CN106152114A - 超临界cfb锅炉失电保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明有关超临界CFB锅炉失电保护装置，包括CFB锅炉，所述CFB锅炉内设置水冷壁下集箱，其改进点在于，在所述CFB锅炉的炉膛上方设置粉料仓，失电时，所述粉料仓向炉膛内倾洒降温粉料，所述水冷壁下集箱连接失电应急泵系统，所述失电应急泵系统的另一端连接除氧器水箱，失电时，所述水冷壁自所述除氧器水箱取水降温。本发明通过炉顶喷洒固体颗粒物对高温物料进行覆盖从而降温，可以保证在断电情况及时保护CFB锅炉，防止炉内温度过高对锅炉损坏，降温快速高效。

Description

超临界 CFB 锅炉失电保护装置

技术领域

本发明涉及锅炉燃烧领域，特别是超临界CFB锅炉失电后，对汽水系统受压部件进行保护、以防止金属壁温过热损坏。

背景技术

在装有超临界CFB锅炉（circulating fluidized bed，CFB锅炉即我们通常所说的循环流化床锅炉）电厂全厂失电后，由于炉内存留大量高温物料和敷设的耐火耐磨材料会继续放热，因此必须对其受压部件、特别是吸热强，易超温受热面进行保护。

根据锅炉厂要求，采用蒸汽对受压部件进行冷却，需满足：

1）在停炉后的前20min内，蒸汽流量按5%BMCR；

2）在以后的2～3hr内，蒸汽流量按2～3%BMCR。

现有的锅炉停炉后的冷却分为自然冷却和强制冷却两种方式，停炉后，不采用任何手段，让其自然降温降压的冷却方式，称为自然冷却方式；停炉后，采用强制手段进行降温，降压的方式，称为强制冷却方式，如通过水冷壁中上水和放水的方法，通过水将热量吸收，采用水冷壁降温的方式，需要大量的冷水（如350MW级锅炉，至少400吨），通常需要大泵（功率约为900千瓦）才可以完成短时间内的降温。在失电状态下的停炉是计划外停炉，炉内温度非常高，降温困难，而在失电的情况下，启动大泵需要装设大功率柴油发电机，这将造成启动时间长，成本高的问题。

大量低温冷水，且未经除氧，进入锅炉热态承压系统，必会造成金属壁面物理及化学损伤，并殃及炉内耐磨、耐火层。

发明内容

本发明所要解决的问题在于：现有CFB锅炉在失电状态下，其炉内的高温物料继续放热会损坏锅炉，现有的降温技术不够迅速，操作复杂，成本高。

为解决以上问题，本发明所采用的技术方案为：超临界CFB锅炉失电保护装置，包括CFB锅炉，所述CFB锅炉内设置水冷壁，其特征在于，所述CFB锅炉的炉膛上方设置失电时向炉膛内倾洒粉料的至少一个粉料覆盖装置。

