煤料输送装置、锅炉系统以及煤料输送方法与流程

本申请属于煤粉锅炉燃烧技术领域，具体涉及一种煤料输送装置、锅炉系统以及煤料输送方法。

背景技术：

我国的高碱煤储量丰富，其典型代表之一是新疆高碱煤。其中准东煤田预测煤炭储量3900亿吨，是我国目前最大的整装煤田。高碱煤一般具有极强的结渣、沾污特性，极大威胁燃用高碱煤锅炉的安全性和经济性。

目前电站锅炉难以安全纯烧准东高碱煤，常掺烧到厂价格数倍于准东高碱煤的低钠煤，尤其是容积热负荷大于70kw/m³或采用前后墙对冲燃烧方式的锅炉。为了减缓锅炉结渣、沾污，并降低低钠煤用量，有研究者提出在燃料中添加诸如蛭石、膨润土、硅藻土、菱镁矿、沸石、云母石、氢氧化铝、石英、电石渣、氢氧化钡和氧化铜的添加剂。这些添加剂制配、运输繁琐，到厂价较贵，经济用量和防结渣沾污之间存在矛盾，尚无法在实际锅炉中持续应用并取得良好的安全经济效益。此外，不同添加剂用量和掺配工艺不同，掺混的均匀性会对防结渣、沾污的安全可靠性产生明显影响。

技术实现要素：

本申请实施例的目的是提供一种煤料输送装置、锅炉系统以及煤料输送方法，能够解决现有方案抑制锅炉结渣、沾污的效果差、经济性不佳的问题。

为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：

第一方面，本申请实施例提供了一种煤料输送装置，该装置包括：

黏土储仓，用于储存黏土；

给料机，所述给料机设置于所述黏土储仓的下游；

输煤带，所述输煤带设置于所述给料机的下游，且用于输送煤料；

称重机构，所述称重机构设置于所述输煤带；

原煤仓，所述原煤仓设置于所述输煤带的下游，且用于容纳混合后的所述煤料和所述黏土；

控制机构，所述控制机构与所述称重机构以及所述给料机均电连接，所述控制机构用于根据所述称重机构测得的重量控制所述给料机的工作参数。

第二方面，本申请实施例提供了一种锅炉系统，包括磨煤机、一次风送风装置、燃烧器、锅炉以及煤料输送装置，所述煤料输送装置为上述的煤料输送装置，所述磨煤机设置于所述煤料输送装置的下游，所述一次风送风装置与所述磨煤机相连通，所述燃烧器设置于所述磨煤机的下游，所述燃烧器与所述锅炉相连通。

第三方面，本申请实施例提供了一种煤料输送方法，应用于上述的煤料输送装置，该方法包括：

检测输煤带所输送煤料的重量；

根据所述重量计算给料机的目标工作参数；

控制所述给料机以所述目标参数工作并输送黏土。

在本申请实施例中，发明人研究甄选出的黏土，为易得无害的天然物质，添加至煤中能够大幅减轻锅炉结渣、沾污。本申请的称重机构可以获得输煤带所输送煤料的重量，控制机构可以根据该重量调整给料机的工作参数，从而调整黏土的掺配量。因此，该煤料输送装置可以根据输煤带所输送煤料的重量变化实时调整黏土的掺配量，从而实现精准、均匀、可靠掺配，更好地抑制锅炉结渣、沾污现象，从而实现锅炉长周期安全经济全烧高碱煤。

附图说明

图1为本申请实施例公开的煤料输送装置与锅炉系统的结构示意图。

附图标记说明：

100-黏土储仓、200-给料机、300-输煤带、400-称重机构、500-原煤仓、700-黏土输送带；

810-磨煤机、820-一次风送风装置、830-燃烧器、831-第一燃烧器、832-第二燃烧器、840-锅炉、841-锅炉尾部受热面。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的煤料输送装置、锅炉系统以及煤料输送方法进行详细地说明。

