本发明涉及一种煤粉深度分级燃烧系统及其运行方法，属于能源机械设备领域。
背景技术：
在我国，煤炭资源仍然是主要的燃料，在一次能源总消耗量中占比60％以上，以煤炭为主的能源结构在可预见的未来不会发生根本性的变化。煤在燃烧过程中将产生含硫氧化物、含氮氧化物及灰渣等大量污染物，严重污染生态环境。由于我国大部分煤炭资源都是高硫高氮的劣质煤，因此煤燃烧污染物控制问题是急需解决的重要问题。
针对日益严重的污染问题，国家制定的环保标准日益严格，部分发电企业更是结合实际情况提出更严格的环保目标——超低排放。超低排放主要针对粉尘，sox和nox等常规大气污染物，通过技术改进或开发新技术使粉尘、sox和nox达到超低排放标准。
目前多数燃煤大型电站采用尾部烟道加设脱硫、脱硝和静电除尘等装置对烟气进行处理，使排放烟气达到超低排放标准。但是这类技术安装成本高，运行成本高，同时增大厂用电，大大降低发电效率和经济效益，并且采取相似措施比较被动，无法有效的从根本上解决锅炉内煤燃烧的污染物排放问题。除此之外，比较合理的技术路线是通过改变、组织新型燃烧方式，优化锅炉系统结构，在燃烧过程中实现nox、sox的低排放。然而，基于此路线所开发整体煤气化联合循环技术，由于需要建造专门的igcc电站，前期投入比较大。而循环流化床技术可以达到nox、sox的低排放，但分离器设备无法分离未完全燃烧的煤粉细颗粒(＜30μm)和中颗粒(30～100μm)，因此煤粉燃尽率不高。综上可知，目前对于燃用劣质煤所带来的污染物排放问题，仍然未得到非常根本的解决，相关技术依然有待进一步的突破。
技术实现要素：
本发明旨在提供一种煤粉分级燃烧的方法及装置，提高煤粉的燃尽率，降低污染排放。
本发明通过以下技术方案实现：
一种煤粉深度分级燃烧方法，所述方法包括：
符合粒度要求的煤粉和一次风从上部通入前置燃烧装置，在所述前置燃烧装置中进行不完全燃烧或部分气化；
不完全燃烧或部分气化产生的燃烧气携带着未燃尽的煤粉和未燃烧的煤粉进入中温燃烧装置，在所述中温燃烧装置底部通入的二次风的作用下呈悬浮燃烧；燃烧烟气携带着未燃尽煤粉上行，在从所述中温燃烧装置中上部通入的燃尽风的作用下燃烧；
燃烧后的热烟气进入分离器中进行气固分离，分离下来的烟气进入后续利用或直接除尘排放；分离下来的固体颗粒作为循环灰回送到中温燃烧装置下部参与物料循环，同时未燃尽的煤粉颗粒也被送回到中温燃烧装置中实现循环燃烧，直至燃尽。
上述一种煤粉深度分级燃烧方法中，所述煤粉颗粒粒径小于等于200um。
上述一种煤粉深度分级燃烧方法中，所述煤粉在前置燃烧装置中转化率为：颗粒粒径＜30um的细颗粒煤粉转化率大于80％，颗粒粒径为30～100um的中颗粒煤粉转化率大于40％，颗粒粒径＞100um的粗颗粒煤粉转化率大于10％。
上述一种煤粉深度分级燃烧方法中，所述未燃尽的煤粉颗粒通常粒径分布在100～200um。
上述一种煤粉深度分级燃烧方法还包括：所述中温燃烧装置启动时，预先在所述中温燃烧装置底部加入粒径范围在150～200um的沙子或煤灰颗粒作为循环物料。
上述一种煤粉深度分级燃烧方法中，所述一次风过量空气系数选用0.3～0.6；所述二次风和燃尽风的总体过量空气系数选用1.05～1.20。
上述一种煤粉深度分级燃烧方法中，所述中温燃烧装置内燃烧温度范围为800℃～950℃。
