CN112443834B - 一种循环流化床锅炉物料循环风控系统 - Google Patents

一种循环流化床锅炉物料循环风控系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种循环流化床锅炉物料循环风控系统，包括立管、返料器和外置换热器，返料器的底部对应于立管位置处设有内凹结构，其将返料器划分为水平延伸并与立管出料口对接的接料区、以及位在接料区两侧的出料区；一个出料区通过外置换热器进料管路与外置换热器的入料口连接，另一出料区通过返料器返料管路与炉膛连接，外置换热器的出料口也与炉膛连接；每个出料区靠近出料口一侧布置有垂直入射的播煤风管路、远离出料口一侧布置有水平入射的水平风管路；接料区内布置有垂直入射的松动风管路，外置换热器内布置有垂直入射的流化风管路连接，各管路设有调节阀并与同一风源连接。本发明实现对高温循环灰的精确控制、分配和灵活调节。

Description

一种循环流化床锅炉物料循环风控系统
技术领域
本发明涉及循环流化床技术领域，尤其是一种循环流化床锅炉物料循环风控系统。
背景技术
循环流化床(CFB)锅炉发展的主要方向是大型化和超临界参数，从技术发展角度出发，大型CFB锅炉常常利用外置换热器(EHE)来解决受热面布置和床温调节之间的矛盾，需要将高温循环物料从主循环回路中分流出来，然后再回到炉膛，这就需要对高温物料的循环进行控制。大型CFB锅炉中物料循环装置应用的主要技术难点是高温、高浓度状态下灰流动的控制和均匀分布。
目前已经投运的CFB中的EHE存在温度分布不均、管屏壁温偏差大、壁温超温等问题，主要是由于现有物料循环装置的结构以及流化风的设计和布置存在缺陷：
一方面，运行中不能保证床内布风的均匀性，无法消除边壁效应。造成锅炉和外置换热器汽温、壁温偏差大的问题，导致换热管超温、外置床出口集箱连接管变形与开裂，影响了物料循环装置的安全和经济运行。循环流化床锅炉放大过程中，循环物料量的增多导致返料器内灰流断层或堵塞，外置换热器传热不均匀的现象加剧；
另一方面，现有物料循环装置的流化风量无法调节，不具备均匀布风的条件。流化风系统均为单一管路、一个调节阀门、独立的大风箱系统，无法保证物料循环装置内灰的良好流化以及灰流化状况及灰流沿管屏宽度方向上的分配均匀，从而造成外置换热器受热管屏和灰侧的热交换特性差。
发明内容
本发明提供一种循环流化床锅炉物料循环风控系统，采取分区布风、局部风量大小控制和调节，通过风量分配、压力平衡和风帽出口速度控制等方式，从而确保流化风的布风均匀性、流化质量和流化风量的调节特性，从而使上述问题得以解决。
本发明采用的技术方案如下：
一种循环流化床锅炉物料循环风控系统，包括立管、返料器和外置换热器，所述立管的出料口与所述返料器的入料口连接，所述返料器的底部对应于所述立管位置处设有内凹结构，所述一种循环流化床锅炉物料循环风控系统，包括立管、返料器和外置换热器，所述立管的出料口与所述返料器的入料口连接，所述返料器的底部对应于所述立管位置处设有内凹结构，所述内凹结构将返料器划分为水平延伸并与立管出料口对接的接料区、以及位在接料区两侧的出料区；
其中一个出料区的出料口通过外置换热器进料管路与所述外置换热器的入料口连接，另一个出料区的出料口通过返料器返料管路与炉膛连接，所述外置换热器的出料口与也炉膛连接；每个出料区内，靠近出料口一侧布置有垂直入射的播煤风管路、远离出料口一侧布置有水平入射的水平风管路；接料区内布置有垂直入射的松动风管路，外置换热器内布置有垂直入射的流化风管路连接，各管路设有调节阀并与同一风源连接。
作为上述技术方案的进一步改进：
返料器呈对称结构，两个所述出料区以所述接料区为中心对称设置，立管出口位于所述接料区的中间位置；每个出料区呈U形折弯结构，且出料区的出料口高于其进料口的高度；所述外置换热器进料管路、返料器返料管路也对称设置。
两个所述水平风管路的入口端并联设置在第一供风主管上，两个水平风管路的出口端分别从内凹结构的两侧面伸入到对应出料区，并向对应出料口一侧沿水平方向延伸；第一供风主管上设有阀门。
