CN215175196U - 基于炉烟惰化的磨煤机出口温度控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型一种基于炉烟惰化的磨煤机出口温度控制系统，包括尾部烟道换热器、空预器、一次风机、引风机、炉烟风机、煤粉分离器和燃烧系统等；锅炉的炉烟出口通过尾部烟道换热器连接空预器的入口，空预器的出口烟道连接引风机的入口，低温炉烟风门的入口有两路，一路连接引风机的出口，另一路连接连尾部烟道换热器区域的烟道；磨煤机的入口分为两路，一路是干燥介质入口，另一路是原煤入口，其中干燥介质入口又分为两路，一路与炉烟风机的出口相连，另一路与空预器的出口相连，空预器的入口连接一次风机的出口；煤粉分离器的出口通过煤粉管路与燃烧系统的煤粉气流入口相连接。本实用新型能够提升制粉系统综合出力、降低制粉电耗和提升锅炉效率。

Description

基于炉烟惰化的磨煤机出口温度控制系统

技术领域

本实用新型属于燃煤发电技术领域，具体涉及一种基于炉烟惰化的磨煤机出口温度控制系统。

背景技术

制粉系统磨煤机出口的温度控制一直以来都是制粉系统防爆的关键因素，磨煤机出口温度过高，降低制粉系统的安全性，容易导致制粉系统爆燃的不安全事件，威胁机组运行的安全；磨煤机出口温度控制过低，容易导致制粉系统干燥和通风出力不足，制粉系统运行电耗升高、出力下降，还会导致制粉系统掺入冷风，引起排烟温度升高，降低锅炉效率，造成锅炉发电煤耗升高。

目前我国电力系统制粉系统磨煤机出口温度的控制标准主要是依据燃煤的挥发分含量确定，而相同挥发分含量的煤由于发热量、水分、灰分和煤阶等煤质特性存在较大差异，导致其爆燃特性差异显著，且不同磨煤机的结构型式也对原煤在磨煤机内的爆燃特性产生了很大影响。而目前相关规程和标准规定的磨煤机出口温度主要依据煤质的挥发分这一单一指标的函数确定，故该方法很难适应我国煤质多变、煤种特性差异较大的实际应用需要，造成了现阶段普遍存在为了避免制粉系统爆燃而控制磨煤机出口温度在较低水平，需要大量在制粉系统掺入冷风，不仅严重影响制粉系统出力，使得制粉电耗升高，而且也导致排烟温度升高，降低了锅炉效率，亟需一种能够适应我国煤质多变现状且能够实时根据煤质特性来确定的磨煤机出口温度的方法和控制系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服常规磨煤机出口温度方法造成制粉系统掺入大量冷风引起的制粉系统出力不足、经济性降低等问题，提供了一种基于炉烟惰化的磨煤机出口温度控制系统。从制粉系统爆燃发生的机理入手，提出利用锅炉尾部烟气降低制粉系统氧量，惰化制粉系统，提升统防爆能力，并结合对磨煤机出口煤粉加热过程中热解析出的CO浓度和磨煤机出口风速进行监测的方法和系统，确定制粉系统惰性介质的温度、氧量和流量提供控制策略，并确定实际运行中磨煤机出口的温度水平。由此达到不仅能够保证制粉系统运行安全，而且可以避免投入制粉系统冷风带来的不利影响。

本实用新型采用如下技术方案来实现的：

基于炉烟惰化的磨煤机出口温度控制系统，包括锅炉、尾部烟道换热器、空预器、一次风机、引风机、炉烟风机、磨煤机、煤粉分离器、煤仓、给煤机和燃烧系统；其中，

炉烟风机入口的高温炉烟管路上设有高温炉烟风门和高温炉烟温度测点，低温炉烟管路上设有低温炉烟风门和低温炉烟温度测点，炉烟风机入口汇合管路上设有炉烟风机入口风门和混合炉烟温度测点，炉烟风机出口管路上设有炉烟风机出口风门；空预器出口的热一次风管路上安装有热一次风门和热一次风温度测点；磨煤机入口的混合介质管路上安装有磨煤机入口风门、磨入口氧量测点和磨入口温度测点；煤粉分离器出口到燃烧系统的入口之间的煤粉管道上装有粉管风速测点、粉管风温测点和粉管CO浓度测点；

