[发明专利]一种大比例掺烧半焦的燃煤电站锅炉系统和掺烧方法

说明书

一种大比例掺烧半焦的燃煤电站锅炉系统和掺烧方法。针对低挥发分半焦燃料，在燃烧时存在着火困难、燃尽性能差和NO_x排放高等问题，本发明综合考虑制粉系统优化、半焦燃料浓淡分区域燃烧、半焦和烟煤炉内分层掺烧、纯氧燃尽风布置和冷能综合利用，采用四角切圆燃烧方式，构建锅炉炉膛五区燃烧环境，开发大比例掺烧半焦的电站锅炉系统，实现掺烧半焦比例≥45％，在实现半焦高效燃烧的同时，实现炉膛出口低NO_x排放，利用空分并经空温式气化器后得到的接近0℃的低温O₂和低温N₂实现脱硫净烟气的深度冷凝，最大程度减少净烟气中的水分，减轻烟囱腐蚀并消除白烟，减轻电站周围视觉污染。

技术领域

本发明属于发电设备领域，具体涉及一种大比例掺烧半焦的燃煤电站锅炉系统和掺烧方法。

背景技术

根据煤在不同转化阶段反应性的不同特点，实现煤炭分质分级转化和能量梯级利用是最为合理的煤炭能源利用方式之一。半焦是无粘结性或弱粘结性的高挥发分烟煤在中低温条件下干馏热解得到的较低挥发分的固体炭质产品。我国低阶煤储量接近5000亿吨，约占煤炭探明储量的42％，这是一类煤化程度较低的煤。低阶煤的分级转化是指将煤炭通过热解或气化提取油气，剩余的半焦或残炭作为高品位洁净燃料燃烧发电的煤炭利用方式。随着我国低阶煤分级转化产业的发展，煤气化、制焦等行业每年将产生数亿吨半焦或残炭。目前全国半焦总产能已经超过1亿吨，但由于传统半焦市场需求不足导致半焦产业产能过剩。为扩大半焦的应用范围，推动半焦在电站动力燃料领域的安全高效利用是一种可行的解决之道。

低阶煤热解或气化的副产品热解半焦、气化残炭属于“超低挥发分碳基燃料”，采用传统的燃烧技术，难以克服着火稳燃困难、燃尽效率低、NO_x排放高的难题。实现此类燃料的清洁高效燃烧利用，已成为制约我国低阶煤分级转化的关键技术瓶颈。大量关于半焦作为动力用煤的着火、燃尽、结渣等燃烧特性研究结果显示，半焦和常规煤种的煤质特性和燃烧性能等具有相似性但又不同，在大型煤粉锅炉上掺烧一定比例的半焦在技术上可行。但是，现有燃烧烟煤电站锅炉在掺烧半焦时易引起锅飞灰含碳量升高、不能满负荷运行、NO_x排放偏高等问题。目前，国内能够实现在燃煤机组安全稳定的掺烧30％左右的半焦，但发现随着掺烧比例的增加，燃煤电站锅炉的飞灰含碳量升高，锅炉效率有所降低。由于国内半焦产量较大，实现大比例掺烧(半焦掺烧比例≥45％)，且保持制粉系统的高效性、不显著降低锅炉效率以及低NO_x排放，具有非常重要的意义。若要进行大比例掺烧半焦，首先需要对制粉系统进行优化，主要包括磨煤机的合理选取以及制粉系统的优化，采用分磨制粉，半焦与烟煤炉内分层掺烧组织，空气深度分级。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现大比例掺烧半焦，且掺烧比例可在较大范围内调节，且能够改善半焦的着火和燃尽特性；降低大比例掺烧半焦时炉膛出口NO_x浓度；实现脱硫净烟气的深度冷凝，减轻烟囱腐蚀，并消除白烟，减轻电站周围污染的大比例掺烧半焦的燃煤电站锅炉系统和掺烧方法。

为达到上述目的，本发明的系统包括包括锅炉本体以及在其炉膛内自下而上布置的着火区、半焦浓相区、半焦淡相区、再燃区和燃尽区，烟煤分别经过烟煤磨煤机和再燃燃料磨煤机制粉后送入着火区和再燃区，半焦经半焦磨煤机和浓淡分离器分离出两股不同浓度的半焦气流分别送入半焦浓相区和半焦淡相区，纯氧燃尽风从燃尽区引入炉膛，在锅炉本体的烟道尾部还连接有脱硫净烟气深度冷凝系统；

所述的脱硫净烟气深度冷凝系统包括依次相连的空分系统、空温气化器和烟气深度冷凝系统，空分系统的低温O₂和低温N₂首先经空温式气化器达到0℃左右的工质，作为低温冷却剂进入烟气深度冷凝系统对脱硫净烟气进行深度冷凝，升温后的氧气经氧气风机进入设置在锅炉烟道内的氧气预热器加热后作为纯氧燃尽风进入燃尽区，净烟气经深度冷凝后形成干烟气和冷凝水，干烟气经烟囱排出，分离出的氮气作为工业应用的配气和保护气。