一种多功能MW级煤粉燃烧试验系统及方法

技术领域

本发明属于燃料燃烧试验领域，具体涉及一种多功能MW级煤粉燃烧试验系统及方法。

背景技术

在燃料燃烧领域，国内外相关研究机构建设有一些燃烧试验台，用于开展燃料与燃烧特性研究研究，但燃料试验台普遍规模较小、功能单一，无法满足综合技术开发需要，而且除了除尘以外，基本上没有配备燃烧污染物脱除装置。而对于低NOx燃烧器开发、节油点火技术、余热利用技术以及富氧燃烧技术等研发与工程应用，则需要借助功率更大的MW级大型半工业试验台。

目前我国煤电机组发展已进入最后窗口期，但已建成的约12.4亿千瓦火电机组处于优胜劣汰的激烈竞争局面，各机组急需进行燃烧与环保系统以及运行技术的优化改造和设备性能提升，同时污泥等固废、生物质环保燃料的处置应用为燃烧研究提供了新的课题，而碳中和给火电的安全高效清洁燃烧提出了巨大挑战，亟需大容量、综合性试验台架和系统以适应电力工业的发展现状。因此，具备完善先进的燃料性能、制粉系统、燃烧系统、脱硝系统、风机系统、除尘系统、脱硫系统和烟气污染物一体化脱除系统等研究功能的试验系统，可为锅炉环保领域提供具有领先水平的研发平台。

发明内容

本发明的目的是针对目前电力工业发展现状的不足，提供了一种多功能MW级煤粉燃烧试验系统及方法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种多功能MW级煤粉燃烧试验系统，包括制粉系统、燃烧系统、冷却系统、污染物协同处置系统、风机系统和测量控制系统；

制粉系统用于将燃料煤进行破碎、制粉，为燃烧试验提供满足煤粉细度要求指标的煤粉；燃烧系统为煤粉或气体燃烧设备、二次风输入设备，为燃烧试验提供稳定定量的风、粉；冷却系统用于控制燃烧过程各段烟气温度；污染物协同处置系统用于协同处置燃料燃烧过程中产生的污染物，确保烟气达标；风机系统用于燃烧试验提供稳定可控的空气，保证燃烧室内的压力处于正常水平；测量控制系统包括监测煤粉或燃气、一二次风助燃介质、燃烧试验台沿程各段烟气、冷却水各段进出口的流量、温度、压力，为控制燃烧试验在试验设定工况下进行。

本发明进一步的改进在于，制粉系统包括破碎机、煤仓、热烟气发生炉、磨煤机、分离器和公共煤粉仓，破碎机的出口连通至煤仓的进口，煤仓的出口和热烟气发生炉的出口连通至磨煤机的进口，磨煤机的出口连通至分离器的进口，分离器的出口连通至公共煤粉仓的进口，公共煤粉仓的出口连通至燃烧系统的给粉机。

本发明进一步的改进在于，燃烧系统包括给粉机、“W”火焰燃烧器、四角切圆燃烧器、前后墙对冲燃烧燃烧器、燃气燃烧器、二次风喷口和燃尽风喷口。

本发明进一步的改进在于，冷却系统包括冷却塔、冷却器、冷却水泵、水箱、补水泵、炉内烟气冷却器和烟气再冷却器，冷却塔和冷却器组成循环回路，水箱的出口连通至补水泵的进口，补水泵的出口和冷却器的循环水出口连接至冷却水泵的进口，冷却水泵的出口分为两路，一路连通至炉内烟气冷却器的进口，另一路连通至设置在污染物协同处置系统中的烟气再冷却器的进口，炉内烟气冷却器的出口和烟气再冷却器的出口连通至冷却器的循环水进口。

本发明进一步的改进在于，污染物协同处置系统包括与烟气管道连通的SCR脱硝设备，SCR脱硝设备的出口依次连通有电除尘器、干法脱硫塔、布袋除尘器和烟囱。

本发明进一步的改进在于，污染物协同处置系统还包括空压机、储气罐和吹灰系统，空压机的出口连通至储气罐的进口，储气罐的出口通过吹灰系统连通至水平烟道。

本发明进一步的改进在于，风机系统包括一次风机、送风机、引风机及空气预热器，空气预热器设置在垂直烟道内，一次风机、送风机提供的一二次风通过空气预热器预热后送入燃烧系统的垂直燃烧室，送风机用于将烟气最终排空。

