WO2023202634A1 - 一种改善煤粉锅炉燃烧特性、热力特性的烟气循环系统 - Google Patents
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Definitions
- the introduction of circulating flue gas from the bottom of the screen superheater can significantly improve the temperature distribution of the flue gas at the furnace outlet and solve the problems of overtemperature and slagging on the high-temperature heating surface of the boiler.
- the first circulating flue gas introduction opening 19 is provided at the bottom of the furnace
- the second circulating flue gas introduction opening 20 is provided in the burner area
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- Third cycle flue gas Introduction port 21, one or more introduction points can be selected to achieve different purposes. Specifically: the first circulation flue gas introduction port 19 is connected to the bottom of the furnace, the second circulation flue gas introduction port 20 is connected to the furnace burner area, and the third circulation flue gas introduction port 21 is connected to the bottom furnace of the screen superheater.
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Abstract
本申请公开一种改善煤粉锅炉燃烧特性、热力特性的烟气循环系统，包括设置在锅炉的炉膛出口烟道上的若干循环烟气引出口，循环烟气引出口经循环烟气引出管道与循环烟气引出母管相连，循环烟气引出母管与循环烟气引入母管相连，循环烟气引入母管与循环烟气引入管道相连，循环烟气引入管道与炉膛相连。将烟道中的烟气通过循环烟气引出口引入炉膛，实现烟气循环，可同时解决或缓解电站煤粉锅炉受热面结渣、超温，水冷壁高温腐蚀，燃烧器烧损，汽温达不到设计值，炉膛出口氮氧化物浓度偏高等问题。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求在2022年04月20日提交中国专利局、申请号为202210417474.0、发明名称为“一种改善煤粉锅炉燃烧特性、热力特性的烟气循环系统”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
本申请属于电站煤粉锅炉技术领域，具体涉及一种可显著改善煤粉锅炉燃烧特性(包括氮氧化物排放、结渣特性)和热力特性的烟气循环系统。
大型燃煤火力发电机组目前仍是我国的主力机组，煤粉锅炉作为火电机组的核心主设备，其运行安全可靠性对整个发电机组乃至电网具有重要影响。然而在火力发电机组深度调峰、灵活性运行、超净排放改造、实际燃用煤质偏离设计值等新形势的背景下，高参数、大容量电站煤粉锅炉的受热面结渣和超温、水冷壁高温腐蚀、燃烧器烧损、汽温达不到设计值、炉膛出口氮氧化物浓度偏高、空气预热器堵灰等问题普遍存在。以上问题与燃煤锅炉本身的固有燃烧和热力特性有关，新形势下的污染物控制要求、灵活性运行条件、煤质变差等因素也使得以上问题更加凸显。
