阅读说明：本技术 循环流化床锅炉失水保护结构 (Water loss protection structure of circulating fluidized bed boiler ) 是由 李少华 彭红文 张缦 杨海瑞 吕俊复 谈琪英 于 2019-05-21 设计创作，主要内容包括：本发明保护一种循环流化床锅炉失水保护结构,在锅炉过热器出口管路设置有PCV阀和安全阀,在该过热器出口管路上还设置泄放控制阀,该泄放控制阀的起跳压力低于PCV阀和安全阀,且泄放控制阀,连接于保安电源上,循环流化床锅炉发生失水事故时泄放控制阀能够迅速将锅炉内产生的大量蒸汽以一定的速率排出,从而保证锅炉水冷壁等受热面不超温,可替代投资较高的紧急补水系统,平时无需额外的维护。(The invention protects a water loss protection structure of a circulating fluidized bed boiler, a PCV valve and a safety valve are arranged on an outlet pipeline of a boiler superheater, a discharge control valve is also arranged on the outlet pipeline of the superheater, the tripping pressure of the discharge control valve is lower than that of the PCV valve and the safety valve, and the discharge control valve is connected to a safety power supply.)

循环流化床锅炉失水保护结构

技术领域

本发明属于循环流化床锅炉的设备安全保护装置，特别是失水事故发生时保护受热面不超温的装置。

背景技术

循环流化床锅炉因其燃料适应性广，可燃用低热值燃料等特殊燃料、污染物控制成本低等优点，在国内已得到了广泛应用。我国的循环流化床技术发展十分迅速，是世界上循环流化床锅炉投运台数最多的国家。近几年国内投运了数十个超临界参数的350MW等级CFB机组，目前世界上最大的超临界循环流化床机组是我国的白马二期600MW机组。

循环流化床锅炉与煤粉炉的重要区别之一，是在其炉膛内以气固两相流向受热面传热为主，炉膛内存在大量的循环物料固体颗粒，炉膛耐火材料用量大，具有很大的热惯性。因此锅炉失水时，存在水冷壁等受热面因床料不断向其放热而出现超温进而损坏的可能。因此，早期引进ALSTOM 型 CFB 锅炉时，紧急补水系统作为其必要配置之一同时被引进。

紧急补水系统是循环流化床锅炉的特有配置系统，由紧急补水泵和紧急补水箱等组成。它能够在给水失去时保护受热面，避免受热面烧坏。

由于紧急补水泵压头很高，流量较大，同时需配置柴油发动机以应对全厂失电情况，因此配备柴油发动机的功率很大，一般需要进口，投资较大。

但是由于全厂失电等导致给水失去的概率极低，且紧急补水系统在失水事故发生后要立即投入使用，平常需定期试运行，因此日常运行维护费用较高。

发明内容

本发明所解决的技术问题即提供一种在循环流化床锅炉发生失水情况时专用的蒸汽泄放控制阀，按照设定逻辑及时将受热面内的工质以受控速率泄放，从而防止受热面超温，起到保护受热面的目的。

本发明所采用的技术手段如下所述。

一种循环流化床锅炉失水保护结构，在锅炉过热器出口管路设置有PCV阀和安全阀，其特征在于，在该过热器出口管路上还设置至少1个泄放控制阀，该泄放控制阀的起跳压力低于PCV阀和安全阀，且泄放控制阀连接于保安电源上；在循化流化床锅炉机组内不设置紧急补水系统。

该泄放控制阀采用电动控制或液动控制。

该泄放控制阀的起跳是自动控制，回座是自动或手动控制。

所述泄放控制阀的启闭压差大于起跳压力的10%。

所述泄放控制阀的数量在2个或2个以上时，起跳压力或回座压力呈阶梯式上升或下降设置。

本发明的有益效果如下。

1、锅炉失水事故特别是全厂失电导致的锅炉失水事故发生后，可以将堆积床料及炉内浇注料等传递给受热面内工质的热量，以受控的质量流率带出锅炉本体，防止因热量不能及时带出锅炉引起受热面超温，同时不会引起过热器安全阀和PCV阀起跳，在延长安全阀和PCV阀寿命的同时，减少工质的浪费。

2、本发明仅设置专用泄放控制阀的方式结构简单、免维护、投资很低，可完全代替常规紧急补水系统，节约大量初投资和运维费用，简化电厂的应急管理，减少了人力成本。

3、现有的紧急补水系统不仅复杂，而且平常需定期试运行，但用到的机会很少，因此显得性价比极低。在失水发生后，有的电厂因担心大量低温补水进入受热面反而会导致受热面损害。引用本发明的机组不会有低温水进入锅炉受热面的情况，是一种极具经济性的结构设计。

4、本发明的失水保护结构可用于亚临界、超临界、超超临界等各等级参数的循环流化床锅炉，应用范围广。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图。

具体实施方式

在锅炉的过热器3（或水冷壁）后为过热器出口管路1，在该出口管路1上设置有安全阀和PCV阀。失水事故发生后，蒸汽压力升高，PCV阀和安全阀在达到起跳压力后将迅速起跳，将蒸汽排出。当蒸汽压力回落到设定的回座压力后，PCV阀和安全阀回座。

由于PCV阀和安全阀是为保护过热器而设置的，其容量和起跳压力也是根据保护过热器的安全原则选择的，且PCV阀和安全阀的参数设置是国家标准规定的、不能随意更改，因此现有的阀体的设置无法以最优的排放速率将受热面内蒸汽排出从而保护受热面。

