一種工業(yè)鍋爐的制作方法
【專利摘要】一種工業(yè)鍋爐，屬于燃燒設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】。該工業(yè)鍋爐由爐排、前拱、后拱、高溫過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器、對(duì)流管束、省煤器和空氣預(yù)熱器構(gòu)成。在燃燒側(cè)設(shè)置有可調(diào)中拱、可調(diào)折焰墻；在換熱側(cè)，過(guò)熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器均設(shè)置有并行管路。其運(yùn)行方法為：調(diào)整可調(diào)中拱和折焰墻的角度，改變火焰的位置和煙氣流向；調(diào)整受熱面的并行管路閥門開度，以改變受熱面內(nèi)工質(zhì)流量，使燃燒和換熱過(guò)程具有柔性特點(diǎn)。該鍋爐特別適合用戶對(duì)蒸汽或者熱水負(fù)荷需求有較大變化的工業(yè)場(chǎng)合，本實(shí)用新型的工業(yè)鍋爐可作為工業(yè)柔性系統(tǒng)中的柔性動(dòng)力源設(shè)備。
【專利說(shuō)明】一種工業(yè)鍋爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種燃燒設(shè)備，尤其涉及一種層燃燃燒設(shè)備，特別適合用戶對(duì)蒸汽或者熱水負(fù)荷以及品種的需求隨市場(chǎng)需求、季節(jié)、工藝產(chǎn)用汽設(shè)備可用性等條件變化而有較大變化的工業(yè)場(chǎng)合，本實(shí)用新型的工業(yè)鍋爐是工業(yè)系統(tǒng)中的動(dòng)力源設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)鍋爐廣泛應(yīng)用于供熱、供蒸汽等過(guò)程中，由于用戶對(duì)蒸汽或者熱水負(fù)荷以及品種的需求隨市場(chǎng)需求、季節(jié)、工藝產(chǎn)用汽設(shè)備可用性等條件在相當(dāng)大范圍內(nèi)變化，傳統(tǒng)的剛性設(shè)計(jì)在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中正面臨著挑戰(zhàn)，對(duì)工業(yè)鍋爐進(jìn)行柔性設(shè)計(jì)勢(shì)在必行。為了滿足工業(yè)用戶靈活的需求，優(yōu)化的工業(yè)鍋爐及系統(tǒng)設(shè)計(jì)，決不可能僅是對(duì)于給定生產(chǎn)狀況及熱負(fù)荷條件下的定態(tài)設(shè)計(jì)。相反，優(yōu)化的設(shè)計(jì)，不僅要在各種變化工況下達(dá)到汽、熱最優(yōu)生產(chǎn)量的要求，而且能在各種供汽、熱負(fù)荷下都有盡可能高的環(huán)保性和經(jīng)濟(jì)性，即所謂的“柔性設(shè)計(jì)”(羅向龍，華賁.煉油企業(yè)蒸汽動(dòng)力系統(tǒng)柔性設(shè)計(jì)方法研究.煉油技術(shù)與工程.2009，39(1):45-49.)。
[0003]“柔性”是指一種靈活性，它反映當(dāng)前設(shè)計(jì)對(duì)未來(lái)操作的限制程度，即當(dāng)前設(shè)計(jì)導(dǎo)致的未來(lái)操作的可行空間的大小。根據(jù)柔性的概念，設(shè)計(jì)的柔性可體現(xiàn)在如下三方面:(I)確定系統(tǒng)中有哪些可變或者可調(diào)因素；(2)在運(yùn)行時(shí)如何調(diào)整這些可變因素；(3)如何保證剛性因素不變。目前，國(guó)內(nèi)大部分工業(yè)鍋爐的設(shè)計(jì)都是按照鍋爐在額定的設(shè)計(jì)條件下蒸汽或者熱水的需求來(lái)進(jìn)行的，對(duì)各種條件的變化通過(guò)引入安全設(shè)計(jì)系數(shù)來(lái)處理，僅靠經(jīng)驗(yàn)引入安全系數(shù)的方法具有一定盲目性。過(guò)大的基本設(shè)計(jì)負(fù)荷造成投資的浪費(fèi)、設(shè)備效率降低和成本的增加，過(guò)小則缺乏操作柔性，不能保證操作安全。柔性設(shè)計(jì)是涉及到多因素的復(fù)雜的系統(tǒng)工程，隨著經(jīng)濟(jì)全球化趨勢(shì)的日益明顯，各種確定和不確定的需求變化日益頻繁，給工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。
