CN117847527A - 一种氢气煤粉气化燃烧装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种氢气煤粉气化燃烧装置及方法，涉及发电技术领域，本发明的氢气烧嘴作为一个刚性较强、温度很高的稳定火炬，火焰温度高达1400～1500℃，煤粉燃烧筒内的煤粉与氢气火焰接触，煤粉颗粒迅速被加热、释放挥发，使煤粉颗粒破裂粉碎，从而在煤粉燃烧筒内迅速被点燃，煤粉气流经过初步燃烧后，与风筒提供的气流进入气化室，煤粉在高温缺氧环境下生成一氧化碳、氢气等可燃气体和活化的半焦，随后喷入炉膛，形成类气体燃烧火炬，达到煤粉锅炉点火启动和低负荷稳燃的目的。
Description
技术领域
本发明涉及发电技术领域，尤其是涉及一种氢气煤粉气化燃烧装置及方法。
背景技术
随着国家能源结构不断调整和深化，我国可再生能源装机规模逐年增加，截止目前，水电、风电等具有季节性、间歇性特点的清洁电源持续快速发展。但是，近年来可再生能源持续快速发展的同时，部分地区出现了严重的弃风、弃光问题。对于燃煤发电机组本身来说，为了能够更好地适应深度调峰要求、提高机组运行的安全可靠性，需要对机组进行必要的、更深入的相应优化和改造，首先需要注意的就是低负荷下的稳燃、SCR入口烟温低等问题。
为进一步挖掘锅炉的低负荷稳燃能力，实现机组能在常规煤质下深度调峰至15％额定负荷的目标，目前采取的技术：等离子稳燃改造和微油燃烧技术改造，并辅助进行燃烧装置改造、热一次风掺炉烟改造、热一次风加热器改造、动态分离器改造等方案来提高低负荷稳燃特性。
等离子点火稳燃技术是通过高温等离子体作为点火源，实现锅炉的冷态启动、低负荷稳燃的燃烧技术，由于等离子体点火体点火源能量有限，等离子体点火技术对于煤质要求较高，煤质波动易造成火焰不稳定，需投油助燃等。同时，等离子点火技术在运行过程会存在断弧、阴阳极寿命较短，需要定期更换，煤质差还存在燃尽率低等问题，空预器需频繁吹灰。微油燃烧技术采用微油枪作为点火源，实现锅炉的冷态启动、低负荷稳燃的燃烧技术。微油点火技术燃油出力可调，煤种适应性较等离子体点火技术适应性广。但微油点火过程，存在油燃烧不完全问题，对电除尘等设备存在较大的安全隐患。
为了解决上述问题，达到锅炉低负荷状态下稳燃效果的同时满足机组深度调峰要求，需要研发一种新型的燃烧装置。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种氢气煤粉气化燃烧装置，以解决现有技术中燃烧装置在超低负荷条件下运行不良的技术问题。
本发明的目的之二在于提供一种氢气煤粉气化燃烧方法
为了实现上述目的之一，本发明提供了一种氢气煤粉气化燃烧装置，包括煤粉燃烧筒、风筒和气化室，所述气化室设于所述风筒的一端，且与所述风筒连通，所述煤粉燃烧筒设于所述风筒的内腔中，且其首端和末端均置于所述风筒的内腔中，所述煤粉燃烧筒的首端插入氢气烧嘴。
优选地，所述煤粉燃烧筒包括至少一级煤粉燃烧筒，各级所述煤粉燃烧筒首尾相接，所述氢气烧嘴插入端部的所述煤粉燃烧筒内。
优选地，从靠近所述氢气烧嘴的所述煤粉燃烧筒到远离所述氢气烧嘴的所述煤粉燃烧筒的筒径逐渐增大。
优选地，所述煤粉燃烧筒包括首尾相接的一级煤粉燃烧筒和二级煤粉燃烧筒，所述二级煤粉燃烧筒和所述一级煤粉燃烧筒导通，所述氢气烧嘴插入所述一级煤粉燃烧筒内；
