CN116464963A - 中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统，包括有依次相连接的原煤仓、给煤机、中速磨煤机、气固分离装置和粉仓；粉仓的输出端通过给粉机和风粉混合器连接至锅炉；锅炉的烟气输出端依次设有空气预热器、除尘器、引风机和烟囱；还包括有送风机，送风机的输出端连接有介质冷风管路，锅炉的烟气输出端连接有介质热烟管路，介质冷风管路和介质热烟管路末端汇聚并连接至中速磨煤机。本方案能够解决目前采用的燃煤发电机组制粉系统无法满足最小供粉量的要求和供粉响应速率的要求的问题，并且规避烟煤爆炸风险高的情况，同时实现较高的磨粉效率和较低的造价。

Description

中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统及方法
技术领域
本发明属于燃煤发电技术领域，具体地涉及一种中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统及方法。
背景技术
现有燃煤发电机组的制粉系统，主要有四种形式：1、中速磨直吹式制粉系统，适用于烟煤和褐煤，是目前火电机组的主流配置，占到约80％以上；2、双进双出钢球磨直吹式制粉系统，适用于无烟煤(和贫煤)，弥补中速磨无法磨硬质煤的缺陷；3、风扇磨直吹式制粉系统，适用于高水分褐煤，弥补中速磨磨高水分褐煤时干燥出力不足的问题；4、钢球磨中间储仓式制粉系统，该系统主要在九十年代和2000年初应用于20万以下小容量机组，且多为燃用无烟煤或贫煤。
现今国内火电机组制粉系统绝大多数都是直吹式系统，且以采用中速磨为主，只有针对较特殊煤种(硬度大的无烟煤、水分高的褐煤)，相应的用钢球磨或风扇磨替代中速磨，弥补中速磨的适用性问题，但仍然无一例外的采用直吹式系统。储仓式制粉系统，由于流程长、设备多、风险高、造价高等原因，最近十几年已经极少在大型火电机组上采用。
但随着碳中和碳达峰目标的提出，为了适配构建以新能源为主体的新型电力系统，要求火电机组向灵活快速升降负荷、更宽运行负荷范围，甚至日启停的方向发展，以适应电网的调度要求(新能源能发尽发，电量缺口由火电补充)。这其中，燃气轮机组因为启停快，负荷范围广，升负荷速率快的特点，发挥了重要作用(欧美国家体现更为明显)。但我国富煤少油贫气，无法像欧美国家那样以天然气(或页岩气)为主要发电燃料。结合中国的国情，要求燃煤发电机组要向燃机看齐，努力达到更宽负荷、更快速率、每日启停的方向做技术研发，但目前的采用的直吹式制粉系统供粉响应速率较慢，难以达到所需要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：提供一种中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统，尤其针对烟煤高挥发份的煤质特点，解决目前采用的燃煤发电机组制粉系统无法满足最小供粉量的要求和供粉响应速率的要求的问题，并且规避烟煤爆炸风险高的情况，同时实现较高的磨粉效率和较低的造价。
依据本发明的技术方案，本发明提供了一种中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统，包括有依次相连接的原煤仓、给煤机、中速磨煤机、气固分离装置和粉仓；粉仓的输出端通过给粉机和风粉混合器连接至锅炉；锅炉的烟气输出端依次设有空气预热器、除尘器、引风机和烟囱；还包括有送风机，送风机的输出端连接有介质冷风管路，锅炉的烟气输出端连接有介质热烟管路，介质冷风管路和介质热烟管路末端汇聚并连接至中速磨煤机。
进一步地，送风机的输出端具有二次热风管路和二次冷风管路，二次热风管路经过空气预热器后与风粉混合器相连接，二次冷风管路直接与风粉混合器相连接。
进一步地，介质冷风管路为从二次冷风管路上引出的支管。
进一步地，风粉混合器的输出端与锅炉的一次风燃烧器相连接。
进一步地，在空气预热器至风粉混合器之间的二次热风管路上，还分支有一送风管路连接至锅炉的二次风燃烧器。
进一步地，气固分离装置通过乏气风机与锅炉的三次风燃烧器相连接。
进一步地，气固分离装置为旋风分离器。
本发明还提供一种中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉方法，采用具有粉仓的中间储仓式系统结构，并在从煤进入中速磨煤机到煤粉进入粉仓的全程控制干燥介质和输送介质的含氧量，形成惰化氛围。
