CN208952087U - 一种防止回料器振动的循环流化床锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防止回料器振动的循环流化床锅炉，循环流化床锅炉包括风室、炉膛、分离器和回料器，风室布置在炉膛下部并通过布风板与炉膛连通，炉膛通过上部的分离器入口烟道与分离器相连，分离器通过立管与回料器的进料仓相连，回料器的返料仓通过返料腿与炉膛相连；采取增大回料器底部标高、减小立管高度、增大分离器的锥段长度、增大返料腿倾角和在立管内部设置若干层凸台中的至少一项。本实用新型对循环流化床锅炉的结构和控制方式进行优化和改进，有效地减小循环灰进入回料器的总动量和总动能，避免回料器内部灰流动型态发生突变，有效地解决了回料器振动的问题。

Description

一种防止回料器振动的循环流化床锅炉

技术领域

本实用新型涉及循环流化床的技术领域，更具体地讲，涉及一种防止回料器振动的循环流化床锅炉。

背景技术

循环流化床锅炉因其良好的燃料适应性在国内外得到了迅速的发展，回料系统在循环流化床锅炉运行中起着将烟气携带出炉膛的部分灰分离下来并连续稳定送回炉膛的作用，其安全稳定的运行对锅炉安全性和可靠性都至关重要。

随着锅炉容量的不断增大和炉膛高度的不断提高，但是目前电厂投运的300MW亚临界循环流化床锅炉、350MW超临界循环流化床锅炉运行中出现回料器振动的现象越来越多，特别是燃用高灰分煤种，外循环灰量较大时，振动现象更是频频发生，严重者甚至会导致整个分离器振动、回料器平台振动，严重影响了锅炉的安全运行及整个电厂机组的可靠性。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的是提供一种能够有效防止回料器振动的循环流化床锅炉。

本实用新型提供了一种防止回料器振动的循环流化床锅炉，所述循环流化床锅炉包括风室、炉膛、分离器和回料器，风室布置在炉膛下部并通过布风板与炉膛连通，炉膛通过上部的分离器入口烟道与分离器相连，分离器通过立管与回料器的进料仓相连，回料器的返料仓通过返料腿与炉膛相连，其中，采取增大回料器底部标高、减小立管高度、增大分离器的锥段长度、增大返料腿倾角和在立管内部设置若干层凸台中的至少一项。

根据本实用新型防止回料器振动的循环流化床锅炉的一个实施例，所述凸台采用耐磨浇注料制得并且设置在立管内部的不同标高处，所述凸台的层数为n且n≥1。

根据本实用新型防止回料器振动的循环流化床锅炉的一个实施例，所述炉膛顶棚至布风板的高度为炉膛净高H，回料器底部标高至布风板高度为H₃，则H₃/H＝0.15～0.35。

根据本实用新型防止回料器振动的循环流化床锅炉的一个实施例，分离器的筒身高度为h₁且锥段高度为h₂，则h₂/h₁＝0.85～1.3。

根据本实用新型防止回料器振动的循环流化床锅炉的一个实施例，所述炉膛顶棚至布风板的高度为炉膛净高H，立管高度为h₃，则h₃/H小于0.35。

根据本实用新型防止回料器振动的循环流化床锅炉的一个实施例，所述返料腿的倾角α＝45°～90°。

根据本实用新型防止回料器振动的循环流化床锅炉的一个实施例，所述风室与一次风母管连接。

根据本实用新型防止回料器振动的循环流化床锅炉的一个实施例，所述循环流化床锅炉还包括运行关键参数监控系统，所述运行关键参数监控系统包括设置在一次风母管上的一次风流量测量单元、设置在立管上部的立管压力测量单元、设置在布风板上方的床压测量单元、设置在炉膛中的稀相区差压测量单元。

常规循环流化床锅炉在运行过程中，特别是快速升降负荷的过程中，由于循环灰量的突变，导致回料器内灰流动型态也发生比较大的变化，在上述三种型态即：阻力控制型—转化型—动量控制型之间相互转换，这种突变将导致回料器发生振动。同时在循环灰量相对较大、返料仓颗粒浓度较高、料位较高时，若炉膛背压偏高，若返料腿回料不畅将导致进料仓和立管灰浓度、料位高度迅速升高，则发生回料器回料不正常甚至堵死的现象，引发回料器振动，这也是在电厂循环流化床锅炉回料器出现振动现象后，通过降低床压、加大回料器流化风量后返料正常、振动消失的原因。