如图1所示，本申请实施例公开一种煤料输送装置，其包括黏土储仓100、给料机200、输煤带300、称重机构400、原煤仓500、控制机构以及黏土输送带700。

黏土储仓100可以用于储存黏土(或称粘土)。

给料机200设置于黏土储仓100的下游，给料机200具有运输黏土的作用，其可以将黏土储仓100里的黏土运输到煤料输送装置的下游部件上。

输煤带300设置于给料机200的下游，且用于输送煤料。可选地，输煤带300输送的煤料为准东煤，准东煤是最典型的高碱煤，其灰成分中na2o和k2o总质量含量高达5以上、碱酸质量比(fe2o3+cao+mgo+na2o+k2o)/(sio2+al2o3+tio2)高达0.60～4.0、so3质量含量高达4～25％，均远高于国内其它地区动力煤中的含量。这里的灰成分是按照gb/t1574《煤灰成分分析方法》或类似方法化验出的固体灼烧残余物中的若干物质质量含量数据，主要包括sio2、al2o3、fe2o3、cao、mgo、na2o、k2o、tio2、so3、mno2。输煤带300可以承接给料机200运输的黏土，使得煤料和黏土可以在输煤带300上进行初步地混合。

称重机构400设置于输煤带300，称重机构400可以提供输煤带300上的煤料的重量，为掺配黏土的重量提供参考数值，以实现掺配比例准确化。可选地，称重机构400可以是皮带秤。

原煤仓500设置于输煤带300的下游，且用于容纳混合后的煤料和黏土。

控制机构与称重机构400以及给料机200均电连接，控制机构用于根据称重机构400测得的重量控制给料机200的工作参数。这里的工作参数可以为给料机200的给料速率、黏土料流横截面形状中的至少一者。可选地，控制机构设置于给料机200，从而实现控制机构与给料机200一体化。

在本申请实施例中，发明人研究甄选出的黏土，为易得无害的天然物质，添加至煤中能够大幅减轻锅炉840结渣、沾污。本申请的称重机构400可以获得输煤带300所输送煤料的重量，控制机构可以根据该重量调整给料机200的工作参数，从而调整黏土的掺配量。因此，该煤料输送装置可以根据输煤带300所输送煤料的重量变化实时调整黏土的掺配量，从而实现精准、均匀、可靠掺配，更好地抑制锅炉840结渣、沾污现象，从而实现锅炉840长周期安全经济全烧高碱煤。

一种实施例中，给料机200的出料端设置有整形机构，整形机构设有出料口，出料口具有预设形状。出料口的数量可以是一个、两个或多个，其形状可以是梯形、矩形或者其他形状，本实施例对此不作限制。可选地，出料口的数量为一个，形状是梯形。整形机构可以是由金属材料制成的部件，也可以是由其他材料制成的部件，可选地，整形机构是由金属材料制成的部件，金属材料强度高，易成型，且具有较好的耐磨性，可以使整形机构长时间工作，减少因损坏而更换整形机构的次数。此外，整形机构可以使给料机200上的黏土料流横截面形状保持恒定，因此可以改变给料机200的给料速率从而改变供给黏土流量的多少，如此可快速、准确地调节黏土流量，实现黏土稳定出料。

一种可选的实施例中，给料机200可以为变频调速给料机，控制机构用于根据称重机构400测得的重量控制给料机200的给料速率。变频调速给料机可以在其调速范围内任意调速，其适用于频繁启动、频繁调速、频繁制动的场合。当需要提高黏土掺配比例时，控制机构可以根据称重机构400反馈的煤料流量信号和计划掺配比例，自动计算并设置黏土给料流量，然后通过控制机构提高给料机200的给料速率，以实现实时、准确、均匀输出黏土料流。当需要降低黏土掺配比利时，控制机构可以根据称重机构400反馈的煤料流量信号和计划掺配比例，自动计算并设置黏土给料流量，然后通过控制机构降低给料机200的给料速率，以实现实时、准确、均匀输出黏土料流。如此无论提高还是降低黏土掺配比例，相比于人工调节黏土掺配比例，此种方式可以简化控制操作，实现调节自动化，提高工作效率。

