CN103062789A - 一种利用烟气循环预防炉膛底部爆燃的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用烟气循环预防炉膛底部爆燃的系统及方法，在冷灰斗区域底部布置CO浓度在线监测测点在线监测该区域CO浓度信号，并通过与其相连的CO浓度在线监测系统进行分析后，控制抑爆风调节阀开度，将通过省煤器的烟气经抑爆风调节阀以上下相错对冲的方式送入锅炉冷灰斗区域，利用烟气中高浓度CO₂、N₂以及水蒸气的良好的抑爆特性，缩小该区域中还原性可燃气体CO的爆燃浓度区间和可能发生的爆燃强度，达到预防、减弱和消除爆燃的目的。本系统对大型电站锅炉在煤质波动条件下的安全运行有重要的意义。

Description

一种利用烟气循环预防炉膛底部爆燃的系统及方法

技术领域

本发明属于大型电站锅炉安全领域，具体涉及一种利用烟气循环预防炉膛底部爆燃的系统及方法。

背景技术

在国内外能源供应愈发紧张的背景下，我国燃煤电厂不得不承担昂贵的燃料成本。为了尽量的降低燃料成本，亦受市场燃煤供应环境影响，许多电厂不得不购买大量劣质的小窑煤。然而小窑煤受生产环境和技术水平的限制，供应煤质往往存在较大的波动，使得电厂燃煤煤质长期偏离锅炉设计煤种成为一种常态。因此在电厂降低燃料成本的同时，无形中又增加了运行维护成本。尤其是在进炉煤质长期变化的情况下，炉内燃烧压力易出现燃烧压力持续变动的情况，进而增大引发“爆燃”、“灭火”等事故的可能性。炉内爆燃会引发压力大幅波动，严重时甚至直接导致炉膛灭火，迫使停炉自动响应，机组甩负荷等重大安全事故，造成巨大的经济损失和人员伤亡。实际测量及理论表明炉膛冷灰斗区域的CO浓度可达到3000ppm以上，已经属于爆燃区间。在掉焦或者火星掉落的情况下就容易引发爆燃，造成严重事故。

可燃物和空气的比例处于爆炸范围内是炉膛爆燃的必要条件，理论及试验研究表明惰性气体的加入可以提高爆燃范围的下限并降低爆燃范围的上限，即降低可燃气体的爆燃范围，此外还可以降低其爆燃强度。单一混入任一种抑爆气如N₂、CO₂或者水蒸气均可使可燃气如CO爆燃区间缩小为零，即在任何大小的CO/空气比条件下均不会发生爆燃。在可燃气中混入适量N₂，爆燃压力峰的峰值可以降低50%左右。因此N₂、CO₂和水蒸气对于CO来说是良好的抑爆气，可以良好地抑制爆燃发生可能性并降低其爆燃强度。

申请号为02232279.5的中国专利文件中公开了一种锅炉防爆燃装置，壳体一侧设有燃烧室、管式加热面。燃烧室上接有连接管，连接管一端与燃烧室内部相通，另一端位于开口储液槽的液面下。当锅炉内部燃烧室发生爆燃时，巨大的瞬间压力顺着连接管释放到开口储液槽中，液体介质发散，使燃烧室内压力迅速下降，从而保护设备，壁面意外伤人事件。

申请号为96222485的中国专利中锅炉防爆装置，为安装在锅炉烟箱上的防爆装置，具有一个与锅炉连通的T型管壳，该T型管壳位于烟箱的圆周侧面上，其中心轴线与水平面成一个向下的锐角，在其端口用法兰和螺栓夹固覆盖一层防爆膜。与现有防爆装置相比，具有更好的安全性和可靠性，一旦泄压，炉膛内燃气不会伤及位于烟箱端面上的操作人员，防爆膜的抗压性能决定额定过载压力，免去了人工调节。

申请号为201010270881.0的中国专利公开一种增压锅炉防爆然装置及方法，它包括采样装置、油气浓度检测装置和报警装置组成增压锅炉防爆燃装置。油气浓度采样装置由采样探头、过滤器、冷却系统、自动抽取装置和采样腔组成。采样探头插入炉膛内，由自动抽取装置抽出采样探头周围的油气、经过过滤、冷却进入采样腔，油气浓度检测装置从采用腔内抽取混合气，在催化燃烧装置内进行催化燃烧，产生的燃烧产物由气体分析仪分析，显示油气浓度并与设定值对比判断报警与否，如需要报警则通过报警装置报警。

