利用储备煤仓灵活调峰的W火焰锅炉及锅炉调峰方法与流程

利用储备煤仓灵活调峰的w火焰锅炉及锅炉调峰方法
技术领域
1.本发明涉及灵活调峰的w火焰锅炉及锅炉调峰方法，具体涉及利用储备煤仓灵活调峰的w火焰锅炉及锅炉调峰方法，属于锅炉领域。


背景技术：

2.w火焰锅炉是中国自二十世纪九十年代开始从北非和西欧等地区引进的一种专为燃用贫煤和无烟煤等低挥发分难燃煤种而设计的电站锅炉。由于无烟煤和贫煤的岩相结构紧密而稳定，孔隙率小，反应性较低，在实际燃用中，往往存在着火难、稳定燃烧难和燃尽难的问题，需要较高的着火温度和燃尽温度、煤粉燃尽时间较长。当锅炉在低负荷运行时，由于送入炉内的燃料量较少，一次风和二次风随之减少，热风温度下降。炉内的含氧量相对较多，炉内的热负荷和炉膛温度较低。锅炉的燃烧稳定性将进一步变差，甚至引起灭火。因此，相对其它燃煤电站锅炉，w火焰锅炉灵活调峰困难重重。
3.近些年，随着大规模可再生能源介入，中国的电力系统发生了巨大改变。可再生能源的发电容量在电网中所占比重与日俱增。然而，由于发电方式本身的局限性，可再生能源发电的出力不稳定性为电力系统的调节能力带来巨大挑战；此外，发电侧及需求侧的大量不确定因素也影响着电力系统的安全稳定运行。资料显示，2015年中国全年净增火电装机7202万千瓦(其中煤电5186万千瓦)，为2009年以来年度投产最多的一年。但是火电的发电量连续两年负增长，利用小时创1969年以来的新低。此外，近年来风电持续快速发展的同时，部分地区出现了严重的弃风问题，消纳已成为制约风电等新能源发展的关键因素。因此，为了适应可再生能源的高速发展，提高电力系统对可再生能源的消纳能力，确保电力系统的安全稳定运行，对煤电机组进行灵活性改造已势在必行。
4.由于w火焰锅炉灵活调峰的主要限制因素在于其燃用煤质的特殊性，劣质难以稳燃的无烟煤和贫煤使得w火焰锅炉灵活调峰困难重重。仅通过燃烧技术优化和燃烧调整短期内难以实现灵活调峰。因此适当调整锅炉的燃料结构，掺烧一些烟煤等挥发分高易于着火和稳燃的优质煤种是现阶段w火焰锅炉灵活调峰技术的有效技术，有着广阔的应用前景。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有w火焰锅炉灵活调峰技术难度大，锅炉深度调峰能力差的问题，进而提供利用储备煤仓灵活调峰的w火焰锅炉及锅炉调峰方法。
6.所述技术问题是通过以下方案解决的：
7.它包括储备煤仓系统、锅炉本体、两组双旋风筒燃烧器和二次风箱；储备煤仓系统包括两个第一储备仓、两个混合仓和四个磨煤机；两组双旋风筒燃烧器分别安装在锅炉本体的前炉拱上和后炉拱上，二次风箱安装在锅炉本体外围，一个第一储备仓通过磨煤机与锅炉本体前炉拱上一组双旋风筒燃烧器连通，另一个第一储备仓通过磨煤机与锅炉本体后炉拱上一组双旋风筒燃烧器连通，一个混合仓通过磨煤机与锅炉本体前炉拱上一组双旋风筒燃烧器连通，另一个混合仓通过磨煤机与锅炉本体后炉拱上一组双旋风筒燃烧器连通。
8.所述方法是按照以下步骤实现的：
9.步骤一：准备工作：基础仓和第一储备仓内存放劣质无烟煤和贫煤，第二储备仓内存放优质烟煤；
10.步骤二：燃烧工作：启动锅炉本体进行工作；
11.步骤三：调峰工作：根据要求设置调峰工作，通过控制第一储备仓和混合仓进入锅炉本体的煤粉质量和煤粉种类使锅炉本体进行调峰工作，改变第二储备仓内存放优质烟煤给煤量配比，进而达到w火焰锅炉的调峰工作的效果。
12.本发明与现有技术相比包含的有益效果是：
13.1.本发明可实现同一锅炉同时燃用无烟煤、贫煤和烟煤
14.现有技术中，国内现役w火焰锅炉仅有普通煤仓系统，日常燃用的煤质通常为劣质的无烟煤干燥无灰基挥发分≤9％或贫煤干燥无灰基挥发分含量为9％～19％。这些煤种的v
