CN101449101A - 流化床反应器的锅炉水循环和流化床反应器 - Google Patents

Abstract

流化床锅炉的锅炉水循环和流化床锅炉，优选地是有锅炉水循环的超临界直流机组(OTU)锅炉，包括落水管和许多设置在流化床锅炉的炉子下面的水平入口集管，该集管基本上是锅炉炉子前壁的长度，入口集管的内径优选地是至少200mm，从而在炉子前壁和后壁中水管的延长段直接连接在所述的入口集管，和每根入口集管仅通过连接在入口集管终端的一根入口导管与落水管流动连通。入口集管优选地包括分别布置在炉子前壁和后壁下面的前壁室和后壁室以及布置在炉栅中间部分下面，优选地在风箱内部的炉栅室，从而使前壁和后壁的水管的延长段的第1部分直接分别连接到前壁室和后壁室，和前壁及后壁的水管的第2部分作为炉栅管平行炉栅延伸，并连接到炉栅室。

Description

流化床反应器的锅炉水循环和流化床反应器

技术领域

本发明涉及流化床锅炉(FB锅炉)的锅炉水循环和有这样的按照权利要求1序言部分的锅炉水循环的流化床锅炉。本发明特别涉及按直流原理操作的400MW_e超临界循环流化床锅炉(CFB)的锅炉水循环。

背景技术

在FB锅炉中，如在任何其他的热动力锅炉一样，预热的流入的水的蒸发，即沸腾，主要是在锅炉炉子的外壁的水管板内发生。要蒸发的水大多数或者从汽包锅炉的蒸汽汽包或者从直流电站锅炉中水的预热表面通过一根或多根落水管引入到锅炉的下部。落水管通常连接有许多入口导管，通过这些导管将水引入到布置在炉子下面的入口集管，入口集管的长度对应于炉壁的宽度。炉子外壁水管板中的水管依次连接在入口集管以便在水管中加热和蒸发水。外壁的水管上端连接到出口集管和管道，通过它们将蒸汽进一步引到水分离和过热装置。

为了能保证水在水管板水管中均匀的分布，通常落水管连接到大量的入口导管，这些导管在一端近似用相等的间隔连接在入口集管的整个长度上。例如，在专利说明书US 4,290,389号，US 3,399,656号中公开有这样大量入口导管的各种直流电站锅炉和US 3,369,526，US4,183,330公开FB锅炉的一个实例，它有许多入口线将蒸汽汽包的落水管连接到环形的入口集管，入口集管把水引入炉子的水管中。

落水管可以是基本垂直的，从而它一般终止在锅炉底平面的外侧或者它的下部可以转变成水平，然后能伸展到一个炉壁的下面。在后一种情况下，连接到壁的入口集管的入口导管，可能是相当短的。特别是，当有两根落水管时，它们可以优选地伸展在较长的侧壁下面，换句话说即前壁和后壁下面，或另一种是在较短的侧壁下面。

上述的锅炉水循环本身就是使锅炉运行的一种解决办法，但是在大型锅炉中它们可能变得相当复杂。当炉子的炉底炉栅也由蒸发管冷却和由于炉栅很大的尺寸使锅炉水循环变得特别复杂，在汽包锅炉中甚至需要，在炉栅的中心部分下面设置一个或多个入口集管沿纵向通过是有利的。特别是用流化床锅炉，所谓的炉栅室入口导管的布置是有问题的，因为还有流态化空气的入口室，所谓的风箱必须设置在流化床锅炉中炉栅下。如果希望风箱设置成一个大的没有分隔的结构，从空气均匀分布的观点这种结构是有利的，那么应该把炉栅室整体地设置在风箱中。因此，许多入口导管必须穿过风箱。

发明内容

本发明的一个目的是提供流化床锅炉的一种锅炉水循环，它减少了按照先有技术的流化床锅炉的锅炉水循环相关的问题。

特别是，本发明的目的是为操作在直流原理的超临界循环流化床锅炉提供一种简单和可靠的锅炉水循环。

本发明进一步的目的是提供有这样的锅炉水循环的流化床锅炉。

为了解决上述先有技术的问题，提供了流化床锅炉的一种锅炉水循环和有这样的锅炉水循环的流化床锅炉，在独立的设置权利要求的特征部分中提出它的特征部件。

因此，按照本发明的流化床锅炉的锅炉水循环包括落水管和许多设置在流化床锅炉的炉子下面的水平入口集管，该集管基本上是锅炉炉子前壁的长度，前壁和后壁的水管板，直接连接在入口集管的水管延长段和每个入口集管仅通过连接在入口集管终端的入口导管与落水管流动连通。