锅炉的炉烟出口连接尾部烟道换热器的入口，尾部烟道换热器的出口连接空预器的入口，空预器的出口烟道连接引风机的入口，低温炉烟风门的入口有两路，一路连接引风机的出口，另一路连接连尾部烟道换热器区域的烟道；

磨煤机的入口分为两路，一路是干燥介质入口，另一路是原煤入口，其中干燥介质入口又分为两路，一路与炉烟风机的出口相连，另一路与空预器的出口相连，空预器的入口连接一次风机的出口；磨煤机的原煤入口与给煤机的出口相连接，给煤机入口与煤仓出口相连接；磨煤机的出口与煤粉分离器的入口相连接，煤粉分离器的出口通过煤粉管路与燃烧系统的煤粉气流入口相连接。

本实用新型进一步的改进在于，磨煤机入口的干燥介质由热一次风、高温炉烟和低温炉烟三种成分组成，其中热一次风来自一次风机并经空预器加热，高温炉烟来自尾部烟道换热器区域，低温炉烟来自炉引风机出口，高温炉烟和低温炉烟组成的混合炉烟经炉烟风机加压后的混合炉烟与热一次风进行混合形成入磨干燥介质。

本实用新型进一步的改进在于，来自锅炉尾部烟道换热器区域的高温炉烟通过高温炉烟风门调整流量，并通过高温炉烟温度测点对其温度进行监测；来自引风机出口的低温炉烟通过低温炉烟风门调整流量，并通过低温炉烟温度测点对其温度进行监测；进入炉烟风机的混合炉烟的温度通过混合炉烟温度测点进行监测，混合炉烟的流量通过炉烟风机出口风门进行调节；来自一次风机并经空预器加热的热一次风通过热一次风门调节流量，并通过热一次风温度测点监测热风温度；混合炉烟和热一次风的总流量通过磨煤机入口风门调节流量，通过磨入口氧量测点测量入磨介质的O₂浓度，入磨混合介质的温度通过磨入口温度测点进行测量。

本实用新型进一步的改进在于，制粉系统的干燥介质是炉烟和热风的混合物，且其氧浓度可调，调节时通过磨入口氧量测点监测入磨干燥介质的氧浓度，然后通过调节的炉烟风机出口风门和热一次风门开度来调节入磨介质的炉烟和热风的配比，达到控制入磨介质的氧浓度的目标，低氧量的制粉介质能够显著提升制粉系统煤粉磨制过程中的防爆能力。

本实用新型进一步的改进在于，制粉系统的干燥介质能够适应煤种的煤质特性灵活调控，是高温炉烟、低温炉烟和热一次风三种介质各按设定比例进行组成，或者是其中某一种介质；在煤质稳定情况下，系统构成能够简化为热风与高温炉烟的组合或热风与低温炉烟两种介质的组合。

本实用新型进一步的改进在于，制粉系统的出口温度的控制是基于磨入口氧量测点、粉管风速测点和粉管CO浓度测点的监测结果来确定；当CO浓度过高时，制粉系统爆燃风险提升，通过灵活采用降低制粉系统入口氧量或混合介质温度的方法进行调控，对应措施是调节热风和高、低温炉烟对应的风门开度；当粉管风速过低时，调整制粉系统炉烟或热风的流量，来调节送粉风速。

