JP3242923U

JP3242923U - 石炭燃焼ユニットの運転の柔軟性及び炭種に対する適応性を向上させる風温調整システム

Info

Publication number: JP3242923U
Application number: JP2023001799U
Authority: JP
Inventors: ▲スォ▼園元; 周平; 周凌宇; 周志培; 成▲ルイ▼▲シェン▼; 劉輝
Original assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Current assignee: Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Priority date: 2022-07-18
Filing date: 2023-05-25
Publication date: 2023-07-21
Anticipated expiration: 2033-05-25
Also published as: CN115164226A

Abstract

【課題】石炭燃焼ユニットの運転の柔軟性及び炭種適応性を向上させる風温調整システムを提供する。
【解決手段】一次ファン１の出口は、空気予熱器３の一次風の風路入口に連通し、空気予熱器の一次風の風路出口は２つの経路にわけられ、そのうち、一方の経路は、石炭ミル５の一次風の母管に連通し、他方の経路は、電気ヒータシステム４の一次風入口に連通し、電気ヒータシステムの一次風出口は石炭ミルの一次風の母管に連通する。送風機２の風出口は、空気予熱器の二次風の風路入口に連通し、空気予熱器の二次風の風路出口は２つの経路にわけられ、そのうち、一方の経路はボイラの二次風箱入口風路に連通し、他方の経路は電気ヒータシステムの二次風入口に連通し、電気ヒータシステムの二次風出口はボイラの二次風箱入口風路に連通する。該システムにより、二次風の温度を上昇させる。
【選択図】図１

Description

本考案は、火力発電設備の分野に属し、石炭燃焼ユニットの運転の柔軟性及び炭種に対する適応性を向上させる風温調整システムに関する。

日増しに深刻化する廃棄風（光、水）の問題を解決し、新エネルギーの収集投棄能力を改善するとともに、石炭消費総量を削減して「炭素ピーク、炭素中和」の目標を達成するために、石炭発電ユニットの運転の柔軟性を改善することは、迫っている任務になっている。近年、多くの火力発電ユニットは、設備の最適化とアップグレード改造により、熱電ユニットの最小技術的出力が４０～５０％の定格容量に達成し、純凝縮ユニットの最小技術的出力が２０～３０％の定格容量に達した。

石炭火力発電ユニットの深さピーク調整能力は、主にボイラの低負荷安定燃焼能力に依存し、特に大部分の純凝縮ユニットに対するものである。ボイラの低負荷安定燃焼能力を向上させる主な技術的措置としては、柔軟なピーク調整に適応する燃焼器の改造、製粉システムの改造、焼入高揮発性石炭質改造、及びプラズマ、マイクロオイル、酸素富化等の助燃改造等が挙げられる。しかし、多くの省で実行している深さピーク調整ユニットの認定試験ガイドラインでは、プラズマ、ガス及び燃料などの燃焼補助措置を投入しないことを明確に求めている。したがって、ボイラ燃焼器システムの自己安定燃焼能力の設計は、非常に重要になっている。

多くのユニットの最近試験結果を結合し、純凝縮の作業条件で、瀝青炭を燃焼するユニットのボイラは、基本的に２５％ＴＨＡの負荷で助燃なしの安定燃焼能力があり、褐炭を燃焼するユニットのボイラは、基本的に２５～４０％ＴＨＡの負荷で助燃なしの安定燃焼能力があり、貧石炭及び無煙炭を燃焼するユニットのボイラは、基本的に４０～５０％ＴＨＡの負荷で助燃なしの安定燃焼能力がある。「二重炭素ターゲット」の継続的な推薦及び深化に伴い、将来の電力網の火力発電ユニットに対する、柔軟な運行能力は必然的に高くなる。特に明らかなことは、中国の西南地域に位置する四川、貴州、雲南及び広西等の省で、多くの火力発電石炭燃焼ユニットの設計炭種は無煙炭であり、一部の発電所の日常燃焼用炭種の熱値Ｑ_{ｎｅｔ．ａｒ}は約１３ＭＪ／ｋｇであり、乾燥無灰基揮発分Ｖ_ｄａｆは１０％未満であり、受け入れ基灰分Ａ_ａｒは約４０％である。さらに、５０％ＴＨＡ以上の負荷では、消火事故が頻発し、ボイラの安定燃焼性能が西南地域の石炭燃焼ユニットのピーク調整深さを制限する主な要因となり、深さピーク調整の安定性は更に語るに及ばない。

