一种基于声波技术实现循环流化床锅炉灵活性运行的系统及方法与流程

本发明涉及循环流化床锅炉发电领域，尤其涉及一种基于声波技术实现循环流化床锅炉灵活性运行的系统及方法。

背景技术：

当今环境局势日趋紧张，雾霾、煤雨等极端气候层出不穷，各行业节能减排标准日益提高，火电行业的发电煤耗与污染物排放更是重中之重。同时，伴随着风力发电、光伏发电等可再生能源发电技术的大规模推广，全国范围“弃风”、“弃光”现象层出不穷，尤其是冬季供暖期，装机占比很高的供热火电机组因为供热导致可再生发电的上网空间非常有限，提升火电厂运行灵活性迫在眉睫。

循环流化床锅炉采用流态化燃烧，主要结构包括燃烧室(包括密相区和稀相区)和循环回炉(包括高温气固分离器和返料系统)两大部分，主循环回路是循环流化床锅炉的关键，其主要作用是将大量的大颗粒高温固体物料从气流中分离出来，送回燃烧室，以维持燃烧室稳定的流态化状态，保证燃料和脱硫剂多次循环、反复燃烧和反应，以提高燃烧效率和脱硫效率。因此，循环流化床锅炉的大物料循环与锅炉燃烧运行息息相关。现有的物料循环调整方式主要依托于锅炉一次风流量调整，手段单一，考虑锅炉负荷及环保要求，难以实现灵活性运行。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于声波技术实现循环流化床锅炉灵活性运行的系统及方法，解决了现有的循环流化床锅炉中的物料循环调整方式存在手段单一、难以实现灵活性运行的缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种基于声波技术实现循环流化床锅炉灵活性运行的系统，包括循环流化床锅炉和声波发射装置，其中，

循环流化床锅炉包括石灰石送粉装置、给煤装置、炉膛、水平烟道、中心筒、分离器、返料器和尾部烟道，其中，石灰石送粉装置的出口和给煤装置的出口均连接炉膛的底部进口，炉膛的烟气出口通过水平烟道连接分离器的入口，分离器上设置有用于大颗粒粉尘出口的返料风口，通过返料风口连接返料器的入口，返料器的出口连接炉膛的大颗粒粉尘入口；

分离器上的小颗粒粉尘出口连接中心筒的入口，中心筒的出口连接尾部烟道的入口；

炉膛的底部还设置有一次风口；

声波发射装置包括扬声器、压缩式驱动装置和远端控制装置，其中，扬声器设置有若干个，均布在水平烟道的两侧壁上；同时，扬声器与压缩式驱动装置连接，压缩式驱动装置和远端控制装置连接。

优选地，炉膛的侧壁上设置有二次风口。

优选地，炉膛的底部还设置有排渣口，该排渣口连接有冷渣器，冷渣器的出口连接排渣装置。

优选地，炉膛的顶部设置有水冷壁，所述水冷壁的出口连接汽水分离装置的入口，汽水分离装置的出口连接尾部烟道的入口。

优选地，远端控制装置和压缩式驱动装置设置有信号发送装置和信号放大装置，其中，远端控制装置连接信号发送装置，信号发生装置连接信号放大装置，信号放大装置连接压缩式驱动装置。

优选地，尾部烟道包括烟道本体、灰斗和烟囱，其中，烟道本体的出口连接灰斗的入口，灰斗的出口连接烟囱的入口。

优选地，烟道本体内腔中设置有过滤器、再热器、省煤器和空气预热器，中心筒的出口连接过滤器的入口，过滤器的出口依次经过再热器和省煤器连接空气预热器的入口，空气预热器的出口连接灰斗的入口。

优选地，灰斗的出口和烟囱的入口之间设置有引风机。

优选地，空气预热器的空气入口连接有一次风机和二次风机；空气预热器的空气出口连接炉膛的进风口；一次风机的出口还设置有一支路，该支路连接返料风机的入口，返料风机的出口连接返料风口。