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含量普遍为10％左右，v
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为干燥无灰基挥发份，是煤炭分类的重要指标之一，且灰分含量较高，结构紧密，难以着火和燃尽，煤粉气流的着火温度通常可以达到900℃，甚至更高。为了燃用无烟煤和贫煤，传统w火焰锅炉通常采用浓、淡分离的燃烧方式降低一次风速，从而提高一次风煤粉浓度，缩短煤粉气流的着火距离，保证煤粉气流及时着火。同时，w 火焰锅炉内通常还铺设了大量的卫燃带，使炉膛温度达到1200℃以上，从而保证煤粉着火后的稳定燃烧并促进其燃尽。如果在普通煤仓中混入烟煤或仅供烟煤干燥无灰基挥发分含量》19％时，当锅炉处于60％以上额定负荷时，由于煤种的v
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含量较高，煤粉气流的着火温度可大幅度降低至600℃甚至更低，煤粉气流的着火距离显著缩短。采用与无烟煤相同的燃烧方法时，煤粉气流着火形成的高温区距离燃烧器喷口较近，易造成燃烧器喷口烧损变形，需要采用较高的一次风速。同时，由于着火提前且所需的燃尽距离缩短，燃用烟煤后，煤粉的主燃区将完全集中在下炉膛区域，下炉膛的温度可达到1500℃甚至更高，极易造成受热面超温。并且在1500℃的高温条件下煤粉中携带的灰分被加热至熔融态，极易粘附在炉壁的卫燃带上造成严重的结渣问题，威胁锅炉的安全运行。因此，仅有普通煤仓系统的传统w火焰锅炉只能适用于燃用无烟煤和贫煤等劣质煤质。
15.而本发明通过设置储备煤仓系统，储备优质烟煤，根据锅炉运行负荷灵活转变入炉煤质，能够实现同一锅炉对无烟煤、贫煤和烟煤的同时燃用。本发明锅炉的煤仓系统包括储备煤仓系统和普通煤仓系统。储备煤仓系统和普通煤仓系统数量相同且关于炉膛中心线对称布置。锅炉日常储备劣质无烟煤、贫煤和烟煤。基础煤仓内日常存放v
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为5％～15％左右的劣质无烟煤或贫煤，储备煤仓内日常存放v
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为25％～40％的优质烟煤。当锅炉处于60％以上额定负荷运行时，由于供入炉内的煤量相对较高，煤粉在炉膛内燃烧能够释放足够多的热量，提高炉膛温度。保证燃用无烟煤和贫煤时，煤粉气流依然能够及时着火和稳燃，实现锅炉的稳定运行。当锅炉处于40～60％常规低负荷时，由于供入炉内的煤量减少，炉膛温度降低，此时根据负荷水平将基础煤仓内的劣质无烟煤、贫煤和储备煤仓内的优质烟煤进行掺混，形成挥发分16％～25％的混煤，在不改变锅炉燃烧方式的同时依然能够保证其稳定运行。当锅炉处于20～40％额定负荷深度调峰时，与常规负荷相比，锅炉的给煤量大幅度降低，炉膛温度大幅度下降，无法满足无烟煤和贫煤的燃用条件。同时，为了保证煤粉的正常输送，锅炉的一次风速仍然保持在较高水平，完全满足烟煤的燃用要求。因此，该负荷条件下，锅炉的入炉煤质完全由储备煤仓内的优质烟煤供应。优质的烟煤的供入炉膛
后在相对较低的炉膛温度下依然能够及时着火并在下炉膛内充分燃烧释放出足够的热量，保证锅炉的稳定运行。综上，本发明对无烟煤和烟煤的燃用是根据锅炉的负荷灵活调整的，投入炉内的煤质根据锅炉的实际运行状况及时改变。在保证锅炉各负荷状态下均能稳定运行的同时能够实现同一锅炉对无烟煤、贫煤和烟煤的同时燃用，对煤种的适应性大幅度提高。
16.2.本发明可同时实现w火焰锅炉满负荷、常规低负荷和20％～40％超低负荷的稳定运行
