本发明涉及循环流化床锅炉技术领域，特别涉及一种用于亚临界循环流化床锅炉的紧急冷却系统及其控制方法。
背景技术：
循环流化床锅炉(cfb)具有燃料适应性广、容量范围宽、燃烧效率较高、采用低温燃烧，氮氧化物排放低并可实现在燃烧过程中直接脱硫等优点，使其成为燃用低挥发分、低热值劣质燃料电站锅炉的首选炉型。
循环流化床锅炉不同于煤粉锅炉，其炉内由相当数量的床料所形成的流化床层，燃料颗粒是靠流化床层床料加热而着火和稳定燃烧。由于循环流化床锅炉内存在大量的床料和耐火浇注料，其蓄热容量非常大。当机组遭遇全厂失电等造成锅炉给水中断的工况时，循环流化床锅炉炉内大量高温物料的蓄热会造成水冷壁内的水不断被加热成为蒸汽。随着时间的增加，炉内剩余的工作介质不断减少，如不及时向机组补充给水，会造成锅炉水冷壁受热面超温损坏。
国内早期引进型循环流化床锅炉均设置了紧急补水系统，设置该系统的目的是在机组给水中断时，将紧急补水箱内的除盐水通过紧急补水泵对循环流化床锅炉进行紧急补水。该系统通常由紧急补水泵、柴油发动机(带日用油箱)、紧急补水箱以及相关阀门、管道等组成。这种方案具有系统独立的优点，但是紧急补水泵扬程高、功率大并由柴油发动机驱动，又因采购柴油发动机设备贵且运行成本高，故系统初期投资高且后期设备运行维护工作量大。
技术实现要素：
基于此，有必要针对循环流化床锅炉的紧急补水系统，其中的紧急补水泵扬程高、功率大且由柴油发动机驱动，导致系统初期投资高且后期设备运维工作量大的问题，提供一种消耗功率低、初期投资低、设备运维工作量小的用于亚临界循环流化床锅炉的紧急冷却系统及其控制方法。
一种用于亚临界循环流化床锅炉的紧急冷却系统，亚临界循环流化床锅炉包括炉膛、设置于该炉膛外围的水冷壁、汽包、下降管及下联箱，该下降管的两端与该汽包及该下联箱连通，该水冷壁的两端分别与该下联箱与该汽包连接，该下降管上设有第一阀体，该冷却系统包括换热器、均与该换热器连接的炉水循环冷却装置及外部循环冷却装置；该炉水循环冷却装置包括第一水路管道、第二水路管道及设置于该第一水路管道的炉水循环泵，该第一水路管道连通该汽包与该换热器进水端，该第二水路管道连通该换热器的出水端与该下联箱，该炉水循环冷却装置还包括设置于该第一水路管道且位于该汽包与该炉水循环泵之间的第二阀体及设置于该第二水路管道的第三阀体；该外部循环冷却装置包括用于存储冷却介质的存储容器、第三水路管道、第四水路管道及设置于该第三水路管道的外部循环泵，该第三水路管道连通该存储容器与该换热器进水端，该第四水路管道连通该换热器出水端与该存储容器；其中，当该亚临界循环流化床锅炉给水中断时，该第一阀体关闭，该第二阀体和该第三阀体打开，该炉水循环泵和该外部循环泵开启。
上述用于亚临界循环流化床锅炉的紧急冷却系统，设置炉水循环冷却装置、外部循环冷却装置及换热器，当锅炉给水中断时，通过将来自汽包中的水与存储容器中的冷却介质在换热器中充分热交换，不断地将炉膛内床料及浇注料的蓄热量转移至外部循环冷却装置中，实现为锅炉炉膛紧急降温的目的。其中的炉水循环泵及外部循环泵其扬程仅克服了换热器以及管道阻力，功率不高，无需柴油发动机驱动，故系统初期投资低，后期设备运行维护工作量少。
在其中一个实施例中，上述炉水循环泵和上述外部循环泵均由电机驱动并接入保安电源。
在其中一个实施例中，上述第一水路管道以及上述第二水路管道分别与上述下降管连通，且分别设置于上述第一阀体的两端。
在其中一个实施例中，上述紧急冷却系统还包括多个止回阀，上述下联箱与上述炉水循环泵之间的上述第一水路管道和上述第二水路管道均对应设有一该止回阀，用于防止水倒流回上述下联箱和上述热换器。
在其中一个实施例中，上述紧急冷却系统还包括包括多个温度检测装置，上述第一水路管道、上述第二水路管道、上述第三水路管道、上述第四水路管道及上述冷却壁均对应设有一该温度检测装置。
在其中一个实施例中，上述紧急冷却系统还包括多个流量检测装置，上述炉水循环泵与上述换热器之间的第一水路管道对应设有一该流量检测装置，且上述外部循环泵与上述换热器之间的第三水路管道对应设有一该流量检测装置。
在其中一个实施例中，上述第一阀体、上述第二阀体和上述第三阀体均为电动闸阀。
