一种基于预燃室温度控制的稳燃燃烧器及其运行方法与流程

本发明属于燃煤电站锅炉深度调峰技术领域，具体涉及一种基于预燃室温度控制的稳燃燃烧器及其运行方法。

背景技术：

随着我国风电、光伏等可再生能源发电的迅猛发展，以及电能用户侧用电特性的变化，电网系统对灵活性电源的需求不断提高，煤电在电网系统中的定位逐步由电量型电源向电量和电力调节型电源转变，为提高可再生能源的消纳，保障电网的安全、稳定运行，煤电机组将更多的承担电网系统调峰的功能。随着各地逐步出台电力辅助服务市场交易细则，参与深度调峰的机组将获得补贴，为提高电厂的盈利能力和机组网上竞争力，燃煤机组开展深度调峰已成为必然趋势。

燃煤机组开展深度调峰，锅炉低负荷下的燃烧安全稳定是前提。目前，国内大部分燃煤机组锅炉最低运行负荷为40％～50％额定负荷，离电网要求的最低深调负荷达到30％～35％额定负荷仍有一定距离。锅炉入炉煤质特性和燃烧器稳燃性能是影响锅炉低负荷稳燃能力的关键因素。在煤质一定的前提下，如何提高燃烧器的稳燃性能成为燃烧器研发人员关注的重点。我国在八十年代就开始研究燃煤锅炉燃烧器的稳燃性能，也开发了诸如浓淡燃烧器、钝体燃烧器、预燃室式燃烧器等多种燃烧器。预燃室式燃烧器，由于煤粉在预燃室内就着火，相对于其他形式的燃烧器，其稳燃性能更佳，也更适应于锅炉开展深度调峰。但由于煤质的复杂多变，且电厂对锅炉燃烧经济性、环保特性、调峰能力等的要求的不断提高，燃烧器研发人员一直在完善、创新预燃室式燃烧器。

申请号为201810737004.6的发明专利公开了一种低负荷稳燃的超低nox燃烧系统及其燃烧器，将烟气和空气混合后引入燃烧器预燃室燃烧，提高锅炉低负荷稳燃的同时，降低了燃烧过程nox的生成。

申请号为201810813198.3的发明专利公开了一种分级着火预燃室煤粉燃烧器及燃烧方法，通过预燃室和燃烧器钝体的布置，结合多层级旋流二次风，实现提高锅炉低负荷稳燃能力的目的。

目前，大多数针对预燃室式燃烧器稳燃能力的提升都是通过提高风粉混合温度加强高温烟气卷吸等强化燃烧的方式来实现，低负荷下稳燃能力虽有提升，但高负荷时往往由于热负荷过大造成喷口结焦、烧损等现象，影响锅炉的安全运行。且针对煤质和负荷的变化，缺乏有效的燃烧稳定性保障措施。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对预燃室式燃烧器运行过程中易存在的低负荷稳燃和高负荷喷口结焦、烧损难以兼顾的特点，提供了一种基于预燃室温度控制的稳燃燃烧器及其运行方法。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种基于预燃室温度控制的稳燃燃烧器，包括二次风旋流器、预燃室温度测量装置、预燃室、一次风旋流器、吹扫装置、二次风管道、煤粉管道、中心风管道、微油枪、中心风挡板和二次风旋流拉杆；其中，

微油枪、中心风管道、一次风旋流器、煤粉管道、二次风旋流器、二次风管道依次从里到外套装在一起，预燃室布置在燃烧器靠近炉膛侧的端部，预燃室内烟气温度测量装置布置在预燃室的内壁上，吹扫装置在预燃室的底部，二次风旋流拉杆与二次风旋流器相连接；中心风挡板布置在中心风管道的中心风入口处；

微油枪的投退指令、燃烧器中心风挡板的开度指令、预燃室内烟气温度测量装置的测量结果、二次风旋流器的旋流强度、燃料量接入控制中心，控制中心用于根据预燃室内烟气温度测量装置的测量结果，控制微油枪的投退、燃烧器中心风挡板的开度、二次风旋流器的旋流强度及燃料量的增减。

