本發(fā)明涉及燃煤發(fā)電，具體涉及用于快速變負(fù)荷鍋爐厚壁元件應(yīng)力調(diào)控的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、我國未來能源消費(fèi)增量主要來自清潔能源，但以風(fēng)能和太陽能為主的新能源具有隨機(jī)性和間歇性缺點(diǎn)，為充分消納新能源，越來越多的火電機(jī)組頻繁參與調(diào)峰任務(wù)。調(diào)峰任務(wù)要求鍋爐具有較高的變負(fù)荷速率。與穩(wěn)態(tài)不同，鍋爐在快速變負(fù)荷過程中，由于厚壁元件的蓄熱作用，蒸汽參數(shù)發(fā)生滯后，使得厚壁元件的內(nèi)外壁面出現(xiàn)溫差，產(chǎn)生瞬態(tài)熱應(yīng)力。這導(dǎo)致厚壁元件的應(yīng)力水平激增，嚴(yán)重影響厚壁元件的安全性和壽命。這一現(xiàn)象在高變負(fù)荷速率下更為明顯。因此，有必要對快速變負(fù)荷鍋爐厚壁元件的瞬態(tài)應(yīng)力進(jìn)行控制。

2、由于鍋爐高頻率、高變負(fù)荷速率調(diào)峰是當(dāng)前鍋爐技術(shù)發(fā)展的新課題，相關(guān)應(yīng)力調(diào)控研究較少。目前針對應(yīng)力調(diào)控的方式主要由兩種，一是利用補(bǔ)償裝置來抵消熱應(yīng)力的影響，二是通過電加熱等方式來提高工質(zhì)側(cè)的金屬壁溫，從而減少溫差，達(dá)到熱應(yīng)力降低的目的。前者的應(yīng)用場景有限，對于某些厚壁元件，如汽水分離器，一般難以通過補(bǔ)償器來減小應(yīng)力。后者這種應(yīng)力調(diào)控方式不適用于具有高頻率、高變負(fù)荷速率的調(diào)峰鍋爐。尤其在鍋爐的降負(fù)荷階段，此時(shí)厚壁元件的內(nèi)壁溫度低于外壁溫度，如果繼續(xù)電加熱外壁面會導(dǎo)致厚壁元件的熱應(yīng)力進(jìn)一步升高，威脅厚壁元件的安全性。此外，電加熱設(shè)備的初始投資大，運(yùn)行時(shí)需要消耗高品位電能，經(jīng)濟(jì)性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供用于快速變負(fù)荷鍋爐厚壁元件應(yīng)力調(diào)控的裝置，以解決上述技術(shù)問題。

2、本發(fā)明的目的在于還提供用于快速變負(fù)荷鍋爐厚壁元件應(yīng)力調(diào)控的方法。

3、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的用于快速變負(fù)荷鍋爐厚壁元件應(yīng)力調(diào)控的裝置，包括工質(zhì)引入管、第一集箱、集箱支管、第二集箱以及工質(zhì)引出管；所述工質(zhì)引入管與所述第一集箱連接，以將溫度與所述厚壁元件的內(nèi)部工質(zhì)同步升高或降低的外部工質(zhì)輸入所述第一集箱中，所述第一集箱用于將外部工質(zhì)分配到各個(gè)所述集箱支管中；所述第二集箱用于匯集各所述集箱支管的外部工質(zhì)，所述工質(zhì)引出管用于輸出匯集的外部工質(zhì)；所述第一集箱環(huán)繞于所述厚壁元件的一端，所述第二集箱環(huán)繞于所述厚壁元件的另一端，各個(gè)所述集箱支管從所述第一集箱的各個(gè)出口連通至所述第二集箱的各個(gè)入口；所述第一集箱、集箱支管、第二集箱均貼合于所述厚壁元件的外壁面，以在所述厚壁元件的內(nèi)部工質(zhì)溫度發(fā)生變化時(shí)，由外部工質(zhì)通過換熱間接地加熱或冷卻所述壁厚元件的外壁面。

4、可選地，所述集箱支管以并行的結(jié)構(gòu)包覆于所述厚壁元件的外壁面；或者，所述集箱支管以纏繞的結(jié)構(gòu)包覆于所述厚壁元件的外壁面；或者，所述集箱支管以網(wǎng)格的結(jié)構(gòu)包覆于所述厚壁元件的外壁面。

5、可選地，所述厚壁元件的外壁面設(shè)有分支部位，所述集箱支管之間形成有對應(yīng)于所述分支部位的避讓區(qū)域。

6、可選地，所述集箱支管通過彎折變向避讓所述分支部位，位于所述分支部位兩側(cè)的所述集箱支管的間距先逐漸減小再逐漸增大。

7、可選地，所述集箱支管中距離所述分支部位較近的所述集箱支管的彎折變向幅度大于距離所述分支部位較遠(yuǎn)的所述集箱支管的彎折變向幅度。

8、可選地，所述外部工質(zhì)為蒸汽，汽輪機(jī)的第三抽汽點(diǎn)設(shè)有第三抽汽管路，汽輪機(jī)的第四抽汽點(diǎn)設(shè)有第四抽汽管路，所述第三抽汽管路與第四抽汽管路的旁路以混合的方式連接后與所述工質(zhì)引入管相連通。

9、可選地，還包括：

10、第一溫度檢測裝置，設(shè)于所述厚壁元件，用于檢測所述厚壁元件內(nèi)部工質(zhì)的溫度；

11、第二溫度檢測裝置，設(shè)于所述工質(zhì)引入管，用于檢測所述外部工質(zhì)在與所述厚壁元件進(jìn)行熱交換之前的溫度；

12、第一流量調(diào)控裝置，設(shè)于所述第三抽汽管路的旁路，用于根據(jù)所述第一溫度檢測裝置和第二溫度檢測裝置的差值，增大或減小第三抽汽管路的旁路的流量，以控制進(jìn)入所述工質(zhì)引入管的水蒸氣溫度，使外部工質(zhì)的溫度與所述厚壁元件的內(nèi)部工質(zhì)同步升高或降低；

