СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПЫЛЕУГОЛЬНОЙ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКОЙ
CONTROL METHOD OF PULVERISED-COAL BOILER PLANT

Настоящее изобретение относится к способу управления пылеугольной котельной установкой. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу подачи газа в углеразмольное устройство (мельницу) в пылеугольной котельной установке.
Например, Патентные документы 1-3 описывают относящуюся к делу технологию. Патентный документ 1 описывает технику питания углеразмольной мельницы смешанным газом (транспортирующим газом) из воздуха (воздуха для горения) и котельного отходящего газа, который прошел через подогреватель воздуха. Так как котельный отходящий газ имеет меньшую концентрацию кислорода, чем воздух, смешанный газ из котельного отходящего газа и воздуха имеет меньшую концентрацию кислорода, чем воздух. Смешанный газ может подаваться в углеразмольное устройство для предотвращения воспламенения угольной пыли в углеразмольной мельнице. Патентный документ 1 указывает, что концентрация кислорода в смешанном газе, предпочтительно, составляет 16% или меньше.
Патентный документ 2 описывает технику применения только одного котельного отходящего газа, а не свежего воздуха, как осушающего транспортирующего газа для угольной пыли для предотвращения воспламенения угольной пыли. Патентный документ 2 указывает, что котельный отходящий газ имеет концентрацию кислорода в пределах от 2% до 5%.
Патентный документ 3 описывает технику подачи части высокотемпературного котельного отходящего газа и воздуха в углеразмольное устройство для улучшения сушки угольной пыли и повышения термического кпд котла.
Список ссылок
Патентная литература
Патентный документ 1: нерассмотренная публикация заявки на патент Японии № 11-63471.
Патентный документ 2: нерассмотренная публикация заявки на патент Японии № 5-272709.
Патентный документ 3: нерассмотренная публикация заявки на патент Японии № 62-134416.
Топливо для пылеугольных котельных установок, как описано в Патентных документах 1-3, обычно является битуминозным углем. Угольные ресурсы, кроме битуминозного угля, включают в себя низкосортные угли, такие как бурый уголь и полубитуминозный уголь, который имеет меньшие степени углефикации, чем битуминозный уголь. Эти низкосортные угли составляют приблизительно половину общих угольных ресурсов. Настоящий заявитель выполняет научные исследования для применения этих низкосортных углей в качестве заменителей паровичных углей, таких как битуминозный уголь. Низкосортный уголь обогащается, например, посредством осушения (дегидратации) низкосортного угля. Дегидратация низкосортного угля увеличивает теплотворную способность низкосортного угля. Способом дегидратации низкосортных углей может быть способ дегидратации низкосортных углей в масле (дегидратация в масле).
Обогащенные низкосортные угли, полученные посредством обогащения низкосортных углей, имеют меньшие температуры воспламенения, чем паровичные угли. Смешивание низкосортного угля и паровичного угля, имеющего высокую температуру воспламенения, позволяет использовать обогащенный низкосортный уголь в качестве топлива для пылеугольных котельных установок, как описано в Патентных документах 1-3. Однако риск воспламенения в углеразмольной мельнице (мельнице) увеличивается с увеличением отношения смеси обогащенного низкосортного угля к паровичному углю.
Хотя Патентный документ 1 указывает, что когда концентрация кислорода в смешанном газе из котельного отходящего газа и воздуха составляет 16% или меньше, воспламенение угольной пыли может предотвращаться, как описано выше, он не предусматривает обогащения низкосортных углей. В Патентном документе 2 указан только котельный отходящий газ (имеющий концентрацию кислорода в пределах 2%-5%), подаваемый в углеразмольное устройство, как осушающий транспортирующий газ для угольной пыли. Хотя он также не принимает во внимание обогащенные низкосортные угли, этот способ может предотвращать воспламенение обогащенных низкосортных углей, имеющих низкие температуры воспламенения. Однако, как описано в качестве обычных примеров в Патентных документах 1-3, в большинстве пылеугольных котельных установок при работе используют воздух (свежий воздух) в качестве осушающего транспортирующего газа для угольной пыли. Таким образом, применение техники, описанной в Патентном документе 2, согласно которой не используют воздух (свежий воздух) в пылеугольных котельных установках, требует многих усложненных модификаций. Патентный документ 3 не направлен на предотвращение воспламенения угольной пыли и не описывает концентрацию кислорода в газе, подаваемом в углеразмольное устройство.
