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CN108518666A - 一种以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统及方法 - Google Patents

一种以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统及方法，以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统包括气化炉本体、煤粉锅炉和第一汽包，气化炉本体的内部从上至下依次设置有相互连接的气化段、辐射废锅段和渣池段，渣池段与排渣管线连接；煤粉锅炉包括锅炉本体、多个稳燃气燃烧器和多个煤粉燃烧器，锅炉本体上设有第一膜式水冷壁，每个稳燃气燃烧器和每个煤粉燃烧器分别与锅炉本体连接，辐射废锅段的煤气出口通过稳燃气管线与稳燃气燃烧器连接，第一膜式水冷壁分别通过第一冷却水管线和第一蒸汽管线与第一汽包连接。本发明的以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统具有低负荷运行和深度调峰能力，并且可满足低成本维持煤粉锅炉长时间低负荷运行的需求。

Description

一种以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统及方法
技术领域
本发明涉及电站锅炉燃烧稳燃技术领域，具体涉及一种以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统及方法。
背景技术
我国电力供应以燃煤电站为主，在燃煤机组冷态启动及低负荷运行过程中，为了保证锅炉燃烧稳定，一般需要投燃油助燃和稳燃。据报道，我国燃煤电厂一年消耗燃油量高达约1800万吨，折合人民币约1000多亿元。
近年来我国风电、光伏等可再生能源发展迅速，然而风电、光伏等可再生能源具有不稳定性，风电、光伏发电上网会对电网造成冲击，一般需要燃煤机组配合调峰，因此对燃煤机组运行灵活性和调峰能力，特别是低负荷运行能力提出了更高的要求。另一方面，近年来我国燃煤机组利用小时数不断下降，2017年燃煤机组利用小时数降至约4000小时，燃煤机组长时间处于低负荷运行状态，用于稳燃的燃油消耗量大，维持长时间低负荷运行还会增加运行成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统及方法，用以解决现有的燃煤机处于低负荷运行状态时耗油量大和运行成本高的缺点。
为实现上述目的，本发明提供一种以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统，所述以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统包括气化炉本体、煤粉锅炉和第一汽包，所述气化炉本体的内部从上至下依次设置有相互连接的气化段、辐射废锅段和渣池段，所述渣池段与排渣管线连接；所述煤粉锅炉包括锅炉本体、多个稳燃气燃烧器和多个煤粉燃烧器，所述锅炉本体上设有第一膜式水冷壁，每个所述稳燃气燃烧器和每个所述煤粉燃烧器分别与所述锅炉本体连接，所述辐射废锅段的煤气出口通过稳燃气管线与所述稳燃气燃烧器连接，所述第一膜式水冷壁分别通过第一冷却水管线和第一蒸汽管线与第一汽包连接。
优选的，所述以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统还包括第二汽包，所述辐射废锅段的内部设置有第二膜式水冷壁，所述第二膜式水冷壁通过第二冷却水管线和第二蒸汽管线与所述第二汽包连接。
优选的，多个所述稳燃气燃烧器和多个所述煤粉燃烧器交错布置于所述锅炉本体的外周，并分别与所述锅炉本体连接。
优选的，所述第一汽包的蒸汽出口与所述第二汽包的蒸汽出口连接汇合。
优选的，所述气化炉本体的顶部设置有与所述气化段连接的进料喷嘴。
