CN102980178B - 一种循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置、方法及锅炉 - Google Patents
一种循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置、方法及锅炉 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置、方法及应用此防磨装置的锅炉，在循环流化床锅炉炉膛的水冷壁管之间的鳍片上制造开孔，并通过连接导管将风从炉膛外部的风箱引入炉膛内从而产生气膜，该气膜能够破坏下降床料颗粒所形成的贴壁流，改变了贴壁流的流动方向，同时降低下降颗粒的流速和浓度，从而减轻对水冷壁管的冲刷磨损。并且，可实现在不影响锅炉正常运行情况下对水冷壁气膜防磨装置的调节。而且形成的气膜使得炉膛内该区域处于氧化性氛围，可防止水冷壁管的腐蚀，同时将锅炉燃烧所需要的氧气通过不同的部位送入锅炉，实现了分级燃烧，可以有效地降低污染物排放。
Description
技术领域
本发明涉及一种循环流化床锅炉，尤其涉及一种循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置、方法及锅炉。
背景技术
循环流化床燃烧技术是一种市场化程度比较高的洁净煤燃烧技术，循环流化床锅炉以其高效率、低污染、煤种适应性广、负荷调节性能好等优点，在国内外得到了广泛的发展和应用，其中如何防止循环流化床锅炉炉膛水冷壁磨损是其长期安全、稳定运行的关键。目前，循环流化床锅炉水冷壁防磨主要采用高温喷涂、水冷壁管变径、水冷壁让管、防磨护板和多台阶防磨等技术措施，这些措施在解决水冷壁管的磨损问题上取得了很好的效果。
从炉膛内的流体动力特性和流态化理论看，循环流化床锅炉炉膛内处于快速流态化状态，炉膛内高浓度、大通量床料的快速下降对炉膛四周的水冷壁造成了冲刷，床料下降所形成的贴壁流虽然强化了水冷壁换热，但同时也对水冷壁造成了磨损。从炉膛顶部到底部，贴壁流的流速、颗粒浓度和通量是逐渐增大的，现有技术中所采用的多台阶防磨就是为了破坏贴壁流颗粒的流速和流向，减弱其对水冷壁的磨损，但是该技术需要在炉膛内的水冷壁管上焊接销钉，然后加装浇注料，其对安装工艺要求高，并且会对炉膛内的气流造成影响，随着炉膛内的磨损和锅炉膨胀，防磨台阶容易发生脱落从而造成水冷壁的局部磨损，并且采用防磨台阶技术需要重新核算受热面的换热和对锅炉效率产生的影响。
与此同时，采用常规的防磨技术，一旦安装完毕，不能对防磨过程进行控制和调节。对于多台阶防磨技术，如果台阶设计过多会影响锅炉的带负荷能力和其它受热面的吸热，如果设计过少，不能达到有效的防磨效果，而且运行过程中无法调节和控制，只能根据经验对台阶的数量和形状进行设计。而高温喷涂防磨技术需要投入大量的资金，并且喷涂层容易脱落造成局部的磨损。
发明内容
本发明的目的在于提供一种循环流化床锅炉水冷壁管的气膜防磨装置、方法及应用此气膜防磨装置的锅炉，以解决现有的防磨技术及装置不能在锅炉运行过程中控制调节，且资金昂贵、效率不高的问题。
为了解决上述问题，本发明实施例提供一种循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置，包括：设置在所述循环流化床锅炉水冷壁管3之间的鳍片2上的开孔5、设置在所述循环流化床锅炉炉膛1外部的风箱4以及连接所述风箱4与所述开孔5的连接导管6；其中，所述连接导管6将风从所述风箱4经由所述开孔5引入到所述循环流化床锅炉炉膛1内，从而在所述水冷壁管3的表面形成防磨气膜。
优选地，所述循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置还包括导向装置7，所述导向装置7设置在进入所述连接导管6的内部，引导进入所述循环流化床锅炉炉膛1内的气流分别向两侧水冷壁管3流动，从而在对应的水冷壁管3的表面形成一层防磨气膜。
优选地，所述风箱4通过风道与锅炉热一次风道或者热二次风道连接，通过风道上的调节阀门对风量和风压进行调节。
优选地，所述风箱4在同一层设置为一个整体风箱。
优选地，所述风箱4在同一层设置为多个独立风箱，所述多个独立风箱通过风道连接在一起。
优选地，所述导向装置7设置在所述连接导管6的内部靠近所述循环流化床锅炉炉膛1的一端。
优选地，所述导向装置7沿着气流方向，呈流线形状，从而减小防磨风的流动阻力。
优选地，所述开孔5在锅炉壁的同一标高处均匀顺次开孔，以形成同层的气膜。
优选地，所述连接导管6焊接在所述开孔5上。
优选地，所述导向装置7为左右对称结构。
优选地，用于所述防磨气膜的风量占炉膛总风量的15％～25％。
