一种超临界煤气锅炉的煤气供应系统的制作方法

1.本实用新型属于煤气发电技术领域，具体涉及一种超临界煤气锅炉的煤气供应系统。


背景技术：

2.钢厂低热值煤气发电行业已历经中温中压、高温高压、高温超高压、亚临界、超临界五代技术更迭。其中，亚临界技术以前，燃气锅炉均为汽包炉；而对于超临界技术，锅炉采用直流炉型式。
3.钢厂中煤气的量始终处于不稳定的波动状态，而燃气锅炉运行中，燃料与给水量的匹配调节是十分重要的，其直接影响到锅炉的安全运行。当前，亚临界及以下参数煤气发电机组中，锅炉燃料与给水量的控制可通过中间量汽包水位进行间接控制，但超临界直流炉无汽包，煤气波动下其燃料与给水量匹配的控制暂无可靠成熟的技术。


技术实现要素：

4.本实用新型涉及一种超临界煤气锅炉的煤气供应系统，至少可解决现有技术的部分缺陷。
5.本实用新型涉及一种超临界煤气锅炉的煤气供应系统，包括煤气主管道以及与各锅炉燃烧器一一对应连接的多个煤气分支管道，在所述煤气主管道上设有煤气储气装置和主流量调节阀，所述主流量调节阀位于所述煤气储气装置的下游。
6.作为实施方式之一，所述煤气主管道上设有第一监测位，所述第一监测位位于所述煤气储气装置与所述主流量调节阀之间，在所述第一监测位处沿煤气流通方向依次设有多个第一压力监测单元。
7.作为实施方式之一，在所述第一监测位处还设有第一煤气热值监测单元。
8.作为实施方式之一，所述煤气主管道上还设有第二监测位，所述第二监测位位于所述煤气储气装置的上游，在所述监测位处沿煤气流通方向依次设有多个第二压力监测单元。
9.作为实施方式之一，在所述第二监测位处还设有第二煤气热值监测单元。
10.作为实施方式之一，所述第一监测位与所述主流量调节阀之间的距离在20m以上。
11.作为实施方式之一，所述煤气分支管道上还设有支管流量调节阀。
12.作为实施方式之一，所述煤气主管道上还设有旁通管，所述旁通管的两端分别连接在所述煤气储气装置的上游和下游，于所述旁通管上设有旁通阀。
13.作为实施方式之一，所述旁通管上还设有旁路流量调节阀。
14.作为实施方式之一，所述煤气储气装置为煤气柜。
15.本实用新型至少具有如下有益效果：
16.本实用新型在煤气主管道上布置煤气储气装置，该煤气储气装置可作为一级缓冲，能显著地缓解煤气波动对锅炉造成的不利冲击，提高超临界煤气锅炉及发电机组的运
行稳定性；该煤气储气装置与主流量调节阀配合，可实现对煤气波动的二级调节，超临界煤气锅炉及发电机组的运行稳定性更高。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
18.图1为本实用新型实施例提供的超临界煤气锅炉的煤气供应系统的结构示意图。
具体实施方式
19.下面对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.实施例一
21.如图1，本发明实施例提供一种超临界煤气锅炉的煤气供应系统，包括煤气主管道1以及与各锅炉燃烧器5一一对应连接的多个煤气分支管道4，在所述煤气主管道1上设有煤气储气装置12和主流量调节阀13，所述主流量调节阀13位于所述煤气储气装置12的下游。
22.上述煤气储气装置12位于煤气主管道1所连接的主煤气源的下游。在其中一个实施例中，上述煤气储气装置12采用煤气柜，其为成熟储气设备，具体结构此处不作赘述。
23.本实施例中，在煤气主管道1上布置煤气储气装置12，该煤气储气装置12可作为一级缓冲，能显著地缓解煤气波动对锅炉造成的不利冲击，提高超临界煤气锅炉及发电机组的运行稳定性；该煤气储气装置12与主流量调节阀13配合，可实现对煤气波动的二级调节，超临界煤气锅炉及发电机组的运行稳定性更高。
