[发明专利]一种柔性工业锅炉及其运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃烧设备，尤其涉及一种柔性的层燃燃烧设备，特别适合用户对蒸汽或者热水负荷以及品种的需求随市场需求、季节、工艺产用汽设备可用性等条件变化而有较大变化的工业场合，本发明的柔性工业锅炉是工业柔性系统中的柔性动力源设备。

背景技术

工业锅炉广泛应用于供热、供蒸汽等过程中，由于用户对蒸汽或者热水负荷以及品种的需求随市场需求、季节、工艺产用汽设备可用性等条件在相当大范围内变化，传统的刚性设计在现实应用中正面临着挑战，对工业锅炉进行柔性设计势在必行。为了满足工业用户灵活的需求,优化的工业锅炉及系统设计，决不可能仅是对于给定生产状况及热负荷条件下的定态设计。相反,优化的设计,不仅要在各种变化工况下达到汽、热最优生产量的要求，而且能在各种供汽、热负荷下都有尽可能高的环保性和经济性,即所谓的“柔性设计”（罗向龙，华贲.炼油企业蒸汽动力系统柔性设计方法研究.炼油技术与工程.2009，39（1）：45-49.）。

“柔性”是指一种灵活性，它反映当前设计对未来操作的限制程度，即当前设计导致的未来操作的可行空间的大小。根据柔性的概念，设计的柔性可体现在如下三方面：（1）确定系统中有哪些可变或者可调因素；（2）在运行时如何调整这些可变因素；（3）如何保证刚性因素不变。目前，国内大部分工业锅炉的设计都是按照锅炉在额定的设计条件下蒸汽或者热水的需求来进行的，对各种条件的变化通过引入安全设计系数来处理，仅靠经验引入安全系数的方法具有一定盲目性。过大的基本设计负荷造成投资的浪费、设备效率降低和成本的增加，过小则缺乏操作柔性，不能保证操作安全。柔性设计是涉及到多因素的复杂的系统工程,随着经济全球化趋势的日益明显，各种确定和不确定的需求变化日益频繁，给工业锅炉设计带来了极大的挑战。

柔性设计并不完全排斥传统设计的刚性成分和定态成分，是对传统设计僵化、缺乏弹性的辩证否定。柔性设计实际上是在保持设计方法适度刚性的同时，尽可能地提高它们的柔性，使工业锅炉有刚有柔，刚柔相济，更加科学，便于灵活运行。

柔性设计首先要进行功能分析，应用反求工程技术对现有成功的工业锅炉设计方案进行功能分析，建立同类设计方案的基础设计，也就是先满足“定态”需求。然后从“定态”出发，进行柔性需求分析、柔性功能确定、柔性功能描述和柔性功能系统化等，最终设计出可柔性运行的工业锅炉。

现有工业锅炉技术中，缺乏对锅炉柔性的系统考虑，无论是对负荷、蒸汽（水）品质等调整还均是孤立的实现各自目标。中国专利CN101074772A公开了一种蒸汽温度控制方法，通过喷水控制锅炉的蒸汽温度。中国专利CN85103521A公布了烧煤蓄热锅炉控制方法，利用蓄热器使锅炉适应负荷需求变化。中国专利CN91227012.8公布了一种烟气再循环锅炉，通过烟气再循环使锅炉在低负荷条件下处于稳定运行状态。现有的工业锅炉技术均是仅针对锅炉某一参数（例如温度、压力等）给出了调整方法，虽然含有一定的“柔性”特征，但没有从系统方面，使燃烧侧、工质侧同时具有“柔性”。

发明内容

针对现有技术中工业锅炉在柔性方面存在的不足和缺陷，为了满足用户对蒸汽或者热水负荷以及品种的灵活需求变化，本发明提出一种柔性工业锅炉及其运行方法，可以作为工业柔性系统中的柔性动力源。

本发明的另一个目的是提出一种工业锅炉的柔性设计和运行方法。其设计方法为：在“定态”基础上，进行柔性功能确定及系统化，同时控制燃烧室和炉膛内烟气侧的燃烧和流动，并协调高温过热器、低温过热器、省煤器和空气预热器内的工质流动，实现工业锅炉从一个“定态”到另一个“定态”的柔性动态变化。

本发明的技术方案如下：

一种柔性工业锅炉，它包括由炉排、前拱、后拱组成的燃烧室、由水冷壁围成的炉膛和尾部烟道，在尾部烟道内布置有高温过热器、低温过热器、对流管束、省煤器和空气预热器，在对流管束的烟气侧布置有烟气折返挡板，在前拱与水冷壁相交的喉口处布置二次风入口，在煤斗下方布置有煤闸门，其特征在于：在燃烧室与炉膛之间的喉部位置布置有可调中拱，在炉膛上部的烟气出口处布置有可调折焰墙；在低温过热器的入口和高温过热器的出口之间并联过热器并行管道，在过热器并行管道上设置过热器并行阀；在省煤器水侧的出口和入口之间并联省煤器并行管道，在省煤器并行管道上设置省煤器并行阀；在空气预热器的空气侧入口和出口并联空气预热器并行通道，在空气预热器并行管道上设置空气预热器并行阀。