生物质循环流化床锅炉布风板自动捅渣方法及其装置

摘要

本发明公开了一种生物质循环流化床锅炉布风板自动捅渣方法及其装置。其技术方案是在布风板的放渣孔侧壁开口处、倾斜于排渣管布置一根与放渣孔侧壁开口相连的外套管，并在外套管内腔中设置一根带捅渣头和流化风出口的可伸缩式流化风管。当锅炉正常运行时，将捅渣头伸入至放渣孔上方的床料中，并通过流化风出口向放渣孔四周喷射流化风；当锅炉需要排渣时，将捅渣头缩回至外套管内腔中，并使捅渣头的顶部与放渣孔的侧壁开口吻合密闭；当锅炉出现排渣堵塞时，将捅渣头在放渣孔上方的床料中来回伸缩完成物理搅动，使大块结渣破碎，同时喷射流化风继续对放渣孔附近的灰渣进行吹扫，从而实现自动捅渣。本发明有效克服了传统人工捅渣带来的各种缺陷。

说明书

技术领域

本发明涉及循环流化床锅炉燃烧技术领域，具体地指一种生物质循环 流化床锅炉布风板自动捅渣方法及其装置。

背景技术

当今社会正面临着巨大的能源和环境问题的双重考验，寻找一种可再 生的替代能源成为亟需解决的问题。生物质燃料因其可再生、可直接储存 与运输、且CO₂排放量小等优点，其开发利用引起了世界各国的广泛关注。 目前，可利用的生物质燃料主要包括：各种农业废弃物如稻壳、棉秆、油 菜秆和玉米秆等、各类林业废弃物如枝丫柴、木材边角料、树根等、以及 药渣、建筑模板、城市废弃物等。

循环流化床(CFB)锅炉是上世纪八十年代才逐渐发展起来的高效率、 低污染、且综合利用性能良好的燃烧技术。由于它具有燃料适应性广、污 染排放低、投资成本少等优点，使其备受关注，特别是采用生物质燃料的 循环流化床(CFB)锅炉燃烧发电技术，具有广阔的应用前景。

循环流化床锅炉所采用的流态化燃烧技术，是一种介于煤粉炉悬浮燃 烧和链条炉固定燃烧之间的燃烧方式，即本领域技术人员通常所说的半悬 浮燃烧方式。所谓的流态化是指固体物料颗粒在空气的作用下处于流动状 态，从而具有许多流体性质的状态。在循环流化床锅炉炉内存在着大量的 床料(物料)，这些床料在锅炉一次风、二次风的作用下处于流化状态，并 完成炉膛内的内循环和炉膛外的外循环，从而实现锅炉的不间断往复循环 燃烧。

然而，具体针对采用生物质燃料的循环流化床锅炉而言，生物质燃料 相对于传统的煤粉燃料具有其自身的特点，直燃电厂通常燃烧的是各种生 物质燃料的混合物。这种混合原料的复杂性使得生物质燃料在循环流化床 锅炉中燃烧时极易产生结渣的问题。例如，各种生物质燃料在收集、储运、 破碎的过程中通常含有大量的尘土和沙石；农业废弃物如稻壳等在炉膛燃 烧后的稻壳灰中含有大量的SiO₂，这些SiO₂在高温下极易变成熔融状结渣； 建筑模板及其他木质废弃物中夹杂有铁丝、铁钉等金属物，燃烧后掉落在 炉膛的布风板上，极易出现积聚和搭桥。并且，由于循环流化床锅炉中布 风板本身的特殊结构，放渣管上端放渣孔附近的风帽布置数量较少，容易 造成此处流化不良。另外，为了实现顺利放渣，放渣管上端放渣孔位置平 面要低于周围的平面，也会导致整个排渣口位置布风流化不良。而流化不 良导致大块炉渣和焦块容易积聚在放渣孔附近，出现排渣不畅现象，对锅 炉的安全经济运行及可靠性有很大影响。因此，作为燃用生物质的循环流 化床锅炉，其放渣管易堵塞是一个亟需解决的难题。

