CN107246607B - 一种用于四角切圆锅炉的自动稳燃系统 - Google Patents

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Abstract

本发明属于大型电站锅炉低负荷稳燃领域，具体涉及一种用于四角切圆锅炉的自动稳燃系统，主要解决了四角切圆锅炉在超低负荷运行时稳燃用油量大的问题。本发明主要包括氧气加热器、百叶窗煤粉燃烧器、高温氧气发生器组件等，利用锅炉尾部烟气和中频感应线圈，将氧气最高可加热到1000℃左右，然后将高温氧气输送到百叶窗煤粉燃烧器的浓相侧，形成高氧气浓度、高煤粉浓度和高温度的“三高区”来稳定煤粉燃烧。本发明通过调整高温氧气的参数和高温氧气发生器的位置，能够满足不同煤质稳燃的需要，能够实现全程自动投氧稳燃，大大提高了锅炉稳燃过程中的安全性，减少了运行人员工作量。

Description

一种用于四角切圆锅炉的自动稳燃系统
技术领域
本发明属于大型电站锅炉低负荷稳燃领域，具体涉及一种用于四角切圆锅炉的自动稳燃系统。
背景技术
电站锅炉在深度调峰时，经常长时间低负荷运行，需要投入油枪助燃，给用户造成了沉重的经济负担。据统计，一台600MW的大型电站锅炉每年的稳燃用油量平均约400吨左右。
针对这种情况，我国研发了各种各样的节油稳燃技术来解决这个问题：
以等离子点火和高温空气点火技术为代表的无油稳燃技术，该技术专利众多，如用于直接点燃四角切圆锅炉的等离子点火装置(CN1230659)、等离子点火燃烧装置(CN201106846)、一种电厂燃煤锅炉交流等离子点火装置(CN202048592U)、煤粉锅炉高温空气点火装置(CN2591434)等等，该类技术将锅炉下层煤粉燃烧器改造为点火燃烧器，同时，使得改造后的燃烧器可以实现无油稳燃，但是该类型的燃烧器主要是为节省锅炉冷态用油设计的，其低氮燃烧的性能较差，所以该技术只能应用于锅炉最下面一层(或最下面二层)燃烧器的改造，而其余燃烧器在低负荷或紧急情况下，仍然需要投油稳燃。
以燃烧器结构改造为代表的稳燃技术，该方面专利众多，如高效、低氧化氮、强稳燃的双一次风通道煤粉主燃烧器(CN1059022A)、浓淡组合式煤粉燃烧器(CN1239763)、一种楔形钝体燃烧装置9CN1046795)等等，该类技术不同程度的改善了锅炉的低负荷性能，但同时存在一定的局限性，主要是该类技术均存在一个最低稳燃负荷的要求，当低于各自的最低稳燃负荷时，便不能确保煤粉的稳定燃烧，仍需要投入大油枪，所以该类技术尚不是真正的超低负荷无油稳燃技术，不能满足锅炉深度调峰的需要。
发明内容
本发明的目的是为了解决四角切圆锅炉在低负荷稳燃过程中用油量大的问题，尤其是燃用劣质煤的锅炉，耗油量十分巨大，提供一种原理先进、结构简单的用于四角切圆锅炉的高温氧气稳燃系统，用高温氧气代替燃油，实现无油稳燃，降低锅炉低负荷工况的运行成本。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于四角切圆锅炉的自动稳燃系统，包括百叶窗煤粉燃烧器、高温氧气发生器组件、煤粉管弯头、省煤器、低温再热器和氧气加热器，所述百叶窗煤粉燃烧器安装在四角切圆锅炉炉膛下部的四个角上，煤粉管弯头与百叶窗煤粉燃烧器的入口连接，高温氧气发生器组件水平穿过煤粉管弯头的管壁并伸入设置在百叶窗煤粉燃烧器的浓相测，且使高温氧气发生器组件的喷嘴位于百叶窗煤粉燃烧器浓相侧的出口处位置，低温再热器、氧气加热器和省煤器依次沿烟气流动方向布置在四角切圆锅炉的尾部烟道内，氧气加热器的进气口与氧气母管连接，氧气加热器的出气口与高温氧气发生器组件的进气口连接。
所述高温氧气发生器组件由氧枪喷嘴、氧枪本体管、感应线圈、陶瓷套管、支承套管、自动推进装置和中频电源组成，所述感应线圈水平设在陶瓷套管的管腔中，且使其右端与中频电源连接，陶瓷套管设在氧枪本体管的管腔中，支承套管套设在氧枪本体管上，用于安装固定高温氧气发生器组件，氧枪喷嘴设在氧枪本体管的出气口处，在氧枪本体管的右端侧壁设有氧气入口，在支承套管的侧壁设有吹扫风入口，自动推进装置安装在氧枪本体管的外壁上且与氧枪本体管的外壁连接，用于实现氧枪本体管的轴向移动。
