一种用于电厂煤粉锅炉超低负荷稳燃的方法和装置
阅读说明：本技术 一种用于电厂煤粉锅炉超低负荷稳燃的方法和装置 (Method and device for ultra-low load stable combustion of pulverized coal fired boiler in power plant ) 是由 赵建涛 房倚天 李德宝 李春玉 聂伟 黄戒介 贾丽涛 于 2021-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于电厂煤粉锅炉超低负荷稳燃的方法和装置,属于燃煤锅炉发电领域,目的在于实现煤粉锅炉在超低负荷下稳定运行,满足电网灵活性调峰的要求。原煤首先由磨煤机制成粒径小于200μm的煤粉；其中1%-5%的煤粉由气流携带进入稳燃器；通过调整气量控制稳燃器温度800-1100℃,煤粉发生贫氧燃烧和气化反应,生成高温燃气；高温燃气夹带未燃尽的煤粉通过引火管喷入锅炉中,起到稳定锅炉内煤粉燃烧的作用。本发明涉及的稳燃器由喷嘴、电加热器、引火管、隔热耐火衬里、外壳组成。本发明具有系统简单、操作灵活、煤种适应性好、响应速度快、运行成本低、投资少的优点。(The invention discloses a method and a device for ultra-low load stable combustion of a pulverized coal boiler in a power plant, belongs to the field of coal-fired boiler power generation, and aims to realize stable operation of the pulverized coal boiler under ultra-low load and meet the requirement of power grid flexibility peak regulation. Firstly, making raw coal into coal powder with the particle size of less than 200 mu m by a coal mill; wherein 1-5% of the coal powder is carried by the airflow and enters the combustion stabilizer; controlling the temperature of a flame stabilizer to be 800-1100 ℃ by adjusting the gas flow, and generating high-temperature fuel gas by generating oxygen-deficient combustion and gasification reaction on the pulverized coal; the high-temperature fuel gas with the unburned coal powder is sprayed into the boiler through the ignition tube, so that the effect of stabilizing the combustion of the coal powder in the boiler is achieved. The invention relates to a flame stabilizer which comprises a nozzle, an electric heater, an ignition tube, a heat-insulating refractory lining and a shell. The invention has the advantages of simple system, flexible operation, good coal adaptability, high response speed, low operation cost and less investment.)