本发明进一步的改进在于，预燃室内烟气温度测量装置采取嵌入式的方式布置在预燃室的内壁上。

本发明进一步的改进在于，从磨煤机出来的风粉混合物经煤粉管道，通过一次风旋流器产生强烈的旋流进入预燃室中燃烧。

本发明进一步的改进在于，二次风分两部分进入炉膛，一部分通过中心风管道，以直流的方式进入预燃室内参与燃烧，另一部分通过二次风管道，经旋流强度可调的二次风旋流器从预燃室外直接进入炉膛参与后期的燃烧。

本发明进一步的改进在于，燃烧器微油枪嵌套在中心风管道内。

一种基于预燃室温度控制的稳燃燃烧器的运行方法，当锅炉负荷低于40％额定负荷时，预燃室式燃烧器进入低负荷稳燃模式，提前将燃烧器中心风开度关为0％，将二次风旋流强度调整至60％以上；当预燃室内温度测量装置测得的温度值tc低于温度高限值tg且高于温度低限值td时，说明预燃室内煤粉燃烧稳定且无燃烧器结焦烧损风险，则继续维持稳定运行或逐渐减少燃料量调峰运行；当预燃室内温度测量装置测得的温度值tc持续低于温度低限值td达三秒钟及以上，说明预燃室内煤粉燃烧不稳定，有灭火风险，立即投入微油装置助燃并增加燃料量，并将中心风开度调节至50％以上，辅助油燃烧，确保燃烧稳定；待燃料量增加后，预燃室内煤粉燃烧稳定，预燃室内温度测量装置测得的温度值tc持续高于温度低限值td50℃以上达十分钟及以上，退出微油助燃装置，并将中心风开度关为0％；

当锅炉负荷高于70％额定负荷时，预燃室式燃烧器进入防结焦烧损模式，提前将燃烧器中心风开度开至50％，将二次风旋流强度调整至40％以下；当预燃室内温度测量装置测得的温度值tc低于温度高限值tg且高于温度低限值td时，说明预燃室内煤粉燃烧稳定且无燃烧器结焦烧损风险，则继续维持稳定运行或增减燃料量运行；当预燃室内温度测量装置测得的温度值tc持续高于温度高限值tg达到10秒钟时，说明预燃室燃烧器有结焦烧损的风险，立即将中心风开度开至100％，二次风旋流强度调整至0％，并减少燃料量，保证燃烧器的运行安全。

本发明进一步的改进在于，预燃室内烟气温度测量装置布置在预燃室轴向距离喷口三分之一的圆周截面上，周向均匀布置三个温度测点，测量值取三个温度测点的平均值。

本发明进一步的改进在于，预燃室式燃烧器用于前后墙对冲燃烧锅炉时，燃烧器喷口处旋流二次风的导流扩锥为25°；

预燃室式燃烧器用于切圆燃烧锅炉时，燃烧器喷口处旋流二次风的导流扩锥为0°，与预燃室腔体外壳平行。

本发明进一步的改进在于，根据预燃室内烟气温度测量值来控制微油装置的投入、中心风开度的调节、燃料量的调节、二次风旋流的调节，是闭环自动控制的，或者是电厂运行人员根据推荐指令自行调节的。

本发明进一步的改进在于，预燃室内烟气温度高限值tg根据燃用煤质在弱还原性气氛下的灰熔点温度和预燃室燃烧器金属材质许用温度并考虑一定安全裕量进行选取；

预燃室内烟气温度低限值td根据燃用煤质着火温度并考虑一定安全裕量进行选取。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种基于预燃室温度控制的稳燃燃烧器，通过将一次风旋流装置设置在预燃室入口，使风粉混合物在进入预燃室燃烧前产生强烈的旋流，确保燃烧器低负荷稳燃性能。在预燃室的入口设置有直流中心风筒，通过调节直流中心风的开度可避免高负荷下预燃室结焦、烧损等现象。旋流强度可调的二次风设置在预燃室腔体外侧，推迟与预燃室内风粉气流的混合，降低氮氧化物的生成，同时通过调节二次风旋流强度也可辅助改善燃烧器的低负荷稳燃性能和防结焦烧损性能。

