本發(fā)明屬于粉煤鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃，具體涉及為一種用于電廠粉煤鍋爐超低負(fù)荷的穩(wěn)燃裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、隨著中國電力結(jié)構(gòu)的不斷優(yōu)化，水電、光電等可再生能源在發(fā)電領(lǐng)域的占比逐步提升，這一趨勢為能源結(jié)構(gòu)的綠色轉(zhuǎn)型提供了有力支撐。然而，可再生能源的固有特性，包括其受天氣、季節(jié)及晝夜變化影響的間歇性、波動性和隨機性，使得其消納與調(diào)峰能力相較于傳統(tǒng)的火力發(fā)電存在明顯短板。為了有效破解新能源消納難題，保障電力供應(yīng)的穩(wěn)定性，火電機組必須具備更為卓越的深度調(diào)峰能力。

2、傳統(tǒng)的火電機組在深度調(diào)峰過程中，面臨低負(fù)荷運行時爐膛進(jìn)煤量銳減、燃煤發(fā)熱量大幅下降、爐膛溫度顯著降低等挑戰(zhàn)，這直接導(dǎo)致煤粉著火延遲，燃燒穩(wěn)定性顯著下降，甚至可能引發(fā)鍋爐滅火等安全問題。因此，低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)成為火電機組技術(shù)革新的重要方向。

3、目前，燃煤鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)主要包括輔助燃料穩(wěn)燃、等離子體穩(wěn)燃、富氧穩(wěn)燃及空氣預(yù)熱穩(wěn)燃等多種技術(shù)手段。通過查閱現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)及專利資料，我們發(fā)現(xiàn)了一系列相關(guān)技術(shù)的具體實施方案。例如，申請?zhí)枮?01410467276.0及201010244692.6的專利分別揭示了燃油和燃?xì)恻c火穩(wěn)燃系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計；而申請?zhí)枮?01710109787.9、201721294248.9、201810192558.2、201810867626.0、201820453959.4及201710931919.6的專利則聚焦于燃燒器、進(jìn)風(fēng)方式、進(jìn)煤方式及煤粉濃淡分離等方面的技術(shù)改進(jìn)，以提升鍋爐的燃燒效率。

4、此外，等離子體點火穩(wěn)燃技術(shù)也備受關(guān)注，如申請?zhí)枮?01920041637.3及201810595813.8的專利分別提出了不同結(jié)構(gòu)及工作方式的等離子體點火穩(wěn)燃系統(tǒng)，通過等離子體技術(shù)有效點燃煤粉氣流，實現(xiàn)穩(wěn)燃目標(biāo)。同時，還有一系列專利如申請?zhí)枮?01210083504.5、201710661801.6、201710483595.4、201910584293.5、201920008532.8及201920454263.8，它們采用了預(yù)熱煤粉、提高一次風(fēng)溫度、提升磨煤機出口溫度及優(yōu)化煤粉細(xì)度等多種手段，旨在改善煤粉的燃燒效果。

5、然而，盡管上述技術(shù)在一定程度上提升了鍋爐的低負(fù)荷穩(wěn)燃能力，但仍存在運行成本高、安全性不足及煤種適應(yīng)性差等問題，特別是對于高階低活性煤種的燃燒穩(wěn)定性改善效果有限，難以實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用。

6、針對這一現(xiàn)狀，申請?zhí)枮?02210541607.5的中國專利提出了一種創(chuàng)新的煤氣化耦合粉煤鍋爐低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)。該技術(shù)通過煤粉在氣化燃燒器內(nèi)的部分燃燒氣化產(chǎn)生高溫燃?xì)?，進(jìn)而利用這些高溫燃?xì)庋a充爐膛火焰區(qū)的熱量，實現(xiàn)鍋爐的超低負(fù)荷穩(wěn)燃。然而，該技術(shù)在實際應(yīng)用中仍面臨低負(fù)荷下煤粉濃度低、輸送不穩(wěn)定等挑戰(zhàn)，且需要額外投資建立穩(wěn)燃進(jìn)料系統(tǒng)，這在現(xiàn)有電廠中難以實現(xiàn)。

