锅炉燃烧负荷调整方法

技术领域

本发明的实施例涉及锅炉领域，尤其涉及一种锅炉燃烧负荷调整方法。

背景技术

我国未来新型电力系统将以新能源为主体，但是风能、太阳能等可再生能源发电存在随机性和间歇性，煤电机组需要承担灵活调峰任务。然而，目前我国煤电机组电网调峰的深度基本高于40％、速度低于1.5％/min，想要实现调峰的深度降至20％、速度增至5％/min，仍存在相当难度。

在燃煤工业锅炉中(锅炉的主要产品一般为热)，锅炉灵活快速响应用户负荷变动，甚至是实现两班制运行的需求十分迫切。在现有技术中也存在对于燃烧装置的负荷实现灵活调整的需要。

现有锅炉运行方式围绕锅炉设计负荷进行，可以在一定范围内参与调峰或进行负荷快速调整，但是局限性很大，低/超低负荷(25％以下设计负荷，甚至达到3-6％设计负荷)运行时，存在锅炉的运行安全性、经济性和可靠性等问题，且难以实现快速响应负荷变化。

发明内容

为解决上述技术问题的至少一个方面，提出本发明。

根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种锅炉燃烧负荷调整方法，包括步骤：

提供预热装置，所述预热装置适于向锅炉的燃烧空间的第一燃料入口提供固体燃料和气体燃料；

提供存储装置，所述存储装置适于从预热装置接收至少一部分固体燃料；

将预热装置中的至少一部分固体燃料输送而存储在存储装置中。

附图说明

以下描述与附图可以更好地帮助理解本发明所公布的各种实施例中的这些和其他特点、优点，图中相同的附图标记始终表示相同的部件，其中：

图1为根据本发明的一个示例性实施例的燃烧设备的示意图；

图2为根据本发明的另一个示例性实施例的燃烧设备的示意图；

图3为根据本发明的一个示例性实施例的存储装置的示意图；

图4为根据本发明的再一个示例性实施例的燃烧设备的示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。发明的一部分实施例，而并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出了一种将预热装置中的高温固体燃料颗粒存储和释放来调整燃烧设备的热负荷的方案，尤其可以适用于调峰锅炉。该燃烧设备可以包括：预热装置，用于形成高温气固混合燃料(包括高温燃气和高温半焦)；燃烧装置，例如锅炉，其限定炉膛，用于组织包括预热装置内形成的高温气固混合燃料在内的燃料的燃烧；储存装置，用于在特定工况下，储存预热装置内形成高温半焦(固体燃料的一个具体示例)，并在特定工况下，向炉膛输出高温半焦。

在本发明中，锅炉吸收燃料燃烧产生的热量产生高温蒸汽，可以用于汽轮机发电。锅炉和汽轮机作为发电机组的组成部分。

如图1所示，在发电机组不需要参与调峰的工况下，煤粉经流态化的预热装置10(在图1的示例中，即预热燃烧器)处理后，形成预热燃料，进入炉膛或者燃烧装置的燃烧空间30燃烧。如图1所示，燃烧设备还包括分别与预热装置10和锅炉炉膛相连的保温的储存装置20，用于在需要的时候存储预热装置产生的高温固体燃料或者向炉膛释放高温固体燃料。高温固体燃料从预热装置的颗粒富集区域引出，在重力作用下进入储存装置，实现降负荷工况下的热量存储；储存装置中的高温固体燃料在可以在气力输送下进入炉膛中燃烧放热，实现升负荷下的热量释放。

在进一步的实施例中，如图2所示，预热装置10为包括提升管、旋风分离器和返料器的循环流化床结构，颗粒富集区域包括提升管底部和返料器；或者预热装置10为流化床或鼓泡床，颗粒富集区域包括流化床或鼓泡床底部。

预热装置10的颗粒富集区设置高温固体燃料出口，并通过连接管道和储存装置的高温固体燃料进口相连通。在预热装置为流化床或鼓泡床时，高温固体燃料出口设置在流化床或鼓泡床的密相区，在流化床或鼓泡床的布风装置以上、稀相区和密相区交界面以下。

在另一种实施例中，预热装置10为循环流化床结构(图2)，颗粒富集区包括提升管底部和返料器，因此高温固体燃料出口除了可以设置在床层密相区外，还可设置在返料器。如能够理解的，预热装置的固体燃料出口可以设置在提升管底部和返料器中的一个或两个处。