本实用新型通过对回料器振动原因进行研究和发现，对循环流化床锅炉的结构和控制方式进行了优化和改进，采用本实用新型后，能够有效地减小循环灰进入回料器的总动量和总动能，避免回料器内部灰流动型态发生上述突变，有效地解决了大型循环流化床锅炉回料器振动的问题。

附图说明

图1示出了根据本实用新型示例性实施例的防止回料器振动的循环流化床锅炉的结构示意图。

附图标记说明：

1-风室、2-布风板、3-炉膛、4-分离器入口烟道、5-分离器、6-立管、7-凸台、8-回料器、9-返料腿、10-一次风流量测量单元、11-立管压力测量单元、12-床压测量单元、13-稀相区差压测量单元、14-一次风母管。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

虽然现有技术中循环流化床锅炉回料器振动的情况时有发生，但是业内对其原因并没有深入透彻的研究，本实用新型旨在发现回料器振动的根本原因并基于该原因改进得到能够防止回料器振动的循环流化床锅炉及控制方法。

具体地，回料系统在循环流化床锅炉运行中起着将烟气携带出炉膛的部分灰分离下来并连续稳定送回炉膛的作用，其安全稳定的运行对锅炉安全性和可靠性都至关重要。试验研究表明，循环灰的两个关键参数对回料器内部气固两相流流动特性影响较大，其中一项为循环灰量，单位时间内进入回料器的灰量定义为m，另一关键参数为循环灰进入回料器或立管底部的终端速度，定义为v，因此综合两个因素循环灰进入回料器的总动量(mv)、总动能(mv²)来分析其对回料器内部气固两相流流型影响更为全面。

通过对随着循环灰量逐渐增大(调整过程中回料器流化风量保持不变)回料器内部料位及物料浓度的变化情况进行研究，发现循环流化床锅炉在运行过程中的进料仓料位和立管料位并非常规认识的循环灰量越大，立管料位越高，相反随着负荷的升高循环灰量的增大，进料仓和立管颗粒浓度逐步降低，料位也逐步降低，返料仓颗粒浓度却逐步升高，料位也逐步升高，返料腿充满度也逐步增加。

循环流化床锅炉在运行过程中，经分离器分离的循环灰经立管下降至回料器，其势能除了摩擦耗散外转化为终端动能，随着炉膛高度的升高，其势能越来越大，因此下降至回料器时速度也越来越高，动量越来越大、动能越来越大。低负荷运行时，循环灰量较小，回料器运行状态为进料仓充满料位，立管维持一定的料位高度，返料仓在返料风的作用下呈鼓泡运行状态，定义此运行状态进料仓颗粒浓度为V₁，返料仓颗粒浓度为V₂，则V₁远大于V₂，进料仓料位高度为L₁，返料仓料位为L₂，则L₁高于L₂，此时循环灰总动量驱动力远小于回料器灰流动阻力，循环灰在立管料位重位压差和返料风的作用下返回炉膛，称此运行状态为阻力控制型.

随着锅炉运行升负荷不断升高，风量逐步加大，炉内灰浓度逐步升高，进入分离器的灰量也逐步增大，相应的外循环灰量也逐步增大，这个过程中存在转折点，即进料仓颗粒浓度V₁与返料仓颗粒浓度V₂较为接近，进料仓料位高度为L₁与返料仓料位为L₂相当，进料仓和回料仓均呈现鼓泡床运行的状态，循环灰在重力和总动量冲击力的共同作用下返回炉膛，此时运行状态称为转化型。

随着循环灰量的进一步增大，进入进料仓的灰总质量增加、总动量也逐步增大，此时大量的循环灰在下降过程中产生的巨大动量冲击力完全大于回料器灰流动阻力，进料仓颗粒浓度V₁远小于返料仓颗粒浓度V₂，同时进料仓料位高度为L₁低于返料仓料位为L₂，循环灰动量冲击力作为绝对的主要驱动力促使循环灰返回炉膛，此时运行状态称为动量控制型。