13、第二流量調(diào)控裝置，設(shè)于所述第四抽汽管路的旁路，用于根據(jù)所述第一溫度檢測裝置和第二溫度檢測裝置的差值，減小或增大第四抽汽管路的旁路的流量，以控制進(jìn)入所述工質(zhì)引入管的水蒸氣溫度，使外部工質(zhì)的溫度與所述厚壁元件的內(nèi)部工質(zhì)同步升高或降低。

14、可選地，所述外部工質(zhì)為蒸汽，汽輪機(jī)再熱蒸汽的低溫段設(shè)有低溫蒸汽抽汽管路，汽輪機(jī)再熱蒸汽的高溫段設(shè)有高溫蒸汽抽汽管路，所述低溫蒸汽抽汽管路與高溫蒸汽抽汽管路以混合的方式連接后與所述工質(zhì)引入管相連通。

15、可選地，還包括：

16、第一溫度檢測裝置，設(shè)于所述厚壁元件，用于檢測所述厚壁元件內(nèi)部工質(zhì)的溫度；

17、第二溫度檢測裝置，設(shè)于所述工質(zhì)引入管，用于檢測所述外部工質(zhì)在與所述厚壁元件進(jìn)行熱交換之前的溫度；

18、第一流量調(diào)控裝置，設(shè)于所述低溫蒸汽抽汽管路，用于根據(jù)所述第一溫度檢測裝置和第二溫度檢測裝置的差值，增大或減小低溫蒸汽抽汽管路的流量，以控制進(jìn)入所述工質(zhì)引入管的水蒸氣溫度，使外部工質(zhì)的溫度與所述厚壁元件的內(nèi)部工質(zhì)同步升高或降低；

19、第二流量調(diào)控裝置，設(shè)于所述高溫蒸汽抽汽管路，用于根據(jù)所述第一溫度檢測裝置和第二溫度檢測裝置的差值，減小或增大高溫蒸汽抽汽管路的流量，以控制進(jìn)入所述工質(zhì)引入管的水蒸氣溫度，使外部工質(zhì)的溫度與所述厚壁元件的內(nèi)部工質(zhì)同步升高或降低。

20、可選地，所述外部工質(zhì)為導(dǎo)熱油。

21、可選地，還包括：

22、第一溫度檢測裝置，設(shè)于所述厚壁元件，用于檢測所述厚壁元件內(nèi)部工質(zhì)的溫度；

23、第二溫度檢測裝置，設(shè)于所述工質(zhì)引入管，用于檢測導(dǎo)熱油在與所述厚壁元件進(jìn)行熱交換之前的溫度；

24、導(dǎo)熱油調(diào)控裝置，用于根據(jù)所述第一溫度檢測裝置和第二溫度檢測裝置的差值，調(diào)整導(dǎo)熱油的加熱量或質(zhì)量流量，以控制進(jìn)入所述工質(zhì)引入管的導(dǎo)熱油的溫度，使導(dǎo)熱油的溫度與所述厚壁元件的內(nèi)部工質(zhì)同步升高或降低。

25、可選地，所述外部工質(zhì)的溫度控制在所述厚壁元件的外壁溫度與內(nèi)部工質(zhì)溫度之間。

26、可選地，所述厚壁元件包括汽水分離器、高溫集箱或汽包。

27、可選地，所述集箱支管與厚壁元件之間的縫隙填充有導(dǎo)熱材料。

28、可選地，所述第一集箱、集箱支管、第二集箱的橫截面為圓管、半圓管或方管。

29、為實(shí)現(xiàn)上述另一目的，本發(fā)明用于快速變負(fù)荷鍋爐厚壁元件應(yīng)力調(diào)控方法，其利用上述任一項(xiàng)所述的用于快速變負(fù)荷鍋爐厚壁元件應(yīng)力調(diào)控的裝置，步驟包括：

30、s01.鍋爐穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，應(yīng)力調(diào)控裝置不啟動(dòng)，保持靜默狀態(tài)；

31、s02.鍋爐快速變負(fù)荷運(yùn)行，應(yīng)力調(diào)控裝置啟動(dòng)，外部工質(zhì)進(jìn)入應(yīng)力調(diào)控裝置與厚壁元件發(fā)生換熱；外部工質(zhì)溫度與厚壁元件的內(nèi)部工質(zhì)溫度同步變化；同時(shí)，根據(jù)鍋爐的變負(fù)荷速率調(diào)整外部工質(zhì)流量；

32、s03.鍋爐變負(fù)荷運(yùn)行結(jié)束，應(yīng)力調(diào)控裝置再繼續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間t后關(guān)閉。

33、本發(fā)明所提供的用于快速變負(fù)荷鍋爐厚壁元件應(yīng)力調(diào)控裝置及方法，可根據(jù)鍋爐的快速變負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)，調(diào)整外部工質(zhì)進(jìn)入應(yīng)力調(diào)控裝置的溫度和流量，利用應(yīng)力調(diào)控裝置內(nèi)流通的外部工質(zhì)與厚壁元件外壁面換熱，實(shí)現(xiàn)對厚壁元件的應(yīng)力調(diào)控，降低了厚壁元件在快速變負(fù)荷過程中的應(yīng)力水平，延長厚壁元件的使用壽命，具有成本低、適應(yīng)性廣、易于實(shí)施和改造方便的優(yōu)點(diǎn)。