所述用于四角切圆锅炉的自动稳燃系统还包括热电偶a、b，所述热电偶a设在百叶窗煤粉燃烧器的浓相喷口处，用于监测浓相喷口的壁温，所述热电偶b设在高温氧气发生器组件氧枪本体管内靠近氧枪喷嘴处，用于监测氧枪本体管的壁温。
在所述氧气加热器的进气口与氧气母管的连接管线上设有安全阀、流量计和电动调节阀。
所述用于四角切圆锅炉的自动稳燃系统还包括自动控制柜，自动控制柜与热电偶a、b、自动推进装置和中频电源连接，用于控制热电偶a、b、自动推进装置和中频电源的工作。
本发明采用以上技术方案，与背景技术相比，具有以下优点：
(1)本发明创造性地在百叶窗煤粉燃烧器的浓相侧增加了一套高温氧气发生器组件，将高温氧气输送到了浓侧区域，利用百叶窗煤粉燃烧器的结构特点，在百叶窗煤粉燃烧器的喷口区域形成了煤粉着火所需的“三高区”(高煤粉浓度、高氧量、高温度)，创造出对煤粉着火极为有利的条件，解决了百叶窗燃烧器长期面临的高煤粉浓度区域氧量不足的问题，使得煤粉迅速着火燃烧，为改善百叶窗煤粉燃烧器的超低负荷稳性能带来了质的突破；
(2)本发明选择的氧气加热器的安装位置比较安全。氧气加热器的材质是不锈钢2520，该种材质允许的长期工作温度是1250℃。而本发明中氧气加热器的安装位置介于低温再热器和省煤器之间，该区域内烟气的温度在550℃-650℃的范围内，因此氧气加热器的允许工作温度和烟气温度之间有较大的富裕量，所以氧气加热器的安全性非常好。同时，可将氧气温度加热到500℃左右，大大加强了氧气的助燃性能；
(3)可将氧气进一步加热到稳燃所需温度。氧气在进入到高温氧气发生器组件前，已经经过安装在烟道内的氧气加热器进行加热，温度已经达到500℃左右，但是对于劣质难燃煤种，500℃左右的高温氧气还无法确保将煤粉气流瞬间点燃，因此本发明利用安装在高温氧气发生器内的感应线圈对氧气进一步加热，最高可将氧气加热到1000℃左右，从而能够满足不同煤质的稳燃需要(最难燃的无烟煤煤粉气流的着火温度是1000℃左右)；
(4)高温氧气发生器组件能够实现自动稳燃，其自动稳燃逻辑如下：第一步，锅炉在运行过程中，如果煤火检发生闪烁，当其检测到的火焰强度低于下阙值时，发出自动启动稳燃装置的信号到自动控制柜；第二步，自动控制柜收到启动信号后，对自动推进装置发出指令，将氧枪本体管、陶瓷套管、感应线圈移动到预定位置(注：对于烟煤和褐煤锅炉，移动到位置A；对于贫煤锅炉，移动到位置B；对于无烟煤锅炉，移动到位置C)；第三步，自动控制柜发出指令打开电动调节阀，氧气进入到加热器吸热升温，然后通过高温氧气发生器组件，喷入煤粉气流中，对煤粉进行助燃，同时根据煤火检的反馈信号，对电动调节阀的开度进行调整；第四步，如果电动调节阀的开度达到100％后，煤火检测量到的火焰强度值仍然小于上阙值，则自动控制柜发出一个指令到中频电源，接通感应线圈，并逐步增大电功率，利用感应线圈的发热量加热氧气，使得氧气温度进一步上升，增加其助燃能力，同时对热电偶b实测的氧气温度值与设定的最高氧气温度允许值(可取1000℃)进行比较，如果实测值小于允许值，则可以持续增加中频电源功率，直至最大，如果实测值大于允许值，则停止增加中频电源功率，直接转第五步执行；第五步，如果第一步到第四步的措施不能够解决煤火检闪烁的问题(即当中频电源的电功率达到最大或热电偶b的实测值大于允许值时，煤火检测量到的火焰强度值仍然小于上阙值)，则给出警示信号，提醒运行人员根据实情情况进行人为干预；第六步，如果第一步到第四步的措施能够解决煤火检闪烁的问题(即煤火检检测到的火焰强度值高于上阙值)，自动控制柜发出提示信号，由运行人员做出是否继续稳燃的决定，如果运行人员做出继续稳燃的决定，则按上述第一步到第四步的内容继续执行，如果运行人员做出停止稳燃的决定，则按如下步骤退出自动稳燃装置：①切断中频电源，停止加热氧气，②关闭电动调节阀，使氧气流量降到零，③自动推进装置将氧枪本体管、陶瓷套管、感应线圈退回到支承套管内；
