CN117869861A - 一种锅炉水冷壁稳定系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种锅炉水冷壁稳定系统及其控制方法。该锅炉水冷壁稳定系统包括：烟气入口、烟气通道和至少一个热管组；烟气入口与烟气通道连通，烟气入口用于送入锅炉烟气，热管组的一端与烟气通道连接；热管组另一端与水冷壁装置连接；热管组用于吸收锅炉烟气的余热，并向水冷壁装置传递热量。本发明实施例通过设置锅炉水冷壁稳定系统，实现在负荷率低时，可以有效的利用锅炉烟气余热提高水冷壁入口水温，降低入口欠焓，有利于提高水冷壁炉水的水动力稳定性。

Description

一种锅炉水冷壁稳定系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及锅炉技术领域，尤其涉及一种锅炉水冷壁稳定系统及其控制方法。

背景技术

火力发电厂是能源消耗和污染物排放的大户，高参数、大容量、低排放的超临界电站锅炉已逐渐成为火力发电锅炉的主力。螺旋水冷壁是电站锅炉的重要部件，其温度监测是进行燃烧运行调节、管材寿命管理、锅炉水动力调整等的重要依据。

由于燃煤来源多变、机组调峰频繁、超临界汽水特性复杂等原因，目前运行的超临界机组多存在水冷壁横向裂纹、高温腐蚀甚至超温爆管等问题，严重影响了机组运行的安全性。

此外，随着双碳目标的制定与实施，大量的风电、光伏等新能源电站建设与并网。为了解决弃风弃光等现象，火力发电的负荷率也受到压缩，火力发电厂深度调峰工作作为电网辅助服务正在被大力推广。深度调峰时要求火力发电机组负荷降低至额定负荷的30％，甚至更低，此时锅炉水冷壁安全受到很大的考验。在采用超临界锅炉的火力发电厂中，负荷率低时锅炉水动力工况容易发生不稳的现象。

发明内容

本发明提供了一种锅炉水冷壁稳定系统及其控制方法，以实现在负荷率低时，可以有效的利用锅炉烟气余热提高水冷壁入口水温，降低入口欠焓，有利于提高水冷壁炉水的水动力稳定性。

根据本发明的一方面，提供了一种锅炉水冷壁稳定系统，包括：烟气入口、烟气通道和至少一个热管组；烟气入口与烟气通道连通，烟气入口用于送入锅炉烟气，热管组的一端与烟气通道连接；热管组另一端与水冷壁装置连接；热管组用于吸收锅炉烟气的余热，并向水冷壁装置传递热量。

可选的，水冷壁装置包括水冷壁入口下联箱、水冷壁管和水冷壁出口上联箱；

水冷壁管连接与水冷壁入口下联箱和水冷壁出口上联箱之间。

可选的，热管组包括翅片热管组，翅片热管组包括至少两个热管、翅片和支架；

至少两个热管通过支架连接；

翅片套接在热管上，翅片对应设置在烟气通道和连通水冷壁装置的管路。

可选的，热管包括热端和冷端；

热端套接设定数量的翅片；

冷端套接设定数量的翅片。

可选的，热端设置于烟气通道；

冷端与连通水冷壁装置的管路连接；

冷端用于接收热端传递的热量。

可选的，热管的材质包括防腐蚀材质。

可选的，热管的直径为翅片的直径的1/4。

可选的，烟气入口包括主路和旁路；旁路连通空预器和烟气通道；旁路上设置挡板；

挡板用于控制旁路的通断以及调节烟气的进入量。

可选的，主路连通空预器。

根据本发明的另一方面，提供了一种锅炉水冷壁稳定系统的控制方法，应用于本发明上述的锅炉水冷壁稳定系统，该控制方法包括：

锅炉负荷下降时，控制烟气进入烟气管道；

控制热管组吸收锅炉烟气的余热，并向水冷壁装置传递热量。

本发明实施例的技术方案，通过设置锅炉水冷壁稳定系统，该系统包括：烟气入口、烟气通道和至少一个热管组，烟气入口与烟气通道连通，烟气入口用于送入锅炉烟气，热管组的一端与烟气通道连接，热管组另一端与水冷壁装置连接，热管组用于吸收锅炉烟气的余热，并向水冷壁装置传递热量，实现在负荷率低时，可以有效的利用锅炉烟气余热提高水冷壁入口水温，降低入口欠焓，有利于提高水冷壁炉水的水动力稳定性。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例提供的一种锅炉水冷壁稳定系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的一种锅炉水冷壁稳定系统的翅片热管组的结构示意图；