其中，所述水冷壁通过失电应急泵系统连接至除氧器水箱。

其中，所述粉料覆盖装置包含粉料仓和粉料仓失电开启装置。

其中，所述粉料仓失电开启装置下方设置有热位移补偿装置和喷洒装置。

其中，所述粉料覆盖装置还包含有冷却装置，该冷却装置将冷却风送至粉料仓下端及喷洒装置内。

其中，所述喷洒装置包含设置在热位移补偿装置的环落锥、阻热锥和旋流风送风装置，其中，所述环落锥、阻热锥和旋流风送风装置设置在旋流落料出口管内。

其中，所述旋流风送风装置包含压缩空气储罐、气动开关阀、气动调节阀和旋流器进风管，所述旋流器进风管连接至旋流落料出口管下方。

其中，所述粉料仓失电开启装置为气动闸板阀。

其中，所述失电应急泵系统包括相互连接的失电给水泵和给水泵前置泵，其中，失电给水泵连接所述水冷壁下集箱，所述给水泵前置泵连接所述除氧器水箱。

其中，所述失电给水泵连接一省煤器，所述省煤器连接所述水冷壁下集箱。

本发明的有益效果如下所述。

1、采用炉顶喷洒固体颗粒物对高温物料进行覆盖从而降温，可以保证在断电情况下及时保护CFB锅炉，防止炉内温度过高对锅炉损坏，降温迅速，方便省力，其理论依据为：黑体的辐射力与其自身热力学温度（T，单位K）的4次方成正比，在热物料上覆盖冷物料，可立即减少热物料辐射放热量。热物料温度按900℃，冷物料温度按20℃，两者接触热平衡后，料顶温度按460℃计算，辐射放热量衰减为覆盖前的15%左右。

2、应急泵供水接自除氧器水箱，如350MW级锅炉，其存水约100t，该水温度较高（190℃，相当于高加全切工况水温），有利于保护水冷壁管不受冷冲击及密相区耐火浇注料免遭骤冷脆裂，应急泵的功率较小，节省动力，与现有技术相比，显著节约用水。

3、本发明的环落锥以及水平切向旋风的设计，使得炉顶用于降温的固体颗粒可以呈环状均匀撒向炉内，冷却降温效果好。

4、采用炉顶“天女散花”式撒下降温固体颗粒，同时利用除氧器水箱内的热水冷却水冷壁（即锅内小流“扬汤止沸”），两者结合，冷却迅速、持久、经济而有效，且可靠性高于单一手段——只设大出力应急泵。

附图说明

图1为本发明超临界CFB锅炉失电保护装置的炉顶部分结构示意图。

图2为本发明超临界CFB锅炉失电保护装置的整体系统流程图。

图3为本发明超临界CFB锅炉失电保护装置的旋流器水平切向冷却旋风俯视图。

图号说明：

1粉料仓

2落料管

3气动闸板阀

4第一冷却进风管

5热位移补偿装置、膨胀节

6环落锥

7扩径管

8环落锥支腿

9阻热锥

10阻热锥吊架

11旋流器进风管

12旋流落料出口管

13CFB锅炉

14水冷壁下集箱

15除氧器水箱

16失电给水泵前置泵

17失电给水泵

18省煤器

19第二冷却进风管

20第一仪器用气罐

21第二仪器用气罐

22气动开关阀

23气动调节阀

24第一手动阀

25第二手动阀

26杂用气罐

27除氧器。

具体实施方式

如图1和图2所示，是本发明超临界CFB锅炉失电保护装置的整体系统流程图和失电保护装置的炉顶部分结构示意图。本发明的整体设计思路是在失电状态下能较为迅速的降低炉膛内燃烧物料的放热量，一方面用大量降温固体颗粒覆盖炉膛内的燃烧物料，进行降温，防止锅炉被高温损坏；另一方面是利用水循环带动炉膛底部的水冷壁下集箱的水进行热量交换进行降温。

所述粉料覆盖装置为粉料仓1和气动闸板阀3，该气动闸板阀3为粉料仓失电开启装置，该粉料覆盖装置还包括冷却装置，该冷却装置为第一进风管4和第二进风管19及相应手动调节阀，热位移补偿装置为膨胀节5，喷洒装置为包含设置在热位移补偿装置（通常为膨胀节）5下方的环落锥6、阻热锥9和旋流风送风装置。该旋流风送风装置包含杂用气罐26、气动开关阀22、气动调节阀23、旋流器进风管11，失电应急泵系统为相互连接的失电给水泵17和给水泵前置泵16，

在本超临界CFB锅炉13的炉膛正上方设置一粉料仓1，该粉料仓1内装设有石灰石粉料，在该粉料仓1的下方出口处设置落料管2，该落料管2上安置气动闸板阀3，该气动闸板阀3连接在一第一仪器用气罐20上，该第一仪器用气罐20内具有压缩空气，平时锅炉燃烧正常时该阀门3处于关闭状态，当失电时，该阀门3打开，从而使得粉料仓1内的降温物料向下倾洒，覆盖燃烧物料降温。