在锅炉高负荷运行工况下，炉膛火焰温度高引起炉膛水冷壁结渣、高温腐蚀和水冷壁管壁超温问题加重，当锅炉燃用低灰熔点高硫煤，或采用分离型燃尽风低氮燃烧技术时，上述问题更为突出；当锅炉燃用高碱、低灰熔点煤(比如准东煤等)时，锅炉高温受热面，特别是高温再热器受热面出现挂渣与堵塞流通烟道的风险大大增加。锅炉中低负荷工况时，为了保证蒸汽参数，运行氧量偏高，过量空气系数通常大于1.2，但蒸汽参数偏低的现象仍然比较普遍。运行氧量提高而分离型燃尽风风量占比降低，其结果使燃烧器区域无法形成缺氧、甚至无法形成低氧燃烧，从而使分离型燃尽风技术的作用明显减弱，使得炉膛出口氮氧化物浓度随着锅炉负荷的降低反而升高。同时过剩的空气使锅炉的排烟热损失随之增加，锅炉热效率降低。其次，中低负荷下投运燃烧器数量少引起局部热负荷分配不均匀，导致炉膛出口烟温偏差较大，进而引起部分高温受热面管壁局部超温。
采用分离型燃尽风技术的煤粉锅炉，普遍存在着旋流燃烧器烧损问题，相关研究认为
旋流燃烧器的烧损主要发生在其备用时，主要原因是由于分离型燃尽风分流了较多二次风导致二次风箱压力不足、备用燃烧器的内外二次风冷却风量以及中心风冷却风量偏小。
以上问题产生的原因相互关联和制约，目前电站煤粉锅炉的烟风系统配置和环保排放要求很难同时解决或缓解以上问题，有必要对煤粉锅炉的烟风系统进行改进。
发明内容
针对现有技术中的问题，本申请的目的是提出一种改善煤粉锅炉燃烧特性、热力特性的烟气循环系统。
为实现上述目的，本申请采用的技术方案如下：
一种改善煤粉锅炉燃烧特性、热力特性的烟气循环系统，包括设置在锅炉的炉膛出口烟道上的若干循环烟气引出口，循环烟气引出口经循环烟气引出管道与循环烟气引出母管相连，循环烟气引出母管与循环烟气引入母管相连，循环烟气引入母管与循环烟气引入管道相连，循环烟气引入管道与炉膛相连。
本申请进一步的改进在于，循环烟气引出母管与炉烟循环风机进口相连，炉烟循环风机出口与循环烟气引入母管相连。
本申请进一步的改进在于，循环烟气引出口包括第一循环烟气引出口、第二循环烟气引出口、第三循环烟气引出口、第四循环烟气引出口与第五循环烟气引出口中的一个或几个。
本申请进一步的改进在于，锅炉的炉膛出口烟道上设置有屏式过热器、转向烟室、空气预热器以及引风机；
第一烟气引出口与引风机出口烟道相连；第二烟气引出口与引风机入口相连，第三烟气引出口与空气预热器出口烟道相连，第四烟气引出口与省煤器出口烟道相连，第五烟气引出口与转向烟室相连。
本申请进一步的改进在于，炉膛底部开设有若干引入口，引入口包括设置在炉膛底部的第一循环烟气引入口、设置在燃烧器区域的第二循环烟气引入口以及设置在屏式过热器底部的第三循环烟气引入口中一个或几个。
本申请进一步的改进在于，循环烟气引出母管上设置引出烟气风门挡板。
本申请进一步的改进在于，循环烟气引入母管上设置有引入烟气风门挡板和烟气流量
测量装置。
本申请进一步的改进在于，循环烟气引入母管上设置有烟气温度测量装置和烟气压力测量装置。
与现有技术相比，本申请具有以下有益效果：
本申请在原煤粉锅炉烟气系统基础上，设置在锅炉的炉膛出口烟道上的若干循环烟气引出口，循环烟气引出口经循环烟气引出管道与循环烟气引出母管相连，循环烟气引出母管与循环烟气引入母管相连，循环烟气引入母管与循环烟气引入管道相连，循环烟气引入管道与炉膛相连。将烟道中的烟气通过循环烟气引出口引入炉膛，实现烟气循环，可同时解决或缓解电站煤粉锅炉受热面结渣、超温，水冷壁高温腐蚀，燃烧器烧损，汽温达不到设计值，炉膛出口氮氧化物浓度偏高等问题。
进一步的，循环烟气由屏式过热器底部引入可显著改善炉膛出口烟气温度分布，解决锅炉高温受热面超温、结渣问题。
进一步的，循环烟气由旋流燃烧器中心风筒引入可显著提高燃烧器冷却能力、改善燃烧器喷口区域温度分布，解决旋流燃烧器喷口结渣、烧损问题。
进一步的，循环烟气由燃烧器区域引入，可显著降低初始氮氧化物生成，解决燃尽风率偏高引起的水冷壁高温腐蚀、旋流燃烧器烧损问题。
进一步的，循环烟气由炉膛底部引入，可显著改善烟气流动和换热特性，提高锅炉汽温调节的灵活性，解决汽温达不到设计值或减温水量大的问题。
进一步的，本申请是在煤粉锅炉原有烟风系统基础上增设烟气循环系统。实际应用中，仅需在炉膛(底部、燃烧器区域、屏式过热器底部等)和烟道(如引风机出口、引风机入口、空气预热器出口、省煤器出口、转向烟室等部位烟道)的不同部位之间设置烟气循环烟道、相应的调节烟气风门挡板与炉烟循环风机等，系统简单，且容易实施。在运行中可以通过调节烟气风门挡板实现恢复至原烟气系统方式，无应用失败风险。针对因炉膛出口温度偏高，炉膛水冷壁和燃烧器喷口结渣、燃烧器烧损，氮氧化物浓度偏高，汽温参数不达标等不同问题，可通过选择不同路径的烟气循环实现。