技术领域
本发明涉及一种用于电厂煤粉锅炉超低负荷稳燃的方法和装置，属于燃煤锅炉发电领域。
背景技术
因天气、季节、昼夜变化，风力、太阳能发电存在间歇性、波动性、随机性的特点，造成发电量峰谷比巨大。为破解新能源消纳的困境，进行火电灵活性改造，采用燃煤火电机组进行调峰是电力稳定供给的必然需求。
电厂煤粉锅炉在深度调峰低负荷运行时，燃煤发热量大幅减小，炉膛温度降低，造成煤粉燃烧稳定性下降，锅炉易灭火，维持锅炉稳定燃烧的技术难度非常大。目前燃煤锅炉低负荷稳燃技术主要有辅助燃料稳燃技术、等离子体稳燃技术、富氧稳燃技术和空气预热稳燃技术等。中国专利201410467276.0、201010244692.6分别公开了一种燃油和燃气点火稳燃系统，但由于油、气价格高，该方式未来有被无油稳燃技术取代的趋势。中国专利201710109787.9、201721294248.9、201810192558.2、201810867626.0、201820453959.4、201710931919.6提出了采用改进的燃烧器、进风方式、进煤方式、煤粉浓淡分离等方式，可在一定程度上提高锅炉的燃烧效果，但不能完全满足锅炉超低负荷稳燃的要求。中国专利201920041637.3、201810595813.8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。但等离子发生器造价高，系统复杂，还存在使用寿命短的技术难题。中国专利201210083504.5、201710661801.6、201710483595.4、201910584293.5、201920008532.8、201920454263.8分别采用不同方式和设备预热煤粉、一次风、提高磨煤机出口温度、提高煤粉的细度改善煤粉的燃烧效果。该方法可降低煤粉气流加热到燃烧温度所需的热量，在对流和辐射热相当的情况下，煤粉气流更易达到着火温度，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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种经济高效的电厂煤粉锅炉超低负荷稳燃的方法和设备，解决燃煤电厂煤粉锅炉深度调峰时低负荷稳定燃烧的技术难题。
本发明的电厂煤粉锅炉超低负荷稳燃方法，针对锅炉超低负荷运行时，炉膛内热量低、火焰不稳定的缺点，提出先将少部分煤粉在稳燃器内部分气化产生高温燃气，高温燃气和热煤粉进入炉膛后，借助高温引燃煤粉气流，同时补充火焰区热量，确保火焰的稳定性，实现锅炉超低负荷运行过程中炉膛内煤粉稳定燃烧。
本发明提供了一种用于电厂煤粉锅炉超低负荷稳燃的方法，包括以下步骤：
（1）原煤送入磨煤机，控制磨煤机操作条件，将原煤颗粒研磨成粒径小于200μm的煤粉，空气携带煤粉从磨煤机顶部流出，作为煤粉锅炉的一次风，送入锅炉中；
（2）在磨煤机的出风口旁支管路，采用引风机控制携带煤粉的一次风进入旋风分离器和布袋除尘器，收集的煤粉进入中间料仓；
（3）中间料仓内的煤粉在给料器控制下，进入气体输送器，控制空气与煤粉的比例为0.2-5Nm3/kg煤粉，煤粉在气力输送下由烧嘴中心通道进入稳燃器，烧嘴出口空气流速20-60m/s；
（4）从烧嘴外环通道通入150-350℃预热空气，控制烧嘴出口气体流速为10-20m/s；
（5）煤粉与空气在稳燃器内发生贫氧燃烧和气化，生成以CO为主的高温燃气，调整煤量和气量维持稳燃器内温度800-1100℃；
（6）高温燃气夹带未燃烧的煤粉通过稳燃器引火管喷入锅炉中，引燃一次风携带的煤粉，起到稳定锅炉炉膛内煤粉燃烧的作用。
如上所述的步骤（1）原煤可以是褐煤、烟煤或无烟煤。
如上所述的步骤（5）的稳燃器内空气总量与煤粉量的比例为0.5~3Nm3/kg煤粉。
如上所述的步骤（5）的稳燃器内气体的流速0.5~5m/s。
如上所述的步骤（5）的稳燃器内气体和固体颗粒的停留时间0.5-10s。
如上所述的步骤（5）的稳燃器在通入煤粉前采用电加热方式预热至600-900℃。
