CN100353116C - 调节循环流化床锅炉炉膛温度的冷灰器和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的调节循环流化床锅炉炉膛温度的冷灰器，包括其内设置流有循环冷却介质的循环冷却管的容器，其一侧连有与返料器下部相连通的灰管，灰管下部设与容器相通的进灰段，容器另一侧上部设有与炉膛相通的出灰口；容器底部、进灰段底部和灰管底部分别设通入流化风的进风口；调节循环流化床锅炉炉膛温度的步骤为：1)在循环流化床返料器下部安装一与之连通的冷灰器；2)分别由设在容器底部、进灰段底部和灰管底部的进风口向容器内通入流化风，使呈移动床状态的循环灰通过灰管并由进灰段进入容器而处于鼓泡床状态，在位于容器内的循环冷却管中循环冷却介质作用下，进行热交换降低温度后，再通过出灰口进入循环流化床锅炉炉膛。

Description

调节循环流化床锅炉炉膛温度的冷灰器和方法

技术领域

本发明涉及调节锅炉炉膛温度的装置和方法，特别涉及一种调节循环流化床锅炉炉膛(特别是下部)温度的冷灰器和方法。

背景技术

循环流化床锅炉是20世纪70年代末发展起来的一种高效率低污染锅炉，特别地，由于循环流化床锅炉对煤种的适应性强，而且可以高效地控制污染物的生成，使循环流化床锅炉被越来越多的用户采用。循环流化床锅炉主要由循环流化床和尾部烟道等组成，一般循环流化床包括炉膛、布风板、气固分离器、返料下降管和返料器，循环流化床锅炉的主要辅助系统包括加煤、加风、排渣和控制等。循环流化床锅炉所用的燃料是颗粒状的煤(或垃圾及其衍生燃料)，一般从炉膛下部的侧壁加入炉膛，燃烧所用的空气分为一次风和二次风，分别从炉膛的底部和下部的侧壁加入炉膛。在布风板上，由燃料和灰粒组成的物料在一次风的作用下，一直处于流化状态。在炉膛内，粒径比较小的燃料以及燃料燃烧后形成的粒径比较小的灰等固体颗粒被烟气夹带着由底部上升，从上部的出口排出炉膛进入气固分离器，绝大部分的固体颗粒在气固分离器内与烟气分离，被分离的固体颗粒通过返料下降管及返料器等部件返回炉膛，由此构成固体颗粒的循环流动，习惯上将这些循环流动的固体颗粒称为循环灰。粒径比较大的固体颗粒则在炉膛内上下翻腾，不参与上述的循环流动。使炉膛上下温度一致并稳定在设定的值是循环流化床锅炉设计和运行的关键之一，它决定了锅炉的负荷、燃烧效率，特别是污染物的生成与抑制等一系列指标。但是，对炉膛温度的影响因素非常多，主要包括燃料的特性、锅炉负荷的变化、炉膛内的烟气表观速度、一次风与二次风的比例、二次风入口的高度、炉膛的形状尺寸和炉膛内受热面的布置等。对大多数固体燃料而言，在设计循环流化床锅炉时要尽可能提高气固分离器的分离效率，以保证在炉膛内的灰浓度足够高，这是保证炉膛上下温度一致并稳定在设定的值的基本条件之一。但是，随着锅炉容量的增大，炉膛高度也相应增加，炉膛吸热、放热和灰浓度分布的不均匀性沿炉膛高度也在增加，有时会遇到一些特殊的固体燃料，其化学成分、燃烧特性与成灰特性很特殊，破碎性很弱或灰的含量比较低，有可能造成炉膛(特别是下部)温度偏高的现象，在烟气污染物浓度限制严格的情况下，一般的循环流化床锅炉并不适用于燃烧这类燃料，因为靠调节一次风与二次风的比例、调节二次风的加入口高度、在锅炉设计中改变炉膛下部的形状或增加炉膛受热面等方法对调节炉膛温度的幅度是有限的，而且在设计时往往难以精确地预测炉膛的温度，特别当锅炉的负荷变化或燃料性质发生变化时，从而限制循环流化床锅炉对燃料的适应性及污染物控制水平。

发明内容

本发明的目的是，提出一种调节循环流化床锅炉炉膛(特别是下部)温度的方法，根据锅炉燃用的煤种以及炉膛(特别是下部)温度，利用冷灰器降低一部分循环灰的温度，以调节炉膛(特别是下部)温度，因为循环灰的温度直接影响炉膛(特别是下部)温度，该方法灵敏，不需要改变炉膛下部的形状、炉膛内烟气的表观速度、一次风和二次风的比例和二次风的加入口高度等设计和运行参数，有利于保持锅炉运行稳定性。

