一种电站煤粉锅炉宽负荷调节及低NOx复合燃烧系统的制作方法

本发明涉及电站煤粉锅炉燃用，尤其涉及一种电站煤粉锅炉宽负荷调节及低nox复合燃烧系统。

背景技术：

1、机组调峰改造和节能改造一般结合进行，常见的低负荷燃烧与排放控制技术有：锅炉的燃烧优化，包括对燃烧器、尾部烟道和磨煤机等辅助设备进行稳燃改造和燃料混燃技术等；系统加装前置汽轮机来提高效率，厂用电错峰转移配合调整汽轮机出力大小；通过系统旁路改造和控制烟气温度，降低最小负荷出力，拓宽出力区间；尾部烟道净化处理和相关污染物脱除技术等。从变工况调峰运行的角度来考虑，经过经济性、安全性、机动性和调峰幅度比较评价之后，国内大多数火电机组使用低负荷运行方式，但随着负荷的降低，锅炉燃烧系统的低负荷稳定运行性能遇到了严重挑战。在提高机组调峰能力的灵活性改造中，关键的技术在于使锅炉具备超强的宽负荷运行及调节能力。也就是锅炉要既能够在低负荷甚至超低负荷下稳定运行，无需投油伴烧，又要使锅炉在遇到电力紧缺的紧急情况下迅速提升运行负荷，满足电网运行平稳性和保证社会用电的总需求。同时，锅炉宽负荷运行过程中还要能兼顾节能、减排效果。

2、现有火电燃煤机组中的四角切圆直流燃烧系统锅炉，稳定运行的最低工作负荷通常只能达到锅炉额定负荷的30％-50％，无法再进一步降低，否则会出现燃烧波动大、燃烧效率低、nox排放高以及灭火等影响锅炉正常运行安全、效率及排放等不良现象，对燃煤电站锅炉灵活性运行和实现深度调峰造成极大限制和障碍。

3、为解决以上问题，目前大多数热电厂采取在锅炉原四角切圆直流燃烧系统基础上，通过改造直流燃烧器的一次风喷口、对一次风与二次风喷口间距进行调整、增加或改进微油点火以及提高入炉煤质等措施，实现锅炉低负荷燃烧运行功能和需求。但这些措施存在一定局限性，仍无法完全满足电站锅炉深度调峰的灵活性运行需求。例如，通过改造原四角切圆直流燃烧器的一次风喷口和调整一、二次风喷口间距等结构改造措施，不仅低负荷稳定燃烧效果有限，而且对于锅炉高负荷运行又会造成永久性影响，无法兼顾锅炉高、低负荷不同的燃烧性能要求。部分企业虽然也采取了增加微油点火、等离子点火伴烧，或者增加低负荷稳燃燃烧器的措施，但起炉点火时间仍然较长、点火燃料消耗量大、运行费用高，并且锅炉负荷提升速度慢、低负荷燃烧器与锅炉原直流燃烧器协同性差，炉膛内煤粉燃烧流场相互干涉严重，燃烧效率和nox排放极不稳定，无法满足锅炉全负荷范围内安全稳定运行。

4、申请号为202011148540.6的专利申请，公开了一种超低负荷稳燃预热解燃烧系统及超低负荷运行方法，在四角切圆锅炉炉膛的前后墙加装四个预热解旋流燃烧器，对冲布置，旋流燃烧器的喷口中心高度与其所在层的直流燃烧器喷口高度相同，通过两者并联来实现超低负荷稳燃。该系统中预热解旋流燃烧器的对冲布置易破坏炉内原有空气的动力场及炉膛充满度，且旋流燃烧器的引射下导致原有切圆膨大而冲墙贴壁，以及温度场偏差。

