循环流化床锅炉储热式快速启动、变负荷系统及方法

1.本发明属于锅炉快速启动及变负荷系统技术领域，特别涉及一种循环流化床锅炉储热式快速启动、变负荷系统及方法。


背景技术：

2.循环流化床锅炉通过流化风将煤颗粒、生物质等燃料及床料从炉膛底部吹起，使颗粒处于流化状态并进行燃烧。烟气携带部分细颗粒离开炉膛进入气固分离器，分离器捕获飞灰中的颗粒，通过返料器回到炉膛，形成固体颗粒的循环。炉膛内存有大量处于流化状态的惰性固体颗粒床料，主要成分是煤燃烧后剩余的灰分，这部分颗粒不参与燃烧反应。由于高温床料有很强的蓄热能力，提高了燃料在炉膛内的停留时间，并且有较高的燃烧效率，因此循环流化床锅炉具有燃料适用范围广的特点；循环流化床锅炉能够在相对较低的燃烧温度(800-900℃)下稳定燃烧，相比于煤粉锅炉，氮氧化物生成较低；通过炉膛内添加石灰石，可以燃烧过程中将二氧化硫脱除，极大降低了脱硫成本。基于以上优势，循环流化床锅炉是大规模清洁利用高硫及高灰煤、矸石、洗中煤、煤泥和生物质等燃料的最佳选择。近年来，循环流化床锅炉一直朝着大型化、高参数的方向发展。
3.然而，循环流化床锅炉炉膛内有大量床料，热惯性较大，相比于其他形式的锅炉也存在一定的问题：
4.1.启动时间长，能耗高。由于锅炉内存在上百吨的惰性固体颗粒床料，在锅炉点火启动过程中，首先需要将炉膛内的床料加热到一定温度，才能保证炉膛内的燃料稳定燃烧，因此锅炉启动时间较长，且能耗较高；
5.2.负荷调节慢。在锅炉运行时，同样由于炉膛内大量固体颗粒，炉温比较稳定，负荷调节过程中，炉膛温度以及换热系数变化相对缓慢，导致负荷变化相对较慢。
6.随着碳达峰、碳中和战略的实施，风电、太阳能等新能源技术称为发电主力，对于传统煤电的调峰灵活性提出了更高的要求，提高循环流化床机组负荷调节速率迫在眉睫。