17.由于传统w火焰锅炉是专为燃用劣质的无烟煤或贫煤而设计的。当锅炉处于常规低负荷或满负荷运行时，由于投入炉内的煤量较多。煤粉在炉膛内燃烧释放出大量的热能够将炉膛温度维持在1000℃以上，能够保证无烟煤和贫煤的稳定燃用。但是，当锅炉负荷降低至较低水平时，由于供入炉内的燃料量大幅度减少，同时一次风速降低，煤粉气流在下炉膛内的燃尽距离缩短，煤粉颗粒无法在炉膛内充分燃烧，导致下炉膛内的温度大幅度降低，煤粉气流无法稳定燃烧甚至会灭火。目前，现役w火焰锅炉的最低不投油稳燃负荷仅为50％左右，无法实现20％～40％超低负荷甚至超低负荷的稳燃。因此传统w火焰锅炉无法仅通过运行调整同时实现w火焰锅炉满负荷、常规低负荷和20％～40％超低负荷的稳定运行。
18.而本发明通过设置炉外配煤系统，通过灵活调节入炉煤质实现了同一锅炉在满负荷、常规低负荷和20％～40％超低负荷条件下的稳定运行。当锅炉处于60％以上常规负荷和满负荷运行时，入炉煤完全由基础煤仓供给，入炉煤质为10％左右的无烟煤和贫煤。由于该负荷条件下锅炉燃料供入量较大，煤粉在炉膛内燃烧释放的热量较多，能够将炉膛内温度维持在1000℃以上，保证了煤粉气流喷入炉膛后及时着火和稳燃，从而实现锅炉的稳燃。当锅炉处于40％～60％常规低负荷运行时，此时w火焰锅炉的各磨煤机和燃烧器仍投入使用，但由于入炉煤量减少，炉膛温度下降，仅燃用无烟煤和贫煤时炉内温度条件无法达到煤粉气流的着火和稳燃要求。此时，基础煤仓和储备煤仓同时投入使用。基础煤仓内的劣质动力煤和储备煤仓内的优质烟煤根据锅炉负荷的需要合理配比使入炉煤质的v
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含量达到 10％～20％水平，煤粉气流的着火点降低至800℃左右，同时煤粉燃烧所需要的燃尽距离缩短，在下炉膛内释放的热量更多，使炉膛内的温度水平提高，从而保证煤粉气流的及时着火和稳燃。当锅炉处于20％～40％深度调峰状态时，由于入炉燃料量大幅度下降，锅炉各磨煤机和燃烧器均投入使用将导致燃烧器一次风的煤粉浓度降至极低水平，无法满足着火条件。此时，电厂通常使1～2台磨煤机停运，以提高投运燃烧器一次风的煤粉浓度。由于入炉煤粉量大幅度减少，炉膛温度大幅度降低，同时为了保证送粉能力一次风的风速仍保持在 15m/s左右，当锅炉燃用10％～20％的贫煤时，无法有效保证煤粉气流及时着火和稳定燃烧。此时，基础煤仓停止使用，锅炉仅燃用储备煤仓内v
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含量20％以上的优质烟煤。在超低负荷的风煤比条件下煤粉气流的着火点大可降低至700℃左右，且在给粉量减少的情况下，煤粉气流着火后不会对燃烧器喷口造成损害。同时煤粉气流燃尽所需要的流动距离和时间大大缩短，煤粉气流在下炉膛内就能够充分燃烧，释放出更多的热量从而提高下炉膛区域的整体温度水平，保证煤粉气流的及时着火和稳燃进而保证锅炉的稳定运行。因此，本发明能够通过运行调整实现同一锅炉在满负荷、常规低负荷和20％～40％超低负荷条件下的稳定运行。
19.3.本发明能够实现锅炉的灵活调峰
20.近些年，为了解决锅炉的深度调峰问题，火电厂提出了多种改善锅炉低负荷稳燃能力的措施。目前最有效的措施是储备一定量的优质烟煤，在锅炉低负荷和超低负荷条件下将锅炉燃用煤质由劣质无烟煤改为易于着火和稳燃的优质烟煤。该措施虽然能够有效提高锅炉的低负荷稳燃能力，实现深度调峰。但是只有在预知锅炉深度调峰需要的前提下才能有效开展。并且锅炉燃煤系统更换煤质以及煤场的运行调度需要一定的过度时间，因此该措施的灵活调峰能力十分有限，无法适应未来火电厂的灵活调峰需求。
