CN110081457A - 一种预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置及其控制方法 - Google Patents

一种预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置，包括：两个支撑板，其间隔平行设置在二次风风管内部；以及隔断板，其平行设置在所述两个支撑板之间；多个流量挡板，其分别设置在所述支撑板和所述隔断板上，并且所述多个流量挡板之间两两对应设置；二次风正支风管，其设置在二次风风管的风管位置，所述二次风正支风管对应设置在所述隔断板与所述支撑板之间；二次风侧支风管，其设置在二次风风管的风管位置，所述二次风侧支风管对应设置在所述隔断板与另一个支撑板之间。本发明还提供一种预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置的控制方法，能够根据水冷壁爆管的不同危险情况进行精确的二次风控制，降低水冷壁爆管的危险。

Description

一种预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及锅炉水冷壁防爆技术领域，更具体的是，本发明涉及一种预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置及其控制方法。
背景技术
锅炉是燃煤发电机组的三大重要部件之一，也是实现能量转移和转换的主要设备，其运行状况的优劣将对整个电站系统的运行产生至关重要的影响。大型电站锅炉不仅体积庞大、结构复杂，而且钢材消耗量巨大，其中管道和集箱等承压结构的钢材消耗就占到80％以上，成为锅炉设备的核心部件，因而锅炉的安全性能在很大程度上取决于这些承压部件的运行状况。高温对流受热面是锅炉内部一类非常重要的承压部件，气工作环境十分恶劣。随着锅炉容量和蒸汽参数的不断提高，在高温对流受热面的运行温度和压力大幅上升的同时，其结构设计和布置形式也日趋复杂-级数和并联管路数量增多等，这将不可避免地加剧受热面管组内并联各管在热负荷和工质流量等分配上的热偏差现象，由此导致高温对流受热面管壁金属温度非常接近甚至高于选用钢材的安全极限，造成“爆管”现象，严重影响了电站系统的安全、经济运行。
不同容量、不同燃烧方式、不同受热面布置、甚至燃用不同煤质的锅炉炉膛普遍存在过温爆管事故。有关统计显示，过热爆管意外所引致的意外停运时间约占总停运时间的30％。因此少发的发电量也占到35％左右。以某电厂600MW锅炉为例进行测算，发生一次“爆管”事故大约需要停炉一周进行维修，在此期间将损失数亿千瓦时的电力，从而造成的直接利润损失就达数百万元。此外，该机组的冷态启动一次消耗约100吨燃油。按照每吨4000元的油价计算，燃料油锅炉启动成本超过四十万元，如果加上维护和人工成本等，由锅炉高温对流受热面超温爆管所造成的经济损失是巨大的，这将大大增加发电成本，同时也会造成不必要的资源浪费。
造成水冷壁管局部超温过热的主要原因是炉内燃烧恶化、火焰中心上移、火焰偏移、炉膛热负荷分配不均和锅炉负荷、水位、汽压、汽温的变化，使水冷壁传热恶化，导致水冷壁局部短时超温过热导致爆管。目前现有的水冷壁防爆方法都是通过对于锅炉水冷壁改善，燃料控制以及运行配风等进行预防的方法，并没有检测到有爆管危险时的处理方法，无法在有爆管危险的情况下对锅炉进行处理，从而解除爆管危机，使锅炉的运行更加安全稳定，因此，本发明设计了一种利用二次风的布置来预防水冷壁的过热致使爆管的装置和控制方法。
发明内容
本发明的一个目的是设计开发了一种预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置，通过对二次风风管的结构性改造，将二次风风管分为二次风风管正支和二次风风管侧支，利用二次风的侧支风量，来对过热水冷壁壁管进行冷却，风量大小由实时监测的水冷壁管内流量来调节，改造成本更低廉，实用性更强。