本发明进一步的改进在于，燃烧系统的底部设置有渣池。

一种多功能MW级煤粉燃烧试验方法，动力煤在制粉系统内分别经过破碎机、煤仓、磨煤机和分离器，制备成满足燃烧工况设计要求的合格煤粉后进入公共煤粉仓，再经由给粉机分别由各只燃烧器送入燃烧室燃烧，燃烧方式的选取根据工况设计进行切换，煤粉由一次风机提供、经过空气预热器加热的热一次风输送，助燃介质为送风机提供、经过空气预热器加热的热二次风，燃料在燃烧试验台内充分燃烧，产生的热烟气被系统不同部位布置的炉内烟气冷却器、空气预热器冷却降温，再经过SCR脱硝、电除尘、布袋除尘、干法脱硫污染物协同处置系统后，经引风机送入烟囱达标排放。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提出的燃烧试验系统涵盖了国内外主要煤粉燃烧方式，适用于不同煤种的研究；包含了大型电站锅炉煤粉燃烧全过程中重要的原煤处理、污染物脱除设备；配备了试验检测控制系统，满足燃煤性能研究及燃烧技术开发等基础工作的要求。可开展包括电站锅炉燃烧技术、炉内空气动力学研究，不同煤种的燃烧、腐蚀及结渣特性试验，新型燃烧器的点火与冷、热态试验以及工程设计验证试验。以本试验系统为基础，还可进行制粉系统与风机等辅助设备、电站锅炉节能技术、烟气余热及水回收、除尘、脱硫、脱硝、烟气重金属控制等污染物排放特性及污染物脱除领域的新技术研发和工程应用示范。

本发明提出了一种多功能且能够实现多种燃烧方式的MW级燃烧试验系统，该试验台具备完整的制粉、燃烧、污染物处理系统及设备，全过程模拟实际煤粉锅炉燃烧与污染物处理情况，在可进行煤特性及燃烧特性研究的基础上，将研究工作拓展至高效、清洁燃烧系统、新设备以及污染物处理等新型技术的开发，为运行机组的提质增效、运行优化提供基础研究平台。

附图说明

图1为本发明一种多功能MW级煤粉燃烧试验系统的结构框图。

图2为本发明燃烧试验台布置图。

附图标记说明：

1-破碎机，2-煤仓，3-热烟气发生炉，4-磨煤机，5-分离器，6-公共煤粉仓，7-冷却塔，8-冷却器，9-冷却水泵，10、水箱，11-补水泵，12-给粉机，13-垂直燃烧室，14-炉内烟气冷却器，15-空气预热器，16-空压机，17-储气罐，18-吹灰系统，19-SCR脱硝设备，20-烟气再冷却器，21-电除尘器，22-干法脱硫塔，23-布袋除尘器，24-引风机，25-烟囱，26-送风机，27-一次风机，28-渣池。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明提供的一种多功能MW级煤粉燃烧试验系统，包括制粉系统、燃烧系统、冷却系统、污染物协同处置系统、风机系统和测量控制系统。其中，其中，制粉系统为燃烧试验提供满足煤粉细度要求指标的煤粉，燃烧系统为煤粉或气体燃烧设备、二次风输入设备，为燃烧试验提供稳定定量的风、粉，冷却系统为精确控制燃烧过程各段烟气温度，污染物协同处置系统为协同处置燃料燃烧过程中产生的污染物，风机系统为燃烧试验提供稳定可控的助燃介质，测量控制系统为控制燃烧试验在试验设定工况下进行。

