CN117628482A - 尾部烟道与燃烧装置的烟气出口相通的锅炉系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种尾部烟道与燃烧装置的烟气出口相通的锅炉系统以及一种锅炉系统的运行方法，所述锅炉系统包括：锅炉，设置有受热面，所述受热面包括设置在锅炉的尾部烟道中的低温过热器和/或低温再热器；和燃烧装置，所述燃烧装置设置有独立于锅炉炉膛的燃烧空间，燃烧空间的烟气出口与尾部烟道相通，且与尾部烟道相通的位置在锅炉烟气的流动方向上处于低温过热器和/或低温再热器的上游。本发明还涉及一种锅炉‑汽轮机设备。

Description

尾部烟道与燃烧装置的烟气出口相通的锅炉系统

技术领域

本发明的实施例涉及能源技术领域，尤其涉及一种尾部烟道与燃烧装置的烟气出口相通的锅炉系统，一种锅炉系统的运行方法，以及一种锅炉-汽轮机设备。

背景技术

伴随着可再生能源的发展，电力系统调峰需求将显著增加，这就使火力发电承担起更多的调峰任务，对燃煤电站的超低负荷运行稳定性和经济性带来冲击。

当运行负荷远远低于设计工况时，燃料在炉内燃烧产生热量不足，过热蒸汽和再热蒸汽的吸热量显著减少，蒸汽参数严重偏离设计工况，导致发电效率大幅度下降、发电煤耗显著上升，提高了调峰运行的成本。同时，为保证环保指标，SCR入口烟温必须保证在一定范围内，因此，电厂同时利用烟气旁路跳过低温再热器或省煤器，进一步加剧了蒸汽参数的不足问题，通过牺牲效率保证环保运行，使得发电成本进一步上升。

此外，现有技术还有一种方案是通过将上层燃烧器向锅炉炉膛上方移动，或在上方增加一层燃烧器，从而提高过热器和再热器的辐射换热水平，提高蒸汽参数，但该方法导致燃烧空间不足，锅炉的燃烧效率下降，并且有效性有限。

发明内容

为解决上述技术问题的至少一个方面，提出本发明。

根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种尾部烟道与燃烧装置的烟气出口相通的锅炉系统，包括：

锅炉，设置有受热面，所述受热面包括设置在锅炉的尾部烟道中的低温过热器和/或低温再热器；和

燃烧装置，所述燃烧装置设置有独立于锅炉炉膛的燃烧空间，

燃烧空间的烟气出口与尾部烟道相通，且与尾部烟道相通的位置在锅炉烟气的流动方向上处于低温过热器和/或低温再热器的上游。

本发明还提出了一种锅炉系统的运行方法，包括步骤：

提供燃烧装置，所述燃烧装置设置有独立于锅炉炉膛的燃烧空间，燃烧空间的烟气出口与尾部烟道相通，且与尾部烟道相通的位置在锅炉烟气的流动方向上处于低温过热器和/或低温再热器的上游；

在锅炉负荷低于预定值的情况下，运行燃烧装置以用于提高进入低温过热器和/或低温再热器的烟气的温度。

本发明也涉及一种锅炉-汽轮机设备，包括上述锅炉系统；汽轮机和发电机。

附图说明

以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：

图1为根据本发明的一个示例性实施例的发电站设备的示意图，其中也示出了根据本发明的一个示例性实施例的尾部烟道与燃烧装置的烟气出口相通的锅炉系统。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。发明的一部分实施例，而并不是全部的实施例。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。

在本发明中，附图标记如下：

11：锅炉；

12：高温过热器或高温再热器；

13：低温过热器；

14：省煤器；

15：低温再热器；

21：燃烧装置。

设置了锅炉的电站发电机组在低、超低负荷下，发电机组设计工况下的汽水-受热分配比例严重失调，与实际需求不匹配，大量的热量被蒸发受热面吸收，而过热、再热蒸汽受热面不足。本发明的核心思路是通过设置另外的燃烧装置21或者是在锅炉11之外的燃烧装置21，补充并优化燃烧和受热面系统的热量分配，保证蒸汽参数和机组效率。同时，采用可灵活调节的燃烧装置，使得系统灵活性更高。