本发明的另一个目的是设计开发了一种预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置的控制方法，能够根据具体水冷壁管内部流量，及时准确改变二次风风管侧支的风量大小，可以预防水冷壁的过热。
本发明提供的技术方案为：
一种预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置，包括：
第一支撑板，其固定安装在所述二次风风管装置的内部，并且所述第一支撑板与二次风风管的进风方向平行设置；以及
第二支撑板，其固定安装在所述二次风风管装置的内部，并且与所述第一支撑板间隔平行设置；
隔断板，其平行设置在所述第一支撑板和所述第二支撑板之间，所述隔断板的一端固定在二次风风管内壁；
第一流量挡板，其可转动的安装在所述隔断板的一端；
第二流量挡板，其可转动的安装在所述隔断板和所述第一流量挡板的连接端，
第三流量挡板，其可转动的安装在所述第一支撑板上，并且所述第三流量挡板与所述第一流量挡板相对应设置；
第四流量挡板，其可转动的安装在所述第二支撑板上，并且所述第四流量挡板与所述第二流量挡板相对应设置；
二次风正支风管，其设置在二次风风管的出口位置，并且与所述隔断板和所述第一支撑板形成的容纳空间相连通；
二次风侧支风管，其设置在二次风风管的出口位置，并且与所述隔断板和所述第二支撑板形成的容纳空间相连通。
优选的是，所述第一流量挡板和所述第三流量挡板分别具有第一调节位置、第二调节位置、第三调节位置和第四调节位置；
其中，当所述第一流量挡板和所述第三流量挡板调整至第一调节位置时，对应二次风的风量为总风量的10％；
当所述第一流量挡板和所述第三流量挡板调整至第二调节位置时，对应二次风的风量为总风量的15％；
当所述第一流量挡板和所述第三流量挡板调整至第三调节位置时，对应二次风的风量为总风量的30％；
当所述第一流量挡板和所述第三流量挡板调整至第四调节位置时，对应二次风的风量为总风量的60％。
优选的是，所述第二流量挡板和所述第四流量挡板分别具有第五调节位置、第六调节位置、第七调节位置和第八调节位置；
其中，当所述第二流量挡板和所述第四流量挡板调整至第五调节位置时，对应二次风的风量为总风量的90％；
当所述第二流量挡板和所述第四流量挡板调整至第六调节位置时，对应二次风的风量为总风量的85％；
当所述第二流量挡板和所述第四流量挡板调整至第七调节位置时，对应二次风的风量为总风量的70％；
当所述第二流量挡板和所述第四流量挡板调整至第八调节位置时，对应二次风的风量为总风量的40％。
优选的是，还包括：
流量计，其设置在水冷壁的入口处，
优选的是，还包括：
控制单元，其与所述流量计、所述第一流量挡板、所述第二流量挡板、所述第三流量挡板和所述第四流量挡板相连接，用于控制所述第一流量挡板、所述第二流量挡板、所述第三流量挡板和所述第四流量挡板的档位。
优选的是，所述二次风正支风管设置在锅炉的燃烧室上方；
所述二次风侧支风管沿水冷壁方向布置。
优选的是，还包括：
缩放喷管，其安装在所述二次风侧支风管的内部。
一种预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：通过流量计监测水冷壁管内部流量；
步骤2：通过水冷壁内部流量改变二次风侧支风管风量；
其中，二次风侧支风管风量的经验计算公式为：
式中，N表示二次风侧支风管的风量，K表示权重系数，Q表示水冷壁内部流量，e为自然对数的底数，ξ表示二次风侧支风管内的阻力系数，V1表示空气流速，Δp表示第二流量挡板和第四流量挡板两侧压差，V0表示风管临界速度，d表示二次风风管的当量直径，ρ表示空气密度；以及
水冷壁内部流量的计算公式为：
Q＝SV；
式中，S表示二次风侧支风管的横截面面积，V表示风速；
风管临界速度的计算公式为：
式中，V0表示风管临界速度，U表示空气动力粘度，Re表示雷诺准则，d表示二次风风管的当量直径，ρ表示空气密度；