进一步地，给料机200可以为变频调速称重式给料机，此种变频调速称重式给料机具有计量、控制精度高，性能稳定的特点，其可以将经过其上的黏土，通过称重传感器进行检测重量，然后直观反映给操作人员，方便操作人员实时记录并且可以手动调整变频调速称重式给料机的工作参数以达到添加黏土比例最优化。当然，给料机200也可以为非称重式给料机，通过对其他参数(例如煤料流横截面形状)的测量间接体现重量。

另一种可选的实施例中，煤料输送装置还包括黏土输送带700，黏土输送带700设置于给料机200的下游，且位于输煤带300的上游，输煤带300具有与黏土输送带700的出口端正对的接料区域，称重机构400设置于接料区域的上游。黏土输送带700可以匀速将黏土输送到输煤带300上的接料区域，在输煤带300上的接料区域可以进行黏土和煤料的混合，实现黏土和煤料的预混掺配。称重机构400设置于接料区域的上游可以提前对煤料的重量进行称重得到煤料流量信号，然后再由称重机构400将煤料流量信号实时反馈给控制机构，控制机构由此得到给料机200当前所输送的煤料的重量，最后控制机构通过改变给料机200的工作参数以实现自动、快速、准确地调节黏土的掺配量，从而可以改善实时调整黏土掺配量的效果，使煤料中掺配黏土比例均匀、准确。

如图1所示，基于本申请实施例公开的煤料输送装置，本申请实施例还公开一种锅炉系统，其包括磨煤机810、一次风送风装置820、燃烧器830、锅炉840以及煤料输送装置。锅炉840包括锅炉尾部受热面841，该煤料输送装置为上述任一实施例所述的煤料输送装置。

磨煤机810设置于煤料输送装置的下游，一次风送风装置820与磨煤机810相连通，燃烧器830设置于磨煤机810的下游，燃烧器830与锅炉840相连通。将黏土与煤料预混掺配后输送到原煤仓500，然后由原煤仓500将再次混合后的煤料和黏土输送到磨煤机810，磨煤机810将煤料和黏土研磨成粉末后由一次风送风装置820将其送往锅炉840的燃烧器830，然后进入锅炉840的炉膛。将煤料和黏土在磨煤机810中研磨成粉末，可解决现有添加剂掺配系统不能及时响应煤料煤流变化，导致黏土掺配不均匀问题，以此来保障掺配比例的精准实现，易于实施。此外，煤料与黏土混合后的灰成分发生显著改变，结渣或生成粘性颗粒的倾向被大幅削弱，同时还可以对煤料和黏土混合磨制过程和锅炉840配风进行运行技术适应性调整，可以进一步改善锅炉840结渣和锅炉尾部受热面841沾污的问题，延长锅炉840使用寿命，减少锅炉840因结渣、沾污损坏而更换锅炉840的次数，以此降低燃烧煤料的成本。

煤料的结渣性极强，锅炉840炉膛中煤和黏土颗粒并非时时紧密接触，且二者接触后灰成分的交互反应也需要一定时间，因此加入黏土只能大幅削弱其结渣性，而不能消除煤料的结渣性。发明人开展的探索性试验表明，添加黏土后若配风存在不足，锅炉840仍会严重结渣。因此，一次风送风装置820与磨煤机810相连通，可以通过调节一次风送风装置820，对燃烧器830的风量进行精细化调整，并通过风量分配调整使与锅炉840连通的燃烧器830出口的气固流场基本均匀，消除风速不均导致的局部风烟贴墙。如此可弥补黏土不能瞬间消除煤料结渣性的不足，实现容积热负荷小于105kw/m³或采用前后墙对冲燃烧方式的锅炉均可充分燃烧煤料。