目前，各电厂普遍采用现场人工捅渣的方式解决生物质循环流化床锅 炉的放渣孔堵塞问题。通常，现场捅渣必须两名操作人员以上，其中一人 专门负责放渣管挡板的操作，此时易出现喷渣、床料自流及其它危及人身 安全的异常现象，需要快速关闭放渣管挡板，以防止人员烫伤。另外一名 操作人员则选用钢筋或钢管等强度合适的捅渣工具，站在屏后操作以打碎 焦块或其它堵塞物，防止疏通瞬间热渣喷出伤人。在捅渣的同时，还需要 降低炉膛的一次风量，并且严密监视锅炉运行工况，维持锅炉参数的稳定， 发现危及人员人身和设备安全的异常现象需要果断处理，才能确保锅炉机 组的安全、连续、稳定运行。由此可见，现有的生物质锅炉放渣管堵塞频 繁，操作人员捅渣环境恶劣、劳动强度大、人工成本高，并且由于堵塞而 造成的停炉检修频率较高，锅炉的安全性和经济性较差。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种生物质循环流化床锅炉布风板自动捅渣 方法及其装置，采用该方法及其装置能够有效解决生物质锅炉放渣管堵塞 的难题，克服传统人工捅渣带来的一系列安全性及经济性缺陷。

为实现上述目的，本发明所设计的生物质循环流化床锅炉布风板自动 捅渣方法，是在所述锅炉布风板的放渣孔侧壁开口处、倾斜于排渣管布置 一根与放渣孔侧壁开口相连的外套管，并在外套管内腔中设置一根带捅渣 头和流化风出口的可伸缩式流化风管，其具体操作包括如下步骤：

1)当锅炉处于正常运行状态时，将捅渣头伸入至放渣孔上方的床料中、 使流化风出口高度与布风板上的一次风风帽出口位置对应，通过流化风管 向放渣孔四周喷射流化风，使该流化风与布风板上的一次风风帽(10)喷 出的一次风协同作用，以加强放渣孔附近灰渣的流化效果；

2)当锅炉处于正常排渣状态时，将捅渣头缩回至外套管内腔中，并使 捅渣头的顶部与放渣孔的侧壁开口吻合密闭，以避免其对排渣管的排渣影 响；

3)当锅炉出现排渣堵塞状况时，将捅渣头在放渣孔上方的床料中来回 伸缩完成物理搅动，使大块结渣破碎，同时保持流化风管喷射流化风的状 态，使其继续对放渣孔附近的灰渣进行吹扫，从而实现自动捅渣。

作为优选方案，所述步骤1)中，控制流化风的喷射方向与水平面的倾 斜角度为0～25°，最佳的倾斜角度是5～15°。这样，可以防止循环流化床 内的炉渣等物质进入流化风管，有效避免流化风管堵塞现象发生。

作为优选方案，所述步骤1)中，控制流化风的喷射速度为一次风喷射 速度的1～2.5倍，最好是一次风喷射速度的1.5～2.0倍。这样，既可以起到 加强局部流化的作用，又可以防止循环流化床内的床料及燃料中的一些废 渣向放渣孔附近聚集。

作为优选方案，所述步骤1)中，控制流化风的喷射风量为单个一次风 风帽喷射一次风风量的0.5～5.0倍，最好是单个一次风风帽喷射一次风风量 的2.5～3.5倍。这样，可以使放渣孔附近的流化风量与周围的一次风量匹配 更加合理，形成良好的流场，进一步加强放渣孔附近灰渣的流化效果。

作为优选方案，所述步骤3)中，控制捅渣头来回伸缩的振幅为一次风 风帽高度的0.5～1.5倍。这样，基本上可以覆盖放渣孔附近绝大部分的结渣 范围，使捅渣头的工作行程更加合理。

进一步地，所述步骤3)中，控制捅渣头来回伸缩的频率为10～30次/ 分钟。这样，适当的捅渣频率可以确保大块结渣快速松动破碎，并在所喷 射流化风的持续吹扫作用下，尽快从放渣孔经排渣管排出，从而确保排渣 通畅。

