CN208292946U - 一种燃煤锅炉掺烧低品质煤等离子气化燃气的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃煤锅炉掺烧低品质煤等离子气化燃气的系统，气动上料装置入口为低品质煤输入口，出口与等离子气化反应炉上部连，等离子气化反应炉上部与气源、布袋除尘器气体入口连，布袋除尘器气体出口与储气柜入口连，布袋除尘器积灰出口与气动上料装置入口连，等离子气化反应炉下部出口为熔渣排出口，储气柜出口、二次风源接至二次风箱；中部筒体上均布多个水蒸气入口和多个等离子点火炬。本实用新型的有益效果：充分利用低品质煤及气化燃气燃烧性能，提高锅炉热效率与负荷调整能力，气化后的可燃气体更为洁净，降低燃煤锅炉下游环保设施运行能耗。

Description

一种燃煤锅炉掺烧低品质煤等离子气化燃气的系统

技术领域

本实用新型涉及煤炭发电技术领域，具体而言，涉及一种燃煤锅炉掺烧低品质煤等离子气化燃气的系统。

背景技术

电力供应是国家安全与人民生活生产的重要保障，根据我国富煤贫油少气的一次能源结构，使得煤炭在能源消费中占据主要位置，也决定了我国电力工业在今后相当长的时间里将以火力发电为基础。目前大型燃煤锅炉大多使用烟煤、无烟煤等高品质动力煤，而如褐煤等低品质煤炭资源或煤矸石、煤泥等煤炭生产加工中产生的废弃物虽然储量可观，占到我国总煤炭资源储量的45.68％，但由于其矿物、水分、硫分等杂质含量高，导致发热量低，直接作为燃煤锅炉原料利用难度较大。目前低品质煤炭资源的利用主要有以下几种方式：

1、褐煤是煤化程度最低的矿产煤，具有高挥发分、高灰分、灰熔点低等特点，在空气中容易风化，不易储存和运输，燃烧时对空气污染严重。

目前的主要利用方式可单独作为燃煤锅炉燃料，或作为辅助燃料与烟煤进行掺烧，从而节约动力煤资源，降低发电成本，但是由于褐煤高水分、低热值的特性，直接入炉燃烧或掺烧的方式会导致煤粉的干燥和制粉设备堵塞、磨损等问题，入炉后影响锅炉燃烧稳定性，同时导致受热面结焦、设备磨损等情况，影响锅炉的安全运行；

或者利用蒸汽、烟气等热源进行脱水提质，降低褐煤中水分后再利用，但是这种工艺由于没有改变褐煤的化学结构，脱水后的褐煤在运输和使用的过程中极易复吸水分，不易外运和储存，应用范围较窄。

另外，也可以采用热解提质的方法，即在隔绝空气的条件下加热使褐煤干馏产生焦油、煤气和半焦等产品，产物可作为生活燃料、冶炼还原剂、活性炭原料等，这种褐煤热解提质工艺系统相对复杂，能耗较大，挥发分损失比较大。

2、煤矸石是采煤和洗煤过程中产生的废弃物，目前已经成为我国产生量和排放量最大的工业固体废弃物之一。目前大部分煤矸石并没有进行利用，直接填埋或丢弃，造成了我国土地资源的极大浪费，破坏生态环境，一般作为采煤塌陷区、采空区的填充，少部分作为循环流化床锅炉燃料加以利用，用于发电、制砖、水泥、农业应用等，热效率低，适用炉型较少，总体利用水平很低。

3、煤泥是煤炭洗选过程中的副产物，大部分煤泥采用就地排放和堆放的放置，由于其粒度细、持水性强、灰分高等特点，产生的环保问题比煤矸石更为严重，少部分经过干化后用于锅炉燃烧、制作型煤、型焦等用途，但是干化后作为辅助燃料掺烧的方式增加建设及运行成本，经济性较差。

总体来看，我国低品质煤利用方式较为粗放，以直接燃烧、掺烧或丢弃为主。另一方面，由于煤炭资源紧张与价格高涨，电厂燃烧或掺烧低品质煤后，燃烧稳定性变差，同时国家电力结构调整要求电站燃煤锅炉低负荷稳定运行及快速调整负荷，又增大了燃用劣质煤后锅炉稳定运行、快速响应的难度。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种燃煤锅炉掺烧低品质煤等离子气化燃气的系统，一方面，可充分利用低品质煤资源，同时利用气化燃气燃烧性能优于煤粉的特点，提高燃煤锅炉热效率与负荷调整能力，另一方面，燃用气化后生成的可燃气体更为洁净，降低燃煤锅炉下游环保设施运行能耗。

本实用新型提供了一种燃煤锅炉掺烧低品质煤等离子气化燃气的系统，包括：气动上料装置、等离子气化反应炉、布袋除尘器、储气柜、空气或氧气气源、来自空预器热的二次风源，以及配套的连接管路；