下面具体的示例性说明。

图1所示的实施例涉及一种燃煤电站运行系统，该系统包括：

锅炉11，锅炉包括炉膛及尾部烟道、燃烧器、制粉和送粉系统，布置在锅炉炉膛和尾部烟道的各级受热面(例如包括高温过热器或高温再热器12、低温过热器13，省煤器14和低温再热器15)，虽然没有示出，尾部烟道还可以布置脱硝装置如SCR反应器以及设置在脱硝装置下游的空预器等；

汽轮机，一般而言，汽轮机包括高压缸、中压缸和低压缸，从低压缸排出的气体进入到凝气装置内；

发电机；及

凝气装置及其他辅机系统(未示出)。

如图1所示，锅炉系统还包括燃烧装置21，燃烧装置的烟气出口，与再热器(低温再热器)和/或过热器(低温过热器)的烟气入口连通管，为低温过热器和/或低温再热器(尤其是低温再热器)受热面补充热量，从而提高蒸汽参数，提高发电效率。

可选的，燃烧装置21的空间可以远远小于锅炉炉膛，例如是锅炉炉膛热功率的五分之一及以下，进一步的在锅炉炉膛热功率的十分之一及以下。

在本发明的一个实施例中，燃烧装置21可以是容量和体积均小于所述锅炉的另外的带受热面的燃烧装置。

在本发明的另外的实施例中，当燃烧装置21为煤粉燃烧装置时，燃烧装置21包括预热燃烧器，可选的，预热燃烧器可以为流态化反应器，预热燃烧器用于将煤粉部分燃烧放热加热自身后形成高温气固混合燃料。流态化的预热燃烧器内为强还原性气氛，煤粉在其中脱除部分氮氧化物，有利于控制氮氧化物。同时，高温气固混合燃料的燃烧速率和燃尽特性好于煤粉，可以在有限空间内充分燃尽。

在燃烧装置21包括预热燃烧器的情况下，当燃烧装置21的出口与低温再热器15烟气入口连通时，燃烧装置21还设置有燃烧通道，用于提供高温气固混合燃料的燃烧空间，形成高温烟气。此时，在进一步的实施例中，燃烧通道可以设置分级配风，控制燃烧的氮氧化物，这有利于减轻SCR脱硝装置压力。在可选的实施例中，燃烧通道出口的过量空气系数在1.05-1.30之间。

如图1所示，在尾部双烟道的锅炉机组中，低温再热器15和低温过热器13分别在两个烟道中布置，此时，将燃烧装置21产生的高温烟气通过入低温再热器所在烟道，同时结合烟气挡板(未示出)开度调节将锅炉产生的更多烟气流量向低温过热器侧烟道分配，从而保证主、再热蒸汽均实现参数品质的提升。如能够理解的，在尾部双烟道、低温再热器15和低温过热器13分别在两个烟道中布置的情况下，将燃烧装置21产生的高温烟气通入低温过热器所在烟道、同时结合烟气挡板(未示出)开度调节将锅炉产生的更多烟气流量向低温再热器侧烟道分配，或者将燃烧装置21产生的高温烟气通入低温再热器所在烟道、同时结合烟气挡板(未示出)开度调节将锅炉产生的更多烟气流量向低温过热器侧烟道分配，从而保证主、再热蒸汽均实现参数品质的提升。

对于尾部三烟道的机组，例如二次再热机组，尾部三烟道分别布置了一次再热器、二次再热器和低温过热器，同样可以根据尾部烟道的受热面布置情况，将燃烧装置21产生的高温烟气通入到再热器、过热器所在烟道的上游，增加受热面的换热。具体的，所述锅炉的尾部烟道为三烟道，低温过热器、一次再热器和二次再热器分别设置在所述三烟道中；燃烧空间的烟气出口与一次再热器或二次再热器或低温再热器所在一侧的烟道相通，且所述三烟道设置有用于将来自锅炉炉膛的烟气分流到另两侧烟道的烟气挡板(未示出)，或者燃烧空间的烟气出口分别与低温过热器、一次再热器和二次再热器所在一侧的烟道相通。

在另一种实施例下，也可以将燃烧装置21产生的高温烟气通入转向室(转向室是水平烟道向尾部烟道的过渡部分，或者转向室是处于水平烟道下游的尾部烟道的一部分)，并通过烟气挡板(未示出)，调整进入不同烟道的烟气量。

