CN218442385U - 氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统 - Google Patents

Abstract

氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统，属于燃煤机组调峰领域。为了解决如何实现锅炉的低负荷稳定燃烧，从而提高机组调峰能力的问题。在入口截止阀和流量变送器之间设置有与主管路连通的氮气接入管路，在氮气接入管路上设置阀组，氮气接入管路中用于充入氮气；在氢主管路减压阀后设置有与主管路连通的主氢管路道排空管路，主氢管路排空阀设置在主排空管路上；在每个分支管路上从入口至出口依次设置有一号入炉快速启闭阀、二号入炉快速启闭阀和入炉截止阀，在一号入炉快速启闭阀和二号入炉快速启闭阀之间设置有与该分支管路连通的入炉氢管道排空管路，入炉氢管道排空阀设置在该管路上。在锅炉的低负荷氢气助燃稳定燃烧，提高机组调峰能力。

Description

氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统

技术领域

本实用新型涉及对燃煤机组的调峰技术，属于燃煤机组调峰领域。

背景技术

传统煤电机组不具备大范围、宽幅度的负荷调节能力，尤其在煤炭短缺锅炉燃用与设计偏差较大的煤种时，锅炉低负荷稳定燃烧更加困难，严重限制了发电机组的调峰能力。在焦炉煤气、氯碱工业及PDH项目中有大量的工业副产氢气，将这些副产氢气引入大型煤粉锅炉助燃提高机组调峰能力，使传统燃煤机组在新的电源体系中实现多能互补，实现高耗能向绿色低碳转型。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决如何实现锅炉的低负荷稳定燃烧，从而提高机组调峰能力的问题，提出了氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统。

氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统，所述系统包括氮气置换阀组、入口调节阀、入口截止阀、减压阀前截止阀、减压阀、减压阀后截止阀、减压旁路阀、氢主管路排空阀、入口支管路排空阀、一号入炉快速启闭阀、二号入炉快速启闭阀、入炉截止阀、气枪、燃烧器、主管路、分支管路、氮气接入管路、氢主管路排空管和入炉支管路排空管；

主管路的入口用于进入氢气，主管路的出口同时连接多个入炉分支管路的入口，每个分支管路的出口连接一个气枪的输入端，气枪得输出端连接一个燃烧器的入口，多个燃烧器的出口连接锅炉；

主管路上从入口至出口依次设置有入口调节阀、入口截止阀、流量变送器、减压阀前截止阀、减压阀和减压阀后截止阀；

在入口截止阀和流量变送器之间设置有与主管路连通的氮气接入管路，阀组设置在氮气接入管路上，氮气接入管路中用于充入氮气；

在主管路的出口与减压阀后截止阀之间设置有与主管路连通的第一个排空管路，第一排空阀设置在第一个排空管路上；

在每个分支管路上从入口至出口依次设置有一号入炉快速启闭阀、二号入炉快速启闭阀和入炉截止阀，在一号入炉快速启闭阀和二号入炉快速启闭阀之间设置有与该分支管路连通的排空管路，排空阀设置在排空管路上。

优选地，所述系统还包括滤网；

滤网设置在氮气接入管路与流量变送器之间，滤网，用于对杂质颗粒进行过滤。

本实用新型的有益效果是：

氢气燃烧具有着火范围宽，火焰传播速度快和点火能量低等特点，故其燃烧效率非常高，在煤粉炉的高大炉膛中充分尽然。而其NOx(是煤粉燃烧过程中产生的有害气体，污染环境，越少越好，属于氮的各种氧化物，一氧化氮、二氧化氮等)排放可控制在100mg/Nm3甚至更低的水平，相比煤粉的NOx排放更低，不影响炉后脱销。通过氢气燃烧器的科学设计，保证不回火、不爆燃，一对一设置燃烧器和火检。炉膛内燃烧温度可达1200℃以上，高温烟气在炉膛内的停留时间在2s以上，远远高于氢气的燃烧条件，氢气着火后喷入燃烧高温区，保持输送压力稳定，选择合适喷口速度和位置，可以快速参与燃烧，不会带入锅炉尾部引起爆燃。

本申请在氢气进入管路前要采用氮气充分的吹扫管路，停运后应进行充分的氮气置换，防止氢管路内的氢气与进入系统空气混合，产生不安全的混合气体。本申请管路上设置多个阀，在炉膛发生燃烧不稳与灭火时，可控制各阀门迅速切断燃料供应。阻断氢气进入燃烧器。所以本申请进行清扫及设置各个阀有效防止炉膛爆炸、保证锅炉的安全点火、对启停和各种紧急事故的处理均有重要的作用。

