CN217441629U - 一种燃煤锅炉低负荷稳燃的等离子体煤气化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃煤锅炉低负荷稳燃的等离子体煤气化装置，属于煤气化燃煤发电技术领域。本实用新型针对锅炉低负荷运行时，炉膛内煤粉燃烧放热少、温度低、火焰传播性和稳定性差的缺点，通过利用等离子体煤气化方法，煤粉在气化炉内部分气化，生成高温燃气，高温燃气携带热煤粉进入炉膛后，引燃锅炉主煤粉气流，补充火焰区热量，确保燃煤锅炉低负荷运行过程中燃烧的稳定性。本实用新型具有煤种适应性强、操作稳定、响应快、工艺简单、易改装的优点。可以防止燃煤锅炉低负荷运行导致的炉膛灭火，实现锅炉大比例变负荷状态下的稳定燃烧，满足电厂灵活性改造的要求。

Description

一种燃煤锅炉低负荷稳燃的等离子体煤气化装置

技术领域

本实用新型属于煤气化燃煤发电技术领域，具体涉及一种燃煤锅炉低负荷稳燃的等离子体煤气化装置。

背景技术

发挥煤电机组具有可宽负荷运行、启停灵活的特点，采用燃煤火电机组进行灵活性调峰是解决新能源消纳，同时保证电力稳定供给的最佳途径。

燃煤机组低负荷运行过程中，煤粉用量大幅下降，空气煤比上升，造成锅炉炉膛内的燃烧发热量下降，火焰温度和传播性烧下降，造成燃烧的稳定性差，锅炉易灭火，造成系统的稳定性下降。目前，燃煤锅炉低负荷稳燃主要采用燃油稳燃技术，但由于油、气价格高，而且容易造成后系统的脱硝系统堵塞、排放增大，该方式有被无油稳燃技术取代的趋势。

专利201210083504.5、201710661801.6、201710483595.4、201910584293.5、201920008532.8、201920454263.8分别采用不同方式和设备，通过预热煤粉、一次风、提高磨煤机出口温度，或改善煤粉细度的方法，改善锅炉内煤粉的燃烧效果。这些降低煤粉的引燃所需热量，使煤粉更易着火和稳定燃烧。该类技术最大的区别在于预热方式的选择，难点在于预热温度的控制，温度太低，起不到效果；而温度太高，则易导致在管道中爆燃，而且存在爆炸的安全隐患。

等离子体点火已在电厂、有机含碳原料气化方面已有广泛应用，其原理在于利用正负电极之间的高压，产生电弧，使压缩空气在产生能量密度极高的等离子体炬，点燃煤粉。专利201810595813.8、201920041637.3分别提出了不同结构和工作方式的等离子点火稳燃系统，利用高压产生电弧，电离空气产生能量密度极高的等离子体，点燃煤粉气流，达到稳燃目的。但等离子发生器功率大，系统复杂，还存在使用寿命短的技术难题。

实用新型内容

针对锅炉低负荷运行时，炉膛内煤粉燃烧放热少、温度低、火焰传播性和稳定性差的问题，本实用新型提供了一种燃煤锅炉低负荷稳燃的等离子体煤气化装置。

为了达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：

一种燃煤锅炉低负荷稳燃的等离子体煤气化装置，包括：磨煤机、气化炉、锅炉炉膛；

所述磨煤机通过主管道与锅炉炉膛上锅炉一次风和煤粉进口连通；所述锅炉一次风和煤粉进口设置在锅炉炉膛一侧的侧壁上；在所述主管道上设有锅炉一次风主管路调节阀；

在所述主管道上新增一条旁路管道，并在旁路管道上设有锅炉一次风旁路调节阀和锅炉一次风旁路流量计；

在所述气化炉两端分别设有开口，一端为煤粉烧嘴另一端为燃气喷管8；在煤粉烧嘴内设有煤粉通道，在煤粉通道内设有等离子体发生器；所述气化炉设置在旁路管道末端与锅炉一次风和煤粉进口之间，所述煤粉烧嘴与旁路管道末端连通，所述燃气喷管与锅炉一次风和煤粉进口紧密连接；所述主管道末端与锅炉一次风和煤粉进口连通。