所述播煤风管路、所述松动风管路的入口端并联设置在第二供风主管上，两个播煤风管路的出口端从底面垂向伸入的对应出料区，且播煤风管路的出口端低于水平风管路出口端高度；第二供风主管上设有阀门。
流化风管路入口端与高压流化风风源连接，流化风管路上设有阀门；所述第一供风主管、第二供风主管均与高压流化风风源连接。
所述立管、接料区、出料区、外置换热器进料管路以及返料器返料管路的流通面积均相等。
所述内凹结构的高度大于所述立管的内径。
所述外置换热器的出料口通过外置换热器返料管路与炉膛连接，所述立管、接料区、出料区、外置换热器进料管路、返料器返料管路以及外置换热器返料管路的流通面积均相等。
各管路上设的调节阀采用气动阀。
本发明的有益效果如下：
本发明对于布风结构进行分区设计、结合气动操作控制，使循环灰一部分直接返回炉膛，另一部分进入外置换热器换热后再返回炉膛，两部分循环灰的流率比例通过流化风进行调节，实现对高温循环灰的精确控制、分配和灵活调节。
本发明通过对返料器和外置换热器的流化风系统的改进设计，通过返料器的内部结构初步将物料进行分流，在结合各风管路的布置，控制和调节流化风风量的分配，有效保证物料循环装置内热灰的良好流化以及灰流沿外置换热器管屏宽度方向上的分配均匀性，确保外置受热面和灰的均匀和良好热交换，消除流化床内局部流化不良现象，提高返料器的可靠性和安全性、提升了外置换热器的热交换特性。
此外，本发明提出的物料循环装置属于气动控制，通过简化的结构和简便的操作，实现对高温循环灰的分配、调节和控制，不易磨损，也没有运动部件，更不会发生机械故障。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、立管；2、返料器；21、出料区；22、接料区；3、外置换热器；4、外置换热器进料管路；5、返料器返料管路；6、外置换热器返料管路；7、高压流化风风源；8、内凹结构；201、第一播煤风管路；202、第一水平风管路；203、松动风管路；204、第二水平风管路；205、第二播煤风管路；401、流化风管路。
具体实施方式
以下结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例的循环流化床锅炉物料循环装置的风控系统，按照物料运行方向依次包括立管1、返料器2和外置换热器3。
立管1的出料口与返料器2的入料口连接，返料器2连接有返料器返料管路5，并通过外置换热器进料管路4与外置换热器3相连接，外置换热器进料管路4连接有外置换热器返料管路6，返料器返料管路5、外置换热器返料管路6均与炉膛连接。
返料器2的底部对应于立管1位置处设有内凹结构8，内凹结构8将返料器2划分为水平延伸并与立管1出料口对接的接料区22、以及位在接料区22两侧的出料区21；其中一个出料区21的出料口通过外置换热器进料管路4与外置换热器3的入料口连接，另一个出料区21的出料口通过返料器返料管路5与炉膛连接，外置换热器3的出料口也与炉膛连接；
每个出料区21内，靠近出料口一侧布置有垂直入射的播煤风管路、远离出料口一侧布置有水平入射的水平风管路；接料区22内布置有垂直入射的松动风管路203，外置换热器3内布置有垂直入射的流化风管路401连接，各管路设有调节阀并与同一风源连接。
具体地，返料器2呈对称结构，两个出料区21以接料区22为中心对称设置，立管1出口位于接料区22的中间位置；每个出料区21呈U形折弯结构，且出料区21的出料口高于其进料口的高度；外置换热器进料管路4、返料器返料管路5也对称设置。
两个水平风管路的入口端并联设置在与高压流化风风源7连接的第一供风主管上，两个水平风管路的出口端分别从内凹结构8的两侧面伸入到对应出料区21，并向对应出料口一侧沿水平方向延伸；第一供风主管上设有阀门B。
播煤风管路、松动风管路203的入口端并联设置在与高压流化风风源7连接的第二供风主管上，两个播煤风管路的出口端从底面垂向伸入的对应出料区21，且播煤风管路的出口端低于水平风管路出口端高度；第二供风主管上设有阀门C；