为了解决上述问题，本发明还提供一种锅炉，包括循环流化床锅炉炉膛1、鳍片2、水冷壁管3，所述鳍片2设置在所述水冷壁管3之间，所述锅炉还包括风箱4、开孔5、连接导管6；其中，所述开孔5设置在所述循环流化床锅炉炉膛1的水冷壁管3之间的鳍片2上；所述风箱4设置在所述循环流化床锅炉炉膛1的外部，通过所述连接导管6将所述风箱4与所述开孔5相连通；所述连接导管6将风从所述风箱4经由所述开孔5引入到所述循环流化床锅炉炉膛1内，从而在所述水冷壁管3的表面形成防磨气膜。
优选地，所述锅炉的还包括导向装置7，所述导向装置7设置在进入所述连接导管6的内部，引导进入所述循环流化床锅炉炉膛1内的气流分别向两侧水冷壁管3流动，从而在对应的水冷壁管3的表面形成一层防磨气膜。
优选地，所述锅炉的风箱4通过风道与锅炉热一次风道或者热二次风道连接，通过风道上的调节阀门对风量和风压进行调节。
优选地，所述锅炉的风箱4在同一层设置为一个整体风箱。
优选地，所述锅炉的风箱4在同一层设置为多个独立风箱，所述多个独立风箱通过风道连接在一起。
优选地，所述锅炉的导向装置7设置在所述连接导管6的内部靠近所述循环流化床锅炉炉膛1的一端。
优选地，所述锅炉的导向装置7沿着气流方向，呈流线形状，从而减小防磨风的流动阻力。
优选地，所述锅炉的开孔5在锅炉壁的同一标高处均匀顺次开孔，以形成同层的气膜。
优选地，所述锅炉的连接导管6焊接在所述开孔5上。
优选地，所述锅炉的导向装置7为左右对称结构。
优选地，用于所述防磨气膜的风量占炉膛总风量的15％～25％。
为了解决上述问题，本发明实施例还提供一种循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨方法，包括：在循环流化床锅炉炉膛的水冷壁管之间的鳍片上制造开孔；通过风箱将锅炉热一次风或者热二次风经由所述开孔送入到循环流化床锅炉炉膛内；所述热一次风或者热二次风在所述水冷壁管的表面形成一层防磨气膜。
本发明实施例的循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置、方法及应用此防磨装置的锅炉，可通过连接导管将风从炉膛外部的风箱引入炉膛内从而产生气膜，该气膜能够破坏下降床料颗粒所形成的贴壁流，改变了贴壁流的流动方向，同时降低下降颗粒的流速和浓度，从而减轻对水冷壁管的冲刷磨损。并且，通过调节风箱的压力，可以实现在锅炉运行中调节气膜的厚度，从而实现在不影响锅炉正常运行情况下对水冷壁气膜防磨装置的调节。而且该装置所形成的气膜使得炉膛内该区域处于氧化性氛围，可防止水冷壁管的腐蚀，同时将锅炉燃烧所需要的氧气通过不同的部位送入锅炉，实现了分级燃烧，可以有效地降低污染物排放。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的具有循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置的锅炉炉膛的示意图；
图2为本发明实施例的具有循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置的锅炉的炉膛内的截面俯视图以及其中的风箱示意图；
图3为本发明实施例的具有循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置的锅炉炉膛的侧面局部水冷壁管及开孔的示意图；
图4为图3的A-A向视图，显示风箱和连接导管连接的示意图；
图5为图4的B-B向视图，显示沿炉膛高度方向布置的多层风箱的示意图；
图6为本发明实施例的循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置的单个连接导管和导向装置水平剖面结构示意图；
图7为本发明实施例循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨方法的方法流程图。
附图标号：
1.循环流化床锅炉炉膛；2.鳍片；3.水冷壁管；4.风箱；5.开孔；6.连接导管；7.导向装置。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例的具有循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置的锅炉炉膛的示意图。图2为本发明实施例的具有循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置的锅炉的炉膛内的截面俯视图以及其中的风箱示意图。图3为本发明实施例的具有循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置的锅炉炉膛的侧面局部水冷壁管及开孔的示意图；图4为图3的A-A向视图，显示风箱和连接导管连接的示意图。图5为图4的B-B向视图，显示沿炉膛高度方向布置的多层风箱的示意图。
如图1及图2所示，本实施例的循环流化床锅炉包括循环流化床锅炉炉膛1、鳍片2、水冷壁管3，水冷壁管3之间由鳍片2连接。
