CN111623335B - 一种锅炉自然冷却自动降温精确控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锅炉自然冷却自动降温精确控制系统及方法，该系统包括锅炉和烟囱，烟囱底部设有引射装置，引射装置通过压缩空气管道外接压缩空气，压缩空气管道上设有管道切断阀和管道调节阀，锅炉上设有压力变送器，压力变送器与管道调节阀联锁，使管道调节阀的开度大小根据锅炉炉膛负压进行PID调节。该发明通过在烟囱底部设置引射装置，使该系统在采用自然通风条件下，在烟囱处形成负压来克服烟风道的流动阻力，同时将管道调节阀与炉膛负压进行联锁控制，可根据降温曲线进行闭环调节烟囱处负压大小，进而调节锅炉温度下降速度，有效解决了锅炉停炉时锅炉快速冷却降温，以及常规自然通风冷却降温无法精确控制降温速度的问题。

Description

一种锅炉自然冷却自动降温精确控制系统及方法

技术领域

本发明属于煤气/燃煤发电技术领域，具体涉及一种锅炉自然冷却自动降温精确控制系统及方法。

背景技术

在煤气/燃煤发电领域，锅炉燃烧后通过烟气与水进行换热产生蒸汽，通过蒸汽推动汽轮机进行发电，锅炉在正常生产时会出现计划停炉和非计划停炉等情况，一般情况下，锅炉的计划/非计划停机的停炉降温均是靠通风来实现的。

锅炉通风分两大类，一类叫自然通风，一类叫强制通风(也称机械通风)。自然通风是利用烟囱中的烟气与外界冷空气的密度差所产生的自生通风压头，来克服烟风道的流动阻力；由于自然通风压头较小，所能克服的阻力有限，故这种通风方式只适用于容量很小的锅炉。机械通风是依靠机械方法所产生的压头，来克服烟风道的阻力；机械通风又分为负压通风、正压通风和平衡通风三种，负压通风是只装引风机，靠引风机的压头克服烟风道阻力，炉膛维持负压，这种通风方式所能克服的阻力有限，且锅炉各部位均处于负压下，漏风量较大，故只适用于小容量锅炉；正压通风是只装送风机，靠送风机的压头克服烟风道阻力，炉膛内维持正压，这种通风方式对炉膛和烟道的严密性要求很高，否则，会使烟、灰外冒，既不安全又不卫生，一般只应用于燃油、燃气锅炉；平衡通风是同时装有送、引风机，用送风机压头克服风道阻力，用引风机压头克服烟道阻力，使炉膛上部维持20～40Pa的负压，这种通风方式对送、引风机都不需太高的压头，正确操作和良好维护时，既不会往外冒烟，也不会引起太大的漏风，故这种通风方式被锅炉广泛应用。

如果属于计划停炉，一般采用滑参数方式，尽可能把参数降得低一些，让锅炉承压部件的热量尽可能多释放一些，停炉后的冷却速也就会快一些，汽包上、下壁温差就比容易控制，特别是有利于汽机的检修；如果属于非计划停炉，如事故情况下的被迫停炉，那是不可控的，那么，停炉后的温度就相对较高，降温冷却就要困难一些，需要的时间相对就要长一些,汽包上、下壁温差就比较难控制，甚至是无法控制。

针对这种情况，可以采用打开送风机、引风机加强空气循环流通加速锅炉降温，然而引风机此类高压电机存在启动的最小频率，启动后会导致锅炉降温过快，汽包上下壁温无法控制，停炉时长期运行引风机能耗消耗也会更高，大多数情况下生产单位还是会选择自然冷却的方式。

发明内容

针对现有锅炉降温所采用的自然通风和机械通风存在的问题，本发明提供一种锅炉自然冷却自动降温精确控制系统，通过改造烟囱底部以增大压头克服除尘器等阻力达到自然通风的要求。

本发明的技术方案是提供了一种锅炉自然冷却自动降温精确控制系统，包括锅炉，以及与锅炉通过空气管道连通的烟囱，所述烟囱底部设有引射装置，所述引射装置通过压缩空气管道外接压缩空气，所述压缩空气管道上设有管道切断阀和管道调节阀，所述锅炉上设有用于监测锅炉炉膛负压的压力变送器，所述压力变送器与所述管道调节阀联锁，使管道调节阀的开度大小根据锅炉炉膛负压进行PID调节。