步骤3：当水冷壁管内部流量为正常流量时，二次风正支风管的风量为总风量的90％，二次风侧支风管的风量为总风量的10％；
当水冷壁管内部流量降低至正常流量的75％时，二次风正支风管的风量为总风量的85％，二次风侧支风管的风量为总风量的15％；
当水冷壁管内部流量降低至正常流量的60％时，二次风正支风管的风量为总风量的70％，二次风侧支风管的风量为总风量的30％；
当水冷壁管内部流量降低至正常流量的45％时，二次风正支风管的风量为总风量的40％，二次风侧支风管的风量为总风量的60％。
优选的是，所述步骤3中的水冷壁管内部流量的正常流量满足条件为：
Q0≤15t/h；
15t/h＜Q1≤35t/h；
35t/h＜Q2≤75t/h；
75t/h＜Q3≤90t/h；
90t/h＜Q4≤150t/h；
150t/h＜Q5≤280t/h；
式中，Q0表示低压锅炉水冷壁内部流量压力，Q1表示中压锅炉水冷壁内部流量压力，Q2表示高压锅炉水冷壁内部流量压力，Q3表示超高压锅炉水冷壁内部流量压力，Q4表示亚临界压力锅炉水冷壁内部流量压力，Q5表示超临界压力锅炉水冷壁内部流量压力。
本发明所述的有益效果：
(1)本发明提供的预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置，通过在下集箱进入水冷壁入口处设置流量计，监测各个水冷壁管的流量，设置水冷管壁内流量预警值，从而对二次风的风量分配进行调整，改造成本低，更具有经济性和实用性，并且可以提前预防水冷壁爆管的危险，节省人力物力财力。
(2)本发明提供的预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置的控制方法，能够根据监测到的具体水冷壁管内部流量，及时精确控制二次风风管的风量分配，提前预防水冷壁爆管。
附图说明
图1为本发明所述预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置的结构示意图。
图2为本发明所述二次风风管的整体结构侧视示意图。
图3为本发明所述二次风风管的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1所示，本发明提供一种预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置，包括第一支撑板180、第二支撑板130、隔断板100、第一流量挡板160、第二流量挡板150、第三流量挡板170、第四流量挡板140、二次风正支风管120、二次风侧支风管110和控制单元。
所述的第一支撑板180固定安装在二次风风管内部，并且所述第一支撑板180与二次风风管的进风方向平行设置；第二支撑板130与所述第一支撑板180间隔平行设置在二次风风管内部；如图2所示，由于各层一二次风道是垂直排列的，第一支撑板180和第二支撑板130的作用为支撑二次风风管，第一支撑板180和第二支撑板130分别设置在垂直排列的二次风风管的内部上下部分；隔断板100平行设置在所述第一支撑板180和所述第二支撑板130之间，并且所述隔断板100长度为所述第一支撑板180的一半，所述隔断板100的一端固定在二次风风管内壁；第一流量挡板160可转动的安装在所述隔断板100的一端，并且所述第一流量挡板160可以与隔断板100之间从90°到180°之间转动；第二流量挡板150可转动的安装在所述隔断板100的一端，并且所述第二流量挡板150与所述第一流量挡板160反方向设置，第二流量挡板150可以与隔断板100之间从90°到180°之间转动；当第一流量挡板160与隔断板100之间呈90°，并且第二流量挡板150与隔断板100呈90°时，第一流量挡板160与第二流量挡板150处于同一直线上，方向相反；第三流量挡板170，其可转动的安装在所述第一支撑板180上，并且所述第三流量挡板170与所述第一流量挡板160相对应设置；第三流量挡板170与第一流量挡板160长度相同，当第一流量挡板160与隔断板100之间呈90°，并且第三流量挡