进一步地，干燥介质采用锅炉烟气输出端的热烟气，并加以冷空气调温混合而成。
进一步地，采用本发明上述优选实施例的中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统进行实施，其包括如下步骤：
煤从原煤仓经给煤机送入中速磨煤机，碾磨成煤粉；
采用锅炉在空气预热器前的烟气输出端抽出的热烟气，同时掺混送风机输出端的冷空气进行调温，混合后形成干燥介质进入中速磨煤机，对煤粉进行干燥，并作为输送介质将煤粉吹出；
吹出的煤粉流过中速磨煤机的分离器，粒径合格的煤粉继续进入气固分离装置进行气固分离，分离后的煤粉进入粉仓，分离出的乏气经乏气风机加压送到锅炉的三次风燃烧器；
煤粉从粉仓经给粉机送入风粉混合器，引部分送风机经空气预热器后输送的二次热风与送风机的二次冷风混合调温后流过风粉混合器，将给粉机送出至风粉混合器的煤粉吹入锅炉的一次风燃烧器。
与现有技术相比，本发明的主要有益技术效果如下：
1、本发明的中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统及方法，针对烟煤煤质，采用中速磨煤机制粉，具有技术成熟、设备可靠、磨粉效率高、电耗水平低、噪声小、占地小、造价低等优点。
2、本发明的中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统及方法采用中间储仓式系统，显著降低最小供粉量，可由原最小供粉量2/5*20％＝8％额定供粉量(现有最低水平)，缩减到1/5*10％＝2％额定供粉量，缩减75％。制粉延迟性对机组升负荷速率的约束性影响降到0。并且，一次风中供粉量与配风量可以分别独立设置，减小锅炉低负荷下风煤比，有利于锅炉低负荷稳燃。
3、本发明的中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统及方法中，中速磨煤机干燥介质采用热烟气为主，冷空气调温，保证干燥介质含氧量不超过12％，保证磨煤机磨粉、干燥以及煤粉储仓全程为惰化氛围，从根本上规避烟煤爆炸风险高的问题。经初步测算，实际可满足干燥介质含氧量不超过10％，更加安全。
附图说明
图1是一种传统的中速磨直吹式制粉系统的结构示意图。
图2是一种传统的钢球磨中间储仓式制粉系统的结构示意图。
图3是本发明的系统结构示意图。
附图中的附图标记说明：
1、原煤仓；
2、给煤机；
3、中速磨煤机；
4、气固分离装置；
5、粉仓；
6、给粉机；
7、风粉混合器；
8、锅炉；
9、空气预热器；
10、除尘器；
11、引风机；
12、烟囱；
13、送风机；
14、介质冷风管路；
15、介质热烟管路；
16、二次热风管路；
17、二次冷风管路；
18、乏气风机；
19、一次风燃烧器；
20、二次风燃烧器；
21、三次风燃烧器。
具体实施方式
本发明提供一种中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统，尤其针对烟煤高挥发份的煤质特点，解决目前采用的燃煤发电机组制粉系统无法满足最小供粉量的要求和供粉响应速率的要求的问题，并且规避烟煤爆炸风险高的情况，同时实现较高的磨粉效率和较低的造价。
本发明的主要构思如下。站在锅炉燃烧侧的角度，要实现更宽负荷，更快的机组升负荷速率，就要尽量压低锅炉最低负荷水平，实现尽量小的低负荷供粉量，同时提高供粉响应速度，满足快速升负荷对需粉量的急剧增加。制粉系统的滞后性(将原煤辗磨成细度合格的煤粉的过程)无法避免，要实现供粉的快速响应，最好的办法就是提前把煤粉制好备用，也就是采用中间储仓式系统。同时，针对烟煤煤质特性，选用更高效的中速磨煤机进行制粉。并且，着重考虑解决挥发份高的烟煤采用储仓式系统时的防爆问题。
更具体而言，传统的一种中速磨直吹式制粉系统如图1所示，其主要结构及工作过程为，煤从原煤仓经给煤机送入中速磨煤机(简称中速磨)，辗磨成细度合格的煤粉。一次风流过空气预热器变成一次热风，与部分一次冷风混合后作为干燥介质进入中速磨煤机，在中速磨煤机内对煤粉进行干燥后将煤粉吹出，流过分离器(中速磨煤机自带)，一直送到锅炉一次风燃烧器进入炉膛。