Ввиду описанных выше ситуаций, целью настоящего изобретения является получение способа управления пылеугольной котельной установкой, в которой применяют обогащенный низкосортный уголь в качестве топлива. Способ позволяет безопасно использовать обогащенный низкосортный уголь в качестве топлива для пылеугольных котельных установок и требует незначительной модификации существующих пылеугольных котельных установок.
В результате обширных исследований для указанных выше проблем настоящие изобретатели решают проблемы посредством подачи смешанного газа из котельного отходящего газа и воздуха в углеразмольное устройство, при этом смешанный газ имеет концентрацию кислорода меньше 12% по объему. Настоящее изобретение было сделано на основе этого заключения.
Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает получение способа управления пылеугольной котельной установкой, описанного ниже.
(1) Способ управления пылеугольной котельной установкой, в которой применяется обогащенный низкосортный уголь в качестве топлива, включает в себя:
приготовление смешанного газа, имеющего концентрацию кислорода меньше 12% по объему посредством добавления котельного отходящего газа в воздух; и
подачу смешанного газа в углеразмольное устройство.
Этот способ может предотвращать воспламенение угольной пыли (обогащенного низкосортного угля) в углеразмольной мельнице и позволяет безопасно использовать обогащенный низкосортный уголь в качестве топлива для пылеугольных котельных установок. Использование газа, имеющего концентрацию кислорода 12% по объему или более, заметно увеличивает риск воспламенения обогащенных низкосортных углей. Согласно настоящему изобретению, воздух подают в углеразмольную мельницу таким же образом, как и прежде. Таким образом, настоящее изобретение требует незначительной модификации существующих пылеугольных котельных установок.
(2) Способ управления пылеугольной котельной установкой в соответствии с п. (1), в котором
поток смешанного газа разделяется и проходит в канал для транспортирующего газа, который проходит через подогреватель газа, и обводной канал для транспортирующего газа, который обходит подогреватель газа, и
смешанный газ затем подают в углеразмольное устройство.
Этот способ позволяет независимо регулировать температуру и концентрацию кислорода в смешанном газе. Таким образом, существующие системы управления могут прямо использоваться без модификации для регулирования температуры газа, подаваемого в углеразмольное устройство.
(3) Способ управления пылеугольной котельной установкой в соответствии с п. (1) также включает в себя извлечение котельного отходящего газа из канала для отходящего газа, расположенного по потоку после обессеривающей колонны.
(4) Способ управления пылеугольной котельной установкой в соответствии с п. (2) также включает в себя извлечение котельного отходящего газа из канала для отходящего газа, расположенного по потоку после обессеривающей колонны.
Эти способы могут обеспечивать снижение содержания серы в смешанном газе, подаваемом в углеразмольное устройство, и предотвращать коррозию углеразмольной мельницы.
В соответствии с настоящим изобретением, смешанный газ, имеющий концентрацию кислорода меньше 12% по объему, подготовленный посредством смешивания воздуха и котельного отходящего газа, подают в углеразмольное устройство. Это может предотвращать воспламенение угольной пыли (обогащенного низкосортного угля) в углеразмольной мельнице и позволяет безопасно использовать обогащенный низкосортный уголь в качестве топлива для пылеугольных котельных установок. Кроме того, настоящее изобретение требует незначительной модификации существующих пылеугольных котельных установок.