进一步，所述气化炉的气化炉炉体通体采用耐火材料。

进一步，所述气化炉的耐火材料的允许使用温度>1200℃，耐压强度≥60MPa。

进一步，所述等离子体发生器位于煤粉烧嘴的中心，并深入气化炉炉体0～10mm。

一种使用上述装置的燃煤锅炉低负荷稳燃的等离子体煤气化方法，包括以下步骤：

步骤1，将原煤送入磨煤机，研磨成煤粉，调节磨煤机的风量，空气携带煤粉作为锅炉一次风和燃料，从磨煤机顶部排出，由锅炉的一次风进口进入锅炉炉膛；

步骤2，调节主管道和旁路管道上的调节阀和调节阀的开度，控制煤粉经煤粉烧嘴进入气化炉；

步骤3，控制一定量的空气进入位于煤粉烧嘴中心的等离子体发生器，调节电流强度，产生高温等离子体炬，点燃煤粉；

步骤4，调节等离子发生器的空气流量和电流强度，维持气化炉反应温度800～1200℃，煤粉发生热裂解，并与氧气反应，生成富含CO的高温燃气；

步骤5，高温燃气携带未燃尽的煤粉由燃气喷管喷入锅炉炉膛内，完成稳定锅炉内煤粉燃烧。

进一步，所述步骤1中空气与煤粉质量比为1～5:1；所述煤粉粒径小于200μm。

进一步，所述步骤2中进入气化炉的煤粉占总重量的2-10％；所述步骤2中煤粉烧嘴出口的气流速度为20～60m/s；所述步骤4中气化炉内气体的流速0.5～5m/s。

进一步，所述步骤3中等离子体炬的空气量为1～50Nm³/h，流速0.5～5m/s。

进一步，所述步骤4中气化炉内气体和固体颗粒的停留时间0.5-10s。

进一步，所述步骤5中高温燃气携带未燃尽的煤粉由燃气喷管喷入锅炉炉膛的速度20～80m/s。

与现有技术相比本实用新型具有以下优点：

1煤种适应性好，可用于以褐煤、烟煤、无烟煤为原料的燃煤锅炉；

2采用小功率等离子体气化煤粉，设备投资低，运行成本低，等离子发生器寿命长。

3煤粉的燃尽率高，提高燃烧效率，节约能源；

3气化煤量调节范围大，响应快速，可适应快速的调峰过程；

4占地面积小，工艺简单，便于现场改造；

5本实用新型适用于燃煤锅炉灵活调峰过程中煤粉的稳定燃烧，也可用于煤、生物质、有机含碳废弃物燃烧过程。

附图说明

图1是本实用新型用于燃煤锅炉低负荷稳燃的等离子体煤气化方法和装置的示意图；

图2是等离子体煤粉气化炉的结构示意图。

图中，1、磨煤机；2、锅炉一次风主管路调节阀；3、锅炉一次风旁路调节阀；4、锅炉一次风旁路流量计；5、煤粉烧嘴；6、等离子体发生器；7、气化炉；8、燃气喷管；9、锅炉一次风和煤粉进口；10、锅炉的炉膛；11、烧嘴的煤粉通道；12、气化炉炉体；13、气化炉炉体的耐火材料。

具体实施方式

如图1和2所示，本实用新型提供了一种燃煤锅炉低负荷稳燃的等离子体煤气化装置，包括：磨煤机1、气化炉7、锅炉炉膛10；

所述磨煤机1通过主管道与锅炉炉膛10上锅炉一次风和煤粉进口9连通；所述锅炉一次风和煤粉进口9设置在锅炉炉膛10一侧的侧壁上；在所述主管道上设有锅炉一次风主管路调节阀2；

在所述主管道上新增一条旁路管道，并在旁路管道上设有锅炉一次风旁路调节阀3和锅炉一次风旁路流量计4；

在所述气化炉7两端分别设有开口，一端为煤粉烧嘴5另一端为燃气喷管8；在煤粉烧嘴5内设有煤粉通道11，在煤粉通道11内设有等离子体发生器6；所述气化炉7设置在旁路管道末端与锅炉一次风和煤粉进口9之间，所述煤粉烧嘴5与旁路管道末端连通，所述燃气喷管8与锅炉一次风和煤粉进口9紧密连接；所述主管道末端与锅炉一次风和煤粉进口9连通。