循环流化床锅炉在运行过程中，特别是快速升降负荷的过程中，由于循环灰量的突变，导致回料器内灰流动型态也发生比较大的变化，在上述三种型态即：阻力控制型—转化型—动量控制型之间相互转换，这种突变将导致回料器发生振动。同时在循环灰量相对较大、返料仓颗粒浓度较高、料位较高时，若炉膛背压偏高，若返料腿回料不畅将导致进料仓和立管灰浓度、料位高度迅速升高，则发生回料器回料不正常甚至堵死的现象，导致回料器发生振动。

通过上述原因分析可以得出，进入回料器进料仓的总的灰动量大是导致回料器发生振动的根本原因，因此本实用新型从降低进入回料器的总灰量和降低循环灰进入回料器终端速度两方面进行改进考虑。

下面对本实用新型的具体方案进行详细说明。

图1示出了根据本实用新型示例性实施例的防止回料器振动的循环流化床锅炉的结构示意图。

如图1所示，根据本实用新型的示例性实施例，所述防止回料器振动的循环流化床锅炉包括风室1、炉膛3、分离器5和回料器8，风室1布置在炉膛3下部并通过布风板2与炉膛3连通，炉膛3通过上部的分离器入口烟道4与分离器5相连，分离器5通过立管6与回料器8的进料仓相连，回料器8的返料仓通过返料腿9与炉膛3相连，由此形成循环。其中，风室1与一次风母管14连接，则一次风母管14将一次风送入风室1中经布风板均流后进入炉膛；分离器5优选地包括上部的筒身和下部的锥段。

本实用新型对循环流化床锅炉采取增大回料器8底部标高、减小立管6高度、增大分离器5的锥段长度、增大返料腿9倾角和在立管6内部设置若干层凸台7中的至少一项结构改进，从而实现有效防止回料器的目的。具体实施时，可根据实际锅炉设计需要采用上述结构改进中的单项实施或者任意组合实施。

根据本实用新型，凸台7采用耐磨浇注料或其它耐磨耐高温材料制得并且设置在立管6内部的不同标高处，凸台7的层数为n且n≥1。在立管6内部不同标高处设计采用耐磨浇注料设置的凸台，其可以起到循环灰下降过程中减速的目的，降低循环灰进入回料器的终端速度，减小循环灰总动量，有效防止回料器振动。

如图1所示，炉膛3的顶棚至布风板2的高度为炉膛净高H，回料器8底部标高至布风板2高度为H₃，则H₃/H＝0.15～0.35；立管6高度为h₃，则h₃/H小于0.35。当适当增大回料器8的标高，减小立管6的高度并降低分离器5底部至回料器8的高差，从而降低循环灰下降进入回料器8的终端速度，减小循环灰总动量，同时回料器8标高提高有利于返料腿采用更大的倾角，有助于顺畅返料，有效防止回料器振动。根据本实用新型，返料腿9的倾角α＝45°～90°，该倾角即为返料腿与水平方向的夹角。

分离器5的筒身高度为h₁且锥段高度为h₂，则h₂/h₁＝0.85～1.3。通过增加分离器5的锥段长度，发挥锥段对循环灰下降过程的阻碍作用，从而降低循环灰进入回料器的终端速度，减小循环灰总动量，有效防止回料器振动。

本实用新型还可以通过其他方式缩短立管6的长度，减小循环灰垂直下降的高度，从而降低循环灰进入回料器的终端速度，减小循环灰总动量并防止回料器振动，本实用新型不限于上述方案；

此外，当锅炉运行过程中若出现立管6上部压力逐渐升高，甚至由负压变正压且持续升高，则说明外部循环灰量增大，固体颗粒浓度升高，应密切关注回料器运行状态并做相应调整。

为了便于调整并充分地实现防止回料器振动的控制效果，本实用新型的循环流化床锅炉还包括运行关键参数监控系统，该运行关键参数监控系统包括设置在一次风母管14上的一次风流量测量单元10、设置在立管6上部的立管压力测量单元11、设置在布风板2上方的床压测量单元12、设置在炉膛3中的稀相区差压测量单元13，该稀相区差压测量单元13具体可以通过在炉膛上部和下部分别设置检测点实现配置。