这是目前火电机组主流的制粉系统配置方案，具有技术成熟、设备可靠、流程短、可控性好等优点，但中速磨煤机自身结构和运行机理决定了其低负荷水平只能降到大概20～25％水平，该直吹式系统也无法解决供粉滞后性问题。
传统的一种钢球磨储仓式制粉系统如图2所示，其主要结构及工作过程为，煤从原煤仓经给煤机和干燥管(磨入口干燥段)后送入钢球磨煤机(简称钢球磨)，研磨成细度合格的煤粉。一次风流过空气预热器变成一次热风，与部分一次冷风混合后作为干燥介质进入干燥管，对原煤进行干燥，然后进入钢球磨。将磨内煤粉吹出，先流过粗粉分离器，将细度不合格的煤粉分离出来回到钢球磨里，细度合格的煤粉被一次风携带流入细粉分离器，进行气固分离，煤粉被分离出来进入粉仓，细粉分离器顶部乏气(约含5～10％煤粉)，经排粉风机升压后进入锅炉三次风燃烧器。送粉采用热风送粉，引部分二次热风与少量二次冷风混合调温后流过风粉混合器，将粉仓下部给粉机送出的煤粉吹入锅炉一次风燃烧器。
这是我国二十年前、机组容量尚在300MW以下级别时应用较多的制粉系统配置方案，它可以解决供粉响应速度慢以及最小供粉量的问题，但应用条件主要仅限于无烟煤或贫煤，挥发份较低，爆炸风险小。而对于挥发份高的烟煤，没有应用案例，风险很大。因此若要移植到烟煤煤质，需要重点考虑防爆问题。对此，本发明方案采用的方式为，从进磨前到排粉前全程控制干燥和输送介质的含氧量，形成惰化氛围，从根本上解决防爆的问题。
请参阅图3，本发明的一种中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统，主要包括有依次相连接的原煤仓1、给煤机2、中速磨煤机3、气固分离装置4和粉仓5。粉仓5的输出端通过给粉机6和风粉混合器7连接至锅炉8，锅炉8的烟气输出端依次设有空气预热器9、除尘器10、引风机11和烟囱12。还包括有送风机13，送风机13的输出端连接有介质冷风管路14，锅炉8的烟气输出端(具体例如为空气预热器9前的烟道)连接有介质热烟管路15，介质冷风管路14和介质热烟管路15末端汇聚并连接至中速磨煤机3的干燥介质(输送介质)输入端。从而引含氧量很低的热烟气，混合冷空气，作为煤的干燥介质以及后续煤粉的输送介质，形成惰性的气氛，从而避免爆炸的发生。优选地，中速磨煤机3的干燥介质输入端为一个入口管路，介质冷风管路14和介质热烟管路15先在该一个入口管路处汇聚、进行调温，并可在其上设置测温装置等，使介质温度基本均匀且符合要求后再进入中速磨煤机3。
其中，介质冷风管路14为从二次冷风管路17上引出的支管，或者，介质冷风管路14为与二次冷风管路17及二次热风管路16相独立、相并列地分支于送风机13输出端的管路。优选为如图3所示的二次冷风管路17上的支管，从而能够便于通过管路进行分流，使介质冷风管路14的流量相对较小，进而保证混合后的干燥介质的含氧量足够低。
更具体而言，锅炉8的输入端具有一次风燃烧器19、二次风燃烧器20和三次风燃烧器21。送风机13的输出端具有二次热风管路16和二次冷风管路17，二次热风管路16经过空气预热器9后与风粉混合器7相连接，二次冷风管路17直接与风粉混合器7相连接，二者调温形成送粉过程所用的热风。风粉混合器7的输出端与锅炉8的一次风燃烧器19相连接。在煤粉由风粉混合器7进入到锅炉8燃烧器之前，煤粉温度(点火能量)不足，因此送粉的热风中含有氧气也不易发生爆炸。优选地，风粉混合器7的热风输入端为一个入口管路，二次热风管路16和二次冷风管路17先在该一个入口管路处汇聚、进行调温，并可在其上设置测温装置等，使空气(热风)温度基本均匀且符合要求后再进入风粉混合器7。在空气预热器9至风粉混合器7之间的二次热风管路16上，还分支有一送风管路连接至锅炉8的二次风燃烧器20，从而为锅炉8提供所需的氧气。
中速磨煤机3上自带地设有配套的分离器，优选为动态分离器，煤粉细度更加便于调节控制，且均匀性较佳。分离器的细粉输出端与气固分离装置4相连接，分离器的粗粉输出端与中速磨煤机3相连接，从而实现粗细粉的筛分、使细度不合格的粗粉继续研磨。
气固分离装置4优选为旋风分离器。其分离精度不如袋式除尘器，乏气带粉量将显著高于袋式除尘器方案。若采用袋式除尘器，则存在布袋反吹气源的问题，也需要用惰性气体(一般用氮气)进行反吹，火电厂没有满足压力要求的用量这么大的惰性气体，需要额外再建一套制氮、储氮装置，成本较高，故本发明提出优选采用旋风分离器的方案，可降低系统建造成本。