7、綜上所述，雖然已有多種低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)被提出并應(yīng)用于實踐，但均存在不同程度的局限性。因此，持續(xù)探索并優(yōu)化低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)，提高火電機組的深度調(diào)峰能力，對于保障我國電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對背景技術(shù)中現(xiàn)有低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)存在的諸多問題及應(yīng)用局限性，本發(fā)明提供了一種用于電廠粉煤鍋爐超低負(fù)荷的穩(wěn)燃裝置及方法。

2、為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：一種用于電廠粉煤鍋爐超低負(fù)荷的穩(wěn)燃裝置，包括有煤粉輸送系統(tǒng)與煤粉穩(wěn)燃系統(tǒng)兩部分，所述煤粉輸送系統(tǒng)由煤粉濃淡分離器、轉(zhuǎn)子計量秤、電動鎖氣器以及引流噴射泵組成，所述煤粉濃淡分離器的粉煤進(jìn)口與煤粉輸送管道相連，且其粉煤出口與粉煤鍋爐的爐膛相連，所述煤粉濃淡分離器的外側(cè)分支口依次通過轉(zhuǎn)子計量秤、電動鎖氣器并與引流噴射泵的物料進(jìn)口相連；所述煤粉穩(wěn)燃系統(tǒng)包括氣化燃燒器及相配套的dcs控制系統(tǒng)，dcs控制系統(tǒng)用于控制所述氣化燃燒器的運行工況，所述引流噴射泵的物料出口與氣化燃燒器的中心煤粉通道相連，所述引流噴射泵用于將物料穩(wěn)定輸送至氣化燃燒器，二次風(fēng)輸送單元與氣化燃燒器的外環(huán)二次風(fēng)通道相連，蒸汽輸送單元與氣化燃燒器底部的保護(hù)氣通道相連，所述蒸汽輸送單元根據(jù)實際工況向所述氣化燃燒器內(nèi)輸送蒸汽和空氣混合氣實現(xiàn)爐內(nèi)煤粉燃燒氣化的穩(wěn)定運行，所述氣化燃燒器安裝在鍋爐燃燒器中心，粉煤在引流噴射泵作用下進(jìn)入所述氣化燃燒器發(fā)生部分燃燒氣化，氣化后的氣固兩相流產(chǎn)物通過鍋爐燃燒器噴入所述粉煤鍋爐的爐膛中進(jìn)行燃燒。

3、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步解釋及限定，所述煤粉濃淡分離器由四個連續(xù)變彎的45°彎頭及兩側(cè)直管段組成，所述煤粉濃淡分離器的全段管道內(nèi)側(cè)均設(shè)置有陶瓷防磨層，煤粉進(jìn)口為左側(cè)直管段，煤粉出口為右側(cè)直管段，導(dǎo)流組件位于第一個45°彎頭，煤粉輸送至導(dǎo)流組件時流體流動方向發(fā)生改變，流動方向沿管道切線方向，分離組件位于第二45°彎頭，煤粉經(jīng)前面第一個45°彎頭的導(dǎo)向作用，在第二個45°彎頭會產(chǎn)生分流，使得管道外側(cè)形成煤粉濃相流，管道內(nèi)側(cè)形成煤粉稀相流，外側(cè)分支口位于第三個45°彎頭處，且其軸線方向與第一個45°彎頭的切線方向一致，外側(cè)分支口伸入管道內(nèi)的連接部分內(nèi)外側(cè)均設(shè)置有陶瓷防磨層，所述煤粉濃淡分離器的外側(cè)分支口管徑與其進(jìn)出口管徑之比為1/5～1/3，分離的煤粉濃相流沿著外側(cè)分支口排出，稀相流沿管道內(nèi)側(cè)經(jīng)第四個45°彎頭的導(dǎo)向作用后從直管段煤粉出口排出。

4、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步補充說明，在所述煤粉濃淡分離器的外側(cè)分支口上設(shè)置有調(diào)節(jié)閥，所述調(diào)節(jié)閥通過調(diào)節(jié)外側(cè)分支口的截面大小實現(xiàn)對煤粉量及濃度的調(diào)控。