特定の炉床の特徴パラメータ及び低窒素燃焼システムの場合、燃焼反応の活性化エネルギーＥを低下させ、反応放熱量Ｑ_ｂｒを高め、放熱係数αを低下させ、壁温度Ｔｗを高め、微粉炭の初期温度Ｔ_０を高め、微粉炭の着火温度Ｔ_ｚｈを低下させるなどの方式により、ボイラの低負荷の安定燃焼能力を改善させる。そのうち、Ｅ、Ｑ_ｂｒ、Ｔ_ｚｈを変更する等の措置は、炭種を変更することであり、低負荷の安定燃焼のために高発熱量、高揮発性の瀝青炭を用いることは、当面の石炭供給市場や地域制限を考慮すると、該方向への実現性が低い。その他、放熱係数を低下させ、壁温度を上昇させ、微粉炭気流の初期温度を上昇させることは、従来からボイラの安定燃焼のアップグレード改造の技術的方向性となっている。

また、火力発電ユニットのピーク調整方式の選択において、主に安全性、経済性及び機動性を考慮し、現在常用されているピーク調整方式には、主に２シフト運転方式、低負荷運転方式、少蒸気無効運転方式、および低速回転熱予備運転方式という４種類の方式が含まれる。

そのうち、２シフト運転とは、電網の日負荷曲線の割り当てルールに基づいて、ユニットが昼間に正常に運転し、電力網の負荷が低い夜間に６ｈ～８ｈ停止し、翌日の早朝に熱状態で起動して、ユニットが改めて電力網にコネクトされることを指す。その最大の利点は、ユニットの調整可能な出力が大きく、１００％のユニットの最大負荷に達することができ、電力網の負荷を調整する効果が顕著である。いくつかのピーク変調解決手段には、それぞれ利点と欠点があり、従来のピーク調整の深さ要件及び中国の技術的予備力によっては、将来の数年は多くのユニットが２シフトのピーク調整方式で運転することが可能である。

現在、冷間条件下でユニットを起動する場合、プラズマ又はマイクロオイル点火システムを起動する前に、隣接する機械の補助蒸気で一次風温風機を通して一次風を予熱するか、又は隣接する炉の熱風を直接に抽出することにより、石炭ミルが運転状態になるようにする必要がある。ユニットが同時に停止する場合、起動ボイラを熱源として用いる必要がある。しかし、起動ボイラは油の消費量が大きく、運転経済性が低い。ユニットが正常に運転する場合、ボイラを起動するには定期的に炉乾燥及びメンテナンスを行う必要があり、メンテナンスコストが高い。

この背景の下で、二次風の温度を大幅に高めてボイラの低負荷安定燃焼能力及び炭種に対する適応性を改善するとともに、ユニットが冷間起動期間に石炭ミルとして熱源を起動し、ユニットの運転の柔軟性と安全性を顕著に向上させるシステムを開発した。

本考案の目的は、上記従来技術の欠点を解消し、二次風の温度を上昇させるとともに、ユニットの運転の柔軟性と安全性を向上させることができる、石炭燃焼ユニットの運転の柔軟性及び炭種に対する適応性を向上させる風温調整システムを提供することである。

上記目的を達成するために、本考案の石炭燃焼ユニットの運転の柔軟性及び炭種に対する適応性を向上させる風温調整システムは、一次ファンと、送風機と、空気予熱器と、電気ヒータシステムと、石炭ミル及びボイラを含む。

