CN108180499B - 一种煤粉锅炉风粉配平系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种煤粉锅炉风粉配平系统，属于煤粉锅炉自动控制技术领域；所要解决的技术问题是提供了一种煤粉锅炉风粉的配平系统及方法，以更有效地提高实时在线风粉配平效果；解决该技术问题采用的技术方案为：一种煤粉锅炉风粉配平系统，包括配平组件、气源供应系统和控制系统，配平组件包括环形腔、高压气流管道和喷嘴，气源供应系统包括高压气源装置和过滤减压阀，控制系统包括压力表、电动调节阀、煤粉浓度传感器、流速传感器、电磁阀和控制装置，高压空气从高压气源装置的出口释放，依次经过过滤减压阀、电动调节阀、环形腔、电磁阀、高压气体流道后，从喷嘴喷出通往锅炉炉膛的管道中；本发明可广泛应用于煤粉锅炉领域。

Description

一种煤粉锅炉风粉配平系统及方法

技术领域

本发明一种煤粉锅炉风粉配平系统及方法，属于煤粉锅炉自动控制技术领域。

背景技术

现代大型电站锅炉大多采用四角喷燃方式为主要的燃煤锅炉，在锅炉燃烧过程中，维持各燃烧器的风粉分配均匀很重要。因为对各燃烧器，为了保证其着火和燃烧稳定，应使其处于最佳的运行工况下工作，除了要保持炉内过量空气系数处于最佳范围内以外，还应保证各燃烧器能按一定的风粉比例向炉膛送入燃料和空气。如果各燃烧器的风粉分配不均，势必会造成某些燃烧器缺风和某些燃烧器缺煤的现象，从而使燃烧器偏离最佳工况工作。而燃烧器的负荷分配影响到锅炉炉内的空气动力场和温度场。当风粉分配不均时，一次风管内的气粉流动因风粉分配不均，造成某些管道内煤粉浓度过高或风速过低，导致煤粉在管内沉积甚至堵管；也会产生炉膛火焰偏斜，局部热负荷过高；炉内某些区域由于煤粉浓度过高造成还原性气氛加剧了结渣和高温腐蚀过程；某些燃烧器产生燃烧脉动甚至熄火现象造成炉内负压的大幅度波动。这种情况对于W形火焰燃烧方式的锅炉中依然存在。

过去，一般采用安装节流孔的方案进行管道阻力的配平。通过控制节流孔开孔直径的大小，改变管道阻力的大小，从而达到通调节管道阻力来进行一次风管风粉配平的目的。

传统的配平方法需要尽可能减小风粉管道的长度，通常将磨煤机，粗粉分离器，煤粉分配器尽可能置于锅炉旁边，同时尽可能减少管道的弯头，以减少煤粉在横截面上的不均匀问题。

传统的配平方法通常利用冷态（不带粉运行）进行调整各输风管道内风速分布基本均衡，然而在热态运行中，各管内风粉混合物流速相差悬殊。

传统的配平方法是在煤粉进入分配器后，在内部设置可调节的挡板或是格栅，在进入管道之前，就对煤粉进行初次调平，减小压降过低的管道的入粉量，再加上给阻力较少的管道上加装节流元件，调整各并联支路的阻力，使其达到阻力大致相同，这样势必会减弱风粉分配不均的现象，需要采取节流元件进行阻力平衡。

传统方法存在的问题是：

1冷态和热态特性差异，在冷态纯气流状态时配平后不能完全保证热态一次风粉的调平；

2节流件调整的方式会带来压力损失，为了克服节流件的阻力，势必增大一次风机的出口压力，增大能量消耗；

3无法进行在线的调整。在煤种或锅炉内动力场发生变化时，冷态的调平状态不能适应工况的变化，而现有的调整方法在冷态调整好后，即固定好节流件的孔径，在运行过程中无法根据锅炉的状态进行实时调整，对锅炉的优化燃烧不利；

4运行一段时间后节流件会产生磨损，造成调平状态失效，需要更换节流件。

发明内容

本发明一种煤粉锅炉风粉配平系统及方法，克服了现有技术存在的不足，提供了一种煤粉锅炉风粉的配平系统及方法，以更有效地提高实时在线风粉配平效果。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种煤粉锅炉风粉配平系统，包括配平组件、气源供应系统和控制系统，配平组件包括环形腔、高压气流管道和喷嘴，气源供应系统包括高压气源装置和过滤减压阀，控制系统包括压力表、电动调节阀、煤粉浓度传感器、流速传感器、电磁阀和控制装置，

配平组件为中空结构，环形腔设置在配平组件的前部，环形腔设有多个沿配平组件的轴线环绕设置的出气口，每个出气口连接有同等数量的电磁阀，高压气流管道设置在配平组件的后部，电磁阀的出口与同等数量的高压气流管道的入口相连，每个高压气流管道的末端均设置有沿配平组件的轴线环绕设置的喷嘴，