作为优选方案，所述步骤3)中，通过检测排渣管内的温度变化来判断 放渣孔是否堵塞：当采集的温度低于正常排渣温度时，说明排渣管排渣不 畅，排渣管上方的放渣孔出现堵塞，此时启动捅渣头进行来回伸缩搅动。 这样，可以通过温度数值精确捕捉放渣孔处的结渣堵塞状态，从而及时启 动捅渣头来回伸缩物理搅动，进而很容易地实现不停炉状态下的自动化捅 渣。

本发明为实现上述方法而设计的生物质循环流化床锅炉布风板自动捅 渣装置，安装在所述锅炉布风板的放渣孔处、位于放渣孔下方的排渣管一 侧，其特殊之处在于：

它包括倾斜于排渣管布置的外套管，所述外套管的上端管口与放渣孔 的侧壁开口相连，所述外套管的内腔设置有可轴向伸缩的流化风管；所述 流化风管的上端管口端面设置有捅渣头，所述捅渣头的顶部形状与放渣孔 的侧壁开口形状相匹配，所述流化风管上端管口侧壁设置有流化风出口； 所述流化风管的下端管口处设置有流化风入口，所述流化风管的下端管口 侧壁设置有齿条，所述齿条与齿轮啮合配合，所述齿轮通过传动机构与电 机相连，从而驱动流化风管和捅渣头相对于外套管伸缩移动；

所述捅渣头在锅炉正常运行时伸入至布风板的放渣孔上方的床料中、 且所述流化风出口与设置在布风板上的一次风风帽的出口位置对应；所述 捅渣头在锅炉正常排渣时缩回至外套管内、且所述捅渣头的顶部与放渣孔 的侧壁开口吻合密闭；所述捅渣头在锅炉排渣堵塞时通过电机的正反旋转 实现上下伸缩移动，从而完成自动捅渣动作。

作为优选方案，所述流化风入口的管路上设置有流化风调节阀。这样， 可以根据循环流化床锅炉的实际运行工况，及时调节流化风的喷射参数， 以确保放渣孔附近的流化效果始终稳定。

进一步地，所述流化风调节阀的输入端与锅炉一次风源相连。这样， 可以共用锅炉一次风源，简化设备投入，节省风力资源。

作为优选方案，所述外套管的下端管口侧壁设置有套管风入口，所述 外套管的上端管口与流化风管的外壁之间的环形缝隙构成套管风出口。这 样，可以通过套管风的吹入，有效阻止循环流化床内的炉渣等物质进入上 述环形缝隙，避免部件磨损和卡死事故的发生。

进一步地，所述套管风入口的管路上设置有套管风调节阀。同样，可 以根据循环流化床锅炉的实际运行工况，及时调节套管风的喷射参数，确 保流化风管在外套管中的伸缩运动稳定可靠。

再进一步地，所述套管风调节阀的输入端也与锅炉一次风源相连。这 样，既可简化设备投入，又可方便管理操作。

作为优选方案，所述放渣孔下方的排渣管侧壁上设置有热传感器，所 述热传感器通过信号线与锅炉控制系统相连，从而控制电机的运行。这样， 根据热传感器采集的温度信号，锅炉控制系统可以自行监测排渣时放渣孔 是否堵塞，从而通过电机驱使齿轮齿条联动，并带动捅渣头来回伸缩，实 现在不停炉状态下的自动捅渣。

进一步地，所述热传感器采用热电偶。其结构简单实用，工作稳定可 靠，使用成本低廉。

作为优选方案，所述流化风出口沿流化风管上端管口侧壁均匀分布。 例如，可以沿周向均匀布置4～6个，当然也可以在径向上对称布置2个。 这样，流化风管所喷射的流化风与一次风风帽喷射的一次风协同作用，可 使放渣孔四周的流场分布趋于均衡，有效避免了床料流化不良或流化死角 现象的发生。

进一步地，所述流化风出口的喷射方向呈水平或倾斜向下布置，其与 水平面的倾斜角度为0～25°，最佳的倾斜角度为5～15°。这样，既可以与 一次风协同调整循环流化床的流化状态，又可以阻止循环流化床内的灰渣 进入流化风管，确保流化风管始终通畅。