在主管路中设置有流量测量元件，手动截止阀，在入炉分支管路上设置气动排放三阀组(气动排放三阀组由一号入炉快速启闭阀、二号入炉快速启闭阀和入炉氢管道排空阀组成)，减压阀，手动截止阀正常运行时始终是常开的，必要时关闭此阀使系统与外部隔离。根据各种不同工况时所需的气枪喷嘴不同出力，可通过调节阀来调节气系统压力来实现。

在气枪喷嘴前气动排放三阀组通过一号入炉快速启闭阀、二号入炉快速启闭阀和入炉氢管道排空阀的巧妙组合，当正常工况时气燃料通过气动三阀组，进入气枪，当三阀组处于关闭状态时，气动三阀组中的排放阀自动打开，排出快速启闭阀之间的燃气，同时此三阀组也能起到炉膛和氢气之间的“彻底隔离”。

氢气管路系统采用氮气吹扫和置换。氢气掺烧系统启动前应按规程进行充分的氮气吹扫，停运后应进行充分的氮气置换，防止炉膛爆燃或管道系统周围的火灾与爆炸。

掺烧氢气系统设置有压力变送器，在来气压力过高或过低、温度过高时会报警或跳闸，以确保系统安全，并设置有流量测量装置实时监测气体流量。

因此，本申请能够有效地控制氢气进入量及保证燃烧安全，实现锅炉的低负荷稳定燃烧，从而提高机组调峰能力。

附图说明

图1为氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统的原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统，所述系统包括阀组1、入口调节阀2、入口截止阀3、减压阀前截止阀5、减压阀6、减压阀后截止阀7、减压旁路阀8、主氢管路排空阀10、入炉氢管道排空阀19、一号入炉快速启闭阀11、二号入炉快速启闭阀12、入炉截止阀13、气枪、燃烧器、主管路、分支管路、氮气接入管路9、主排空管路和入炉排空管路；

主管路的入口用于进入氢气，主管路的出口同时连接多个分支管路的入口，每个分支管路的出口连接一个气枪的输入端，气枪输出端连接一个燃烧器的入口，多个燃烧器的出口连接锅炉；

主管路上从入口至出口依次设置有入口调节阀2、入口截止阀3、流量变送器4、减压阀前截止阀5、减压阀6和减压阀后截止阀7；

在入口截止阀3和流量变送器4之间设置有与主管路连通的氮气接入管路9，阀组1设置在氮气接入管路9上，氮气接入管路9中用于充入氮气；

在主管路的出口与减压阀后截止阀7之间设置有与主管路连通的主排空管路，主氢管路排空阀10设置在主排空管路上；

在每个分支管路上从入口至出口依次设置有一号入炉快关阀11、二号入炉快速启闭阀12和入炉截止阀13，在一号入炉快速启闭阀11和二号入炉快速启闭阀12之间设置有与该分支管路连通的入炉排空管路，入炉氢管道排空阀19设置在入炉排空管路上。

本实施方式中，本申请为了实现机组大幅度调峰的目的，也进行了燃烧器的改造；

燃烧器及控制系统改造：在燃烧器中整合布置气体燃烧器与一、二次风喷口，通过燃烧器热功率、燃烧器间距、气体喷口流速、二次风配风量、二次风速等参数的设计，煤粉火焰与气体火焰可实现相互支持，使各种热值的燃气迅速参与燃烧，确保炉膛内燃烧的安全稳定。同时煤粉锅炉设计为微负压炉膛，燃气没有通过炉膛孔门泄漏的风险。为确保气体中所有可燃成分充分燃尽，需要足够的燃烧区停留时间，故氢气掺烧燃烧器设置在煤粉燃烧器的底部，以获得充足的燃尽时间，氢气燃烧器布置在两层一次风中间的二次风喷口内(B层与C层一次风之间，D层与E层一次风之间)，设置两层(2角共4只)即可满足助燃的作用，氢气助燃稳燃后进一步减少煤粉量降低机组负荷，实现机组大幅度调峰的目的。这些是600MW机组锅炉燃烧器的结构。

防止炉膛或烟道爆炸：首先在炉膛无明火的情况下应防止燃料进入炉膛；其次，是要保证良好的燃烧。作为预防措施，在点火前必须仔细吹扫炉膛和烟道。在炉膛发生燃烧不稳与灭火时，锅炉FSSS系统可控制掺烧气系统的电控阀门迅速切断燃料供应。阻断氢气进入燃烧器。

掺烧气系统启动前进行充分的氮气吹扫，停运后应进行充分的氮气置换。

炉前掺烧气系统和控制程序：炉前掺烧气系统受炉膛安全监控系统(FSSS)、机组协调控制系统(CCS)的控制。具有在点火前控制炉膛吹扫、气系统氮气自动吹扫、锅炉负荷达到掺烧要求时自动投入掺烧气、炉膛整体火焰监视、事故燃料跳闸保护、掺烧气系统停运后氮气置换等功能。还具有一系列的连锁保护，对于防止炉膛爆炸、锅炉的安全点火、启停和各种紧急事故的处理均有重要的作用。