所述一级煤粉燃烧筒的端部安装用于为所述煤粉燃烧筒提供煤粉的煤粉浓缩装置。
优选地，所述风筒包括一次风筒和二次风筒，所述二次风筒套设于所述一次风筒的外部，所述一次风筒和所述二次风筒均与所述气化室导通，所述一级煤粉燃烧筒和所述二级煤粉燃烧筒均置于所述一次风筒的内腔中。
优选地，所述一次风筒的端部设有弯头。
优选地，所述二次风筒的内壁与所述一次风筒的外壁之间设有二次风旋流器。
优选地，所述一次风筒朝向所述气化室的一端设有火焰稳燃环。
优选地，所述气化室内设有贴壁，所述贴壁与所述气化室的内壁之间形成贴壁风室，所述贴壁上设有若干个风道，所述风道连通所述贴壁风室和所述气化室的中空内腔。
为了实现上述目的之二，本发明提供了利用上述任一所述的氢气煤粉气化燃烧装置的燃烧方法，包括以下步骤：
氢气烧嘴提供高温氢气火焰，点燃煤粉，形成高温煤粉火焰；
高温煤粉火焰与风混合后，进入气化室，高温煤粉火焰内的煤粉颗粒在缺氧还原性气氛氢气的作用下，生成高温活性类气体；
高温活性类气体作为燃料喷入炉膛内燃烧。
本发明提供的氢气煤粉气化燃烧装置及方法，具有以下技术效果：
该种氢气煤粉气化燃烧装置，主要由煤粉燃烧筒、风筒、气化室和氢气烧嘴构成，气化室设于风筒的一端，并且与风筒连通，煤粉燃烧筒位于风筒的内腔中，其首端和末端均置于风筒的内腔中，煤粉燃烧筒的首端插入氢气烧嘴，本发明的氢气烧嘴作为一个刚性较强、温度很高的稳定火炬，火焰温度高达1400～1500℃，煤粉燃烧筒内的煤粉与氢气火焰接触，煤粉颗粒迅速被加热、释放挥发，使煤粉颗粒破裂粉碎，从而在煤粉燃烧筒内迅速被点燃，煤粉气流经过初步燃烧后，与风筒提供的气流进入气化室，煤粉在高温缺氧环境下生成一氧化碳、氢气等可燃气体和活化的半焦，随后喷入炉膛，形成类气体燃烧火炬，达到煤粉锅炉点火启动和低负荷稳燃的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明氢气煤粉气化燃烧装置一优选实施方式的结构示意图。
其中，图1：
1、氢气烧嘴；2、一级煤粉燃烧筒；3、一次风筒；4、二级煤粉燃烧筒；5、弯头；6、煤粉浓缩装置；7、二次风筒；8、二次风旋流器；9、火焰稳燃环；10、贴壁风室；11、贴壁风道；12、气化室。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅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的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
下面结合具体的附图1对本发明氢气煤粉气化燃烧装置一优选实施方式进行详细的描述。
如图1所示，该种氢气煤粉气化燃烧装置包括煤粉燃烧筒、风筒、气化室12和氢气烧嘴1。
以下对煤粉燃烧筒、风筒、气化室12和氢气烧嘴1的详细结构和连接方式进行详细的描述。
气化室12，其筒壁采用绝热材料制成，内腔形成的环境为缺氧环境，强化煤粉在气化室12内的缺氧环境内气化，生成高温活性类气体。
如图1所示，气化室12优选为呈锥形结构，小半径端与风筒连接并接通，锥形结构便于强化煤粉和氢气的扩散。
气化室12内设有贴壁，贴壁布满气化室12的整个内壁，即也呈筒状的锥形结构，贴壁与气化室12之间形成通道，该通道为贴壁风室10，贴壁上设有若干个风道，风道连通贴壁风室10和气化室12的中空内腔。