本发明提供的一种基于预燃室温度控制的稳燃燃烧器的运行方法，在燃烧器预燃室内壁安装有测量预燃室内烟气温度的测量装置，在中心筒内嵌套安装有微油装置，根据燃用煤质特性的不同，预设一个可确保煤粉气流在预燃室内稳定燃烧的温度低限值td和一个可能导致燃烧器结焦、烧损的温度高限值tg，当预燃室内温度测量装置测得的温度值tc低于温度高限值tg且高于温度低限值td时，说明预燃室内煤粉燃烧稳定且无燃烧器结焦烧损风险，则继续维持稳定运行或逐渐减少燃料量调峰运行；当预燃室内温度测量装置测得的温度值tc持续低于温度低限值td时，说明预燃室内煤粉燃烧不稳定，有灭火风险，立即投入微油装置助燃并增加燃料量，确保燃烧稳定，待燃料量增加预燃室内煤粉气流燃烧稳定后，测量温度值tc持续高于温度低限值td一定幅度时，再退出微油装置；当预燃室内温度测量装置测得的温度值tc持续高于温度高限值tg时，说明预燃室燃烧器有结焦烧损的风险，立即开大中心风开度、降低二次风旋流并减少燃料量；有效的避免了锅炉低负荷运行过程中，因煤质变差或负荷降低带来的灭火风险，同时也降低了锅炉高负荷运行或煤质挥发分、热值较高带来的预燃室燃烧器结焦烧损的风险。概括来说，本发明具有如下的优点：

1)充分考虑了预燃室燃烧器低负荷稳燃和高负荷防结焦、烧损问题，通过优化预燃室式燃烧器结构设计，同时实施了基于预燃室内烟气温度监控的稳燃、防结焦烧损功能设计和运行优化，可在保证燃烧安全的基础上将锅炉负荷降低至20％额定负荷以下，同时降低了高负荷下燃烧器喷口结焦、烧损等风险。具体的，在燃烧器预燃室内壁安装有测量预燃室内烟气温度的测量装置，在中心筒内嵌套安装有微油装置，可根据预燃室内的烟气温度灵活控制微油枪的投退、中心风的开度、燃料量、二次风旋流强度等，确保锅炉低负荷稳燃的同时，避免高负荷燃烧器结焦、烧损。

2)针对国内燃煤机组煤质复杂多变的特点，充分拓宽了预燃室式燃烧器的煤种适应性，降低了参与深度调峰机组的燃料成本，提高了机组运行经济性。

附图说明

图1给出了本发明所述稳燃燃烧器的结构示意图。

附图标记说明：

1-二次风旋流器，2-预燃室温度测量装置，3-燃烧器预燃室，4-一次风旋流器，5-吹扫装置，6-二次风管道，7-煤粉管道，8-中心风管道，9-微油枪，10-中心风挡板，11-二次风旋流器拉杆。

图2为基于预燃室温度控制的稳燃燃烧器工作示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供的一种基于预燃室温度控制的稳燃燃烧器，包括二次风旋流器1、预燃室温度测量装置2、预燃室3、一次风旋流器4、吹扫装置5、二次风管道6、煤粉管道7、中心风管道8、微油枪9、中心风挡板10和二次风旋流拉杆11。微油枪9、中心风管道8、一次风旋流器4、煤粉管道7、二次风旋流器1、二次风管道6依次从里到外套装在同一轴线上，预燃室3布置在燃烧器靠近炉膛侧的端部，预燃室内烟气温度测量装置2采取嵌入式的方式布置在预燃室3的内壁上，吹扫装置5在预燃室3的底部，二次风旋流拉杆11与二次风旋流器1相连接。从磨煤机出来的风粉混合物经煤粉管道7，通过一次风旋流器4产生强烈的旋流进入预燃室3中燃烧。二次风分两部分进入炉膛，一部分通过中心风管道8，以直流的方式进入预燃室3内参与燃烧，另一部分通过二次风管道6，经旋流强度可调的二次风旋流器2从预燃室3外直接进入炉膛参与后期的燃烧。燃烧器微油枪9嵌套在中心风管道8内。微油枪9的投退指令、燃烧器中心风挡板10的开度指令、预燃室内烟气温度测量装置2的测量结果、二次风旋流器1的旋流强度、燃料量等直接接入控制中心(如图2所示)，控制中心可根据预燃室内烟气温度测量装置2的测量结果，控制微油枪9的投退、燃烧器中心风挡板10的开度、二次风旋流器1的旋流强度及燃料量的增减。