Сущность изобретения поясняется на чертежах, где:
Фиг.1 - блок-схема пылеугольной котельной установки в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.2 - диаграмма области воспламенения осушенного бурого угля (обогащенного бурого угля).
Фиг.3 - блок-схема известной пылеугольной котельной установки.
Варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылками на чертежи. Описание известной пылеугольной котельной установки сопровождается описанием пылеугольной котельной установки в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения.
Известная пылеугольная котельная установка
Как показано на фиг.3, известная пылеугольная котельная установка 200 включает в себя, например, котельную топку 1, подогреватель 2 угля, денитрационную колонну 3, электростатический осадитель 4, вытяжной вентилятор 5, обессеривающую колонну 6, дымоход 7, бункер 14, мельницу 21 (углеразмольную мельницу), подогреватель 8 газа, нагнетательный вентилятор 9, вентилятор 10 первичного воздуха и блок 17 управления. На выходе мельницы в выходном канале мельницы 21 расположен газовый термометр 15. На входе мельницы во входном канале мельницы 21 расположен газовый расходомер 16. В канале между подогревателем 8 газа и мельницей 21 расположен клапан 12. В обводном канале подогревателя 8 газа расположен клапан 13. На входной стороне вентилятора 10 первичного воздуха расположен клапан 11.
Паровичный уголь, подаваемый в мельницу 21 через бункер 14, размалывается в мельнице 21, переносится потоком воздуха в котельную топку 1 и сжигается в котельной топке 1. Высокотемпературный котельный отходящий газ, произведенный сгоранием угольной пыли, подвергается рекуперации тепла в котельной топке 1 и подогревателе 2 угля и извлечению окисла азота в денитрационной колонне 3. Котельный отходящий газ нагревает первичный воздух, подаваемый в мельницу 21, и вторичный воздух, подаваемый в котельную топку 1, в подогревателе 8 газа. Котельный отходящий газ подвергают обеззоливанию в электростатическом осадителе 4 и удалению оксида серы в обессеривающей колонне 6 и затем выпускают через дымоход 7.
Паровичный уголь, подаваемый через бункер 14, размалывается и высушивается в мельнице 21. Паровичный уголь высушивают первичным воздухом, имеющим температуру в пределах приблизительно 200°C-300°C, поступающим от вентилятора 10 первичного воздуха в мельницу 21. Расход первичного воздуха регулируется степенью открытия клапана 11. Температура первичного воздуха на выходе мельницы регулируется степенью открытия клапанов 12 и 13. Блок 17 управления регулирует расход первичного воздуха степенью открытия клапана 11 при приеме сигналов от газового расходомера 16. Блок 17 управления регулирует температуру первичного воздуха на выходе мельницы степенью открытия клапанов 12 и 13 после приема сигналов от газового термометра 15.
Например, температуру первичного воздуха на выходе мельницы регулируют в пределах 60°C-70°C.
Клапан 11 является контрольным клапаном скорости потока первичного воздуха. Клапаны 12 и 13 являются клапанами регулирования температуры первичного воздуха.
Как показано на фиг.3, топлива для применения в пылеугольной котельной установке 200 являются паровичными углями, такими как битуминозный уголь, который имеет более высокие температуры воспламенения, чем низкосортные угли, такие как бурый уголь и полубитуминозный уголь. Таким образом, воспламенение угольной пыли в мельнице 21 редко наблюдалось как проблема. Однако, предусматривая будущее использование обогащенного низкосортного угля, имеющего высокую теплотворную способность и малую температуру воспламенения, как топлива для пылеугольных котельных установок, существует риск того, что пылеугольная котельная установка 200, показанная на фиг.3, без какой-либо модификации может вызвать воспламенение угольной пыли в мельнице 21.
