一种无级调峰耦合热解燃烧器及燃烧系统技术方案

本发明专利技术公开一种无级调峰耦合热解燃烧器及燃烧系统，燃烧器包括预热解室、外二次风管、内二次风旋流叶片、内二次风管、一次风管以及中心风管，中心风管、一次风管、内二次风管由内到外依次套设在一起，其出口与预热解室连通；一次风管内设置煤粉浓淡分离结构，一次风管与内二次风管之间沿一次风管外壁面圆周布置内二次风旋流叶片；绝热层为预热解室内腔的腔壁，外二次风管布置在绝热层中，外二次风管沿周向布置在预热解室内腔周围，煤粉在预热解室内腔进行预热和热解，进入锅炉炉膛燃烧，通过所述燃烧器控制煤粉在预热解室中的热解过程以适应不同煤种低负荷稳定着火；解决电站锅炉低负荷运行时煤粉稳燃问题，更大程度地提升火电机组深度调峰能力。

【技术实现步骤摘要】
一种无级调峰耦合热解燃烧器及燃烧系统
本专利技术属于热能与动力工程
，具体涉及一种无级调峰耦合热解燃烧器及燃烧系统。
技术介绍
近几十年来，化石燃料的大量使用，带来环境、生态和全球气候变化等一系列问题，为应对发展带来的问题，世界各国开始纷纷制定能源转型战略，制定更加积极的低碳政策，推动可再生能源发展，推动经济绿色低碳转型。可再生能源的快速发展，能源结构的重大调整，使得新能源的消纳问题日益突出。由于风电、光伏发电等新能源发电存在着间歇性、波动性、随机性、无功供给性能低、短时提供短路电流能力弱等不可避免的问题，而目前电力系统的调节能力难以消纳清洁能源的大规模并网运行，这就导致了较为严重的弃风、弃光现象，造成了风电、光电等新能源电力的极大浪费。能源结构的变化发展对电力系统的调节能力提出了更高的要求，清洁能源的大规模发展必须解决电力系统对于风电、光电等清洁电力能源的完全消纳的问题。改变新能源电力难以消纳的现状，提高整个电力系统的灵活性，需要电源侧、电网侧和负荷侧的多侧并举，其中，电源侧灵活性提升潜力最大，调峰能力最强。且在未来很长一段时间内，由于火力发电较为成熟的维护、运行技术使得火电具有运行相对稳定、改造经验较为丰富、改造工程量相对较小等优势，煤电将仍是我国电力系统中主要来源，因此进行火电灵活性改造是消纳新能源电力最经济、效果最显著的方式。为提高电力系统的深度调峰能力，要加大燃煤电站灵活性的改造力度，加大煤电调峰的能力。近年来增加热电联产机组改造，纯凝机组改造，主要用于增加火电厂的调峰能力。对调峰机组提出了相关的灵活性改造技术要求：1使热电机组增加20％额定容量的调峰能力，最小技术出力达到40％～50％的额定容量；2纯凝机组增加15％～20％额定容量的调峰能力，最小技术出力达到30％～35％额定容量；3部分具备改造条件的电厂预期达到国际先进水平，机组不投油稳燃时纯凝工况最小技术处理达到20％～25％。目前，为鼓励火电厂积极进行灵活性改造，制定了行之有效的火电厂有偿调峰补助机制，东北地区最早开展火电机组调峰补偿，供热期纯凝火电机组负荷率在40％～48％、热电机组负荷率在40％～50％时电价报价上限为0.4元/kWh，全部火电机组负荷率小于40％时电价报价上限可以达到为1元/kWh；甘肃、福建、新疆、山东等地也相继出台灵活性调峰补偿政策。由此可见，火电厂进行灵活性改造以提高其深度调峰能力，进而适应未来能源结构的大调整是火电行业长期稳定可持续发展的必经之路。但是在机组进行深度调峰时，会处于与设计负荷相差巨大的低负荷甚至超低负荷运行状态，机组运行会出现许多问题，尤其当负荷低于30％～20％时，这些问题尤为突出。在锅炉侧会出现低负荷稳燃问题、水动力安全问题、脱硝系统安全性问题和机组的寿命问题；在汽机侧可能会出现汽轮机末级叶片颤振、水蚀、轴系振动等问题；同时机组的经济性和效率也会受到很大影响。其中，锅炉燃烧不稳定是限制机组深度调峰能力的关键因素，提升机组深度调峰能力最核心的问题就是如何确保锅炉低负荷时的稳燃。针对深度调峰时锅炉稳燃问题的需求，常见的保证低负荷稳燃的方式是采用投油气、等离子体点火、富氧燃烧等方式保证煤粉气流的稳燃。国内外许多学者提出了一些技潜在的术路线，主要包括提高一次风送风温度、提高磨煤机出口温度、提高煤粉细度、提高煤粉浓度、降低一次风率等。总体而言，目前的低负荷稳燃解决方案或多或少地存在着调峰深度不足、运行成本高、初投资高等缺点。如何经济且有效地最大程度释放现有机组的深度调峰潜力成为亟待解决的问题。申请号CN202010544553.9的专利公开了一种基于双调风旋流燃烧器的富氧微油点火装置及方法，采用多级燃烧器和多级富氧油枪维持稀相煤粉气流的燃烧，仅适用于燃用褐煤的对冲燃烧。富氧燃烧和投油气辅助燃烧可以大幅提升煤种的燃烧特性，但是其改造成本和运行成本较高，煤种的适应性也较差。申请号CN201710771874.0的专利公开了一种深度调峰组合稳燃燃烧器，采用水平布置、连通炉膛的煤粉预燃室，设置旋流的二次风进入煤粉预燃室，在旋转射流的卷吸作用下，在煤粉预燃室内形成持续的高温烟气回流区；申请号CN201710128666.9的专利公开了一种低负荷稳燃旋流型燃烧器，通过掺混总燃料10～30％的天然气预混煤粉和设置预燃室、利用卷吸的高温烟气实现低负荷稳燃。设置预燃室和旋流二次风，掺混天然气目的在于利用旋流射流持续大量卷吸高温烟气加热煤粉，为煤粉燃烧提供着火热，煤粉在预燃室中被预热、气化，大量释放挥发分，开始燃烧，即煤粉在预燃室中被高温回流烟气加热点燃，在一定程度上这将改善煤粉的燃烧特性，但是同时会导致预燃室内部和燃烧器出口附近区域温度过高，不利于低氮控制；更重要的在于，当锅炉负荷过低时，或当煤种燃烧特性较差、挥发分含量较低时，燃烧器卷吸的高温烟气不足以预热、气化一次风粉气流，即不能满足燃用燃烧特性较差的煤种时低负荷稳定着火的条件，难以实现较宽煤种适应的、较低负荷的稳燃。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种无级调峰耦合热解燃烧器及燃烧系统，以解决锅炉低负荷运行时煤粉稳定燃烧问题，增强低负荷运行煤种适应性，更大程度地提升火电机组深度调峰能力。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种无级调峰耦合热解燃烧器，包括预热解室、外二次风管、内二次风旋流叶片、内二次风管、一次风管以及中心风管，中心风管、一次风管、内二次风管由内到外依次套设在一起，中心风管、一次风管和内二次风管的出口与预热解室连通；一次风管内设置煤粉浓淡分离结构，一次风管与内二次风管之间沿一次风管外壁面圆周布置内二次风旋流叶片；预热解室包括预热解室内腔和绝热层，绝热层为预热解室内腔的腔壁，外二次风管布置在绝热层中，外二次风管沿周向布置在预热解室内腔周围。内二次风管靠近预热解室处的直径小于其远离预热解室处的直径。内二次风旋流叶片连接有内二次风旋流叶片调节机构，内二次风旋流叶片调节结构用于调节内二次风旋流叶片在内二次风管中的位置。一次风管的外壁设置凸起结构作为煤粉浓淡分离结构，所述凸起结构的高度沿着介质流向逐渐增高至最高点再逐渐降低。沿着介质流向，预热解室内腔逐渐外扩；预热解室内腔呈线性外扩，预热解室内腔外扩角度α取值90°～150°。外二次风管的截面为圆形、矩形或椭圆形，或外二次风管采用环形管，矩形管的宽高比为1.1～1.5，椭圆形管的长短轴之比为1.5～2.5。外二次风管靠近其出口处相对于预热解室内腔设有斜角，外二次风管出口斜角β的角度不超过30°。外二次风管入口处设置旋流叶片。本专利技术还提供一种无级调峰耦合热解燃烧系统，燃烧器布置在燃烧系统的中层或最上层，在所述中层或上层全部采用无级调峰耦合热解燃烧器或部分采用无极调峰耦合热解燃烧器，当部分采用无极调峰耦合热解燃烧器时，间隔布置无极调峰耦合热解燃烧器。部分采用无级调峰耦合热解燃烧器时，燃烧器采用双侧或单侧布置。与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：...

