CN114135865A

CN114135865A - 一种高温灰储存装置和装有该装置的循环流化床锅炉

Info

Publication number: CN114135865A
Application number: CN202111561622.8A
Authority: CN
Inventors: 卢啸风; 杨中智; 王泉海; 董中豪; 李建波; 张戎迪; 亢银虎
Original assignee: Chongqing University
Current assignee: Chongqing University
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2022-03-04
Anticipated expiration: 2041-12-20
Also published as: CN114135865B

Abstract

本发明公开了一种高温灰储存装置和装有该装置的循环流化床锅炉，高温灰储存装置包括储灰仓（16），在储灰仓（16）前后两侧面底部各设有排灰装置（11），储灰仓（16）顶部开有进灰口（14），储灰仓（16）面向炉膛一侧的内壁上部开有溢流口（15），储灰仓（16）底面装有流化装置（13）。循环流化床锅炉包括炉膛（2）、布置于炉膛（2）底部的布风板（6）和高温灰储存装置（1），炉膛（2）底部外连冷渣器（8），高温灰储存装置（1）设置在炉膛（2）底部密相区缩口段上部侧壁，进灰口（14）接在炉膛（2）内壁下边沿。本发明的技术效果是：实现了发电机组快速调峰，并均衡炉膛床压，减少了发生炉内“翻床”的事故。

Description

一种高温灰储存装置和装有该装置的循环流化床锅炉

技术领域

本发明涉及一种循环流化床锅炉，具体涉及一种装有高温灰储存装置的电站大型循环流化床锅炉。

背景技术

循环流化床锅炉由于其燃料适应性广，负荷调节范围宽等优点发展迅速，具有良好的应用市场，目前正在朝着更高的参数方向发展。随着节能减排要求的不断提高，可再生能源装机容量不断增加，但是可再生能源发电具有很强的随机性以及不确定性，需要火电机组承担深度调峰的任务，电站大型循环流化床锅炉需要具备快速调节负荷和超低负荷运行的能力。

参与调峰的循环流化床锅炉主要通过调节煤量、风量和炉膛上部的循环灰浓度几种等方式来控制负荷。在降低负荷的过程中，需要排走大量高温灰渣，以快速降低炉膛上部的灰浓度；在提高负荷时，需要提高炉膛内部可循环灰量、增加炉膛上部灰浓度。在调节炉膛上部的灰浓度方面，经常会面临炉膛内部可循环灰量不够而导致炉膛上部灰浓度无法快速增大的问题，现有技术还没有一种技术手段，能够实现将高温灰渣储存起来以便于排出和循环，满足电站大型循环流化床锅炉的负荷快速调节需求。

循环流化床锅炉内部为“环-核流动”，炉膛里的部分高温灰颗粒沿着炉膛壁面下滑形成内循环灰，另外一部分核心区的上升颗粒进入旋风分离器，分离后进入立管形成外循环灰，并通过回料装置返回炉膛进入下一个循环。目前，已有一种方法通过收集循环回路中的外循环灰来调节负荷，但该方法会严重影响到密相区的床温分布，同时在有外置床结构时，减少外循环灰量过多也会造成受热面气温得不到保证的问题。

另外，随流化床锅炉容量不断增加，无论采用双布风板布置还是单布风板布置的结构，都不同程度出现炉内“翻床”现象（床膛两侧床压大幅度交替变化），这一技术难题长期未得到根本解决。

发明内容

针对现有循环流化床锅炉存在的问题，本发明所要解决的技术问题就是提供一种高温灰储存装置，它用于电站大型循环流化床锅炉，将高温灰渣储存起来快速调节炉膛上部的灰浓度，以满足发电机组快速调峰需求，并均衡炉膛床压，减少发生炉内翻床事故。本发明还提供一种装有该高温灰储存装置的循环流化床锅炉。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是：

本发明提供的一种高温灰储存装置，包括储灰仓，在储灰仓前后两侧壁底部各设有排灰装置，储灰仓顶部开有进灰口，储灰仓面向炉膛一侧的内壁上部开有溢流口，储灰仓底面装有流化装置。

优选地，所述储灰仓底面还设置有紧急放灰装置，紧急放灰装置包括电动插板阀和连通冷渣器的放灰管，电动插板阀设置在储灰仓底面的放灰管管口。

所述排灰装置包括灰控阀和接通炉膛底部密相区的排灰管，灰控阀安装在储灰仓侧壁的排灰管管口处。

所述流化装置包括风帽、子风管、浮子流量计、流量调节阀和母风管，每个子风管单独为一个风帽提供流化空气，所有子风管与母风管相连接，浮子流量计装在子风管上，浮子流量计上下两端带有调节风量的流量调节阀。