此外，由于旋风分离器出口乏气含煤粉量相对较大，不宜直接排至除尘器10入口，将造成燃料的浪费，因此本发明提出乏气进锅炉三次风燃烧器的方案，即，气固分离装置4的气体输出端通过乏气风机18与锅炉8的三次风燃烧器21相连接，从而充分利用乏气中的煤粉，并实现锅炉烟气再循环。
基于本发明上述发明构思及系统结构，本发明提供一种中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉方法，采用具有粉仓5的中间储仓式系统结构，并在从煤进入中速磨煤机3到煤粉进入粉仓5的全程控制干燥介质和输送介质的含氧量，形成惰化氛围。优选地，干燥介质采用锅炉8烟气输出端的热烟气，并加以冷空气调温混合而成。干燥介质的含氧量优选不超过12％，更优选为不超过10％。
进一步具体而言，以图3所示的优选实施方式为例，本发明的中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉方法包括如下步骤：
煤从原煤仓1经给煤机2送入中速磨煤机3，碾磨成煤粉；
采用锅炉8在空气预热器9前的烟气输出端(烟道)抽出的热烟气，同时掺混少量送风机13输出端的冷空气进行调温，混合后形成干燥介质进入中速磨煤机3，对煤粉进行干燥，并继续作为输送介质(携带有从煤粉上蒸发出的少量水蒸气)将煤粉吹出。
吹出的煤粉流过中速磨煤机3的分离器，粒径合格的煤粉继续进入气固分离装置4进行气固分离，分离后的煤粉进入粉仓5，分离出的乏气经乏气风机18加压送到锅炉8的三次风燃烧器21。其中，乏气的成分包括有干燥介质、煤粉中蒸发出来的水蒸气以及5～10％的煤粉。
送粉采用热风送粉，具体地，煤粉从粉仓5经给粉机6送入风粉混合器7，引部分送风机13经空气预热器9后输送的二次热风与送风机13的二次冷风混合调温后流过风粉混合器7，将给粉机6送出至风粉混合器7的煤粉吹入锅炉8的一次风燃烧器19。
需要说明的是，本发明上述系统及方法仅对主要改进及相关部分进行了解释说明，其余未详述的部分，例如系统中连通各部分的管路根据需要设有阀门控制系统等，再如方法中的温度、流速控制等，根据需要采用现有技术方案即可；以及根据需要还可考虑在特定管路中增设风机或气泵以进一步控制烟气/空气流量等。
综上所述，本发明的主要特点、优势、创新性如下：
1、本发明的中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统及方法，针对烟煤煤质，采用中速磨煤机制粉，具有技术成熟、设备可靠、磨粉效率高(相较于钢球磨)、电耗水平低(尤其部分负荷下电耗显著低于钢球磨)、噪声小、占地小、造价低等优点。
2、为满足最小供粉量的要求和供粉响应速率的要求，采用中间储仓式系统。该系统的最小供粉量仅受给粉机最小出力的约束，最小出力可<10％，显著低于中速磨最低负荷水平20～25％，同时可实现锅炉单层燃烧器运行。储仓式系统向锅炉供粉只取决于粉仓内煤粉储量和给粉机的可靠性，完美规避制粉环节的滞后性问题。显著降低最小供粉量，可由原最小供粉量2/5*20％＝8％额定供粉量(现有最低水平)，缩减到1/5*10％＝2％额定供粉量，缩减75％。制粉延迟性对机组升负荷速率的约束性影响降到0。并且，一次风中供粉量与配风量可以分别独立设置，减小锅炉低负荷下风煤比，有利于锅炉低负荷稳燃。
3、磨煤机干燥介质采用热烟气为主，冷空气调温，保证干燥介质含氧量不超过12％，保证磨煤机磨粉、干燥以及煤粉储仓全程为惰化氛围，从根本上规避烟煤爆炸风险高的问题。经初步测算，实际可满足干燥介质含氧量不超过10％，更加安全。
4、结合本发明所采用的惰化氛围，采用旋风分离器作为气固分离装置，与传统采用袋式除尘器的方案相比，可明显降低系统建造成本。
5、干燥介质输送和乏气升压采用风机后置方案，实现负压制粉，改善煤粉制备车间的安健环水平，减小对电厂运行及巡检人员的职业健康危害。
6、由于旋风分离器出口乏气含煤粉量相对较大，本发明提出乏气进锅炉三次风燃烧器的方案，而非直接排至除尘器入口，充分利用乏气中的煤粉，避免燃料的浪费，并实现锅炉烟气再循环的作用。
7、粉仓出口至一次风燃烧器的送粉环节采用送风机出口热风(二次热风)，取消一次风机的设置。

Claims (10)