申请号为201110444923.2的中国发明专利一种预防大型电站煤粉锅炉炉膛爆燃预警调节系统及调节方法。通过在冷灰斗壁面布置CO浓度测点和装贴壁风补气系统，反馈到DCS系统的CO信号控制贴壁风调节阀，贴避风为来自空气预热器的热二次风，以四墙切圆的方式送入冷灰斗区域，通过降低CO浓度的方式，达到预警和消除爆燃的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用烟气循环预防炉膛底部爆燃的系统及方法，本发明能够实现对冷灰斗区域的可燃气体进行在线监测，利用烟气中高浓度N₂、CO₂和水蒸气良好的抑爆特性，并在上下相错对冲抑爆气补气系统的配合下，缩小冷灰斗区域可燃气的爆燃区间。

为达到上述目的，本发明的系统包括布置在炉膛底部冷灰斗下部内壁的若干个CO浓度在线监测测点，所述CO浓度在线监测测点的信号输出端与设置在炉膛外的CO浓度在线监测系统的信号输入端相连，CO浓度在线监测系统的输出端经控制器与抑爆风调节阀相连，所述抑爆风调节阀的入口经轴流风机与省煤器相连，出口经风管与布置在冷灰斗侧壁上的抑爆风喷口相连。

所述的抑爆风喷口包括上下相错的对冲方式布置的抑爆风上层喷口和抑爆风下层喷口。

所述的若干个CO浓度在线监测测点沿炉膛底部冷灰斗下部内壁圆周均匀布置。

本发明的方法，包括以下步骤：

1）首先布置在炉膛底部冷灰斗下部内壁上的CO浓度在线监测测点采集冷灰斗区域的CO浓度，并将采集到的CO浓度数据反馈给CO浓度在线监测系统；

2）CO浓度在线监测系统接收到CO浓度在线监测测点反馈的CO浓度数据后，将CO浓度数据与设定的警报阈值区间进行比较；

3）当CO浓度数据大于等于设定的警报阈值时，CO浓度在线监测系统产生控制信号，并将控制信号发送给与抑爆风调节阀相连的控制器；

4）抑爆风调节阀的控制器根据接收到的信号控制抑爆风调节阀的开度，来调节轴流风机从省煤器引入到抑爆风调节阀中的抑爆风的流速大小；

5）通入到抑爆风调节阀中的抑爆风通过布置在冷灰斗区域壁面上的抑爆风上、下层喷口喷入炉内，形成局部回转风，降低最危险区域的可燃气爆燃浓度区间，破坏爆燃条件。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明通过在冷灰斗区域的底部壁面上布置若干个CO浓度在线测点，来实时采集冷灰斗区域的CO浓度信号，并将冷灰斗区域的CO浓度信号反馈给CO浓度在线监测系统，在CO浓度在线监测系统对接收到的CO浓度进行分析处理后，直接产生控制信号触发抑爆风调节阀将抑爆风通过布置在冷灰斗区域壁面上的抑爆风喷口送入冷灰斗区域，形成局部范围内的高浓度抑爆气氛围，大大缩小CO的爆燃区间并降低其爆燃强度，降低爆燃的可能性和破坏性。另外抑爆风来自于省煤器后烟气，利用烟气成分中高浓度的CO₂、N₂及水蒸气良好的抑爆特性，在不影响炉内正常燃烧的情况下达到良好的抑爆性能。

同时，本发明通过CO浓度在线测点及CO浓度在线监测系统的设置，实现可燃危险气体在线自动控制，无人值守，防止爆燃，最小程度的降低了本发明提供的系统对炉膛自身燃烧的影响，对锅炉的安全性具有非常重要的意义。

附图说明

图1为本发明的系统整体结构示意图。

其中，1为抑爆风上层喷口；2为CO浓度在线监测测点；3为水封槽；4为抑爆风下层喷口；5为CO浓度在线监测系统；6为抑爆风调节阀；7为轴流风机；8为省煤器。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1，本发明包括沿炉膛底部冷灰斗下部内壁圆周均匀布置的若干个CO浓度在线监测测点2，所述CO浓度在线监测测点2的信号输出端与设置在炉膛外的CO浓度在线监测系统5的信号输入端相连，CO浓度在线监测系统5的输出端经控制器与抑爆风调节阀6相连，所述抑爆风调节阀6的入口经轴流见机7与省煤器8相连，出口经风管与布置在冷灰斗侧壁上的上下相错的对冲方式布置的抑爆风上层喷口1和抑爆风下层喷口4相连。且在炉膛下端冷灰斗下端还设置有水封槽3。