所述气动上料装置入口为低品质煤的输入口，所述气动上料装置出口与所述等离子气化反应炉上部固体入口相连，所述等离子气化反应炉上部气体入口与空气或氧气气源相连，所述等离子气化反应炉上部气体出口与所述布袋除尘器气体入口相连，所述布袋除尘器气体出口与所述储气柜入口相连，所述布袋除尘器积灰出口与所述气动上料装置入口相连，所述等离子气化反应炉下部出口为熔渣排出口，所述储气柜出口接至锅炉上的二次风箱，二次风源接至所述二次风箱；

其中，所述等离子气化反应炉中部筒体上均布有位于第一水平面的多个水蒸气入口和位于第二水平面的多个等离子点火炬。

作为本实用新型进一步的改进，所述储气柜出口和所述二次风箱之间的管路上设置有调节阀。

作为本实用新型进一步的改进，所述二次风源与所述二次风箱之间的管路上设置有送风机。

作为本实用新型进一步的改进，所述布袋除尘器气体出口与所述储气柜入口之间的管路上设置有燃气增压风机。

作为本实用新型进一步的改进，所述多个等离子点火炬与等离子控制柜电连接。

作为本实用新型进一步的改进，所述锅炉上设置有由CO传感器和H₂传感器组成的传感器组，所述储气柜出口和所述二次风源通过混合管路与所述传感器组相连。

本实用新型的有益效果为：

通过等离子气化技术，使低品质煤炭资源在等离子活性状态下高效转化，适用原料范围广，气化效率高，设备投资成本低、耗能少，可将难以直接利用的褐煤、煤矸石等资源转化为纯度高、洁净的合成可燃气，实现低品质煤资源的高效、清洁利用。

将气化燃气稀释后通入锅炉代替空气进行燃烧的方式，解决直接燃烧或掺烧低品质煤可能造成的锅炉燃烧条件差、积灰结焦等问题，同时掺烧可燃气体后，改善锅炉燃烧条件，使得点火、稳燃性能均大大提高，显著提高燃煤锅炉热效率与负荷调整能力。

含有除尘预处理装置，生成燃气具有纯度高、清洁的优点，入炉前脱除部分污染物，降低除尘、脱硫设施能耗。

附图说明

图1为本实用新型实施例所述的一种燃煤锅炉掺烧低品质煤等离子气化燃气的系统的示意图。

图中，

1、低品质煤；2、气动上料装置；3、水蒸气入口；4、等离子点火炬；5、等离子气化反应炉；6、布袋除尘器；7、燃气增压风机；8、储气柜；9、调节阀；10、送风机；11、锅炉；12、二次风箱；13、传感器组；14、等离子控制柜。

具体实施方式

下面通过具体的实施例并结合附图对本实用新型做进一步的详细描述。

如图1所示，本实用新型实施例所述的一种燃煤锅炉掺烧低品质煤等离子气化燃气的系统，包括：气动上料装置2、等离子气化反应炉5、布袋除尘器6、储气柜8、空气或氧气气源、来自空预器热的二次风源，以及配套的连接管路。

气动上料装置2入口为低品质煤1的输入口，气动上料装置2出口与等离子气化反应炉5上部固体入口相连，等离子气化反应炉5上部气体入口与空气或氧气气源相连，等离子气化反应炉5上部气体出口与布袋除尘器6气体入口相连，布袋除尘器6气体出口与储气柜8入口相连，布袋除尘器6积灰出口与气动上料装置2入口相连，等离子气化反应炉5下部出口为熔渣排出口，储气柜8出口接至锅炉11上的二次风箱12，二次风源接至二次风箱12。

其中，等离子气化反应炉5中部筒体上均布有位于第一水平面的多个水蒸气入口3和位于第二水平面的多个等离子点火炬4。

储气柜8出口和二次风箱12之间的管路上设置有调节阀9，通过调节阀9实现向锅炉精确输送可燃气体。当需要可燃气体时，调节阀9打开，可燃气体和来自空气预热器的热二次风在热二次风箱混合，可燃气体随二次风进入锅炉11炉膛燃烧，在高温环境下可快速着火、稳定燃烧，同时提高锅炉热效率，在燃煤锅炉低负荷运行或负荷变化时改善炉内燃烧条件。当不需要可燃气体或等离子气化反应炉停运、检修时，调节阀9关闭，停止输送可燃气体，不影响燃煤锅炉原有风烟系统运行。当锅炉启动或低负荷助燃需要投运二次风管路中设置的等离子点火炬4前，调节阀9关闭，停止输送可燃气体，以防止等离子气化反应炉5回火或二次风管路内发生燃烧或爆炸。