[0004]柔性設(shè)計(jì)并不完全排斥傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的剛性成分和定態(tài)成分，是對(duì)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)僵化、缺乏彈性的辯證否定。柔性設(shè)計(jì)實(shí)際上是在保持設(shè)計(jì)方法適度剛性的同時(shí)，盡可能地提高它們的柔性，使工業(yè)鍋爐有剛有柔，剛?cè)嵯酀?jì)，更加科學(xué)，便于靈活運(yùn)行。
[0005]柔性設(shè)計(jì)首先要進(jìn)行功能分析，應(yīng)用反求工程技術(shù)對(duì)現(xiàn)有成功的工業(yè)鍋爐設(shè)計(jì)方案進(jìn)行功能分析，建立同類設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，也就是先滿足“定態(tài)”需求。然后從“定態(tài)”出發(fā)，進(jìn)行柔性需求分析、柔性功能確定、柔性功能描述和柔性功能系統(tǒng)化等，最終設(shè)計(jì)出可柔性運(yùn)行的工業(yè)鍋爐。
[0006]現(xiàn)有工業(yè)鍋爐技術(shù)中，缺乏對(duì)鍋爐柔性的系統(tǒng)考慮，無(wú)論是對(duì)負(fù)荷、蒸汽(水)品質(zhì)等調(diào)整還均是孤立的實(shí)現(xiàn)各自目標(biāo)。中國(guó)專利CN101074772A公開了一種蒸汽溫度控制方法，通過(guò)噴水控制鍋爐的蒸汽溫度。中國(guó)專利CN85103521A公布了燒煤蓄熱鍋爐控制方法，利用蓄熱器使鍋爐適應(yīng)負(fù)荷需求變化。中國(guó)專利CN91227012.8公布了一種煙氣再循環(huán)鍋爐，通過(guò)煙氣再循環(huán)使鍋爐在低負(fù)荷條件下處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)?，F(xiàn)有的工業(yè)鍋爐技術(shù)均是僅針對(duì)鍋爐某一參數(shù)(例如溫度、壓力等)給出了調(diào)整方法，雖然含有一定的“柔性”特征，但沒(méi)有從系統(tǒng)方面，使燃燒側(cè)、工質(zhì)側(cè)同時(shí)具有“柔性”。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中工業(yè)鍋爐存在的不足和缺陷，為了滿足用戶對(duì)蒸汽或者熱水負(fù)荷以及品種的靈活需求變化，本實(shí)用新型提出一種工業(yè)鍋爐，可以作為工業(yè)柔性系統(tǒng)中的柔性動(dòng)力源。同時(shí)控制燃燒室和爐膛內(nèi)煙氣側(cè)的燃燒和流動(dòng)，并協(xié)調(diào)高溫過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器、省煤器和空氣預(yù)熱器內(nèi)的工質(zhì)流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)鍋爐從一個(gè)“定態(tài)”到另一個(gè)“定態(tài)”的柔性動(dòng)態(tài)變化。
[0008]本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下:
[0009]一種工業(yè)鍋爐，它包括由爐排、前拱、后拱組成的燃燒室、由水冷壁圍成的爐膛和尾部煙道，在尾部煙道內(nèi)布置有高溫過(guò)熱器、低溫過(guò)熱器、對(duì)流管束、省煤器和空氣預(yù)熱器，在對(duì)流管束的煙氣側(cè)布置有煙氣折返擋板，在前拱與水冷壁相交的喉口處布置二次風(fēng)入口，在煤斗下方布置有煤閘門，其特征在于:在燃燒室與爐膛之間的喉部位置布置有可調(diào)中拱，在爐膛上部的煙氣出口處布置有可調(diào)折焰墻；在低溫過(guò)熱器的入口和高溫過(guò)熱器的出口之間并聯(lián)過(guò)熱器并行管道，在過(guò)熱器并行管道上設(shè)置過(guò)熱器并行閥；在省煤器水側(cè)的出口和入口之間并聯(lián)省煤器并行管道，在省煤器并行管道上設(shè)置省煤器并行閥；在空氣預(yù)熱器的空氣側(cè)入口和出口并聯(lián)空氣預(yù)熱器并行通道，在空氣預(yù)熱器并行管道上設(shè)置空氣預(yù)熱器并行閥。