本发明的另一目的是，提出一种调节循环流化床锅炉炉膛(特别是下部)温度的冷灰器，将该冷灰器与返料器通过移动床灰管连接，使部分循环灰从返料器进入冷灰器，其内部是鼓泡床式热交换器，冷却后的循环灰从其另一侧通过另一灰管返回炉膛的下部，以调节炉膛(特别是下部)温度；可以气动控制方式调节从返料器进入冷灰器的循环灰流量，该冷灰器结构简单，操作方便，无易磨损和机械故障。

本发明提供的调节循环流化床锅炉炉膛温度的冷灰器，主要用于大容量或燃用燃烧特性和成灰特性特殊(主要是破碎性很弱或灰的含量比较低)的燃料(可以是煤、垃圾及其衍生燃料)的循环流化床锅炉，其可调节炉膛(特别是下部)温度，其特征在于，该冷灰器包括：一容器13，其内设置流有循环冷却介质的循环冷却管13D，该容器13一侧连有与返料器下部11相连通的灰管13C，灰管13C的下部设有与容器13相通的进灰段133，灰管13C通过下部侧壁上的水平孔口与进灰段133相连；容器13另一侧上部设有与炉膛8相连通的出灰口132；容器13底部设有通入流化风的第一进风口1，进灰段133底部设有通入流化风的第二进风口2，灰管13C底部设有通入流化风的第三进风口3；所述的容器13为立方筒体或圆形筒体；所述的循环冷却管13D位于容器13的横向中部；所述进灰段133与容器13的底部或上部相通，当进灰段133与容器13上部相通时，在容器13内靠近出灰口132的一侧设置一垂向挡墙13L。

本发明提出的调节循环流化床锅炉炉膛(特别是下部)温度的冷灰器，以气动控制方式调节从返料器进入冷灰器的循环灰流量，该冷灰器结构简单，操作方便，无易磨损和机械故障。

本发明提供的调节循环流化床锅炉炉膛温度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在循环流化床锅炉返料器11下方安装一与之连通的冷灰器，该冷灰器包括一容器13，容器13内设置流有循环冷却介质的循环冷却管13D，容器13一侧连有与炉返料器11下降段下部相连通的灰管13C，灰管13C下部设有与容器13相通的进灰段133，容器13另一侧上部设有与炉膛8相连通的出灰口132；容器13底部设有通入流化风的第一进风口1，进灰段133底部设有通入流化风的第二进风口2，灰管13C底部分设有通入流化风的第三进风口3；

2)分别由第一进风口1、第二进风口2和第三进风口3通入流化风，使呈移动床状态的循环灰通过灰管13C并由进灰段133进入冷灰器而处于鼓泡床状态：该循环灰在位于容器13之内的循环冷却管13D中循环冷却介质的作用下，通过热交换降低温度后，再通过出灰口132进入循环流化床锅炉炉膛8；

其中，通入第三进风口(3)的流化风为可调节的设定值，进入容器13的循环灰的流量随进入第二进风口(2)的流化风流量的增加而线性增加。

上述冷却管13D中的冷却介质为水或蒸汽；

本发明提出的调节循环流化床锅炉炉膛(特别是下部)温度的方法，利用冷灰器降低一部分循环灰的温度，以调节炉膛(特别是下部)温度，该方法灵敏，不需要改变炉膛下部的形状、炉膛内烟气的表观速度、一次风和二次风的比例和二次风的加入口高度等设计和运行参数，有利于保持锅炉运行稳定性。

附图说明

图1为本发明的冷灰器(一实施例)的结构示意图；

图2为本发明的冷灰器安装在返料器11下方的示意图；

图3为本发明的冷灰器(另一实施例)安装在返料器11下方的示意图；

图4为第二进风口2通入流化风13i和第三进风口3通入流化风13j与控制进入冷灰器的循环灰流量之间关系的示意图；

具体实施方式

实施例1

首先请参阅图1及图2，本发明提供的调节循环流化床锅炉炉膛温度的冷灰器，主要用于大容量或燃用燃烧特性和成灰特性特殊(主要是破碎性很弱或灰的含量比较低)的燃料(可以是煤、垃圾及其衍生燃料)的循环流化床锅炉，其可调节炉膛(特别是下部)温度，该冷灰器包括：

