CN111981507A - 一种预防电站锅炉冷灰斗区域爆燃的预警系统及调节方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种预防电站锅炉冷灰斗区域爆燃的预警系统及调节方法，属于大型电站锅炉安全领域，包括炉烟母管、CO浓度探头、CO浓度场处理装置、DCS控制装置和炉烟风机，CO浓度探头布置在锅炉炉膛下部冷灰斗的四壁上测量炉内的CO浓度；CO浓度场处理装置收集CO浓度探头的浓度信号，经过对浓度场的分析，将反馈信号通过DCS控制装置直接控制炉烟调节阀的开度；炉烟风机将尾部烟道的烟气升压，然后输入炉烟喷口；炉烟喷口在冷灰斗区域呈四角墙式切圆布置，烟气经炉烟喷口在冷灰斗区域形成切圆流场。本发明所采用的稀释介质是烟气，氧气含量极低，与空气相比惰性较强，可起到进一步降低CO爆炸的风险。
Description
技术领域
本发明属于大型电站锅炉安全领域，具体涉及一种预防电站锅炉冷灰斗区域爆燃的预警系统及调节方法。
背景技术
据不完全统计，目前在国内大型电站锅炉的“非停”事故中，由炉膛爆燃引起的案例占约20%，对于如何预防炉膛爆燃成了近年来电力行业比较关注的话题，但由于种种原因仍然没有比较好的解决办法。目前，主要困境主要体现在：（1）现阶段电厂所燃用的煤种来源较广，而且煤种变化频繁，甚至是严重偏离设计煤种、校核煤种的范围，造成锅炉长期保持在不正常的状态工作；（2）多数电厂为了降低成本，以及受国家调控的影响，不得不掺烧多种多样的煤种，存在两种及两种以上的掺烧方式，而且有些煤种的燃烧特性差异性比较大，但往往不重视掺烧可行性的研究以及运行优化；（3）大多数机组服役已经有很长时间，设备老化，可靠性下降，制粉系统、燃烧系统和火检监视系统等设备尤为严重。多种原因的复合影响下，很容易出现炉膛爆燃的情况发生，当炉膛爆燃发生时，炉内压力大幅波动，严重时会直接导致炉膛灭火，引发“非停”事故，造成巨大的经济损失，也有可能造成人员伤亡。所以，从经济性和安全性的角度来考虑的话，很有必要对预防锅炉炉膛爆燃的方法进行探索和研究。
大量的试验研究和理论分析表明，锅炉炉膛局部区域（主要是炉膛下部的冷灰斗区域）在恶劣的情况下CO（强可燃还原性气体）浓度可达3000μL/L以上，已经属于爆炸区间，当掉焦或火星掉落的时候就会引发爆炸，造成严重的安全事故。因而对于冷灰斗区域的CO浓度的实时监测和在浓度较高时对CO浓度的及时稀释显得非常重要。
申请号为201110444923.2的中国发明专利公开了一种预防大型电站煤粉锅炉炉膛爆燃预警调节系统及调节方法。通过在冷灰斗壁面布置CO浓度测点和装贴壁风补气系统,反馈到系统的信号控制贴壁风调节阀,贴避风为来自空气预热器的热二次风,以四墙切圆的方式送入冷灰斗区域,通过降低浓度的方式,达到预警和消除爆燃的目的。
申请号为201210570574.3的中国发明专利公开了一种利用烟气循环预防炉膛底部爆燃的系统及方法。通过在冷灰斗区域底部布置CO浓度测点和安装补气系统,反馈到系统的信号控制抑爆风调节阀,抑爆风为来自尾部烟道的烟气,以上下错位的对冲方式送入冷灰斗区域,通过降低浓度的方式,达到监测和消除爆燃的目的。
发明内容