炉前掺烧气系统中除设置有检修隔离用的压力指示装置等元件之外，其余各阀门、压力元件均作为炉膛安全监控系统和机组协调控制系统的逻辑执行元件。此系统大致分为总操纵台和每只气体燃烧器分操纵台两部分。

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统进一步限定，在本实施方式中，所述系统还包括滤网14；

滤网14设置在氮气接入管路9与流量变送器4之间，滤网14，用于对杂质颗粒进行过滤。

本实施方式中，用滤网滤除进入主管路的杂质颗粒，防止此杂质颗粒进入燃烧器，影响燃烧器。

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统进一步限定，在本实施方式中，所述系统还包括流量变送器4；

流量变送器4设置在主管路上滤网14与减压阀前截止阀5之间，流量变送器4，用于测量氢气流量。

具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式三所述的氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统进一步限定，在本实施方式中，所述系统还包括减压旁路阀8和减压管路；

减压管路与主管路连通，减压管路的一端连接在主排空管路和减压阀后截止阀7之间，减压管路的另一端连接在减压阀前截止阀5和流量变送器4之间；

减压管路上设置有减压旁路阀8。

本实施方式中，减压阀组设置有旁路阀，当减压法损坏时，关闭减压阀前截止阀5和减压阀后截止阀7，让氢气不走减压阀6，而走减压旁路阀所在的管路。

具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统进一步限定，在本实施方式中，所述系统还包括一号压力变送器15、一号就地压力表16、二号就地压力表17、二号压力变送器18、氢气纯度表20和三号就地压力表21；

在主管路入口至入口调节阀2之间设置有一号压力变送器15和一号就地压力表16；

在主排空管路出口上设置有二号就地压力表17、二号压力变送器18和氢气纯度表20；

在每个分支管路上的入炉截止阀13和气枪之间设置有三号就地压力表21；

一号压力变送器15，用于测量主管路入口处的氢气压力，将该压力传给远端；

一号就地压力表16，用于显示主管路入口处的氢气压力；

二号就地压力表17，用于显示主管路出口处的氢气压力；

二号压力变送器18，用于测量主管路出口处的氢气压力，将该压力传给远端；

氢气纯度表20，用于显示氢气纯度；

三号就地压力表21，用于显示分支管路出口处的氢气压力。

本实施方式中，在氢气入口、出口及分支管路出口均设置检测表来检测压力等信息。

具体实施方式六：本实施方式是对具体实施方式一所述的氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统进一步限定，在本实施方式中，阀组1包括氮气进入调节阀1-1、氮气入口截止阀1-2和氮气入口逆止阀1-3；

氮气进入调节阀1-1、氮气入口截止阀1-2和氮气入口逆止阀1-3从氮气接入管路9的入口至出口依次设置。

本实施方式中，本申请的工作原理为：先将氮气进入调节阀1-1、氮气入口截止阀1-2 打开，调节氮气进入调节阀1-1的开度，然后让氮气进入氮气接入管路9，对整个系统中的主管路和分支管路进行冲扫，将主管路和分支管路中的空气冲净，冲扫后的氮气进入露堂内，在冲扫结束前打开入炉氢管道排空阀19和主氢管路排空阀1010排出排放管内残余气体，然后将入炉氢管道排空阀19和主氢管路排空阀10关闭，使整改系统充满氮气，置换氮气进入燃烧器不影响锅炉的燃烧状况，冲扫完管路后关闭氮气进入调节阀1-1、氮气入口截止阀1-2；然后打开入口调节阀2、入口截止阀3、减压阀前截止阀5、减压阀6 和减压阀后截止阀7，让氢气进入主管路中，通过调节入口调节阀2调节开口大小从而调节进入氢气的量，氢气进入主管路经过滤网，滤除杂质颗粒，氢气再经过减压阀6后，减压阀6将稳定的控制进入氢气的压力，打开各个分支管路上的一号入炉快速启闭阀11、二号入炉快速启闭阀12和入炉截止阀13后，氢气稳定的进入各个分支管路中，再由气枪喷入各自燃烧器中，最后进入炉膛；

当减压阀6损坏的时候，需要关闭减压阀前截止阀5和减压阀后截止阀7，将减压阀6拆卸下来，或者不拆卸，通过关闭减压阀前截止阀5和减压阀后截止阀7，让氢气不走减压阀6，而走减压旁路阀所在的管路；

主管路入口的一号压力变送器15用于采集入口氢气的压力传送给远端进行显示，由一号就地压力表16直接显示出入口氢气的压力值，可以现场查看到该压力值。

具体实施方式七：本实施方式是对具体实施方式一所述的氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统进一步限定，在本实施方式中，所述系统还包括第一取样管路、第二取样管路、一号取样阀22和二号取样阀23；