图3是根据本发明实施例提供的一种锅炉水冷壁稳定系统的翅片热管的结构示意图；

图4是根据本发明实施例提供的一种锅炉水冷壁稳定系统的控制方法的流程图；

图5是根据本发明实施例提供的一种锅炉水冷壁稳定系统的具体结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

图1是根据本发明实施例提供的一种锅炉水冷壁稳定系统的结构示意图，如图1所示，该锅炉水冷壁稳定系统包括：烟气入口10、烟气通道11和至少一个热管组12；烟气入口10与烟气通道11连通，烟气入口10用于送入锅炉烟气，热管组12的一端与烟气通道11连接；热管组12另一端与水冷壁装置连接；热管组12用于吸收锅炉烟气的余热，并向水冷壁装置传递热量。

在本实施例中，热管是一种传热元件，利用热传导原理和相变介质的快速热传递性质，透过热管将发热物体的热量迅速传递到热源外。热管组12由多个热管组成，该锅炉水冷壁稳定系统中包括至少一个热管组12。示例性的，如图1所示，该锅炉水冷壁稳定系统中包括三个热管组12。水冷壁是锅炉的主要受热部分，由数排钢管组成，分布于锅炉炉膛的四周。水冷壁的内部为流动的水或蒸汽，外界接受锅炉炉膛的火焰的热量。水冷壁分为光管式水冷壁和膜式水冷壁。

相关技术中，提高水冷壁水动力稳定性的办法有多种，例如在水冷壁处加装节流圈，但是节流圈的使用会大大的提高管道的流动阻力，需要提高锅炉给水泵的压头。此外，还可以提高工作介质的质量流速，但是对于超临界锅炉而言，质量流速已经很高，继续提高质量流速会降低锅炉管道的安全性。还可以减小热偏差，但是需要从锅炉的设计出发，如果对现有的锅炉进行改造，会增加成本。

本发明实施例根据降低锅炉水冷壁入口工作介质欠焓来实现提高水冷壁水动力稳定性的目的。由于热管是一种具有高传热性能的传热元件，通过密闭真空管壳内工作介质的相变潜热来传递热量，具有传热能力强、传热效率高和散热损失低的特点。将热管组12的一端与烟气通道11连接；热管组12的另一端与水冷壁装置连接，利用热管的工作原理，通过热管组12吸收锅炉烟气的余热，并向水冷壁装置传递热量。为了保证换热温度与效率，选择在空预器20前的烟气作为热管的加热介质。利用烟气余热加热水冷壁装置中的工作介质，提高水冷壁装置的入口温度，提高了水冷壁装置入口的焓值，降低了入口欠焓，进而有效的提高水冷壁水动力的稳定性。

本实施例的技术方案，通过设置锅炉水冷壁稳定系统，该系统包括：烟气入口、烟气通道和至少一个热管组，烟气入口与烟气通道连通，烟气入口用于送入锅炉烟气，热管组的一端与烟气通道连接，热管组另一端与水冷壁装置连接，热管组用于吸收锅炉烟气的余热，并向水冷壁装置传递热量，实现在锅炉负荷率低时，可以有效的利用锅炉烟气余热提高水冷壁入口水温，降低入口欠焓，有利于提高水冷壁炉水的水动力稳定性。

在上述实施例技术方案的基础上，引用图1所示内容，水冷壁装置包括水冷壁入口下联箱13、水冷壁管14和水冷壁出口上联箱15；水冷壁管14连接与水冷壁入口下联箱13和水冷壁出口上联箱15之间。

在本实施例中，水冷壁管14选用螺旋水冷壁管，水冷壁管14的内部是流动的水或蒸汽。在锅炉设备中，联箱的作用一般有三个，一个作用是将管径不等、用途不同的管子通过联箱有机连接在一起。示例性的，水冷壁入口下联箱13可以将直径为108mm的下降管和直径为60mm的上升管连接起来。另外一个作用是混合工质，交换工质位置，减少热偏差。还有一个作用是减少与汽包相连接的管子。水冷壁出口上联箱15与汽水分离器连接。汽水分离器主要用于在含液系统中将气体和液体分离，提高蒸汽的干燥程度，减少蒸汽带水的现象。汽水分离器一般有离心式、旋流式和重力式等。水冷壁管14连接在水冷壁入口下联箱13和水冷壁出口上联箱15之间，用于将水冷壁入口下联箱13的工质传输至水冷壁出口上联箱15。