一次ファンの出口は、空気予熱器の一次風の風路入口に連通し、空気予熱器の一次風の風路出口は２つの経路にわけられ、そのうち、一方の経路は、石炭ミルの一次風の母管に連通し、他方の経路は、電気ヒータシステムの一次風入口に連通し、電気ヒータシステムの一次風出口は石炭ミルの一次風の母管に連通する。

送風機の風出口は、空気予熱器の二次風の風路入口に連通し、空気予熱器の二次風の風路出口は２つの経路にわけられ、そのうち、一方の経路は、ボイラの二次風箱入口風路に連通し、他方の経路は、電気ヒータシステムの二次風入口に連通し、電気ヒータシステムの二次風出口は、ボイラの二次風箱入口風路に連通する。

石炭ミルの出口はボイラに設けられた燃焼器に接続され、空気予熱器はボイラのテール部煙道内に位置する。

前記空気予熱器の一次風の風路出口は、第１のシャットオフドアを介して電気ヒータシステムの一次風入口に連通する。

前記空気予熱器の二次風の風路出口は、第２のシャットオフドアを介して電気ヒータシステムの二次風入口に連通する。

前記空気予熱器の二次風の風路出口は、第３のシャットオフドアを介してボイラの二次風箱入口風路に連通する。

前記空気予熱器の一次風の風路出口は、第４のシャットオフドアを介して石炭ミルの一次風の母管に連通する。

前記電気ヒータシステムの二次風出口は、第１の調整ドアを介してボイラの二次風箱入口風路に連通する。

前記電気ヒータシステムの一次風出口は、第２の調整ドアを介して石炭ミルの一次風の母管に連通する。

前記ユニットは、超低負荷運転を行った後、第１のシャットオフドアを閉じて、第２のシャットオフドアが全開状態に維持され、空気予熱器から出力される二次風の全体は電気ヒータシステムに入り、電気ヒータシステムの電源がオンになるとともに、空気予熱器の通風量及び出口風の温度に基づき電気ヒータシステムの出力を調整し、第３のシャットオフドアが全閉状態に維持され、第４のシャットオフドアを全開にし、電気ヒータシステムにより、空気予熱器の出口の二次風の温度を２８０～３３０℃から５００℃～７００℃に上昇させる。

ボイラの冷間始動の過程において、第１のシャットオフドアを全開にし、第２のシャットオフドアを閉じ、電気ヒータシステムの電源がオンになるとともに、空気予熱器の通風量及び出口風の温度に基づいて電気ヒータシステムの出力を調整し、第３のシャットオフドアを開き、第４のシャットオフドアを全閉状態に維持し、電気ヒータシステムにより一次風の温度を１０～４０℃から１５０～２５０℃に加熱する。

本考案は、次のような有益効果を有する。
本考案の石炭燃焼ユニットの運転の柔軟性及び炭種に対する適応性を向上させる風温調整システムは、具体的に操作する際に、ユニットが超低負荷運転を行った後、空気予熱器から出力されるすべての二次風を電気ヒータシステムに入れて、電気ヒータシステムにより空気予熱器の出口における二次風の温度を２８０～３３０℃から５００℃～７００℃に上昇させ、瀝青炭及び褐炭を燃焼するユニットの場合、二次風の温度を５００℃程度に上昇させることができる。貧石炭及び無煙炭を燃焼するユニットの場合、二次風の温度を７００℃程度に上昇させることができる。二次風の温度が上昇した後、炉床内の全体の火炎温度レベルが明らかに上昇し、燃焼反応速度が急激に増加し、微粉炭粒子の燃え尽き率が顕著に改善される。同じ電気負荷のもとで、ボイラの低負荷安定燃焼能力が明らかに最適化され、ユニットの炭種に対する適応性及び柔軟な運転能力が明らかに向上されるとともに、ユニットの運転の柔軟性及び安全性を向上させる。ボイラの冷間始動の過程において、電気ヒータシステムに電源を入れ、且つ空気予熱器の通風量及び出口風の温度に基づいて電気ヒータシステムの電力を調整するので、ボイラまたは隣接する炉の補助蒸気を起動する必要がなく、電気ヒータシステムを用いて一次風の温度を１０～４０℃から１５０～２５０℃に加熱することができる。よって、ユニット起動の初期段階で乾燥微粉炭の熱量需要を満たし、複数のユニットが同時に停止しても、依然として起動条件を備えることを確保し、燃料調達費用及び起動ボイラのメンテナンス費用を節約することができる。