本发明提供的一种基于预燃室温度控制的稳燃燃烧器的运行方法，当锅炉负荷低于40％额定负荷时，预燃室式燃烧器进入低负荷稳燃模式，提前将燃烧器中心风挡板10关为0％，将二次风旋流器1的旋流强度调整至60％以上。预设一个可确保煤粉气流在预燃室内稳定燃烧的温度低限值td和一个可能导致燃烧器结焦、烧损的温度高限值tg。当预燃室3内温度测量装置2测得的温度值tc低于温度高限值tg且高于温度低限值td时，说明预燃室3内煤粉燃烧稳定且无燃烧器结焦烧损风险，则继续维持稳定运行或逐渐减少燃料量调峰运行；当预燃室3内温度测量装置2测得的温度值tc持续低于温度低限值td达三秒钟及以上，说明预燃室3内煤粉燃烧不稳定，有灭火风险，立即投入微油枪9助燃并增加燃料量，并将中心风挡板10开度调节至50％以上，辅助油燃烧，确保燃烧稳定。待燃料量增加后，预燃室3内煤粉燃烧稳定，预燃室3内温度测量装置2测得的温度值tc持续高于温度低限值td50℃以上达十分钟及以上，退出微油枪9，并将中心风挡板10开度关为0％。

当锅炉负荷高于70％额定负荷时，预燃室式燃烧器进入防结焦烧损模式，提前将燃烧器中心风挡板10开度开至50％，将二次风旋流器1的旋流强度调整至40％以下。当预燃室3内温度测量装置2测得的温度值tc低于温度高限值tg且高于温度低限值td时，说明预燃室3内煤粉燃烧稳定且无燃烧器结焦烧损风险，则继续维持稳定运行或增减燃料量运行；当预燃室3内温度测量装置2测得的温度值tc持续高于温度高限值tg达到10秒钟时，说明预燃室3有结焦烧损的风险，立即将中心风挡板10开度开至100％，二次风旋流器1的旋流强度调整至0％，并减少燃料量，保证燃烧器的运行安全。

进一步地，预燃室内烟气温度测量装置2布置在预燃室3轴向距离喷口三分之一的圆周截面上，周向均匀布置三个温度测点，测量值取三个温度测点的平均值。

进一步地，预燃室式燃烧器用于前后墙对冲燃烧锅炉时，燃烧器喷口处旋流二次风的导流扩锥为25°。

进一步地，预燃室式燃烧器用于切圆燃烧锅炉时，燃烧器喷口处旋流二次风的导流扩锥为0°，与预燃室腔体外壳平行。

进一步地，根据预燃室内烟气温度测量装置2测得的温度值来控制微油枪9投退、中心风挡板10开度的调节、燃料量的调节、二次风旋流器1的调节等，可以是闭环自动控制的，也可以电厂运行人员根据推荐指令自行调节的。

进一步地，预设的预燃室内烟气温度高限值tg主要根据燃用煤质在弱还原性气氛下的灰熔点温度和预燃室燃烧器金属材质许用温度并考虑一定安全裕量进行选取。

进一步地，预设的预燃室内烟气温度低限值td主要根据燃用煤质着火温度并考虑一定安全裕量进行选取。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。