基于一次风煤粉半气化超低负荷稳燃且低氮的系统及方法

1.本发明属于燃煤锅炉低负荷调峰技术领域，具体涉及一种基于一次风煤粉半气化超低负荷稳燃且低氮的系统及方法。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.目前，新能源发电跨越式发展，但新能源的波动性和间歇性较大，与电网稳定电力输出的要求存在矛盾。燃煤火电机组在电力供应中起到“兜底”作用，为了提升电网对新能源的消纳能力，保障电力系统安全稳定运行，对燃煤机组进行灵活性改造、提升深度调峰能力已成为当前煤电行业的重点任务之一。
4.其中，煤电机组改造升级实施方案中，对新建机组和现役机组灵活性改造提出明确要求：纯凝工况调峰能力的一般化要求为最小发电出力达到35％额定负荷，采暖热电机组在供热期运行时要通过热电解耦力争实现单日6h最小发电出力达到40％额定荷的调峰能力，其他类型机组应采取措施尽量降低最小发电出力。机组灵活性改造涉及锅炉、汽轮机和热工控制等诸多方面，而首当其冲的是锅炉低负荷稳定燃烧技术。
5.常用的稳燃技术有微油稳燃、天然气稳燃和等离子点火等，其中，微油稳燃存在点火油枪口易堵塞、点燃不受气化油枪出力限制、燃油与煤抢风等问题；天然气稳燃存在燃气安全隐患；等离子点火存在频繁启停点火，等离子寿命有限，维护成本高等问题。同时，现有低负荷稳燃技术最低负荷通常为额定负荷的30～40％，然而实际运行中电厂会遇到30％以下甚至低至20％额定负荷的深度调峰需求。此外，锅炉在低负荷运行时，脱硝系统不在额定工况运行，脱硝效率低，导致nox排放高。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种基于一次风煤粉半气化超低负荷稳燃且低氮的系统及方法，该系统使得煤粉在一次风旁路内半气化预燃，产生高温还原性半煤气(包括煤气、产生的焦粉及未反应的煤粉)送入锅炉底部起到稳定燃烧且低氮燃烧的作用；采用该系统不仅能够实现燃煤机组30％以下额定负荷的深度低负荷稳燃，还能有效降低燃烧过程中nox的生成。
7.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
8.第一方面，本发明提供了一种基于一次风煤粉半气化超低负荷稳燃且低氮的系统，包括炉膛，炉膛下部与一次风主路连通，一次风主路和一次风旁路连接，一次风旁路安装煤粉半气化装置，一次风旁路通过混合口回连至一次风主路，一次风经由煤粉半气化装置气化后煤气及未反应残碳混合物混入一次风主路。
9.作为进一步的技术方案，所述一次风主路及一次风旁路均安装阀门，以调节一次风主、旁路分配的一次风比例。
10.作为进一步的技术方案，所述一次风旁路的阀门设置于煤粉半气化装置的前后两
侧，且一次风旁路与一次风主路的阀门并联设置。
11.作为进一步的技术方案，所述一次风主路和一次风旁路混合口离炉膛的距离范围为0～10m。
12.作为进一步的技术方案，所述煤粉半气化装置的气化温度范围为800～1000℃。
13.作为进一步的技术方案，所述一次风主路和炉膛之间设置锅炉底层燃烧器。
14.作为进一步的技术方案，所述锅炉底层燃烧器还与二次风风路连通。
15.作为进一步的技术方案，所述炉膛侧部还设置多个锅炉上层燃烧器，对炉膛内物料进行燃烧。
16.作为进一步的技术方案，所述炉膛顶部与烟气通道连通，以将产生的烟气排出。
17.第二方面，本发明还提供了一种如上所述的基于一次风煤粉半气化超低负荷稳燃且低氮的系统的工作方法，包括以下步骤：
18.一次风经由一次风主路进入一次风旁路，在煤粉半气化装置内，一次风经过点火引燃，在欠氧气氛下发生半气化生成煤气及未反应残碳，一次风旁路与一次风主路混合后，高温还原性半煤气携带未反应残碳进入锅炉炉膛底部二次燃烧，实现低负荷的稳燃。