图1为本申请的系统示意图；
图中标号，1-煤粉燃烧器，2-燃尽风喷口，3-屏式过热器，4-对流受热面，5-省煤器，6-脱硝SCR反应器，7-空气预热器，8-除尘器，9-引风机，10-炉烟循环风机，11-烟气风门挡板，12-循环烟气引出母管，13-循环烟气引入母管，14-第一循环烟气引出口，15-第二循环烟气引出口，16-第三循环烟气引出口，17-第四循环烟气引出口，18-第五循环烟气引出口，19-第一循环烟气引入口，20-第二循环烟气引入口，21-第三循环烟气引入口。
以下结合附图对本申请作进一步的详细说明。
参见图1，一种可改善煤粉锅炉燃烧特性、热力特性的烟气循环系统，包括设置锅炉出口烟道上的若干循环烟气引出口(包括第一循环烟气引出口14、第二循环烟气引出口15、第三循环烟气引出口16、第四循环烟气引出口17以及第五循环烟气引出口18)，循环烟气引入口(包括第一循环烟气引入口19、第二循环烟气引入口20以及第三循环烟气引入口21)、烟气风门挡板11、循环烟气引出管道、烟气流量测量装置烟气温度测量装置烟气压力测量装置循环烟气引出母管12、炉烟循环风机10、循环烟气引入母管13、循环烟气引入管道、炉膛、煤粉燃烧器1、燃尽风喷口2、屏式过热器3、对流受热面4、省煤器5、脱硝SCR反应器6、空气预热器7、除尘器8以及引风机9。
具体的，循环烟气引出口经循环烟气引出管道与循环烟气引出母管12相连，循环烟气引出母管12与循环烟气引入母管13相连，循环烟气引入母管13与循环烟气引入管道相连，循环烟气引入管道与炉膛相连。
煤粉在锅炉炉膛中燃烧后生成的烟气沿炉膛、水平烟道与尾部烟道流动，依次经过水冷壁、屏式过热器3、对流受热面4、转向烟室、省煤器5、脱硝SCR反应器6、空气预热器7、除尘器8、引风机9后，排入脱硫装置、烟囱。
在原煤粉锅炉沿烟气流程沿程设置转向烟室、省煤器出口、空气预热器出口、除尘器出口、引风机出口5个或部分烟气引出口，根据需要选择不同的烟气引出口，实现循环烟气的目标流量和温度。具体为：第一循环烟气引出口14与引风机出口烟道相连；第二循环烟气引出口15与引风机入口相连，第三循环烟气引出口16与空气预热器出口烟道相连，第四循环烟气引出口17与省煤器出口烟道相连，第五循环烟气引出口18与转向烟室相连。
在原煤粉锅炉炉膛设置3个烟气引入口，设置在炉膛底部的第一循环烟气引入口19、设置在燃烧器区域的第二循环烟气引入口20以及设置在屏式过热器底部的第三循环烟气
引入口21，可选择1个或多个引入点实现不同目的。具体为：第一循环烟气引入口19与炉膛底部相连，第二循环烟气引入口20与炉膛燃烧器区域相连，第三循环烟气引入口21与屏式过热器底部炉膛相连。
各循环烟气引入管道由循环烟气引入母管13接入。各循环烟气引出管道上设置有引出烟气风门挡板11、烟气温度测量装置烟气压力测量装置以及烟气流量测量装置各循环烟气引出管道并入循环烟气引出母管12，循环烟气引出母管12上设置引出烟气风门挡板11。
循环烟气引出母管12与炉烟循环风机10进口相连，炉烟循环风机10出口与循环烟气引入母管13相连，烟气炉烟循环风机10增压后送入炉膛，循环烟气抽取和引入所需的能量由炉烟循环风机10提供，其压头和流量通过计算确定。
循环烟气引入母管13上设置有引入烟气风门挡板11、烟气温度测量装置烟气压力测量装置以及烟气流量测量装置
循环烟气的总流量可根据需要进行调整，可在5％～20％的排烟烟气流量范围内选择。
将空气预热器出口、省煤器出口烟气抽取至旋流燃烧器中心风筒，以循环烟气作为燃烧器的冷却介质。
从现有煤粉锅炉烟道的不同位置(如引风机出口、引风机入口、空气预热器出口、省煤器出口、转向烟室等部位烟道)抽取烟气，经炉烟循环风机10增压后送入炉膛形成烟气循环系统。烟气送入炉膛的位置为炉膛底部的第一循环烟气引入口19、燃烧器区域的第二循环烟气引入口20或屏式过热器底部的第三循环烟气引入口21。
实施例1
对于因炉膛出口温度偏高引起的诸如高温受热面管壁超温、结渣等问题，可从引风机出口(第一循环烟气引出口14)、引风机入口(第二循环烟气引出口15)、空气预热器出口(第三循环烟气引出口16)、省煤器出口(第四循环烟气引出口17)等位置烟道抽取烟气，在屏式过热器底部区域附近(第三循环烟气引入口21)送入炉膛，以此改善炉膛出口烟气温度分布。具体地，可将省煤器出口(第四循环烟气引出口17)的烟气引至屏式过热器底部(第三循环烟气引入口21)，当循环烟气流量为排烟烟气流量10％时，炉膛出口烟气温度降低约100℃，可显著改善高温受热面超温、结渣问题。