为实现如上所述的电厂煤粉锅炉超低负荷稳燃的方法，设计了一种用于电厂煤粉锅炉超低负荷稳燃的装置：包括依次连接的磨煤机、旋风分离器和布袋除尘器，布袋除尘器的气体出口连接引风机；旋风分离器和布袋除尘器下部的煤粉出口连接中间料仓；中间料仓下部通过煤粉给料器连接煤粉输送器；煤粉输送器的水平方向设有空气进口和出口，煤粉输送器的空气出口连接稳燃器的烧嘴，烧嘴为环形套管式结构，由中心的煤粉通道和外环的助燃空气通道组成；稳燃器出口连接引火管，引火管由锅炉一次风口深入锅炉炉膛内，引火管为内管，一次风进口管为外管，二者形成套管。
如上所述的稳燃器由煤粉烧嘴、壳体和引火管组成，炉体进口处有双通道烧嘴，炉体由外向内依次设有壳体、隔热材料、耐火材料组成，耐火材料内置电加热元件。
如上所述的稳燃器的烧嘴为双通道烧嘴，由中心通道和外环通道组成。
如上所述的稳燃器的耐火材料的允许使用温度>1200℃，耐压强度≥60MPa。
如上所述的稳燃器的隔热材料的导热系数≤0.5 W/m·k。
本发明在综合考虑现有技术优缺点的基础上，提出基于煤贫氧燃烧气化的稳燃方式，其特点在于煤粉在稳燃器内贫氧气化产生高温燃气，高温燃气进入炉膛后，借助高温引燃一次风煤粉气流，同时补充火焰区热量，实现煤粉锅炉的超低负荷稳定燃烧。
本发明的有益效果：
（1）煤种适应性好，可用于不同煤种的燃烧发电锅炉；
（2）采用煤粉部分气化的高温燃气助燃，工艺简单、运行成本低；采用本发明的技术方案，可将粉煤锅炉负荷降低至20%以下，而且煤粉的燃尽率高，满足超低负荷调峰的要求；
（3）可以灵活调节助燃煤量，操作灵活，简单可靠；响应快速，可适应快速的调峰过程；
（4）占地面积小，投资低，便于现场改造；与现有技术相比具有经济、环保、节能、降耗等方面的优点；
（5）本发明适用于煤粉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是本发明一种用于电厂煤粉锅炉超低负荷稳燃的装置示意图；
图2是稳燃器的结构示意图。
图中，1是磨煤机，2是旋风分离器，3是布袋除尘器，4是中间料仓，5是给料器，6是气体输送器，7是烧嘴，8是稳燃器，9是锅炉一次风进口，10是引火管，11是锅炉，12是引风机，13是电加热元件，14是隔热材料，15是稳燃器壳体，16是耐火材料，17是烧嘴中心通道，18是烧嘴外环通道。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本发明的保护范围不限于下述实施例。
如图1和2所示，本发明提供了一种用于电厂煤粉锅炉超低负荷稳燃的装置，包括依次连接的磨煤机1、旋风分离器2和布袋除尘器3，布袋除尘器3的气体出口连接引风机12；旋风分离器2和布袋除尘器3下部的煤粉出口连接中间料仓4；中间料仓4下部通过煤粉给料器5连接气体输送器6；气体输送器的水平方向设有空气进口和出口，气体输送器的空气出口连接稳燃器8的烧嘴7，烧嘴7为环形套管式结构，由中心的煤粉通道和外环的助燃空气通道组成；稳燃器出口连接引火管10，引火管由锅炉一次风口深入锅炉炉膛内，引火管为内管，一次风进口管为外管，二者形成套管。
如上所述的稳燃器8由煤粉烧嘴7、壳体15和引火管10组成，炉体进口处有双通道烧嘴7，炉体由外向内依次设有壳体15、隔热材料14、耐火材料16组成，耐磨浇注料内置电加热元件13。
如上所述的稳燃器的烧嘴7为双通道烧嘴，由烧嘴中心通道17和烧嘴外环通道18组成。
如上所述的稳燃器的耐火材料16，耐火材料为刚玉浇注料，允许使用温度>1350℃，耐压强度≥60MPa；如上所述的稳燃器的隔热材料14为轻质浇注料，导热系数≤0.35 W/m·k。
下面通过具体实施例说明将上述装置用于电厂煤粉锅炉超低负荷稳燃的方法。
实施例1：
