一种利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置
技术领域：
本实用新型涉及一种利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置，属电力控制技术领域。
背景技术：
目前，为了鼓励清洁能源的发展，优先接收新能源发电量，火电负荷进行了压缩，也进一步加强了火电机组调峰作用。为提高火电机组运行的灵活性，使机组具备深度调峰能力，并进一步增加负荷响应速率，部分机组需要具备快速启停调峰能力。
实现深度调峰，提高机组运行灵活性，已成为火电企业的必要条件。要实现机组深度调峰，首先要保证机组在低负荷甚至是超低负荷下能够安全稳定运行，且具备快速升降负荷的能力，常规锅炉系统最低稳燃负荷一般在35％～40％BMCR，且在降负荷时速度缓慢，目前还无法满足深度调峰所要求的低负荷，甚至超低负荷稳燃和快速升降负荷的要求。
发明内容：
为了解决上述现有技术存在的问题，本实用新型提供利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置，该装置在常规制粉系统的基础上增加了煤制气系统和半焦碾磨系统。
本实用新型的具体技术方案如下：
一种利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置，包括锅炉、输送管道、带有原煤磨煤机的制粉系统，所述原煤磨煤机产出的煤粉经输送管路输送到锅炉，其特征在于：还包括煤制气系统和半焦碾磨制粉系统；
所述煤制气系统，主要包括煤气化反应器(2)、气固分离器(3)、锅炉的气体燃烧器(12) 及一次风粉管道和气体输送管道；经过煤气化反应器产生的煤制气，通过气固分离器输送到锅炉的气体燃烧器燃烧；气固分离器分离出的固体产物进入半焦仓；
所述半焦碾磨制粉系统，主要包括半焦仓(4)、半焦磨煤机(5)、半焦分离器(6)、半焦细粉仓(9)、给粉机(10)和排粉风机(7)；
半焦仓(4)内的固体产物存储至定量后排放到半焦磨煤机(5)中进行碾磨，碾磨后的半焦风粉混合物经半焦分离器(6)分离，合格的半焦细粉落入半焦细粉仓(9)，乏气经过排粉风机(7)进入原煤磨煤机(8)入口，替代部分一次风进入磨煤机；落入半焦细粉仓(9)的半焦细粉经给粉机(10)与原煤磨煤机出来的细粉一起送入锅炉的煤粉燃烧器燃烧。
优选地，所述制粉系统原始燃料为原煤，经原煤磨煤机(8)产出煤粉；所述煤制气系统燃料为制粉系统产生的煤粉，经煤气化反应器(2)产出煤制气和固体产物；所述半焦碾磨制粉系统原始燃料为煤制气系统产出的固体产物，经半焦磨煤机(5)产出半焦细粉。
优选地，所述原煤磨煤机(8)和半焦磨煤机(5)入口还配置了流量和温度测量装置，用以显示原煤磨煤机和半焦磨煤机入口温度和流量；所述原煤磨煤机(8)和半焦磨煤机(5)入口冷风及热风管道上分别布置有冷、热风量调节挡板，用以调节原煤磨煤机和半焦磨煤机入口温度和流量。
优选地，所述煤制气的输送管道上安装有输气逆止阀(31)，防止煤气化反应器(2)运行中，炉内爆燃导致高温烟气进入输气管道。
优选地，所述锅炉为切圆燃烧锅炉或对冲燃烧锅炉；
对于切圆燃烧锅炉，煤粉燃烧器至少布置六层，至少下面三层燃烧器配置稳燃装置；气体燃烧器至少布置四层，配置高能点火装置和火检检测装置；
对于对冲燃烧锅炉，煤粉燃烧器至少为三层，中下层煤粉燃烧器配置稳燃装置；气体燃烧器至少布置两层，配置高能点火装置和火检检测装置。
优选地，对于切圆燃烧锅炉，气体燃烧器布置在锅炉的四面墙体中部位置，并布置四层，与下四层一次风喷口同标高，气流射入方向与炉内切圆同向，气体射向其下风向一次风的向火侧，气流射入角度与一次风偏转角度相同。
优选地，对于对冲燃烧锅炉，气体燃烧器布置在前后墙和侧墙上，并且布置在上、下层煤粉燃烧器的中间高度，侧墙气体燃烧器与前后墙同标高。
优选地，所述稳燃装置包括油枪、微油、等离子、富氧等中的一种或两种。
利用上述装置采用煤与气协同控制燃煤锅炉负荷的方法，