进一步地，磨煤机810输出的煤料和黏土的混合粉末的细度r90为15～25％。r90的值通过磨煤机810的运行参数来控制。经探索性研究，发明人发现采用相同运行参数情况下，磨煤机810的煤料中是否加入黏土，对磨煤机810出口的粉末细度r90有重大影响。加入黏土后，磨煤机810出口的粉末明显变细，其原因是黏土相对于煤料更硬，黏土在磨煤机810中对煤料有研磨作用，同时黏土的密度大于煤料，故黏土需要磨得更细才能被吹出磨煤机810。磨煤机810一般设有动态分离器，通过调整其运行参数可有效控制磨煤机810出口粉末细度。为了达到不掺黏土时的煤粉细度，掺入黏土后，动态分离器应采用更宽松的运行参数，以避免煤粉过细。此外，煤料粉粒进入炉膛后剧烈燃烧、迅速升温，煤粉越细，反应越剧烈、升温越快，煤粉/焦炭粒子更易熔成液态颗粒。因此，煤粉过细将加重结渣。上述分析启示发明人，添加黏土后必须精细调节磨煤机810的运行参数，严格控制煤粉细度。如此可避免由于煤粉过粗，燃烧变缓，火焰中心上移，加剧锅炉尾部受热面841超温或者由于煤粉过细，燃烧剧烈、煤粉迅速升温熔化，造成燃烧器830喷口和附近水冷壁严重结渣。经试验验证，煤和黏土混合粉末的细度指标r90严格控制在15～25％间较优，如此可克服混入黏土的煤料粉化粒径容易过细的不足，提升煤料的燃烧性能，可以进一步改善添加黏土抑制锅炉840结渣、沾污的效果。

进一步的实施例中，煤料输送装置的数量为至少一套，原煤仓500的数量为至少两个，磨煤机810的数量为至少两台、燃烧器830的数量为至少两层，每套煤料输送装置连接一个或多个原煤仓500，每个原煤仓500对应连接一台磨煤机810，每台磨煤机810对应连接一层燃烧器830。

其中，多层燃烧器830包括第一燃烧器831和第二燃烧器832，第一燃烧器831位于第二燃烧器832的下方，与第一燃烧器831对应的原煤仓500的黏土掺配比例为0～12％，与第二燃烧器832对应的原煤仓500的黏土掺配比例为4～12％。黏土添加比例随黏土成分中硅铝含量降低、随煤料碱金属含量增高、随锅炉840抗结渣能力变弱而提高，因此本申请可以针对不同状况个性化调整不同燃烧器830中的黏土掺配比例，以此来更好地抑制锅炉840结渣、沾污。

一种可选的实施例中，锅炉840处于高负荷工况的情况下，原煤仓500的黏土掺配比例为4～12％，在锅炉840处于低负荷工况的情况下，原煤仓500的黏土掺配比例为0～8％。当锅炉840的额定蒸发量为85～100％时，锅炉840处于高负荷工况，当锅炉840的额定蒸发量为20～60％时，锅炉840处于低负荷工况。如果锅炉840处于低负荷工况，则优先启动第一燃烧器831，随负荷升高按需投运第二燃烧器832。锅炉840在不同负荷和燃烧器830投运方式下，结渣、沾污倾向不同，高负荷结渣、沾污倾向更强，第二燃烧器832区域火焰温度高、水冷壁结渣倾向更强。因此，在不同原煤仓500上煤过程中，可使给料机200掺配不同比例的黏土，其可以在第一燃烧器831掺配煤流量0～12％的黏土，第二燃烧器832掺配煤流量4～12％的黏土，如此可强化在锅炉840高负荷易结渣工况下的黏土防结渣效果以及在低负荷不易结渣工况下合理降低黏土用量，实现进一步降本增效。

经发明人测算，对于1000t/h的输煤带300，若在2min内掺配黏土比例低，则对应33吨准东煤不符合防结渣要求。磨煤机810出力为40t/h时，强结渣性煤流将持续近50分钟，足以导致炉膛局部显著结渣，诱发恶性循环，威胁机组安全。因此，通过上述的具体实施方式，可以保障黏土掺配比例的精准、均匀、可靠实现，从而显著抑制锅炉840结渣、沾污。

