一种煤热解耦合煤粉锅炉灵活变负荷的方法 |
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| 申请号 | CN202311761878.2 | 申请日 | 2023-12-20 | 公开(公告)号 | CN117906136A | 公开(公告)日 | 2024-04-19 |
| 申请人 | 浙江大学; | 发明人 | 王勤辉; 骆仲泱; 叶泽浦; 王晋权; 解桂林; 方梦祥; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种 煤 热解 耦合 煤粉 锅炉 灵活变负荷的方法，包括：S1:将 流化床 加热炉内的床料加热到所需 温度 后，调节流化 风 速，使流化床加热炉内500μm以下粒径的高温细床料和灰颗粒随烟气携带出 炉膛 送至流化床热解炉；S2:送入流化床热解炉的 燃料 煤在高温细床料和灰颗粒加热下热解生成燃气和焦粉，控制较低的流化风速，使流化床热解炉内产生的焦粉随煤气从炉膛上部排出，炉膛底部的细床料和灰颗粒则经流化风鼓泡后溢流至流化床加热炉；S3:从流化床热解炉排出的燃气和焦粉经气固分离和冷却后，依据煤粉锅炉运行负荷的要求，可作为燃料或原料或产品使用。本发明可以满足煤粉锅炉不同运行负荷调节的需求，尤其在低负荷运行条件下保证系统的安全稳定运行。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种煤热解耦合煤粉锅炉灵活变负荷的方法，其特征在于，所采用的装置包含流化床加热炉(1)、流化床热解炉(2)、煤粉锅炉(3)、一号旋风分离器(4)、二号旋风分离器(5)、一号返料器(6)、高温除尘器(9)、一号冷焦器(10)、二号冷焦器(11)及尾部烟道(15)；所述的方法具体包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种煤热解耦合煤粉锅炉灵活变负荷的方法技术领域[0001] 本发明涉及煤热解燃烧领域，尤其是涉及一种煤热解耦合煤粉锅炉灵活变负荷的方法。 背景技术[0003] 目前，火电厂运行灵活性主要包括快速变负荷、深度调峰及快速启停。其中，火电机组快速变负荷的调节手段在燃煤电厂应用相对广泛。 [0004] 如公开号为CN102323798A的中国专利文献公开了一种火电机组煤层负荷自动控制系统，包括六层煤层、处理模块、启动煤层次序模块及停运煤层次序模块，其特征在于：在升负荷过程中，处理模块根据五个负荷段依次将煤层投运，在降负荷过程中，处理模块通过三个负荷段，依次将煤层停运。 [0005] 公开号为CN104635534A的中国专利文献公开了一种利用冷端系统冷却工质调节的火电机组变负荷控制方法，以冷却工质控制回路作为主回路，给煤量控制回路作为副控制回路；通过采用联合冷端系统冷却工质调节和机炉协调共同作用的技术手段，实现了负荷响应起始段速率的大大加快。 [0006] 但是，目前的调节手段还存在一定的问题。煤粉炉机组在低负荷运行时，由于偏离原设计工况，对机组运行的稳定性、安全性和经济性会产生明显的影响。煤粉炉低负荷运行时，炉膛热负荷将会大幅下降，这会导致燃烧器无法稳定燃烧，煤粉着火困难，甚至出现炉膛熄火的风险。同时，蒸汽参数也会随之下降，有可能导致汽水侧运行安全问题。此外，烟气污染物处理装置也会因为烟温的下降而导致无法正常工作。 [0007] 因此，燃煤锅炉低负荷运行所存在的问题是制约火电机组快速变负荷技术发展的主要因素。所以，提升燃煤火电机组运行灵活性的首先任务是如何实现燃煤锅炉低负荷条件下的稳定燃烧。 发明内容[0008] 为了满足新能源并网需求，解决煤粉锅炉低负荷条件下的运行稳定性和安全性的问题，本发明提供了一种煤热解耦合煤粉锅炉灵活变负荷的方法，可以满足煤粉锅炉不同运行负荷调节的需求，尤其在低负荷运行条件下，借助燃气易着火且燃烧稳定的特性，可保证系统的安全稳定运行。 [0009] 一种煤热解耦合煤粉锅炉灵活变负荷的方法，所采用的装置包含流化床加热炉、流化床热解炉、煤粉锅炉、一号旋风分离器、二号旋风分离器、一号返料器、高温除尘器、一号冷焦器、二号冷焦器及尾部烟道；所述的方法具体包括以下步骤： [0010] S1:将流化床加热炉内的床料加热到所需温度后，调节流化风速，使流化床加热炉内500μm以下粒径的高温细床料和灰颗粒随烟气携带出炉膛，通过旋风分离器进行气固分离，分离出的烟气进入尾部烟道，分离下来的高温细床料和灰颗粒经一号返料器送至流化床热解炉； [0011] S2:送入流化床热解炉的燃料煤在高温细床料和灰颗粒加热下热解生成燃气和焦粉，控制较低的流化风速，使流化床热解炉内产生的焦粉随燃气从炉膛上部排出，炉膛底部的细床料和灰颗粒则经流化风鼓泡后溢流至流化床加热炉； [0012] S3:从流化床热解炉上部排出的燃气和焦粉一起先后进入二号旋风分离器和高温除尘器进行燃气、焦粉分离，分离下来的焦粉分别经一号冷焦器、二号冷焦器进一步冷却；经气固分离和冷却后，依据煤粉锅炉运行负荷的要求，作为燃料、原料或产品使用； [0013] 若煤粉锅炉处于高负荷条件时，则以焦粉为主要燃料，并辅助少量燃气进行燃烧，其余燃气则用作产品或原料；若煤粉锅炉处于低负荷条件时，则以燃气为主要燃料，并依据负荷条件，将部分半焦调整为燃料，通过燃气、半焦混燃来维持煤粉锅炉的低负荷稳定运行，其余半焦则作为产品外供。 [0014] 进一步地，步骤S1中，所述细床料颗粒粒径为200‑1000μm。 [0015] 进一步地，步骤S1中，所述流化风速不小于3倍500μm粒径床料的临界流化风速。 [0016] 进一步地，步骤S2中，所述燃料煤粒径为0～150μm。 [0017] 进一步地，步骤S2中，所述较低的流化风速为：不大于1.5倍500μm粒径床料的临界流化风速。 [0018] 进一步地，步骤S2中，所述流化床热解炉底部的细床料和灰颗粒通过二号返料器溢流至流化床加热炉内。 [0019] 进一步地，所述二号旋风分离器顶部的排气口与高温除尘器上部的进气口连接，且高温除尘器的进气口前安装有燃气冷却器。 [0021] 进一步地，从焦油冷凝器分离出来的煤气一部分通过煤气增压风机回送至流化床热解炉。 [0022] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果： [0023] 1、本发明的方法中，燃煤锅炉可灵活选用纯半焦或燃气、半焦组合作为燃料，满足煤粉锅炉不同运行负荷调节的需求，尤其在低负荷运行条件下，借助燃气易着火且燃烧稳定的特性，可保证系统的安全稳定运行； [0025] 图1为本发明方法采用的装置示意图。 [0026] 图中：图中：1‑流化床加热炉，2‑流化床热解炉，3‑煤粉锅炉，4‑一号旋风分离器，5‑二号旋风分离器，6‑一号返料器，7‑二号返料器，8‑燃气冷却器，9‑高温除尘器，10‑一号冷焦器，11‑二号冷焦器，12‑燃气风机，13‑煤气增压风机，14‑焦油冷凝器，15‑尾部烟道， 16‑受热面，17‑汽轮机，18‑空预器。 具体实施方式[0027] 下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。 [0028] 如图1所示，本发明采用的装置包括：流化床加热炉1、流化床热解炉2、煤粉锅炉3、一号旋风分离器4、二号旋风分离器5、一号返料器6、二号返料器7、燃气冷却器8、高温除尘器9、一号冷焦器10、二号冷焦器11、燃气风机12、煤气增压风机13、焦油冷凝器14、尾部烟道15、受热面16、汽轮机17和空预器18。 [0029] 具体的，一号旋风分离器4上部的进气口与流化床加热炉1上部的烟气出口连接，顶部的排气口与尾部烟道15顶部的烟气进口连接，下端的排灰口通过一号返料器6与流化床热解炉2下部的返料口连接；流化床热解炉2下部的溢流口通过二号返料器7与流化床加热炉1下部的返料口连接。 [0030] 二号旋风分离器5上部的进气口与流化床热解炉2上部的烟气出口连接，顶部的排气口与高温除尘器9上部的进气口连接，下端的排灰口通过一号冷焦器10与煤粉锅炉3下部的焦粉入口连接。 [0031] 高温除尘器9下端的排灰口通过二号冷焦器11与煤粉锅炉3下部的焦粉入口连接，上部的排气口分别与煤粉锅炉3下部的燃气进口和焦油冷凝器14的进口连接。