一容器13，其内设置流有循环冷却介质的循环冷却管13D，该容器13一侧连有与返料器下部11相连通的灰管13C，灰管13C的下部设有与容器13相通的进灰段133，容器13另一侧上部设有与炉膛相连通的出灰口132；容器13底部设有通入流化风的第一进风口1，进灰段133底部设有通入流化风的第二进风口2，灰管13C底部设有通入流化风的第三进风口3；所述的容器13为立方筒体或圆形筒体；所述的循环冷却管13D位于容器13的横向中部。

图1实际上为本发明一实施例的结构示意图，所述进灰段133与容器13的底部相通；图2所示为该实施例安装在返料器11下方的示意图。

实施例2

请参阅图3，与上述实施例不同之处在于，容器13的进灰段133位于容器13的上部，灰管13c的底部也随之相应地向上移，使循环灰从容器13侧墙的顶部进入该容器13；在该容器13中靠近出灰管132的一侧设置一挡墙13L，挡墙13L底部与循环冷却管13D底部高度相同，挡墙13L的顶部与出灰口132中心的高度相同(或略高于出灰口132底部高度)，使循环灰从挡墙13L的底部离开冷却区；出灰口132仍然位于另一侧墙的顶部，循环灰9c从顶部出灰口132排出容器13进入炉膛8。

本发明提供的调节循环流化床锅炉炉膛温度的冷灰器，包括如下步骤：

(1)在循环流化床锅炉返料器11下方安装一冷灰器，该冷灰器的容器13通过灰管13C与返料器11下降段下部连通；

(2)由容器13底部和进灰段133底部以及灰管13C底部设置的第一进风口1、第二进风口2和第三进风口3通入流化风，使呈移动状态的循环灰通过灰管13C并由进灰段133进入冷灰器而处于鼓泡床状态；该循环灰在位于冷灰器13之内的循环冷却管13D中循环冷却介质的作用下，通过热交换降低温度后，再通过出灰口132进入循环流化床锅炉炉膛8。

通入第三进风口3的流化风为可调节的设定值，进入容器13的循环灰的流量随进入第二进风口2流化风的流量的增加而线性增加。

循环冷却管13D中的冷却介质为水或蒸汽；

本发明的工作过程为：

请再参阅图1及图2，一次风111从风室222穿过布风板333进入炉膛的下部7，燃料5和二次风6从炉膛侧壁加入炉膛下部，固体颗粒9被烟气夹带进入炉膛的中部和上部。一般地，将炉膛中从布风板至二次风6加入点之间的部分称为炉膛下部，以上部分称为炉膛中部和上部。固体颗粒9的绝大部分在气固分离器10中与烟气分离，被分离的固体颗粒9a称为循环灰，通过返料下降管和返料器返回炉膛下部。本发明提出的容器13位于返料器11的下方，全部循环灰9a的一部分9c从返料器11下降段下部进入移动床灰管13c，依靠重力以移动床的状态从上向下移动，在底部受流化风13i和13j(由第二进风口2进入的流化风为13i，由第三进风口3进入的流化风为13j)的控制，进入冷灰器的容器13；循环灰9c在冷却区与循环冷却管13D换热冷却后，通过出灰管13k返回炉膛下部。由于通过冷灰器返回炉膛下部的循环灰9c的温度比通过返料器直接返回炉膛下部的循环灰的温度低，而且循环灰9c的流量可以调节，这样可以调节炉膛(特别是下部)的温度。循环冷却管13D内的冷却介质可以是水也可以是蒸汽。循环灰9c的流量是由位于进灰段133底部和移动床灰管13c的底部通入的流化风13i和13j控制的。

结合对比图2和图3进一步说明这两种实施例的差别。在图1所示的第1实施例冷灰器中，循环灰9c是从容器13一侧底部进入，从其另一侧顶部离开，即循环灰9c从下向上斜流过冷却区；而在图3所示第2实施例的冷灰器中，该容器13的进灰段133位于容器13一侧顶部，移动床灰管13c底部也随进灰段133高度相应地向上移，使循环灰9c从容器13一侧顶部进入该容器13，其中靠近出灰口132侧设置了一挡墙13L，挡墙13L底部与冷却管13D底部高度相同，挡墙13L顶部与排灰口中心的高度相同(或略高于排灰口底部高度)，使循环灰9c从挡墙13L底部离开冷却区，即循环灰9c从上向下斜流过冷却区，最后，循环灰9c从其另一侧顶部离开冷灰器。提出这两种不同冷灰器的目的是为实际布置冷灰器提供更多的选择。

