CN105135411B - 防止燃煤锅炉冷灰斗压力突增导致灭火的调节系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了防止燃煤锅炉冷灰斗压力突增导致灭火的调节系统和方法，在冷灰斗区域沿高度方向自上而下分别布置上层稀释风箱、泄压安全阀和下层稀释风箱，上层稀释风箱和下层稀释风箱均被稀释风仓隔分为多个稀释风仓，各稀释风仓的风量由风箱联通管上的流量调节阀独立进行控制，在稀释风仓覆盖区域的水冷壁上通过烟气采样管连接烟气测量装置，烟气测量装置与控制系统通信。本发明可以通过稀释风自动控制冷灰斗不同区域的CO气体含量，有效避免了CO气体爆燃引起锅炉冷灰斗压力突增导致的灭火事故；同时可通过冷灰斗区的泄压安全阀及时对炉膛进行泄压，防止出现炉膛掉焦引起锅炉冷灰斗压力突增导致的灭火事故。

Description

防止燃煤锅炉冷灰斗压力突增导致灭火的调节系统和方法

技术领域

本发明涉及一种防止燃煤锅炉冷灰斗压力突增导致灭火的调节系统和方法，用于提高锅炉机组运行的安全性和可靠性。

背景技术

近几年，为了满足NOx排放要求，电厂均开展了低氮燃烧器改造，并采用分级、低氧燃烧方式，经过不断优化完善，锅炉的NOx排放值达到了环保要求，但也带来了诸多负面问题，尤以锅炉结焦、CO生成量激增等比较突出，其对锅炉的不利影响主要表现在以下两方面：

(1)锅炉掉焦致使冷灰斗压力突增导致灭火事故

某电厂300MW机组锅炉，设计燃用贫煤，为优化全厂进煤结构，进行了贫煤改烟煤的设备改造，并将燃烧器改为低氮燃烧器，三分仓空预器改为两分仓空预器，热风送粉改为排粉机乏气送粉。2011年11月投运后，在2012年1月连续发生了两次灭火事故，通过现场分析，两次灭火均为炉膛掉焦引起冷灰斗压力突增，造成炉膛压力超出保护值，锅炉发生MFT。该类灭火造成的炉膛负压变化具有“先负后正”的特征。当炉膛掉焦时，焦块对气流的引射作用造成炉膛负压下降，若焦块足以吹灭火焰，炉膛负压会下降更多；当焦块落入水封槽后，足够量的炽热焦块使渣池产生大量蒸汽，冷灰斗压力突增，随之炉膛负压急剧升高，若超出炉膛压力保护值，便会造成锅炉MFT即锅炉主燃料跳闸，继而发生锅炉灭火。

(2)锅炉冷灰斗区CO气体爆燃致使压力突增导致灭火事故

某电厂300MW机组锅炉，设计燃用贫煤，制粉系统为中间储仓式热风送粉，燃烧方式四角切圆燃烧。为了满足NOx排放要求，进行了低氮燃烧器改造，并严格执行分级、低氧燃烧方式。在运行一段时间后，锅炉过热器减温水量、再热器减温水量、除渣频率等不断增加，炉膛压力稳定性变差，在2015年5月份，连续发生了三次灭火事故，经测量，冷灰斗区域的CO含量已超出了仪器量程10000ppm，实际应该更高，同时结合其余运行参数，确认三次锅炉灭火均为炉底可燃气体爆燃造成的。该类灭火造成的炉膛负压变化具有“先正后负”的特征。在锅炉低氮燃烧器改造后，分级燃烧造成主燃区缺氧，CO生成量成倍增加，其中一部分CO气体在引风机的作用下流出炉膛，而另一部分则流向冷灰斗区，由于冷灰斗区域缺氧、混合差，而且温度较低，CO气体的消耗较慢，在流入和消耗的气体达到一定平衡后，CO气体将在此区域形成较高的浓度。当锅炉上部发生掉焦时，高温的焦块携带炉膛上部较高氧气浓度的烟气随之一起落到炉膛下部CO气体浓度较高的区域。若焦块的热容量和所携带的氧气含量较大，炉膛下部就会发生CO气体混合物爆燃，冷灰斗压力突增，随之炉膛压力瞬间增大，当爆燃强度较大时，可能瞬间移位或吹灭煤粉气流的火焰，炉膛负压随之下降，锅炉灭火保护动作。