对于高灰分的煤种，运行上应选取合适的床压、合适的一次风量，维持合适的炉膛上部灰浓度，从而使外循环灰质量不至于太高，有效防止回料器振动。

当采用了上述防止回料器振动的循环流化床锅炉，优选地在锅炉运行过程中，控制床压低于6.5Kpa，控制一次风量小于35％BMCR锅炉总用风量，控制炉膛的上部稀相区差压小于2.0Kpa。当然，也可以根据实际燃料和锅炉情况，对上述参数进行针对性地调整。

因此，本实用新型主要是通过对回料器底部标高至布风板高度与炉膛总高度的比例、分离器筒身及锥段之间的比例、立管高度占炉膛高度的比例、返料腿的倾角取值、运行床压、一次风量、稀相区差压等选取最佳的取值，从而达到解决回料器振动问题的目的。

实施例：

下表1列出了A电厂和B电厂两台锅炉的主要参数，A电厂实施了本实用新型技术方案，对比可以发现A电厂的回料器底部标高相对B电厂提高了20.3％，相应的立管长度也缩短了13.6％，相应的回料腿倾角也均大于或等于45°，在运行的过程中A电厂从未发生过回料器振动的现象，B电厂锅炉则在负荷较高、循环灰量较大、负荷大幅度波动时易出现回料器振动的现象，而且很难消除。

表1实施例中A电厂和B电厂的锅炉主要参数

参数	单位	A电厂	B电厂
				炉膛净高H	m	54	50
回料器底部距布风板高度H<sub>3</sub>	m	18	6.5
				分离器高度h<sub>1</sub>+h<sub>2</sub>	m	23	23
立管长度h<sub>3</sub>	m	11	17
				返料腿倾角α	度	45/74/90	45
H<sub>3</sub>/H	％	33.3	13.0
				(H<sub>1</sub>+h<sub>2</sub>)/H	％	42.6	46.0
h<sub>3</sub>/H	％	20.4	34.0

综上所述，本实用新型通过对回料器振动原因进行研究和发现，对循环流化床锅炉的结构和控制方式进行了优化和改进，采用本实用新型后，能够有效地减小循环灰进入回料器的总动量和总动能，避免回料器内部灰流动型态发生上述突变，有效地解决了大型循环流化床锅炉回料器振动的问题。

本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (4)

1.一种防止回料器振动的循环流化床锅炉，其特征在于，所述循环流化床锅炉包括风室、炉膛、分离器和回料器，风室布置在炉膛下部并通过布风板与炉膛连通，炉膛通过上部的分离器入口烟道与分离器相连，分离器通过立管与回料器的进料仓相连，回料器的返料仓通过返料腿与炉膛相连，其中，采取增大回料器底部标高至回料器底部标高至布风板高度H₃与炉膛净高H之比H₃/H为0.15～0.35、减小立管高度至立管高度h₃与炉膛净高H之比h₃/H小于0.35、增大分离器的锥段长度至锥段高度h₂与分离器的筒身高度为h₁之比h₂/h₁为0.85～1.3、增大返料腿倾角至倾角α为45°～90°和在立管内部设置若干层凸台中的至少一项。

2.根据权利要求1所述防止回料器振动的循环流化床锅炉，其特征在于，所述凸台设置在立管内部的不同标高处，所述凸台的层数为n且n≥1。

3.根据权利要求1所述防止回料器振动的循环流化床锅炉，其特征在于，所述风室与一次风母管连接。

4.根据权利要求1所述防止回料器振动的循环流化床锅炉，其特征在于，所述循环流化床锅炉还包括运行关键参数监控系统，所述运行关键参数监控系统包括设置在一次风母管上的一次风流量测量单元、设置在立管上部的立管压力测量单元、设置在布风板上方的床压测量单元、设置在炉膛中的稀相区差压测量单元。