尾部烟道15的下部设有空预器18，空预器18的出气口分别与煤粉锅炉3下部的焦粉入口和燃气进口连接。 [0032] 二号旋风分离器5顶部的排气口与高温除尘器9上部的进气口之间设有燃气冷却器8。 [0033] 高温除尘器9上部的排气口连接燃气风机12，通过燃气风机12后分别与煤粉锅炉3下部的燃气进口和焦油冷凝器14的进口连接。 [0034] 焦油冷凝器14的煤气出口和焦油出口。焦油冷凝器14的煤气出口分为两路，其中一路通过煤气增压风机13与流化床热解炉2底部的气体入口连接，另一路连接至煤气收集装置。 [0035] 煤粉锅炉3和尾部烟道15的上部连通，所述煤粉锅炉炉膛的上部及尾部烟道15炉膛共设有若干组受热面，若干组受热面之间串联后与外部汽轮机连接。 [0036] 对于煤粉锅炉来说，通常将额定负荷30％以下的负荷条件称为低负荷。基于该界点，本发明的方法具有两种实施方式。 [0037] 第一种实施方式：煤粉锅炉处于额定负荷30％以上的负荷条件。该负荷条件下以焦粉为主要燃料。 [0038] 工艺流程：煤、空气送入流化床加热炉1后发生燃烧释放热量，将炉内床料加热。床料可采用石英砂或氧化铝。通过调节流化风速，使500μm以下的床料和新生成的细灰随烟气进入一号旋风分离器4进行气固分离，分离出的较细床料和灰颗粒作为热载体通过一号返料器6送至流化床热解炉2，分离出的烟气则进入煤粉锅炉3的尾部烟道15。送入流化床热解炉2的燃料煤在高温热灰加热下发生热解反应，生成高温燃气和焦粉。通过调节流化床热解炉2的流化风速，使焦粉随燃气从流化床热解炉2顶部排出，而部分床料则在低风速作用下从炉膛底部溢流至二号返料器7并送至流化床加热炉1进行加热。从流化床热解炉2顶部排出的焦粉在燃气携带下进入二号旋风分离器5进行气固分离，分离下来的焦粉经一号冷焦器10冷却后与来自空预器18的热空气一起送入煤粉锅炉3燃烧。从二号旋风分离器5排出的燃气经燃气冷却器8降温后送至高温除尘器9进一步进行燃气、焦粉分离。分离下来的焦粉经二号冷焦器11冷却后与来自一号冷焦器10的焦粉一起送入煤粉锅炉3燃烧。依据锅炉运行情况，如果来自一号冷焦器10和二号冷焦器11的焦粉量能够满足煤粉锅炉3正常运行所需燃料量且有余量，则多余的焦粉可作为产品对外销售。此时，经高温除尘器9除尘后的燃气经燃气风机12送至焦油冷凝器14进行煤气、焦油分离。分离出的焦油则对外出售，分离出的煤气一部分作为流化风经煤气增压风机13回送至流化床热解炉2，其余部分则作为燃料或化工原料对外出售；如果来自一号冷焦器10和二号冷焦器11的焦粉量能够无法满足煤粉锅炉3正常运行所需燃料量，此时，经高温除尘器9除尘后的燃气通过燃气风机12一部分作为燃料与来自空预器18的热空气一起送入煤粉锅炉3辅助燃烧，其余则送至焦油冷凝器14进行煤气、焦油分离。分离出的焦油则对外出售，分离出的煤气一部分作为流化风经煤气增压风机13回送至流化床热解炉2，其余部分则作为燃料或化工原料对外出售。 [0039] 第二种实施方式：煤粉锅炉处于额定负荷30％以下的负荷条件。该负荷条件下以燃气为主要燃料。 [0040] 工艺流程：煤、空气送入流化床加热炉1后发生燃烧释放热量，将炉内床料加热。床料可采用石英砂或氧化铝。通过调节流化风速，使500μm以下的床料和新生成的细灰随烟气进入一号旋风分离器4进行气固分离，分离出的较细床料和灰颗粒作为热载体通过一号返料器6送至流化床热解炉2，分离出的烟气则进入煤粉锅炉3的尾部烟道15。送入流化床热解炉2的燃料煤在高温热灰加热下发生热解反应，生成高温燃气和焦粉。通过调节流化床热解炉2的流化风速，使焦粉随燃气从流化床热解炉2顶部排出，而部分床料则在低风速作用下从炉膛底部溢流至二号返料器7并送至流化床加热炉1进行加热。从流化床热解炉2顶部排出的焦粉在燃气携带下进入二号旋风分离器5进行气固分离，分离下来的焦粉采用一号冷焦器10进行冷却。从二号旋风分离器5排出的燃气经燃气冷却器8降温后送至高温除尘器9进一步进行燃气、焦粉分离。分离下来的焦粉经二号冷焦器11冷却后与来自一号冷焦器10的焦粉一起送入煤粉锅炉3燃烧。