本考案の構造を示す模式図である。

当業者が本考案の技術案をよりよく理解するように、以下、本考案の実施例の図面を組合わせて、本考案の実施例における技術案を明確で完全に説明する。明らかに、説明する実施例は単に本考案の実施例の一部であり、全ての実施例ではなく、本考案の開示範囲を限定するものではない。また、以下の説明において、本考案に開示される概念が不必要に混同されることを回避するために、公知の構造及び技術についての説明を省略する。本考案の実施例に基づいて、当業者が創造的な労力を要することなく得られた全ての他の実施例は、いずれも本考案の保護範囲に属するべきである。

図には、本考案に開示される実施例の構造の模式図を示している。これらの図は比例に応じて描画されたものではなく、ここで表現を明確にするために、いくつかの詳細を拡大し、いくつかの詳細を省略する可能性がある。図に示された様々な領域、層の形状及びそれらの間の相対的な大きさや位置関係は、例示的なものだけであり、実際には、製造公差又は技術的制限により偏差が有る可能性があり、かつ当業者は実際の必要に応じて、異なる形状、大きさ、相対位置を有する領域／層を設計することができる。

図１に示すように、本考案の石炭燃焼ユニットの運転の柔軟性及び炭種に対する適応性を向上させる風温調整システムは、一次ファン１と、送風機２と、空気予熱器３と、電気ヒータシステム４と、石炭ミル５と、ボイラ６と、第１のシャットオフドアと、第２のシャットオフドアと、第３のシャットオフドアと、第４のシャットオフドアと、第１の調整ドア及び第２の調整ドアを含む。

一次ファン１の出口は、空気予熱器３の一次風の風路入口に連通し、空気予熱器３の一次風の風路出口は２つの経路にわけられ、そのうち、一方の経路は、第４のシャットオフドアを介して石炭ミル５の一次風の母管に連通し、他方の経路は、第１のシャットオフドアを介して電気ヒータシステム４の一次風入口に連通する。電気ヒータシステム４の一次風出口は、元の熱一次風の母管の風温上昇バイパスシステムとして、第２の調整ドアを介して石炭ミル５の一次風の母管に連通する。

送風機２の風出口は、空気予熱器３の二次風の風路入口に連通し、空気予熱器３の二次風の風路出口は２つの経路にわけられ、そのうち、一方の経路は、第３のシャットオフドアを介してボイラ６の二次風箱入口風路に連通し、他方の経路は、第２のシャットオフドアを介して電気ヒータシステム４の二次風入口に連通する。電気ヒータシステム４の二次風出口は、元の二次風搬送風路の風温上昇バイパスシステムとして、第１の調整ドアを介してボイラ６の二次風箱入口風路に連通する。

石炭ミル５の出口は、ボイラ６に設けられた燃焼器に接続され、空気予熱器３は、ボイラ６のテール部煙道内に位置する。

本考案の具体的な作動プロセスは、次のとおりである。
ユニットは、超低負荷運転を行った後、第１のシャットオフドアを閉じて、第２のシャットオフドアを全開状態に維持し、空気予熱器３から出力される全ての二次風が電気ヒータシステム４に入り、電気ヒータシステム４の電源がオンになるとともに、空気予熱器３の通風量及び出口風の温度に基づいて電気ヒータシステム４の電力を調整し、第３のシャットオフドアを全閉状態に維持し、第４のシャットオフドアを全開にする。電気ヒータシステム４を介して、空気予熱器３の出口における二次風の温度を２８０～３３０℃から５００℃～７００℃に上昇させる。なお、具体的な昇温幅は、石炭の種類と、電力網コネクチング電力料金及び深さピーク調整の補助金により決定する。二次風の温度が上昇した後、ボイラ６の炉床内の全体火炎温度レベルが顕著に上昇し、燃焼反応速度が急激に増大し、微粉炭粒子の燃え尽き率が顕著に改善され、同じ電気負荷のもとで、ボイラ６の低負荷安定燃焼能力は明らかに改善され、ユニットの炭種に対する適応性及び柔軟性の運転能力が明らかに向上される。