一种用于实现上述煤粉深度分级燃烧方法的系统，所述系统包括前置燃烧装置、中温燃烧装置和分离器；所述前置燃烧装置顶部设置燃烧器，所述前置燃烧装置底部设置合成气出口；所述中温燃烧装置从下到上依次设置二次风入口、中间燃料入口和燃尽风入口；所述中温燃烧装置下部与所述中间燃料入口相对的一侧设置有回料口；所述中温燃烧装置底部和顶部和分别设置有排渣口和热烟气出口；所述合成气出口与所述中间燃料入口之间设有连接输送装置相连；所述热烟气出口与所述分离器之间设有连接管道相连；所述分离器底部设有回料管与所述中温燃烧装置的回料口连接。
作为进一步改进的技术方案，所述燃烧器优选为旋流燃烧器。
作为进一步改进的技术方案，所述中温燃烧装置底部设置布风板，与所述二次风入口相通，用于二次风的布风。
作为进一步改进的技术方案，所述中温燃烧装置底部的二次风入口沿所述中温燃烧装置底部周向设置若干个，且所述若干个二次风入口在所述中温燃烧装置内的出风方向为倾斜向上。
作为进一步改进的技术方案，所述中温燃烧装置底部设置有射流喷口，所述射流喷口与所述二次风入口连通。优选的，所述射流喷口设置在所述中温燃烧装置底部中央，且射流喷口开口方向朝上。
作为进一步改进的技术方案，所述中温燃烧装置还设置有脱硫剂入口，所述脱硫剂入口设置在所述燃尽风入口处或者设置在所述回料管上。
本发明具有以下优点及有益效果：通过前置燃烧装置对煤粉进行部分气化得到气化合成气，再使其在中温燃烧装置进行燃烧，既对细、中、粗三类颗粒进行了气化处理，提高了煤粉颗粒在整个系统中的停留时间，有利于煤粉的着火，提高了煤粉的转化率，又改燃煤方式为燃用煤粉与合成气的方式，改善了炉膛内部流场和温度场的分布，从而使燃烧更彻底，燃尽率更高。
附图说明
图1为本发明所涉及的其中一种实施方式的煤粉深度分级燃烧系统示意图。
图中：1－前置燃烧装置；2－中温燃烧装置；3－分离器；4－引风机；5－除尘器；6－烟囱；11－燃烧器；12－合成气出口；21－中间燃料入口；22－回料口；23－二次风入口；24－脱硫剂入口；25－燃尽风入口；26－热烟气出口；27－排渣口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。
本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。
如图1所示，一种煤粉深度分级燃烧系统，包括依次相连的前置燃烧装置1、中温燃烧装置2和分离器3。还包括引风机4、除尘器5和烟囱6，引风机4可以连接在分离器3和除尘器5之间，也可以连接在除尘器5和烟囱6之间。根据污染物排放要求，所述系统还可以包括脱污塔。同时，在分离器3之后根据需要也可以设置余热利用装置。
前置燃烧装置1顶部设置燃烧器11，燃烧器可以选用旋流燃烧器，煤粉和一次风通过燃烧器的供给通道进入前置燃烧装置1中，控制一次风(空气)的比例，使得在燃烧器出口形成不完全燃烧火炬，在燃烧器出口燃烧火炬位置形成高温区，煤粉被点燃并形成不完全燃烧或部分气化。
前置燃烧装置1底部设置合成气出口12，煤粉不完全燃烧产生的合成气和未燃尽煤粉以及未燃烧煤粉均从合成气出口12排出前置燃烧装置1，进入中温燃烧装置2，作为后者的燃料。
中温燃烧装置2从下到上依次设置二次风入口23、中间燃料入口21和燃尽风入口25，中温燃烧装置2下部与中间燃料入口21相对的一侧还设置有回料口22。中温燃烧装置2底部和顶部和分别设置有排渣口27和热烟气出口26。合成气出口12与中间燃料入口21之间设有连接输送装置相连，通常选用高温输送装置。煤粉不完全燃烧产生的合成气和未燃尽煤粉以及未燃烧煤粉通过连接输送装置从中间燃料入口21进入中温燃烧装置2的下部作为燃料，并与中温燃烧装置2底部的床料混合。
