一种热解燃烧耦合的CFB锅炉快速调负荷和调峰系统的制作方法

2021-03-03 13:03:57|

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一种热解燃烧耦合的cfb锅炉快速调负荷和调峰系统
技术领域
[0001]
本实用新型涉及流化床锅炉燃烧调整技术领域，尤其涉及一种热解燃烧耦合的cfb锅炉快速调负荷和调峰系统。

背景技术：

[0002]
近年来，随着太阳能和风力发电等新能源的装机容量不断增大，使得电网调峰和新能源发电消纳问题非常突出。为了提高电网对新能源发电消纳能力，需要加强电网中火电机组尤其是循环流化床发电机组的调峰能力。然而，循环流化床锅炉固有的大热惯性、燃料燃烧速率慢的特点，使其负荷变化速率很慢。目前，大量cfb机组不能满足电网自动发电控制(agc) 的要求，并一直没有找到切实有效的解决办法。
[0003]
基于发电的低热值煤热解燃烧多联产系统将循环流化床锅炉和热解炉紧密结合，通过简单而先进的工艺在一套系统中实现热、电、焦油、热解气的联合生产。其中该多联产系统在利用热解气(富含ch4、co、h2、c2、c3)制取lng过程中会分离出大量燃料气(富含co、 h2、c2、c3)，而热解气、燃料气具有燃烧速率快，调节性能好，污染物少等优势，非常适合用来给锅炉补燃调负荷、调峰。
[0004]
为了提高cfb锅炉的变负荷速率，大量的学者从协调控制、燃烧过程和加装储能设备等方面入手，开展了提高循环流化床负荷变化速率的研究。虽然研究对提高锅炉的负荷变化速率方面取得了一定的成效，但目前cfb机组仍是不能满足电网调度的要求。为此，本实用新型提出一种利用热解气或燃料气补燃来实现锅炉快速升降负荷和调峰系统。

