一种风扇磨煤粉锅炉低氧炉烟前置还原系统及其工作方法与流程

本发明属于低氧炉还原系统领域，具体涉及一种风扇磨煤粉锅炉低氧炉烟前置还原系统及其工作方法。

背景技术：

1、风扇磨煤粉锅炉通常用于燃烧褐煤、高挥发分烟煤等煤种。由于此类煤种水分含量较高，制粉系统一般采用空气预热器出口的热一次风作为干燥及输送介质，并通过风扇磨煤机完成原煤的干燥、研磨和煤粉输送。热一次风中的氧含量较高，煤粉受热后挥发分快速析出，其中的hcn、nh3及焦油氮等含氮中间产物容易在富氧环境中氧化，形成较多氮氧化物前驱物，导致炉膛原始氮氧化物浓度较高。

2、现有风扇磨煤粉锅炉主要采用空气分级燃烧技术降低氮氧化物排放，通过设置分层二次风和高位燃尽风，在炉膛内形成缺氧主燃区和燃尽区。但空气分级程度受到煤粉稳定着火及充分燃尽条件的限制，过度降低主燃区供氧量容易造成飞灰含碳量升高、锅炉热效率下降；在深度调峰和低负荷工况下，还容易出现炉温降低、稳燃性能恶化及氮氧化物排放反弹等问题。

3、部分锅炉采用烟气再循环技术，将空气预热器后的低温烟气送入炉膛二次风区域，以降低局部氧浓度和燃烧温度。该方式的烟气掺混位置位于炉膛燃烧阶段，无法改变风扇磨煤机内的富氧干燥环境，不能在制粉前端抑制含氮挥发分的氧化；同时，低温循环烟气的温度较低，难以满足高水分褐煤所需的高温干燥条件。若单纯减少热一次风量以降低氧含量，又会造成干燥能力不足、制粉出力下降及煤粉结块堵管。

4、此外，现有多台风扇磨煤机通常共用烟气循环管路，缺少与各台风扇磨煤机对应的独立调节结构，难以根据不同煤质、给煤量及运行负荷分别调节干燥介质的氧含量和温度，热风与循环烟气之间也缺少联动闭环控制。锅炉仍需依赖尾部scr装置脱除已生成的氮氧化物，存在喷氨量大、催化剂运维成本高及低负荷氨逃逸等问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术难以在保证风扇磨煤粉锅炉制粉干燥出力和宽负荷稳定燃烧的同时，从制粉前端抑制氮氧化物生成的问题，提供一种风扇磨煤粉锅炉低氧炉烟前置还原系统及其工作方法。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种风扇磨煤粉锅炉低氧炉烟前置还原系统，包括高温取烟口，高温取烟口设置在锅炉炉膛的省煤器出口与空气预热器入口之间的高温烟道上，高温取烟口后依次连接高温耐磨抽取总管、高温增压风机与烟气分配母管，烟气分配母管连接有与各风扇磨煤机对应的高温炉烟支管，各高温炉烟支管上分别设置有高温调烟阀，高温炉烟支管分别与对应的预混仓的高温炉烟进口连接；

4、空气预热器的热一次风出口连接热一次风母管，热一次风母管连接有与各预混仓对应的热风分支管，各热风分支管上分别设置有热风调风阀，热风分支管与对应的预混仓的热风进口连接，预混仓内设置有位于高温炉烟进口、所述热风进口与混合介质出口之间的多层交叉静态混合叶片，混合介质出口处设置有氧温复合在线测点，混合介质出口与对应的风扇磨煤机的干燥介质入口连接，风扇磨煤机的出口通过低氧一次风粉输送管路与设置于锅炉炉膛下部的低氮旋流燃烧器连接；

5、烟气分配母管通过炉膛补烟支路与设置于锅炉炉膛中部的还原烟气补喷口连接，炉膛补烟支路上设置有补烟调节阀，锅炉炉膛的上部设置有燃尽风喷口；

6、氧温复合在线测点、高温增压风机、高温调烟阀、热风调风阀和补烟调节阀分别与plc闭环调控控制柜连接。

7、本发明进一步的改进在于，高温耐磨抽取总管采用耐热合金制成，高温耐磨抽取总管上设置有弹簧支吊架，高温炉烟支管上设置有膨胀节；高温增压风机包括外置于轴承处的水冷夹套和设置于叶轮表面的耐磨层，高温增压风机连接有变频驱动电机。

8、本发明进一步的改进在于，预混仓为立式圆柱形结构，高温炉烟进口和热风进口分别沿切向设置于预混仓上部的两侧，混合介质出口设置于预混仓底部的锥形收口处；多层交叉静态混合叶片沿预混仓的高度方向间隔设置，相邻层的多层交叉静态混合叶片交错布置。

9、本发明进一步的改进在于，氧温复合在线测点包括氧化锆氧传感器和温度传感器，氧化锆氧传感器和温度传感器设置于预混仓的混合介质出口与风扇磨煤机的干燥介质入口之间，氧化锆氧传感器和温度传感器分别与plc闭环调控控制柜连接。