气化炉7的气化炉炉体12通体采用耐火材料，耐火材料的允许使用温度>1200℃，耐压强度≥60MPa。

等离子体发生器6位于煤粉烧嘴5的中心，并深入气化炉炉体12，0～10mm。

下面通过具体实施例说明将上述装置用于电厂燃煤锅炉低负荷稳燃的方法。

实施例1：

本实施例所涉及的一种用于燃煤锅炉低负荷稳燃的等离子体煤气化方法，包括以下步骤：以高活性的新疆烟煤为原料；

步骤1，将原煤送入磨煤机1，将原煤颗粒研磨成粒径小于200μm的煤粉，调节磨煤机1的风量，空气与煤粉质量比为1.5:1；空气携带煤粉作为锅炉一次风和燃料，从磨煤机1顶部排出，由锅炉的一次风进口进入锅炉炉膛；

步骤2，调节主管道和旁路管道上的调节阀2和调节阀3的开度，控制煤粉经煤粉烧嘴5进入气化炉7；进入气化炉7的煤粉占总重量的3％；煤粉烧嘴5出口的气流速度为40m/s。

步骤3，控制一定量的空气进入位于煤粉烧嘴5中心的等离子体发生器6，调节电流强度，产生高温等离子体炬，等离子体炬的空气量为2Nm³/h，流速1m/s，点燃煤粉；

步骤4，调节等离子发生器6的空气流量和电流强度，维持气化炉反应温度950℃，气化炉内气速3m/s，煤粉发生热裂解，并与氧气反应，生成富含CO的高温燃气；气化炉内气体和固体颗粒的停留时间0.5s；

步骤5，高温燃气携带未燃尽的煤粉由燃气喷管8喷入锅炉炉膛10内，速度为60m/s，完成稳定锅炉内煤粉燃烧.

实施例2：

本实施例所涉及的一种用于燃煤锅炉低负荷稳燃的等离子体煤气化方法，包括以下步骤：以高活性的内蒙褐煤为原料；

步骤1，将原煤送入磨煤机1，将原煤颗粒研磨成粒径小于200μm的煤粉，调节磨煤机1的风量，空气与煤粉质量比为2:1；空气携带煤粉作为锅炉一次风和燃料，从磨煤机1顶部排出，由锅炉的一次风进口进入锅炉炉膛；

步骤2，调节主管道和旁路管道上的调节阀2和调节阀3的开度，控制煤粉经煤粉烧嘴5进入气化炉7；进入气化炉7的煤粉占总重量的5％；煤粉烧嘴5出口的气流速度为30m/s。

步骤3，控制一定量的空气进入位于煤粉烧嘴5中心的等离子体发生器6，调节电流强度，产生高温等离子体炬，等离子体炬的空气量为1.5Nm³/h，流速0.5m/s，点燃煤粉；

步骤4，调节等离子发生器6的空气流量和电流强度，维持气化炉反应温度900℃，气化炉内气速4m/s，煤粉发生热裂解，并与氧气反应，生成富含CO的高温燃气；气化炉内气体和固体颗粒的停留时间1s；

步骤5，高温燃气携带未燃尽的煤粉由燃气喷管8喷入锅炉炉膛10内，速度为40m/s，完成稳定锅炉内煤粉燃烧。

实施例3

本实施例所涉及的一种用于燃煤锅炉低负荷稳燃的等离子体煤气化方法，包括以下步骤：以低活性的阳泉无烟煤为原料；

步骤1，将原煤送入磨煤机1，将原煤颗粒研磨成粒径小于150μm的煤粉，调节磨煤机1的风量，空气与煤粉质量比为2.5:1；空气携带煤粉作为锅炉一次风和燃料，从磨煤机1顶部排出，由锅炉的一次风进口进入锅炉炉膛；