一种用于上述亚临界循环流化床锅炉的紧急冷却系统的控制方法，包括以下步骤：检测上述水冷壁中水温及上述第二水路管道中水温；根据上述水冷壁中水温及上述第二水路管道中水温，分别控制上述炉水循环泵的流量及上述外部循环泵的流量；当上述水冷壁中水温高于第一预设温度t1，控制增加上述炉水循环泵的流量，当上述水冷壁中水温低于该第一预设温度t1，控制减少上述炉水循环泵的流量；当上述第二水路管道中水温高于第二预设温度t2，控制增加上述外部循环泵的流量，当上述第二水路管道中水温低于该第二预设温度t2，控制减少上述外部循环泵的流量。
上述用于亚临界循环流化床锅炉的紧急冷却系统的控制方法，以水冷壁中水温及第二水路管道中水温为检测反馈点，分别调整炉水循环泵及外部循环泵的流量，来控制水冷壁中水温及第二水路管道中水温达到第一预设温度t1及第二预设温度t2，从而不断地将炉膛内床料及浇注料的蓄热量转移至外部循环冷却装置中，高效实现为锅炉炉膛紧急降温的目的。
在其中一个实施例中，上述汽包中的水温与上述第一预设温度t1的温度差值范围为10℃～50℃。
在其中一个实施例中，上述预设温度t1与上述第二预设温度t2的温度差值范围为150℃～250℃。
附图说明
图1为本发明一实施例的用于亚临界循环流化床锅炉的紧急冷却系统的结构示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，为本发明一实施例的用于亚临界循环流化床锅炉的紧急冷却系统100，用于当亚临界循环流化床锅炉200给水中断时，例如全厂失电等，紧急冷却系统100能为流化床锅炉200紧急冷却降温，避免流化床锅炉200水冷壁220受热面超温损坏。
具体地，亚临界循环流化床锅炉200包括炉膛210、设置于炉膛210外围的水冷壁220、汽包231、下降管232及下联箱233，下降管232的两端与汽包231及下联箱233连通，水冷壁220的两端分别与下联箱233与汽包231连接，下降管232上设有第一阀体234。水冷壁220为受热部件，用于吸收炉膛210内床料及浇注料的蓄热，降低炉墙的温度，保护炉墙，其内部为流动的水和蒸汽。
在本实施例中，亚临界循环流化床锅炉200为自然循环流化床锅炉，在其他实施例中，也可以为亚临界其他循环流化床锅炉，例如控制循环流化床锅炉等，在此不作限制。
用于亚临界循环流化床锅炉的紧急冷却系统100包括炉水循环冷却装置10、换热器20及外部循环冷却装置30；炉水循环冷却装置10包括第一水路管道11、第二水路管道12及设置于第一水路管道11的炉水循环泵13，第一水路管道11连通汽包231与换热器20的进水端，第二水路管道12连通换热器20的出水端与下联箱233，炉水循环冷却装置10还包括设置于第一水路管道11且位于汽包231与炉水循环泵13之间的第二阀体14及设置于第二水路管道12的第三阀体15；外部循环冷却装置30包括用于存储冷却介质的存储容器31、第三水路管道32、第四水路管道33及设置于第三水路管道32的外部循环泵34，第三水路管道32连通存储容器31与换热器20的进水端，第四水路管道33连通换热器20的出水端与存储容器31；其中，当亚临界循环流化床锅炉200给水中断时，第一阀体234关闭，第二阀体14和第三阀体15打开，炉水循环泵13和外部循环泵34开启。
进一步地，冷却介质从存储容器31进入换热器20加热后，流回至存储容器31中进行冷却后，仍能作为下一次外部循环冷却装置30的冷却介质使用，该冷却方式可为自然降温或其他降温方式。在一个实施方式中，存储容器31可为容积巨大的箱体，冷却介质升温后流回至该箱体后，因散热面大，故降温速度快，在另一实施方式中，冷却介质经升温后可流至冷却塔中进行冷却后再进行下一次循环。在其中一个实施例中，冷却介质为除盐水，除盐水能避免盐在换热器20上结垢，造成换热效率降低，在其他实施例中，也可以为其他他冷却介质，在此不作限制。
更进一步地，下降管232位于第一阀体234的两端分别开设有第一开口和第二开口，第一开口与第一水路管道11的一端连通，使得第一水路管道11将汽包231中的水经下降管232引导流至换热器20的进水端；第二开口与第二水路管道12的一端连通，使得第二水路管道12将换热器20的出水端的水引导经下降管232流至下联箱233。此设置方式，不必在汽包231和下联箱233上开设开口与第一水路管道11和第二水路管道12连通，在下降管232上开设开口的方式简单且后续维修及替换方便。