本发明提供的一种循环流化床锅炉，包括炉膛和布置于炉膛底部的布风板，炉膛底部外连冷渣器，还包上述的高温灰储存装置，高温灰储存装置设置在炉膛底部密相区缩口段上部侧壁，进灰口接在炉膛内壁下边沿，排灰装置的出口接在布风板上方密相区缩口段下部。优选地，高温灰储存装置还具有紧急放灰装置，紧急放灰装置的出口接在冷渣器。

本发明的循环流化床锅炉通过控制高温灰储存装置两侧的排灰装置的灰控阀开度，以及流化装置提供的流化风量，共同控制通过炉膛进入和排出高温灰储存装置的灰渣总量，从而达到调节炉膛内细颗粒量和床压的目的，实现发电机组快速调峰。另外，当沿炉膛最长一侧整体布置高温灰储存装置时，分别调节高温灰储存装置布风板两侧的灰控阀开度，可改变进入密相区的灰量浓度分布，并调节炉膛两侧的床压，从而减少大型循环流化床锅炉运行中的床压大幅振荡波动导致翻床的事故。通常，流化风量越大，进入高温灰储存装置的灰量越少，灰控阀开度越大，排出高温灰储存装置进入炉膛进行下一次循环的高温灰量越大。

本发明的技术效果是：实现了发电机组快速调峰，并均衡炉膛床压，减少了发生炉内“翻床”的事故。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1为本发明的高温灰储存装置主视图；

图2为图1中A-A剖面图；

图3为图1中B-B剖面的剖视图；

图4为图1中C-C剖面的剖视图；

图5为流化装置的主视图和俯视图；

图6为梯形储灰仓的主视图；

图7为本发明的循环流化床锅炉的结构示意图；

图8为三个高温灰储存装置的布置图；

图9为一个高温灰储存装置的安装图；

图10为图9中高温灰储存装置的主视图和F-F以及G-G剖视图。

图中，1、高温灰储存装置，11、排灰装置，111、灰控阀，112、排灰管，12、紧急放灰装置，121、电动插板阀，122、放灰管，13、流化装置，131、风帽，132、子风管，133、浮子流量计，134、流量调节阀，135、母风管，14、进灰口，15、溢流口，16、储灰仓，

2、炉膛，3、旋风分离器，4、立管，5、回料装置，51、回料管道，6、布风板，7、分离器出口烟道，8、冷渣器，9、外置床。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

为了清楚描述发明内容，本专利申请使用方位词“前”、“后”、“左”、“右”进行区别，所述“前”、“后”、“左”、“右”是依据以上附图的布设方位来确定的，在本发明的实际使用方向发生改变，其方位的称谓随之改变，不能视为对专利保护范围的限制。

如图1、图2、图3、图4和图5所示，本发明的一种高温灰储存装置，包括储灰仓16，在储灰仓16前后两侧壁底部各设有排灰装置11，储灰仓16顶部开有进灰口14，储灰仓16面向炉膛一侧的内壁上部开有溢流口15，储灰仓16底面装有流化装置13。

如图3所示，储灰仓16底面还设置有紧急放灰装置12，紧急放灰装置12包括电动插板阀121和连通冷渣器8的放灰管122，电动插板阀121设置在储灰仓16底面的放灰管管口。在需要紧急放灰如排灰管堵塞，或者紧急升高床温时，打开电动插板阀121，将储灰仓内的高温灰放至炉膛的冷渣器8，作为紧急处理向外排灰。

如图1和图4所示，所述排灰装置11包括灰控阀111和接通炉膛底部密相区的排灰管112，灰控阀111安装在储灰仓16侧壁的排灰管112管口处。灰控阀采用耐高温材料/耐火内衬/水冷锥形阀，调节灰控阀111开度控制储灰仓的高温灰进入炉膛底部密相区的排灰量。

如图5所示，所述流化装置13，也称布风装置，包括风帽131、子风管132、浮子流量计133、流量调节阀134和母风管135，每个子风管132单独为一个风帽131提供流化空气，风帽分布焊接在储灰仓内底面上，子风管接在储灰仓底面的风帽接口，所有子风管132与母风管135相连接，通过浮子流量计133监测进入每个子风管132的风量，通过位于浮子流量计133上下两端的流量调节阀134调节进入每个子风管132的风量。母风管135向储灰仓16内提供流化所需风力，风帽用于遮挡灰渣进入子风管132内，并增加流化风对于储灰仓底部扰动，利于灰渣流化。