在图1所示的实施例中，燃烧装置21的烟气出口分别通向了尾部烟道的低温再热器15以及低温过热器13，同时结合烟气挡板(未示出)开度调节，使得在较小调节幅度下，就可以满足对过热蒸汽和再热蒸汽的要求，从而保证主、再热蒸汽均实现参数品质的提升。也可以在两个烟气通路上设置阀门，具体的，燃烧装置21的烟气出口经由第一阀(未示出)后与锅炉11在锅炉烟气的流动方向上处于低温再热器15的上游的位置相通；燃烧装置21的烟气出口经由第二阀(未示出)后与锅炉11在锅炉烟气的流动方向上处于低温过热器13的上游的位置相通。第一阀与第二阀可以仅设置其中的一个，也可以同时设置两个。

在图1所示的实施例中，燃烧装置21的烟气出口分别通向了尾部烟道的低温再热器15以及低温过热器13，但是本发明不限于此。燃烧装置21的烟气也可以仅仅通向低温过热器13或低温再热器15的上游，这些均在本发明的保护范围之内。

在锅炉11进入低负荷运行工况下(例如负荷低于额定负荷的60％，甚至是50％)，或者进入超低负荷运行工况下(例如负荷低于额定负荷的30％，甚至低于20％时)，利用另外的燃烧装置21，可以将其产生的热量将用于锅炉在低负荷运行时，提升过热蒸汽或再热蒸汽参数，提高低负荷下的锅炉发电效率。具体的，在本发明的技术方案中，通过利用燃烧装置21产生的烟气，可以使得在锅炉处于低负荷情况下，保证进入到汽轮机高压缸中过热蒸汽的参数或者进入到汽轮机的中压缸的再热蒸汽的参数以及从中压缸进入到低压缸的蒸汽的参数，从而有利于提高锅炉-汽轮机系统在低负荷运行下的发电效率和稳定性，这样的配置也有利于煤电发电系统的调峰。

利用另外的燃烧装置21，同时有利于提升尾部烟气温度，提升SCR入口烟温，保证SCR运行在脱硝反应温度窗口范围内，提升SCR脱硝效率，减少氨逃逸。如图1所示，在本发明的一个实施例中，燃烧装置21中通入了来自制粉系统(其同时也向锅炉11供给煤粉)的煤粉，这避免了为了保证SCR运行在脱硝反应温度窗口范围内，电厂需要单独配备燃气或燃油系统从而提高了运行成本这样的技术问题。

在图1所示的实施例中，燃烧装置21可以采用预热燃烧器，即流态化反应器，其可以用于将煤粉部分燃烧放热加热自身后形成高温气固混合燃料，然后进入后续的燃烧空间内燃烧放热。在本发明的一个实施例中，采用了预热燃烧器结构的燃烧装置21，也可以直接使用电站锅炉制粉系统制备的煤粉，如前所述，这无需引入其他燃料、其他燃料制备装置，避免提高系统复杂程度。

同时，采用了预热燃烧器的燃烧装置21可以实现燃烧装置10％-100％负荷的灵活自由调节，从而可与电站锅炉11灵活、深度调峰的需求相匹配。

本发明的锅炉系统，适用于电厂的灵活调峰改造，尤其是亚临界和超临界发电机组。

在上述的说明中，也涉及到一种锅炉系统的运行方法，其可以是在锅炉负荷低于预定值(例如在锅炉负荷低于额定工况的60％)的情况下，运行燃烧装置21以用于提高进入低温过热器和/或低温再热器的烟气的温度。该方法可以在锅炉处于低负荷运行时用于保持进入到汽轮机的不同缸体的蒸汽的参数。

更进一步的，在本发明的实施例中，还可以在锅炉11负荷低于额定工况的预定值，例如30％的情况下，运行燃烧装置或调整燃烧装置的热功率以提高进入低温再热器的烟气的温度。这对于汽轮机的中压缸尤其是低压缸而言，有利于控制好再热蒸汽的参数，实现机组的稳定运行。进一步的，在燃烧装置由预热燃烧器和燃烧室组成的情况下，通过控制预热燃烧器的热功率，控制燃烧室内的燃料放热量，从而控制或者调整蒸汽参数。