本实用新型至少具有如下有益的技术效果：

本实用新型基于制粉系统煤粉气流爆燃发生的“链式反应”机理，利用将爆燃反应发生必须的氧量、传播速度和可燃气体浓度等对关键指标进行监测和控制的方法，形成了一套使用于煤粉锅炉制粉系统磨煤机出口温度控制的系统。其中为了适应我国电站锅炉燃煤煤质多变的情况，选用的是不同温度水平的锅炉尾部烟气，其是电站锅炉系统中容易获得的低氧量干燥介质，烟气中的氧气浓度通常在2％～6％范围，是一种优良的惰性干燥介质。将合适温度烟气和常规制粉系统的热一次风进行组合，形成烟气和热风的混合干燥介质，可以有效降低制粉系统煤粉磨制过程中的氧量水平，起到惰化制粉系统磨制过程，显著降低制粉系统爆燃的风险，为提升磨煤机出口温度，减少甚至杜绝在制粉系统运行中掺入冷风创造了良好的条件，而且也避免对现有的一次风系统进行大改动，造成烟风系统平衡失调，系统适应性和可靠性降低。另一方面，制粉系统出口CO的浓度，是一种良好的反应煤粉磨制过程中可燃物质开始析出的重要指标，CO浓度的异常升高表明煤粉中的可燃物质已经明显析出，系统爆燃风险升高，故CO浓度可以作为预防制粉系统爆燃的监测指标。再者制粉系统合理的通风速度，也是煤粉气流爆燃链式反应的主要指标，超过火焰传播速度的气流速度可以阻断爆燃反应的传播和加剧，必要条件下适当提高系统内的通流速度，对防止制粉系统的爆燃也具有重要作用。结合制粉系统氧量、磨煤机出口CO浓度和制粉系统风速这三个关键指标的监测和控制，提出基于炉烟惰化的磨煤机出口温度控制系统，在保证制粉系统运行安全的同时对减少制粉系统掺冷风用量、提升制粉系统出力、降低制粉电耗，提高锅炉效率具有重要的现实意义。

具体来说，本实用新型提供的基于炉烟惰化的磨煤机出口温度控制系统，制粉系统的干燥介质由热一次风、高温炉烟、低温炉烟三种介质组成，三种介质的流量可以通过相应管路上的热一次风门、高温炉烟风门和低温炉烟风门分别进行调节，可以实现入磨干燥介质氧量、温度和流量的自由调节。氧量调节、制粉系统入口干燥介质温度调节、制粉系统通风流量的调节这是当前锅炉主要采用热风作为干燥介质不具备的重大优势，极大强化了制粉系统的防爆能力和面临多变煤质情况下的适应和调控能力。在磨煤机出口通过设置CO浓度、温度和风速的测点，利用实施监测的结果实现对制粉系统防爆能力、干燥出力和通风出力的实时评估，确定可提升的磨煤机出口温度，替代传统经验公式的计算结果，并将这些结果作为反馈指标用于对制粉系统入磨三种介质的流量和比例的调控中去，形成系统整体的闭环控制。

本实用新型和相对传统制粉系统根据经验公式确定磨煤机出口温度并须大量掺配冷风的方法具有显著的煤种适应优势，系统避免掺入冷风，且可以提升制粉系统综合出力、降低制粉电耗和提升锅炉效率。

综上所述，本实用新型提出基于炉烟惰化的磨煤机出口温度控制系统，旨在通过形成由低温炉烟、高温炉烟和热一次风组成的干燥介质、在制粉系统分别安装氧量、温度、CO浓度和速度等测点，实现对制粉系统防爆能力、干燥出力和通风出力的监测和控制系统，通过根据煤种变化和控制需要的实时数据，对制粉系统的干燥介质成分组成和流量进行闭环控制，从而提升磨煤机出口温度，达到保证制粉系统安全的条件下，有效提升制粉系统和锅炉运行经济性的目标。

附图说明

图1是本实用新型基于炉烟惰化的磨煤机出口温度控制系统的结构示意图。

附图标记说明：

1、锅炉，2、尾部烟道换热器，3、空预器，4、一次风机，5、引风机，6、低温炉烟风门，7、低温炉烟温度测点，8、高温炉烟风门，9、高温炉烟温度测点，10、炉烟风机入口风门，11、混合炉烟温度测点，12、炉烟风机，13、炉烟风机出口风门，14、热一次风门，15、热一次风温度测点，16、磨煤机入口风门，17、磨入口氧量测点，18、磨入口温度测点，19、磨煤机，20、煤粉分离器，21、煤仓，22、给煤机，23、粉管风速测点，24、粉管风温测点，25、粉管CO浓度测点，26、燃烧系统。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。