10、本发明进一步的改进在于，低氧一次风粉输送管路上沿煤粉输送方向间隔设置有静态混合器；

11、低氮旋流燃烧器分层设置于锅炉炉膛的炉壁上，每层低氮旋流燃烧器与对应的风扇磨煤机连接，低氮旋流燃烧器的中心设置有燃尽风口。

12、本发明进一步的改进在于，锅炉炉膛沿高度方向依次形成下部缺氧还原区、中部烟气二次还原区和上部燃尽区，低氮旋流燃烧器设置于下部缺氧还原区，还原烟气补喷口分层对称设置于中部烟气二次还原区，燃尽风喷口分层设置于上部燃尽区。

13、本发明进一步的改进在于，锅炉炉膛的下部缺氧还原区、中部烟气二次还原区和炉膛出口分别设置有烟气监测单元，烟气监测单元用于采集对应位置的氧含量、氮氧化物浓度和烟气温度，烟气监测单元与plc闭环调控控制柜连接；plc闭环调控控制柜还连接有燃尽风喷口的风门执行器以及与高温增压风机连接的变频器。

14、第二方面，本发明提供一种风扇磨煤粉锅炉低氧炉烟前置还原系统的工作方法，包括以下步骤：

15、通过高温取烟口抽取高温低氧炉烟，经高温耐磨抽取总管和高温增压风机输送至烟气分配母管；

16、将烟气分配母管中的高温低氧炉烟经高温调烟阀输送至预混仓，将空气预热器输出的热一次风经热一次风母管和热风调风阀输送至预混仓；

17、使高温低氧炉烟与热一次风经多层交叉静态混合叶片混合，形成低氧高温混合介质，通过氧温复合在线测点检测其氧含量和温度，由plc闭环调控控制柜调节高温调烟阀和热风调风阀；

18、将低氧高温混合介质输送至风扇磨煤机，对原煤进行干燥和研磨，形成低氧一次风粉，经低氧一次风粉输送管路和低氮旋流燃烧器送入锅炉炉膛下部；

19、将烟气分配母管中的部分高温低氧炉烟经炉膛补烟支路和还原烟气补喷口送入锅炉炉膛中部，通过燃尽风喷口向锅炉炉膛上部送入燃尽风。

20、本发明进一步的改进在于，plc闭环调控控制柜根据氧温复合在线测点检测的氧含量和温度，调节高温调烟阀和热风调风阀，使预混仓的混合介质出口输出的低氧高温混合介质的氧含量保持在6%～12%，温度保持在280℃～350℃；

21、当低氧高温混合介质的氧含量高于12%时，plc闭环调控控制柜增大高温调烟阀的开度并减小热风调风阀的开度；

22、当低氧高温混合介质的氧含量低于6%时，plc闭环调控控制柜减小高温调烟阀的开度并增大热风调风阀的开度；

23、当低氧高温混合介质的温度低于280℃时，plc闭环调控控制柜增大热风调风阀的开度；当低氧高温混合介质的温度高于350℃时，plc闭环调控控制柜增大高温调烟阀的开度。

24、本发明进一步的改进在于，在锅炉负荷为额定负荷的70%～100%时，plc闭环调控控制柜增大高温调烟阀的开度，使预混仓的混合介质出口输出的低氧高温混合介质的氧含量保持在8%～10%，并增大补烟调节阀的开度，增加由还原烟气补喷口喷入锅炉炉膛中部的高温低氧炉烟流量；

25、在锅炉负荷为额定负荷的20%～30%时，plc闭环调控控制柜减小高温调烟阀的开度并增大热风调风阀的开度，使预混仓的混合介质出口输出的低氧高温混合介质的氧含量保持在10%～12%、温度保持在320℃～340℃，同时减小补烟调节阀的开度，增加通过燃尽风喷口送入锅炉炉膛的燃尽风量。

26、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

27、本发明通过在省煤器出口与空气预热器入口之间的高温烟道设置高温取烟口，将高温低氧炉烟经高温增压风机和烟气分配母管分别输送至各预混仓，利用高温炉烟的低氧特性降低风扇磨煤机制粉介质中的氧含量，从而在原煤干燥、研磨及挥发分析出阶段形成低氧还原环境，减少含氮挥发分向氮氧化物前驱物转化，实现氮氧化物的源头抑制。高温炉烟与空气预热器输出的热一次风在预混仓内经多层交叉静态混合叶片充分混合，既能够利用炉烟和热风提供原煤干燥所需热量，又能够提高混合介质的温度及氧含量均匀性，兼顾低氧还原与制粉干燥要求。各风扇磨煤机分别对应设置高温调烟阀、热风调风阀和预混仓，能够根据不同风扇磨煤机的运行状态独立调节炉烟与热风配比。氧温复合在线测点与plc闭环调控控制柜配合，可根据混合介质的氧含量和温度实时调节各阀门及高温增压风机，提高系统运行稳定性。此外，通过锅炉炉膛中部补入高温低氧炉烟，并在炉膛上部补入燃尽风，形成制粉前置还原、炉膛二次还原和上部燃尽相结合的分级燃烧过程，在降低氮氧化物生成的同时，有利于保证煤粉充分燃尽和锅炉燃烧效率。