21.而本发明通过在锅炉外部构建并行的劣质和优质煤供应系统，在电厂内长期储备一定的量的优质烟煤。当锅炉有深度调峰的需求时，只需要及时调整基础煤仓和储备煤仓的煤量调节阀门，改变劣质煤和优质煤的煤量配比便能够有效改变锅炉的入炉煤质特性，使之满足低负荷稳燃的需求。当锅炉需要调整为满负荷运行时，同样只需要改变基础煤仓和储备煤仓的煤量配比，提高入炉煤中无烟煤和贫煤的占比，便可在保证锅炉稳定安全运行的同时实现锅炉的负荷调整。由于本发明在调峰时只需要调整煤仓的煤量调节阀门，不需要进行额外的运行调度，操作便捷能够实现锅炉的灵活调峰。
附图说明
22.图1是本技术的整体结构示意图。
23.图2是储备煤仓系统与双旋风筒燃烧器8连接示意图。
具体实施方式
24.具体实施方式一：结合图1-图2说明本实施方式，所述利用储备煤仓灵活调峰的w 火焰锅炉，它包括储备煤仓系统、锅炉本体7、两组双旋风筒燃烧器8和二次风箱9；储备煤仓系统包括两个第一储备仓2、两个混合仓和四个磨煤机5；两组双旋风筒燃烧器8 分别安装在锅炉本体7的前炉拱上和后炉拱上，二次风箱9安装在锅炉本体7外围，一个第一储备仓2通过磨煤机5与锅炉本体7前炉拱上一组双旋风筒燃烧器8连通，另一个第一储备仓2通过磨煤机5与锅炉本体7后炉拱上一组双旋风筒燃烧器8连通，一个混合仓通过磨煤机5与锅炉本体7前炉拱上一组双旋风筒燃烧器8连通，另一个混合仓通过磨煤机5与锅炉本体7后炉拱上一组双旋风筒燃烧器8连通。
25.基础煤仓1内日常存放vdaf为5％～15％左右的劣质无烟煤或贫煤，第二储备仓2-1内日常规存放vdaf为25％～45％的优质烟煤；
26.具体实施方式二：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述利用储备煤仓灵活调峰的w火焰锅炉，混合仓包括基础仓1和第二储备仓2-1，基础仓1和第二储备仓2-1 均与磨煤机5连通。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
27.具体实施方式三：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述利用储备煤仓灵活调峰的w火焰锅炉，混合仓还包括掺混器4，基础仓1和第二储备仓2-1通过掺混器4 与磨煤机5连通。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
28.具体实施方式四：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述利用储备煤仓灵活调峰的w火焰锅炉，混合仓还包括两个煤量调节阀门3；基础仓1与煤量调节阀门3连通，第二储备仓2-1与煤量调节阀门3连通，两个煤量调节阀门3与掺混器4连通。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。
29.具体实施方式五：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式所述利用储备煤仓灵活调峰的w火焰锅炉，它还包括多个输煤管道6，第一储备仓2通过输煤管道6与锅炉本体7上每组双旋风筒燃烧器8连通，混合仓通过输煤管道6与锅炉本体7上每组双旋风筒燃烧器8连通。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
30.具体实施方式六：结合图1说明本实施方式，本实施方式利用储备煤仓灵活调峰的w 火焰锅炉，第二储备仓2-1的储备煤量为基础仓1储煤量的0.5～0.8倍，第一储备仓2 的日常储煤量与基础仓1的日常储煤量相同。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