流化床锅炉的炉子通常水平截面是矩形和炉子的前壁和后壁通常称为炉子的长壁。炉子的短侧壁也可以优选地按照本发明进行冷却，但是对炉子较短的壁的给水使用许多入口导管以常规的方式执行是可能的。特别当炉子的长壁和短壁的长度互相很接近时讨论的第3种代替方案是按照本发明冷却炉子较短的壁而较长的壁用常规的方法。

当每根入口集管按照本发明与落水管流动连通时，优选地仅与一根落水管连通，仅通过连接在入口集管终端的一个入口导管，从而避免由许多入口导管造成的复杂性。连接到入口集管的终端指的是在这种连接中或者将入口导管平行连接到入口集管直接在它的终端或者将入口导管连接在入口集管的侧壁，但基本上连接到它的第1端。按照本发明的布置在大型循环流化床锅炉中是特别有利的，在大型锅炉中希望构成无间隔的风箱能使流态化空气均匀流动。而许多先有技术的入口线严重影响这种风箱的制造。

自然，按照本发明布置的缺点是入口集管的内径必须足够大以便能保证足够的锅炉水流量也可达到入口集管的远端。因此，入口集管所需的尺寸取决于所供水的总量，但是按照优选的实施例，入口集管的内径至少是200mm，最优选的是至少300mm。这样大的入口集管增加成本，但本发明的发明者已经意外地发现，用大型FB锅炉，特别是用超临界直流CFB锅炉，其功率输出至少是400MW_e，使用上述的锅炉水入口集管非常简单的布置是有利的。

特别当按照本发明的锅炉水循环是超临界直流循环时，提供特别简单和有利的布置，当仅有一根落水管时，因而每根入口集管与一根公共的落水管流动连通。

按照本发明优选的实施例，入口集管包括设置在炉子前壁下的前壁室，设置在炉子后壁下的后壁室和至少一个在炉子炉栅中心部分下面的所谓炉栅室。在这个优选的实施例中，通常将炉子前壁水管的延长段的第1部分直接连接在前壁室，相应地，将炉子后壁水管的延长段的第1部分直接连接在后壁室。按照这种布置，不是前壁和后壁的水管板的所有水管都连接到上述的前壁室和后壁室，而是将前壁和后壁水管的第2部分作为炉栅管平行于炉栅延伸到炉栅室。通过采用这种结构，有可能对所有的炉栅管也提供均匀的锅炉水分配。炉栅室优选地布置在炉栅下，风箱内。

由于炉栅管的强度要求高于对前壁和后壁水管的要求，和由于炉栅管之间必须为流态化空气的喷嘴留下足够的空间，所以通常炉栅管有比各壁水管大的直径。因此，每根炉栅管优选地用特殊的接头部件连接到前壁和后壁中上述水管第2部分的水管。

在大型锅炉中有两个炉栅室是有利的，因而将前壁水管的延长段的第2部分优选地连接到第1炉栅室和将后壁水管的延长段的第2部分连接到第2炉栅室。第1和第2部分水管优选地在前壁和后壁中交替，因而例如，前壁的每根第2水管与前壁室连接而它们的其余部分与第1炉栅室连接。

大的入口集管的一种显著的附加优点是可将它们设置成炉子下部的支持结构，从而减小其他支持结构的数量。特别是在大型FB锅炉中，当按照本发明优选的实施例大的炉栅室构成它的一部分时，有可能简化炉栅中心部分的支持。

附图说明

参考附图更详细地讨论本发明，附图有：

图1示意地说明包括按照本发明优选实施例的锅炉水循环的循环流化床锅炉的侧视图，

图2示意地说明包括按照本发明优选实施例的锅炉水循环的循环流化床锅炉下部的垂直剖面图，

图3示意地说明按照本发明优选实施例的循环流化床锅炉的锅炉水管下部的细节。

具体实施方式

图1说明按照本发明优选实施例的CFB锅炉10，它包括炉子12。按照本发明的锅炉可以是自然循环的锅炉，换句话说，汽包锅炉，但是最优选的是在图1中说明的例如超临界直流电站锅炉。炉子的水平剖面一般是矩形，它由底、顶、和侧壁限定，在图中表示它的一个长侧壁，所谓的前壁14。限定炉子的壁是按常规方式制造为水管壁结构，换句话说由水管16和之间气密连接的翅片组成。水管和翅片构成用于沸腾水的水管板18，即把预热的给水变换成蒸汽。

所谓的风箱20布置在炉子下面用于向炉子供给燃烧燃料和使流化床流态化所需要的主要气体，基本上是空气。CFB锅炉的其他常规部分，如燃料入口机构、烟道气排放通道和底灰以及颗粒分离器和相关的回程管道也连接到炉子。为了简化，与本发明无关的这些细节没有公开在图1中。