技术实现要素：

7.本发明为解决公知技术中存在的循环流化床锅炉启动慢、负荷调节慢的技术问题提供一种循环流化床锅炉储热式快速启动、变负荷系统及方法。
8.本发明包括如下技术方案：一种循环流化床锅炉储热式快速启动及变负荷系统，包括两台循环流化床锅炉，每台循环流化床锅炉的炉膛下部均通过返料管连接返料器；第一循环流化床锅炉的返料器通过第一输料管道连接至第二循环流化床锅炉的返料管，第二循环流化床锅炉的返料器通过第二输料管道连接至第一循环流化床锅炉的返料管；第一输料管道和第二输料管道中部连通并连接储热罐；所述第一输料管道、第二输料管道和储热罐均通过压缩空气管道连接至压缩空气储罐，所述压缩空气储罐连接空压机。
9.在两台循环流化床锅炉返料器之间设置输料管道、储热系统及压缩空气系统，使得两台锅炉之间炉膛内部的床料颗粒能够实现相互交换。在已经有一台正常运行的循环流
化床锅炉的前提下通过该系统使另一台循环流化床锅炉内的固体颗粒迅速升温，实现其快速启动以及快速调节负荷的功能。
10.进一步的，所述第一输料管道和第二输料管道之间通过第三输料管道连通，所述第三输料管道连接至储热罐。
11.进一步的，所述第三输料管道中部设有两个支路连接至所述储热罐，储热罐上部的连接点为颗粒进口，储热罐底部的连接点为颗粒出口；靠近颗粒进口的支路上设置进料插板门，靠近颗粒出口的支路上设置出料插本门。
12.进一步的，所述第一输料管道靠近返料器一端和靠近返料管一端分别设置第一输料插板门和第三输料插板门。
13.进一步的，所述第二输料管道靠近返料管和靠近返料器一端分别设置第二输料插板门和第四输料插板门。
14.进一步的，所述压缩空气管道的一端设有三条压缩空气支管；第一压缩空气支管连接至第一输料管道，第二压缩空气支管连接至第二输料管道，第三压缩空气支管连接至储料罐及第三输料管道。
15.进一步的，每条所述压缩空气支管上均设有通气阀门。
16.进一步的，所述第三压缩空气支管位于通气阀门后方的管路设有两个分支，一个分支连接至储热罐底部，另一个分支连接至第三输料管道远离储热罐的一端；根据物料输送和管道布置需要可进一步设置分支，连接第三输料管的不同位置。
17.进一步的，所述第一压缩空气支管与第一输料管道的连接点靠近第一循环流化床锅炉；所述第二压缩空气支管与第二输料管道的连接点靠近第二循环流化床锅炉。实际生产使用中第一压缩空气支管可根据需要进一步设置多个分支，第一压缩空气支管与第一输料管道的连接点可根据物料输送和管道布置需要设置多个；第二压缩空气支管同样可进一步设置多个分支，第二压缩空气支管与第二输料管道的连接点可根据物料输送和管道布置需要设置多个。
18.进一步的，所述储热罐、第一输料管道、第二输料管道以及第三输料管道外均包裹保温材料。
19.一种循环流化床锅炉储热式快速启动及变负荷方法，使用上述快速启动及变负荷系统，包括以下步骤：首先，将正常运行的第一循环流化床锅炉的返料器内的高温固体颗粒在压缩空气的运输下经待启动的第二循环流化床锅炉的返料管进入其炉膛内，使炉膛固体颗粒床料快速升温；此时提高第一循环流化床锅炉的给煤量，保持其炉膛内温度不变的同时使第二循环流化床锅炉快速启动；当第二循环流化床锅炉需要快速提升负荷时，操作过程与辅助其快速启动相同；
20.任一循环流化床锅炉需要快速降负荷时，通过压缩空气使得循环灰进入储热罐内，来提高锅炉降负荷速度，同时将固体颗粒所携带的热量储存；储热罐内储存有高温固体颗粒后，当第一循环流化床锅炉需要快速升负荷时，通过压缩空气将储热罐内和第二循环流化床锅炉的返料器内的高温固体颗粒经第一循环流化床锅炉的返料管运送到其炉膛内，反之亦然。
21.本发明具有的优点和积极效果：
22.1、本发明利用已经运行的循环流化床锅炉内高温床料加热即将启动的循环流化
床锅炉，可以迅速提高待启动锅炉的炉内床料温度，使其达到点火条件，进而提高锅炉启动速度。假设床料流量为500kg/s则10分钟即可使床内物料温度达到600℃，满足燃烧条件，相比原有设备启动时间可减少80％。
23.2、对于提供高温床料的锅炉，适当增加燃煤量，同时邻炉冷床料返回，可以保证锅炉出力不减少；待启动锅炉内的床料相当于吸收了邻炉燃煤热量升温，相比于传统风道燃烧器烧油或烧天然气提高床料温度，一次启动可节省数万元费用。
24.3、本发明利用储热罐在锅炉运行时储存高温床料，可以有效减少炉内气固两相流对流的辐射作用，使锅炉负荷快速下降；锅炉的快速启动和快速降负荷，有利于电网调节，在风电和太阳能发电不断增加的背景下，可以提高火电的灵活性，对于实现碳达峰、碳中和战略目标具有重要意义。
附图说明
25.图1是本发明的整体结构示意图。
26.图中，1-第一循环流化床锅炉；10-第一返料器；11-第一返料管；