24.可选地，可以设置多套煤气储气装置12，各煤气储气装置12并联，从而各煤气储气装置12均可以接收上游煤气以及均可以对下游供应煤气，能进一步提高超临界煤气锅炉及发电机组的运行稳定性和可靠性。例如设置两套煤气储气装置12，在其中一套煤气储气装置12向下游供气时，另一套煤气储气装置12接收上游煤气；基于该方案，一方面能避免煤气储气装置12同时进气和排气时造成不必要波动，另一方面，煤气储气装置12单独接收上游煤气后，过一段时间再向下游供气，能起到煤气均质效果，提高该煤气储气装置12内的煤气热值均匀性。
25.在其中一个实施例中，上述煤气储气装置12的容量为1～10万nm3。
26.在其中一个实施例中，如图1，所述煤气主管道1上设有第一监测位11，所述第一监测位11位于所述煤气储气装置12与所述主流量调节阀13之间，在所述第一监测位11处设有第一煤气热值监测单元112以及沿煤气流通方向依次设置的多个第一压力监测单元111。其中，第一煤气热值监测单元112可采用热值仪，第一压力监测单元111可采用压力变送器等压力监测设备。
27.其中，第一监测位11是一段区间，即具有一定的管道轴向长度，例如为煤气主管道
1的一个监测段，便于监测设备的布置。
28.其中，煤气压力测点(即压力监测单元111)的数量优选为是3个或3个以上，以保证压力监测的准确性和可靠性。相邻两个煤气压力测点之间的间距优选为在1～20m范围内，进一步优选为控制在5～15m范围内。
29.在其中一个实施例中，煤气热量供给量采用如下公式计算：
30.q
煤气
＝qm
气
31.其中，q为煤气热值，可通过上述煤气热值监测单元112进行实时监测；m
气
为煤气流量，可以通过监测煤气压力换算获得。
32.上述煤气热值监测单元112可以与其中一个第一压力监测单元111相对布置在煤气主管道1的同一截面上，也可以布置在相邻两个第一压力监测单元111之间，或者布置在各第一压力监测单元111的下游。
33.实际运行中，煤气热值的波动较小，因此，本实施例中，主要考虑煤气流量波动对锅炉运行造成的影响。
34.第一监测位11与主流量调节阀13之间具有一定的距离，保证在煤气波动时可以提前进行相应的处理。在其中一个实施例中，第一监测位11与主流量调节阀13之间的距离在20m以上，例如控制在20～100m范围内。
35.主流量调节阀13与锅炉燃烧器5之间具有一定的距离，该距离也优选为在20m以上，例如在在20～100mm范围内。
36.上述主流量调节阀13显然采用自动阀门，可以采用电动蝶阀等流量调节阀门。
37.在其中一个实施例中，如图1，所述煤气主管道1上还设有第二监测位12，所述第二监测位12位于所述煤气储气装置12的上游，在所述监测位处沿煤气流通方向依次设有多个第二压力监测单元121。通过该第二监测位12对上游煤气的压力进行监测，可以及时掌握上游煤气压力是否出现波动，便于后续调节。
38.进一步地，在第二监测位12还设有第二煤气热值仪122，可以在线监测煤气热值，该第二煤气热值仪122可以与其中一个第二压力监测单元121相对布置在煤气主管道1的同一截面上，也可以布置在相邻两个第二压力监测单元121之间，或者布置在各第二压力监测单元121的下游。