请参阅图4并结合图1和图3，进一步说明控制进入冷灰器的循环灰9c流量的原理。进入冷灰器的循环灰9c的流量是由第二进风口2和第三进风口3通入的流化风13i和13j流量控制的。当流化风13i和13j流量为零时，循环灰9c流量为零。见图4，流化风13j流量不变时，随着流化风13i流量的增加，循环灰9c的流量增加；同样地，当流化风13i的流量不变时，随着流化风13j流量的增加，循环灰9c的流量增加。但是在控制原理上，这两股流化风的作用是不同的。在实际控制时，首先设定流化风13j的流量，依靠流化风13i的流量控制循环灰9c的流量，即流化风13i的流量和循环灰9c的流量符合图4中S1或S2的线性关系。当循环灰9c的流量变化范围比较小，或要求流化风13i的流量对循环灰9c的流量控制的灵敏度比较小时，在S1线上运行，设定比较小的流化风13j的流量；反之，当循环灰9c的流量变化范围比较大，或要求流化风13i的流量对循环灰9c的流量控制的灵敏度比较大时，在S2线上运行，设定比较大的流化风13j的流量。即流化风13j的流量是对流化风13i的控制范围和灵敏度进行控制的，在图4中，流化风13j的流量可以调节流化风13i的控制线S1和S2的斜率或倾斜角R1和R2。需要指出的是，图4中仅出示了两条控制线S1和S2，实际的控制线可以更多。在此要进一步说明的是，为了实现上述的控制原理，必须保证：循环灰9c在移动床灰管13c中始终处于移动床状态，即循环灰9c的移动速度小于其临界流化速度。

Claims (7)

1、一种调节循环流化床锅炉炉膛温度的冷灰器，其特征在于，该冷灰器包括：

一容器(13)，容器(13)内设置流有循环冷却介质的循环冷却管(13D)，该容器(13)一侧连有与返料器下部(11)相连通的灰管(13C)，灰管(13C)下部设有与容器(13)相通的进灰段(133)，灰管(13C)通过下部侧壁上的水平孔口与进灰段(133)相连；容器(13)另一侧上部设有与炉膛(8)相连通的出灰口(132)；容器(13)底部设有通入流化风的第一进风口(1)，进灰段(133)底部设有通入流化风的第二进风口(2)，灰管(13C)底部设有通入流化风的第三进风口(3)。

2、根据权利要求1所述的调节循环流化床锅炉炉膛温度的冷灰器，其特征在于，所述的容器(13)为立方筒体或圆形筒体。

3、根据权利要求1所述的调节循环流化床锅炉炉膛温度的冷灰器，其特征在于，所述的循环冷却管(13D)位于容器(13)的横向中部。

4、根据权利要求1所述的调节循环流化床锅炉炉膛温度的冷灰器，其特征在于，所述的进灰段(133)与容器(13)的底部相通。

5、根据权利要求1所述的调节循环流化床锅炉炉膛温度的冷灰器，其特征在于，所述的进灰段(133)与容器(13)的上部相通，在容器(13)内靠近出灰口(132)的一侧设置一垂向挡墙(13L)。

6、一种调节循环流化床锅炉炉膛温度的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在循环流化床锅炉返料器(11)下方安装一与之相连通的冷灰器，该冷灰器包括一容器(13)，容器(13)内设置流有循环冷却介质的循环冷却管(13D)，容器(13)一侧连有与返料器(11)下降段下部相连通的灰管(13C)，灰管(13C)的下部设有与容器(13)相通的进灰段(133)，容器(13)的另一侧上部设有与炉膛相连通的出灰口(132)；容器(13)底部设有通入流化风的第一进风口(1)，进灰段(133)底部设有通入流化风的第二进风口(2)，灰管(13C)底部设有通入流化风的第三进风口(3)；

2)分别由第一进风口(1)、第二进风口(2)和第三进风口(3)通入流化风，使呈移动床状态的循环灰通过灰管(13C)并由进灰段(133)进入容器(13)而处于鼓泡床状态；该循环灰在位于容器(13)之内的循环冷却管(13D)中循环冷却介质的作用下，通过热交换降低温度后，再通过出灰口(132)进入循环流化床锅炉炉膛(8)；

所述通入第三进风口(3)的流化风为可调节的设定值，进入容器(13)的循环灰的流量随进入第二进风口(2)流化风的流量的增加而线性增加。

7、根据权利要求6所述的调节循环流化床锅炉炉膛温度的方法，其特征在于，所述冷却管(13D)中的冷却介质为水或蒸汽。

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