本发明预防炉膛底部爆燃的方法，包括以下步骤：

1）首先布置在炉膛底部冷灰斗下部内壁上的CO浓度在线监测测点2采集冷灰斗区域的CO浓度，并将采集到的CO浓度数据反馈给CO浓度在线监测系统5；

2）CO浓度在线监测系统5接收到CO浓度在线监测测点2反馈的CO浓度数据后，将CO浓度数据与设定的警报阈值区间进行比较；

3）当CO浓度数据大于等于设定的警报阈值时，CO浓度在线监测系统5产生控制信号，并将控制信号发送给与抑爆风调节阀6相连的控制器；

4）抑爆风调节阀6的控制器根据接收到的信号控制抑爆风调节阀6的开度，来调节以轴流风机7从省煤器引入到抑爆风调节阀6中的抑爆风的流速大小；

5）通入到抑爆风调节阀6中的抑爆风通过布置在冷灰斗区域壁面上的抑爆风上、下层喷口喷入炉内，形成局部回转风，降低最危险区域的可燃气爆燃浓度区间，破坏爆燃条件。

本发明在冷灰斗区域设置CO浓度在线监测测点用于实时采集冷灰斗区域的CO浓度信号，此外在冷灰斗区域壁面布置上下相错的对冲式抑爆风补气喷口。冷灰斗区域的CO浓度信号由CO浓度在线监测系统采集后与设置的警报阈值区间相比较，当某时刻冷灰斗区域CO浓度超过警报阈值时，在线监测系统直接产生控制信号，触发抑爆风调节阀动作。来自于省煤器后的烟气经过风机及抑爆风调节阀后从抑爆风喷口送入冷灰斗区域，在局部回转风的作用下形成局部范围内的高浓度抑爆气氛围，大大缩小CO的爆燃区间并降低其爆燃强度，降低爆燃的可能性和破坏性。本发明同其他缓解爆燃的方式不同，充分利用了锅炉烟气自身良好的抑爆性能，最小程度的降低了抑爆系统对炉膛自身燃烧的影响，同时可明显缩小CO等可燃气的爆燃区间，实现降低甚至完全消除爆燃的可能性。

本发明优点：在对大型电站煤粉锅炉冷灰斗部分的CO浓度进行在线监测分析的基础上，充分利用电厂锅炉烟气中含有高浓度抑爆气的特点，将省煤器后烟气以上下相错的对冲方式送入冷灰斗区域，大大缩小该区域CO的爆燃区间，可以实现可燃危险气体在线自动控制，无人值守，防止爆燃；对锅炉的安全性具有非常重要的意义。

Claims (4)

1.一种利用烟气循环预防炉膛底部爆燃的系统，其特征在于，包括布置在炉膛底部冷灰斗下部内壁的若干个CO浓度在线监测测点（2），所述CO浓度在线监测测点（2）的信号输出端与设置在炉膛外的CO浓度在线监测系统（5）的信号输入端相连，CO浓度在线监测系统（5）的输出端经控制器与抑爆风调节阀（6）相连，所述抑爆风调节阀（6）的入口经轴流风机（7）与省煤器（8）相连，出口经风管与布置在冷灰斗侧壁上的抑爆风喷口相连。

2.根据权利要求1所述的利用烟气循环预防炉膛底部爆燃的系统，其特征在于，所述的抑爆风喷口包括上下相错的对冲方式布置的抑爆风上层喷口（1）和抑爆风下层喷口（4）。

3.根据权利要求1所述的利用烟气循环预防炉膛底部爆燃的系统，其特征在于，所述的若干个CO浓度在线监测测点（2）沿炉膛底部冷灰斗下部内壁圆周均匀布置。

4.一种如权利要求1所述的利用烟气循环预防炉膛底部爆燃的系统的预防炉膛底部爆燃的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）首先布置在炉膛底部冷灰斗下部内壁上的CO浓度在线监测测点（2）采集冷灰斗区域的CO浓度，并将采集到的CO浓度数据反馈给CO浓度在线监测系统（5）；

2）CO浓度在线监测系统（5）接收到CO浓度在线监测测点（2）反馈的CO浓度数据后，将CO浓度数据与设定的警报阈值区间进行比较；

3）当CO浓度数据大于等于设定的警报阈值时，CO浓度在线监测系统（5）产生控制信号，并将控制信号发送给与抑爆风调节阀（6）相连的控制器；

4）抑爆风调节阀（6）的控制器根据接收到的信号控制抑爆风调节阀（6）的开度，来调节以轴流风机从省煤器引入到抑爆风调节阀中的抑爆风的流速大小；

5）通入到抑爆风调节阀中的抑爆风通过布置在冷灰斗区域壁面上的抑爆风上、下层喷口喷入炉内，形成局部回转风，降低最危险区域的可燃气爆燃浓度区间，破坏爆燃条件。

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