上述用于亚临界循环流化床锅炉的紧急冷却系统100，设置炉水循环冷却装置10、外部循环冷却装置30及换热器20，当流化床锅炉200给水中断时，通过将来自汽包231中的水与存储容器31中的冷却介质在换热器20中充分热交换，不断地将炉膛210内床料及浇注料的蓄热量转移至外部循环冷却装置30中，实现为流化床锅炉200紧急降温的目的。其中的炉水循环泵13及外部循环泵34其扬程仅克服了换热器20以及管道阻力，功率不高，无需柴油发动机驱动，故系统初期投资低，后期设备运行维护工作量少。
上述用于亚临界循环流化床锅炉的紧急冷却系统100，炉水循环泵13、换热器20及外部循环泵34等主要设备均布置在炉外，便于检修维护，可满足连续、可靠地运行。
在本实施例中，炉水循环泵13和外部循环泵34均由电动机驱动并接入保安电源。电动机驱动启动功率小，在接入保安电源后，电动机可随时处于备用状态；当亚临界循环流化床锅炉200给水中断时，及时提供电源启动电动机，使得炉水循环泵13及外部循环泵34快速进入工作状态，为亚临界循环流化床锅炉200紧急降温。另外，相对于柴油发动机驱动，初期投资低及运行成本低。
在本实施例中，第一阀体234、第二阀体14和第三阀体15均为电动闸阀。电动闸阀可电控控制其开关，且具有结构简单，易维护，响应灵敏及安全可靠的特点。
进一步地，炉水循环泵13与外部循环泵34的出口端均设置有阀门，该阀门能保证泵的安全性能及调节控制泵流量的作用。
请再次参阅图1，在一个实施例中，紧急冷却系统100还包括多个止回阀40，汽包231与炉水循环泵13之间的第一水路管道11和第二水路管道12均对应设有一止回阀40，用于防止水倒流回下降管232和热换器20。当炉水循环泵13或其他部件故障时，导致已从下降管232中流出的水和已从热换器20中流出的水倒流回时，如果不及时制止其倒流，会对下降管232及热换器20造成损坏，增加维护费用。
进一步地，炉水循环泵13和外部循环泵34的出口端处均对应设有一止回阀40，用于防止水和冷却介质倒流回炉水循环泵13和外部循环泵42。此止回阀40能保证炉水循环冷却装置10及外部循环冷却装置30可靠运行。
在本实施例中，用于亚临界循环流化床锅炉的紧急冷却系统100还包括多个温度检测装置50，第一水路管道11、第二水路管道12、第三水路管道32、第四水路管道33及冷却壁220均对应设有一温度检测装置50。温度检测装置50可随时监控各处水及冷却介质的温度，适应性调整各处流量来调节温度，以保证炉内水冷壁220不发生超温损坏以及避免低温紧急补水产生温度冲击的最终目的，同时也可控制各处处在最佳温度，使炉水循环泵13以及外部循环冷却水泵35功耗低，且可使整个紧急冷却系统100处于最低成本运行工况。
在本实施例中，紧急冷却系统100还包括流量检测装置60，炉水循环泵13与换热器20之间的第一水路管道11对应设有一流量检测装置60，且外部循环泵34与换热器20之间的第三水路管道32对应设有一流量检测装置60。流量检测装置60可以同温度检测装置一起反馈炉水循环装置10和外部循环装置30的现状，并且当某处温度偏离设定值时，经调整泵流量后，也可通过流量检测装置及时反馈该处流量现状，以便快速调整。
基于上述用于亚临界循环流化床锅炉的紧急冷却系统100，本发明还提供一种用于亚临界循环流化床锅炉的紧急冷却系统100的控制方法，包括以下步骤：
s10：检测水冷壁220中水温及第二水路管道12中水温；
其中，可使用温度检测装置50检测水冷壁220和第二水路管道12的水温。
s20：根据水冷壁220中水温及第二水路管道12中水温，分别控制炉水循环泵13的流量及外部循环泵34的流量；当水冷壁220中水温高于第一预设温度t1，控制增加炉水循环泵13的流量，当水冷壁220中水温低于第一预设温度t1，控制减少炉水循环泵13的流量；当第二水路管道12中水温高于第二预设温度t2，控制增加外部循环泵34的流量，当第二水路管道12中水温低于第二预设温度t2，控制减少外部循环泵34的流量。