39.可选地，所述煤气主管道1上还设有旁通管6，所述旁通管6的两端分别连接在所述煤气储气装置12的上游和下游，于所述旁通管6上设有旁通阀62。进一步地，该旁通管6的入口端位于第二监测位12与煤气储气装置12之间，该旁通管6的出口端位于煤气储气装置12与第一监测位11之间。在该方案中，可根据上游煤气的压力波动情况，选择使上游煤气进入煤气储气装置12或直通供应给锅炉燃烧器5，例如煤气波动在允许范围内时，可以直接供应给锅炉燃烧器5。
40.上述旁通阀62可以为切断阀。
41.优选地，可在旁通管6上设置旁路流量调节阀61，基于该设计，可使部分煤气通过旁通管6流通、部分煤气进入煤气储气装置12，减少对煤气储气装置12的流量冲击，当上游煤气流量超出了煤气储气装置12的储气裕量时，可保证系统运行的顺畅性和安全性；在其中一个实施例中，可通过旁通管6设定一个稳定流通流量，当上游煤气出现正波动时，旁通管6保持正常煤气流通量，多余的煤气则进入煤气储气装置12，通过煤气储气装置12吸收煤
气增量，可在提高系统运行稳定性的同时，减少对煤气储气装置12的冲击，而且调节也更为快捷有效；当上游煤气出现负波动时，煤气全部经旁通管6流通，并通过煤气储气装置12补充波动量。
42.在其中一个实施例中，如图1，所述煤气分支管道4上还设有支管流量调节阀41。进一步可在该煤气分支管道4上设置第三压力监测单元42。通过控制煤气主管道1上的主流量调节阀13与煤气分支管道4上的支管流量调节阀41，能进一步提高对锅炉煤气流量的可控性和控制灵活性，进而提高超临界锅炉的运行稳定性。另外，在该煤气分支管道4上还设有切断阀43，例如采用液动切断阀，可以进一步提高系统运行的可靠性。
43.另外，如图1，优选地，在煤气主管道1的尾端还设有换热器3，该换热器3优选为是烟气-煤气间接换热器，可以利用锅炉排放烟气的余热，提高煤气的燃烧效果。
44.可选地，如图1，在煤气主管道1上还设有电动盲板阀14和液动快切阀15，可以进一步提高系统运行的可靠性。
45.上述煤气主管道1运输的优选为是钢厂煤气，例如高炉煤气等。上述主蒸汽参数优选为压力不低于22.12mpa、温度不低于540℃，上述超临界煤气锅炉可适用于超临界煤气发电机组、超超临界煤气发电机组等。
46.实施例二
47.本发明实施例提供一种超临界煤气锅炉稳定运行控制方法，所述方法基于上述实施例一所提供的超临界煤气锅炉的煤气供应系统实施。
48.上述方法包括：
49.当上游煤气压力波动在设定波动范围内时，上游煤气先进入所述煤气储气装置12进行缓存，所述煤气储气装置12则向锅炉燃烧器5供应煤气，实现对煤气波动的一级缓冲，能相应地提高该超临界煤气锅炉的运行稳定性。
50.一般工况下，在增设煤气储气装置12后，能相对稳定地向锅炉燃烧器5供应煤气，但当上游煤气压力波动较大时，煤气储气装置12出口侧的煤气压力仍可能会产生波动，而且当煤气储气装置12持续性地进气和排气时，其内部煤气热值也会产生波动，进而导致煤气储气装置12出口侧的煤气热值仍可能会产生波动。因此，当上游煤气压力波动超出设定波动范围和/或煤气储气装置12出口侧的煤气热值发生波动时，在煤气储气装置12的一级缓冲基础上，通过所述主流量调节阀13对煤气流量进行调节，实现对煤气波动的二级调节。
51.其中，上游煤气波动可通过上述第二监测位12实现。
52.进一步地，通过所述主流量调节阀13对煤气流量进行调节具体包括：
53.在所述煤气主管道1上设置第一监测位11，所述第一监测位11位于所述煤气储气装置12与所述主流量调节阀13之间，在所述第一监测位11处设有煤气热值监测单元112以及沿煤气流通方向依次设置的多个第一压力监测单元111；
54.通过第一监测位11处的各第一压力监测单元111对煤气压力进行监测，基于监测到的煤气压力波动计算得到因煤气波动所导致的煤气热量供给量的变化量δq