板170与第一支撑板180呈90°时，第一流量挡板160与第三流量挡板170相接触，使隔断板100与第一支撑板180之间的通道闭合，即二次风正支风管120闭合；第四流量挡板140，其可转动的安装在所述第二支撑板130上，并且所述第四流量挡板140与所述第二流量挡板150相对应设置；当第二流量挡板150与隔断板100呈90°，并且第四流量挡板140与第二支撑板130呈90°时，第二流量挡板150与第四流量挡板140相接触，使隔断板100与第二支撑板130之间的通道闭合，即二次风侧支风管110闭合；二次风正支风管120，其设置在二次风风管的出口位置，所述二次风正支风管120对应设置在所述隔断板100与所述第一支撑板180之间；二次风侧支风管110，其设置在二次风风管的出口位置，所述二次风侧支风管110对应设置在所述隔断板100与所述第二支撑板130之间。
所述二次风正支风管120，其设置在锅炉的燃烧室上方；所述二次风侧支风管110，其沿水冷壁方向布置，并且二次风侧支风管110内部安装缩放喷管以增加侧支二次风的流速。在本发明装置中还包括流量计和控制单元，所述流量计安装在下集箱进入水冷壁入口处，与下集箱数量相等，功能为监测各个水冷壁管的流量，并且在流量计内设置水冷管壁内流量预警值，所述控制单元与所述流量计、所述第一流量挡板、所述第二流量挡板、所述第三流量挡板和所述第四流量挡板相连接，并且所述控制单元可以控制所述第一流量挡板、所述第二流量挡板、所述第三流量挡板和所述第四流量挡板的档位，并且通过流量计的预警对二次风的风量分配进行调整。第一流量挡板160和第三流量挡板170分别具有四个档位，分别对应二次风侧支的风量为10％、15％、30％和60％；所述第二流量挡板150和所述第四流量挡板140分别具有4个档位，分别对应二次风正支的风量为90％、85％、70％和40％。
如图2、图3所示，为本发明所述预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置的整体结构示意图以及整体侧视结构示意图，在锅炉整体中，水冷壁220设置在锅炉的四周，一次风管、二次风风管垂直设置，二次风风管的正支210向锅炉的燃烧室通风，二次风风管的侧支200向水冷壁通风。
本发明提供的预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置，通过在下集箱进入水冷壁入口处设置流量计，监测各个水冷壁管的流量，设置水冷管壁内流量预警值，从而对二次风的风量分配进行调整，改造成本低，更具有经济性和实用性，并且可以提前预防水冷壁爆管的危险，节省人力物力财力。
本发明还提供一种预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置的控制方法，包括如下步骤：
步骤1：通过流量计监测水冷壁管内部流量；
步骤2：通过水冷壁内部流量改变二次风侧支风管风量；
其中，二次风侧支风管风量的经验计算公式为：
式中，N表示二次风侧支风管的风量，K表示权重系数，Q表示水冷壁内部流量，e为自然对数的底数，ξ表示二次风侧支风管内的阻力系数，V1表示空气流速，Δp表示第二流量挡板和第四流量挡板两侧压差，V0表示风管临界速度，d表示二次风风管的当量直径，ρ表示空气密度；以及
水冷壁内部流量的计算公式为：
Q＝SV；
式中，S表示二次风侧支风管的横截面面积，V表示风速；
风管临界速度的计算公式为：
式中，V0表示风管临界速度，U表示空气动力粘度，Re表示雷诺准则，d表示二次风风管的当量直径，ρ表示空气密度；
步骤3：当水冷壁管内部流量为正常流量时，二次风正支风管的风量为总风量的90％，二次风侧支风管的风量为总风量的10％；
当水冷壁管内部流量降低至正常流量的75％时，二次风正支风管的风量为总风量的85％，二次风侧支风管的风量为总风量的15％；
当水冷壁管内部流量降低至正常流量的60％时，二次风正支风管的风量为总风量的70％，二次风侧支风管的风量为总风量的30％；