图2是根据本发明实施例提供的一种锅炉水冷壁稳定系统的翅片热管组的结构示意图。在上述实施例技术方案的基础上，继续引用图1所示内容，如图1和图2所示，热管组12包括翅片热管组，翅片热管组包括至少两个热管121、翅片122和支架123；至少两个热管121通过支架123连接；翅片122套接在热管121上，翅片122对应设置在烟气通道11和连通水冷壁装置的管路16。

在本实施例中，图2示例性的表示出了由两个热管121、翅片122和支架123组成的翅片热管组。本实施例对热管121的数量不做限定，在实际应用中根据具体情况设置相应的热管121的数量。翅片122套接在热管121上形成翅片热管，至少两个热管121通过支架123连接形成翅片热管组。翅片热管是一种换热元件，为了提高换热效率，通常在热管121的表面加翅片，增大热管121的外表面积(或内表面积)，从而达到提高换热效率的目的。连通水冷壁装置的管路16可以是下降管。下降管的作用是把省煤器出口的水连续不断地通过水冷壁入口下联箱13供给水冷壁管14，以维持正常的循环。翅片122对应设置在烟气通道11和连通水冷壁装置的管路16。

图3是根据本发明实施例提供的一种锅炉水冷壁稳定系统的翅片热管的结构示意图，如图3所示，热管121包括热端和冷端；热端套接设定数量的翅片122；冷端套接设定数量的翅片122。

在本实施例中，图3示例性的表示出了由一个热管121、翅片122和支架123组成的翅片热管。热管121包括热端和冷端。热端套接设定数量的翅片122。示例性的，热端套接5层翅片122。冷端套接设定数量的翅片122。示例性的，冷端套接5层翅片122。热端和冷端套接多层翅片122，有利于增加热管121的换热量，提高换热效率。多个热管121通过支架123连接。

在上述实施例技术方案的基础上，引用图1所示内容，热端设置于烟气通道11；冷端与连通水冷壁装置的管路16连接；冷端用于接收热端传递的热量。

在上述实施例技术方案的基础上，热管的材质包括防腐蚀材质。

在本实施例中，热管作为换热元件，长期工作于高温烟气的工况下，使用环境恶劣,高温高压且处于腐蚀性气氛,这要求热管应具有很高的性能指标。选用高温防腐制备的热管，防止烟气中的酸性气体对热管的腐蚀。

在上述实施例技术方案的基础上，引用图3所示内容，热管121的直径为翅片122的直径的1/4。

在本实施例中，热管121的直径设置为翅片122的直径的1/4，有利于增加热管121的换热量，提高换热效率。

在上述实施例技术方案的基础上，引用图1所示内容，烟气入口10包括主路和旁路；旁路连通空预器20和烟气通道11；旁路上设置挡板17；挡板17用于控制旁路的通断以及调节烟气的进入量。

在本实施例中，空预器20是空气预热器。空气预热器是锅炉尾部烟道中的烟气通过内部的散热片将进入锅炉前的空气预热到一定温度的受热面，是一种用于提高锅炉的热交换性能，降低能量消耗的设备。空气预热器一般分为板式、回转式和管式三种。烟气入口10包括主路和旁路，旁路连通空预器20和烟气通道11，旁路上设置挡板17，挡板17用于控制旁路的通断，同时挡板17可以调节进入旁路的烟气量。

当锅炉负荷下降时，例如下降到额定负荷的30％，开启旁路中的挡板17，并将挡板17调节至适当位置，使烟气源源不断的进入烟气通道11，烟气中的热量通过翅片热管组的热端将热量送至冷端，水冷壁入口下联箱13中的工质在翅片热管组的作用下，吸收了由热端传送至冷端的热量，工质温度上升，降低了水冷壁入口水的欠焓。

当锅炉负荷正常时，则关闭旁路中的挡板17，使主路连通。

在上述实施例技术方案的基础上，继续引用图1所示内容，主路连通空预器20。

在本实施例中，主路连通空预器20，旁路和主路并行连接。

图4是根据本发明实施例提供的一种锅炉水冷壁稳定系统的控制方法的流程图，本实施例可适用于对锅炉水冷壁稳定系统的控制，该方法可以由锅炉水冷壁稳定系统来执行，该锅炉水冷壁稳定系统可以采用硬件和/或软件的形式实现，该锅炉水冷壁稳定系统可配置于锅炉中。如图4所示，该方法包括：