(1)制粉系统包含破碎机1、煤仓2、磨煤机4、分离器5、公共煤粉仓6、热烟气发生炉3等，用于将燃料煤进行破碎、制粉，为燃烧试验提供满足煤粉细度要求指标的煤粉；

(2)燃烧系统包含给粉机12、“W”火焰燃烧器、四角切圆燃烧器、前后墙对冲燃烧燃烧器、燃气燃烧器、二次风喷口、燃尽风喷口等，为煤粉或气体燃烧设备、二次风输入设备，为燃烧试验提供稳定定量的风、粉；燃烧系统的底部设置有渣池28。

(3)冷却系统包含水箱10、补水泵11、冷却水泵9、炉内烟气冷却器14、冷却塔7、冷却器8和烟气再冷却器20，为精确控制燃烧过程各段烟气温度；

(4)污染物协同处置系统包含SCR脱硝设备19、电除尘器21、布袋除尘器23、干法脱硫塔22，为协同处置燃料燃烧过程中产生的污染物，确保烟气达标；污染物协同处置系统还包括空压机16、储气罐17和吹灰系统18，空压机16的出口连通至储气罐17的进口，储气罐17的出口通过吹灰系统18连通至水平烟道。

(5)风机系统包含一次风机27、送风机26、引风机24及空气预热器15，为燃烧试验提供稳定可控的空气，保证燃烧室内的压力处于正常水平；

(6)测量控制系统包括监测煤粉或燃气等燃料、一二次风等助燃介质、燃烧试验台沿程各段烟气、冷却水各段进出口等的流量、温度、压力，为控制燃烧试验在试验设定工况下进行。

本发明的燃烧试验台布置图如图2所示，在燃烧试验台的垂直燃烧室13自下而上布置为W火焰燃烧模块、四角切圆与对冲燃烧模块、燃尽模块、燃烧监测模块、烟气转向模块。其中W火焰燃烧模块包含了前后墙各2只W火焰燃烧器、前后墙各1只点火燃烧器，四角切圆与对冲燃烧模块包含了前后墙各2只旋流燃烧器、四角各2只直流燃烧器与3只二次风喷口，燃尽模块包含有对应的两层四角和前后墙燃尽风喷口。W火焰燃烧、四角切圆燃烧、前后墙对冲燃烧这三种燃烧方式可以根据燃料特性、工况设计进行切换，不同燃烧方式下风、粉的分配与切换均有相应的阀门和控制系统进行控制。

本发明提供的一种多功能MW级煤粉燃烧试验方法，包括：

动力煤在制粉系统内分别经过破碎机1、煤仓2、磨煤机4、分离器5等设备，制备成满足燃烧工况设计要求的合格煤粉后进入公共煤粉仓6，再经由给粉机12分别由各只燃烧器送入燃烧室燃烧，燃烧方式的选取可以根据工况设计进行切换，煤粉由一次风机27提供、经过空气预热器15加热的热一次风输送，助燃介质为送风机26提供、经过空气预热器15加热的热二次风，燃料在燃烧试验台内充分燃烧，产生的热烟气被系统不同部位布置的炉内烟气冷却器14、空气预热器15等冷却降温，再经过SCR脱硝、电除尘、布袋除尘、干法脱硫等污染物协同处置系统后，经引风机24送入烟囱25达标排放。

本发明提出的一种多功能MW级煤粉燃烧试验系统具有以下功能和作用：

可以开展制粉系统相关的试验研究，如不同煤种及特殊煤种的试磨试验、煤粉均分器、风粉在线检测设备的开发试验等；

可以开展生物质成型燃料、半焦、煤泥、干化污泥、高碱煤、高氯煤等特殊煤种、不同煤种及混煤的燃尽、结渣、污染物排放特性试验；

可以开展阴极炭块、油泥、药渣等危废低比例掺烧后的灰、渣及烟气中污染物试验；

可以开展新型活性焦一体化污染物脱除新技术开发；

可以开展半焦及气化残炭、生物质专用燃烧器开发及试验研究。

本发明的一种多功能MW级煤粉燃烧试验系统完全可以作为动力用煤制粉、燃烧、污染物控制、结渣沾污腐蚀防控、燃烧器开发、低氮燃烧等研究的大型半工业性综合试验研究平台，具有其独特的优势。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。