当水冷壁管内部流量降低至正常流量的45％时，二次风正支风管的风量为总风量的40％，二次风侧支风管的风量为总风量的60％。
步骤3.1：水冷壁管内部流量的正常流量满足条件为：
Q0≤15t/h；
15t/h＜Q1≤35t/h；
35t/h＜Q2≤75t/h；
75t/h＜Q3≤90t/h；
90t/h＜Q4≤150t/h；
150t/h＜Q5≤280t/h；
式中，Q0表示低压锅炉水冷壁内部流量，Q1表示中压锅炉水冷壁内部流量，Q2表示高压锅炉水冷壁内部流量，Q3表示超高压锅炉水冷壁内部流量，Q4表示亚临界压力锅炉水冷壁内部流量，Q5表示超临界压力锅炉水冷壁内部流量。
在另一种实施例中，列举出几种锅炉的水冷壁内部的流量标准，如表1所示。
表1锅炉的水冷壁内部的流量
锅炉型号 水冷壁内部流量压力(t/h)
SHX10-1.25-T 10
DHL35-2.5/400-AII 35
ZG-65/3.82-AⅡ 65
ZG-90/3.82-T 90
ZG-130/5.29-T 130
ZG-150/5.29-T 150
ZG-240/9.81-T 240
在另一种实施例中，选用DHL35-2.5/400-AII型锅炉，所述锅炉水冷壁内部的标准流量为35t/h，风量权重系数为0.04，二次风风管侧支的尺寸为240mm×210mm，当量直径为d＝2ab/(a+b)＝224mm，空气密度为1.225kg/m3，空气流速为80m/s，二次风风管侧支横截面面积为1.58×105mm2，空气运动粘度为1.79×10-6N·s/m2，出口临界速度为6.5m/s，二次风风管侧支内的阻力系数为1.2，第二流量挡板和第四流量挡板两侧压差为50Pa，当流量计检测到水冷壁内的流量为35t/h时，因此得出二次风风管的侧支风量为11％。
本发明提供的预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置的控制方法，能够根据监测到的具体水冷壁管内部流量，及时精确控制二次风风管的风量分配，提前预防水冷壁爆管。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置，其特征在于，包括：
第一支撑板，其固定安装在所述二次风风管装置的内部，并且所述第一支撑板与二次风风管的进风方向平行设置；以及
第二支撑板，其固定安装在所述二次风风管装置的内部，并且与所述第一支撑板间隔平行设置；
隔断板，其平行设置在所述第一支撑板和所述第二支撑板之间，所述隔断板的一端固定在二次风风管内壁；
第一流量挡板，其可转动的安装在所述隔断板的一端；
第二流量挡板，其可转动的安装在所述隔断板和所述第一流量挡板的连接端，
第三流量挡板，其可转动的安装在所述第一支撑板上，并且所述第三流量挡板与所述第一流量挡板相对应设置；
第四流量挡板，其可转动的安装在所述第二支撑板上，并且所述第四流量挡板与所述第二流量挡板相对应设置；
二次风正支风管，其设置在二次风风管的出口位置，并且与所述隔断板和所述第一支撑板形成的容纳空间相连通；
二次风侧支风管，其设置在二次风风管的出口位置，并且与所述隔断板和所述第二支撑板形成的容纳空间相连通。
2.如权利要求1所述的预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置，其特征在于，所述第一流量挡板和所述第三流量挡板分别具有第一调节位置、第二调节位置、第三调节位置和第四调节位置；
其中，当所述第一流量挡板和所述第三流量挡板调整至第一调节位置时，对应二次风的风量为总风量的10％；
当所述第一流量挡板和所述第三流量挡板调整至第二调节位置时，对应二次风的风量为总风量的15％；
当所述第一流量挡板和所述第三流量挡板调整至第三调节位置时，对应二次风的风量为总风量的30％；
当所述第一流量挡板和所述第三流量挡板调整至第四调节位置时，对应二次风的风量为总风量的60％。