5、申请号为cn201310049397.9的专利申请，公开了一种基于煤粉分级预燃-热解的电站锅炉燃烧器，通过在原有旋流燃烧器的基础上，将预燃室与热解室串联，稀煤粉进入预燃室燃烧产生的高温烟气进入热解室，为浓煤粉热解提供热量，在不需外热源的情况下，使煤粉进行热解。虽然目前对旋流燃烧器进行了改进，但是煤粉仍需在预燃室内着火，氮氧化物排放量高，燃烧器的长期使用会导致预燃室结渣以及烧损，会出现燃烧不稳定的情况。通过低负荷投油伴烧，燃油消耗量大，燃料成本升高。等离子点火伴烧改造会造成改造成本增高很大。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电站煤粉锅炉宽负荷调节及低nox复合燃烧系统，通过在锅炉炉膛的左右墙上加装带预燃室的旋流燃烧器，解决煤粉在锅炉低负荷或者超低负荷运行时的稳定着火、稳定燃烧以及直流燃烧器无法在超低负荷下稳定运行的问题；同时，通过直流燃烧器与带预燃室的旋流燃烧器切换运行，实现电站煤粉锅炉宽负荷调节；带预燃室的旋流燃烧器的布置能够有效组织燃烧，促进煤粉燃尽，避免结焦，减少nox排放，具有结构简单，工作高效，成本低，环保性好的优点。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种电站煤粉锅炉宽负荷调节及低nox复合燃烧系统，包括锅炉2，所述锅炉2的左、右墙上分别设置有带预燃室的旋流燃烧器6，锅炉2的四角分别连接直流燃烧器4出口，直流燃烧器4的入口通过直流燃烧器风量调节阀3分别连接直流燃烧器一次风道7和直流燃烧器二次风道12的出口端；一次风道7上设有一次风道煤粉换向三通8，一次风道煤粉换向三通8的第一出风口a上设有直流燃烧器一次风调节阀9，一次风道煤粉换向三通8的第二出风口b上设有旋流燃烧器一次风调节阀10，旋流燃烧器一次风调节阀10的出口通过风管与带预燃室的旋流燃烧器6的一次风口33相连通；直流燃烧器4二次风道12的入口端与二次主风道13相应的出口相连通；二次主风道13的出风口c通过旋流燃烧器二次风道14分别与带预燃室的旋流燃烧器6的内二次风道35、外二次风道36连通，二次主风道13的出风口d直接与带预燃室的旋流燃烧器6的中心风道32连通，二次风主风道13的入风口连接风箱1。

4、所述直流燃烧器4在锅炉上布置多层，从低到高依次连接a层一次风道、b层一次风道、c层一次风道……n层一次风道,a层一次风道为最低层一次风道。

5、所述带预燃室的旋流燃烧器6水平方向上分别沿炉膛中心线中心对称设置在锅炉2的左、右墙上，且带预燃室的旋流燃烧器6的开口偏离锅炉2左、右墙的垂直中心线；带预燃室的旋流燃烧器6设置不少于一层两台；垂直方向上，每层带预燃室的旋流燃烧器6开口中心的标高均不高于直流燃烧器a层即最低层的一次风道标高。

6、所述带预燃室的旋流燃烧器6包括带预燃室的旋流燃烧器6的前端的预燃室38，点火装置31从带预燃室的旋流燃烧器6外穿入带预燃室的旋流燃烧器6的中心风道32至预燃室38，中心风道32外周依次套装有旋流燃烧器一次风道33、旋流燃烧器内二次风道35、旋流燃烧器外二次风道36；内二次风道35的进口管内，且以带预燃室的旋流燃烧器6的中心线为中心的内二次风道圆周区域设有径向旋流叶片34，内二次风道靠近预燃室38进口的圆周上设有轴向旋流叶片37。