Пример пылеугольной котельной установки в соответствии с настоящим изобретением
На фиг.1 показана блок-схема пылеугольной котельной установки 100 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Узлы, аналогичные узлам известной пылеугольной котельной установки 200, показанной на фиг.3, обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Канал удаления котельного отходящего газа
Как показано на фиг.1, пылеугольная котельная установка 100 согласно настоящему варианту осуществления изобретения включает в себя канал 32 удаления отходящего газа (канал удаления отходящего газа) для удаления части котельного отходящего газа из канала 31 для отходящего газа (канала для отходящего газа) между обессеривающей колонной 6 и дымоходом 7 и нагнетания извлеченного котельного отходящего газа в канал 33 для транспортирующего газа (путь транспортирующего газа), расположенный перед подогревателем 8 газа (перед первичным воздушным потоком). Канал 32 удаления отходящего газа подают вентилятором 18 для удаления отходящего газа и клапаном 19. Котельный отходящий газ охлаждается в обессеривающей колонне 6 и становится низкотемпературным отходящим газом.
Котельный отходящий газ, извлеченный из канала для отходящего газа 31, расположенного по потоку после обессеривающей колонны 6, может подаваться в мельницу 21, как описано ниже, чтобы понижать содержание серы в смешанном газе, подаваемом в мельницу 21, и, таким образом, предотвращать коррозию мельницы 21.
Извлечение котельного отходящего газа необязательно со стороны по потоку после обессеривающей колонны 6. Например, котельный отходящий газ может быть извлечен со стороны по потоку после электростатического осадителя 4 или даже канала для отходящего газа, расположенного перед электростатическим осадителем 4. Когда котельный отходящий газ извлекают на стороне по потоку после электростатического осадителя 4, котельный отходящий газ, подвергнутый, по меньшей мере, обеззоливанию, может быть добавлен в воздух.
Конструкция относительно канала для транспортирующего газа
Вентилятор 10 первичного воздуха соединен с подогревателем 8 газа через канал 33 для транспортирующего газа. Подогреватель 8 газа соединен с мельницей 21 через канал 35 для транспортирующего газа. Канал 33 для транспортирующего газа соединен с каналом 35 для транспортирующего газа через обводной канал 34 для транспортирующего газа (обводной путь транспортирующего газа). Воздух от вентилятора 10 первичного воздуха и котельный отходящий газ от газовытяжного вентилятора 18 могут обходить подогреватель 8 газа через обводной канал 34 для транспортирующего газа. Канал 35 для транспортирующего газа и обводной 34 канал для транспортирующего газа оборудованы клапаном 12 и клапаном 13, соответственно. Обводной канал 34 для транспортирующего газа отклоняется от канала 33 для транспортирующего газа в точке P разветвления и соединен с каналом 35 для транспортирующего газа на выходной стороне клапана 12.
Вход в мельницу канала 35 транспортирующего газа оборудован газовым расходомером 16 и измерителем 20 содержания кислорода.
В канале 33 для транспортирующего газа пылеугольной котельной установки 100 согласно настоящему варианту осуществления изобретения низкотемпературный котельный отходящий газ, извлеченный из канала 33 для транспортирующего газа, добавляют в воздух (внешний воздух), поступающий от вентилятора 10 первичного воздуха, для получения смешанного газа. Смешанный газ подают в мельницу 21 через канал 33 для транспортирующего газа, проходящий через подогреватель 8 газа и обводной канал 34 для транспортирующего газа, обходящий подогреватель 8 газа. Отношение смешанного газа, проходящего по каналу 33 для транспортирующего газа, и смешанного газа, проходящего по обводному каналу 34 для транспортирующего газа, регулируют для достижения целевой температуры выпуска мельницы (например, в пределах 60°C-70°C). Смешанный газ, проходящий по каналу 33 для транспортирующего газа, нагревается в подогревателе 8 газа при помощи высокотемпературного котельного отходящего газа, который прошел через котельную топку 1, подогреватель 2 угля и денитрационную колонну 3. Подогреватель 8 газа является газово-газовым теплообменником. Воздух (вторичный воздух), поступающий от нагнетательного вентилятора 9 к котельной топке 1, также нагрет в подогревателе 8 газа при помощи высокотемпературного котельного отходящего газа, который прошел через котельную топку 1, подогреватель 2 угля и денитрационную колонну 3. Угольная пыль (обогащенный бурый уголь) в мельнице 21 осушается смешанным газом и переносится смешанным газом в котельную топку 1.