[0010]本實(shí)用新型的技術(shù)特征還在于:在過(guò)熱器并行管道上設(shè)置過(guò)熱器并行孔板，在省煤器并行管道上設(shè)計(jì)省煤器并行孔板，在空氣預(yù)熱器并行通道上設(shè)置空氣預(yù)熱器并行孔板。
[0011]本發(fā)明所述的可調(diào)中拱(8)與水平方向夾角α為-45°?45° ;所述可調(diào)折焰墻與水平方向夾角β為30°?75°。
[0012]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果:①鍋爐的燃燒側(cè)可調(diào)，可通過(guò)中拱角度的變化適應(yīng)不同煤種。②爐膛出口的煙氣流動(dòng)可調(diào)，從而調(diào)整爐膛和過(guò)熱器的吸熱比例。③通過(guò)調(diào)整受熱面并行閥的開度，調(diào)整受熱面的工質(zhì)分流系數(shù)，從而調(diào)整溫度變化。由于采用柔性設(shè)計(jì)，本實(shí)用新型可充分適應(yīng)工業(yè)企業(yè)變煤種、變負(fù)荷、變參數(shù)等多變的狀況，滿足柔性運(yùn)行的需求。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型所提供的工業(yè)鍋爐的結(jié)構(gòu)原理示意圖。
[0014]圖2為燃燒系統(tǒng)示意圖。
[0015]圖3為工質(zhì)側(cè)系統(tǒng)示意圖。
[0016]圖4為空氣側(cè)系統(tǒng)示意圖。
[0017]圖中:1 —風(fēng)室；2 ——次風(fēng)入口 ；3 —爐排；4 —煤閘門；5 —煤斗；6 —前拱；7 —二次風(fēng)入口 ；8 —可調(diào)中拱；9 一水冷壁；10 —后拱；11 一爐膛；12 —可調(diào)折焰墻；13 —蒸汽出口；14 一高溫過(guò)熱器；15 —過(guò)熱器并行閥；16 —過(guò)熱器并行孔板；161 —過(guò)熱器并行管道；17 —低溫過(guò)熱器；18 —鍋筒；19 一對(duì)流管束；20 —燃燒室；21 —煙氣折返擋板；22 —省煤器；23 —省煤器并行管道；24 —省煤器并行閥；25 —省煤器并行孔板；26 —省煤器水入口 ；27 —空氣預(yù)熱器熱風(fēng)出口 ；28 —空氣預(yù)熱器；29 —空氣預(yù)熱器并行孔板；30 —空氣預(yù)熱器并行閥；31 —空氣預(yù)熱器并行通道；32 —空氣預(yù)熱器冷風(fēng)入口 ；33 —煙氣出口 ；34 —灰斗；35 —落渣口。
【具體實(shí)施方式】
[0018]本實(shí)用新型在采用柔性理念設(shè)計(jì)工業(yè)鍋爐時(shí)，一方面保證在燃燒側(cè)使?fàn)t內(nèi)的燃燒和流動(dòng)具有柔性，另一方面保證在受熱面的熱交換側(cè)也具有柔性。即在工業(yè)鍋爐的爐膛和受熱面處布置由可調(diào)中拱8、可調(diào)折焰墻12、并行管道的閥門等構(gòu)成的柔性機(jī)構(gòu)，調(diào)整可調(diào)中拱的角度、可調(diào)折焰墻的角度、并行管道的閥門開度等，從而改變爐內(nèi)燃燒和傳熱的分配比例，通過(guò)這些柔性因素的改變順應(yīng)鍋爐負(fù)荷的變化，同時(shí)保證鍋爐排煙溫度、環(huán)保排放指標(biāo)等剛性指標(biāo)不變。
[0019]在運(yùn)行工業(yè)鍋爐時(shí)，通過(guò)調(diào)整爐膛中的可調(diào)中拱、折焰墻等燃燒柔性調(diào)整機(jī)構(gòu)，改變火焰的位置和煙氣流向；調(diào)整受熱面并行管路閥門開度，以改變受熱面內(nèi)工質(zhì)流量分配。通過(guò)燃燒側(cè)和受熱面?zhèn)鹊穆?lián)動(dòng)調(diào)整，使燃燒和換熱過(guò)程均具有柔性特點(diǎn)。