依据锅炉运行情况，将一号冷焦器10和二号冷焦器11冷却后的焦粉少部分作为燃料与来自空预器18的热空气一起送入煤粉锅炉3燃烧，其余则作为焦炭产品对外出售。此时，经高温除尘器9除尘后的燃气通过燃气风机12一部分作为燃料与来自空预器18的热空气一起送入煤粉锅炉3燃烧，其余则送至焦油冷凝器14进行煤气、焦油分离。分离出的焦油则对外出售，分离出的煤气作为流化风经煤气增压风机13回送至流化床热解炉2。 [0041] 实施例1 [0042] 煤粉锅炉3的额定功率为600MW。流化床加热炉1床料采用石英砂，粒径为0‑800μm，运行温度800℃，流化风速控制在1.6m/s左右(500μm石英砂临界流化风速约0.4m/s)。流化床加热炉1内较细高温石英砂在烟气携带下经一号旋风分离器4分离后进入流化床热解炉2并使炉体温度维持在650℃左右。流化床热解炉2采用的燃料煤为细煤粉，细度为R90＝15‑20％，流化风速控制在0.6m/s左右(500μm石英砂临界流化风速约0.4m/s)，焦粉随燃气从流化床热解炉2顶部排出，而部分床料则在低风速作用下从炉膛底部溢流至返料器并送至流化床加热炉1进行加热。从流化床热解炉2顶部排出的焦粉随燃气先后进入二号旋风分离器 5、高温除尘器9进行燃气、焦粉的分离并经一号冷焦器10、二号冷焦器11冷却到300℃左右(在进入高温除尘器9前的燃气先采用燃气冷却器8冷却至450℃)。冷却后的焦粉40％随与 300℃左右的预热空气一起送入煤粉锅炉3燃烧，其余60％焦粉则作为产品对外出售。经高温除尘器9除尘后的燃气50％作为燃料通过燃气风机12与300℃左右的预热空气一起送入煤粉锅炉3燃烧，其余50％燃气则送至焦油冷凝器14进行煤气、焦油分离。分离出的焦油则对外出售，分离出的煤气作为流化风经煤气增压风机13回送至流化床热解炉2。在该燃料配比条件下，煤粉锅炉3能够实现稳定运行，运行负荷为180MW左右，处于低负荷运行条件。整个系统采用的煤样及热解产生的焦粉、煤气等燃料特质特性数据见表1‑3。 [0043] 表1煤质特性分析数据 [0044] [0045] 表2焦粉特性分析数据 [0046] [0047] 表3热解煤气特性分析数据 [0048] [0049] 实施例2 [0050] 煤粉锅炉3的额定功率为600MW。流化床加热炉1床料采用石英砂，粒径为0‑700μm，运行温度850℃，流化风速控制在1.6m/s左右(500μm石英砂临界流化风速约0.4m/s)。流化床加热炉1内较细高温石英砂在烟气携带下经一号旋风分离器4分离后进入流化床热解炉2并使炉体温度维持在700℃左右。流化床热解炉2采用的燃料煤为细煤粉，细度为R90＝10‑15％，流化风速控制在0.6m/s左右(500μm石英砂临界流化风速约0.4m/s)，焦粉随燃气从流化床热解炉2顶部排出，而部分床料则在低风速作用下从炉膛底部溢流至返料器并送至流化床加热炉1进行加热。从流化床热解炉2顶部排出的焦粉随燃气先后进入二号旋风分离器 5、高温除尘器9进行燃气、焦粉的分离并经一号冷焦器10、二号冷焦器11冷却到300℃左右(在进入高温除尘器9前的燃气先采用燃气冷却器8冷却至450℃)。冷却后的焦粉80％随与 300℃左右的预热空气一起送入煤粉锅炉3燃烧，其余20％焦粉则作为产品对外出售。经高温除尘器9除尘后的燃气10％作为燃料通过燃气风机12与300℃左右的预热空气一起送入煤粉锅炉3燃烧，其余90％燃气则送至焦油冷凝器14进行煤气、焦油分离。分离出的焦油则对外出售，分离出的煤气50％作为流化风经煤气增压风机13回送至流化床热解炉2，其余部分则作为燃料或化工原料对外出售。在该燃料配比条件下，煤粉锅炉3能够实现稳定运行，运行负荷为480MW左右，处于高负荷运行条件。整个系统热解产生的焦粉、煤气等燃料特质特性数据见表4、表5。 [0051] 表4焦粉特性分析数据 [0052] [0053] 表5热解煤气特性分析数据 [0054] [0055] 以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。 |
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