7、所述一次风道33、中心风道32、内二次风道35、外二次风道36同轴布置。

8、所述内二次风道35、中心风道32、一次风道33出口与预燃室入口相连，外二次风道36出口与锅炉2的炉膛相连通。

9、所述带预燃室的旋流燃烧器6的中心风道32还与中心风机5直接连通。

10、所述各直流燃烧器4的入口端通过一次风道7与磨煤机11的出口连通形成闭合管路。

11、所述带预燃室的旋流燃烧器6和就近对应直流燃烧器4共用一套由磨煤机11与一次风道煤粉换向三通8组成的煤粉送粉系统，即带预燃室的旋流燃烧器6运行时，对应的直流燃烧器4的直流燃烧器一次风调节阀9关闭，旋流燃烧器一次风调节阀10打开，对应的直流燃烧器4通入该层直流燃烧器满负荷风量的3％-5％的二次风即可；直流燃烧器4投入运行时时，对应的直流燃烧器一次风调节阀9打开，同时关闭旋流燃烧器一次风调节阀10，通入带预燃室的旋流燃烧器满负荷燃烧所需二次风量的3％-5％的二次风即可。

12、所述锅炉2以锅炉额定功率的20％-50％超低负荷运行时，只运行带预燃室的旋流燃烧器6，直流燃烧器4全部停运；高于锅炉额定功率的50％较高负荷时，带预燃室的旋流燃烧器6及a层一次风以上的一次风均可投运；高于锅炉额定功率80％高负荷运行时，直流燃烧器4运行，带预燃室的旋流燃烧器6停运，同时通入带预燃室的旋流燃烧器6满负荷燃烧所需二次风量的3％-5％的二次风，对带预燃室的旋流燃烧器6进行冷却即可。

13、所述二次风主风道13的入风口连接风箱1。

14、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

15、1、本发明在原锅炉系统的基础上，保持原来的直流燃烧器4安装位置、状态不动，通过在锅炉左、右墙加装带预燃室的旋流燃烧器6，来保证燃烧特性较差煤种的稳定燃烧，扩大燃料种类；同时，可以通过上部加装安装带预燃室的旋流燃烧器6，上部的带预燃室的旋流燃烧器6可提高炉膛出口温度，使出口处蒸汽温度提高，蒸汽品质提升。

16、2、带预燃室的旋流燃烧器6水平方向上分别中心对称设置在锅炉2的左、右墙上，且带预燃室的旋流燃烧器6的开口偏离锅炉2炉膛左、右墙的垂直中心线，这种对冲布置能够在炉膛宽度范围内促进煤粉均匀燃尽，同时炉膛截面温度场更均匀，不易结焦。

17、3、本发明在低负荷下运行时，带预燃室的旋流燃烧器6的旋流燃烧器一次风调节阀10开启，煤粉在预燃室38内高温加热，发生热解气化后转化为残焦与易燃挥发性气体，易燃挥发性气体快速着火并引燃残焦，两者在炉膛内的稳定燃烧可为直流燃烧器4提供稳定的着火热源，从而实现超低负荷稳燃。

18、4、本发明可通过调节内二次风比例，控制烟气卷吸量，进而控制预燃室38温度；通过调节内二次风与外二次风的比例，保证预燃室38处于低氧环境；煤粉在预燃室38的高温低氧环境中热解，利用局部还原性气氛将nox还原成n2，有效减少nox的排放；通过内二次风道36内径向旋流叶片34与轴向旋流叶片37旋转，跟一次风煤粉更好地混合，促进煤粉燃尽；另外，旋流在带预燃室的旋流燃烧器6中心形成微负压，能够使烟气回流，促进燃烧的同时进一步减少nox的排放。

19、5、本发明在通过调节一次风道煤粉换向三通8、直流燃烧器一次风调节阀9及旋流燃烧器一次风调节阀10，实现直流燃烧器4与带预燃室的旋流燃烧器6的供粉，实现现锅炉2在超低负荷工况下的稳定运行。

20、6、本发明通过带预燃室的旋流燃烧器在启炉过程中可取代点火油枪，减少对重油的消耗，降低运行成本；同时中心的点火装置31能够更好的引燃煤粉，点火装置31外周由内向外依次设置的中心风道32、一次风道33、内二次风道35、外二次风道36，能够更好的分布一次风与二次风，有效组织燃烧，减少nox的排放。