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】及工作過(guò)程作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0021]圖1為本實(shí)用新型所提供的具體的工業(yè)鍋爐的結(jié)構(gòu)原理示意圖，圖2為燃燒系統(tǒng)示意圖，它包括由爐排3、前拱6、后拱10組成的燃燒室20、由水冷壁9圍成的爐膛11和尾部煙道，在尾部煙道內(nèi)布置有高溫過(guò)熱器14、低溫過(guò)熱器17、對(duì)流管束19、省煤器22和空氣預(yù)熱器28，在對(duì)流管束19的煙氣側(cè)布置有煙氣折返擋板21，在前拱6與水冷壁9相交的喉口處布置二次風(fēng)入口 7，在煤斗5下方布置有煤閘門4，其特征在于:在燃燒室20與爐膛11之間的喉部位置布置有可調(diào)中拱8，在爐膛11上部的煙氣出口處布置有可調(diào)折焰墻12 ；在低溫過(guò)熱器17的入口和高溫過(guò)熱器14的出口之間并聯(lián)過(guò)熱器并行管道161，在過(guò)熱器并行管道161上設(shè)置過(guò)熱器并行閥15 ;在省煤器水側(cè)的出口和入口之間并聯(lián)省煤器并行管道23，在省煤器并行管道23上設(shè)置省煤器并行閥24 ;在空氣預(yù)熱器的空氣側(cè)入口和出口并聯(lián)空氣預(yù)熱器并行通道31，在空氣預(yù)熱器并行管道31上設(shè)置空氣預(yù)熱器并行閥30。
[0022]圖3為工質(zhì)側(cè)系統(tǒng)示意圖，在過(guò)熱器并行管道161上設(shè)置過(guò)熱器并行孔板16，在省煤器并行管道23上設(shè)計(jì)省煤器并行孔板25。
[0023]圖4為空氣側(cè)系統(tǒng)示意圖，在空氣預(yù)熱器并行通道31上設(shè)置空氣預(yù)熱器并行孔板29?？諝忸A(yù)熱器熱風(fēng)出口 27與一次風(fēng)入口 2和二次風(fēng)入口 7相連。
[0024]該工業(yè)鍋爐的柔性設(shè)計(jì)和運(yùn)行是通過(guò)如下方法實(shí)現(xiàn)的:
[0025]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)工業(yè)鍋爐的燃燒室20、爐膛11、高溫過(guò)熱器14、低溫過(guò)熱器17、省煤器22和空氣預(yù)熱器28的功能進(jìn)行分析，在其“定態(tài)”設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上，進(jìn)行柔性功能確定及系統(tǒng)化，燃燒室20中的燃燒通過(guò)可調(diào)中拱8、二次入口 7噴入的二次風(fēng)、煤閘門4距離爐排3的高度h、爐排運(yùn)動(dòng)速度V進(jìn)行調(diào)整，爐膛11中的煙氣流動(dòng)通過(guò)可調(diào)折焰墻12進(jìn)行調(diào)整，過(guò)熱器中的工質(zhì)流量通過(guò)過(guò)熱器并行閥15調(diào)整，省煤器22中的工質(zhì)流量通過(guò)省煤器并行閥24調(diào)整，空氣預(yù)熱器28中的空氣流量通過(guò)空氣預(yù)熱器并行閥30調(diào)整。實(shí)現(xiàn)工業(yè)鍋爐的柔性手段為:同時(shí)控制燃燒室20和爐膛11內(nèi)煙氣側(cè)的燃燒和流動(dòng)，并協(xié)調(diào)高溫過(guò)熱器14、低溫過(guò)熱器17、省煤器22和空氣預(yù)熱器28內(nèi)的工質(zhì)流動(dòng)。
[0026]可調(diào)中拱8與水平方向夾角α為-45°?45° (逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?，可調(diào)折焰墻與水平方向夾角β為30°?75° (逆時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎?，通過(guò)過(guò)熱器并行孔板16限制的過(guò)熱器最小流量為鍋爐蒸發(fā)量的4/5，通過(guò)省煤器并行孔板25限制的省煤器22的工質(zhì)最小流量為鍋爐蒸發(fā)量的3/5，空氣預(yù)熱器28內(nèi)空氣的最小流量由空氣預(yù)熱器并行孔板29限制，其空氣最小流量可以為O。通過(guò)孔板可限制受熱面并行管道中的最大工質(zhì)流量，從而保證受熱面內(nèi)的最小工質(zhì)流量，這樣可以保證鍋爐的工作安全。