此外，在设置有布风装置的流化床/循环流化床中，在本发明的一个实施例中，在床层高度方向上，靠近布风装置设置预热装置的固体燃料出口。

高温固体燃料出口还可设有控制阀门(可以是机械阀，例如板阀或蘑菇阀)，用于实现正常燃烧工况和调峰工况的切换。

在本发明的一个实施例中，储存装置20的高温固体燃料进口设置在储存装置20的上侧部或顶部。

在本发明的一个实施例中，如图3所示，储存装置20包括储存区201和输送区202(图3)，在阀门(包括气动阀、机械阀或重力阀)控制下，从储存区到输送区单向流动。

在储存装置20的一种实施例中，储存区空间的位置高于输送区的位置，高温固体燃料在储存区和输送区之间自然具有一个重力差，利用该重力差形成的势能差，配合气动输送，实现高温固体燃料向输送区的单向流动。

在储存装置20的一种实施例中，储存区201位于输送区202的上部，并通过截面相对于储存区横截面缩小的通道连通，该通道上设置有阀门(板阀或者蘑菇阀或叶轮给料阀)。在锅炉降低负荷时，阀门保持关闭，储存区内高温固体燃料堆积；在锅炉需要升负荷时，打开阀门，使高温固体燃料在重力作用下落入输送区，物料在输送区气力输送作用下，被携带至炉膛燃烧。

储存装置内通入氮气、CO

气力输送入口和出口设置在输送区，由于从储存区到输送区固体燃料单向流动，避免了输送区气体对储存区燃料的影响。气力输送的气体可以为N

当锅炉需要快速降负荷时，将预热燃烧器中的部分热固体燃料引入密闭容器中，使得燃烧器负荷迅速降低，实现锅炉快速降负荷；当锅炉需要快速升负荷时，通过气力输送装置将高温固体燃料通入锅炉中，高温固体燃料在配风的条件下，在炉膛中快速燃烧，实现锅炉快速升负荷。在另一种实施例中，如图4所示，锅炉升负荷时，可以将储存装置中的高温固体燃料通过气力输送方式，送入预热装置中，补充预热装置中的热量，并最终进入炉膛中燃烧。

储存装置20的储存容量可以为预热装置中循环物料量的0.5～1.0倍0.5-3.0倍，进一步的为，从而保证系统可以在宽负荷下运行。

无论是储存装置中的高温固体燃料，还是预热装置输送至锅炉炉膛的气固混合燃料，都是热燃料，其在炉膛内易于快速着火和稳定燃烧，且锅炉炉膛至少有两个高温燃料入口，有利于或可实现每分钟5％额定负荷以上超快升负荷速率。

采用图4所示的燃烧设备，可以使得例如锅炉的燃烧装置在超低负荷(例如锅炉设定负荷3-6％)下稳定运行，从而可以满足发电机组所谓的两班制运行要求。两班制包括锅炉带电负荷正常运行和不带电负荷热备用两种状态，需要(a)实现带负荷正常运行状态至不带负荷热备用状态的快速停炉，和(b)不带负荷热备用状态至带负荷正常运行状态的快速启炉，在状态(b)，储存装置中的一部分或全部固体燃料通过气力输送的方式，进入预热装置10中。

示例性的具体运行过程说明如下：

(1)第一班为锅炉带电负荷正常运行状态时，锅炉在25％额定负荷以上工况，预热装置内保持缺氧气化条件，此时储存装置内无热燃料存储，或者处于少量存储状态，预热装置持续向锅炉提供燃料。

(2)第二班为锅炉不带电负荷但处于超低热负荷备用状态，在第一班向第二班转换时，将预热装置内的例如绝大部分高温固体燃料例如一次性快速地送入储存装置，同时降低预热装置给煤量，使预热装置内部转为氧化性气氛；煤在预热装置内完全燃烧，产生的约3～6％额定负荷的高温烟气送至处于备用状态的锅炉中，延缓锅炉的冷却速率。

(3)在从第二班向第一班转换时，通过将储存装置中的一部分或者全部高温固体燃料送入预热装置中，提高预热装置内物料浓度，将预热装置转为缺氧气化条件运行，预热装置持续向锅炉提供热燃料，其在炉膛内快速着火，可实现锅炉例如每分钟5％额定负荷以上的超快升负荷速率。