一种基于声波技术实现循环流化床锅炉灵活性运行方法，基于一种基于声波技术实现循环流化床锅炉灵活性运行的系统，其中，

在循环流化床锅炉上设置声波发射装置，通过声波发射装置确定循环流化床锅炉的运行方式，具体包括以下步骤：

石灰石送粉装置和给煤装置产生的飞灰以及炉膛原有的循环灰在一次风的推动下经过水平烟道进入分离器，在旋风分离的原理下，大颗粒粉尘通过返料器返回至炉膛，小颗粒粉尘则通过中心筒排至部烟道；

其中，根据运行状态结合远端控制装置向压缩式驱动器发送触发信号，进而通过压缩会驱动器驱动扬声器发声，扬声器发出的声波引发烟气中细微颗粒的团聚作用，进而改变烟气粉尘的粒径分布，实现控制循环倍率的目标。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种基于声波技术实现循环流化床锅炉灵活性运行的系统，在循环流化床锅炉上的水平烟道上设置声波发射装置，该声波团聚机理实现主动式灵活控制物料循环倍率，而非被动地利用一次风流量调节，极大地增强了循环流化床锅炉运行灵活性；本发明通过声波团聚效应可灵活地改变烟气粉尘的粒径分布，增加物料的循环倍率，直接有利于提高锅炉燃烧效率，降低飞灰可燃物指标，产生经济效益；间接利于低氮燃烧，降低锅炉so2、nox等污染气体的排放浓度，产生环境效益。

附图说明

图1是本发明系统流程图；

图2是本发明系统原理图；

1、石灰石送粉装置2、给煤装置3、一次风口4、二次风口5、炉膛6、水平烟道7、水冷壁8、汽水分离装置9、扬声器10、压缩式驱动装置11、信号放大装置12、信号发生装置13、远端控制装置14、中心筒15、分离器16、返料风口17、返料器18、过热器19、再热器20、省煤器21、空气预热器22、返料风机23、二次风机24、一次风机25、灰斗26、引风机27、烟囱28、冷渣器29、排渣装置。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进一步详细说明。

如图1和图2所示，本发明提供的一种基于声波技术实现循环流化床锅炉灵活性运行的系统，包括循环流化床锅炉和声波发射装置，其中，声波发射装置用于控制进入循环流化床锅炉内的粉尘粒径分布，进而控制循环流化床锅炉的循环倍率；进而确定该循环流化床锅炉的运行方式为灵活调整模拟运行方式或原有模式安全运行方式。

其中，循环流化床锅炉包括石灰石送粉装置1、给煤装置2、一次风口3、二次风口4、炉膛5、水平烟道6、分离器15、返料器17和尾部烟道，其中，石灰石送粉装置1的出口和给煤装置2的出口均连接炉膛5的底部进口，炉膛5的烟气出口通过水平烟道6连接分离器15的入口，分离器15上用于大颗粒粉尘出口的返料风口16连接返料器17的入口，返料器17的出口连接炉膛15的大颗粒粉尘入口。

分离器15上的小颗粒粉尘出口连接中心筒14的入口，中心筒14的出口连接尾部烟道的入口。

一次风口3设置在炉膛5的底部，用于推动燃煤产生的飞灰以及锅炉原有的循环灰；二次风口4设置在炉膛5的侧壁上。

炉膛5的底部还设置有排渣口，所述排渣口设置在一次风口的下方，该排渣口连接有冷渣器28，冷渣器28的出口连接排渣装置29；用于收集燃煤中存在的无法被一次风推动的大颗粒粉尘。

炉膛5的顶部设置有水冷壁7，所述水冷壁7的出口连接汽水分离装置8的入口，汽水分离装置8的出口连接尾部烟道的入口。

声波发射装置包括扬声器9、压缩式驱动装置10、信号放大装置11、信号发生装置12和远端控制装置13，其中，扬声器9设置有若干个，均布在水平烟道6的两侧壁上；同时，扬声器9与压缩式驱动装置10连接，压缩式驱动装置10和信号放大装置11连接，信号放大装置11和信号发生装置12连接，信号发生装置12和远端控制装置13连接。