技术实现要素：

[0005]
为了提高cfb发电机组快速升降负荷和调峰能力，解决电网对新能源发电消纳不足的问题。本实用新型提出一种热解燃烧耦合的cfb锅炉快速调负荷和调峰系统，以满足电网自动发电控制(agc)对cfb锅炉的要求。
[0006]
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种热解燃烧耦合的cfb锅炉快速调负荷和调峰系统，其中：包括流化床燃烧炉、流化床热解炉、热解气净化器、热解气液化分离器、燃料气储罐、循环风机、点火燃烧器、煤仓、给煤机、第四阀门、冷却风门、燃烧器；
[0007]
所述流化床燃烧炉分两路连接管与流化床热解炉连接，其中一路是流化床燃烧炉的出口通过循环灰管与流化床热解炉的入口连接，另一路是流化床热解炉的出口通过半焦返料管与流化床燃烧炉的入口连接；所述流化床热解炉、热解气净化器、热解气液化分离器依次通过热解气管连接；所述热解气液化分离器、燃料气储罐、循环风机依次通过燃料气管连接；所述循环风机通过燃料气管与燃烧器连接；在所述热解气液化分离器与燃料气储罐之间的燃料气管道上设有第二阀门，在所述燃料气储罐和循环风机之间的燃料气管道上依次设有第三阀门与第一逆止门；在靠近循环风机的燃料气管上设有第二逆止门；
[0008]
在靠近燃烧器的燃料气管上设有燃气调节门；所述的燃烧器安装于流化床燃烧炉
的四面墙上，并且燃烧器通过冷却风门与二次风连通；所述第二逆止门与燃气调节门之间的燃料气管还与连接第四阀门的一次风管相连接，所述第四阀门、点火燃烧器通过一次风管与流化床燃烧炉的一次风口相连；所述煤仓、给煤机通过管道与流化床燃烧炉的给煤口相连；在所述给煤机的出口管路上设有分支管路，并通过分支管路与流化床热解炉的给煤口相连；
[0009]
所述的燃烧器分上下两层布置，下层布置于流化床燃烧炉四面墙上下二次风口中间，上层布置于上二次风口上面，前后墙每层布置两个燃烧器，左右墙每层布置一个燃烧器，每个燃烧器通过冷却风门引入部分二次风作为冷却风；在流化床燃烧炉上位于上下两层燃烧器中间的开设有与二次风管相连接的上二次风口，在下层燃烧器的下方设有与二次风管相连接的下二次风口。
[0010]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0011]
在所述热解气净化器的出口与第二阀门的入口之间通过热解气管设有向燃料气储罐补充热解气的第一阀门；所述第二阀门的入口与相邻机组来气连通。
[0012]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0013]
在所述的燃料气储罐上设有监测燃料气压力的压力表。
[0014]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0015]
所述的热解气液化分离器的出口连接lng工段。
[0016]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0017]
所述第四阀门与点火燃烧器之间接入一次风。
[0018]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0019]
所述燃烧器入口分别布置的冷却风门与燃气调节门，可以对每个燃烧器的冷却风量和燃料气量分别进行调节。
[0020]
本实用新型采用如下调节方式：
[0021]
1、当升降负荷在20mw以下时，采取以燃料气(热解气)调节为主，给煤量调节为辅的手段进行调节；
[0022]
2、当升降负荷在20mw以上时，采取以给煤量调节为主，燃料气(热解气)调节为辅的手段进行调节；
[0023]
本实用新型的有益效果是：
[0024]
1、燃料气(热解气)燃烧速率快，调节性能好，相比于煤粉可大大提高燃烧速率，通过利用燃料气(热解气)给锅炉补燃，可实现对锅炉负荷的快速调节，满足电网要求，获得更多的电网有偿辅助服务补偿，为公司带来额外的经济效益。
[0025]
2、由于燃料气(热解气)经过净化处理，基本不含s、n等污染物，通过给锅炉补燃料气(热解气)，减少了煤粉的燃烧量，对应减少了so2、no
x
的排放量。
[0026]
3、由于燃料气(热解气)着火温度低，燃烧特性好，即使在床温较低时也能稳定燃烧，因此利用燃料气(热解气)的补燃技术，可以将流化床燃烧炉负荷降到30％以下，甚至更低，提高机组的调峰能力。
[0027]
4、燃料气(热解气)中含有大量还原性气体co、h2，通过上下两层燃烧器送入炉膛，有利于二次风的分级送风，燃料分级燃烧，增大并且延长炉膛还原性区域，有利于no
x
的控制。
[0028]
5、该系统富产燃料气(热解气)，所以在机组启动阶段或低负荷时可以将燃料气(热解气)替代柴油作为点火燃烧器的燃料，既经济又环保。