可见，低氮燃烧器改造后，锅炉掉焦或冷灰斗区CO气体爆燃致使压力突增导致灭火已成为影响锅炉经济性和安全性的重要问题。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了一种防止燃煤锅炉冷灰斗压力突增导致灭火的调节系统和方法，本发明不仅可通过稀释风控制冷灰斗不同区域的CO气体浓度，防止发生CO气体爆燃，而且还可以通过泄压安全阀解决掉焦引起的冷灰斗压力突增问题，有效避免锅炉灭火事故的发生，极大提高机组运行的经济性和安全性。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

防止燃煤锅炉冷灰斗压力突增导致灭火的调节系统，包括：

在冷灰斗区域沿高度方向自上而下分别布置上层稀释风箱、泄压安全阀和下层稀释风箱，上层稀释风箱和下层稀释风箱均被稀释风仓隔分为多个稀释风仓，各稀释风仓的风量由风箱联通管上的流量调节阀独立进行控制，在稀释风仓覆盖区域的水冷壁上通过烟气采样管连接烟气测量装置，烟气测量装置与控制系统通信，控制系统根据烟气测量装置测量的气体含量自动调节各稀释风仓对应的流量调节阀开度。

进一步的，上层稀释风箱及下层稀释风箱分别设置在冷灰斗区域内且覆盖冷灰斗的四周，泄压安全阀设置在炉墙宽度中间位置，四面炉墙各布置1个，其起跳压力根据锅炉炉型、燃用煤质、运行状况和稳燃能力进行调整。

进一步的，上层稀释风箱和下层稀释风箱相对的箱壁上均通过风箱联通管与二次风箱相连。

进一步的，在稀释风仓覆盖区域的水冷壁鳍片上，沿水冷壁轴线方向开通圆孔，用以引入稀释风；在稀释风仓两侧墙均匀布置两根不锈钢烟气采样管，烟气采样管一端通入炉内，与鳍片平齐，另一端引出稀释风仓连接烟气测量装置。

所述水冷壁轴线方向开通的圆孔直径为每隔3cm开通一个；所述烟气采样管直径为材质为不锈钢。

进一步的，所述烟气测量装置与DCS控制系统通信，DCS控制系统根据冷灰斗不同区域的CO、O2含量与爆燃气体含量报警值进行对比，自动调节各稀释风仓对应的流量调节阀开度，保证CO的气体浓度远离爆燃边界。

每个稀释风箱均被稀释风仓隔均分为四个稀释风仓，每个稀释风仓隔安装在各面炉墙宽度中间位置。

基于上述防止燃煤锅炉冷灰斗压力突增导致灭火的调节系统的调节方法，包括以下步骤：

根据炉型、入炉煤质、运行状况和稳燃能力，调节泄压安全阀的起跳压力，当焦块落入渣池时，炙热的焦块与水接触产生大量的水蒸气，炉膛压力随之增加，在达到起跳临界值时，泄压安全阀及时动作，炉膛泄压，重新达到压力平衡；

通过烟气采样管对炉膛冷灰斗不同区域进行烟气采集，并利用烟气测量装置测量CO、O2的气体含量，同时将测试结果实时传入DCS控制系统；

DCS控制系统根据冷灰斗不同区域的CO、O2含量，与爆燃气体含量报警值进行对比，据此自动调节各稀释风仓对应的风量调节阀开度，保证CO的气体浓度远离爆燃边界。

若冷灰斗区域的CO含量超出设定最大值时，稀释风量无法满足降低CO浓度的要求时，将对应区域的泄压安全阀打开，使炉膛与大气联通，待CO含量满足要求后，泄压安全阀关闭。

本发明不仅可通过稀释风控制冷灰斗不同区域的CO气体浓度，防止发生CO气体爆燃，而且还可通过冷灰斗区的泄压安全阀解决掉焦引起的冷灰斗压力突增问题，有效避免锅炉灭火事故的发生，显著提高机组运行的经济性和安全性。(1)当炉膛内的焦块落入渣池时，炙热的焦块与水接触产生大量的水蒸气，炉膛压力随之增加，在达到起跳临界值时，冷灰斗区的泄压安全阀及时动作，炉膛泄压，重新达到压力平衡，可有效避免冷灰斗压力突增对炉内燃烧的破坏。(2)通过烟气测量系统实时监测冷灰斗不同区域的CO、O2等的气体浓度，并传输入DCS控制系统，在与气体爆燃报警值进行对比后，自动调节各稀释风仓对应的流量调节阀开度，保证CO的气体浓度远离爆燃边界。另外，当冷灰斗CO含量严重超标，稀释风量无法满足降低CO浓度的要求时，可人为将泄压安全阀打开，将炉膛与大气联通以降低CO气体浓度，大大提高了调节能力。