5、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步解釋及限定，所述氣化燃燒器由三通道噴嘴和爐體組成，其中所述氣化燃燒器的三通道噴嘴由柴油烘爐系統(tǒng)、中心煤粉通道和外環(huán)二次風(fēng)通道組成，柴油烘爐系統(tǒng)由柴油加壓霧化槍和高能點火器組成；所述氣化燃燒器的爐體分為預(yù)熱段、氣化段和出口段三段，出口段筒直徑為氣化段筒直徑的1/5～1/2倍，預(yù)熱段為偏心錐口，且其中心線位置向上偏離，漸縮角度90～180°，氣化段為圓筒結(jié)構(gòu)，底部設(shè)有蒸汽與空氣混合氣的保護(hù)氣通道，出口段為偏心錐口，且其中心線位置向下偏離，漸縮角度30～90°。

6、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步解釋及限定，所述氣化燃燒器的爐體由金屬殼體、隔熱材料和耐火澆注料組成。

7、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步補充說明，耐火材料的允許使用溫度>1200℃，耐壓強度≥60mpa；隔熱材料導(dǎo)熱系數(shù)≤0.5?w/m·k。

8、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步補充說明，所述氣化燃燒器根據(jù)不同燃燒方式的鍋爐具有以下兩種配置安裝方式，對于對沖燃燒方式的粉煤鍋爐，配置4～8套氣化燃燒器，均勻布置于鍋爐前墻及后墻的底層/中間層燃燒器中心位置；對于四角切圓燃燒方式的粉煤鍋爐，配置4套氣化燃燒器，按照四角切圓方式均勻配置在鍋爐爐膛四周主燃燒器中心位置。

9、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步補充說明，所述氣化燃燒器包括臥式/立式兩種安裝方式，所述氣化燃燒器的底部通過鋼結(jié)構(gòu)支架進(jìn)行固定連接，且其頂部通過彈簧吊架進(jìn)行吊裝連接。

10、一種用于電廠粉煤鍋爐超低負(fù)荷的穩(wěn)燃方法，采用上述方案中一種用于電廠粉煤鍋爐超低負(fù)荷的穩(wěn)燃裝置，其包括有以下步驟：

11、步驟1，管道吹掃：打開二次風(fēng)輸送單元，調(diào)節(jié)空氣流量500～600m3/h，對氣化燃燒器及管道進(jìn)行吹掃，吹掃時間5～10min；

12、步驟2，冷態(tài)啟動：調(diào)節(jié)步驟1中空氣流量為50～100m3/h，打開柴油輸送管路，使柴油在加壓霧化槍霧化，1min后啟動高能點火器，點火烘爐；調(diào)節(jié)步驟1中空氣流量為200～300m3/h，控制氣化燃燒器溫度在750～900℃范圍并維持3～4h；

13、步驟3，投粉進(jìn)料：打開煤粉輸送管道，煤粉經(jīng)煤粉濃淡分離器分離后，濃相流經(jīng)轉(zhuǎn)子計量秤定量、電動鎖氣器輸送、在引流噴射泵作用下經(jīng)氣化燃燒器三通道噴嘴的煤粉通道輸送至氣化燃燒器內(nèi)；

14、步驟4，調(diào)控溫度：通過觀察氣化燃燒器頂部熱電偶溫度變化，判斷爐內(nèi)煤粉燃燒氣化情況，如燃燒正常，熱電偶溫度大于900℃，則關(guān)閉柴油管路；如未燃燒先停止投料，調(diào)控空氣流量為200～300m3/h，控制氣化燃燒器溫度在750～900℃范圍，再次重復(fù)步驟3，確保投料后煤粉燃燒正常；

