[發明專利]一種柔性工業鍋爐及其運行方法

有效

• 申請號: 201310690286.6
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN103697452A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 李清海;張衍國;蒙愛紅;馮蘅
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F22B31/08
• 分類號: F22B31/08;F24H1/22
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

技術領域

本發明涉及一種燃燒設備，尤其涉及一種柔性的層燃燃燒設備，特別適合用戶對蒸汽或者熱水負荷以及品種的需求隨市場需求、季節、工藝產用汽設備可用性等條件變化而有較大變化的工業場合，本發明的柔性工業鍋爐是工業柔性系統中的柔性動力源設備。

背景技術

工業鍋爐廣泛應用于供熱、供蒸汽等過程中，由于用戶對蒸汽或者熱水負荷以及品種的需求隨市場需求、季節、工藝產用汽設備可用性等條件在相當大范圍內變化，傳統的剛性設計在現實應用中正面臨著挑戰，對工業鍋爐進行柔性設計勢在必行。為了滿足工業用戶靈活的需求,優化的工業鍋爐及系統設計，決不可能僅是對于給定生產狀況及熱負荷條件下的定態設計。相反,優化的設計,不僅要在各種變化工況下達到汽、熱最優生產量的要求，而且能在各種供汽、熱負荷下都有盡可能高的環保性和經濟性,即所謂的“柔性設計”（羅向龍，華賁.煉油企業蒸汽動力系統柔性設計方法研究.煉油技術與工程.2009，39（1）：45-49.）。

“柔性”是指一種靈活性，它反映當前設計對未來操作的限制程度，即當前設計導致的未來操作的可行空間的大小。根據柔性的概念，設計的柔性可體現在如下三方面：（1）確定系統中有哪些可變或者可調因素；（2）在運行時如何調整這些可變因素；（3）如何保證剛性因素不變。目前，國內大部分工業鍋爐的設計都是按照鍋爐在額定的設計條件下蒸汽或者熱水的需求來進行的，對各種條件的變化通過引入安全設計系數來處理，僅靠經驗引入安全系數的方法具有一定盲目性。過大的基本設計負荷造成投資的浪費、設備效率降低和成本的增加，過小則缺乏操作柔性，不能保證操作安全。柔性設計是涉及到多因素的復雜的系統工程,隨著經濟全球化趨勢的日益明顯，各種確定和不確定的需求變化日益頻繁，給工業鍋爐設計帶來了極大的挑戰。

柔性設計并不完全排斥傳統設計的剛性成分和定態成分，是對傳統設計僵化、缺乏彈性的辯證否定。柔性設計實際上是在保持設計方法適度剛性的同時，盡可能地提高它們的柔性，使工業鍋爐有剛有柔，剛柔相濟，更加科學，便于靈活運行。

柔性設計首先要進行功能分析，應用反求工程技術對現有成功的工業鍋爐設計方案進行功能分析，建立同類設計方案的基礎設計，也就是先滿足“定態”需求。然后從“定態”出發，進行柔性需求分析、柔性功能確定、柔性功能描述和柔性功能系統化等，最終設計出可柔性運行的工業鍋爐。

現有工業鍋爐技術中，缺乏對鍋爐柔性的系統考慮，無論是對負荷、蒸汽（水）品質等調整還均是孤立的實現各自目標。中國專利CN101074772A公開了一種蒸汽溫度控制方法，通過噴水控制鍋爐的蒸汽溫度。中國專利CN85103521A公布了燒煤蓄熱鍋爐控制方法，利用蓄熱器使鍋爐適應負荷需求變化。中國專利CN91227012.8公布了一種煙氣再循環鍋爐，通過煙氣再循環使鍋爐在低負荷條件下處于穩定運行狀態。現有的工業鍋爐技術均是僅針對鍋爐某一參數（例如溫度、壓力等）給出了調整方法，雖然含有一定的“柔性”特征，但沒有從系統方面，使燃燒側、工質側同時具有“柔性”。

發明內容

針對現有技術中工業鍋爐在柔性方面存在的不足和缺陷，為了滿足用戶對蒸汽或者熱水負荷以及品種的靈活需求變化，本發明提出一種柔性工業鍋爐及其運行方法，可以作為工業柔性系統中的柔性動力源。

本發明的另一個目的是提出一種工業鍋爐的柔性設計和運行方法。其設計方法為：在“定態”基礎上，進行柔性功能確定及系統化，同時控制燃燒室和爐膛內煙氣側的燃燒和流動，并協調高溫過熱器、低溫過熱器、省煤器和空氣預熱器內的工質流動，實現工業鍋爐從一個“定態”到另一個“定態”的柔性動態變化。

本發明的技術方案如下：

一種柔性工業鍋爐，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，在尾部煙道內布置有高溫過熱器、低溫過熱器、對流管束、省煤器和空氣預熱器，在對流管束的煙氣側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中拱，在爐膛上部的煙氣出口處布置有可調折焰墻；在低溫過熱器的入口和高溫過熱器的出口之間并聯過熱器并行管道，在過熱器并行管道上設置過熱器并行閥；在省煤器水側的出口和入口之間并聯省煤器并行管道，在省煤器并行管道上設置省煤器并行閥；在空氣預熱器的空氣側入口和出口并聯空氣預熱器并行通道，在空氣預熱器并行管道上設置空氣預熱器并行閥。