当常规负荷运行时，煤制气系统备用，制粉系统和半焦碾磨制粉系统同步运行；
当深度调峰工况下，制粉系统和煤制气系统同步运行。
优选地，当负荷降低时，将原煤磨煤机(8)出口至煤气化反应器(2)入口一次风管道上的气化炉入口风粉混合物流量调节挡板(17)开启，实现煤制气系统和制粉系统的同步投运；
当负荷上升时，调节挡板(17)关闭，通过半焦细粉仓(9)出口处的半焦下粉管关断门(11) 的开关，实现半焦细粉的投用和停用，煤制气系统和半焦碾磨制粉系统系统投运可实现快速切换。
本实用新型相比现有技术具有如下有益效果：
本实用新型提供利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置，该装置在制粉系统的基础上增加了煤制气系统和半焦碾磨系统。
利用上述装置在超低负荷下可以连续投运稳燃，通过气体和煤粉协同配合，锅炉最低稳燃负荷可降低至25％BMCR，甚至更低，可以满足深度调峰和快速升降负荷的要求。
附图说明:
图1是本实用新型的装置布置示意图(也作摘要附图)；
图2是本实用新型的切圆燃烧锅炉气体燃烧器布置侧视图；
图3是本实用新型的切圆燃烧锅炉气体燃烧器布置正视图；
图4是本实用新型的切圆燃烧锅炉A-A截面燃烧器布置图；
图5是本实用新型的切圆燃烧锅炉B-B截面燃烧器布置图；
图6是本实用新型的对冲燃烧锅炉气体燃烧器布置侧视图；
图7是本实用新型的对冲燃烧锅炉气体燃烧器布置正视图；
图8是本实用新型的气体燃烧器管道布置简图；
图中：1-炉膛、2-煤气化反应器、3-气固分离器、4-半焦仓、5-半焦磨煤机、6-半焦分离器、7-排粉风机、8-原煤磨煤机、9-半焦细粉仓、10-给粉机、11-半焦下粉管关断门、12-气体燃烧器、13-不带稳燃煤粉燃烧器、14-气化炉入口温度测量装置、15-气化炉入口流量测量装置、16-气化炉入口热风量调节挡板、17-气化炉入口风粉混合物流量调节挡板、18-半焦磨煤机入口冷风量调节挡板、19-半焦磨煤机入口流量测量装置、20-半焦磨煤机入口温度测量装置、21-半焦磨煤机入口热风量调节挡板、22-原煤磨煤机入口热风量调节挡板、23-原煤磨煤机入口冷风量调节挡板、24-原煤磨煤机入口流量测量装置、25-原煤磨煤机入口温度测量装置、26-气固分离器隔断阀、27-半焦下降管隔断阀、28-热一次风、29- 冷一次风、30-气体燃烧器冷却风调节门、31-输气管道逆止阀、32-燃尽风喷口、33-二次风喷口、34-带稳燃煤粉燃烧器、35-气体燃烧器支管电动关断阀。
具体实施方式：
实施例一：
如图1所示，本实用新型提供的利用煤与气耦合协同控制燃煤锅炉负荷的装置，包括锅炉、输送管道、带有原煤磨煤机的制粉系统、煤制气系统和半焦碾磨制粉系统。
原煤磨煤机产出的煤粉经输送管路输送到锅炉，原煤磨煤机连接有热风和冷风，用以输送产出的煤粉。
煤制气系统，主要包括煤气化反应器2、气固分离器3和锅炉的气体燃烧器12，还包括一次风粉管道和气体输送管道；经过煤气化反应器产生的煤制气，通过气固分离器输送到锅炉的气体燃烧器燃烧；气固分离器分离出的固体产物进入半焦仓。
半焦碾磨制粉系统，主要包括半焦仓4、半焦磨煤机5、半焦分离器6、半焦细粉仓9、给粉机10和排粉风机7，半焦磨煤机连接有热风和冷风，用以输送产出的半焦细粉；半焦仓4内的固体产物存储至一定的量后排放到半焦磨煤机5中进行碾磨，碾磨后的半焦风粉混合物经半焦分离器6分离，合格的半焦细粉落入半焦细粉仓9，乏气经过排粉风机7 进入原煤磨煤机8入口，替代部分一次风进入磨煤机；落入半焦细粉仓9的半焦细粉经给粉机10与原煤磨煤机出来的细粉一起送入锅炉的煤粉燃烧器燃烧。
制粉系统包括原煤磨煤机8、燃烧器13和燃烧器34。制粉系统原始燃料为原煤，通过原煤磨煤机8将原煤磨成煤粉，原煤磨煤机8经管路连接有一次热风28和一次冷风29，利用一次热风28和一次冷风28将煤粉输送到煤粉燃烧器13燃烧。