附图说明
[0029]
图1是本实用新型的系统图；
[0030]
图2是本实用新型燃烧器的布置示意图；
[0031]
图3是前后墙燃烧器的布置示意图；
[0032]
图4是左右墙燃烧器的布置示意图。
具体实施方式
[0033]
下面将结合附图和实施例对本实用新型作进一步地详细描述。
[0034]
如图1至图4所示，本实施例所述一种热解燃烧耦合的cfb锅炉快速调负荷和调峰系统，其中：包括流化床燃烧炉1、流化床热解炉2、热解气净化器3、热解气液化分离器4、燃料气储罐5、循环风机6、点火燃烧器7、煤仓8、给煤机9、第四阀门15、冷却风门16、燃烧器17；
[0035]
所述流化床燃烧炉1分两路连接管与流化床热解炉2连接，其中一路是流化床燃烧炉1 的出口通过循环灰管与流化床热解炉2的入口连接，另一路是流化床热解炉2的出口通过半焦返料管与流化床燃烧炉1的入口连接；所述流化床热解炉2、热解气净化器3、热解气液化分离器4依次通过热解气管连接；所述热解气液化分离器4、燃料气储罐5、循环风机6依次通过燃料气管连接；所述循环风机6通过燃料气管与燃烧器17连接；在所述热解气液化分离器4与燃料气储罐5之间的燃料气管道上设有第二阀门11，在所述燃料气储罐5和循环风机 6之间的燃料气管道上依次设有第三阀门12与第一逆止门13；在靠近循环风机6的燃料气管上设有第二逆止门14，第一逆止门13与第二逆止门14的设置，是为防止流化床燃烧炉炉膛压力过高时发生烟气反窜、回火等事故。
[0036]
在靠近燃烧器17的燃料气管上设有燃气调节门18；所述的燃烧器17安装于流化床燃烧炉1的四面墙上，并且燃烧器17通过冷却风门16与二次风连通；所述第二逆止门14与燃气调节门18之间的燃料气管还与连接第四阀门15的一次风管相连接，所述第四阀门15、点火燃烧器7通过一次风管与流化床燃烧炉1的一次风口相连；所述煤仓8、给煤机9通过管道与流化床燃烧炉1的给煤口相连；在所述给煤机9的出口管路上设有分支管路，并通过分支管路与流化床热解炉2的给煤口相连；
[0037]
所述的燃烧器17分上下两层布置，下层布置于流化床燃烧炉1四面墙上下二次风口中间，上层布置于上二次风口上面，前后墙每层布置两个燃烧器17，左右墙每层布置一个燃烧器17，每个燃烧器17通过冷却风门16引入部分二次风作为冷却风；在流化床燃烧炉1上位于上下两层燃烧器17中间的开设有与二次风管相连接的上二次风口，在下层燃烧器17的下方设有与二次风管相连接的下二次风口，以防烧坏燃烧器。
[0038]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0039]
在所述热解气净化器3的出口与第二阀门11的入口之间通过热解气管设有向燃料气储罐 5补充热解气的第一阀门10；所述第二阀门11的入口与相邻机组来气连通。
[0040]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0041]
在所述的燃料气储罐5上设有监测燃料气压力的压力表19。
[0042]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0043]
所述的热解气液化分离器4的出口连接lng工段。
[0044]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0045]
所述第四阀门15与点火燃烧器7之间接入一次风。
[0046]
作为上述技术方案的进一步描述：
[0047]
所述燃烧器17入口分别布置的冷却风门16与燃气调节门18，可以对每个燃烧器17的冷却风量和燃料气量分别进行调节。
[0048]
本实用新型系统的操作过程：
[0049]
过程一：
[0050]
1、当系统稳定运行时，流化床燃烧炉稳定燃烧，产出蒸汽发电，流化床热解炉产出热解气，经热解气净化器净化后得到富含ch4、co、h2、c2、c3的热解气，再经过热解气液化分离器后制取lng，制取lng剩余的燃料气主要包括co、h2、c2、c3，燃料气进入燃料气储罐进行缓存，此时第一阀门10关闭，通过监测压力表压力，调整第二阀门11和第三阀门12 的开度，使燃料气储罐保持设定压力。从燃料气储罐出来的燃料气在循环风机的作用下依次经过第三阀门12、第一逆止门13、第二逆止门14、燃气调节门进入燃烧器进行燃烧。关闭第四阀门15，切断燃料气与一次风管的连接，使一、二次风量稳定。调整给煤机的出力，使给煤量也稳定在合适量。在稳定工况下，燃料气带20mw-30mw负荷，变工况时根据实际负荷要求进行调整。
[0051]