参见图1，本实用新型基于炉烟惰化的磨煤机出口温度控制系统，包括锅炉1、尾部烟道换热器2、空预器3、一次风机4、引风机5、低温炉烟风门6、低温炉烟温度测点7、高温炉烟风门8、高温炉烟温度测点9、炉烟风机入口风门10、混合炉烟温度测点11、炉烟风机12、炉烟风机出口风门13、热一次风门14、热一次风温度测点15、磨煤机入口风门16、磨入口氧量测点17、磨入口温度测点18、磨煤机19、煤粉分离器20、煤仓21、给煤机22、粉管风速测点23、粉管风温测点24、粉管CO浓度测点25和燃烧系统26。

其中，锅炉1的炉烟出口连接尾部烟道换热器2的入口，尾部烟道换热器2的出口连接空预器3的入口，空预器3的出口烟道连接引风机5的入口，低温炉烟风门6的入口有两路，一路连接引风机5的出口，另一路连接连尾部烟道换热器2区域的烟道；

磨煤机19的入口分为两路，一路是干燥介质入口，另一路是原煤入口，其中干燥介质入口又分为两路，一路与炉烟风机12的出口相连，另一路与空预器3的出口相连，空预器3的入口连接一次风机4的出口；磨煤机19的原煤入口与给煤机22的出口相连接，给煤机22入口与煤仓21出口相连接；磨煤机19的出口与煤粉分离器20的入口相连接，煤粉分离器20的出口通过煤粉管路与燃烧系统26的煤粉气流入口相连接。

此外，炉烟风机12入口的高温炉烟管路上设有高温炉烟风门8和高温炉烟温度测点9，低温炉烟管路上设有低温炉烟风门6和低温炉烟温度测点7，炉烟风机12入口汇合管路上设有炉烟风机入口风门10和混合炉烟温度测点11，炉烟风机12出口管路上设有炉烟风机出口风门13。空预器3出口的热一次风管路上安装有热一次风门14和热一次风温度测点15。磨煤机19入口的混合介质管路上安装有磨煤机入口风门16、磨入口氧量测点17和磨入口温度测点18。煤粉分离器20出口到燃烧系统26的入口之间的煤粉管道上装有粉管风速测点23、粉管风温测点24和粉管CO浓度测点25。

低温炉烟风门6、高温炉烟风门8和热一次风门14分别实现对低温炉烟、高温炉烟和热一次风流量配比的调节，实现对磨煤机入口干燥介质成分的控制；磨入口氧量测点17，磨入口温度测点18对入磨的混合介质氧量和温度监测，磨煤机入口风门16实现对入磨干燥介质总量进行调控。粉管风速测点23实现对粉管风速进行监测，同时也反映制粉系统通风出力的情况，粉管风温测点24是磨煤机干燥出力的重要监测指标，粉管CO浓度是用于评估制粉系统爆燃情况的关键指标，也是参与制粉系统干燥介质流量配比调节和温度控制的重要依据。

本实用新型提供的基于炉烟惰化的磨煤机出口温度控制方法，该方法利用基于炉烟惰化的磨煤机出口温度控制系统，包括以下步骤：

降低制粉系统氧量的炉烟由来自引风机5出口的低温炉烟和来自锅炉尾部换热器2区域的高温炉烟进行混合组成，混合后的炉烟经过炉烟风机提升压力后与热一次风进行混合，最终形成由低温炉烟、高温炉烟和热一次风三种介质共同组成的氧量、温度、流量三个变量可监测、可调控的干燥介质，灵活多样的调节手段可以适应我国多变的煤源情况，提供根据实际入炉煤质特性提供适合的惰化干燥介质。这三种介质的流量控制是通过设置在系统中的低温炉烟风门6、高温炉烟风门8、炉烟风机入口风门10、热一次风门14和磨煤机入口风门16的调控实现的。

以上风门的调控方法和策略是基于制粉系统防爆、干燥和通风出力的三个方面的监测数据确定的，具体而言是通过装在磨煤机出口粉管上的CO浓度测点25、温度测点24和速度测点23的监测数据确定的。如当CO浓度较低情况下，反映制粉系统具有较大安全裕度，可以提升磨煤机出口温度；制粉系统出口实测温度较低时，表明制粉系统干燥出力相对较低，需要采取提升制粉系统干燥介质温度或流量的方式，提升输入制粉系统的热量；当磨煤机出口风速较低时，表明制粉系统通风出力偏低，需要提升制粉系统介质总流量。得到这些结果后，就可以根据需要发出调整对应风门的指令，形成系统的闭环控制。