进一步的，上述锅炉自然冷却自动降温精确控制系统还包括汽包，所述汽包的上下壁设有用于监测汽包壁温的热电偶，所述汽包上下壁的热电偶与所述管道调节阀联锁。

进一步的，所述汽包的上、下壁均设置有多个热电偶，且汽包上壁的热电偶与汽包下壁的热电偶一一对应。

进一步的，所述汽包上下壁的热电偶与所述压力变送器联锁。

进一步的，所述引射装置的喷嘴采用拉瓦尔喷管结构形式。

进一步的，所述烟囱内部设有文氏管，且所述引射装置位于文氏管下方。

另外，本发明还提供了上述锅炉自然冷却自动降温精确控制系统的控制方法，包括如下过程：

开启管道切断阀，使压缩空气通过压缩空气管道进入引射装置，压缩空气通过引射装置的喷嘴将其压力能转变为动力能，在喷嘴的出口处形成低压区卷吸锅炉内的高温空气和烟气；

通过压力变送器监测锅炉炉膛负压，根据炉膛负压大小联锁控制管道调节阀开度大小进行闭环调节压缩空气量的大小，以使烟囱内产生的压头克服烟囱管道阻力达到自然通风需求，将卷吸锅炉内的高温空气和烟气排出至大气中，进而实现锅炉温度下降速度的自动控制调节。

进一步的，上述控制方法还包括在汽包的上下壁上设置热电偶，通过汽包上下壁的热电偶测量的壁温差对管道调节阀开度大小进行修正。

进一步的，在汽包的上下壁上均设置多个热电偶，采取汽包上壁多个热电偶测量的上壁温平均值与汽包下壁多个热电偶测量的下壁温平均值之差作为汽包的壁温差。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本发明提供的这种锅炉自然冷却自动降温精确控制系统通过在烟囱底部设置引射装置，使得该系统在采用自然通风，即不使用送/引风机进行机械排风条件下，在烟囱处形成负压来克服烟风道的流动阻力，有效解决了锅炉停炉时锅炉快速冷却降温问题，尤其是当送/引风机出现故障时，无法快速降温。

(2)本发明提供的这种锅炉自然冷却自动降温精确控制系统通过将管道调节阀与炉膛负压和汽包壁温差进行联锁控制，从而可根据锅炉厂给出的降温曲线进行闭环调节烟囱处负压大小，进而调节锅炉及汽包的温度下降速度，有效解决了常规自然通风冷却降温无法精确控制降温速度的问题，且对锅炉的使用寿命有良好影响。

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

附图说明

图1是本发明锅炉自然冷却自动降温精确控制系统的结构示意图。

附图标记说明：1、锅炉；2、热电偶；3、汽包；4、压力变送器；5、空气管道；6、烟囱；7、引射装置；8、管道切断阀；9、压缩空气管道；10、管道调节阀。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，本实施例提供了一种锅炉自然冷却自动降温精确控制系统，包括锅炉1，以及与锅炉1通过空气管道5连通的烟囱6，所述烟囱6底部设有引射装置7，所述引射装置7通过压缩空气管道9外接压缩空气，压缩空气通过引射装置7的喷嘴将其压力能转变为动力能，在喷嘴的出口处形成低压区卷吸锅炉1内的高温空气和烟气至烟囱6内；在此过程中，所述压缩空气管道9上设有管道切断阀8和管道调节阀10，管道切断阀8用于控制引射装置7的压缩空气的开启和关闭，管道调节阀10通过其开度大小控制压缩空气量的大小；所述锅炉1上设有用于监测锅炉1炉膛负压的压力变送器4，所述压力变送器4与所述管道调节阀10联锁，使管道调节阀10的开度大小根据锅炉1的炉膛负压进行PID调节，即根据炉膛负压大小联锁控制管道调节阀10开度大小进行闭环调节压缩空气量的大小，以使烟囱6内产生的压头克服烟囱管道阻力达到自然通风需求，将卷吸锅炉1内的高温空气和烟气排出，该系统可根据锅炉厂给出的降温曲线进行闭环调节烟囱处负压大小，从而调节锅炉1的温度下降速度，有效解决常规自然通风冷却降温无法精确控制降温速度的问题，且对锅炉的使用寿命有良好影响。

细化的实施方式，所述烟囱6内部设有文氏管(图中未标示)，且所述引射装置7位于文氏管下方，烟囱6内通过引射装置7卷吸的锅炉1内高温空气和烟气这两种介质在烟囱6上文氏管的收缩段充分混合，进行动量和质量交换，在流动过程中速度逐渐均衡，然后再经过烟囱6上文氏管的扩张段时，速度逐渐降低，压力逐渐增高，在克服烟囱管道的阻力后，最终在烟囱6的顶部将混合烟气排到大气中，进一步增大烟囱处压头来克服烟囱管道阻力而达到自然通风的要求。