在该落料管2的底端设置膨胀节5，用于吸收料仓与锅炉之间的热位移，在该气动闸板阀3的下面设置第一进风管4，平常锅炉工作正常时，该第一进风管4吹入冷却风，吹走大部分炉膛内辐射热量，该第一进风管4通过第一手动阀24调整风量，保留合适热量，用于加热石灰石料斗，防止斗内石灰石粉受潮后不易流动，该第一进风管4吹入的是切向进风，使其加热均匀。

在膨胀节5下面连接一段扩径管7，该扩径管7内部设置环落锥6，该环落锥6的尖端朝上，往下则呈锥形散开，与管壁之间留有一定缝隙，失电时，石灰石粉料下落的时候是沿着管壁于环落锥的缝隙下落，保证其撒落均匀，该环落锥6是固定在一环落锥支腿8上，该环落锥支腿8处焊接第二进风管19，该第二进风管19一方面起到固定环落锥的作用，另一方面则同样用于提供冷却风，该冷却风同样也是在锅炉正常燃烧时起降低管壁温度的作用，该冷却风量通过第二进风管19上的第二手动阀25控制。该第二进风管19与第一进风管4内通入的冷却风是锅炉燃烧常规的二次风的一部分，在锅炉正常燃烧时吹入冷却风，防止炉内温度过高造成管内装置损坏，起保护作用，失电时该第一进风管4与第二进风管19停止吹入冷却风。

如图3所示，该第一进风管4与第二进风管19可以根据需要围绕落料的管道水平设置多条，让冷却风水平贴着管壁吹入，水平多条进风管相互呼应，可以任意调节水平旋转冷却风的吹入周径大小。

在该环落锥6的下方设置的是阻热锥9，该阻热锥9可以阻止过热的炉膛温度对落料管道内部构件的损害，该阻热锥9固定在一阻热锥吊架10上，该阻热锥吊架10与环落锥6相互固定连接。

从粉料仓1的出口开始，先连接一段落料管2，然后该落料管2接上膨胀节5，该膨胀节5下方接上一段扩径管7，最后在该扩径管7的下方则连接旋流落料出口管12。环落锥6、阻热锥9及其相应的支撑结构依次设置在扩径管7和旋流落料出口管12内部。

在阻热锥9的下方设置旋流器进风管11，该旋流器进风管11连接杂用气罐26，该杂用气罐26和旋流器进风管11之间的管路上依次设置气动开关阀22、气动调节阀23，用于调节压缩空气进入的流量大小，该气动开关阀22连接在第二仪器用气罐21上，该气动调节阀23连接在第一仪器用气罐20上，锅炉工作正常时，该旋流器进风管11不吹入切向旋风。所述第一仪器用气罐20和第二仪器用气罐21通常为一个仪器用气罐。所述气动调节阀利用电脑软件调控旋风压力，反复增压、减压过程，进而实现在锅炉失电后，系统自动完成对高温物料多层（次）覆盖。

失电时，第一进风管4与第二进风管19停止吹入冷却风，该旋流器进风管11则开始启动吹入切向旋风，该气动开关阀22、气动调节阀23在第一仪器用气罐20内的压缩空气推动下打开，杂用气罐26同时开始工作，吹入压缩空气，同样如图3所示，该旋流器进风管11可以设置多条，该旋流器进风管11的出风口可以设计为圆嘴型或者扁嘴型，这样可以在同一平面形成较强气流，多条旋流器进风管水平吹入切向压缩空气，从而形成水平旋转的旋流风，控制降温粉料旋转下落，使其能更均匀的覆盖炉内燃烧物料。

旋流器进风管11吹入的切向旋风是利用电脑软件调控旋风压力，反复增压、减压过程，进而实现在锅炉失电后，系统自动完成对高温物料多层（次）覆盖。气动闸板阀3、气动开关阀22、气动调节阀23用气均有相应的气罐提供压缩空气余压保证供应，其阀门启闭与失电信号连锁，失电状态时能够及时响应，利用压缩空气推动相应阀门开启。