为了能够达到实时监测CO浓度，并实现预防、减弱和消除爆燃的目的，本发明提供一种预防电站锅炉冷灰斗区域爆燃的预警系统及调节方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种预防电站锅炉冷灰斗区域爆燃的预警系统，包括锅炉燃烧器、炉膛、冷灰斗、水封槽、省煤器、尾部烟道和脱硝装置，所述锅炉燃烧器设置在炉膛上，所述冷灰斗设置在炉膛的下方，所述冷灰斗的底端位于水封槽内，所述省煤器和脱硝装置设置在尾部烟道内；其特征是，还包括炉烟母管、CO浓度探头、CO浓度场处理装置、DCS控制装置和炉烟风机，所述炉烟风机的烟气进口与省煤器和脱硝装置之间的尾部烟道连接，所述炉烟风机的烟气出口连接有炉烟调节阀，所述炉烟调节阀连接炉烟母管，所述炉烟母管连接至冷灰斗四壁上的炉烟喷口，所述DCS控制装置的一端与CO浓度场处理装置相接，所述DCS控制装置的另一端与炉烟调节阀相接，所述CO浓度场处理装置与CO浓度探头连接，所述CO浓度探头布置在冷灰斗内。
进一步的，所述CO浓度探头呈上、中、下三层布置在冷灰斗内，用于监测冷灰斗区域的三维浓度场。
进一步的，所述CO浓度场处理装置不仅评估CO浓度的高低，而且还可以预测爆炸的风险大小。
进一步的，所述炉烟母管可等量向4个炉烟喷口供入烟气，保证喷入的烟气形成稳定的切圆流场。
进一步的，所述炉烟风机所取烟气来自省煤器出口和脱硝装置进口之间的尾部烟道。
进一步的，所述炉烟喷口采用方形喷口。
所述的预防电站锅炉冷灰斗区域爆燃的预警系统的调节方法，其特征是，步骤如下：
1）炉烟风机保持常态运行，炉烟调节阀初始开度保持在30%状态，正常状态下持续向冷灰斗区域喷入烟气；
2）CO浓度场处理装置通过CO浓度探头实时监测冷灰斗区域的CO浓度场；
3）CO浓度场处理装置评估CO浓度的高低以及预测爆炸的风险大小，当预测到风险时，通过DCS控制装置向炉烟调节阀下发开大指令，快速加大烟气的喷入量，降低或去除爆炸风险。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：上中下三层CO浓度探头实时测量冷灰斗区域的三维浓度场，当CO浓度超过限值时，CO浓度场处理装置反馈信号，并通过DCS控制装置向炉烟调节阀发送开大的指令，调节阀开大后将充足的烟气通过炉烟喷口送入炉内，形成切圆流畅，稀释CO浓度至限制以下，及时阻止爆燃的发生。此外，持续引入烟气，可以保护炉烟喷口不被烧坏，也可以保证在CO浓度突然升高的时候能够及时的投入，还可以起到降低NOx生成量的作用。
附图说明
图1是本发明实施例中系统的整体结构示意图。
图2是本发明实施例中炉膛截面俯视图。
图中：锅炉燃烧器1、炉烟母管2、炉烟喷口3、冷灰斗4、CO浓度探头5、水封槽6、CO浓度场处理装置7、DCS控制装置8、炉烟调节阀9、炉烟风机10、省煤器11、尾部烟道12、脱硝装置13、炉膛14。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例。
参见图1至图2，本实施例中，一种预防电站锅炉冷灰斗区域爆燃的预警系统，包括锅炉燃烧器1、炉膛14、冷灰斗4、水封槽6、省煤器11、尾部烟道12和脱硝装置13，锅炉燃烧器1设置在炉膛14上，冷灰斗4设置在炉膛14的下方，冷灰斗4的底端位于水封槽6内，省煤器11和脱硝装置13设置在尾部烟道12内。
本实施例中，还包括炉烟母管2、CO浓度探头5、CO浓度场处理装置7、DCS控制装置8和炉烟风机10，炉烟风机10的烟气进口与省煤器11和脱硝装置13之间的尾部烟道12连接，炉烟风机10的烟气出口连接有炉烟调节阀9，炉烟调节阀9连接炉烟母管2，炉烟母管2连接至冷灰斗4四壁上的炉烟喷口3，DCS控制装置8的一端与CO浓度场处理装置7相接，DCS控制装置8的另一端与炉烟调节阀9相接，CO浓度场处理装置7与CO浓度探头5连接，CO浓度探头5呈上、中、下三层布置在冷灰斗4内。
