10后,控制所述燃料气燃烧器10的总风量小于第四阈值,所述第四阈值大于第三阈值,例如,所述第四阈值为220t/h,以防止环保指标折算值超标。
具体地,一种可选的实施方式中,在其他级燃料气燃烧器10-X投放煤粉后,对控制燃料气掺烧系统40的主气枪41与烯烃分离废气处理系统20以及丙烷供给系统连通,实现燃料气及气化的丙烷在燃料气燃烧器10内燃烧。
燃料气点火系统30运行前,控制氮气吹扫置换系统50对废气回收管21内的空气进行置换,直至氧含量小于0.5%;当锅炉系统停运时,用氮气吹扫置换系统50置换管网内的废气,直至可燃气体含量小于0.2%或氮气纯度大于99.8%。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种锅炉系统,其特征在于,包括:
燃料气燃烧器,由下至上设置至少两级,两级燃料气燃烧器互相连通;
烯烃分离废气处理系统,所述烯烃分离废气处理系统用于输送并处理烯烃分离废气;
燃料气点火系统,所述燃料气点火系统包括设置于最底层所述燃料气燃烧器上的至少一个点火气枪,所述点火气枪与所述烯烃分离废气处理系统的输出端连通,并用于对最底层燃料气燃烧器进行点火处理。
2.根据权利要求1所述的一种锅炉系统,其特征在于,还包括燃料气掺烧系统,所述燃料气掺烧系统包括设置于任意一级所述燃料气燃烧器上的至少一个主气枪,所述主气枪与烯烃分离废气处理系统的输出端连通,并用于对燃料气燃烧器进行掺烧处理。
3.根据权利要求1所述的一种锅炉系统,其特征在于,所述烯烃分离废气处理系统包括依次安装于废气回收管上的气水分离装置与减压装置。
4.根据权利要求1所述的一种锅炉系统,其特征在于,还包括氮气吹扫置换系统,所述氮气吹扫置换系统用于对废气回收管内的空气置换为氮气。
5.一种锅炉系统的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1.控制燃料气点火系统中的点火气枪与烯烃分离废气处理系统连通,对最底层的燃料气燃烧器进行点火处理;
S2.在最底层燃料气燃烧器内燃料气进行燃烧后,控制燃料气掺烧系统的主气枪与烯烃分离废气处理系统连通,对最底层燃料气燃烧器进行掺烧处理;
S3.当最底层燃料气燃烧器内温度达到第一设定温度值后,对其他级燃料气燃烧器投放煤粉,并控制燃料气掺烧系统的主气枪与烯烃分离废气处理系统连通,对其他级燃料气燃烧器进行掺烧处理。
6.根据权利要求5所述的锅炉系统的控制方法,其特征在于,在其他级燃料气燃烧器投放煤粉后,对控制燃料气掺烧系统的主气枪与烯烃分离废气处理系统以及丙烷供给系统连通,实现燃料气及气化的丙烷在燃料气燃烧器内燃烧。
7.根据权利要求5所述的锅炉系统的控制方法,其特征在于,投煤粉前,控制所述燃料气燃烧器出口氧量小于第一阈值,投入煤粉后,控制燃料气燃烧器出口氧量小于第二阈值,所述第二阈值小于第一阈值。
8.根据权利要求5所述的一种锅炉系统,其特征在于,点火前已将燃料气燃烧器加热至第一设定温度值。
9.根据权利要求5所述的锅炉系统的控制方法,其特征在于,燃料气点火系统运行过程中,控制所述燃料气燃烧器的总风量小于第三阈值;煤粉投入燃料气燃烧器后,控制所述燃料气燃烧器的总风量小于第四阈值,所述第四阈值大于第三阈值。
10.根据权利要求5所述的锅炉系统的控制方法,其特征在于,燃料气点火系统运行前或锅炉系统停运时,控制氮气吹扫置换系统对废气回收管内的空气进行置换。
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