[0027]操作運(yùn)行時(shí)，燃料加入到煤斗5中，根據(jù)對(duì)負(fù)荷以及燃燒和傳熱的需求，調(diào)節(jié)煤閘門4的高度h和爐排5的線速度V，當(dāng)煤容易燃燒時(shí)，煤層可以薄一些，爐排運(yùn)動(dòng)速度可以快一些，反之煤層則可以厚一些，爐排運(yùn)動(dòng)速度慢一些。燃燒室20內(nèi)的燃燒狀況可通過(guò)可調(diào)中拱8進(jìn)行調(diào)整，根據(jù)煤的燃燒難易程度以及負(fù)荷需求情況調(diào)整燃燒室內(nèi)的煙氣流動(dòng)方向，當(dāng)煤難燃和負(fù)荷低時(shí)，將煙氣向前拱6導(dǎo)引。燃燒后產(chǎn)生的灰渣通過(guò)落渣口 35排出。進(jìn)入爐膛的煙氣，可通過(guò)調(diào)整可調(diào)折焰墻12的角度影響爐膛內(nèi)的燃燒和充滿度，當(dāng)需要降低過(guò)熱器溫度時(shí)，可將可調(diào)折焰墻的角度調(diào)小。給水從省煤器入水口 26進(jìn)入鍋爐，流過(guò)省煤器22、省煤器并行管道23進(jìn)入鍋筒18，工質(zhì)水通過(guò)下降管36、水冷壁9、對(duì)流管束9完成循環(huán)并產(chǎn)生飽和蒸汽。飽和蒸汽流經(jīng)過(guò)熱器和過(guò)熱器并行管道161產(chǎn)生過(guò)熱器蒸汽，從蒸汽出口 13供用戶。冷空氣從冷風(fēng)入口 32進(jìn)入，流經(jīng)空氣預(yù)熱器28和空氣預(yù)熱器并行通道31后被加熱和調(diào)溫，溫度調(diào)整以不導(dǎo)致空氣預(yù)熱器低溫腐蝕為原則。加熱后的空氣作為一次風(fēng)和二次風(fēng)，與一次風(fēng)入口 2和二次風(fēng)入口 7相連，二次風(fēng)入口 7與水平方向夾角為Y，Y可以固定為15°或者設(shè)計(jì)成可調(diào)噴口，在O?20°變化，以次進(jìn)一步增強(qiáng)系統(tǒng)的燃燒柔性。在尾部對(duì)流煙道落下的積灰由灰斗34收集，煙氣從煙氣出口 33離開受熱面。
【權(quán)利要求】
1.一種工業(yè)鍋爐，它包括由爐排(3)、前拱(6)、后拱(10)組成的燃燒室(20)、由水冷壁(9)圍成的爐膛(11)和尾部煙道，在尾部煙道內(nèi)布置有高溫過(guò)熱器(14)、低溫過(guò)熱器(17)、對(duì)流管束(19)、省煤器(22)和空氣預(yù)熱器(28)，在對(duì)流管束(19)的煙氣側(cè)布置有煙氣折返擋板(21)，在前拱(6)與水冷壁(9)相交的喉口處布置二次風(fēng)入口(7)，在煤斗(5)下方布置有煤閘門(4)，其特征在于:在燃燒室(20)與爐膛(11)之間的喉部位置布置有可調(diào)中拱(8)，在爐膛(11)上部的煙氣出口處布置有可調(diào)折焰墻(12);在低溫過(guò)熱器(17)的入口和高溫過(guò)熱器(14)的出口之間并聯(lián)過(guò)熱器并行管道(161)，在過(guò)熱器并行管道(161)上設(shè)置過(guò)熱器并行閥(15);在省煤器水側(cè)的出口和入口之間并聯(lián)省煤器并行管道(23)，在省煤器并行管道(23)上設(shè)置省煤器并行閥(24);在空氣預(yù)熱器的空氣側(cè)入口和出口并聯(lián)空氣預(yù)熱器并行通道(31)，在空氣預(yù)熱器并行管道(31)上設(shè)置空氣預(yù)熱器并行閥(30)。
2.按照權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)鍋爐，其特征在于:在過(guò)熱器并行管道(161)上設(shè)置過(guò)熱器并行孔板(16)，在省煤器并行管道(23)上設(shè)計(jì)省煤器并行孔板(25)，在空氣預(yù)熱器并行通道(31)上設(shè)置空氣預(yù)熱器并行孔板(29)。
3.按照權(quán)利要求1所述的一種工業(yè)鍋爐，其特征在于:所述的可調(diào)中拱(8)與水平方向夾角α為-45°~45° ;所述可調(diào)折焰墻與水平方向夾角β為30°~75°。
【文檔編號(hào)】F22B31/08GK203744210SQ201320828139
【公開日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】李清海, 張衍國(guó), 蒙愛(ài)紅, 馮蘅 申請(qǐng)人:清華大學(xué)