优选的，所述锅炉本体的下部设有空气入口，所述锅炉本体的上部设有烟气出口。
相对应的，本发明还提供一种以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃方法，所述以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃方法包括以下步骤：
步骤a1，将煤粉和气化剂输入所述气化段，所述煤粉和所述气化剂在高温环境下发生热解和气化反应产生煤气和灰渣颗粒，所述煤气和一部分所述灰渣颗粒通过所述稳燃气管线进入所述稳燃气燃烧器，另一部所述灰渣颗粒落入所述渣池段，并通过所述排渣管线排出所述渣池段；
步骤a2，所述煤气和所述灰渣颗粒在所述稳燃气燃烧器中发生燃烧反应建立稳定的着火热源；
步骤a3，通过向所述锅炉本体的内部分别输入煤粉和空气，所述煤气、煤粉和灰渣颗粒的燃烧产生高温烟气，所述高温烟气与所述锅炉本体内的第一膜式水冷壁中的循环水发生热交换，温度降低后的所述高温烟气由所述烟气出口排出，将所述第一膜式水冷壁中产生的水蒸气导入所述第一汽包进行汽水分离得到第一饱和水蒸气。
优选的，在执行步骤a1的同时还执行以下步骤：将所述第二膜式水冷壁中产生的水蒸气导入所述第二汽包进行汽水分离得到第二饱和水蒸气，所述第一汽包和所述第二汽包的采用相同的操作压力，将所述第一饱和水蒸气和所述第二饱和水蒸气混合后用于后续利用，可以提高所述煤粉锅炉蒸汽的产量。
优选的，所述气化剂为空气。
本发明具有如下优点：本发明的以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统具有低负荷运行和深度调峰能力，并且可满足低成本维持煤粉锅炉长时间低负荷运行的需求。
附图说明
图1为本发明以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统的结构示意图。
图2为本发明以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃方法的流程图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，该以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统包括气化炉本体1、煤粉锅炉2和第一汽包25，其中，气化炉本体1的内部从上至下依次设置有相互连接的气化段12、辐射废锅段13和渣池段14，渣池段14的底部与排渣管线连接，煤粉燃烧后的部分灰渣颗粒可通过排渣管线排出，气化炉本体1的顶部设置有进料喷嘴11，进料喷嘴11与气化段12连接，进料喷嘴11用于接收第一煤粉和气化剂进料，其中第一煤粉为氮气输送的粉煤，气化剂为空气，辐射废锅段13的下部设有煤气出口通132。
煤粉锅炉2包括锅炉本体21、多个稳燃气燃烧器22和多个煤粉燃烧器23，锅炉本体21上设有第一膜式水冷壁211，第一膜式水冷壁211用于吸收高温烟气所携带的热量并产生蒸汽，第一膜式水冷壁211分别通过第一冷却水管线27和第一蒸汽管线28与第一汽包25连接，输入第一汽包25的蒸汽经过第一汽包25进行汽水分离得到第一饱和水蒸气。多个稳燃气燃烧器22和多个煤粉燃烧器23分别布置于锅炉本体21的外周，每个稳燃气燃烧器22和每个煤粉燃烧器23分别与锅炉本体21连接，优选项为多个稳燃气燃烧器22和多个煤粉燃烧器23交错布置于锅炉本体21的外周，并分别与锅炉本体21连接，通过稳燃气燃烧器22与煤粉燃烧器23的交错布置，可确保煤粉燃烧器23的着火和燃烧稳定，提高锅炉本体21的燃烧效率，辐射废锅段13的煤气出口通132过稳燃气管线16与稳燃气燃烧器22连接。锅炉本体21的下部设有空气入口212，锅炉本体21的上部设有烟气出口213。煤粉燃烧器23用于接收第二煤粉进料，第二煤粉为空气输送的粉煤，空气入口212作为锅炉本体21的二次风入口用于输入空气，烟气出口213用于将锅炉本体21内部产生的烟气排出。