27.2-第二循环流化床锅炉；20-第二返料器；21-第二返料管；
28.3-空压机；4-压缩空气储罐；41-第一压缩空气支管；411-第一通气阀门；42-第二压缩空气支管；421-第二通气阀门；43-第三压缩空气支管；431-第三通气阀门；
29.5-第一输料管道；51-第一输料插板门；52-第三输料插板门；
30.6-第二输料管道；61-第二输料插板门；62-第四输料插板门；
31.7-第三输料管道；71-进料插板门；72-出料插板门；8-储热罐。
具体实施方式
32.为能进一步公开本发明的发明内容、特点及功效，特例举以下实例并结合附图详细说明如下。
33.实施例：参阅附图1，一种循环流化床锅炉储热式快速启动及变负荷系统，包括两台循环流化床锅炉，第一循环流化床锅炉1的炉膛下部通过第一返料管11连接第一返料器10；第二循环流化床锅炉2的炉膛下部通过第二返料管21连接第二返料器20；第一返料器10通过第一输料管道5连接至第二返料管21，第二返料器20通过第二输料管道6连接至第一返料管11；第一输料管道5和第二输料管道6中部连通并连接储热罐8；所述第一输料管道5、第二输料管道6和储热罐8均通过压缩空气管道连接至压缩空气储罐4，所述压缩空气储罐4连接空压机3。
34.所述第一输料管道5和第二输料管道6之间通过第三输料管道7连通，所述第三输料管道7连接至储热罐8。所述第三输料管道7中部设有两个支路连接至所述储热罐8，储热罐8上部的连接点为颗粒进口，储热罐8底部的连接点为颗粒出口；靠近颗粒进口的支路上设置进料插板门71，靠近颗粒出口的支路上设置出料插本门72。所述储热罐8、第一输料管道5、第二输料管道6以及第三输料管道7外均包裹保温材料。
35.所述第一输料管道5靠近第一返料器10一端设置第一输料插板门51；所述第一输料管道5靠近第二返料管21一端设置第三输料插板门52。所述第二输料管道6靠近第一返料管11一端设置第二输料插板门61；所述第二输料管道6靠近第二返料器20一端设置第四输
料插板门62。
36.所述压缩空气管道的一端设有三条压缩空气支管；第一压缩空气支管41连接至第一输料管道5，所述第一压缩空气支管41与第一输料管道5的连接点靠近第一循环流化床锅炉1；第二压缩空气支管42连接至第二输料管道6，所述第二压缩空气支管42与第二输料管道6的连接点靠近第二循环流化床锅炉2；第三压缩空气支管43连接至储料罐8及第三输料管道7。第一压缩空气支管41上设有第一通气阀门411，第二压缩空气支管42上设有第二通气阀门421，第三压缩空气支管43上设有第三通气阀门431。
37.所述第三压缩空气支管43位于第三通气阀门431后方的管路设有两个分支，一个分支连接至储热罐8底部，另一个分支连接至第三输料管道7远离储热罐8的一端。
38.在两台循环流化床锅炉返料器之间设置输料管道、储热系统及压缩空气系统，使得两台锅炉之间炉膛内部的床料颗粒能够实现相互交换。在已经有一台正常运行的循环流化床锅炉的前提下通过该系统使另一台循环流化床锅炉内的固体颗粒迅速升温，实现其快速启动以及快速调节负荷的功能。
39.工作原理：
40.本系统不工作的情况下，全部插板门及阀门处于关闭状态，储热罐8内不储存固体颗粒，保证压缩空气储罐4内的空气压力大于0.6mpa。
41.当第一循环流化床锅炉1正常运行，若第二循环流化床锅炉2启动。首先，打开第一输料管道5上的第一输料插板门51和第三输料插板门52。打开第一压缩空气支管41的上的第一通气阀门411。此时第一循环流化床锅炉1的第一返料器10内的固体颗粒进入第二循环流化床锅炉2的第二返料管21，并通过第二返料管21进入第二循环流化床锅炉2的炉膛内，该炉膛固体颗粒床料快速升温。此时适当提高第一循环流化床锅炉1的给煤量，保持其炉膛内温度不变。
42.当第一循环流化床锅炉1正常运行，第二循环流化床锅炉2需要快速提升负荷时，操作过程与辅助锅炉快速启动相同。
43.当第一循环流化床锅炉1需要快速降负荷时，全部插板门及阀门处于关闭状态，打开第一输料管道5上的第一输料插板门51、第三输料管道7上的进料插板门71，通过压缩空气使得循环灰进入储热罐8内，来提高锅炉降负荷速度，同时将固体颗粒所携带的热量储存。
44.储热罐8内储存有高温固体颗粒后，若需要第一循环流化床锅炉1快速升负荷，打开第三输料管道7上的出料插板门72和第二输料管道6上的第四输料插板门62，通过压缩空气将高温颗粒输送至第一循环流化床锅炉1的第一返料管11，并送入第一循环流化床锅炉1的炉膛内。
45.尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式。这些均属于本发明的保护范围之内。