本发明的有益效果：

(1)本发明可以通过稀释风自动控制冷灰斗不同区域的CO气体含量，稀释风覆盖面积大，稀释效率高，有效避免了CO气体爆燃引起锅炉冷灰斗压力突增导致的灭火事故。

(2)本发明可以通过冷灰斗区的泄压安全阀及时对炉膛进行泄压，防止出现炉膛掉焦引起锅炉冷灰斗压力突增导致的灭火事故。

(3)本发明可以对冷灰斗区域的CO气体含量进行实时监测，不仅有利于直观控制冷灰斗区域的CO气体浓度，而且可对锅炉的燃烧调整提供依据。

附图说明

图1是燃煤锅炉冷灰斗压力调节系统示意图；

图2是冷灰斗稀释风调节系统示意图；

图3是泄压安全阀调节系统示意图；

其中，1、锅炉本体；2、锅炉冷灰斗；3、水封槽；4、泄压安全阀；5、上层稀释风箱；6、下层稀释风箱；7、冷灰斗水冷壁；8、稀释风仓；9、稀释风仓隔；10、烟气采样管；11、烟气测量装置；12、风箱联通管；13、流量调节阀；14、二次风箱。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

如图1所示，将锅炉本体1以下、水封槽3以上的冷灰斗2区域沿高度方向均分为三部分，自上而下在每部分中间高度位置分别对应布置上层稀释风箱5、泄压安全阀4和下层稀释风箱6。冷灰斗2区域布置两层稀释风箱，且上层稀释风箱5和下层稀释风箱6覆盖冷灰斗2四周，大大减小了稀释死角。

如图2所示，上层稀释风箱5和下层稀释风箱6均通过风箱联通管12与二次风箱14相连。上层稀释风箱5和下层稀释风箱6均被稀释风仓隔9均分为四个稀释风仓8，每个稀释风仓隔9安装在各面炉墙宽度中间位置，各稀释风仓8的风量由风箱联通管12上的流量调节阀13独立进行调整和控制，以此达到分区控制，提高稀释效率。

在稀释风仓8覆盖区域的冷灰斗水冷壁7鳍片上，沿冷灰斗水冷壁7轴线方向开通圆孔，用以引入稀释风；在稀释风仓8两侧墙均匀布置两根不锈钢烟气采样管10，其一端通入炉内，与鳍片平齐，另一端引出稀释风仓8连接烟气测量装置11。所述冷灰斗水冷壁7轴线方向开通的圆孔直径为每隔3cm开通一个；所述烟气采样管直径为材质为不锈钢。

如图3所示，泄压安全阀4在炉墙宽度中间位置，四面墙各布置1个，其起跳压力根据锅炉炉型、燃用煤质、运行状况和稳燃能力进行调整。

本发明不仅可通过稀释风控制冷灰斗2不同区域的CO气体浓度，防止发生CO气体爆燃，而且还可以通过泄压安全阀4解决掉焦引起的冷灰斗2压力突增问题，其具体步骤为：

对于防止掉焦导致冷灰2压力突增，其步骤为：

(1)根据炉型、入炉煤质、运行状况和稳燃能力，调节泄压安全阀4的起跳压力，避免出现误起跳或不动作问题；

(2)当焦块落入渣池时，炙热的焦块与水接触产生大量的水蒸气，炉膛压力随之增加，在达到起跳临界值时，泄压安全阀4及时动作，炉膛泄压，重新达到压力平衡，可有效避免冷灰斗2压力突增对炉内燃烧的破坏。

对于防止CO气体爆燃导致的压力突增，具体步骤为：

(1)通过烟气采样管10对炉膛冷灰斗2不同区域进行烟气采集，并利用烟气测量装置11测量CO、O2等的气体含量，同时将测试结果实时传入DCS控制系统；

(2)DCS控制系统根据冷灰斗2不同区域的CO、O2等含量，与爆燃气体含量报警值进行对比，据此自动调节各稀释风仓8对应的流量调节阀13开度，保证CO的气体浓度远离爆燃边界；