二次风源与二次风箱12之间的管路上设置有送风机10，利于二次风的输送，并保证二次风的均匀性。

布袋除尘器6气体出口与储气柜8入口之间的管路上设置有燃气增压风机7，利于净化后的气体输送，并通过储气柜8平衡气体需用量的不均匀性。

多个等离子点火炬4与等离子控制柜14电连接，实现电源切换、保护及控制，并实现对等离子点火炬4火焰的控制。

锅炉11上设置有由CO传感器和H₂传感器组成的传感器组13，储气柜8出口和二次风源通过混合管路与传感器组13相连，通过传感器组测量混合气体中燃气浓度，并控制调节阀开度将气化燃气比例保持在较低浓度，防止发生爆炸。

具体使用时，包括以下步骤：

步骤1，低品质煤1经过磨煤机破碎为直径约为1-2cm的小型粒状煤块，经过气动上料装置2从等离子气化反应炉5上部固体入口进入等离子气化反应炉5上部，经过充分干馏后进入等离子气化反应炉5中部筒体准备气化；

步骤2，等离子气化反应炉5中部筒体上设置的多个等离子点火炬4产生高强度热源，为气化过程提供能量来源，点燃中部筒体内的待气化燃料，并使多个等离子点火炬4的火焰在中部筒体内逐级放大；

步骤3，当等离子气化反应炉5内温度达到气化要求时，通过等离子气化反应炉5中部筒体上设置的多个水蒸气入口3通入水蒸气，并将空气或氧气通过等离子气化反应炉5上部气体入口引入等离子气化反应炉5，在等离子电弧产生的高能热环境下，发生以下反应：

C+H₂O→CO+H₂；

2C+O₂→2CO；

产生含有主要成分为H₂和CO的可燃气体，无机物则变成无害熔渣从等离子气化反应炉5下部出口排出；

步骤4，可燃气体通过布袋除尘器6完成净化，积灰进入气动上料装置2后返回等离子气化反应炉5，待再次气化；

步骤5，净化后的可燃气体通过燃气增压风机7进入储气柜8，通过调节阀9将储气柜8内的可燃气体送入二次风箱12，并将来自空预器热的二次风通过送风机10送入二次风箱12中，与可燃气体混合并稀释至较低浓度，通过二次风稀释后的混合气体在锅炉11中燃烧。

其中，多个等离子点火炬4通过电源控制柜14实现电源切换、保护及控制，并实现对等离子点火炬4火焰的控制。

通过锅炉11上设置传感器组13测量混合气体中的可燃气体浓度，并控制调节阀9开度，使可燃气体比例保持在较低浓度，防止发生爆炸。

本实用新型将使褐煤、煤矸石等低品质煤经过初步破碎，通过给料装置送入等离子气化反应炉5中，通入电厂辅汽作为气化炉启动热源。煤炭在等离子气化炉的高能热环境下，和加入的等离子气化剂相互作用，在等离子活性状态下，生成主要成分为H₂、CO的可燃气体，经布袋除尘器6净化后通入储气柜8储存，气化可燃气体与热二次风混合并稀释至较低浓度后通入锅炉，通过二次风稀释后的混合气体通入锅炉代替空气进行燃烧，实现低品质煤高效、清洁利用。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种燃煤锅炉掺烧低品质煤等离子气化燃气的系统，其特征在于，包括：气动上料装置(2)、等离子气化反应炉(5)、布袋除尘器(6)、储气柜(8)、空气或氧气气源、来自空预器热的二次风源，以及配套的连接管路；

所述气动上料装置(2)入口为低品质煤(1)的输入口，所述气动上料装置(2)出口与所述等离子气化反应炉(5)上部固体入口相连，所述等离子气化反应炉(5)上部气体入口与空气或氧气气源相连，所述等离子气化反应炉(5)上部气体出口与所述布袋除尘器(6)气体入口相连，所述布袋除尘器(6)气体出口与所述储气柜(8)入口相连，所述布袋除尘器(6)积灰出口与所述气动上料装置(2)入口连接，所述等离子气化反应炉(5)下部出口为熔渣排出口，所述储气柜(8)出口接至锅炉(11)上的二次风箱(12)，二次风源接至所述二次风箱(12)；

其中，所述等离子气化反应炉(5)中部筒体上均布有位于第一水平面的多个水蒸气入口(3)和位于第二水平面的多个等离子点火炬(4)。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述储气柜(8)出口和所述二次风箱(12)之间的管路上设置有调节阀(9)。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述二次风源与所述二次风箱(12)之间的管路上设置有送风机(10)。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述布袋除尘器(6)气体出口与所述储气柜(8)入口之间的管路上设置有燃气增压风机(7)。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述多个等离子点火炬(4)与等离子控制柜(14)电连接。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述锅炉(11)上设置有由CO传感器和H₂传感器组成的传感器组(13)，所述储气柜(8)出口和所述二次风源通过混合管路与所述传感器组(13)相连。