作为优选方案，所述外套管相对于排渣管的倾斜角度为15～40°，最佳 的倾斜角度为20～25°。这样，可以在不影响循环流化床锅炉正常运行的情 况下，使附加在其上捅渣装置结构更加紧凑，占用空间更小，装配成本更 低，操作和控制更加安全可靠。

与传统的人工操作捅渣方式相比，本发明具有如下几方面的有益效果：

其一，通过在生物质循环流化床锅炉布风板放渣孔位置增加设计向四 周喷射的流化风，使其与布风板上的一次风风帽喷出的一次风形成叠加效 应，可有效解决该位置低于四周平面、风帽布置数量较少而导致布风不良 的缺陷，提高放渣孔附近灰渣的流化效果，减少大块炉渣和焦块的积聚， 从而大幅降低放渣孔处的堵渣频率，确保锅炉的稳定运行及安全可靠性。

其二，通过在生物质循环流化床锅炉布风板放渣孔上方设置可来回伸 缩的捅渣头，使其及时对放渣孔位置形成的大块炉渣和焦块进行物理搅动， 可以自动捣碎由尘土、沙石、稻壳灰等杂质产生的高温熔融结渣、以及由 铁丝、铁钉等废弃物掉落而形成积聚和搭桥，同时配合流化风的持续吹扫， 既确保了锅炉排渣始终畅通无阻，又降低了操作人员的劳动强度，还延长 了停炉检修周期，从而大幅降低了锅炉运行成本。

其三，通过在生物质循环流化床锅炉排渣时将捅渣头缩回至外套管内 腔中，并使捅渣头的顶部与放渣孔的侧壁开口吻合密闭，可以将放渣孔及 其下方的排渣管完全恢复到无任何阻碍的状态，杜绝流化风管及其捅渣头 对排渣过程的影响；并且，由于大块结渣已经破碎，排渣过程无需工人在 恶劣环境中操作，有效避免了危及人员人身安全事故的发生，同时大幅提 高了锅炉运行效率。

综上所述，本发明可以有效提高生物质循环流化床锅炉放渣孔的流化 特性，大幅降低锅炉燃烧运行过程中放渣孔的堵塞频率，不仅可以在不停 炉的状况下实现自动捅渣，而且可以节约人工捅渣的高昂成本，同时还可 以降低锅炉停炉检修的频率，有效提高电厂锅炉的安全性和经济性。

附图说明

图1为一种生物质循环流化床锅炉布风板自动捅渣装置在伸出状态的 结构示意图；

图2为图1所示布风板自动捅渣装置在缩回状态的结构示意图；

图3为图1中流化风管和外套管的组合放大结构示意图；

图中：电机1，齿轮2，流化风管3(其中：捅渣头31、流化风出口 32、流化风入口33、齿条34、流化风调节阀35)，外套管4(其中：套管 风入口41、套管风出口42、套管风调节阀43)，热传感器5，布风板6，排 渣管7，放渣孔8，床料9，一次风风帽10，锅炉一次风源11。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的装置和方法作进一步的详细描 述。

图中所示的生物质循环流化床锅炉布风板自动捅渣装置，安装在锅炉 的布风板6的放渣孔8处、位于放渣孔8下方的排渣管7一侧。它具有倾 斜于排渣管7布置的外套管4，该外套管4相对于排渣管7的倾斜角度约为 22～24°，该外套管4的上端管口通过焊接方式与放渣孔8的侧壁开口连为 一体，其结构简单紧凑、占用空间极小。

在外套管4的内腔中安装有可轴向伸缩的流化风管3，该流化风管3的 上端管口端面焊接有捅渣头31，此捅渣头31的顶部形状与放渣孔8的侧壁 开口形状相匹配，以便其缩回时与侧壁嵌合密闭。在流化风管3上端管口 侧壁均匀开设有2～4个流化风出口32，该流化风出口32的喷射方向呈倾斜 向下布置，其与水平面的倾斜角度设计为10～12°，其与一次风协同配合， 可以使锅炉内的流化状态达到最佳，同时防止灰渣进入流化风管3。