工作方法：炉烟风机10保持常态运行状态，炉烟调节阀9常规开度保持在30%，持续将尾部烟道12的烟气经炉烟喷口3向炉内冷灰斗4区域喷入，形成切圆流场。与此同时，CO浓度探头5实时监测锅炉下炉膛冷灰斗4区域的CO浓度，并实时将电信号传入CO浓度场处理装置7，然后CO浓度场处理装置7对电信号进行处理，建立三维CO浓度场，评估CO浓度的高低以及预测爆炸的风险。当预测到存在爆炸风险时，经DCS控制装置8向炉烟调节阀9下发开大调门的指令，及时开大调门，提高进入冷灰斗4区域的烟气量，稀释CO的浓度；当CO浓度场处理装置7处理CO浓度探头5测得的CO浓度电信号时，发现爆炸风险已降低或去除，此时经DCS控制装置8向炉烟调节阀9下发陆续减小开度的指令，开度逐渐回到30%。如果再次出现爆炸风险，仍然按照上述的方法运行。
炉烟风机10常态运行，保持持续向冷灰斗4区域喷入烟气，一方面可保证当爆炸风险出现时可及时投入大量的烟气稀释CO浓度，降低爆炸风险；另一方面由于向冷灰斗4区域持续喷入烟气，可减小冷灰斗4区域的CO浓度大幅波动，提高区域流场的稳定性。布置有三层CO浓度探头5，可监测三维浓度场，起到精准监测效果。所采用的稀释介质是烟气，氧气含量极低，与空气相比惰性较强，可起到进一步降低CO爆炸的风险。
本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (4)
1.一种预防电站锅炉冷灰斗区域爆燃的预警系统，包括锅炉燃烧器（1）、炉膛（14）、冷灰斗（4）、水封槽（6）、省煤器（11）、尾部烟道（12）和脱硝装置（13），所述锅炉燃烧器（1）设置在炉膛（14）上，所述冷灰斗（4）设置在炉膛（14）的下方，所述冷灰斗（4）的底端位于水封槽（6）内，所述省煤器（11）和脱硝装置（13）设置在尾部烟道（12）内；其特征是，还包括炉烟母管（2）、CO浓度探头（5）、CO浓度场处理装置（7）、DCS控制装置（8）和炉烟风机（10），所述炉烟风机（10）的烟气进口与省煤器（11）和脱硝装置（13）之间的尾部烟道（12）连接，所述炉烟风机（10）的烟气出口连接有炉烟调节阀（9），所述炉烟调节阀（9）连接炉烟母管（2），所述炉烟母管（2）连接至冷灰斗（4）四壁上的炉烟喷口（3），所述DCS控制装置（8）的一端与CO浓度场处理装置（7）相接，所述DCS控制装置（8）的另一端与炉烟调节阀（9）相接，所述CO浓度场处理装置（7）与CO浓度探头（5）连接，所述CO浓度探头（5）呈上、中、下三层布置在冷灰斗（4）内。
2.根据权利要求1所述的预防电站锅炉冷灰斗区域爆燃的预警系统，其特征是，所述CO浓度场处理装置（7）不仅评估CO浓度的高低，而且还预测爆炸的风险大小。
3.根据权利要求1所述的预防电站锅炉冷灰斗区域爆燃的预警系统，其特征是，所述炉烟母管（2）等量向4个炉烟喷口（3）供入烟气，保证喷入的烟气形成稳定的切圆流场。
4.一种如权利要求1-3中任一项所述的预防电站锅炉冷灰斗区域爆燃的预警系统的调节方法，其特征是，步骤如下：
1）炉烟风机（10）保持常态运行，炉烟调节阀（9）初始开度保持在30%状态，正常状态下持续向冷灰斗（4）区域喷入烟气；
2）CO浓度场处理装置（7）通过CO浓度探头（5）实时监测冷灰斗（4）区域的CO浓度场；
3）CO浓度场处理装置（7）评估CO浓度的高低以及预测爆炸的风险大小，当预测到风险时，通过DCS控制装置（8）向炉烟调节阀（9）下发开大指令，快速加大烟气的喷入量，降低或去除爆炸风险。
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