如图1和图6所示，所述储灰仓16为长方形或梯形箱体，内部为带有耐火浇注料的全膜式壁。所述全膜式壁又称膜式水冷壁，用管子和扁钢焊接组成管屏，再由多组管屏组合在一起形成膜式壁。储灰仓16的水平面积为锅炉布风板6面积的0.1~1倍。储灰仓16为长方形箱体时，长边L1为与炉膛壁面紧贴部分，高度H为短边L2的0.2~4.5倍。储灰仓16为梯形箱体时，长边L1为与炉膛壁面紧贴部分，高度H为短边L2的0.15~3.5倍，梯形的储灰仓16底部倾斜壁面与竖直方向夹角α在45~90°之间。与长方形箱体相比，梯形的储灰仓内底部的密相料层更容易产生内循环。

如图7所示，本发明的第一种循环流化床锅炉，包括炉膛2、布置于炉膛2底部的布风板6，炉膛2底部外连冷渣器8，还包括上述高温灰储存装置1，高温灰储存装置1设置在炉膛2底部密相区缩口段上部侧壁，进灰口14接在炉膛2内壁下边沿，排灰装置11的出口接在布风板6上方密相区缩口段下部。紧急放灰装置12的出口接在冷渣器8，溢流口15面向炉膛2内腔。

在图7中，锅炉正常运行时，炉膛2内部流化的部分高温灰颗粒沿着炉膛壁面下滑形成内循环灰，高温灰储存装置1的作用是收集沿炉膛内部贴壁下滑的高温内循环灰；另一部分灰渣通过炉膛出口进入分离器3，经分离作用后一小部分进入分离器出口烟道7，其余部分到达立管4，在重力作用下落入回料装置5经回料管道51返回炉膛2，完成外循环。

根据电网调峰需求，本发明通过灵活调节经内循环进入高温灰储存装置1内的灰量，以及通过高温灰储存装置1进入密相区的灰量，对炉膛内的床压进行调节。内循环灰通过进灰口14进入高温灰储存装置1，调节流化装置13的流化风量，控制进入储灰仓16的高温灰量，调节排灰装置11的灰控阀开度，控制排出储灰仓进入炉膛的高温灰量，从而达到调节炉膛内细颗粒量和床压的目的。在需要紧急放灰或升高床温时，打开高温灰储存装置底部紧急放灰装置12的电动插板阀121，将储灰仓16内的高温灰排至冷渣器8。

在机组调峰需求达到2% ~3%MW/min时，需要循环流化床锅炉炉内立即增加或减少的循环灰量相当于1~3kPa的流化床压，对应300~600MW等级的电站大型循环流化床锅炉需要增加或减少20~80m³的灰渣量。

本发明的循环流化床锅炉的机组调峰过程是：

正常运行时，位于高温灰储存装置两侧的排灰装置的灰控阀111全开，流化装置13不提供流化风，高温灰储存装置内为空床状态（即没有高温灰的积存）。

需要锅炉负荷降低2% ~3%MW/min时，控制排灰装置11的灰控阀111开度为0%，并适当增加流化装置13的流化风量，增加进入高温灰储存装置1的灰量，减少炉膛2内的灰渣颗粒份额，维持高温灰储存装置1内部正常流化，但不排灰的工况。从进灰口14进入高温灰储存装置的灰量20~80m³，相当于减小了炉膛布风板上的床压2~3kPa，减小炉膛上部的灰颗粒浓度以及传热系数，从而快速降低锅炉负荷。

在锅炉降低负荷后，维持锅炉低负荷运行时，调节高温灰储存装置内流化装置13的流化风量和排灰装置11的灰控阀开度，保证通过密相区上部进灰口14进入储灰仓16内的灰量，与溢流口15和排灰管112排出的灰量总和近似相等，从而使高温灰储存装置里的灰能够与炉膛底部密相区不断快速循环的高温内循环灰保持换热，以保证高温灰储存装置内灰渣的温度与热量，从而保证在锅炉升高负荷时返回炉膛的排灰温度。

需要锅炉负荷升高2% ~3%MW/min时，控制流化装置13的流化风量至高温灰储存装置1内部正常流化，增加高温灰储存装置内排灰装置11的灰控阀111开度，至80%以上，从而快速排灰，减小储灰仓内的灰储存量，增加进入炉膛里的循环灰总量20~80m³，可增加炉膛布风板上的床压2~3kPa，增加炉膛上部的灰颗粒浓度以及传热系数，从而快速升高锅炉负荷。

另外，分别调节高温灰储存装置1侧壁的两个灰控阀111开度，通过改变进入密相区的灰流量，可调节炉膛两侧的床压，减少大型循环流化床锅炉运行中的床压大幅振荡波动导致翻床的故障，也能够对均衡炉膛两侧烟温起到一定的作用。

在锅炉负荷调节过程中，通过控制进入与排出高温灰储存装置1的灰量，调节炉内颗粒量与床压，从而保证锅炉整体连续稳定的工作，适应电网快速调峰的需求。同时，由于高温灰储存装置具有流化装置13，它所提供的流化风能够有效防止循环灰在仓内结焦、板结，从而提高装置整体在高温下的工作稳定性。