本实施例的锅炉包括循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置，其中，如图2所示，锅炉的气膜防磨装置包括在循环流化床锅炉炉膛的水冷壁管3之间的鳍片2上设置的开孔5。其中，在鳍片2上开孔，开孔可以为方形孔或者椭圆形小孔，开孔的数量和位置依据锅炉的工艺参数加以确定。所述开孔5设置在在锅炉不同标高处，通过喷入防磨风，形成沿锅炉高度方向上的多层气膜，破坏贴壁下降流的介质流向，防止水冷壁管3冲刷磨损；而在锅炉的同一标高处设置开孔5，在同一标高处沿着锅炉四壁均匀顺次开孔，从而可形成同层的防磨气膜。
本实施例中，锅炉中的气膜防磨装置还包括在循环流化床锅炉炉膛1的外部设置的风箱4，通过连接导管6将开孔5与风箱4相连通。风箱4设置在炉膛外部，根据工艺要求，在同一层可以设置一个整体风箱，也可以设置多个单独的风箱，如图4所示，为在锅炉同一层设置的一个整体风箱的示意图。也可以根据防磨需要，在炉膛的不同标高处可设置多层开孔5和对应的风箱4，以加大防磨力度，如图5所示，为显示沿炉膛高度方向布置的多层风箱的示意图。并且不同层的风箱通过风道连接起来，在风道上分别安装调节阀门，可以控制进入各个风箱的风量和风压。风箱4通过风道与锅炉的热一次风道或者热二次风道连接，直接利用热一次风或者热二次风作为防磨风，不但减少了污染物的排放，而且提高了锅炉利用的效率。
防磨风的风量在运行中根据循环流化床锅炉启动、停止和升降负荷等工况要求进行调节，锅炉正常运行时控制在总风量的15％～25％之间。
图6为本发明实施例的循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置的单个连接导管和导向装置水平剖面结构示意图。
在本实施例中，连接导管6可焊接在水冷壁3的鳍片2上的开孔5上，另一端连接到风箱4上，通过各个连接导管6将防磨风通入炉膛1中。导向装置7设置在连接导管6内部，靠近炉膛1一端，其作用在于将喷入炉膛中的防磨风改变方向，以一定角度向两侧的水冷壁管处流动，在水冷壁管表面形成一层气膜。导向装置沿着气流方向，呈流线形状，从而减小防磨风的流动阻力。
在本实施例中，导向装置7可设置为左右对称结构，其入口部分将连接导管6内分为三个通道，中间通道的流通面积比两侧的通道小，沿着气流方向中间通道的流通面积逐渐增大，两侧通道的流通面积比中间通道小，从而引导防磨风在导向装置7的作用下沿着两侧通道加速向前流动。
所设置的多层各个风箱通过风道与锅炉热一次风道或者热二次风道相连接，通过调节风道上的调节阀门对风量和风压进行调节，从而调节各层气膜的厚度和刚度，在循环流化床锅炉炉膛1内形成的防磨气膜破坏贴壁流下降颗粒流的方向和流速，从而减轻对水冷壁管的冲刷磨损。
图7为本发明实施例循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨方法的方法流程图。如图所示，本发明实施例的循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨方法包括：
步骤S101，在循环流化床锅炉炉膛的水冷壁管之间的鳍片上制造开孔。在鳍片上开孔，开孔可以为方形孔或者椭圆形小孔，开孔的数量和位置依据锅炉的工艺参数加以确定。所述开孔设置在在锅炉不同标高处，通过喷入防磨风，形成沿锅炉高度方向上的多层气膜，破坏贴壁下降流的介质流向，防止水冷壁管冲刷磨损；而在锅炉的同一标高处设置开孔，在同一标高处沿着锅炉四壁均匀顺次开孔，从而可形成同层的防磨气膜。
步骤S102，通过风箱将锅炉热一次风或者热二次风经由所述开孔送入到循环流化床锅炉炉膛内。根据工艺要求和防磨需要，可在同一层可以设置一个整体风箱，或者设置多个单独的风箱。不同层的风箱通过风道连接起来，在风道上分别安装调节阀门，可以控制进入各个风箱的风量和风压。风箱通过风道与锅炉的热一次风道或者热二次风道连接，直接利用热一次风或者热二次风作为防磨风，不但减少了污染物的排放，而且提高了锅炉利用的效率。
步骤S103，所述热一次风或者热二次风在所述水冷壁管的表面形成一层防磨气膜。通过连接导管将风从炉膛外部的风箱引入炉膛内从而产生防磨气膜，该气膜能够破坏下降床料颗粒所形成的贴壁流，改变了贴壁流的流动方向，同时降低下降颗粒的流速和浓度，从而减轻对水冷壁管的冲刷磨损。
本发明实施例的循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置、方法及应用此防磨装置的锅炉，可通过连接导管将风从炉膛外部的风箱引入炉膛内从而产生气膜，该气膜能够破坏下降床料颗粒所形成的贴壁流，改变了贴壁流的流动方向，同时降低下降颗粒的流速和浓度，从而减轻对水冷壁管的冲刷磨损。并且，通过调节风箱的压力，可以实现在锅炉运行中调节气膜的厚度，从而实现在不影响锅炉正常运行情况下对水冷壁气膜防磨装置的调节。而且该装置所形成的气膜使得炉膛内该区域处于氧化性氛围，可防止水冷壁管的腐蚀，同时将锅炉燃烧所需要的氧气通过不同的部位送入锅炉，实现了分级燃烧，可以有效地降低污染物排放。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (18)