本发明的重点在于，在该过热器出口管路1上设置至少1个失水保护专用的泄放控制阀2，且该泄放控制阀2的起跳压力低于PCV阀4和安全阀5，泄放控制阀2、PCV阀4和安全阀5的顺序和数量可根据实际机组需要而定，设置多个泄放控制阀的情况下，可以设置阶梯性的起跳压力数值。泄放控制阀2采用电动控制或液动控制，使用现有的阀体即可。泄放控制阀2需连接于保安电源上。泄放控制阀2的起跳是自动的，回座自动或手动均可。泄放控制阀2的起跳压力和回座压力的关系与常规安全阀或PCV阀不同，安全阀5的启闭压差一般为起跳压力的4%~7%，最大不超过10%，而失水保护泄放控制阀2的启闭压差一般大于10%。

泄放控制阀2的起跳压力、回座压力、容量等均应针对不同循环流化床机组的参数进行适应性设定，本领域技术人员均可通过计算获得，不再具体限定。

任一种情况的失水事故发生后，由于失水保护泄放控制阀2的起跳压力低于PCV阀和安全阀，因此蒸汽压力上升，失水保护泄放控制阀最先起跳，其排放速率能够保证蒸汽压力不再继续上升，在设置多个不同起跳压力的泄放控制阀的情况下，逐渐上升的压力依次达到多个泄放控制阀的起跳压力，上升速率逐渐降低直至不再继续上升，从而不触发PCV阀和安全阀起跳。当蒸汽压力降低至回座压力后，失水保护泄放控制阀2回座，在多个泄放控制阀的情况下按照阶梯回座压力值依次回座，此后蒸汽压力继续升高，失水保护泄放控制阀起跳、蒸汽压力降低后回座。此过程循环数次后，锅炉内床料、浇注料等的温度下降，向水冷壁等受热面内工质的传热速率下降，不会再使水变为蒸汽，也不会使蒸汽的压力和温度上升，受热面内工质吸热很少，受热面不会出现超温，从而有效保护受热面。当然在蒸汽压力上升或下降的过程中，可能出现还未达到最低的泄放控制阀回座压力值时下降的蒸汽压力转而上升的情况，此时重复上述多个泄放控制阀依次起跳释放蒸汽压力，此过程是一个灵活的过程，根据不同机组参数、不同事故而有不同的变化和调整。

由于全厂失电导致的失水事故发生后，三大风机全停，循环物料迅速回落至布风板，此时循环物料及炉内浇注料等温度仍高达850℃左右，并以辐射和导热形式向炉膛水冷壁等受热面释放热量，工质水在水冷壁内不断吸热变为蒸汽，而汽机主汽门、中压缸进汽门全部关闭，导致蒸汽压力上升。炉内工质持续从水转化为蒸汽，蒸汽继续吸热压力和温度都上升，到达一定程度将引起受热面超温损坏。此时由于失水保护泄放控制阀2连接保安电源，可在此失电情况下正常工作、排出蒸汽、降低蒸汽压力和温度，有效保护锅炉受热面。

由于失水保护泄放控制阀2是专门针对循环流化床锅炉失水事故工况设计选型的，其排放速率、起跳压力、回座压力是根据受热面升温速率最小的原则选取的，可最有效保障受热面的安全。

以某350MW超临界循环流化床锅炉为例，设置失水保护泄放控制阀，其额定排放量为117t/h。失水后，泄放控制阀在蒸汽压力达到27MP时自动起跳，在达到回座压力值时手操关闭。不同工况的回座压力设定值见下表。

泄放控制阀不同手操回座压力选取。

（1） 工况a：

失电事故发生后，水冷壁内工质的压力开始上升，直至达到泄放控制阀的起跳压力27MPa，泄放控制阀自动起跳排出工质，并在压力降低至20MPa，手动关闭泄放控制阀。在失电后12000s以内，工质压力呈近似等振幅的快速振荡过程。而工质温度则呈现出了一个振荡上升的趋势，直至工质与床侧物料达到热平衡。在该控制条件下，管壁永远不会出现超温现象，也就是说，在失电情况下，自动开启泄放控制阀，并在工质压力降低到20MPa时，手动关闭泄放控制阀，停止工质的泄放，则无需在350MW超临界CFB锅炉上配备紧急补给水系统。

泄放控制阀反复动作31次后，蒸汽压力将再也不会达到起跳压力27MPa。

（2）工况b：

失电事故发生后，水冷壁内工质的压力开始上升，直至达到泄放控制阀的起跳压力27MPa，泄放控制阀自动起跳排出工质，并在压力降低至15MPa，手动关闭泄放控制阀。在失电后10000s以内，工质压力呈近似等振幅的快速振荡过程。而工质温度则呈现出了一个振荡上升的趋势，直至工质与床侧物料达到热平衡。在该控制条件下，管壁依然不会出现超温现象，采用该控制策略，则无需在350MW超临界CFB锅炉上配备紧急补给水系统。

但随着回座压力的降低，平均排放速率增加，阀门起跳次数减少，泄放控制阀反复动作12次。

（3）工况c：

工况c是在工况b基础上将回座压力进一步降低得到的，随着泄放控制阀的开启和关闭，工质压力和温度出现往复振荡，而水冷壁内工质质量则呈阶梯性下降，失电事故发生7407秒时，管壁将达到许用温度，水冷壁则将发生超温烧毁。

泄放控制阀起跳6次。

可见，根据机组实际情况合理选择泄放控制阀及其起跳压力特别是手操回座压力，可实现失水保护。