Блок управления
Блок 17 управления согласно настоящему варианту осуществления изобретения управляет расходом и концентрацией кислорода в смешанном газе степенью открытия клапанов 11 и 19 при приеме сигналов от газового расходомера 16 и измерителя 20 содержания кислорода и управляет температурой смешанного газа на выходе мельницы степенью открытия клапанов 12 и 13 при приеме сигналов от газового термометра 15.
Например, блок 17 управления регулирует степень открытия клапанов 11 и 19 таким образом, что концентрация кислорода в смешанном газе составляет меньше 12% по объему. Когда расход газа, проходящего через клапаны 11 и 19, находится в прямой пропорции со степенью открытия клапанов 11 и 19, для увеличения расхода смешанного газа степень открытия клапанов 11 и 19 увеличивается, в то время как отношение степени открытия между клапанами 11 и 19 сохраняется по существу постоянным.
Для регулирования температуры смешанного газа на выходе мельницы блок 17 управления независимо регулирует степень открытия клапанов 12 и 13 в дополнение к регулированию степени открытия клапанов 11 и 19 для регулирования расхода смешанного газа и концентрации кислорода в нем. Клапаны 12 и 13 являются клапанами регулирования температуры смешанного газа.
Настоящий вариант осуществления изобретения может независимо осуществлять регулирование концентрации кислорода и расхода, а также регулирование температуры. Таким образом, температуру газа, подаваемого в мельницу 21, можно регулировать с применением блока 17 управления известной котельной установки 200, показанной на фиг.3, без модификации. Расход газа можно регулировать при помощи существующего блока 17 управления, показанного на фиг.3, с незначительной модификацией.
Если выходной конец канала 32 удаления отходящего газа соединен с каналом 35 для транспортирующего газа, расположенным по потоку после обводного канала 34 для транспортирующего газа и подогревателя 8 газа, регулирование концентрации кислорода, регулирование расхода и регулирование температуры смешанного газа становится сложным. Однако для предотвращения воспламенения угольной пыли, даже если выходной конец канала 32 удаления отходящего газа соединен с каналом 35 для транспортирующего газа, расположенным по потоку после обводного канала 34 для транспортирующего газа и подогревателя 8 газа, котельный отходящий газ может быть добавлен в воздух в обводном канале 34 для транспортирующего газа или в канале 35 для транспортирующего газа, расположенном по потоку после подогревателя 8 газа без проблем.
Клапаны 11, 19, 12 и 13 могут быть заслонками или дроссельными клапанами, которые являются более газонепроницаемыми, чем заслонки. Клапаны 12, 13, 11 и 19 могут иметь электрический привод. Когда клапаны 11, 19, 12 и 13 являются дроссельными клапанами, клапаны могут более точно регулировать расход газа и, таким образом, более точно регулировать концентрацию кислорода, расход и температуру смешанного газа.
Концентрация кислорода газа, подаваемого в углеразмольную мельницу
На фиг.2 показана диаграмма области воспламенения осушенного бурого угля (обогащенного бурого угля). На фиг.2 вертикальная ось представляет концентрацию пыли обогащенного бурого угля, и горизонтальная ось представляет концентрацию кислорода окружающего газа, содержащего пыль. Концентрация кислорода выражена как объемное отношение. Угольная пыль, имеющая размер частиц 75 мкм или меньше, составляет приблизительно 80% пыли обогащенного бурого угля (угольной пыли), используемой для данных на фиг.2.