煤制气系统燃料为制粉系统产生的煤粉，原煤磨煤机出口处设有气化炉入口风粉混合物流量调节挡板17，打开该挡板，煤粉可以进入到的煤气化反应器2中，在反应器中煤粉颗粒被瞬时加热，在温度为900～1200K时，挥发性物质从煤颗粒中以爆炸的形式释放出来，产生煤制气，即CO、H2、CH4和CO2等，煤制气通过气固分离器3进入到气体燃烧器12燃烧。
半焦碾磨制粉系统燃料为煤气化系统剩余的固体产物，固体产物通过气固分离器3 进入到半焦仓4中储存，当存储到定量时，进入到半焦磨煤机5中研磨成半焦细粉，半焦磨煤机5也经管路连接有一次热风28和一次冷风29，利用一次热风28和一次冷风29将半焦细粉输送到半焦细粉仓9中储存，乏气经过排粉风机7进入原煤磨煤机8入口，替代部分一次风进入磨煤机，起到回收热量，环保节能的作用。
煤制气输送支管与气体燃烧器12之间布置有气体燃烧器支管电动关断阀35，可以单独控制单只气体燃烧器12气体投运或切断，所有气体燃烧器支管电动关断阀35保持全开，见图8。
常规负荷下，气化炉入口风粉混合物流量调节挡板17关闭，通过半焦细粉仓9出口处的半焦下粉管关断门11的开关，实现半焦细粉的投用和停用，锅炉燃烧制粉系统产生的煤粉及半焦碾磨制粉系统产生的半焦细粉，以煤粉为主，煤制气剩余的固体产物碾磨成半焦细粉，可以保证其着火和燃尽。
当负荷较高，气体燃料切除后，将冷一次风29至输气管道的气体燃烧器12气体燃烧器冷却风调节门30打开，可以冷却气体燃烧器12，防止其烧损。
深度调峰工况下，将原煤磨煤机8出口至煤气化反应器2入口一次风管道上的气化炉入口风粉混合物流量调节挡板17开启，实现煤制气系统和制粉系统的同步投运，锅炉燃烧制粉系统产生的煤粉及煤制气系统产生的煤制气，以煤粉为主，煤制气温度约600℃，其热量占入炉热量的10％～30％(负荷越低占比越高)，利用煤制气高热值、易着火的特性，助燃煤粉稳定燃烧，达到低负荷稳燃和快速升降负荷的作用，锅炉最低稳燃负荷可降低至25％BMCR，甚至更低负荷，同时煤制气中的还原性气体(CO、H2、CH4等)有利于降低NOx排放量，有利于环境保护。
上述装置在超低负荷下可以连续投运稳燃，通过气体和煤粉协同配合，可以满足深度调峰和快速升降负荷的要求。
实施例二：
本实施例可选设计为，原煤磨煤机8入口设有原煤磨煤机入口流量测量装置24和原煤磨煤机入口温度测量装置，半焦磨煤机5入口设有半焦磨煤机入口流量测量装置19和半焦磨煤机入口温度测量装置20，用以调整和显示原煤磨煤机和半焦磨煤机入口温度和流量；原煤磨煤机8入口冷风及热风管道上分别设有原煤磨煤机入口冷风量调节挡板23 和原煤磨煤机入口热风量调节挡板22，半焦磨煤机5入口冷风及热风管道上分别设有半焦磨煤机入口冷风量调节挡板18和半焦磨煤机入口热风量调节挡板21，用以调节原煤磨煤机和半焦磨煤机入口风温。
实施例三：
本实施例可选设计为，在煤制气的输送管道上安装有输气逆止阀31，防止煤气化反应器2运行中，炉内爆燃导致高温烟气进入输气管道。
实施例四：
本实施例可选设计为，如图2-图5所示，锅炉为切圆燃烧锅炉，煤粉燃烧器共布置6层，其中下面3层带稳燃煤粉燃烧器34，上面3层不带稳燃煤粉燃烧器；气体燃烧器12 布置4层，配置高能点火装置和火检检测装置。
气体燃烧器12布置在锅炉的四面墙体中部位置，并布置四层，气体燃烧器12配置高能点火装置和火检检测装置，气体燃烧器喷口与下四层一次风喷口同标高，气流射入方向与炉内切圆同向，气体射向其下风向一次风的向火侧，气流射入角度与一次风偏转角度相同均为ɑ，一般在0°～5°。其中稳燃装置包括大油枪、微油、等离子、富氧等中的一种或两种。
实施例五：
本实施例可选设计为，如图6、图7所示，该锅炉为对冲燃烧锅炉，煤粉燃烧器为3层，且中下层为带稳燃煤粉燃烧器34，气体燃烧器12布置2层，且配置高能点火装置和火检检测装置。
气体燃烧器12布置在前后墙和侧墙上，并且布置在上、下层煤粉燃烧器的中间高度，侧墙气体燃烧器12与前后墙同标高，中下层煤粉燃烧器为带稳燃煤粉燃烧器34。其中稳燃装置包括大油枪、微油、等离子、富氧等中的一种或两种。