19.作为进一步的技术方案，高温还原性半煤气携带未反应残碳进入锅炉炉膛底部二次燃烧时，在有还原性气氛下，利于nox还原为n2，实现低氮燃烧。
20.第三方面，本发明还提供了一种基于一次风煤粉半气化超低负荷稳燃且低氮的系统，包括炉膛，炉膛下部与一次风主路连通，一次风主路安装煤粉半气化装置，煤粉半气化装置内前端设置煤粉分流装置，通过煤粉分流装置实现一次风的分流。
21.作为进一步的技术方案，所述煤粉半气化装置的气化温度范围为800～1000℃。
22.作为进一步的技术方案，所述一次风主路和炉膛之间设置锅炉底层燃烧器。
23.作为进一步的技术方案，所述锅炉底层燃烧器还与二次风风路连通。
24.作为进一步的技术方案，所述炉膛侧部还设置多个锅炉上层燃烧器，对炉膛内物料进行燃烧。
25.作为进一步的技术方案，所述炉膛顶部与烟气通道连通，以将产生的烟气排出。
26.第四方面，本发明还提供了一种如上所述的基于一次风煤粉半气化超低负荷稳燃且低氮的系统的工作方法，包括以下步骤：
27.一次风经由一次风主路进入煤粉半气化装置，通过煤粉半气化装置前端布置的煤粉分流装置实现一次风的分流，分流到中心的一次风，通过点火装置点燃实现半气化状态，再通过煤粉分流装置的旋流卷吸作用将分流到周边的未发生气化的一次风卷吸到高温的半气化气中实现预热，随后一同进入炉膛进行二次燃烧，以此实现稳燃且低氮效果。
28.上述本发明的有益效果如下：
29.本发明的系统，在一次风主路加装一次风旁路，一次风旁路安装煤粉半气化装置，一次风空气含有煤粉，煤粉在一次风旁路内被煤粉半气化装置进行半气化预燃，提高了燃料温度，增加了煤粉燃烧反应物理空间和反应时间，利于低负荷稳燃和燃尽，可实现燃煤锅炉超低负荷(最低20％额定负荷)稳定运行。
30.本发明的系统，一次风在一次风旁路通过煤粉半气化装置进行半气化，可以产生强还原性气体，在锅炉内创造了局部强还原性氛围，利于nox还原成n2，可实现燃煤锅炉超低负荷运行时低nox排放要求。
31.本发明的系统，通过煤粉半气化装置前端布置的煤粉分流装置实现一次风的分流，分流到中心的一次风，通过点火装置点燃实现半气化状态，再通过煤粉分流装置的旋流卷吸作用将分流到周边的未发生气化的一次风卷吸到高温的半气化气中实现预热，随后一同进入炉膛进行二次燃烧，以此实现稳燃且低氮效果。
附图说明
32.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
33.图1是本发明根据一个或多个实施方式的基于一次风煤粉半气化超低负荷稳燃且低氮的系统示意图；
34.图2是本发明根据一个或多个实施方式的基于一次风煤粉半气化超低负荷稳燃且低氮的系统另一实现方式示意图；
35.图中：为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用；
36.其中，1、一次风主路；2、煤粉半气化装置；3、阀门；4、二次风风路；5、炉膛；6、锅炉底层燃烧器；7、锅炉上层燃烧器；8、烟气通道；9、煤粉分流装置。
具体实施方式
37.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
38.正如背景技术所介绍的，现有煤粉燃烧锅炉存在低负荷运行时难稳燃、nox排放高的问题，为了解决如上问题，本技术提出了一种基于一次风煤粉半气化超低负荷稳燃且低氮的系统及方法。
39.实施例一：
40.本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，提出一种基于一次风煤粉半气化超低负荷稳燃且低氮的系统，其对原燃烧系统进行改进，对最下层燃烧系统的一次风进行半气化改造，可实现最下层一次风的部分/或全部半气化，从而实现锅炉超低负荷运行的稳燃、低氮灵敏调控。