对于常规锅炉降温时汽包上下壁温无法控制问题，本实施例在所述汽包3的上下壁上设有用于监测汽包壁温的热电偶2，所述汽包3上下壁的热电偶2与所述管道调节阀10联锁，通过汽包3上下壁的热电偶2测量汽包的壁温差，以此壁温差值对管道调节阀10的开度大小进行修正，使该系统可更加精确的根据降温曲线进行闭环调节烟囱处压头大小，从而自动控制汽包3的温度下降速度。优化的，所述汽包3上下壁的热电偶2与所述压力变送器4联锁，当汽包3壁温差过大时自动减小炉膛负压，当汽包3壁温差过小时自动增大炉膛负压，实现根据锅炉厂提供的建议降温曲线进行自动控制的目的。在实际情况中，对于汽包3上下壁有多个壁温的情况，可在所述汽包3的上、下壁均设置有多个热电偶2，且汽包3上壁的热电偶与汽包3下壁的热电偶一一对应，将汽包3上壁的多个热电偶测量的壁温取平均值作为汽包上壁温，汽包3下壁的多个热电偶测量的壁温取平均值作为汽包下壁温，再将汽包上壁温与汽包下壁温的壁温差值用于对管道调节阀10的开度大小进行修正，这样对于汽包3上下壁温的控制更加精确。

在上述实施例中，更了取得更好的引射效果，优化的，将所述引射装置7的喷嘴设计为拉瓦尔喷管结构形式，即先收缩后扩张的形式，使得压缩空气在引射装置7的喷嘴出口处能达到超音速状态。

综上所述，本发明提供的这种锅炉自然冷却自动降温精确控制系统通过在烟囱底部设置引射装置，使得该系统在采用自然通风，即不使用送/引风机进行机械排风条件下，在烟囱处形成负压来克服烟风道的流动阻力，有效解决了锅炉停炉时锅炉快速冷却降温问题，同时将管道调节阀与炉膛负压进行联锁控制，从而可根据锅炉厂给出的降温曲线进行闭环调节烟囱处负压大小，进而调节锅炉温度下降速度，有效解决了常规自然通风冷却降温无法精确控制降温速度的问题。

以上例举仅仅是对本发明的举例说明，并不构成对本发明的保护范围的限制，凡是与本发明相同或相似的设计均属于本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种锅炉自然冷却自动降温精确控制系统，包括锅炉，以及与锅炉通过空气管道连通的烟囱，其特征在于：所述烟囱底部设有引射装置，所述引射装置通过压缩空气管道外接压缩空气，所述压缩空气管道上设有管道切断阀和管道调节阀，所述锅炉上设有用于监测锅炉炉膛负压的压力变送器，所述压力变送器与所述管道调节阀联锁，使管道调节阀的开度大小根据锅炉炉膛负压进行PID调节。

2.如权利要求1所述的一种锅炉自然冷却自动降温精确控制系统，其特征在于：还包括汽包，所述汽包的上下壁设有用于监测汽包壁温的热电偶，所述汽包上下壁的热电偶与所述管道调节阀联锁。

3.如权利要求2所述的一种锅炉自然冷却自动降温精确控制系统，其特征在于：所述汽包的上、下壁均设置有多个热电偶，且汽包上壁的热电偶与汽包下壁的热电偶一一对应。

4.如权利要求2所述的一种锅炉自然冷却自动降温精确控制系统，其特征在于：所述汽包上下壁的热电偶与所述压力变送器联锁。

5.如权利要求1所述的一种锅炉自然冷却自动降温精确控制系统，其特征在于：所述引射装置的喷嘴采用拉瓦尔喷管结构形式。

6.如权利要求1所述的一种锅炉自然冷却自动降温精确控制系统，其特征在于：所述烟囱内部设有文氏管，且所述引射装置位于文氏管下方。

7.如权利要求1～6任一项所述的一种锅炉自然冷却自动降温精确控制系统的控制方法，其特征在于，包括如下过程：

开启管道切断阀，使压缩空气通过压缩空气管道进入引射装置，压缩空气通过引射装置的喷嘴将其压力能转变为动力能，在喷嘴的出口处形成低压区卷吸锅炉内的高温空气和烟气；

通过压力变送器监测锅炉炉膛负压，根据炉膛负压大小联锁控制管道调节阀开度大小进行闭环调节压缩空气量的大小，以使烟囱内产生的压头克服烟囱管道阻力达到自然通风需求，将卷吸锅炉内的高温空气和烟气排出至大气中，进而实现锅炉温度下降速度的自动控制调节。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，还包括在汽包的上下壁上设置热电偶，通过汽包上下壁的热电偶测量的壁温差对管道调节阀开度大小进行修正。

9.如权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在汽包的上下壁上均设置多个热电偶，采取汽包上壁多个热电偶测量的上壁温平均值与汽包下壁多个热电偶测量的下壁温平均值之差作为汽包的壁温差。

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