2、当接到电网升负荷指令，判断升负荷幅度在20mw以下时，以燃料气调节负荷为主，给煤量调节为辅。首先调节循环风机频率，增大出力，同时开大各燃气调节门，并且适当增大一、二次风量，增大给煤机出力。此时若升负荷速率满足电网要求，则稳定该工况运行。待稳定一会后适当减小风机出力、减小各燃气调节门开度，同时适当增大一、二次风量，增大给煤机出力，使风机出力、各燃气调节门开度恢复正常值，在这个过程中要慢调细调，始终保持负荷稳定。
[0052]
若升负荷速率小于电网要求，则继续增大风机出力，开大各燃气调节门，继续适当增大一、二次风量，增大给煤机出力。直到升负荷速率满足电网要求，则稳定该工况运行。然后再重复上述过程，恢复风机出力、各燃气调节门开度到正常值，始终保持负荷稳定。
[0053]
若风机出力、各燃气调节门都调到最大，升负荷速率仍小于电网要求，则紧急开启第一阀门10，使净化后的热值更高的热解气同燃料气一起进入储罐，此时系统内由热解气与燃料气的混合气向燃烧炉补燃，加快升负荷速率，直到满足电网要求，则稳定该工况运行。然后再重复上述过程，恢复风机出力、各燃气调节门开度到正常值，关闭第一阀门，始终保持负荷稳定。
[0054]
若升负荷速率大于电网要求，则需适当减小大风机出力，减小各燃气调节门。直到升负荷速率满足电网要求，则稳定该工况运行。然后再重复上述过程，恢复风机出力、各燃气调节门开度到正常值，始终保持负荷稳定。
[0055]
3、当接到电网升负荷指令，判断升负荷幅度在20mw以上时，以给煤量调节负荷为主，燃料气调节为辅。此时需将风机出力、各燃气调节门开到最大，然后快速多次适量加大一、二次风量，增大给煤机出力。重复上述过程，直到升负荷速率满足电网要求，则稳定该工况运行。恢复风机出力、各燃气调节门开度到正常值，始终保持负荷稳定。
[0056]
过程二：
[0057]
1、当接到电网降负荷指令，判断降负荷幅度在20mw以下时，以燃料气调节负荷为主，给煤量调节为辅。首先调节循环风机频率，减小出力，同时减小各燃气调节门，并且适当减小一、二次风量，减小给煤机出力。此时若减负荷速率满足电网要求，则稳定该工况运行。待稳定一会后适当增大风机出力、增大各燃气调节门开度，同时减小增大一、二次风量，减小给煤机出力，使风机出力、各燃气调节门开度恢复正常值，在这个过程中要慢调细调，始终保持负荷稳定。
[0058]
若降负荷速率小于电网要求，则继续减小风机出力，减小各燃气调节门，继续适当减小一、二次风量，减小给煤机出力。直到升负荷速率满足电网要求，则稳定该工况运行。然后再重复上述过程，恢复风机出力、各燃气调节门开度到正常值，始终保持负荷稳定。
[0059]
若降负荷速率大于电网要求，则需适当增大大风机出力，增大各燃气调节门。直到升负荷速率满足电网要求，则稳定该工况运行。然后再重复上述过程，恢复风机出力、各燃气调节门开度到正常值，始终保持负荷稳定。
[0060]
2、当接到电网降负荷指令，判断降负荷幅度在20mw以上时，以给煤量调节负荷为主，燃料气调节为辅。此时需将风机停运，各燃气调节门、第二阀门11、第三阀门12关闭，然后快速多次适量减小一、二次风量，减小给煤机出力。重复上述过程，直到升负荷速率满足电网要求，则稳定该工况运行。恢复风机出力、各燃气调节门开度到正常值，始终保持负荷稳定。
[0061]
过程三：
[0062]
当电网要求机组深度调峰到30％负荷以下时，将阀门1全开，适当增大循环风机出力，增大各燃气调节门开度，然后快速多次适量减小一、二次风量，减小给煤机出力。直到满足电网要求，稳定该工况运行。
[0063]
过程四：
[0064]
当流化床燃烧炉点火启动时，接通相邻机组来气，开启第二阀门11、第三阀门12、第四阀门15，将循环风机出力、各燃气调节门开度调到适当，使点火燃烧器和燃烧器正常投入，从床上和床下共同点火，快速提高床温，缩短启动时间。
[0065]
当流化床燃烧炉燃烧工况不稳定或负荷太低需要稳燃时，重复上述步骤，可快速达到稳燃效果。
[0066]
本实用新型利用热解燃烧多联产系统中的燃料气、热解气来提高cfb发电机组快速升降负荷和调峰能力，以满足电网自动发电控制(agc)对cfb锅炉的要求，既可以减少so2、no
x
的排放量，又可以获得更多的电网有偿辅助服务补偿，为公司带来额外的经济效益。
[0067]
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本实用新型的原理而采用的示例性实施方式，然而本实用新型并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本实用新型的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本实用新型的保护范围。

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