在流化风管3的下端管口一侧侧壁上设置有流化风入口33，在流化风 入口33的管路上安装有流化风调节阀35，该流化风调节阀35的输入端与 锅炉一次风源11相连。通过在线调节流化风的风速、风量等参数，可以持 久维持锅炉流化效果稳定；通过共享一次风源，可以有效降低锅炉运行成 本。

在流化风管3的下端管口另一侧侧壁上设置有齿条34，该齿条34与齿 轮2啮合配合，该齿轮2通过传动机构与电机1相连。工作时，启动电机1 带动齿轮2正反旋转，齿轮2再通过齿条34驱动流化风管3和捅渣头31 相对于外套管4伸缩移动或停留在需要的位置。

在外套管4的下端管口侧壁上还设置有套管风入口41，而外套管4的 上端管口与流化风管3的外壁之间的环形缝隙则构成套管风出口42。上述 套管风入口41的管路上安装有套管风调节阀43，该套管风调节阀43的输 入端也与锅炉一次风源11相连。通过在线调节套管风的风速、风量等参数， 既可以作为流化风的补充形成协同效应，也可以阻止灰渣进入环缝空间， 使流化风管3在外套管4中的伸缩运动稳定可靠；同时，套管风也共享一 次风源，可以进一步节约部件投入，便于设备管理。

本实施例中，在放渣孔8下方的排渣管7侧壁上还设置有热传感器5， 热传感器5采用成本低廉、工作可靠的热电偶，通过信号线与锅炉控制系 统相连。通过热传感器5实时监测排渣管7内的温度状况，并将数据在线 传输给锅炉控制系统，用于自动控制电机1的正反旋转或停止。

上述生物质循环流化床锅炉布风板自动捅渣装置工作时，其具体操作 方法包括如下步骤：

1)在锅炉正常运行时，锅炉控制系统会通过电机1带动齿轮2正向旋 转，使齿轮2驱动齿条34直线向上运动，从而使流化风管3上端管口端面 的捅渣头31伸出外套管4，并停留在放渣孔8上方的床料9中，此时流化 风管3上端管口侧壁上的流化风出口32高度与布风板6上的一次风风帽10 出口位置对应。然后，通过流化风出口32向放渣孔8四周倾斜向下喷射流 化风，确保流化风的喷射方向与水平面的倾斜角度为8～12°，并通过流化 风调节阀35和套管风调节阀43等的协同操作，控制流化风的喷射速度为 布风板6上一次风风帽10喷射一次风速度的1.6～1.8倍，同时控制流化风 的喷射风量为单个一次风风帽10喷射一次风风量的2.8～3.2倍，使所喷射 的流化风与布风板6上的一次风风帽10喷出的一次风协同作用，在放渣孔 8附近形成良好的流化效果。

2)在锅炉需要排渣时，锅炉控制系统会通过电机1带动齿轮2反向旋 转，使齿轮2驱动齿条34直线向下运动，从而使流化风管3上端管口端面 的捅渣头31缩回至外套管4内腔中，并确保捅渣头31的顶部与放渣孔8 的侧壁开口完全贴合密闭，由此可以杜绝流化风管3和捅渣头31对排渣通 道的阻碍，确保放渣孔8和排渣管7达到最佳的排渣状态。

3)在锅炉排渣过程中，锅炉控制系统会在线对热传感器5采集的排渣 管7内温度参数进行判断，当热传感器5采集的温度低于正常排渣温度时， 说明排渣管7排渣不畅，排渣管7上方的放渣孔8出现结渣堵塞。此时锅 炉控制系统会通过电机1带动齿轮2正反旋转，使齿轮2驱动齿条34上下 直线运动，从而使流化风管3上端管口端面的捅渣头31在放渣孔8上方的 床料9中来回伸缩，优选捅渣头31来回伸缩的振幅为一次风风帽10高度 的1.0倍，捅渣头31来回伸缩的频率为20～25次/分钟，通过物理搅动将绝 大部分大块结渣捣碎成适于排渣管7通过的小块灰渣。与此同时，始终保 持流化风管3喷射流化风的状态，使其持续不断地对放渣孔8附近的灰渣 进行吹扫，从而使排渣过程自动、高效、安全、经济。