本实施例所涉及的一种用于电厂煤粉锅炉超低负荷稳燃的方法，包括以下步骤：以高活性的大同烟煤为原料；首先采用电加热元件13预热稳燃器至800-850℃；原煤首先送入磨煤机1，将原煤颗粒研磨成粒径小于150μm的煤粉，空气携带煤粉从磨煤机1顶部流出，作为煤粉锅炉的一次风；在煤粉锅炉一次风的旁路，控制引风机12流量，携带1-1.5%的煤粉的一次风进入旋风分离器2和布袋除尘器3，收集的煤粉进入中间料仓4；中间料仓4内的煤粉在给料器5控制下，进入气体输送器6，控制空气与煤粉的比例为0.5 Nm3/kg煤粉，煤粉在气力输送下由烧嘴中心通道17进入稳燃器8，控制烧嘴7出口空气流速30m/s；200℃预热空气从烧嘴外环通道18进入稳燃器8，控制喷嘴外环出口气体流速10m/s；煤粉与空气在稳燃器内发生贫氧燃烧和气化，生成以CO为主的高温燃气，稳燃器8内温度900-950℃；高温燃气夹带未燃烧的煤粉通过引火管10喷入锅炉炉膛11中，引燃一次风携带的煤粉，起到稳定锅炉炉膛内煤粉燃烧的作用。
实施例2：
本实施例所涉及的一种用于电厂煤粉锅炉超低负荷稳燃的方法，包括以下步骤：以高活性的神木烟煤为原料；首先采用电加热元件13预热稳燃器至750-800℃；原煤首先送入磨煤机1，将原煤颗粒研磨成粒径小于200μm的煤粉，空气携带煤粉从磨煤机1顶部流出，作为煤粉锅炉的一次风；在煤粉锅炉一次风的旁路，控制引风机12流量，携带1.5-2%的煤粉的一次风进入旋风分离器2和布袋除尘器3，收集的煤粉进入中间料仓4；中间料仓4内的煤粉在给料器5控制下，进入气体输送器6，控制空气与煤粉的比例为1 Nm3/kg煤粉，煤粉在气力输送下由烧嘴7中心通道17进入稳燃器8，控制烧嘴7中心出口空气流速40m/s；150℃预热空气从烧嘴7的外环通道18进入稳燃器8，控制喷嘴外环出口气体流速15m/s；煤粉与空气在稳燃器内发生贫氧燃烧和气化，生成以CO为主的高温燃气，稳燃器8内温度950-1000℃；高温燃气夹带未燃烧的煤粉通过引火管10喷入锅炉炉膛11中，引燃一次风携带的煤粉，起到稳定锅炉炉膛内煤粉燃烧的作用。
本实施例涉及的实现所述方法的电厂煤粉锅炉超低负荷稳燃的设备如实例1所述。
实施例3
本实施例所涉及的一种用于电厂煤粉锅炉超低负荷稳燃的方法，包括以下步骤：以低活性的阳泉无烟煤为原料；首先采用电加热元件13预热稳燃器至850-900℃；原煤首先送入磨煤机1，将原煤颗粒研磨成粒径小于100μm的煤粉，空气携带煤粉从磨煤机1顶部流出，作为煤粉锅炉的一次风；在煤粉锅炉一次风的旁路，控制引风机12流量，携带2.5-3%的煤粉的一次风进入旋风分离器2和布袋除尘器3，收集的煤粉进入中间料仓4；中间料仓4内的煤粉在给料器5控制下，进入气体输送器6，控制空气与煤粉的比例为1 Nm3/kg煤粉，煤粉在气力输送下由烧嘴7中心通道17进入稳燃器8，控制烧嘴7中心出口空气流速35m/s；300-320℃预热空气从烧嘴7的外环通道18进入稳燃器8，控制喷嘴外环出口气体流速12m/s；煤粉与空气在稳燃器内发生贫氧燃烧和气化，生成以CO为主的高温燃气，稳燃器8内温度1000-1050℃；高温燃气夹带未燃烧的煤粉通过引火管10喷入锅炉炉膛11中，引燃一次风携带的煤粉，起到稳定锅炉炉膛内煤粉燃烧的作用。
本实施例涉及的实现所述方法的电厂煤粉锅炉超低负荷稳燃的设备如实例1所述。
实施例4
如图1和图2所示，本实施例所涉及的一种用于电厂煤粉锅炉超低负荷稳燃的方法和设备，包括以下步骤：以低活性的淮南贫瘦煤为原料；首先采用电加热元件13预热稳燃器至850-900℃；原煤首先送入磨煤机1，将原煤颗粒研磨成粒径小于100μm的煤粉，空气携带煤粉从磨煤机1顶部流出，作为煤粉锅炉的一次风；在煤粉锅炉一次风的旁路，控制引风机12流量，携带3-3.5%的煤粉的一次风进入旋风分离器2和布袋除尘器3，收集的煤粉进入中间料仓4；中间料仓4内的煤粉在给料器5控制下，进入气体输送器6，控制空气与煤粉的比例为1.5 Nm3/kg煤粉，煤粉在气力输送下由烧嘴7中心通道17进入稳燃器8，控制烧嘴7中心出口空气流速30m/s；300-320℃预热空气从烧嘴7的外环通道18进入稳燃器8，控制喷嘴外环出口气体流速15m/s；煤粉与空气在稳燃器内发生贫氧燃烧和气化，生成以CO为主的高温燃气，稳燃器8内温度1000-1050℃；高温燃气夹带未燃烧的煤粉通过引火管10喷入锅炉炉膛11中，引燃一次风携带的煤粉，起到稳定锅炉炉膛内煤粉燃烧的作用。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
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