(5)高温氧气发生器的安全是有保障的。为了防止高温氧气发生器的组件被1000℃左右的高温氧气烧损，在氧枪本体管内安装了陶瓷套管，从而确保高温氧气不与氧枪套管直接接触，并利用陶瓷材料优良的隔热性能及煤粉气流对氧枪本体管的冷却作用，能够将氧枪本体管的运行温度降低到500℃以下，所以能够保证整个组件的安全运行；
(6)百叶窗煤粉燃烧器的喷口不会发生超温烧损。在百叶窗煤粉燃烧器的浓相喷口的外壁上安装有热电偶a，当在稳燃过程中，热电偶a的实测值超过壁温允许值的上限时，则按如下壁温保护逻辑执行：第一步，自动控制柜发出指令调小中频电源的电功率；第二步，如果中频电源的电功率已经降至零，但热电偶a的实测值仍然大于壁温允许值，则逐步关小电动调节阀的开度，直至全关。如果壁温保护逻辑和自动稳燃逻辑在执行过程中，对电动调节阀和中频电源的操作指令相矛盾，则优先执行壁温保护逻辑；
(7)氧枪本体管不会发生磨损。只有当锅炉需要稳燃时，在自动推进装置的作用下，氧枪本体管才会推进到燃烧器喷口位置，且氧枪本体管与煤粉气流的流动方向平行，煤粉气流对其造成的冲刷比较轻微，当锅炉不需要稳燃时，自动推进装置将氧枪本体管退回到支承套管内部，不与煤粉气流直接接触，且在吹扫风的保护作用下，煤粉无法倒流进入到支承套管内部，所以氧枪本体管不会发生磨损。只要在支承套管的迎粉侧采用耐磨陶瓷做好防磨措施即可。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明高温氧气发生器组件的安装图；
图3是本发明高温氧气发生器组件的结构示意图。
具体实施方式
如图1和2所示，本实施例中的一种用于四角切圆锅炉的自动稳燃系统，包括百叶窗煤粉燃烧器2、高温氧气发生器组件3、煤粉管弯头4、省煤器5、低温再热器7和氧气加热器8，所述百叶窗煤粉燃烧器2安装在四角切圆锅炉炉膛1下部的四个角上，煤粉管弯头4与百叶窗煤粉燃烧器2的入口连接，高温氧气发生器组件3水平穿过煤粉管弯头4的管壁并伸入设置在百叶窗煤粉燃烧器2的浓相测，且使高温氧气发生器组件3的喷嘴位于百叶窗煤粉燃烧器2浓相侧的出口处位置，低温再热器7、氧气加热器8和省煤器5依次沿烟气流动方向布置在四角切圆锅炉的尾部烟道6内，氧气加热器8的进气口与氧气母管连接，氧气加热器8的出气口与高温氧气发生器组件3的进气口连接。
如图3所示，所述高温氧气发生器组件3由氧枪喷嘴301、氧枪本体管302、感应线圈303、陶瓷套管304、支承套管305、自动推进装置306和中频电源307组成，所述感应线圈303水平设在陶瓷套管304的管腔中，且使其右端与中频电源307连接，陶瓷套管304设在氧枪本体管302的管腔中，支承套管305套设在氧枪本体管302上，用于安装固定高温氧气发生器组件3，氧枪喷嘴301设在氧枪本体管302的出气口处，在氧枪本体管302的右端侧壁设有氧气入口309，在支承套管305的侧壁设有吹扫风入口308，自动推进装置306安装在氧枪本体管302的外壁上且与氧枪本体管302的外壁连接，用于实现氧枪本体管302的轴向移动。
所述用于四角切圆锅炉的自动稳燃系统还包括热电偶9a、9b，所述热电偶9a设在百叶窗煤粉燃烧器2的浓相喷口处，用于监测浓相喷口的壁温，所述热电偶9b设在高温氧气发生器组件3氧枪本体管302内靠近氧枪喷嘴301处，用于监测氧枪本体管302的壁温。
在所述氧气加热器8的进气口与氧气母管的连接管线上设有安全阀10流量计11和电动调节阀12。
所述用于四角切圆锅炉的自动稳燃系统还包括自动控制柜13，自动控制柜13与热电偶9a、9b、自动推进装置306和中频电源307连接，用于控制热电偶9a、9b、自动推进装置306和中频电源307的工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种用于四角切圆锅炉的自动稳燃系统，其特征在于：包括百叶窗煤粉燃烧器(2)、高温氧气发生器组件(3)、煤粉管弯头(4)、省煤器(5)、低温再热器(7)和氧气加热器(8)，所述百叶窗煤粉燃烧器(2)安装在四角切圆锅炉炉膛(1)下部的四个角上，煤粉管弯头(4)与百叶窗煤粉燃烧器(2)的入口连接，高温氧气发生器组件(3)水平穿过煤粉管弯头(4)的管壁并伸入设置在百叶窗煤粉燃烧器(2)的浓相测，且使高温氧气发生器组件(3)的喷嘴位于百叶窗煤粉燃烧器(2)浓相侧的出口处位置，低温再热器(7)、氧气加热器(8)和省煤器(5)依次沿烟气流动方向布置在四角切圆锅炉的尾部烟道(6)内，氧气加热器(8)的进气口与氧气母管连接，氧气加热器(8)的出气口与高温氧气发生器组件(3)的进气口连接；