流化风管路401入口端与高压流化风风源7连接，流化风管路401上设有阀门A。
具体地，各阀门和风管构成所述风控系统，具体的连接结构为：
播煤风管路包括第一播煤风管路201、第二播煤风管路205，两者的出风口分别垂直布置在两个出料区21；
水平风管路包括第一水平风管路202、第二水平风管路204，两者的出风口分别水平布置在两个出料区21；
松动风管路203的出风口在立管1正下方内凹结构8的顶部(接料区22底部)垂直布置；流化风管路401出风口垂直布置在外置换热器3底部；
所有供风管路均与高压流化风风源7相连接；
如图1所示，第一播煤风管路201、第二播煤风管路205上分别设有至少一阀门D2、至少一阀门D1，第一水平风管路202、第二水平风管路204上分别设有至少一阀门E2、至少一阀门E1，松动风管路203上设有至少一阀门F；
阀门A、阀门B和阀门C设置在对应管路的靠近入口处。
具体地，外置换热器3的出料口通过外置换热器返料管路6与炉膛连接，立管1、接料区22、出料区21、外置换热器进料管路4、返料器返料管路5以及外置换热器返料管路6的流通面积均相等。
具体地，内凹结构8的高度大于立管1的内径。
松动风管路203的出风将接料区22的物料吹散，使其分别向两侧的出料区21运动，第一水平风管路202、第二水平风管路204分别将物料向出料区21的出料口下方位置运动，第一播煤风管路201、第二播煤风管路205则将物料向出料区21顶部的出料口吹，使物料经过返料器返料管路5进入炉膛或者经过外置换热器进料管路4进入外置换热器3；流化风管路401将外置换热器进料管路4中物料吹动经外置换热器返料管路6进入炉膛。
本实施的循环流化床锅炉物料循环装置的风控系统的设计原理如下：
返料器2底部设置内凹结构8，内凹结构8将返料器2划分为水平延伸并与立管1出料口对接的接料区22、以及位在接料区22两侧的出料区21，可以初步控制直接从返料器返料管路5进入炉膛、以及经过外置换热器3再返回炉膛的物料的量，第一水平风管路202、第二水平风管路204，进一步精确控制返回炉膛和进入外置换热器的物料量；
返料器返料管路5和外置换热器进料管路4对称布置在立管两侧，结构和流向的对称性可有效提高返料装置工作负荷的均匀性；
第一播煤风管路201、第二播煤风管路205、第一水平风管路202、第二水平风管路204和流化风管路401内的物料循环流畅，无断层或卡塞现象出现，返料器返料管路5和外置换热器返料管路6中的循环物料量比例在0.5-1.8之间，其比例可以通过调节循环流化床锅炉一次流化风风速的增减而控制。
本实施例的风量控制方法如下：
各阀门采用气动控制阀；
在正常启用物料循环装置时，依此开启阀门A、阀门F、阀门D2、D1、阀门C，待物料正常循环时，再开启各阀门E2、E1和阀门B；
在物料循环装置的运行过程中，通过调节阀门D2、D1和阀门E2、E1的开度，使进入返料器2的热灰能够沿着物料运行方向上的流量均匀分配；
在物料循环装置的运行过程中，通过调节阀门D2、D1和阀门E2、E1的开度，并配合调节阀门A的开度，使进入外置换热器3的热灰能够沿着物料运行方向上的流量均匀分配。
本实施例通过对播煤风、松动风、水平风管路进行分区并单独控制每区的进风，实现局部风量大小的控制和调节，进而通过风量的分配、压力平衡和风帽出口速度控制等方式，确保物料循环装置内流化风的布风均匀性、流化质量和流化风风量的调节特性。
具体实施时，第一播煤风管路201和第二播煤风管路205的风量相等，第一水平风管路202和第二水平风管路204的风量相等，松动风管路203、第一播煤风管路201、第一水平风管路202和流化风管路401的风量分配，可按照一定比例比如：2％：16％：18％：30％，以实现均匀布风效果。
松动风管路203的流化风风速在0-8kg/s之间调节，第一水平风管路202和第一播煤风管路201的流化风风速在0-100kg/s之间调节，流化风管路401的流化风风速在0-180kg/s之间调节。
上述风量比例、风速控制并非对本实施风量控制操作参数的限制。