基于本申请实施例公开的煤料输送装置，本申请实施例还公开一种煤料输送方法，其应用于上述任一实施例的煤料输送装置，该方法包括：

s110、检测输煤带300所输送煤料的重量。

s120、根据上述重量计算给料机200的目标工作参数。

s130、控制给料机200以目标工作参数工作并输送黏土。这里的工作参数可以为给料机200的给料速率、黏土料流横截面形状中的至少一者。控制机构根据输煤带300所输送煤料的重量以及计划掺配比例控制给料机200以目标工作参数更准确地输送黏土料流，实现煤料中黏土添加比例的精确化，从而可以深度改善锅炉840结渣、沾污的问题。

进一步地，黏土的灰成分中sio2和al2o3的质量含量之和高于75％，sio2和al2o3的质量比为1.5～4.2，na2o和k2o的质量含量之和小于4.2％，so3的质量含量小于1％，黏土含水量小于10％，黏土的坚固性系数(也称普氏硬度)小于3。这里的坚固性系数可以表征固体物质的破坏难易程度。固体物质的破坏难易程度可以用坚固性系数来表征，也可以用其它参数来表征。可选地，黏土为煤矿或金属矿伴生的天然地层土，无需专门开矿开采，价格低廉，其灰成分主要为氧化硅与氧化铝的矿物。黏土在被送入黏土储仓100前被破碎至块径不大于50mm。黏土的掺配量为煤料的4～12％，随锅炉840结渣、沾污的倾向变强而提高，如此可以更好地抑制锅炉840结渣、沾污。如表1所示，列出了几种添加至煤料中实现了长期、安全、充分燃烧准东高碱煤的黏土的灰成分数据。

表1几种可用于安全全烧准东高碱煤的黏土灰成分

本申请的工业应用案例：新疆准东地区某2×350mw燃煤发电机组配置前后墙对冲燃烧方式、容积热负荷为86kw/m³的煤粉锅炉。实施本申请前，该锅炉最高只能燃用80％的准东高碱煤，须掺烧20％以上价格高昂的低钠煤，同时燃烧器喷口、主燃区水冷壁结焦严重，尾部屏式过热器、高温过热器、高温再热器严重沾污、频繁超温，采用各种运行调试手段收效甚微，锅炉安全运行的最高负荷界限随时间逐步降低，严重制约锅炉的运行可靠性和经济性。

该锅炉采用上述具体实施方式时，准东高碱煤中黏土添加比例设置为8±1％，煤和黏土混合粉末的细度指标r90设置为10±3％，实现了高负荷(大于85％bmcr)长时间(大于13h)全烧准东高碱煤，高负荷下结渣、沾污程度未随时间出现加重趋势，结渣、沾污相对于准东高碱煤掺低钠煤方式有显著减轻，说明本申请提出选用的黏土能够有效抑制高负荷下高碱煤结渣、沾污，维持锅炉安全经济运行。

该锅炉进一步采用上述实施方式时，煤和黏土混合粉末的细度指标r90设置为18±3％，前墙燃烧器喷口及主燃区水冷壁旧焦渣层掉落，结渣明显减轻，高负荷下锅炉水冷壁能够长时间(长于24h)保持洁净，说明采用上述实施方式可强化黏土的防结渣、沾污效果。

进一步地，在该锅炉上采用上述实施方式的过程中，发现锅炉前后墙气固流场存在不对称现象，致使后墙风粉贴墙趋势明显，采用上述实施方式后改善了炉内气固流场分布均匀性，主燃区后墙区域的旧焦掉落，结渣显著减轻，炉膛看火孔零星焦全部消失，锅炉结渣、沾污状况得到根本性好转。并且在365天考验期中未现结渣、沾污无法控制的情况，其中高负荷(大于85％bmcr)长时间(大于24h)充分燃烧准东高碱煤，高负荷下结渣、沾污程度未随时间出现加重趋势。由此说明本申请能够实现前后墙对冲燃烧方式、高容积热负荷锅炉全工况、长时间安全充分燃烧准东高碱煤。在2019年，该2×350mw燃煤发电机组因实施本申请而降低的燃煤成本超过5000万元，经济效益十分显著。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

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