(3)若冷灰斗2区域的CO含量严重超标，稀释风量无法满足降低CO浓度的要求时，可人为将泄压安全阀4打开，将炉膛与大气联通，不仅可稀释爆燃气体，而且为冷灰斗2区的气体提供流动动力，加速降低爆燃气体浓度，待CO含量满足要求后，泄压安全阀4关闭。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.防止燃煤锅炉冷灰斗压力突增导致灭火的调节系统，其特征是，包括：

在冷灰斗区域沿高度方向自上而下分别布置上层稀释风箱、泄压安全阀和下层稀释风箱，上层稀释风箱和下层稀释风箱均被稀释风仓隔分为多个稀释风仓，各稀释风仓的风量由风箱联通管上的流量调节阀独立进行控制，风箱联通管与二次风箱相连；在稀释风仓覆盖区域的水冷壁上通过烟气采样管连接烟气测量装置，烟气测量装置与控制系统通信，控制系统根据烟气测量装置测量的气体含量自动调节各稀释风仓对应的流量调节阀开度，在稀释风仓覆盖区域的水冷壁鳍片上，沿水冷壁轴线方向开通圆孔，用以引入稀释风。

2.如权利要求1所述的防止燃煤锅炉冷灰斗压力突增导致灭火的调节系统，其特征是，上层稀释风箱及下层稀释风箱分别设置在冷灰斗区域内且覆盖冷灰斗的四周，泄压安全阀设置在炉墙宽度中间位置，四面炉墙各布置1个，其起跳压力根据锅炉炉型、燃用煤质、运行状况和稳燃能力进行调整。

3.如权利要求1所述的防止燃煤锅炉冷灰斗压力突增导致灭火的调节系统，其特征是，在稀释风仓两侧墙均匀布置两根不锈钢烟气采样管，烟气采样管一端通入炉内，与鳍片平齐，另一端引出稀释风仓连接烟气测量装置。

4.如权利要求1所述的防止燃煤锅炉冷灰斗压力突增导致灭火的调节系统，其特征是，所述水冷壁轴线方向开通的圆孔直径为每隔3cm开通一个；所述烟气采样管直径为材质为不锈钢。

5.如权利要求1所述的防止燃煤锅炉冷灰斗压力突增导致灭火的调节系统，其特征是，所述烟气测量装置与DCS控制系统通信，DCS控制系统根据冷灰斗不同区域的CO、O2含量与爆燃气体含量报警值进行对比，自动调节各稀释风仓对应的流量调节阀开度，保证CO的气体浓度远离爆燃边界。

6.如权利要求1所述的防止燃煤锅炉冷灰斗压力突增导致灭火的调节系统，其特征是，上层稀释风箱和下层稀释风箱均被稀释风仓隔均分为四个稀释风仓，每个稀释风仓隔安装在各面炉墙宽度中间位置。

7.基于上述权利要求1所述的防止燃煤锅炉冷灰斗压力突增导致灭火的调节系统的调节方法，其特征是，包括以下步骤：

根据炉型、入炉煤质、运行状况和稳燃能力，调节泄压安全阀的起跳压力，当焦块落入渣池时，炙热的焦块与水接触产生大量的水蒸气，炉膛压力随之增加，在达到起跳临界值时，泄压安全阀及时动作，炉膛泄压，重新达到压力平衡；

通过烟气采样管对炉膛冷灰斗不同区域进行烟气采集，并利用烟气测量装置测量CO、O2的气体含量，同时将测试结果实时传入DCS控制系统；

DCS控制系统根据冷灰斗不同区域的CO、O2含量，与爆燃气体含量报警值进行对比，据此自动调节各稀释风仓对应的风量调节阀开度，保证CO的气体浓度远离爆燃边界。

8.如权利要求7所述的防止燃煤锅炉冷灰斗压力突增导致灭火的调节系统的调节方法，其特征是，若冷灰斗区域的CO含量超出设定最大值时，稀释风量无法满足降低CO浓度的要求时，将对应区域的泄压安全阀打开，使炉膛与大气联通，待CO含量满足要求后，泄压安全阀关闭。