在具体一个实施例中，以亚临界典型参数为例，汽包231压力为18.87mpa时，汽包231内该饱和水温度为361℃左右；存储容器31内存储的冷却介质温度为20℃～30℃。当亚临界循环流化床锅炉200给水中断时，第一阀体234关闭时，第二阀体14和第三阀体15打开，炉水循环泵13和外部循环泵34开启。经换热器20对汽包231中的饱和水与来自存储容器31的冷却介质进行热交换后，冷却介质进入第四水路管道33的温度升至85℃左右，饱和水进入第二水路管道12温度降至200℃左右变成未饱和水，后该未饱和水进入水冷壁220，吸收炉内蓄热温度升至340℃左右，该温度下的未饱和水进入汽包231内。此工作流程持续不断进行，以炉内原有工质和炉外冷却介质作为循环介质，在炉水循环泵13以及外部循环泵34的驱动下，通过换热器20不断将炉内床料及浇注料蓄热量转移至外部循环冷却装置30，达到保护炉内水冷壁220不发生超温损坏以及避免低温紧急补水产生温度冲击的最终目的。随着亚临界循环流化床锅炉200给水中断时长增加，炉内床料及浇注料蓄热量不断的减少，汽水参数不断地降低，以上温度值可根据实际情况进行相应调整。
具体地，在炉水循环冷却装置10中，设定第一预设温度t1为340℃，以此作为检测反馈点调节炉水循环泵13的流量。当水冷壁220温度高于340℃时，增加炉水循环泵13的流量；当水冷壁220温度低于340℃时，减小炉水循环泵13的流量；当水冷壁220温度等于340℃时，保持炉水循环泵13的流量。其次，在外部循环冷却装置30中，设定第二预设温度200℃，以此作为检测反馈点调节外部循环泵34的流量，当第二水路管道12中的水温高于200℃时，增加外部炉水循环泵34的流量；当第二水路管道12中的水温低于200℃时，减少外部炉水循环泵34的流量；当第二水路管道12中的水温等于200℃时，保持外部炉水循环泵34的流量。在其他实施例中，炉水循环装置10和外部循环装置30的各处温度值相互影响，故也可相互进行调整，在此不作限制。
更具体地，上述第一预设温度t1小于汽包231中的水温。设定第一预设温度t1小于汽包231中的水温，一方面能够降低该未饱和水在水冷壁220中经加热升温后汽化程度；另一方面，也能尽可能地使来自第二水路管道12中的未饱和水流入水冷壁220后携带更多的热量，加快降温速度。
在一个实施例中，汽包231中的水温与第一预设温度t1的温度差值范围为10℃～50℃，预设温度t1与第二预设温度t2的温度差值范围为150℃～250℃。调节各处温度在上述温度差值范围内，能适应于各亚临界参数下的汽包231中的饱和水温度值，其次也能实现降低水冷壁220内工质汽化程度，防止炉内工质大幅减少且保证从第二水路管道12进入水冷壁220的水温度足够低，较低的水温能够携带更多的热量，降低炉水流量，降低炉水循环泵13功耗。
本发明中的用于亚临界循环流化床锅炉的紧急冷却系统100及其控制方法，相比现有技术具有以下优点：
(1)、通过设置炉水循环冷却装置10、外部循环冷却装置30及换热器20，当流化床锅炉200给水中断时，通过将来自汽包231中的水与存储容器31中的冷却介质在换热器20中充分热交换，不断地将炉膛210内床料及浇注料的蓄热量转移至外部循环冷却装置30中，实现为流化床锅炉200紧急降温的目的，其次，其中的炉水循环泵13及外部循环泵34其扬程仅克服了换热器20以及管道阻力，功率不高，无需柴油发动机驱动，故系统初期投资低，后期设备运行维护工作量少；
(2)、通过设置炉水循环泵13和外部循环泵34均由电机驱动并接入保安电源，当亚临界循环流化床锅炉200给水中断时，及时提供电源启动电动机，使得炉水循环泵13及外部循环泵34快速进入工作状态，为亚临界循环流化床锅炉200紧急降温；另外相对于柴油发动机驱动，初期投资低及运行成本低；
(3)、通过设置温度检测装置50，可随时监控各处水及冷却介质的温度，适应性调整各处流量来调节温度，以保证炉内水冷壁220不发生超温损坏以及避免低温紧急补水产生温度冲击的最终目的；
(4)、通过检测水冷壁220中水温及第二水路管道12中水温后，根据水冷壁220中水温及第二水路管道12中水温，分别控制炉水循环泵13的流量及外部循环泵34的流量，不断将炉内床料及浇注料蓄热量转移至外部循环冷却装置30，达到保护炉内水冷壁220不发生超温损坏以及避免低温紧急补水产生温度冲击的最终目的；
(5)、通过控制水冷壁220中的水温小于汽包231中的水温，能够降低该未饱和水在水冷壁220中经加热升温后汽化程度，防止炉内工质大幅减少且能尽可能地使来自第二水路管道12中的未饱和水流入水冷壁220后携带更多的热量，加快降温速度。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。