3
Обогащенный бурый уголь получают посредством сушки (дегидратации) бурого угля. Дегидратация бурого угля увеличивает теплотворную способность бурого угля. Способ дегидратации бурого угля может быть способом дегидратации бурого угля в масле (дегидратация в масле). Верхний предел на вертикальной оси (2000 г/м) на фиг.2 включает в себя концентрацию пыли мельницы при нормальной работе. На фиг.2 показано, что риск взрыва (воспламенения) обогащенного бурого угля быстро увеличивается, когда концентрация кислорода окружающего газа, содержащего пыль обогащенного бурого угля, составляет 12% по объему или больше. Таким образом, воспламенение угольной пыли обогащенного бурого угля в мельнице 21 может быть предотвращено посредством подачи смешанного газа из воздуха и котельного отходящего газа, то есть смешанного газа, имеющего концентрацию кислорода меньше 12% по объему, в мельницу 21, как осушающего транспортирующего газа для угольной пыли. Таким образом, обогащенный бурый уголь может безопасно использоваться в качестве топлива для пылеугольных котельных установок. В настоящем варианте осуществления изобретения воздух подают в мельницу 21 таким же образом, как и прежде. Таким образом, настоящий вариант осуществления изобретения требует незначительной модификации существующих пылеугольных котельных установок. Обогащенный бурый уголь в мельнице 21 размалывается таким образом, что угольная пыль, имеющая размер частиц 75 мкм или меньше, составляет 70% или больше всей угольной пыли.
Само собой разумеется, что нет необходимости использовать 100%-й обогащенный бурый уголь в качестве топлива для котельной топки 1 (сжигание обогащенного бурого угля), и в качестве топлива для котельной топки 1 могут использоваться смешанные обогащенный бурый угль и паровичный уголь. Вместо обогащенного бурого угля, полученного обогащением бурого угля, в качестве топлива для котельной топки 1 также может использоваться обогащенный полубитуминозный уголь, полученный обогащением подбитуминозного угля. Таким образом, согласно настоящему варианту осуществления изобретения, можно безопасно использовать обогащенные низкосортные угли, такие как обогащенный бурый уголь.
Кроме того, когда смешанный газ, имеющий концентрацию кислорода 10% по объему или меньше, подают в мельницу 21, обогащенный низкосортный уголь может более безопасно использоваться в качестве топлива для котельной топки 1. Для улучшения кпд котла в мельницу 21 подают смешанный газ, предпочтительно, имеющий концентрацию кислорода 6% по объему или больше.
Хотя были описаны варианты осуществления настоящего изобретения, настоящее изобретение не ограничено этими вариантами. В вариантах осуществления изобретения могут быть сделаны различные модификации в рамках объема формулы изобретения.
Настоящая заявка основана на Заявке на патент Японии (Заявка на патент Японии № 2011-154894), поданной 13 июля 2011 г., которая включена сюда в качестве ссылочного материала.
В соответствии с настоящим изобретением, в углеразмольное устройство подают смешанный газ, имеющий концентрацию кислорода меньше 12% по объему, подготовленный посредством смешивания воздуха и котельного отходящего газа. Это может предотвращать воспламенение угольной пыли (обогащенного низкосортного угля) в углеразмольной мельнице и позволяет безопасно использовать обогащенный низкосортный уголь в качестве топлива для пылеугольных котельных установок. Кроме того, настоящее изобретение требует незначительной модификации существующих пылеугольных котельных установок.
Список ссылочных позиций
1 - Котельная топка.
2 - Подогреватель угля.
3 - Денитрационная колонна.
4 - Электростатический осадитель.
5 - Вытяжной вентилятор.
6 - Обессеривающая колонна.
7 - Дымоход.
8 - Подогреватель газа.
9 - Нагнетательный вентилятор.
10 - Вентилятор первичного воздуха.
11, 12, 13, 19 - Клапан.
14 - Бункер.
15 - Газовый термометр.
16 - Газовый расходомер.
17 - Блок управления.
18 - Газовытяжной вентилятор.
20 - Измеритель содержания кислорода.
21 - Мельница (углеразмольная мельница).
100 - Пылеугольная котельная установка.