31.具体实施方式七：结合图1-图2说明本实施方式，本实施方式利用储备煤仓灵活调峰的w火焰锅炉的锅炉调峰方法，所述方法是按照以下步骤实现的：
32.步骤一：准备工作：基础仓1和第一储备仓2内存放劣质无烟煤和贫煤，第二储备仓 2-1内存放优质烟煤；
33.步骤二：燃烧工作：启动锅炉本体7进行工作；
34.步骤三：调峰工作：根据要求设置调峰工作，通过控制第一储备仓2和混合仓进入锅炉本体7的煤粉质量和煤粉种类使锅炉本体7进行调峰工作，进而达到w火焰锅炉的调峰工作。
35.基础煤仓1内存放v
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为5％～15％的劣质无烟煤或贫煤，第二储备仓2-1内均存放v
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为25％～40％的优质烟煤。
36.具体实施方式八：结合图1说明本实施方式，本实施方式利用储备煤仓灵活调峰的w 火焰锅炉的锅炉调峰方法，步骤三中调峰工作是当锅炉工作载荷需大于60％以上额定负荷工作时，第二储备仓2-1停止工作，只有基础仓1和第一储备仓2供给煤粉，锅炉本体7 内只有基础仓1和第一储备仓2供给的煤粉进行燃烧工作。其它组成和连接方式与具体实施方式七相同。
37.具体实施方式九：结合图1说明本实施方式，本实施方式利用储备煤仓灵活调峰的w 火焰锅炉的锅炉调峰方法，步骤三中调峰工作是当锅炉工作载荷40％-60％额定负荷工作时，不包含40％，基础仓1、第一储备仓2和第二储备仓2-1进行工作，挥发分含量20％-30％的优质煤和劣质煤量配比供给煤粉，劣质煤和优质烟煤经掺混器4掺混成vdaf为 16％～25％的混煤供入炉内，锅炉本体7内的煤粉进行燃烧工作。其它组成和连接方式与具体实施方式七相同。
38.具体实施方式十：结合图1说明本实施方式，本实施方式利用储备煤仓灵活调峰的w 火焰锅炉的锅炉调峰方法，步骤三中调峰工作是当锅炉工作载荷20％-40％额定负荷深度调峰工作时，基础仓1和第一储备仓2停止供给煤粉，第二储备仓2-1进行供给煤粉工作，挥发分含量30％-40％的优质煤供给煤粉，锅炉本体7内的煤粉进行燃烧工作。入炉煤采用第二储备仓2-1内vdaf为25％～40％的优质烟煤，其它组成和连接方式与具体实施方式七相同。
39.工作原理
40.实施例：本发明已经在某电厂一台300mw fw型w火焰锅炉上应用。锅炉前后墙对称布置了12组，共24只双旋风筒子浓淡煤粉燃烧器。锅炉共配备a、b、c、d 4台磨煤机，每台磨煤机分别为3组燃烧器供煤。采用本发明后锅炉的b、d两台磨煤机均设置了储备煤仓系统。基础煤仓内常备煤质干燥无灰基挥发分含量为10～15％，储备煤仓内储备干燥无灰基挥发
分含量20～25％的优质烟煤。
41.采用本发明前，满负荷条件下，锅炉前后墙24只燃烧器全部投运并能够保持稳定运行。然而当锅炉负荷降低至120mwe即40％bmcr负荷时，锅炉的a、c两台磨停运，仅投运b、d两台磨煤机，实际运行表明，两台磨对应的12只传统燃烧器均不同程度的出现了着火难，燃烧不稳定甚至灭火的现象，经试验测量煤粉气流的着火点温度为950℃左右。燃烧器的着火距离可达2m以上。锅炉的最低不投油稳燃负荷仅为额定负荷的50％左右。并且由于锅炉日常燃用的煤质变动，锅炉在运行过程中经常出现再热器和壁温超温以及翼墙侧结渣问题。
42.采用本发明后，仅投运b、d磨时，通过调整基础煤仓和储备煤仓的配煤量，燃烧器的着火点均在1.2m左右，经试验测量煤粉气流的着火点温度降低至600℃左右，煤粉气流及时着火，稳燃特性良好。锅炉负荷降低至20％时通过调整优质煤和劣质煤配比，采用本发明的12只燃烧器依然能够稳定投运。并且锅炉的再热器和壁温超温问题消失，翼墙侧结渣问题较轻。