一种具备深度宽负荷调节特性的双炉膛结构电站煤粉锅炉

摘要

本发明公开了一种具备深度宽负荷调节特性的双炉膛结构电站煤粉锅炉，包括第一炉膛(1‑1)和第二炉膛(1‑2)，第一炉膛(1‑1)和第二炉膛(1‑2)的烟气出口双炉膛合并过渡段连通至屏区转向室(2)，屏区转向室(2)分别通过水平烟道(3)和竖井烟道(5)连通至尾部烟道(5)，第一炉膛(1‑1)和第二炉膛(1‑2)的合并过渡段出口断面处分别安装有第一隔离挡板(7‑1)和第二隔离挡板(7‑2)。本发明的运行方式灵活、调节响应快，低负荷区间稳燃特性好、高负荷区间响应速度快，在当前火电机组深度调峰的大形势下，调峰性能突出，未来发展前景广阔。

说明书

技术领域

本发明属于燃煤电厂机组深度调峰技术领域，具体涉及一种具备深度宽负荷调节特性的双炉膛结构电站煤粉锅炉。

背景技术

随着风电、光伏等新能源装机规模的大幅上升，为提高新能源的消纳能力，同时为保障电网运行的安全性、可靠性和稳定性，所有燃煤机组均需要具备更高的宽负荷调节能力，最低需达到20％～30％负荷稳定运行。

受电厂煤质、设备情况等影响，目前我国火电机组调峰能力在纯凝工况下普遍只有50％额定容量，无法满足装机规模持续增长的新能源的消纳。而锅炉低负荷稳燃能力是限制机组进一步提升调峰能力的关键因素之一，提高锅炉在低负荷状态下乃至超低负荷下的稳燃能力，使火电机组能够在更低的负荷下安全稳定运行而不致引起熄火事故，从而实现深度调峰，是当前亟待解决的问题同时也是当前的研究难点。而当前所有发电锅炉均按带基本负荷设计，即便考虑了一定的调峰需求和各种设计优化，除部分燃用优质烟煤的锅炉外，其它仍很难达到最低出力为20％～30％额定负荷的深度调峰目标。

发明内容

本发明的目的在于针对当前电力行业对燃煤火电机组具备深度调峰能力的需求，提出了一种采用双炉膛结构，并可灵活切换至单炉膛运行工况，能够维持锅炉最低出力为20％～30％额定负荷，又能保证炉膛内煤粉颗粒着火燃烧稳定性，具备深度宽负荷调节特性的双炉膛结构电站煤粉锅炉。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种具备深度宽负荷调节特性的双炉膛结构电站煤粉锅炉，包括第一炉膛和第二炉膛，第一炉膛和第二炉膛的烟气出口双炉膛合并过渡段连通至屏区转向室，屏区转向室分别通过水平烟道和竖井烟道连通至尾部烟道，第一炉膛和第二炉膛的合并过渡段出口断面处分别安装有第一隔离挡板和第二隔离挡板。

本发明进一步的改进在于，尾部烟道处设置有空气预热器。

本发明进一步的改进在于，第一炉膛和第二炉膛分别燃烧后产生的两股烟气在炉膛出口烟气汇集区汇合，并在共用的水平烟道及下游烟道放热后，烟气温度逐步降低，最终从经由空气预热器离开锅炉。

本发明进一步的改进在于，第一炉膛和第二炉膛并列设置。

本发明进一步的改进在于，第一炉膛和第二炉膛是相对独立的，根据负荷需要，锅炉能够在单炉膛燃烧工况下采用单炉膛运行方式维持稳定运行。

本发明进一步的改进在于，第一炉膛和第二炉膛各担负整个锅炉50％的燃烧热负荷，根据负荷需要，在停运一个炉膛后，能够在20％以下深度调峰负荷工况运行，具备远超出常规电站锅炉的深度宽负荷调节特性。

本发明进一步的改进在于，沿烟气流程，锅炉炉膛出口下游烟道及换热区的结构为合并式结构，水平烟道及竖井烟道前段采用单一结构，尾部烟道为双烟道结构。

本发明进一步的改进在于，在双炉膛运行工况下，两个炉膛的隔离挡板均为全开启状态；在单炉膛运行工况下，投运炉膛的隔离挡板为全开启状态，停运炉膛的隔离挡板为关闭状态。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种具备深度宽负荷调节特性的双炉膛结构电站煤粉锅炉，通过将常规锅炉的单一炉膛一分为二，以两个独立的炉膛代替，并且分别配置制粉与燃烧系统，两个炉膛的燃烧热负荷可各自独立调整，根据负荷要求，能够切换至单炉膛运行工况，从而进一步降低锅炉出力至20％以下负荷，整体的负荷调节范围更宽。