【技术保护点】
1.一种无级调峰耦合热解燃烧器，其特征在于：包括预热解室(1)、外二次风管(2)、内二次风旋流叶片(3)、内二次风管(4)、一次风管(5)以及中心风管(6)，中心风管(6)、一次风管(5)、内二次风管(4)由内到外依次套设在一起，中心风管(6)、一次风管(5)和内二次风管(4)的出口与预热解室(1)连通；一次风管(5)内设置煤粉浓淡分离结构(7)，一次风管(5)与内二次风管(4)之间沿一次风管(5)外壁面圆周布置内二次风旋流叶片(3)；预热解室(1)包括预热解室内腔(11)和绝热层(12)，绝热层(12)为预热解室内腔(11)的腔壁，外二次风管(2)布置在绝热层(12)中，外二次风管(2)沿周向布置在预热解室内腔(11)周围。/n

【技术特征摘要】
1.一种无级调峰耦合热解燃烧器，其特征在于：包括预热解室(1)、外二次风管(2)、内二次风旋流叶片(3)、内二次风管(4)、一次风管(5)以及中心风管(6)，中心风管(6)、一次风管(5)、内二次风管(4)由内到外依次套设在一起，中心风管(6)、一次风管(5)和内二次风管(4)的出口与预热解室(1)连通；一次风管(5)内设置煤粉浓淡分离结构(7)，一次风管(5)与内二次风管(4)之间沿一次风管(5)外壁面圆周布置内二次风旋流叶片(3)；预热解室(1)包括预热解室内腔(11)和绝热层(12)，绝热层(12)为预热解室内腔(11)的腔壁，外二次风管(2)布置在绝热层(12)中，外二次风管(2)沿周向布置在预热解室内腔(11)周围。


2.根据权利要求1所述的无级调峰耦合热解燃烧器，其特征在于：内二次风管(4)靠近预热解室(1)处的直径小于其远离预热解室(1)处的直径。


3.根据权利要求1所述的无级调峰耦合热解燃烧器，其特征在于：内二次风旋流叶片(3)连接有内二次风旋流叶片调节机构(8)，内二次风旋流叶片调节结构(8)用于调节内二次风旋流叶片(3)在内二次风管(4)中的位置。


4.根据权利要求1所述的无级调峰耦合热解燃烧器，其特征在于：一次风管(5)的外壁设置凸起结构作为煤粉浓淡分离结构(7)，所述凸起结...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭厚章，于世林，熊小鹤，邓双辉，王毅斌，王学斌，杨富鑫，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61