ボイラ６の冷間始動の過程において、第１のシャットオフドアを全開にし、第２のシャットオフドアを閉じ、電気ヒータシステム４の電源がオンになるとともに、空気予熱器３の通風量及び出口風の温度に基づいて電気ヒータシステム４の電源を調整し、第３のシャットオフドアを開き、第４のシャットオフドアを全閉に維持する。ボイラまたは隣接する炉６の補助蒸気を起動する必要がなく、電気ヒータシステム４を用いて一次風の温度を１０～４０℃から１５０～２５０℃に加熱することができる。よって、ユニットが起動する初期段階で乾燥微粉炭の熱量需要を満たし、複数のユニットが同時に停止した場合でも、依然として起動条件を備えることを確保し、燃料調達費用及び起動ボイラ６のメンテナンス費用を節約することができる。電気ヒータシステム４に用いられる電源は、発電所の発電機の出口から供給され、同じボイラ６の蒸発量及び蒸気タービンの出力のもとで、オンライン負荷がさらに低下し、純凝縮ユニットの最小技術的出力を５～１５％の定格容量ほど低下させる。

本考案を利用することで、ユニットのピーク深さ調整能力を向上させるだけてなく、ボイラ６の炭種に対する適応性を向上させ、より多くの深さピーク調整電力量又は電気料金の補助金を取得することができる。また、燃料油又はガスの投入量を低減し、深さピーク調整の運転経済性を向上させ、オイルガンの頻繁な投入による脱硝システムの触媒性能への悪影響を緩和することができる。そして、ユニットのノンストップ事故発生率を低下させ、電力企業の市場利益能力及び競争力を大幅に向上させることができる。

なお、本考案で電気ヒータシステム４に用いられる電源は、発電所の発電機の出口から引導され、相じボイラ６の蒸発量と蒸気タービンの出力のもとで、オンライン負荷がさらに低下し、純凝縮ユニットの最小技術的出力を５～１５％の定格容量ほど低下させる（具体には、石炭の種類により異なる）。ある６６０ＭＷの褐炭を燃焼する超臨界ユニットを例として、ＴＨＡ負荷が２０％である場合、二次風量は７００ｔ／ｈ程度であり、電気ヒータを使用して二次風の温度を１００℃上昇させるには、消費電力が約２２ＭＷであり、オンライン負荷は１３２ＭＷから１１０ＭＷに低減される。電気ヒータを使用して二次風の温度を２００℃上昇させるには、消費電力が約４４ＭＷであり、オンライン負荷は１３２ＭＷから８８ＭＷに低減される。電気ヒータを使用して二次風の温度を３００℃ほど上昇させるには、消費電力が約６６ＭＷであり、オンライン負荷は１３２ＭＷから６６ＭＷに低減される。

最後に、本考案が運転に投入された後、石炭燃焼ユニットの運転の柔軟性及び炭種に対する適応性を大幅に改善し、ピーク調整出力の範囲を広げ、燃料調達費用を節約できることに注目すべきである。