本实施的循环流化床锅炉物料循环装置的风控系统，通过各风管的设计，对特定区域的物料进行流化作用，通各阀门开度配合，控制物料流动方向和流经各部分区域的比例，不仅提高了返料器2、外置换热器3内物料流化均匀性，防止出现阻塞断层等现象，而且对物料进行合理配合，从而提高了返料器的返料效率、提升外置换热器的热交换性能。
本实施例外置换热器3出口管屏壁温偏差显著减小，减小的幅度可达到62℃以上；外置换热器3出口管屏的最高壁温可以降低，降低幅度可达到42℃以上；外置换热器3管屏热偏差系数可以明显下降，下降幅度可达到20％以上；
本实施例为物料循环装置的安全运行和经济型大幅提高，不会发生机械故障、不易磨损，有效避免了管屏超温现象，防止出口集箱接头超温变形和断裂，延长物料循环装置和锅炉的安全运行周期，电厂能够获得良好的经济效益；
本实施例为锅炉制造商开发和研制大容量超超临界循环流化床锅炉以及大容量超临界二氧化碳循环流化床锅炉等提供技术支持，能够选择和制定出更多的热力系统和受热面布置方案，提高设备的经济性能，节约开发成本。

Claims (2)

1.一种循环流化床锅炉物料循环风控系统，其特征在于，包括立管(1)、返料器(2)和外置换热器(3)，所述立管(1)的出料口与所述返料器(2)的入料口连接，所述返料器(2)的底部对应于所述立管(1)位置处设有内凹结构(8)，所述内凹结构(8)将返料器(2)划分为水平延伸并与立管(1)出料口对接的接料区(22)、以及位在接料区(22)两侧的出料区(21)；其中一个出料区(21)的出料口通过外置换热器进料管路(4)与所述外置换热器(3)的入料口连接，另一个出料区(21)的出料口通过返料器返料管路(5)与炉膛连接，所述外置换热器(3)的出料口也与炉膛连接；
每个出料区(21)内，靠近出料口一侧布置有垂直入射的播煤风管路、远离出料口一侧布置有水平入射的水平风管路；接料区(22)内布置有垂直入射的松动风管路(203)，外置换热器(3)内布置有垂直入射的流化风管路(401)连接，各管路设有调节阀并与同一风源连接；
返料器(2)呈对称结构，两个所述出料区(21)以所述接料区(22)为中心对称设置，立管(1)出口位于所述接料区(22)的中间位置；每个出料区(21)呈U形折弯结构，且出料区(21)的出料口高于其进料口的高度；所述外置换热器进料管路(4)、返料器返料管路(5)也对称设置；
两个所述水平风管路的入口端并联设置在第一供风主管上，两个水平风管路的出口端分别从内凹结构(8)的两侧面伸入到对应出料区(21)，并向对应出料口一侧沿水平方向延伸；第一供风主管上设有阀门；
所述播煤风管路、所述松动风管路(203)的入口端并联设置在第二供风主管上，两个播煤风管路的出口端从底面垂向伸入的对应出料区(21)，且播煤风管路的出口端低于水平风管路出口端高度；第二供风主管上设有阀门；
流化风管路(401)入口端与高压流化风风源(7)连接，流化风管路(401)上设有阀门；所述第一供风主管、第二供风主管均与高压流化风风源(7)连接；
所述立管(1)、接料区(22)、出料区(21)、外置换热器进料管路(4)以及返料器返料管路(5)的流通面积均相等；
所述内凹结构(8)的高度大于所述立管(1)的内径；
所述外置换热器(3)的出料口通过外置换热器返料管路(6)与炉膛连接，所述立管(1)、接料区(22)、出料区(21)、外置换热器进料管路(4)、返料器返料管路(5)以及外置换热器返料管路(6)的流通面积均相等；
两个播煤风管路的风量相等，两个水平风管路的风量相等，松动风管路(203)、播煤风管路、水 平风管路和流化风管路(401)的风量按照比例2％：16％：18％：30％分配，以实现均匀布风效果；
松动风管路(203)的流化风风速在0-8kg/s之间调节，两个水平风管路的流化风风速在0-100kg/s之间调节，流化风管路(401)的流化风风速在0-180kg/s之间调节。
2.根据权利要求1所述的循环流化床锅炉物料循环风控系统，其特征在于，各管路上设的调节阀采用气动阀。
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