在主排空管路出口设置二号取样阀23，在每个入炉排空管路入口各设置有1个一号取样阀22；打开一号取样阀22和二号取样阀23，测量排出的氢气纯度。

本实施方式中，本申请在主管路的出口处还设置温度变送器23，用来检测主管路出口的温度，防止温度过高。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (7)

1.氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统，其特征在于，所述系统包括阀组(1)、入口调节阀(2)、入口截止阀(3)、减压阀前截止阀(5)、减压阀(6)、减压阀后截止阀(7)、减压旁路阀(8)、主氢管路排空阀(10)、入炉氢管道排空阀(19)、一号入炉快速启闭阀(11)、二号入炉快速启闭阀(12)、入炉截止阀(13)、气枪、燃烧器、主管路、分支管路、氮气接入管路(9)、主排空管路和入炉排空管路；

主管路的入口用于进入氢气，主管路的出口同时连接多个分支管路的入口，每个分支管路的出口连接一个气枪的输入端，气枪输出端连接一个燃烧器的入口，多个燃烧器的出口连接锅炉；

主管路上从入口至出口依次设置有入口调节阀(2)、入口截止阀(3)、流量变送器(4)、减压阀前截止阀(5)、减压阀(6)和减压阀后截止阀(7)；

在入口截止阀(3)和流量变送器(4)之间设置有与主管路连通的氮气接入管路(9)，阀组(1)设置在氮气接入管路(9)上，氮气接入管路(9)中用于充入氮气；

在主管路的出口与减压阀后截止阀(7)之间设置有与主管路连通的主排空管路，主氢管路排空阀(10)设置在主排空管路上；

在每个分支管路上从入口至出口依次设置有一号入炉快速启闭阀(11)、二号入炉快速启闭阀(12)和入炉截止阀(13)，在一号入炉快速启闭阀(11)和二号入炉快速启闭阀(12)之间设置有与该分支管路连通的入炉排空管路，入炉氢管道排空阀(19)设置在入炉排空管路上。

2.根据权利要求1所述的氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统，其特征在于，所述系统还包括滤网(14)；

滤网(14)设置在氮气接入管路(9)与流量变送器(4)之间，滤网(14)，用于对杂质颗粒进行过滤。

3.根据权利要求2所述的氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统，其特征在于，所述系统还包括流量变送器(4)；

流量变送器(4)设置在主管路上滤网(14)与减压阀前截止阀(5)之间，流量变送器(4)，用于测量氢气流量。

4.根据权利要求3所述的氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统，其特征在于，所述系统还包括减压旁路阀(8)和减压管路；

减压管路与主管路连通，减压管路的一端连接在主排空管路和减压阀后截止阀(7)之间，减压管路的另一端连接在减压阀前截止阀(5)和流量变送器(4)之间；

减压管路上设置有减压旁路阀(8)。

5.根据权利要求1所述的氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统，其特征在于，所述系统还包括一号压力变送器(15)、一号就地压力表(16)、二号就地压力表(17)、二号压力变送器(18)、氢气纯度表(20)和三号就地压力表(21)；

在主管路入口至入口调节阀(2)之间设置有一号压力变送器(15)和一号就地压力表(16)；

在主排空管路出口上设置有二号就地压力表(17)、二号压力变送器(18)和氢气纯度表(20)；

在每个分支管路上的入炉截止阀(13)和气枪之间设置有三号就地压力表(21)；

一号压力变送器(15)，用于测量主管路入口处的氢气压力，将该压力传给远端；

一号就地压力表(16)，用于显示主管路入口处的氢气压力；

二号就地压力表(17)，用于显示主管路出口处的氢气压力；

二号压力变送器(18)，用于测量主管路出口处的氢气压力，将该压力传给远端；

氢气纯度表(20)，用于显示氢气纯度；

三号就地压力表(21)，用于显示分支管路出口处的氢气压力。

6.根据权利要求1所述的氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统，其特征在于，阀组(1)包括氮气进入调节阀(1-1)、氮气入口截止阀(1-2)和氮气入口逆止阀(1-3)；

氮气进入调节阀(1-1)、氮气入口截止阀(1-2)和氮气入口逆止阀(1-3)从氮气接入管路(9)的入口至出口依次设置。

7.根据权利要求1所述的氢气助燃煤粉锅炉的调峰系统，其特征在于，所述系统还包括第一取样管路、第二取样管路、一号取样阀(22)和二号取样阀(23)；

在主排空管路出口设置二号取样阀(23)，在每个入炉排空管路入口各设置有一号取样阀(22)；打开一号取样阀(22)和二号取样阀(23)，测量排出的氢气纯度。

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