1.一种循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置，其特征在于，所述循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置包括：
设置在所述循环流化床锅炉水冷壁管(3)之间的鳍片(2)上的开孔(5)、设置在所述循环流化床锅炉炉膛(1)外部的风箱(4)、连接所述风箱(4)与所述开孔(5)的连接导管(6)以及设置在进入所述连接导管(6)的内部的导向装置(7)；其中，
所述连接导管(6)将风从所述风箱(4)经由所述开孔(5)引入到所述循环流化床锅炉炉膛(1)内，所述导向装置(7)引导进入所述循环流化床锅炉炉膛(1)内的气流分别向两侧水冷壁管(3)流动，从而在所述水冷壁管(3)的表面形成防磨气膜；
所述风箱(4)通过风道与锅炉热一次风道或者热二次风道连接，通过风道上的调节阀门对风量和风压进行调节。
2.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置，其特征在于，所述风箱(4)在同一层设置为一个整体风箱。
3.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置，其特征在于，所述风箱(4)在同一层设置为多个独立风箱，所述多个独立风箱通过风道连接在一起。
4.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置，其特征在于，所述导向装置(7)设置在所述连接导管(6)的内部靠近所述循环流化床锅炉炉膛(1)的一端。
5.根据权利要求4所述的循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置，其特征在于，所述导向装置(7)沿着气流方向，呈流线形状，从而减小防磨风的流动阻力。
6.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置，其特征在于，所述开孔(5)在锅炉壁的同一标高处均匀顺次开孔，以形成同层的气膜。
7.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置，其特征在于，所述连接导管(6)焊接在所述开孔(5)上。
8.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置，其特征在于，所述导向装置(7)为左右对称结构。
9.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉水冷壁气膜防磨装置，其特征在于，用于所述防磨气膜的风量占炉膛总风量的15％～25％。
10.一种锅炉，包括循环流化床锅炉炉膛(1)、鳍片(2)、水冷壁管(3)，所述鳍片(2)设置在所述水冷壁管(3)之间，其特征在于，所述锅炉还包括风箱(4)、开孔(5)、连接导管(6)、导向装置(7)；其中，
所述开孔(5)设置在所述循环流化床锅炉炉膛(1)的水冷壁管(3)之间的鳍片(2)上；所述风箱(4)设置在所述循环流化床锅炉炉膛(1)的外部，通过所述连接导管(6)将所述风箱(4)与所述开孔(5)相连通；所述导向装置(7)设置在进入所述连接导管(6)的内部；
所述连接导管(6)将风从所述风箱(4)经由所述开孔(5)引入到所述循环流化床锅炉炉膛(1)内，所述导向装置(7)引导进入所述循环流化床锅炉炉膛(1)内的气流分别向两侧水冷壁管(3)流动，从而在所述水冷壁管(3)的表面形成防磨气膜；
所述风箱(4)通过风道与锅炉热一次风道或者热二次风道连接，通过风道上的调节阀门对风量和风压进行调节。
11.根据权利要求10所述的锅炉，其特征在于，所述风箱(4)在同一层设置为一个整体风箱。
12.根据权利要求10所述的锅炉，其特征在于，所述风箱(4)在同一层设置为多个独立风箱，所述多个独立风箱通过风道连接在一起。
13.根据权利要求10所述的锅炉，其特征在于，所述导向装置(7)设置在所述连接导管(6)的内部靠近所述循环流化床锅炉炉膛(1)的一端。
14.根据权利要求13所述的锅炉，其特征在于，所述导向装置(7)沿着气流方向，呈流线形状，从而减小防磨风的流动阻力。
15.根据权利要求10所述的锅炉，其特征在于，所述开孔(5)在锅炉壁的同一标高处均匀顺次开孔，以形成同层的气膜。
16.根据权利要求10所述的锅炉，其特征在于，所述连接导管(6)焊接在所述开孔(5)上。
17.根据权利要求10所述的锅炉，其特征在于，所述导向装置(7)为左右对称结构。
18.根据权利要求10所述的锅炉，其特征在于，用于所述防磨气膜的风量占炉膛总风量的15％～25％。
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