3.如权利要求2所述的预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置，其特征在于，所述第二流量挡板和所述第四流量挡板分别具有第五调节位置、第六调节位置、第七调节位置和第八调节位置；
其中，当所述第二流量挡板和所述第四流量挡板调整至第五调节位置时，对应二次风的风量为总风量的90％；
当所述第二流量挡板和所述第四流量挡板调整至第六调节位置时，对应二次风的风量为总风量的85％；
当所述第二流量挡板和所述第四流量挡板调整至第七调节位置时，对应二次风的风量为总风量的70％；
当所述第二流量挡板和所述第四流量挡板调整至第八调节位置时，对应二次风的风量为总风量的40％。
4.如权利要求1所述的预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置，其特征在于，还包括：
流量计，其设置在水冷壁的入口处。
5.如权利要求4所述的预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置，其特征在于，还包括：
控制单元，其与所述流量计、所述第一流量挡板、所述第二流量挡板、所述第三流量挡板和所述第四流量挡板相连接，用于控制所述第一流量挡板、所述第二流量挡板、所述第三流量挡板和所述第四流量挡板的档位。
6.如权利要求5所述的预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置，其特征在于，所述二次风正支风管设置在锅炉的燃烧室上方；
所述二次风侧支风管沿水冷壁方向布置。
7.如权利要求6所述的预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置，其特征在于，还包括：
缩放喷管，其安装在所述二次风侧支风管的内部。
8.一种预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：通过流量计监测水冷壁管内部流量；
步骤2：通过水冷壁内部流量改变二次风侧支风管风量；
其中，二次风侧支风管风量的经验计算公式为：
式中，N表示二次风侧支风管的风量，K表示权重系数，Q表示水冷壁内部流量，e为自然对数的底数，ξ表示二次风侧支风管内的阻力系数，V1表示空气流速，Δp表示第二流量挡板和第四流量挡板两侧压差，V0表示风管临界速度，d表示二次风风管的当量直径，ρ表示空气密度；以及
水冷壁内部流量的计算公式为：
Q＝SV；
式中，S表示二次风侧支风管的横截面面积，V表示风速；
风管临界速度的计算公式为：
式中，V0表示风管临界速度，U表示空气动力粘度，Re表示雷诺准则，d表示二次风风管的当量直径，ρ表示空气密度；
步骤3：当水冷壁管内部流量为正常流量时，二次风正支风管的风量为总风量的90％，二次风侧支风管的风量为总风量的10％；
当水冷壁管内部流量降低至正常流量的75％时，二次风正支风管的风量为总风量的85％，二次风侧支风管的风量为总风量的15％；
当水冷壁管内部流量降低至正常流量的60％时，二次风正支风管的风量为总风量的70％，二次风侧支风管的风量为总风量的30％；
当水冷壁管内部流量降低至正常流量的45％时，二次风正支风管的风量为总风量的40％，二次风侧支风管的风量为总风量的60％。
9.如权利要求8所述的预防锅炉水冷壁爆管的二次风风管装置的控制方法，其特征在于，所述步骤3中的水冷壁管内部流量的正常流量满足条件为：
Q0≤15t/h；
15t/h＜Q1≤35t/h；
35t/h＜Q2≤75t/h；
75t/h＜Q3≤90t/h；
90t/h＜Q4≤150t/h；
150t/h＜Q5≤280t/h；
式中，Q0表示低压锅炉水冷壁内部流量压力，Q1表示中压锅炉水冷壁内部流量压力，Q2表示高压锅炉水冷壁内部流量压力，Q3表示超高压锅炉水冷壁内部流量压力，Q4表示亚临界压力锅炉水冷壁内部流量压力，Q5表示超临界压力锅炉水冷壁内部流量压力。
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