(4)对于大型电站锅炉，为了保证快速热态启动过程中大尺度炉膛内燃烧温度均匀性及避免局部受热面超温，可根据锅炉的类型在炉膛同一层标高处布置多个数量预热装置，这些不同数量的预热装置在锅炉快速启炉和停炉过程中实现同步操作。在一种四角切圆煤粉锅炉的实施例中，将在炉膛某一层标高处布置4个预热装置，使每个预热装置在第二班中处于1％左右(在本发明中，1％左右为0.5-1.5％的范围)锅炉额定负荷的热备用状态，整个锅炉系统处在例如4％额定负荷的热备用状态；在另一种旋流对冲煤粉锅炉的实施例中，将在炉膛某一层标高处布置4个或5个或6个预热装置，使每个预热装置在第二班运行中处于1％左右锅炉额定负荷的热备用状态，整个锅炉系统处在例如4％或5％或6％额定负荷的热备用状态。

这种两班制运行的锅炉，系统简单紧凑，可以实现从正常带负荷(25％及以上)运行工况和不带电负荷热备用状态(3％～6％负荷)之间的快速切换，且该两班制运行可频繁进行，启停惯性小。

此外，在锅炉处于额定负荷25％以上工况的情况下，保持预热装置内的缺氧气化条件，且由预热装置向燃烧空间提供固体燃料和气体燃料，为了更快的加大负荷，在存储装置20内存储有固体燃料的情况下，可以从存储装置向燃烧空间提供固体燃料。

采用图1和图3所示的燃烧设备，结合将来自预热装置的固体燃料存储在存储装置中，以及将存储装置中的固体燃料适时的或者必要时通入到炉膛中，也可以有效调节锅炉的热负荷。

在上述的示例中，单个预热装置与单个第一燃料入口相通，但是本发明不限于此。单个预热装置也可以分别与多个第一燃料入口相通，这也在本发明的保护范围之内。相应的，在单个预热装置与多个第一燃料入口相通的情况下，可以通过单个第一燃料入口通入的燃料来控制每个第一燃料入口在第二班运行中处于1％左右锅炉额定负荷的热备用状态，这也在本发明的保护范围之内。在本发明中，在图1、2和图4所示的燃烧设备中，存储装置20的固体燃料都需要输送到燃烧装置30，但是虽然没有专门示出，本发明不限于此，在本发明的另外的实施例中，可以仅在存储装置20和预热装置10之间设置将固体燃料从预热装置10输送到存储装置20的输送通路，以及将存储装置20中的固体燃料返回到预热装置10以提高预热装置内物料浓度的返回通路。采用上述方案，也可以灵活和快速调整预热装置10内的燃烧负荷。如能够理解，将固体燃料从存储装置20返回到提升装置10，也可以采用类似于将固体燃料从存储装置20输送到燃烧装置30的气力输送方式，这里不再赘述。

存储装置20中的固体燃料返回预热装置10的返回口可以和现有的预热装置的燃料入口为同一入口，或者在相同的高度处的其他入口，或者是其他位置的返料口。

在本发明中，作为燃烧装置的示例的锅炉包括多个第一燃料入口，所述多个第一燃料入口同层布置和/或多层布置；且所述预热装置包括一个预热装置，所述一个预热装置同时与所述多个第一燃料入口相通，或者所述预热装置包括多个预热装置，所述多个预热装置中的一个或多个预热装置与所述多个第一燃料入口中的一个或多个相通。相应的，基于上述的锅炉的示例性运行过程，所述锅炉为四角切圆煤粉锅炉，所述多个第一燃料入口包括在炉膛的同一层标高处设置的4个第一燃料入口；或者所述锅炉为旋流对冲煤粉锅炉，所述多个第一燃料入口包括在炉膛的同一层标高处设置的4个或5个或6个第一燃烧空间入口；或者所述锅炉为对冲煤粉锅炉，所述多个第一燃料入口包括在炉膛的同一层标高处设置的对角设置的2个第一燃料入口。

在本发明中，预热装置、存储装置和燃烧装置之间的相互连通经由对应的通道实现，通道用于输送气体燃料和/或固体燃料，基于需要，通道可以设置控制燃料流过的阀也可以不设置该阀，均在本发明的保护范围之内。