41.具体的，该系统包括炉膛5，炉膛5下部与一次风主路1连通，一次风主路1处加装一次风旁路，一次风旁路上安装煤粉半气化装置2，一次风主路1及一次风旁路均安装阀门3。
42.一次风主路和一次风旁路连接，一次风旁路通过混合口回连至一次风主路；一次风旁路在煤粉半气化装置2的前后两侧均设置阀门3，且一次风旁路与一次风主路的阀门3并联设置，也即，一次风主路的阀门设置于一次风旁路与一次风主路的两连接点之间。煤粉半气化装置可采用现常用煤粉气化装置，无需追求高转化率参数要求，其气化后，煤气及未转化的残碳一同送入炉膛二次燃烧，在有还原性气氛(主要为co和h2)下的二次燃烧可有效减少nox的生成。
43.通过加装的一次风旁路，部分一次风进入煤粉半气化装置，经点火在气化室完成煤粉半气化，即无需高碳转化率，控制气化温度800～1000℃，使其稳定运行，不结焦/结渣，气化后煤气及未反应残碳混合物混入一次风主路，随后由燃烧器进入炉膛二次燃烧。
44.一次风主路及一次风旁路安装的阀门，其作用是用来调节主、旁路分配的一次风比例，以此来实现炉内低负荷运行时的灵活调控，甚至实现深度低负荷(约20％额定负荷)运行。
45.一次风主路1和炉膛5之间设置锅炉底层燃烧器6，锅炉底层燃烧器6还与二次风风路4连通；炉膛5侧部还设置多个锅炉上层燃烧器7，对炉膛5内物料进行燃烧。
46.炉膛5顶部与烟气通道8连通，燃烧后产生的烟气由烟气通道8排出。
47.一次风的空气携带煤粉，经由一次风旁路气化后煤气及未反应残碳温度较高，约800～1000℃，当一次风部分半气化时，其混入一次风主路后会引起主路内煤粉热解，为避免因煤粉热解而发生焦油堵塞问题，一次风主路、一次风旁路混合口离炉膛越近越好，距离范围取0～10m为宜。
48.该系统通过一次风部分/全部半气化预燃，提高了入炉燃料温度，增加了煤粉燃烧反应空间和时间，进而实现了燃煤锅炉超低负荷(最低20％额定负荷)的稳定运行，且可实现锅炉低负荷运行的灵敏调控。此外，由于一次风半气化产生了还原性气氛，进入炉内进行二次燃烧时，在还原性氛围下，有利于nox还原成n2，同时实现了锅炉低负荷运行时的低氮燃烧。
49.该系统运行及操作稳定，可实现锅炉超低负荷稳定运行，满足电厂灵活调峰需求。
50.本发明的另一种典型的实施方式中，提出一种基于一次风煤粉半气化超低负荷稳燃且低氮的方法，其采用如上系统，具体过程如下：
51.一次风经由一次风主路进入一次风旁路，在煤粉半气化装置内，一次风经过点火引燃，在欠氧气氛下发生半气化生成煤气及未反应残碳，一次风旁路与一次风主路混合后，随后高温还原性半煤气携带未反应残碳进入锅炉炉膛底部二次燃烧。
52.入锅炉原料由原来温度较低(＜100℃)的风粉混合物转变为高温(800～1000℃)半煤气及高温(800～1000℃)残碳，在低负荷运行时可明显强化燃烧，从而实现低负荷的稳燃；另外，二次燃烧，在有还原性气氛下，利于nox还原为n2，从而实现低氮燃烧。
53.实施例二：
54.本发明的另一种典型的实施方式中，如图2所示，提出一种基于一次风煤粉半气化超低负荷稳燃且低氮的系统，相比于实施例一，本实施方式中，不再设置一次风旁路，将煤粉半气化装置2直接安装在一次风主路1上，煤粉半气化装置2内前端设置煤粉分流装置9，通过煤粉半气化装置2前端布置的煤粉分流装置9实现一次风的分流，分流到中心的一次风，通过点火装置点燃实现半气化状态，再通过煤粉分流装置9的旋流卷吸作用将分流到周边的未发生气化的一次风卷吸到高温的半气化气中实现预热，随后一同进入炉膛进行二次燃烧，以此实现稳燃且低氮效果。
55.煤粉分流装置9采用现有技术，采用锥形钝体结构实现煤粉分流，末端为齿环结构，实现稳燃。
56.其他与实施例一相同。
57.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。