作为进一步改进的技术方案，中温燃烧装置2底部设置布风板，与二次风入口23相通，用于二次风的布风，使得二次风能够均匀给入中温燃烧装置2的底部。二次风风速高于煤粉燃料颗粒终端沉降速度，使燃料颗粒能悬浮燃烧。
作为另一种进一步改进的技术方案，中温燃烧装置2底部的二次风入口23沿中温燃烧装置2底部周向设置若干个，且若干个二次风入口在中温燃烧装置2内的出风方向为倾斜向上。或者，中温燃烧装置2底部设置有射流喷口，射流喷口与二次风入口23连通。优选的，射流喷口设置在中温燃烧装置底部中央，且射流喷口开口方向朝上。这两种方式都使中温燃烧装置内呈喷动床状态。
燃料经过与二次风的进一步燃烧后，在随燃烧烟气上行的过程中，从燃尽风入口25进入的燃尽风使得燃料尽可能燃尽。携带着颗粒物的热烟气从热烟气出口26进入相连的分离器3，而底渣从排渣口27排出。中温燃烧装置2内保持燃烧温度范围为800℃～950℃，降低了燃烧过程的热力型nox生成；而二次风和燃尽风的分级配风方式，以及循环灰进入炉膛主燃烧区，增强了燃烧区还原性气氛，从而降低了燃料型nox排放。
分离器3底部设有回料管与中温燃烧装置2的回料口22连接，分离下来的固体颗粒作为循环灰从回料口22回送到中温燃烧装置2下部参与物料循环，并使得其中的未燃尽煤粉颗粒(通常粒径分布在100～200um)或者未燃尽炭也被送回到中温燃烧装置中实现循环燃烧，直至燃尽，进一步提高燃尽率。
为实现脱硫，中温燃烧装置2还设置有脱硫剂入口24，所述脱硫剂入口24设置在燃尽风入口25处或者设置在分离器3底部与中温燃烧装置2相连的回料管上。
综上所述，一种煤粉深度分级燃烧方法包括：
颗粒粒径小于等于200um的煤粉和一次风从前置燃烧装置1顶部的燃烧器11通入前置燃烧装置1，在前置燃烧装置1中进行不完全燃烧或气化；
煤粉在前置燃烧装置1中转化率为：颗粒粒径＜30um的细颗粒煤粉转化率达到80％以上，颗粒粒径为30～100um的中颗粒煤粉转化率达到40％以上，颗粒粒径＞100um的粗颗粒煤粉转化率达到10％以上；
不完全燃烧或部分气化产生的合成气携带着未燃尽的煤粉和未燃烧的煤粉进入中温燃烧装置2，在中温燃烧装置2底部通入的二次风的作用下燃烧；燃烧烟气携带着未燃尽煤粉上行，在从所述中温燃烧装置2中上部通入的燃尽风的作用下燃烧；
燃烧后的热烟气进入分离器3中进行气固分离，分离下来的烟气进入后续利用或直接除尘排放；分离下来的固体颗粒作为循环灰从回料口22回送到中温燃烧装置2下部参与物料循环，同时未燃尽的煤粉颗粒或未燃尽炭也被送回到中温燃烧装置中实现循环燃烧，直至燃尽。
上述一种煤粉深度分级燃烧方法还包括：所述中温燃烧装置2启动时，预先在中温燃烧装置2底部加入粒径范围在150～200um的沙子或煤灰颗粒作为循环物料。
上述一种煤粉深度分级燃烧方法中，一次风过量空气系数选用0.3～0.6；二次风和燃尽风的总体过量空气系数选用1.05～1.20。
本发明通过前置燃烧装置对煤粉进行不完全燃烧或部分气化得到气化合成气，再使其在中温燃烧装置进行燃烧，既对细、中、粗三类颗粒进行了气化处理，提高了煤粉颗粒在整个系统中的停留时间，有利于煤粉的着火，提高了煤粉的转化率。而通过前置燃烧装置的部分气化，改燃煤方式为燃用煤粉与合成气的方式，既提高了初始反应温度，又改善了炉膛内部流场和温度场的分布，从而使燃烧更彻底，燃尽率更高。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。