进一步的，为了提高煤粉锅炉2的蒸汽产量，在本发明的一个实施例中，以煤为燃料的煤粉锅炉2稳燃系统还包括第二汽包15，辐射废锅段13的内部设置有第二膜式水冷壁131，第二膜式水冷壁131用于吸收第一煤粉与气化剂在气化炉本体1内燃烧产生的热量，并产生蒸汽，第二膜式水冷壁131通过第二冷却水管线17和第二蒸汽管线18与第二汽包15连接。输入第二汽包15的蒸汽经过第二汽包15汽水分离得到第二饱和水蒸气。进一步的，第一汽包25的蒸汽出口与第二汽包15的蒸汽出口连接汇合。
工作原理：
第一煤粉和气化剂通过进料喷嘴11进入气化段12，在高温环境下发生热解和气化反应，生成煤气和灰渣颗粒，气化炉本体1内部压力略高于锅炉本体21内部压力。煤气和灰渣颗粒流出气化段12后进入辐射废锅段13，煤气和灰渣颗粒与辐射废锅段13中的第二膜式水冷壁131中的循环水发生热交换，煤气和灰渣颗粒的温度下降。煤气和一部分灰渣颗粒通过煤气出口流出，通过稳燃气管线16进入稳燃气燃烧器22，其中的灰渣颗粒以细灰为主。另一部分灰渣颗粒直接落入渣池段14中，并通过排渣管线排出，落入渣池段14的灰渣颗粒以块渣为主。煤气在稳燃气燃烧器22中发生燃烧反应并放出大量热量，建立稳定的着火热源，确保煤粉燃烧器23的着火和燃烧稳定。以细灰为主的灰渣颗粒在稳燃气燃烧器22中进一步燃尽，提高锅炉本体21的燃烧效率。煤气、煤粉和以细灰为主的灰渣颗粒燃烧产生高温烟气，高温烟气与第一膜式水冷壁211中的循环水发生热交换，温度降低后的烟气由锅炉本体21内的烟气出口213排出。第一膜式水冷壁211中产生的水蒸气导入第一汽包25进行汽水分离得到第一饱和水蒸气，第二膜式水冷壁131中产生的水蒸气导入第二汽包15进行汽水分离得到第二饱和水蒸气，第一汽包25和第二汽包15采用相同的操作压力，第一饱和水蒸气和第二饱和水蒸气混合后用于后续利用，可以提高煤粉锅炉2的蒸汽产量。
如图2所示，本发明还提供一种以煤为燃料的煤粉锅炉2稳燃方法，以煤为燃料的煤粉锅炉2稳燃方法包括以下步骤：
步骤a1，将煤粉和气化剂输入气化段12，煤粉和气化剂在高温环境下发生热解和气化反应产生煤气和灰渣颗粒，煤气和一部分灰渣颗粒通过稳燃气管线16进入稳燃气燃烧器22，另一部灰渣颗粒落入渣池段14，并通过排渣管线排出渣池段14；
进入气化段12的煤粉即上述由氮气输送的第一煤粉，气化剂为空气。
步骤a2，煤气和灰渣颗粒在稳燃气燃烧器22中发生燃烧反应建立稳定的着火热源；
煤气在稳燃气燃烧器22中发生燃烧反应并放出大量热量，建立稳定的着火热源，确保煤粉燃烧器23的着火和燃烧稳定。以细灰为主的灰渣颗粒在稳燃气燃烧器22中进一步燃尽，提高锅炉本体21的燃烧效率。
步骤a3，通过向锅炉本体21的内部分别输入煤粉和空气，煤气、煤粉和灰渣颗粒的燃烧产生高温烟气，高温烟气与锅炉本体21内的第一膜式水冷壁211中的循环水发生热交换，温度降低后的高温烟气由烟气出口213排出，将第一膜式水冷壁211中产生的水蒸气导入第一汽包25进行汽水分离得到第一饱和水蒸气。
其中煤粉和一部分空气由煤粉燃烧器23导入锅炉本体21的内部，另一部分空气则通过空气入口212进入，此处的煤粉即上述由空气输送的第二煤粉。
进一步的，为了提高煤粉锅炉2蒸汽的产量，在执行步骤a1的同时还执行以下步骤：将第二膜式水冷壁131中产生的水蒸气导入第二汽包15进行汽水分离得到第二饱和水蒸气，第一汽包25和第二汽包15的采用相同的操作压力，将第一饱和水蒸气和第二饱和水蒸气混合后用于后续利用，可以提高煤粉锅炉2蒸汽的产量。