煤气
；计算煤气从第一监测位11运行到主流量调节阀13所需的时间t1；
55.若δq
煤气
＞0，经时间t1后，减小所述主流量调节阀13开度，以提高煤气锅炉的主蒸汽参数稳定性；
56.若δq
煤气
＜0，经时间t1后，增大所述主流量调节阀13开度，以提高煤气锅炉的主蒸
汽参数稳定性；
57.若δq
煤气
＝0，保持所述主流量调节阀13开度不变。
58.第一监测位11的设置在上述实施例一中已有述及，此处不作赘述。
59.在其中一个实施例中，煤气热量供给量采用如下公式计算：
60.q
煤气
＝qm
气
61.其中，q为煤气热值；m
气
为煤气流量。
62.进一步地，当计算煤气从第一监测位11运行到主流量调节阀13所需的时间t1时，以该第一监测位11的处于中心位的煤气压力测点所在位置或者以该第一监测位11的中心位置作为煤气的起始运行位置，煤气流速可在该起始运行位置所监测到的煤气压力基础上、结合管径等进行计算得到。
63.进一步地，当计算δq
煤气
时，先获得煤气压力波动量，具体地，计算每相邻两个第一压力监测单元111之间的压力差，取各压力差的平均值作为上述煤气压力波动量。在计算每相邻两个第一压力监测单元111之间的压力差时，优选为是下游压力监测单元的监测数据减去上游压力监测单元的监测数据。由于煤气波动一般是徐变过程，而非突变过程，因此上述计算方式能保证监测结果的准确性和可靠性。
64.显然地，第二监测位12处对于煤气波动的检测可参考第一监测位11处的检测方式，因此不作赘述。
65.进一步优选地，当调节所述主流量调节阀13开度时，调节的目标在于：控制锅炉中间点温度的波动范围在0～10℃之内，可达到上述提高煤气锅炉的主蒸汽参数稳定性的效果。
66.在煤气热值波动不大的情况下，优选地，煤气压力每下降或上升1kpa，上述主流量调节阀13的开度相应地增加或减小1％～10％。
67.进一步优选地，所述方法还包括：
68.当所述主流量调节阀13调至最大开度仍达不到控制目标时，进一步通过调节锅炉主给水流量以达到控制目标。
69.锅炉运行时，为保证主蒸汽参数稳定，燃料与给水应满足以下关系：
70.q
水
＝ηq
煤气
71.其中，q
水
为给水热交换吸收的热量；η为锅炉热效率。
72.q
水
＝m
水
(h
out-h
in
)
73.其中，m
水
为锅炉主给水流量；h
out
为给水换热后比焓值，h
in
为给水换热前比焓值。对于h
out
以及h
in
的查表操作，目前工程上一般参考《水和水蒸气热力性质图表手册》；锅炉主给水与主蒸汽的参数适用于该手册中的“水和过热蒸汽表”。具体地，根据锅炉主给水的温度与压力参数，查询“水和过热蒸汽表”即可获取锅炉主给水比焓值h
in
；根据锅炉主蒸汽的温度与压力参数，查询“水和过热蒸汽表”即可获取锅炉主蒸汽比焓值h
out
。
74.因此，锅炉主给水流量的计算公式为：
[0075][0076]
尽管不同负荷下锅炉热效率η不同，但由于煤气的波动一般是一个连续过程，锅炉
热效率η不会发生突变，因此可近似认为相邻两个监测时刻的锅炉热效率η保持不变。但是，优选地，在每次主流量调节阀13的开度调节之后，重新计算锅炉热效率η，具体的计算方法为本领域常规技术，此处不作赘述。
[0077]
相应地，锅炉主给水流量的调节量按如下公式计算：
[0078][0079]
其中，η为锅炉热效率，h
out
为给水换热后比焓值，h
in
为给水换热前比焓值。
[0080]
可以根据上述计算结果，调节给水泵的变频器频率来达到调节锅炉主给水流量的目的。锅炉主给水流量的调节量等于δm