15、步驟5，穩(wěn)定運行：氣化燃燒器內(nèi)煤粉正常燃燒時，打開蒸汽輸送管道，調(diào)節(jié)蒸汽和空氣混合氣流量為0～40m3/h，氣化燃燒器內(nèi)煤粉穩(wěn)定燃燒氣化，生成的氣固兩相流進(jìn)入粉煤鍋爐爐膛使得鍋爐能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定燃燒；運行時氣化燃燒器頂部熱電偶溫度在780～980℃范圍呈現(xiàn)周期性波動，熱電偶溫度無大幅度下滑則表明氣化燃燒器穩(wěn)定運行；

16、步驟6，靈活調(diào)控：氣化燃燒器穩(wěn)定運行時，可以根據(jù)電廠實際負(fù)荷需求靈活調(diào)節(jié)粉煤鍋爐參數(shù)，同時對氣化燃燒器控制參數(shù)進(jìn)行輕微調(diào)控；調(diào)控后氣化燃燒器穩(wěn)定運行，燃燒器頂部熱電偶溫度在780～980℃范圍呈現(xiàn)周期性波動，粉煤鍋爐在低負(fù)荷下穩(wěn)定燃燒。

17、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步補充說明，在步驟2中，所述氣化燃燒器在通入煤粉前采用柴油點火方式預(yù)熱至750～900℃。

18、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步補充說明，在步驟3中，所述原煤為褐煤、煙煤、無煙煤中任一種。

19、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步補充說明，在步驟5中，所述氣化燃燒器內(nèi)氣體的流速0.5～5m/s，停留時間0.5～10s，煤粉、空氣、水蒸氣的質(zhì)量比1：1.5～4.0：0～0.45。

20、與現(xiàn)有低負(fù)荷穩(wěn)燃技術(shù)相比較，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

21、1.本發(fā)明通過優(yōu)化氣化燃燒器的設(shè)計和運行參數(shù)，實現(xiàn)了燃煤鍋爐在超低負(fù)荷（如20%工況）下的穩(wěn)定燃燒。這不僅拓寬了燃煤鍋爐的負(fù)荷調(diào)節(jié)范圍，還提高了其在不同負(fù)荷下的運行效率，滿足了現(xiàn)代電力系統(tǒng)對燃煤鍋爐靈活調(diào)峰的需求。

22、2.本發(fā)明在煤粉燃燒系統(tǒng)中引入了煤粉量及濃度的精確調(diào)控機制。通過在煤粉濃淡分離器的外側(cè)分支口上設(shè)置調(diào)節(jié)閥，可以實現(xiàn)對煤粉供給的靈活調(diào)整，確保氣化燃燒器內(nèi)煤粉燃燒氣化的穩(wěn)定性和高效性。這種精確的煤粉調(diào)控機制，進(jìn)一步提高了粉煤鍋爐的燃燒效率和穩(wěn)定性。

23、3.本發(fā)明通過控制混合氣的流量和流速，以及鍋爐爐膛的壓力和噴入爐膛的速度等參數(shù)，優(yōu)化了燃燒過程。這些措施使得煤粉在燃燒過程中能夠更充分地與空氣和水蒸氣混合，提高了煤粉的燃盡率，減少了未燃盡煤粉的排放，有利于環(huán)保和節(jié)能減排。

24、4.本發(fā)明的實施例還展示了其在不同規(guī)模燃煤鍋爐上的適用性。無論是前后墻對沖式超臨界350mw燃煤鍋爐，還是其他類型的燃煤鍋爐，只要采用本發(fā)明的穩(wěn)燃方法，都有可能實現(xiàn)超低負(fù)荷下的穩(wěn)定燃燒。這證明了本發(fā)明的普適性和應(yīng)用價值。

25、5.本發(fā)明通過優(yōu)化氣化燃燒器的設(shè)計和運行參數(shù)、引入煤粉量及濃度的精確調(diào)控機制、控制燃燒過程參數(shù)等措施，實現(xiàn)了燃煤鍋爐在超低負(fù)荷下的穩(wěn)定燃燒。這不僅提高了燃煤鍋爐的運行效率和穩(wěn)定性，還滿足了現(xiàn)代電力系統(tǒng)對燃煤鍋爐靈活調(diào)峰的需求，為燃煤鍋爐的節(jié)能減排和高效運行提供了有力的技術(shù)支持。