综上所述，本实用新型提供的基于炉烟惰化的磨煤机出口温度控制系统，从制粉系统爆燃机理入手，提出通过利用锅炉尾部烟气降低制粉系统氧量，惰化制粉系统，提升防爆能力，并对磨煤机出口煤粉加热过程中热解析出的可燃气体CO浓度和磨煤机出口风速进行监测，为调整制粉系统惰性介质的氧量、风温和风量的控制提供策略，并确定实际运行中磨煤机出口的温度水平。

具体而言，制粉系统的干燥介质由热一次风、高温炉烟、低温炉烟三种介质组成，三种介质的流量可以通过相应管路上的热一次风门、高温炉烟风门和低温炉烟风门分别进行调节，可以实现入磨干燥介质氧量、温度和流量的自由调节。氧量调节、制粉系统入口干燥介质温度调节、制粉系统通风流量的调节这是当前锅炉主要采用热风作为干燥介质不具备的重大优势，极大强化了制粉系统的防爆能力和面临多变煤质情况下的适应和调控能力。在磨煤机出口通过设置CO浓度、温度和风速的测点，利用实施监测的结果实现对制粉系统防爆能力、干燥出力和通风出力的实时评估，确定可提升的磨煤机出口温度，替代传统经验公式的计算结果，并将这些结果作为反馈指标用于对制粉系统入磨三种介质的流量和比例的调控中去，形成系统整体的闭环控制。

本实用新型提供的方法和相对传统制粉系统根据经验公式确定磨煤机出口温度并须大量掺配冷风的方法具有显著的煤种适应优势，可以有效提升制粉系统综合出力、降低制粉电耗和提升锅炉效率。

Claims (1)

1.基于炉烟惰化的磨煤机出口温度控制系统，其特征在于，包括锅炉(1)、尾部烟道换热器(2)、空预器(3)、一次风机(4)、引风机(5)、炉烟风机(12)、磨煤机(19)、煤粉分离器(20)、煤仓(21)、给煤机(22)和燃烧系统(26)；其中，

炉烟风机(12)入口的高温炉烟管路上设有高温炉烟风门(8)和高温炉烟温度测点(9)，低温炉烟管路上设有低温炉烟风门(6)和低温炉烟温度测点(7)，炉烟风机(12)入口汇合管路上设有炉烟风机入口风门(10)和混合炉烟温度测点(11)，炉烟风机(12)出口管路上设有炉烟风机出口风门(13)；空预器(3)出口的热一次风管路上安装有热一次风门(14)和热一次风温度测点(15)；磨煤机(19)入口的混合介质管路上安装有磨煤机入口风门(16)、磨入口氧量测点(17)和磨入口温度测点(18)；煤粉分离器(20)出口到燃烧系统(26)的入口之间的煤粉管道上装有粉管风速测点(23)、粉管风温测点(24)和粉管CO浓度测点(25)；

锅炉(1)的炉烟出口连接尾部烟道换热器(2)的入口，尾部烟道换热器(2)的出口连接空预器(3)的入口，空预器(3)的出口烟道连接引风机(5)的入口，低温炉烟风门(6)的入口有两路，一路连接引风机(5)的出口，另一路连接连尾部烟道换热器(2)区域的烟道；

磨煤机(19)的入口分为两路，一路是干燥介质入口，另一路是原煤入口，其中干燥介质入口又分为两路，一路与炉烟风机(12)的出口相连，另一路与空预器(3)的出口相连，空预器(3)的入口连接一次风机(4)的出口；磨煤机(19)的原煤入口与给煤机(22)的出口相连接，给煤机(22)入口与煤仓(21)出口相连接；磨煤机(19)的出口与煤粉分离器(20)的入口相连接，煤粉分离器(20)的出口通过煤粉管路与燃烧系统(26)的煤粉气流入口相连接。

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