步骤2，调节主管道和旁路管道上的调节阀2和调节阀3的开度，控制煤粉经煤粉烧嘴5进入气化炉7；进入气化炉7的煤粉占总重量的8％；煤粉烧嘴5出口的气流速度为50m/s。

步骤3，控制一定量的空气进入位于煤粉烧嘴5中心的等离子体发生器6，调节电流强度，产生高温等离子体炬，等离子体炬的空气量为5Nm³/h，流速2m/s，点燃煤粉；

步骤4，调节等离子发生器6的空气流量和电流强度，维持气化炉反应温度1050℃，气化炉内气速2m/s，煤粉发生热裂解，并与氧气反应，生成富含CO的高温燃气；气化炉内气体和固体颗粒的停留时间1.5s；

步骤5，高温燃气携带未燃尽的煤粉由燃气喷管8喷入锅炉炉膛10内，速度为80m/s，完成稳定锅炉内煤粉燃烧。

实施例4

本实施例所涉及的一种用于燃煤锅炉低负荷稳燃的等离子体煤气化方法，包括以下步骤：以低活性的长治贫瘦煤为原料；

步骤1，将原煤送入磨煤机1，将原煤颗粒研磨成粒径小于100μm的煤粉，调节磨煤机1的风量，空气与煤粉质量比为1.8:1；空气携带煤粉作为锅炉一次风和燃料，从磨煤机1顶部排出，由锅炉的一次风进口进入锅炉炉膛；

步骤2，调节主管道和旁路管道上的调节阀2和调节阀3的开度，控制煤粉经煤粉烧嘴5进入气化炉7；进入气化炉7的煤粉占总重量的6％；煤粉烧嘴5出口的气流速度为20m/s。

步骤3，控制一定量的空气进入位于煤粉烧嘴5中心的等离子体发生器6，调节电流强度，产生高温等离子体炬，等离子体炬的空气量为8Nm³/h，流速1.5m/s，点燃煤粉；

步骤4，调节等离子发生器6的空气流量和电流强度，维持气化炉反应温度1000℃，气化炉内气速2.5m/s，煤粉发生热裂解，并与氧气反应，生成富含CO的高温燃气；气化炉内气体和固体颗粒的停留时间2s；

步骤5，高温燃气携带未燃尽的煤粉由燃气喷管8喷入锅炉炉膛10内，速度为50m/s，完成稳定锅炉内煤粉燃烧。

为了进一步阐述本实用新型的技术方案，下面结合附图及实施例对本实用新型进行进一步说明。

以上显示和描述了本实用新型的主要特征和优点,对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种燃煤锅炉低负荷稳燃的等离子体煤气化装置，其特征在于：包括：磨煤机(1)、气化炉(7)、锅炉炉膛(10)；

所述磨煤机(1)通过主管道与锅炉炉膛(10)上锅炉一次风和煤粉进口(9)连通；所述锅炉一次风和煤粉进口(9)设置在锅炉炉膛(10)一侧的侧壁上；在所述主管道上设有锅炉一次风主管路调节阀(2)；

在所述主管道上新增一条旁路管道，并在旁路管道上设有锅炉一次风旁路调节阀(3)和锅炉一次风旁路流量计(4)；

在所述气化炉(7)两端分别设有开口，一端为煤粉烧嘴(5)另一端为燃气喷管(8)；在煤粉烧嘴(5)内设有煤粉通道(11)，在煤粉通道(11)内设有等离子体发生器(6)；所述气化炉(7)设置在旁路管道末端与锅炉一次风和煤粉进口(9)之间，所述煤粉烧嘴(5)与旁路管道末端连通，所述燃气喷管(8)与锅炉一次风和煤粉进口(9)紧密连接；所述主管道末端与锅炉一次风和煤粉进口(9)连通。

2.根据权利要求1所述的一种燃煤锅炉低负荷稳燃的等离子体煤气化装置，其特征在于：所述气化炉(7)的气化炉炉体(12)通体采用耐火材料。

3.根据权利要求1所述的一种燃煤锅炉低负荷稳燃的等离子体煤气化装置，其特征在于：所述气化炉(7)的耐火材料的允许使用温度>1200℃，耐压强度≥60MPa。

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