高压空气从高压气源装置的出口释放，依次经过过滤减压阀、电动调节阀、环形腔、电磁阀、高压气体流道后，从喷嘴喷出通往锅炉炉膛的管道中，

压力表、煤粉浓度传感器、流速传感器分别与控制装置的输入端相连，电动调节阀的控制端和电磁阀的控制端分别与控制装置的输出端相连。

进一步，所述出气口、所述电磁阀、所述高压气流管道、所述喷嘴的数量均为16个。

进一步，所述高压气流管道的内部设置有膛线，用于在高压气体流经高压气流管道时，在单个喷嘴出口形成局部旋流。

进一步，所述压力表设置在所述高压气源装置上。

进一步，所述控制装置为PLC控制器。

进一步，还包括显示器，显示器与所述PLC控制器相连。

一种煤粉锅炉风粉配平方法，包括以下步骤：

对锅炉炉膛中的煤粉浓度进行实时监测；

当煤粉浓度超出预定阈值时，以不同形式开闭位于进粉管道出口环绕设置的喷嘴，形成多种空气旋流；

空气旋流带动煤粉进入锅炉炉膛，形成所需的煤粉浓度，完成锅炉的风粉配平。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1本系统的锅炉配平组件使得锅炉一次风管的布局更加灵活，节约了建设空间。

2本系统具有冷热态调节能力，能够更好的适应工业现场的要求。

3本系统能很好的改善煤粉管中的煤粉堵塞问题。

4本系统较传统的风粉配平装置安装更加方便，同时也省去了更换节流组件的繁琐工作，这样便大大提高了工业生产效率。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明配平组件的剖视图。

图3为本发明配平组件A-A方向的剖视图。

图4为本发明配平组件B-B方向的剖视图。

图5为四角切圆锅炉的燃烧方式示意图

图中，1-高压气源装置，2-压力表，3-过滤减压阀，4-电动调节阀，5-煤粉浓度传感器，6-流速传感器，7-环形腔，8-电磁阀，9-高压气流管道，10-喷嘴，11-法兰，12-控制装置。

具体实施方式

本发明下文所说的实施的案例中的煤粉管道的配平指的是一根煤粉管道的配平系统，下文将以四角切圆燃烧方式的锅炉进行具体的阐述。

如图1所示，一种煤粉锅炉风粉配平系统包括配平组件、气源供应系统和控制系统，配平组件包括环形腔7、高压气流管道9和喷嘴10，气源供应系统包括高压气源装置1和过滤减压阀3，控制系统包括压力表2、电动调节阀4、煤粉浓度传感器5、流速传感器6、电磁阀8和控制装置12，

如图2至图4所示，配平组件为中空结构，环形腔7设置在配平组件的前部，环形腔7设有多个沿配平组件的轴线环绕设置的出气口，每个出气口连接有同等数量的电磁阀8，高压气流管道9设置在配平组件的后部，电磁阀8的出口与同等数量的高压气流管道9的入口相连，每个高压气流管道9的末端均设置有沿配平组件的轴线环绕设置的喷嘴10，

高压空气从高压气源装置1的出口释放，依次经过过滤减压阀3、电动调节阀4、环形腔7、电磁阀8、高压气体流道9后，从喷嘴10喷出通往锅炉炉膛的管道中，

压力表2、煤粉浓度传感器5、流速传感器6分别与控制装置12的输入端相连，电动调节阀4的控制端和电磁阀8的控制端分别与控制装置12的输出端相连。

出气口、电磁阀8、高压气流管道9、喷嘴10的数量均为16个。

高压气流管道9的内部设置有膛线，用于在高压气体流经高压气流管道9时，在出口形成旋流。

压力表2设置在高压气源装置1上。

控制装置12为PLC控制器。

还包括显示器，显示器与PLC控制器相连。

锅炉配平组件的进料口通过左侧法兰与风粉管道相连接，出料口通过右侧法兰11与通往炉膛的弯管道相连接。

配平组件中的喷嘴10，截面开有若干小孔，小孔的气流通过密封细管道，由环形进气口引入该管道。在每个连接细管道上，装有同型号的电磁阀8，位于管道环形腔7的出气口处，该电磁阀8通过控制装置12，通过设置一定的时间间隔，可以实现细管道上电磁阀8间隔开关，从而实现周期性控制喷嘴10的气源通断，在配平组件的出口处形成不同形式的旋流。例如：当进粉管道的靠近底部的电磁阀8动作，而上部的电磁阀8关闭时，靠近管道下部产生旋流，卷吸可能堆积在煤粉管道底部的煤粉，提高管道风粉的均匀性和运送效率。

局部旋流的产生，主要是通过位于喷嘴体四周的高压气体流道9实现的。具体地，高压气体流道9本质上是细管道，这些管道的内部都有内置的一定深度盘旋膛线，当高压气体流经这些细小的管道时，高压气体在膛线作用下发生旋转，在喷嘴10的出口便会形成局部旋流。

过滤减压阀3安装在高压气源1与环形腔7进气口之间，作用是为了保证配平组件所供给的气体干燥平稳连续。

环形腔7的设计，主要是为喷嘴10提供环形气源；高压气体流道9的进气口均匀布置在喷嘴体外管壁四周；高压气体流道9与环形腔7出气口之间，装设有与高压气体流道9对应个数的电磁阀8。