与现有电站锅炉深度调峰技术相比，本发明从限制锅炉深度调峰的技术瓶颈-最低稳燃角度出发，充分考虑了锅炉燃烧三要素：煤粉浓度、炉膛温度、补氧条件，提出了双炉膛结构，该结构设计能够很好地解决低负荷工况下炉膛容积热负荷、截面热负荷偏低的问题。双炉膛的采用，使得单个炉膛仅承担锅炉额定出力对应50％的燃烧热负荷，50％及以下额定出力工况时，锅炉可灵活切换至单炉膛运行方式，停运一侧炉膛并采取相应的保温保压措施。由于此时锅炉出力仅由投运炉膛的燃烧热负荷决定，所以该侧炉膛仍处于较高的燃烧率下，从而能够维持炉膛容积热负荷、截面热负荷在较高的水平，这也就意味着更高的炉膛温度和相当量的煤粉投入量，意味着更好更优越的稳燃条件。锅炉在单炉膛运行工况仍可减负荷至对应炉膛额定燃烧热负荷的50％以下，即整个锅炉的出力可降至25％额定出力以下，相对于常规单炉膛锅炉的运行最低稳燃负荷约40％BMCR，本发明所提出的双炉膛结构锅炉可将最低稳燃负荷进一步下探至约20％BMCR，其深度调峰能力更加突出。同时在日常负荷的变动区间50％～100％额定负荷之间，本发明能够同步调整两侧炉膛的燃烧率，从而使负荷加减速率更快、负荷响应特性更好，保障了在新能源消纳压力下，电网对常规火电机组提出的负荷响应要求，对更多更大装机容量的新能源发电接入大电网有着积极意义。总体来说，本发明所提出的双炉膛结构锅炉，是一种具备深度宽负荷调节特性的电站煤粉锅炉，其运行方式灵活、调节响应快，低负荷区间稳燃特性好、高负荷区间响应速度快，在当前火电机组深度调峰的大形势下，调峰性能突出，未来发展前景广阔。

附图说明

图1为本发明一种具备深度宽负荷调节特性的双炉膛结构电站煤粉锅炉的示意图。

附图标记说明：

1-1为第一炉膛，1-2为第二炉膛，2为屏区转向室，3为水平烟道，4为竖井烟道，5为尾部烟道，6为空气预热器，7-1为第一隔离挡板，7-2为第二隔离挡板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步地详细说明。

参见图1，本发明提供的一种具备深度宽负荷调节特性的双炉膛结构电站煤粉锅炉，其具体结构及布置包括第一炉膛1-1、第二炉膛1-2、双炉膛合并过渡段、屏区转向室2、水平烟道3、竖井烟道4、尾部烟道5、空气预热器6、第一隔离挡板7-1和第二隔离挡板7-2。其中锅炉炉膛为由第一炉膛1-1和第二炉膛1-2组成的双炉膛结构，两个炉膛分别配置制粉及燃烧系统、独立组织燃烧，同步调整燃烧热负荷从而实现锅炉负荷的升降过程。第一隔离挡板7-1和第二隔离挡板7-2分别安装在第一炉膛1-1和第二炉膛1-2的合并过渡段出口断面，可在必要的时候停运任一炉膛。第一隔离挡板7-1关闭时，第一炉膛1-1停运，第二炉膛1-2投运；第二隔离挡板7-2关闭时，第二炉膛1-2停运，第一炉膛1-1投运。两个炉膛内燃烧所产生的两股烟气，分别流经炉膛合并过渡段后，在屏区转向室2处进行汇合，随后经水平烟道2、竖井烟道3，同时也与烟道内布置的受热面进行换热，再经过尾部烟道5、空气预热器6，烟气温度逐步降低，最后离开锅炉。锅炉为双炉膛设计，两个炉膛相互独立，就同等发电容量规模来讲，本发明以两个几何尺寸较小的炉膛代替了几何尺寸较大的单炉膛，在需要进行深度调峰时，可对某一炉膛作热备用处理，停运该炉膛所对应的燃烧及制粉系统，转入单炉膛运行工况，从而实现深度宽负荷调节的目标。

当锅炉处于50％以上负荷时，双炉膛均投入燃烧，第一隔离挡板7-1和第二隔离挡板7-2均为全开状态，此时两个炉膛的燃烧率进行同步调整，每个炉膛单位燃烧率的变化，可使得整个锅炉燃烧率变化量翻倍，与单炉膛锅炉相比，能够实现更为快速的负荷响应。当锅炉处于50％以下负荷运行时，锅炉可采用单炉膛运行方式，关闭隔离挡板，停运一个炉膛并采取相应的保温保压措施以作热备用。由于此时锅炉出力仅由投运炉膛的燃烧热负荷决定，所以该侧炉膛仍处于较高的燃烧率下，从而能够维持炉膛容积热负荷、截面热负荷在较高的水平，这也就意味着更高的炉膛温度和相当量的煤粉投入量，意味着更好更优越的稳燃条件。锅炉在单炉膛运行工况仍可减负荷至对应炉膛额定燃烧热负荷的50％以下，即整个锅炉的出力可降至25％额定出力以下，相对于常规单炉膛锅炉的运行最低稳燃负荷约40％BMCR，双炉膛结构锅炉可将最低稳燃负荷进一步下探至约20％BMCR，其深度调峰能力更加突出。