燃烧装置21内的烟气通入尾部烟道，经过受热面吸热后，降温至450-950℃，进一步的在500-750℃，例如530℃、550℃、570℃、590℃、600℃、620℃、650℃、670℃、690℃、700℃、720℃，然后直接进入脱硝装置的入口附近，即在脱硝装置的入口的上游通入了来自燃烧装置21的燃烧空间的高温烟气，这有利于将进入到脱硝装置的烟气的温度保持在适当的范围内(即在脱硝反应温度窗口范围内)以保证脱硝效果。

基于以上，本发明提出了如下技术方案：

1、一种尾部烟道与燃烧装置的烟气出口相通的锅炉系统，包括：

锅炉，设置有受热面，所述受热面包括设置在锅炉的尾部烟道中的低温过热器和/或低温再热器；和

燃烧装置，所述燃烧装置设置有独立于锅炉炉膛的燃烧空间，

燃烧空间的烟气出口与尾部烟道相通，且与尾部烟道相通的位置在锅炉烟气的流动方向上处于低温过热器和/或低温再热器的上游。

2、根据1所述的锅炉系统，其中：

所述燃烧空间设置有分级配风入口，燃烧空间的出口的过量空气系数在1.05-1.3之间。

3、根据1所述的锅炉系统，其中：

所述锅炉的尾部烟道为双烟道，低温过热器和低温再热器分别设置在所述双烟道中；

燃烧空间的烟气出口与低温过热器或低温再热器所在一侧的烟道相通，且所述双烟道设置有用于将来自锅炉炉膛的烟气分流到另一侧烟道的烟气挡板，或者燃烧空间的烟气出口分别与低温过热器和低温再热器所在一侧的烟道相通。

4、根据3所述的锅炉系统，其中：

燃烧空间的烟气出口通入低温过热器所在烟道、烟气挡板适于将锅炉产生的更多烟气向低温再热器侧烟道分配；或者

燃烧空间的烟气出口通入低温再热器所在烟道、烟气挡板适于将锅炉产生的更多烟气向低温过热器侧烟道分配。

5、根据1所述的锅炉系统，其中：

所述锅炉的尾部烟道为三烟道，低温过热器、一次再热器和二次再热器分别设置在所述三烟道中；

燃烧空间的烟气出口与一次再热器或二次再热器或低温再热器所在一侧的烟道相通，且所述三烟道设置有用于将来自锅炉炉膛的烟气分流到另两侧烟道的烟气挡板，或者燃烧空间的烟气出口分别与低温过热器、一次再热器和二次再热器所在一侧的烟道相通。

6、根据1所述的锅炉系统，其中：

所述锅炉系统在尾部烟道中，在所述低温再热器和/或低温过热器的在锅炉烟气流动方向上的下游设置有脱硝装置。

7、根据1-6中任一项所述的锅炉系统，其中：

所述燃烧装置还包括预热燃烧器，预热燃烧器的燃料流出口与所述燃烧空间相通。

8、根据7所述的系统，还包括：

煤粉供给设备，所述煤粉供给设备向预热燃烧器和锅炉供给作为燃料的煤粉。

9、根据8所述的锅炉系统，其中：

所述预热燃烧器为流态化燃烧器。

10、根据1所述的系统，其中：

所述燃烧装置为容量和体积均小于所述锅炉的另外的带受热面的燃烧装置。

11、根据1所述的系统，其中：

所述尾部烟道还包括处于锅炉的水平烟道的下游的转向室，燃烧空间的烟气出口与转向室相通。

12、根据1所述的系统，其中：

所述尾部烟道还包括处于锅炉的水平烟道的下游的转向室，所述燃烧空间的至少一部分设置在尾部烟道内或者是尾部烟道的一部分。

13、一种锅炉系统的运行方法，包括步骤：

提供燃烧装置，所述燃烧装置设置有独立于锅炉炉膛的燃烧空间，燃烧空间的烟气出口与尾部烟道相通，且与尾部烟道相通的位置在锅炉烟气的流动方向上处于低温过热器和/或低温再热器的上游；

在锅炉负荷低于预定值的情况下，运行燃烧装置以用于提高进入低温过热器和/或低温再热器的烟气的温度。

14、根据13所述的方法，其中：

所述锅炉设置有低温再热器，用于加热通入到汽轮机的中压缸的蒸汽；

燃烧空间的烟气出口与锅炉的尾部烟道相通，且相通的位置处于低温再热器的烟气入口的上游；

在锅炉负荷低于预定值的情况下，运行燃烧装置或调整燃烧装置的热功率以提高进入低温再热器的烟气的温度。

15、一种发电站设备，包括：

根据1-12中任一项所述的锅炉系统；

汽轮机；和

发电机。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (15)