实施例2
对于炉膛水冷壁和燃烧器喷口结渣、燃烧器烧损等问题，可从空气预热器出口的第三循环烟气引出口16、省煤器出口的第四循环烟气引出口17、转向烟室的第五循环烟气引出口18等位置抽取烟气，在燃烧器区域的第二循环烟气引入口20送入炉膛，以此降低炉膛火焰温度。具体地，可将空气预热器出口(第三循环烟气引出口16)、省煤器出口(第四循环烟气引出口17)的烟气抽取至旋流燃烧器中心风筒，以循环烟气作为燃烧器的冷却介质，可大大提高备用层旋流燃烧器可靠性。
实施例3
对于降低氮氧化物浓度来说，可从省煤器出口的第四循环烟气引出口17、转向烟室的第五循环烟气引出口18等位置抽取中高温烟气，在燃烧器区域的第二循环烟气引入口20，即一次风、二次风、燃尽风送入炉膛，以此通过降低燃烧区温度和氧量抑制初始氮氧化物生成，达到降低氮氧化物排放的目的。具体地，可将省煤器出口的第四循环烟气引出口17、转向烟室的第五循环烟气引出口18的烟气抽取至燃烧器一次风、二次风、燃尽风喷口，以循环烟气替代此区域未参与燃烧的空气，降低燃尽风率。当引入的循环烟气量达到总烟气量10％时，氮氧化物浓度可降低约100mg/m3。此时，循环烟气的引入还可改善水冷壁贴壁气氛、缓解水冷壁高温腐蚀和结焦问题，降低送引风机电耗，同时减少脱硝SCR系统的还原剂消耗量。
实施例4
对于汽温参数不达标问题，可从引风机出口烟道的上的第一循环烟气引出口14、引风机入口烟道上的第二循环烟气引出口15、空气预热器出口烟道上的第三循环烟气引出口16、省煤器出口烟道上的第四循环烟气引出口17、转向烟室的第五循环烟气引出口18等位置抽取烟气，在炉膛底部的第一循环烟气引入口19送入炉膛，以此提高烟气流量和对流受热面4吸热量，改善锅炉蒸汽汽温调节特性。具体地，可将引风机出口(第一循环烟气引出口14)、省煤器出口(第四循环烟气引出口17)的烟气抽取至炉膛底部(冷灰斗折角上部)的第一循环烟气引入口19，以改变辐射受热面和对流受热面4吸热比例，提高主、再热汽温的调节灵活性。
Claims (8)
- 一种改善煤粉锅炉燃烧特性、热力特性的烟气循环系统，其特征在于，包括设置在锅炉的炉膛出口烟道上的若干循环烟气引出口，循环烟气引出口经循环烟气引出管道与循环烟气引出母管(12)相连，循环烟气引出母管(12)与循环烟气引入母管(13)相连，循环烟气引入母管(13)与循环烟气引入管道相连，循环烟气引入管道与炉膛相连。
- 根据权利要求1所述的改善煤粉锅炉燃烧特性、热力特性的烟气循环系统，其特征在于，循环烟气引出母管(12)与炉烟循环风机(10)进口相连，炉烟循环风机(10)出口与循环烟气引入母管(13)相连。
- 根据权利要求1所述的改善煤粉锅炉燃烧特性、热力特性的烟气循环系统，其特征在于，循环烟气引出口包括第一循环烟气引出口(14)、第二循环烟气引出口(15)、第三循环烟气引出口(16)、第四循环烟气引出口(17)与第五循环烟气引出口(18)中的一个或几个。
- 根据权利要求3所述的改善煤粉锅炉燃烧特性、热力特性的烟气循环系统，其特征在于，锅炉的炉膛出口烟道上设置有屏式过热器、转向烟室、空气预热器(7)以及引风机(9)；第一烟气引出口(14)与引风机出口烟道相连；第二烟气引出口(15)与引风机入口相连，第三烟气引出口(16)与空气预热器出口烟道相连，第四烟气引出口(17)与省煤器出口烟道相连，第五烟气引出口(18)与转向烟室相连。
- 根据权利要求1所述的改善煤粉锅炉燃烧特性、热力特性的烟气循环系统，其特征在于，炉膛底部开设有若干引入口，引入口包括设置在炉膛底部的第一循环烟气引入口(19)、设置在燃烧器区域的第二循环烟气引入口(20)以及设置在屏式过热器底部的第三循环烟气引入口(21)中一个或几个。
- 根据权利要求1所述的改善煤粉锅炉燃烧特性、热力特性的烟气循环系统，其特征在于，循环烟气引出母管(12)上设置引出烟气风门挡板(11)。
- 根据权利要求1所述的改善煤粉锅炉燃烧特性、热力特性的烟气循环系统，其特征在于，循环烟气引入母管(13)上设置有引入烟气风门挡板(11)和烟气流量测量装置。
- 根据权利要求1或7所述的改善煤粉锅炉燃烧特性、热力特性的烟气循环系统，其特征在于，循环烟气引入母管(13)上设置有烟气温度测量装置和烟气压力测量装置。
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