需要说明的是，本实施方式的贴壁风道11在贴壁上倾斜设置，倾斜方向与气化室12的锥度方向一致，这样便于贴壁风室10内的气流向气化室12内扩散，形成集聚气流。
贴壁风道11的存在能够防止高温煤粉气流粘接在气化室12内壁形成结焦。
风筒，如图1所示，包括一次风筒3和二次风筒7，二次风筒7的筒经大于一次风筒3的筒经，二次风筒7与贴壁连接，并且二次风筒7的内腔与贴壁的内腔连通，二次风筒7能够为贴壁内的气化空间二次供风。
一次风筒3位于二次风筒7的内部，即二次风筒7套设于一次风筒3的外部，一次风筒3同样的也与贴壁的内腔连通，即为贴壁内的气化空间一次供风。
如图1所示，一次风筒3的端部设有弯头5，弯头5为中空结构，弯头5的内腔与一次风筒3连通，同时煤粉浓缩装置6在位于弯头5内，即煤粉通过弯头5进入一级煤粉燃烧筒2。
作为一种优选的实施方式，二次风筒7的内壁与一次风筒3的外壁之间设有二次风旋流器8，通过二次风旋流器8便于二次风被输送至气化室12。
此外，一次风筒3朝向气化室12的一端设有火焰稳燃环9，氢气烧嘴1停运时，火焰稳燃环9位置形成高温回流火焰，实现煤粉气流的高效燃烧，实现部分煤粉气化燃烧。
煤粉燃烧筒包括至少一级煤粉燃烧筒2，各级煤粉燃烧筒首尾相接，氢气烧嘴1插入端部的煤粉燃烧筒内，并且从靠近氢气烧嘴1的煤粉燃烧筒到远离氢气烧嘴1的煤粉燃烧筒的筒径逐渐增大。
煤粉燃烧筒的筒经逐渐增大，一方面便于煤粉的逐步释放，另一方面也为煤粉的扩散提供一定的压强。
具体的，本实施方式的煤粉燃烧筒包括首尾相接的一级煤粉燃烧筒2和二级煤粉燃烧筒4，如图1所示，二级煤粉燃烧筒4和一级煤粉燃烧筒2导通，并且一级煤粉燃烧筒2的筒经小于二级煤粉燃烧筒4的筒经，一级煤粉燃烧筒2和二级煤粉燃烧筒4均置于一次风筒3的内腔中，氢气烧嘴1插入一级煤粉燃烧筒2内，一级煤粉燃烧筒2的端部安装煤粉浓缩装置6，煤粉浓缩装置6用于为煤粉燃烧筒提供煤粉，煤粉浓缩装置6位于弯头5内。
本发明一优选实施方式还提供了一种氢气煤粉气化燃烧方法，包括以下步骤：
(1)氢气烧嘴1提供高温氢气火焰，在一级煤粉燃烧筒2和二级煤粉燃烧筒4内逐步点燃煤粉，形成高温煤粉火焰；
(2)高温煤粉火焰与一次风和二次风混合后，进入气化室12，高温煤粉火焰内的煤粉颗粒在缺氧还原性气氛氢气的作用下，生成高温活性类气体；
(3)高温活性类气体作为燃料喷入炉膛内燃烧。
这里的高温活性类气体为CO、H2和具有活性的半焦物质。
为实现煤粉气流的高效气化，优选地在一次风筒3内混入部分纯氧，强化煤粉气流在一级煤粉燃烧筒2和二级煤粉燃烧筒4内的初期燃烧。
针对不同的煤质，气化室12的结构，长度有一定的变化，对于优质烟煤，气化室12长度较短，无需布置直段；对于劣质烟煤，气化室12内流速降低，且气化室12长度增长。
氢气煤粉气化燃烧装置及方法原理如下：
氢气煤粉气化燃烧技术利用特殊设计的氢气烧嘴1，形成一个刚性较强、温度很高的稳定火炬，火焰温度高达1400～1500℃，当富氧煤粉气流通过火炬时，煤粉颗粒迅速被加热，释放挥发，使煤粉颗粒破裂粉碎，从而在一级煤粉燃烧筒2和二级煤粉燃烧筒4器内迅速被点燃，煤粉气流经过初步燃烧后，与部分二次风气流进入气化室12，气化室12为绝热设计，煤粉气流在气化室12与部分二次风气流接触，煤粉在高温缺氧环境下生成一氧化碳、氢气等可燃气体和活化的半焦，随后喷入炉膛，形成类气体燃烧火炬，达到煤粉锅炉点火启动和低负荷稳燃的目的。