在本发明中，高温表示温度在固体燃料着火点以上，例如，对于一般的煤粉为650-750℃以上，对于生物质燃料，一般在350℃以上。

需要指出的是，在本发明中，各个数值范围，除了明确指出不包含端点值之外，除了可以为端点值，还可以为各个数值范围的中值，这些均在本发明的保护范围之内。

基于以上，本发明提出了如下技术方案：

1、一种锅炉燃烧负荷调整方法，包括步骤：

提供预热装置，所述预热装置适于向锅炉的燃烧空间的第一燃料入口提供固体燃料和气体燃料；

提供存储装置，所述存储装置适于从预热装置接收至少一部分固体燃料；

将预热装置中的至少一部分固体燃料输送而存储在存储装置中。

2、根据3所述的方法，其中：

所述燃烧空间还包括第二燃料入口；

所述方法还包括步骤：从存储装置向燃烧空间的第二燃料入口输送固体燃料。

3、根据1所述的方法，还包括步骤：

从存储装置向预热装置返回固体燃料。

4、根据1所述的方法，其中：

在锅炉处于额定负荷25％以上工况的情况下，保持预热装置内的缺氧气化条件，且由预热装置向燃烧空间提供固体燃料和气体燃料。

5、根据1所述的方法，其中：

在锅炉处于额定负荷25％以上工况的情况下，保持预热装置内的缺氧气化条件，且由预热装置向燃烧空间提供固体燃料和气体燃料，以及从存储装置向燃烧空间提供固体燃料。

6、根据1所述的方法，其中：

为了将锅炉从处于额定负荷25％以上的工况调整到不带电负荷热备用工况，所述方法还包括步骤：

将预热装置内的一部分或全部固体燃料输送到储存装置，同时降低预热装置给煤量，使预热装置内部转为氧化性气氛，使得煤在预热装置内完全燃烧，将预热装置产生的高温烟气输送到所述锅炉。

7、根据1所述的方法，其中：

为了将锅炉不带电负荷热备用工况调整到处于额定负荷25％以上的工况，所述方法还包括步骤：

将储存装置中的一部分或者全部固体燃料送入预热装置中，提高预热装置内物料浓度，将预热装置转为缺氧气化条件运行；或

将储存装置中的一部分或者全部固体燃料送入燃烧空间中。

8、根据1所述的方法，其中：

所述锅炉设置有多个第一燃料入口；

所述方法包括步骤：在锅炉处于不带电负荷热备用工况的情况下，选择所述多个第一燃料入口中的一个或多个通入燃料，以保持锅炉3％-5％的额定负荷。

9、根据8所述的方法，其中：

使得被选择通入燃料的每个第一燃料入口保持所述锅炉1％左右的额定负荷。

10、根据9所述的方法，其中：

所述锅炉为四角切圆煤粉锅炉，所述多个第一燃料入口包括在炉膛的同一层标高处设置的4个第一燃料入口；或者

所述锅炉为旋流对冲煤粉锅炉，所述多个第一燃料入口包括在炉膛的同一层标高处设置的4个或5个或6个第一燃料入口；或者

所述锅炉为煤粉对冲锅炉，所述多个第一燃料入口包括在炉膛的同一层标高处设置的对角设置的2个第一燃料入口。

11、根据1所述的方法，其中：

所述锅炉包括多个第一燃料入口，所述多个第一燃料入口同层布置和/或多层布置；

所述预热装置包括一个预热装置，所述一个预热装置同时与所述多个第一燃料入口相通，或者所述预热装置包括多个预热装置，所述多个预热装置中的一个或多个预热装置与所述多个第一燃料入口中的一个或多个相通；

所述方法包括步骤：选择所述多个第一燃料入口中的一个或多个向燃烧空间内通入燃料。

12、根据2所述的方法，其中：

所述存储装置包括存储部和输送部，存储部设置有所述固体燃料入口，存储部位于输送部的上部，并通过截面面积小于存储部的横截面积的连接通道与输送部相通，所述连接通道上设置有控制阀，控制阀控制固体燃料从存储部到输送部的单向流动；

在需要降低锅炉负荷时，保持控制阀关闭，存储部内的固体燃料堆积；在锅炉需要升负荷时，打开控制阀，使固体燃料进入输送部，固体燃料在输送部由气力输送被携带至炉膛燃烧。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。