在炉膛底部密相区上方空间受限时，高温灰储存装置1在遮挡物的间隔空间单独布置。如图8所示，三个高温灰储存装置被三个回料管道51隔开，左边一个高温灰储存装置、右边两个高温灰储存装置布置在三个回料管道之间。通过调节每个储灰仓16两侧壁的灰控阀111开度，调节排向炉膛中间和两侧的灰量比例，不仅可以调节炉膛两侧的床压，还可以调节炉膛中间的床压。

图8中，储灰仓16为梯形箱体，与炉膛壁对接的箱体壁可以向内倾斜，内侧壁与水平方向夹角β在90~120°之间，更加利于进灰。

如图9和图10所示的循环流化床锅炉，与图7所示的循环流化床锅炉不同的是：

1、循环流化床锅炉为裤叉腿结构，具有外置床9；

2、高温灰储存装置有1个，设置在密相区内侧裤叉腿结构中间，进灰口14与炉膛裤叉腿内壁面相接。

本发明的循环流化床锅炉通过调节所有高温灰储存装置1的灰控阀111开度和经风帽131的流化风量，快速调节炉膛2里的灰颗粒浓度，从而快速调峰。同时能调节流过各灰控阀的高温循环灰量沿炉膛宽度或深度方向的分布，用以均衡炉膛宽度或深度方向的床压及烟温分布。

Claims

1.一种高温灰储存装置，其特征是：包括储灰仓（16），在储灰仓（16）前后两侧壁底部各设有排灰装置（11），储灰仓（16）顶部开有进灰口（14），储灰仓（16）面向炉膛一侧的内壁上部开有溢流口（15），储灰仓（16）底面装有流化装置（13）。

2.根据权利要求1所述的高温灰储存装置，其特征是：储灰仓（16）底面还设置有紧急放灰装置（12），所述紧急放灰装置（12）包括电动插板阀（121）和连通冷渣器（8）的放灰管（122），电动插板阀（121）设置在储灰仓（16）底面的放灰管管口。

3.根据权利要求1或2所述的高温灰储存装置，其特征是：所述排灰装置（11）包括灰控阀（111）和接通炉膛底部密相区的排灰管（112），灰控阀（111）安装在储灰仓（16）侧壁底部的排灰管管口处。

4.根据权利要求3所述的高温灰储存装置，其特征是：所述流化装置（13）包括风帽（131）、子风管（132）、浮子流量计（133）、流量调节阀（134）和母风管（135），每个子风管（132）单独为一个风帽（131）提供流化空气，所有子风管（132）与母风管（135）相连接，浮子流量计（133）装在子风管（132）上，浮子流量计（133）上下两端带有调节风量的流量调节阀（134）。

5.根据权利要求4所述的高温灰储存装置，其特征是：所述储灰仓（16）为长方形箱体，储灰仓（16）的底面积为锅炉布风板（6）面积的0.1~1倍，长边L1为与炉膛壁面紧贴部分，高度H为短边L2的0.2~4.5倍。

6.根据权利要求4所述的高温灰储存装置，其特征是：所述储灰仓（16）为梯形箱体，储灰仓（16）的水平面积为锅炉布风板（6）面积的0.1~1倍，长边L1为与炉膛壁面紧贴部分，高度H为短边L2的0.15~3.5倍，储灰仓（16）底部倾斜壁面与竖直方向夹角α在45~90°之间；或者储灰仓（16）内侧壁与水平方向夹角β在90~120°之间。

7.一种循环流化床锅炉，包括炉膛（2）和布置于炉膛（2）底部的布风板（6），炉膛（2）底部外连冷渣器（8），其特征是：还包括权利要求1-6任一高温灰储存装置（1），高温灰储存装置（1）设置在炉膛（2）底部密相区缩口段上部侧壁，进灰口（14）接在炉膛（2）内壁下边沿，排灰装置（11）的出口接在布风板（6）上方密相区缩口段下部。

8.根据权利要求7所述的循环流化床锅炉，其特征是：高温灰储存装置（1）具有紧急放灰装置（12），紧急放灰装置（12）的出口接在冷渣器（8）。

9.根据权利要求7或8所述的循环流化床锅炉，其特征是：高温灰储存装置（1）有至少三个，各高温灰储存装置在炉膛底部密相区上方的遮挡物的间隔空间单独布置。

10.根据权利要求7或8所述的循环流化床锅炉，其特征是：高温灰储存装置（1）有一个，设置在密相区内侧裤叉腿结构的中间，进灰口（14）与炉膛裤叉腿内壁面相接。