其中，远端控制装置13为燃煤电站dcs控制总端，其用于给信号发生装置12提供触发信号，信号发生装置12经过信号放大装置11将信号放大并传输到压缩式驱动器10上，通过压缩式驱动器10驱动扬声器9发出声波。

扬声器9可为喇叭；压缩式驱动装置10通过压缩空气产生高频振动气流，高频振动气流驱动喇叭发出声波。

扬声器9发出的声波引发烟气中细微颗粒的团聚作用，进而改变烟气粉尘的粒径分布，实现控制循环倍率的目标。基于声波团聚原理，在高强声场作用下，粉尘颗粒之间发生相对运动，从而导致颗粒的碰撞，对于这些小颗粒而言，范德华力和静电引力起主要作用，碰撞后极易粘在一起，团聚形成大颗粒。对于循环流化床锅炉，颗粒越大越容易被分离器15进行分离，经返料器17返回至炉膛5；颗粒越小越容易被中心筒14捕获，以飞灰形式排往尾部烟道。因此，声波发生装置可通过控制粒径分布直接控制物料循环倍率。

尾部烟道包括烟道本体、灰斗25和烟囱27，其中，烟道本体的出口连接灰斗25的入口，灰斗25的出口连接烟囱27的入口。

烟道本体内腔中，自烟道本体入口至出口依次设置有过滤器18、再热器19、省煤器20和空气预热器21，中心筒14的出口连接过滤器18的入口，过滤器18的出口依次经过再热器19和省煤器20连接空气预热器21的入口，空气预热器21的出口连接灰斗25的入口。

灰斗25的出口和烟囱27的入口之间设置有引风机26。

空气预热器21的空气入口连接有一次风机24和二次风机23。

一次风机24的出口还设置有一支路，该支路连接返料风机22的入口，返料风机22的出口连接返料风口16。

空气预热器21的空气出口连接炉膛5上的二次风口4。

一种基于声波技术实现循环流化床锅炉灵活性运行的系统的原理具体是：

燃煤产生的飞灰以及锅炉原有的循环灰在一次风的推动下经过水平烟道进入分离器，在旋风分离的原理下，大颗粒通过返料器返回至炉膛，小颗粒则通过中心筒经尾部烟道排至灰斗。对于燃煤中存在的无法被一次风推动的大颗粒，则通过底部的排渣装置排出炉外。为了维持锅炉的流化稳定性，在确定锅炉烟气出口温度的情况下，通过控制一次风的风量来控制锅炉物料的循环倍率，使其在有无声波发生装置投入情况下均可安全运行。

远端控制装置13与信号发生装置12连接，为了实现循环流化床锅炉系统循环倍率及床压灵活调整，进而实现锅炉负荷安全稳定快速调整，远端主控人员根据运行状态直接提供信号指令，指导声波发射装置运行；

信号发生装置12经信号放大装置11将信号传导至压缩式驱动器10，驱动扬声器9发出声波。扬声器9是由功率放大器来驱动，但信号发生装置的产生的信号不会也无法直接进入功率放大器，而是需要通过信号放大器来作预处理，然后再进入后级放大并推动扬声器。

扬声器9发出的声波引发烟气中细微颗粒的团聚作用，进而改变烟气粉尘的粒径分布，实现控制循环倍率的目标。基于声波团聚原理，在高强声场作用下，粉尘颗粒之间发生相对运动，从而导致颗粒的碰撞，对于这些小颗粒而言，范德华力和静电引力起主要作用，碰撞后极易粘在一起，团聚形成大颗粒。对于循环流化床锅炉，颗粒越大越容易被分离器15进行分离，经返料器17返回至炉膛5；颗粒越小越容易被中心筒14捕获，以飞灰形式排往尾部烟道。因此，声波发生装置可通过控制粒径分布直接控制物料循环倍率。

扬声器9根据循环流化床锅炉水平烟道结构型式均匀布置于两侧墙壁上。对于循环流化床锅炉，由于水平烟道通常布置有脱销喷枪，安装扬声器时需避开喷枪所在位置，以免相互干扰产生不利影响。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。