控制装置12主要由PLC控制柜、显示器、现场总线构成。控制装置12的PLC控制柜主要由电源模块、CPU、I/O模块、通讯模块、中间继电器、接线端子等构成，电磁阀8、电动调节阀4的控制信号均通过控制电缆集成在本柜中，每根风管中煤粉的浓度和流速通过现场总线与计算机组态系统相连，通过显示器，便可以实现对系统参数的实时监控。

本系统中，每一个风管煤粉量改变是通过高压气体经喷嘴10时形成的射流来实现的，抽吸煤粉量的大小可通过控制装置12控制电磁阀8开启的数量，改变进入喷嘴10的压缩气体量，控制射流形成的低压，从而改变抽吸的煤粉量的大小；通过控制不同部位的电磁阀组8局部的接通与关断，可以改变一次风管内的风粉混合流的流态分布。特别地，当控制电磁阀8沿圆周分时顺序开启与关闭时，可在煤粉管道出口形成旋流。

本系统中，通过控制装置12采集多个一次风管的煤粉浓度，判断各一次风管的煤粉浓度是否均衡，判断某一风管需要增加或减少煤粉量时，则通过控制装置12改变相应风管上的电磁阀8的开闭，实现实时动态配平。

如图5所示，本实施方案，以四角切圆燃烧方式的锅炉为例，炉膛中煤粉的燃烧是由多层切圆火焰构成的，本实施方案，只是选取其中一层做说明。同一层的风粉配平系统是这样实现的：同层的四根煤粉管道位于炉膛的四个角，当这四个角的煤粉沿每根煤粉管弯头的切线方向喷出时，在等离子或其他点火方式的作用下，在炉膛的中心形成一近似的圆。当每个角喷出的煤粉的量不一致时，便会导致切圆火焰偏离着火中心，造成锅炉水冷壁的受热不均。每根风管加入配平系统后，每根煤粉管的流量和流速均可以通过控制系统的监控画面显示，这样控制系统便可以通过调整参数，实现四角煤粉量的一致，实时调控火焰的燃烧情况，保证煤粉的正常燃烧。主要是通过配平组件的喷嘴之前的多个气门来实现。利用控制装置设定好的时间，对喷嘴之前气门的电磁阀组进行间歇控制，在喷嘴出口处形成的不同旋流，实现定期对煤粉管道底部煤粉的清扫。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (7)

1.一种煤粉锅炉风粉配平系统，其特征在于：包括配平组件、气源供应系统和控制系统，配平组件包括环形腔（7）、高压气流管道（9）和喷嘴（10），气源供应系统包括高压气源装置（1）和过滤减压阀（3），控制系统包括压力表（2）、电动调节阀（4）、煤粉浓度传感器（5）、流速传感器（6）、电磁阀（8）和控制装置（12），

配平组件为中空结构，环形腔（7）设置在配平组件的前部，环形腔（7）设有多个沿配平组件的轴线环绕设置的出气口，每个出气口连接有同等数量的电磁阀（8），高压气流管道（9）设置在配平组件的后部，电磁阀（8）的出口与同等数量的高压气流管道（9）的入口相连，每个高压气流管道（9）的末端均设置有沿配平组件的轴线环绕设置的喷嘴（10），

高压空气从高压气源装置（1）的出口释放，依次经过过滤减压阀（3）、电动调节阀（4）、环形腔（7）、电磁阀（8）、高压气体流道（9）后，从喷嘴（10）喷出通往锅炉炉膛的管道中，

压力表（2）、煤粉浓度传感器（5）、流速传感器（6）分别与控制装置（12）的输入端相连，电动调节阀（4）的控制端和电磁阀（8）的控制端分别与控制装置（12）的输出端相连。

2.根据权利要求1所述的一种煤粉锅炉风粉配平系统,其特征在于:所述电磁阀（8）、所述高压气流管道（9）、所述喷嘴（10）的数量均为16个。

3.根据权利要求1所述的一种煤粉锅炉风粉配平系统,其特征在于:所述高压气流管道（9）的内部设置有膛线，用于在高压气体流经高压气流管道（9）时，在单个喷嘴（10）出口形成局部旋流。

4.根据权利要求1所述的一种煤粉锅炉风粉配平系统,其特征在于:所述压力表（2）设置在所述高压气源装置（1）上。

5.根据权利要求1～4任一所述的一种煤粉锅炉风粉配平系统,其特征在于:所述控制装置（12）为PLC控制器。

6.根据权利要求5所述的一种煤粉锅炉风粉配平系统,其特征在于:还包括显示器，显示器与所述PLC控制器相连。

7.一种根据权利要求1所述的种煤粉锅炉风粉配平系统完成的煤粉锅炉风粉配平方法，其特征在于：包括以下步骤：

对锅炉炉膛中的煤粉浓度进行实时监测；

当煤粉浓度超出预定阈值时，以不同形式开闭位于进粉管道出口环绕设置的多个喷嘴，形成多种空气旋流；

空气旋流带动煤粉进入锅炉炉膛，形成所需的煤粉浓度，完成锅炉的风粉配平。