该锅炉在高、低负荷不同工况条件下，均能够使投运炉膛保持相当高的炉膛容积热负荷、断面热负荷以及炉膛温度。高负荷时，锅炉的两个炉膛均对应较高的燃烧率、热负荷，煤粉着火燃烧条件良好。同时在双炉膛都投运的条件下，由于每个炉膛相对独立，可进行独立地燃烧率调整，因此该状态下就整个锅炉而言，其负荷响应速率更快更迅速。50％以下低负荷运行时，锅炉采用单炉膛运行模式，停运一个炉膛，关闭其对应的隔离挡板，采取相应的保温保压措施以作热备用，此时投运炉膛的额定燃烧热负荷为对应锅炉出力的50％，而锅炉出力仅由投运炉膛的燃烧热负荷决定，所以投运炉膛仍处于较高的燃烧率下，从而能够维持炉膛容积热负荷、截面热负荷在较高的水平，这也就意味着更高的炉膛温度和相当量的煤粉投入量，意味着更好更优越的稳燃条件。锅炉在单炉膛运行工况仍可减负荷至对应炉膛额定燃烧热负荷的50％以下，即整个锅炉的出力可降至25％额定出力以下，相对于常规单炉膛锅炉的运行最低稳燃负荷约40％BMCR，本发明所提出的双炉膛结构锅炉可将最低稳燃负荷进一步下探至约20％BMCR，其深度调峰能力更加突出。

本发明充分考虑了火电机组深度调峰的需求，采用了可灵活自由切换的双炉膛结构作为锅炉炉膛的基本设计，单个炉膛仅担负整个锅炉50％的燃烧热负荷，在单炉膛运行方式下，其最高负荷为50％，最低负荷则可下探至20％或更低(具体的最低稳燃负荷由燃用煤种等因素决定)。

本发明所提出的双炉膛结构，沿屏区中心线采用对称布置的方式，为进一步简化结构、降低制造成本，炉膛一分为二仅限于炉膛中下部，上部通过合并过渡段进行平滑过渡，以减小烟气阻力，同时防止烟气短路问题的发生。锅炉屏区转向室、水平烟道、竖井烟道、尾部烟道等烟气与对流受热面的换热区域均为合并式结构，将分体式结构仅限制在炉膛区域，对简化系统有利，也能更好地进行蒸汽参数控制。

为实现双炉膛、单炉膛运行模式的灵活切换，在双炉膛运行工况下，两个炉膛的隔离挡板均为全开启状态；在单炉膛运行工况下，投运炉膛的隔离挡板为全开启状态，停运炉膛的隔离挡板为关闭状态。

综上所述，本发明从限制锅炉深度调峰的技术瓶颈-最低稳燃角度出发，充分考虑了锅炉燃烧三要素：煤粉浓度、炉膛温度、补氧条件，提出了双炉膛结构，该结构设计能够很好地解决低负荷工况下炉膛容积热负荷、截面热负荷偏低的问题。双炉膛的采用，使得单个炉膛仅承担锅炉额定出力对应50％的燃烧热负荷，50％及以下额定出力工况时，锅炉可灵活切换至单炉膛运行方式，停运一侧炉膛并采取相应的保温保压措施。由于此时锅炉出力仅由投运炉膛的燃烧热负荷决定，所以该侧炉膛仍处于较高的燃烧率下，从而能够维持炉膛容积热负荷、截面热负荷在较高的水平，这也就意味着更高的炉膛温度和相当量的煤粉投入量，意味着更好更优越的稳燃条件。锅炉在单炉膛运行工况仍可减负荷至对应炉膛额定燃烧热负荷的50％以下，即整个锅炉的出力可降至25％额定出力以下，相对于常规单炉膛锅炉的运行最低稳燃负荷约40％BMCR，本发明所提出的双炉膛结构锅炉可将最低稳燃负荷进一步下探至约20％BMCR，其深度调峰能力更加突出。同时在日常负荷的变动区间50％～100％额定负荷之间，本发明能够同步调整两侧炉膛的燃烧率，从而使负荷加减速率更快、负荷响应特性更好，保障了在新能源消纳压力下，电网对常规火电机组提出的负荷响应要求，对更多更大装机容量的新能源发电接入大电网有着积极意义。总体来说，本发明所提出的双炉膛结构锅炉，是一种具备深度宽负荷调节特性的电站煤粉锅炉，其运行方式灵活、调节响应快，低负荷区间稳燃特性好、高负荷区间响应速度快，在当前火电机组深度调峰的大形势下，调峰性能突出，未来发展前景广阔。