1.一种尾部烟道与燃烧装置的烟气出口相通的锅炉系统，包括：

锅炉，设置有受热面，所述受热面包括设置在锅炉的尾部烟道中的低温过热器和/或低温再热器；和

燃烧装置，所述燃烧装置设置有独立于锅炉炉膛的燃烧空间，

燃烧空间的烟气出口与尾部烟道相通，且与尾部烟道相通的位置在锅炉烟气的流动方向上处于低温过热器和/或低温再热器的上游。

2.根据权利要求1所述的锅炉系统，其中：

所述燃烧空间设置有分级配风入口，燃烧空间的出口的过量空气系数在1.05-1.3之间。

3.根据权利要求1所述的锅炉系统，其中：

所述锅炉的尾部烟道为双烟道，低温过热器和低温再热器分别设置在所述双烟道中；

燃烧空间的烟气出口与低温过热器或低温再热器所在一侧的烟道相通，且所述双烟道设置有用于将来自锅炉炉膛的烟气分流到另一侧烟道的烟气挡板，或者燃烧空间的烟气出口分别与低温过热器和低温再热器所在一侧的烟道相通。

4.根据权利要求3所述的锅炉系统，其中：

燃烧空间的烟气出口通入低温过热器所在烟道、烟气挡板适于将锅炉产生的更多烟气向低温再热器侧烟道分配；或者

燃烧空间的烟气出口通入低温再热器所在烟道、烟气挡板适于将锅炉产生的更多烟气向低温过热器侧烟道分配。

5.根据权利要求1所述的锅炉系统，其中：

所述锅炉的尾部烟道为三烟道，低温过热器、一次再热器和二次再热器分别设置在所述三烟道中；

燃烧空间的烟气出口与一次再热器或二次再热器或低温再热器所在一侧的烟道相通，且所述三烟道设置有用于将来自锅炉炉膛的烟气分流到另两侧烟道的烟气挡板，或者燃烧空间的烟气出口分别与低温过热器、一次再热器和二次再热器所在一侧的烟道相通。

6.根据权利要求1所述的锅炉系统，其中：

所述锅炉系统在尾部烟道中，在所述低温再热器和/或低温过热器的在锅炉烟气流动方向上的下游设置有脱硝装置。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的锅炉系统，其中：

所述燃烧装置还包括预热燃烧器，预热燃烧器的燃料流出口与所述燃烧空间相通。

8.根据权利要求7所述的系统，还包括：

煤粉供给设备，所述煤粉供给设备向预热燃烧器和锅炉供给作为燃料的煤粉。

9.根据权利要求8所述的锅炉系统，其中：

所述预热燃烧器为流态化燃烧器。

10.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述燃烧装置为容量和体积均小于所述锅炉的另外的带受热面的燃烧装置。

11.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述尾部烟道还包括处于锅炉的水平烟道的下游的转向室，燃烧空间的烟气出口与转向室相通。

12.根据权利要求1所述的系统，其中：

所述尾部烟道还包括处于锅炉的水平烟道的下游的转向室，所述燃烧空间的至少一部分设置在尾部烟道内或者是尾部烟道的一部分。

13.一种锅炉系统的运行方法，包括步骤：

提供燃烧装置，所述燃烧装置设置有独立于锅炉炉膛的燃烧空间，燃烧空间的烟气出口与尾部烟道相通，且与尾部烟道相通的位置在锅炉烟气的流动方向上处于低温过热器和/或低温再热器的上游；

在锅炉负荷低于预定值的情况下，运行燃烧装置以用于提高进入低温过热器和/或低温再热器的烟气的温度。

14.根据权利要求13所述的方法，其中：

所述锅炉设置有低温再热器，用于加热通入到汽轮机的中压缸的蒸汽；

燃烧空间的烟气出口与锅炉的尾部烟道相通，且相通的位置处于低温再热器的烟气入口的上游；

在锅炉负荷低于预定值的情况下，运行燃烧装置或调整燃烧装置的热功率以提高进入低温再热器的烟气的温度。

15.一种发电站设备，包括：

根据权利要求1-12中任一项所述的锅炉系统；

汽轮机；和

发电机。