S110、锅炉负荷下降时，控制烟气进入烟气管道。

具体的，当锅炉负荷下降时，例如下降到额定负荷的30％，控制烟气进入烟气管道。

示例性的，参见图1，当锅炉负荷下降时，例如下降到额定负荷的30％，开启旁路中的挡板17，将挡板17调节至适当位置，使烟气源源不断的进入烟气通道11。

S120、控制热管组吸收锅炉烟气的余热，并向水冷壁装置传递热量。

具体的，当烟气进入烟气管道时，设置在烟气管道中的翅片热管组热端吸收锅炉烟气的余热，并将热量送至冷端，水冷壁入口下联箱中的工质在翅片热管组的作用下，吸收了由热端传送至冷端的热量，工质温度上升，降低水冷壁入口欠焓，提高水冷壁炉水的水动力稳定性。

本实施例的技术方案，当锅炉负荷下降时，控制烟气进入烟气管道，控制热管组吸收锅炉烟气的余热，并向水冷壁装置传递热量，实现在负荷率低时，可以有效的利用锅炉烟气余热提高水冷壁入口水温，降低入口欠焓，有利于提高水冷壁炉水的水动力稳定性。

图5是根据本发明实施例提供的一种锅炉水冷壁稳定系统的具体结构示意图。如图5所示，当锅炉负荷正常时，则关闭旁路中的挡板17，只有主路连通，烟气从烟气入口10进入主路后进入空预器20。

当锅炉负荷下降时，例如下降到额定负荷的30％，开启旁路中的挡板17，将挡板17调节至适当位置，使烟气源源不断的进入烟气通道11，烟气中的热量通过热管组12中热管的热端将热量送至冷端，热管的热端置于烟气通道11中，热管的冷端置于连通水冷壁装置的管路16，连通水冷壁装置的管路16与水冷壁入口下联箱13连接，水冷壁入口下联箱13中的工质在热管组12的作用下，吸收了由热端传送至冷端的热量，工质温度上升，水冷壁入口下联箱13通过水冷壁管14将热量传递至水冷壁出口上联箱15，水冷壁出口上联箱15与汽水分离器21连接，降低了水冷壁入口欠焓，提高水冷壁炉水的水动力稳定性。

本发明实施例所提供的锅炉水冷壁稳定系统可执行本发明任意实施例所提供的锅炉水冷壁稳定系统的控制方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (10)

1.一种锅炉水冷壁稳定系统，其特征在于，包括：烟气入口、烟气通道和至少一个热管组；

所述烟气入口与所述烟气通道连通，所述烟气入口用于送入锅炉烟气，

所述热管组的一端与所述烟气通道连接；所述热管组另一端与所述水冷壁装置连接；所述热管组用于吸收锅炉烟气的余热，并向所述水冷壁装置传递热量。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述水冷壁装置包括水冷壁入口下联箱、水冷壁管和水冷壁出口上联箱；

所述水冷壁管连接与所述水冷壁入口下联箱和所述水冷壁出口上联箱之间。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述热管组包括翅片热管组，所述翅片热管组包括至少两个热管、翅片和支架；

至少两个所述热管通过所述支架连接；

所述翅片套接在所述热管上，所述翅片对应设置在所述烟气通道和连通水冷壁装置的管路。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述热管包括热端和冷端；

所述热端套接设定数量的所述翅片；

所述冷端套接设定数量的所述翅片。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述热端设置于烟气通道；

所述冷端与所述连通水冷壁装置的管路连接；

所述冷端用于接收所述热端传递的热量。

6.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述热管的材质包括防腐蚀材质。

7.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述热管的直径为所述翅片的直径的1/4。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述烟气入口包括主路和旁路；所述旁路连通空预器和所述烟气通道；所述旁路上设置挡板；

所述挡板用于控制所述旁路的通断以及调节烟气的进入量。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述主路连通所述空预器。

10.一种锅炉水冷壁稳定系统的控制方法，其特征在于，应用于权利要求1-9任一项所述的锅炉水冷壁稳定系统，所述控制方法包括：

锅炉负荷下降时，控制烟气进入烟气管道；

控制热管组吸收锅炉烟气的余热，并向水冷壁装置传递热量。