1.一种中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统，其特征在于，包括有依次相连接的原煤仓(1)、给煤机(2)、中速磨煤机(3)、气固分离装置(4)和粉仓(5)；所述粉仓(5)的输出端通过给粉机(6)和风粉混合器(7)连接至锅炉(8)；所述锅炉(8)的烟气输出端依次设有空气预热器(9)、除尘器(10)、引风机(11)和烟囱(12)；还包括有送风机(13)，所述送风机(13)的输出端连接有介质冷风管路(14)，所述锅炉(8)的烟气输出端连接有介质热烟管路(15)，所述介质冷风管路(14)和所述介质热烟管路(15)末端汇聚并连接至所述中速磨煤机(3)。
2.如权利要求1所述的中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统，其特征在于，所述送风机(13)的输出端具有二次热风管路(16)和二次冷风管路(17)，所述二次热风管路(16)经过所述空气预热器(9)后与所述风粉混合器(7)相连接，所述二次冷风管路(17)直接与所述风粉混合器(7)相连接。
3.如权利要求2所述的中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统，其特征在于，所述介质冷风管路(14)为从所述二次冷风管路(17)上引出的支管。
4.如权利要求3所述的中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统，其特征在于，所述风粉混合器(7)的输出端与所述锅炉(8)的一次风燃烧器(19)相连接。
5.如权利要求4所述的中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统，其特征在于，在所述空气预热器(9)至所述风粉混合器(7)之间的所述二次热风管路(16)上，还分支有一送风管路连接至所述锅炉(8)的二次风燃烧器(20)。
6.如权利要求5所述的中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统，其特征在于，所述气固分离装置(4)通过乏气风机(18)与所述锅炉(8)的三次风燃烧器(21)相连接。
7.如权利要求6所述的中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统，其特征在于，所述气固分离装置(4)为旋风分离器。
8.一种中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉方法，其特征在于，采用具有粉仓(5)的中间储仓式系统结构，并在从煤进入中速磨煤机(3)到煤粉进入所述粉仓(5)的全程控制干燥介质和输送介质的含氧量，形成惰化氛围。
9.如权利要求8所述的中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉方法，其特征在于，所述干燥介质采用锅炉(8)烟气输出端的热烟气，并加以冷空气调温混合而成。
10.如权利要求8所述的中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉方法，其特征在于，采用如权利要求6或7所述的中间储仓式热炉烟干燥中速磨煤机制粉系统进行实施，其包括如下步骤：
煤从所述原煤仓(1)经所述给煤机(2)送入所述中速磨煤机(3)，碾磨成煤粉；
采用所述锅炉(8)在所述空气预热器(9)前的烟气输出端抽出的热烟气，同时掺混所述送风机(13)输出端的冷空气进行调温，混合后形成干燥介质进入所述中速磨煤机(3)，对煤粉进行干燥，并作为输送介质将煤粉吹出；
吹出的煤粉流过所述中速磨煤机(3)的分离器，粒径合格的煤粉继续进入所述气固分离装置(4)进行气固分离，分离后的煤粉进入所述粉仓(5)，分离出的乏气经所述乏气风机(18)加压送到所述锅炉(8)的所述三次风燃烧器(21)；
煤粉从所述粉仓(5)经所述给粉机(6)送入所述风粉混合器(7)，引部分所述送风机(13)经所述空气预热器(9)后输送的二次热风与所述送风机(13)的二次冷风混合调温后流过所述风粉混合器(7)，将所述给粉机(6)送出至所述风粉混合器(7)的煤粉吹入所述锅炉(8)的所述一次风燃烧器(19)。
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