所述高温氧气发生器组件(3)由氧枪喷嘴(301)、氧枪本体管(302)、感应线圈(303)、陶瓷套管(304)、支承套管(305)、自动推进装置(306)和中频电源(307)组成，所述感应线圈(303)水平设在陶瓷套管(304)的管腔中，且使其右端与中频电源(307)连接，陶瓷套管(304)设在氧枪本体管(302)的管腔中，支承套管(305)套设在氧枪本体管(302)上，用于安装固定高温氧气发生器组件(3)，氧枪喷嘴(301)设在氧枪本体管(302)的出气口处，在氧枪本体管(302)的右端侧壁设有氧气入口(309)，在支承套管(305)的侧壁设有吹扫风入口(308)，自动推进装置(306)安装在氧枪本体管(302)的外壁上且与氧枪本体管(302)的外壁连接，用于实现氧枪本体管(302)的轴向移动；
所述用于四角切圆锅炉的自动稳燃系统还包括热电偶(9a、9b)，所述热电偶(9a)设在百叶窗煤粉燃烧器(2)的浓相喷口处，用于监测浓相喷口的壁温，所述热电偶(9b)设在高温氧气发生器组件(3)氧枪本体管(302)内靠近氧枪喷嘴(301)处，用于监测氧枪本体管(302)的壁温；
所述用于四角切圆锅炉的自动稳燃系统还包括自动控制柜(13)，自动控制柜(13)与热电偶(9a、9b)、自动推进装置(306)和中频电源(307)连接，用于控制热电偶(9a、9b)、自动推进装置(306)和中频电源(307)的工作；所述高温氧气发生器组件(3)的自动稳燃逻辑如下：第一步，锅炉在运行过程中，如果煤火检发生闪烁，当其检测到的火焰强度低于下阙值时，发出自动启动稳燃装置的信号到自动控制柜(13)；第二步，自动控制柜(13)收到启动信号后，对自动推进装置(306)发出指令，将氧枪本体管(302)、陶瓷套管(304)、感应线圈(303)移动到预定位置；第三步，自动控制柜(13)发出指令打开电动调节阀，氧气进入到氧气加热器(8)吸热升温，然后通过高温氧气发生器组件(3)，喷入煤粉气流中，对煤粉进行助燃，同时根据煤火检的反馈信号，对电动调节阀的开度进行调整；第四步，如果电动调节阀的开度达到100％后，煤火检测量到的火焰强度值仍然小于上阙值，则自动控制柜(13)发出一个指令到中频电源(307)，接通感应线圈(303)，并逐步增大电功率，利用感应线圈(303)的发热量加热氧气，使得氧气温度进一步上升，增加其助燃能力，同时对热电偶(9b)实测的氧气温度值与设定的最高氧气温度允许值，可取1000℃进行比较，如果实测值小于允许值，则可以持续增加中频电源(307)功率，直至最大，如果实测值大于允许值，则停止增加中频电源(307)功率，直接转第五步执行；第五步，如果第一步到第四步的措施不能够解决煤火检闪烁的问题，即当中频电源(307)的电功率达到最大或热电偶(9b)的实测值大于允许值时，煤火检测量到的火焰强度值仍然小于上阙值，则给出警示信号，提醒运行人员根据实情情况进行人为干预；第六步，如果第一步到第四步的措施能够解决煤火检闪烁的问题，即煤火检检测到的火焰强度值高于上阙值，自动控制柜(13)发出提示信号，由运行人员做出是否继续稳燃的决定，如果运行人员做出继续稳燃的决定，则按上述第一步到第四步的内容继续执行，如果运行人员做出停止稳燃的决定，则按如下步骤退出自动稳燃装置：①切断中频电源(307)，停止加热氧气，②关闭电动调节阀，使氧气流量降到零，③自动推进装置(306)将氧枪本体管(302)、陶瓷套管(304)、感应线圈(303)退回到支承套管(305)内。
2.根据权利要求1所述的一种用于四角切圆锅炉的自动稳燃系统，其特征在于：在所述氧气加热器(8)的进气口与氧气母管的连接管线上设有安全阀(10)、流量计(11)和电动调节阀(12)。
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