本发明的氢气煤粉气化燃烧技术是传统等离子体点火技术、微油点火技术、内燃式燃烧技术、浓淡燃烧技术和气化技术的结合。其核心思想是利用氢气高温火核，采用富氧燃烧技术、合理的浓淡分离技术，风气流分级燃烧，煤粉气流在一级煤粉燃烧筒2和二级煤粉燃烧筒4内逐步燃烧，燃烧能量逐步放大，随后在还原气氛下实现燃煤气化，高温燃气进入炉膛，与炉膛内氧气混合，气化燃烧，实现锅炉启停和低负荷稳燃。
相对于等离子体点火技术和微油点火技术，氢气煤粉气化燃烧技术技术具有点火能量大、煤质适应性广、通过煤粉气化燃烧后燃尽率高，不存在油污染，对SCR、电除尘无影响等特点。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，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；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种氢气煤粉气化燃烧装置，其特征在于，包括煤粉燃烧筒、风筒和气化室，所述气化室设于所述风筒的一端，且与所述风筒连通，所述煤粉燃烧筒设于所述风筒的内腔中，且其首端和末端均置于所述风筒的内腔中，所述煤粉燃烧筒的首端插入氢气烧嘴。
2.根据权利要求1所述的氢气煤粉气化燃烧装置，其特征在于，所述煤粉燃烧筒包括至少一级煤粉燃烧筒，各级所述煤粉燃烧筒首尾相接，所述氢气烧嘴插入端部的所述煤粉燃烧筒内。
3.根据权利要求2所述的氢气煤粉气化燃烧装置，其特征在于，从靠近所述氢气烧嘴的所述煤粉燃烧筒到远离所述氢气烧嘴的所述煤粉燃烧筒的筒径逐渐增大。
4.根据权利要求2所述的氢气煤粉气化燃烧装置，其特征在于，所述煤粉燃烧筒包括首尾相接的一级煤粉燃烧筒和二级煤粉燃烧筒，所述二级煤粉燃烧筒和所述一级煤粉燃烧筒导通，所述氢气烧嘴插入所述一级煤粉燃烧筒内；
所述一级煤粉燃烧筒的端部安装用于为所述煤粉燃烧筒提供煤粉的煤粉浓缩装置。
5.根据权利要求4所述的氢气煤粉气化燃烧装置，其特征在于，所述风筒包括一次风筒和二次风筒，所述二次风筒套设于所述一次风筒的外部，所述一次风筒和所述二次风筒均与所述气化室导通，所述一级煤粉燃烧筒和所述二级煤粉燃烧筒均置于所述一次风筒的内腔中。
6.根据权利要求5所述的氢气煤粉气化燃烧装置，其特征在于，所述一次风筒的端部设有弯头。
7.根据权利要求5所述的氢气煤粉气化燃烧装置，其特征在于，所述二次风筒的内壁与所述一次风筒的外壁之间设有二次风旋流器。
8.根据权利要求5所述的氢气煤粉气化燃烧装置，其特征在于，所述一次风筒朝向所述气化室的一端设有火焰稳燃环。
9.根据权利要求1-8任一所述的氢气煤粉气化燃烧装置，其特征在于，所述气化室内设有贴壁，所述贴壁与所述气化室的内壁之间形成贴壁风室，所述贴壁上设有若干个风道，所述风道连通所述贴壁风室和所述气化室的中空内腔。
10.一种利用权利要求1-9任一所述的氢气煤粉气化燃烧装置的燃烧方法，其特征在于，包括以下步骤：
氢气烧嘴提供高温氢气火焰，点燃煤粉，形成高温煤粉火焰；
高温煤粉火焰与风混合后，进入气化室，高温煤粉火焰内的煤粉颗粒在缺氧还原性气氛氢气的作用下，生成高温活性类气体；
高温活性类气体作为燃料喷入炉膛内燃烧。
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