本发明的以煤为燃料的煤粉锅炉2稳燃系统及方法，由于采用价格较低的煤粉为燃料生产煤气用于煤粉锅炉2稳燃，其运行成本比燃油稳燃系统和方法的成本可降低70％，而且由于其运行成本较低，可适应煤粉锅炉2长时间低负荷运行的需求，从而可以满足燃煤机组调峰和低负荷运行的要求。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之做一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统，所述以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统包括气化炉本体、煤粉锅炉和第一汽包，其特征在于，所述气化炉本体的内部从上至下依次设置有相互连接的气化段、辐射废锅段和渣池段，所述渣池段与排渣管线连接；所述煤粉锅炉包括锅炉本体、多个稳燃气燃烧器和多个煤粉燃烧器，所述锅炉本体上设有第一膜式水冷壁，每个所述稳燃气燃烧器和每个所述煤粉燃烧器分别与所述锅炉本体连接，所述辐射废锅段的煤气出口通过稳燃气管线与所述稳燃气燃烧器连接，所述第一膜式水冷壁分别通过第一冷却水管线和第一蒸汽管线与第一汽包连接。
2.根据权利要求1所述的以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统，其特征在于，所述以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统还包括第二汽包，所述辐射废锅段的内部设置有第二膜式水冷壁，所述第二膜式水冷壁通过第二冷却水管线和第二蒸汽管线与所述第二汽包连接。
3.根据权利要求1或2所述的以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统，其特征在于，多个所述稳燃气燃烧器和多个所述煤粉燃烧器交错布置于所述锅炉本体的外周，并分别与所述锅炉本体连接。
4.根据权利要求2所述的以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统，其特征在于，所述第一汽包的蒸汽出口与所述第二汽包的蒸汽出口连接汇合。
5.根据权利要求4所述的以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统，其特征在于，所述气化炉本体的顶部设置有与所述气化段连接的进料喷嘴。
6.根据权利要求5所述的以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃系统，其特征在于，所述锅炉本体的下部设有空气入口，所述锅炉本体的上部设有烟气出口。
7.一种以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃方法，其特征在于，所述以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃方法包括以下步骤：
步骤a1，将煤粉和气化剂输入所述气化段，所述煤粉和所述气化剂在高温环境下发生热解和气化反应产生煤气和灰渣颗粒，所述煤气和一部分所述灰渣颗粒通过所述稳燃气管线进入所述稳燃气燃烧器，另一部所述灰渣颗粒落入所述渣池段，并通过所述排渣管线排出所述渣池段；
步骤a2，所述煤气和所述灰渣颗粒在所述稳燃气燃烧器中发生燃烧反应建立稳定的着火热源；
步骤a3，通过向所述锅炉本体的内部分别输入煤粉和空气，所述煤气、煤粉和灰渣颗粒的燃烧产生高温烟气，所述高温烟气与所述锅炉本体内的第一膜式水冷壁中的循环水发生热交换，温度降低后的所述高温烟气由所述烟气出口排出，将所述第一膜式水冷壁中产生的水蒸气导入所述第一汽包进行汽水分离得到第一饱和水蒸气。
8.根据权利要求7所述的以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃方法，其特征在于，在执行步骤a1的同时还执行以下步骤：将所述第二膜式水冷壁中产生的水蒸气导入所述第二汽包进行汽水分离得到第二饱和水蒸气，所述第一汽包和所述第二汽包的采用相同的操作压力，将所述第一饱和水蒸气和所述第二饱和水蒸气混合后用于后续利用，可以提高所述煤粉锅炉蒸汽的产量。
9.根据权利要求7所述的以煤为燃料的煤粉锅炉稳燃方法，其特征在于，所述气化剂为空气。
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