１一次ファン
２送風機
３空気予熱器
４電気ヒータシステム
５石炭ミル
６ボイラ

Claims

石炭燃焼ユニットの運転の柔軟性及び炭種適応性を向上させる風温調整システムであって、一次ファン（１）と、送風機（２）と、空気予熱器（３）と、電気ヒータシステム（４）と、石炭ミル（５）と、ボイラ（６）とを含み、
一次ファン（１）の出口は、空気予熱器（３）の一次風の風路入口に連通し、空気予熱器（３）の一次風の風路出口は２つの経路に分けられ、そのうち、一方の経路は、石炭ミル（５）の一次風の母管に連通し、他方の経路は、電気ヒータシステム（４）の一次風入口に連通し、電気ヒータシステム（４）の一次風出口は石炭ミル（５）の一次風の母管に連通し、
送風機（２）の風出口は、空気予熱器（３）の二次風の風路入口に連通し、空気予熱器（３）の二次風の風路出口は２つの経路にわけられ、そのうち、一方の経路は、ボイラ（６）の二次風箱入口風路に連通し、他方の経路は、電気ヒータシステム（４）の二次風入口に連通し、電気ヒータシステム（４）の二次風出口は、ボイラ（６）の二次風箱入口風路に連通し、
石炭ミル（５）の出口は、ボイラ（６）に設けられた燃焼器に接続され、空気予熱器（３）は、ボイラ（６）のテール部煙道内に位置することを特徴とする石炭燃焼ユニットの運転の柔軟性及び炭種適応性を向上させる風温調整システム。
前記空気予熱器（３）の一次風の風路出口は、第１のシャットオフドアを介して電気ヒータシステム（４）の一次風入口に連通することを特徴とする請求項１に記載の石炭燃焼ユニットの運転の柔軟性及び炭種適応性を向上させる風温調整システム。
前記空気予熱器（３）の二次風の風路出口は、第２のシャットオフドアを介して電気ヒータシステム（４）の二次風入口に連通することを特徴とする請求項１に記載の石炭燃焼ユニットの運転の柔軟性及び炭種適応性を向上させる風温調整システム。
前記空気予熱器（３）の二次風の風路出口は、第３のシャットオフドアを介してボイラ（６）の二次風箱入口風路に連通することを特徴とする請求項１に記載の石炭燃焼ユニットの運転の柔軟性及び炭種適応性を向上させる風温調整システム。
前記空気予熱器（３）の一次風の風路出口は、第４のシャットオフドアを介して石炭ミル（５）の一次風の母管に連通することを特徴とする請求項１に記載の石炭燃焼ユニットの運転の柔軟性及び炭種適応性を向上させる風温調整システム。
前記電気ヒータシステム（４）の二次風出口は、第１の調整ドアを介してボイラ（６）の二次風箱入口風路に連通することを特徴とする請求項１に記載の石炭燃焼ユニットの運転の柔軟性及び炭種適応性を向上させる風温調整システム。
前記電気ヒータシステム（４）の一次風出口は、第２の調整ドアを介して石炭ミル（５）の一次風の母管に連通することを特徴とする請求項１に記載の石炭燃焼ユニットの運転の柔軟性及び炭種適応性を向上させる風温調整システム。
前記ユニットは、超低負荷で運転を行った後、第１のシャットオフドアを閉じて、第２のシャットオフドア状態に維持され、空気予熱器（３）から出力される二次風の全体は電気ヒータシステム（４）に入り、電気ヒータシステム（４）の電源がオンになるとともに、空気予熱器（３）の通風量及び出口風の温度に基づいて電気ヒータシステム（４）の電力を調整し、第３のシャットオフドアが全閉状態に維持され、第４のシャットオフドアを全開にし、電気ヒータシステム（４）により、空気予熱器（３）の出口の二次風の温度を２８０～３３０℃から５００℃～７００℃に上昇させ、
ボイラ（６）の冷間始動の過程において、第１のシャットオフドアを全開にし、第２のシャットオフドアを閉じ、電気ヒータシステム（４）の電源がオンになるとともに、空気予熱器（３）の通風量及び出口風の温度に基づいて電気ヒータシステム（４）の出力を調整し、第３のシャットオフドアを開き、第４のシャットオフドアを全閉状態に維持し、電気ヒータシステム（４）により一次風の温度を１０～４０℃から１５０～２５０℃に加熱することを特徴とする請求項１に記載の石炭燃焼ユニットの運転の柔軟性及び炭種適応性を向上させる風温調整システム。