如图2所示，本发明除了在炉膛顶部设置CFB锅炉失电保护装置外，还设置小功率失电应急泵系统，该失电应急泵系统包括相互连接的给水泵前置泵16和失电给水泵17，该给水泵前置泵16连接除氧器水箱15，该除氧器水箱15内的水温较高，约为190℃，该失电给水泵17连接一省煤器18，该省煤器18连接在炉膛13下方的水冷壁下集箱14上。

锅炉正常工作时，除氧器27将去氧水通入除氧器水箱15，然后经由该除氧器水箱15进行锅炉上水，该除氧器水箱15起蓄水、缓冲的作用，锅炉内使用的除氧水可以防止氧气腐蚀水冷壁管道，失电时，应急泵系统开始工作，使得在用石灰石粉迅速降低炉膛13温度的同时，用较高温度的除氧器水箱15内的水冷却水冷壁，防止水冷壁受冷冲击及防止耐火浇注料骤冷脆裂，即“扬汤止沸”避免了水冷壁的损害，也可以进一步通过水循环带走锅炉内的热量。

综上，本发明采用炉顶喷洒固体颗粒物对高温物料进行覆盖从而降温，可以保证在断电情况及时保护CFB锅炉，防止炉内温度过高对锅炉损坏，在热物料上覆盖冷物料，可立即减少热物料辐射放热量，同时，利用除氧器水箱内的热水冷却水冷壁（“扬汤止沸”）进一步降低炉内温度的同时还能避免水冷壁耐火浇注料骤冷脆裂，双管齐下在CFB锅炉失电状态下能迅速对锅炉进行冷却、经济高效，显著节省了能源，降低耗水量。

Claims (10)

1.超临界CFB锅炉失电保护装置，包括CFB锅炉，所述CFB锅炉内设置水冷壁，其特征在于，所述CFB锅炉的炉膛上方设置失电时向炉膛内倾洒粉料的至少一个粉料覆盖装置。

2.如权利要求1所述的超临界CFB锅炉失电保护装置，其特征在于，所述水冷壁通过失电应急泵系统连接至除氧器水箱。

3.如权利要求1所述的超临界CFB锅炉失电保护装置，其特征在于，所述粉料覆盖装置包含粉料仓和粉料仓失电开启装置。

4.如权利要求3所述的超临界CFB锅炉失电保护装置，其特征在于，所述粉料仓失电开启装置下方设置有热位移补偿装置和喷洒装置。

5.如权利要求4所述的超临界CFB锅炉失电保护装置，其特征在于，所述粉料覆盖装置还包含有冷却装置，该冷却装置将冷却风送至粉料仓下端及喷洒装置内。

6.如权利要求5所述的超临界CFB锅炉失电保护装置，其特征在于，所述喷洒装置包含设置在热位移补偿装置下的环落锥、阻热锥和旋流风送风装置，其中，所述环落锥、阻热锥和旋流风送风装置设置在旋流落料出口管内。

7.如权利要求6所述的超临界CFB锅炉失电保护装置，其特征在于，所述旋流风送风装置包含压缩空气储罐、气动开关（闸）阀、气动调节阀和旋流器进风管，所述旋流器进风管连接至旋流落料出口管下方，所述气动调节阀利用电脑软件调控旋风压力，反复增压、减压过程，进而实现在锅炉失电后，系统自动完成对高温物料多层（次）覆盖。

8.如权利要求7所述的超临界CFB锅炉失电保护装置，其特征在于，所述粉料仓失电开启装置为气动闸板阀。

9.如权利要求2所述的超临界CFB锅炉失电保护装置，其特征在于，所述失电应急泵系统包括相互连接的失电给水泵和给水泵前置泵，其中，失电给水泵连接所述水冷壁下集箱，所述给水泵前置泵连接所述除氧器水箱。

10.如权利要求9所述的超临界CFB锅炉失电保护装置，其特征在于，所述失电给水泵连接一省煤器，所述省煤器连接所述水冷壁下集箱。