水
显然是理想的调节目标，但考虑实际工况，锅炉主给水流量的调节量接近该δm
水
被认为是合理的，具体的差量应满足保证锅炉中间点温度的波动范围在0～10℃的要求。
[0081]
进一步地，所述方法还包括：
[0082]
获取煤气从第一监测位11传输至锅炉燃烧器5所需时间t2以及给水从给水泵传输至锅炉水冷壁所需时间t3，
[0083]
若t2＞t3，则滞后调节锅炉主给水流量，滞后时间为t2-t3；
[0084]
若t2＜t3，则在锅炉主给水流量调节到位前，减小锅炉燃烧器5入口侧的煤气分支管道4上的支管流量调节阀41开度，以提高煤气锅炉的主蒸汽参数稳定性。进一步地，当到达时间t3后，再将支管流量调节阀41开度复位至煤气波动前的位置，以进一步提高后续锅炉运行的稳定性。
[0085]
基于上述方案，充分考虑煤气波动到达锅炉燃烧器5的时间和给水到达锅炉水冷壁的时间，保证调节操作的可靠性，能进一步提高煤气锅炉的运行稳定性，保证各种工况下的主蒸汽参数能控制在目标范围内。
[0086]
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
[0087]
在所述煤气主管道1上设置旁通管6，所述旁通管6的两端分别连接在所述煤气储气装置12的上游和下游，于所述旁通管6上设有旁通阀62；
[0088]
在所述煤气储气装置12的上游监测煤气压力波动，当上游煤气压力未出现波动或上游煤气压力波动在允许波动范围内时，上游煤气经所述旁通管6直通运行；当煤气压力出现波动时，上游煤气进入所述煤气储气装置12。
[0089]
旁通管6的设置在上述实施例一中已有述及，此处不作赘述。
[0090]
对于上述的允许波动范围，在其中一个实施例中，在正常煤气流量的基础上，煤气流量波动量δm
气
在0～6％范围内时，可被认为上游煤气压力波动处于允许波动范围内。
[0091]
上述设定波动范围可根据具体的工况和系统设计参数等进行确定。在上述设有旁通管6的方案中，可选地，在正常煤气流量的基础上，煤气流量波动量δm
气
在6～40％范围内时，可被认为上游煤气压力波动处于设定波动范围内。
[0092]
上游煤气经旁通管6直通时，煤气储气装置12的入口和出口优选为均关闭；上游煤气进入煤气储气装置12时，旁通管6优选为关闭。
[0093]
在另外的实施例中，如上述实施例一中述及的，在旁通管6上设置旁路流量调节阀61，可使部分煤气通过旁通管6流通、部分煤气进入煤气储气装置12，减少对煤气储气装置
12的流量冲击，当上游煤气流量超出了煤气储气装置12的储气裕量时，可保证系统运行的顺畅性和安全性。优选地，可通过旁通管6设定一个稳定流通流量，当上游煤气出现正波动时，旁通管6保持正常煤气流通量，多余的煤气则进入煤气储气装置12，通过煤气储气装置12吸收煤气增量，可在提高系统运行稳定性的同时，减少对煤气储气装置12的冲击，而且调节也更为快捷有效；当上游煤气出现负波动时，煤气全部经旁通管6流通，并通过煤气储气装置12补充波动量。
[0094]
另外，当煤气储气装置12出现故障或进行检修时，上游煤气可经旁通管6直通，因此能保证系统运行顺畅性和安全性；而且，在该工况中，当上游煤气出现波动，仍可通过调节主流量调节阀13以及通过调节锅炉主给水流量等保证超临界煤气锅炉的运行稳定性，上述主流量调节阀13的调节方式等均适用于本工况中，因此不再赘述。
[0095]
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。