从水预热表面即所谓的废气预热器来的预热的给水22，和从蒸汽分离器24回来的可能的液体通过落水管26引入到炉底的水平，从那里通过入口导管28分配到锅炉侧壁中蒸发器管的入口集管30。按照常规的技术，沿着入口集管的整个长度用近似相等的间隔连接多个入口导管。但是，本发明的特征是，每根入口集管30与落水管26的流动连通仅通过连接在入口集管终端的一根入口导管28来实现。为了能够做到这一点，入口集管30的直径自然必须是够大，显著地大于先有技术布置中的尺寸。按照本发明入口集管的内径优选地是至少200mm，最优选地是至少300mm。按照本发明的入口管道的结构非常简单，它既不会影响连接在炉子下部的设备的位置，也不会影响例如，宽阔的无间隔的风箱20的构造。

将从入口集管30来的水引入到水管板18蒸发并进一步变成蒸汽到出口集管32。如果锅炉是所谓的汽包锅炉，那么在板中驱动水和蒸汽向上的力是在汽包的落水管中的液柱重量。如果锅炉依次是所谓的强制循环锅炉，特别是所谓的超临界直流锅炉，驱动力是由水循环的泵(在图1中未表示)产生的压力。将从出口集管32来的蒸汽，可能仍含有某些液态水，由收集管34引入到水和蒸汽分离装置24。蒸汽在蒸汽管道36中继续前进到例如，设置在烟道气通道中的过热器。

图2示意地说明有按照本发明优选实施例的水循环的流化床锅炉的炉子12下部的简化垂直剖面。图2表示由炉子12的水管板构成的前壁14和后壁38，以及风箱20。图2还示意地说明风箱20有设置在炉栅管42之间的流态化气体喷嘴40。

在前壁14和后壁38中水管第1部分的延长段44、46分别直接连接在前壁室48和后壁室50。前壁室48和后壁室50两者都以图1中所示的方法仅通过连接在该定终端的一根入口导管连接到落水管。因而由于没有其他入口导管连接到入口集管，按照本发明，炉子12的每个截面是简单的，没有入口集管的入口导管影响其他设备连接到炉子12的下部。

在图2的实施例中，有两个另外的入口集管布置在风箱20内，所谓的第1和第2炉栅室52、54。将炉栅管42连接在炉栅室，每个炉栅室优选地用下面描述的方法连接到前壁14或后壁38的水管。因为炉栅室52、54也用在图1中所示的方法通过连接在该室终端的一根入口导管连接到落水管，所以没有入口导管连接在炉栅室52、54的中心部分，不然的话这些导管将妨碍无间隔风箱的构成。沿着锅炉壁的整个长度伸展的炉栅室52、54也显著地加强炉栅的结构所以减小对其他支持结构的需求。

图3示意地说明按照本发明优选实施例的循环流化床锅炉中锅炉水管下部的细节。这个图表示前壁室48、第1炉栅室52和连接在那里的水管。自然，该图也可以相应地说明连接在后壁室和第2炉栅室的水管。如前面结合图2所表示的那样，优选地将炉栅管纵向地布置在炉栅剖面的中心部分，所以平行于炉栅的炉栅管42大致水平部分的长度近似是炉栅整个宽度的一半。

连接在第1炉栅室52的炉栅管42首先从炉栅室向上走一段距离，然后转向平行于炉栅朝向前壁14，到前壁它们又转向朝上。由于炉栅管的直径优选地是大于炉壁中水管54，54’的直径，优选地用接头部件56将炉栅管连接到炉壁的水管54’。有利地，炉壁管的每个第2根管属于所谓的水管的第1部分54，它的延长段44直接连接到前壁室48，而其他的管子属于所谓的第2部分54’，通过接头部件56将它们连接在炉栅管42沿着炉栅到第1炉栅管52。

已经参考某些示范的布置描述了本发明。已经给出的这些布置不是限制本发明的范围，本发明仅由专利的权利要求书和其中给出的定义所限定。

Claims (13)

1.流化床锅炉的锅炉水循环，包括落水管和许多设置在流化床锅炉的炉子下面的水平入口集管，该集管基本上是锅炉炉子前壁的长度，包括前壁和后壁的水管板，直接连接在入口集管的水管延长段，其特征在于每根入口集管仅通过连接在入口集管终端的入口导管与落水管流动连通。

2.按照权利要求1所述的锅炉水循环，其特征在于锅炉水循环是超临界直流循环。

3.按照权利要求1或2所述的锅炉水循环，其特征在于每根入口集管仅与一根落水管流动连通。

4.按照权利要求3所述的锅炉水循环，其特征在于每根入口集管与公共的落水管流动连通。

5.按照权利要求4所述的锅炉水循环，其特征在于入口集管包括炉子前壁下的前壁室，和布置在炉子后壁下的后壁室和至少一个在炉栅中心部分下的炉栅室。

6.按照权利要求5所述的锅炉水循环，其特征在于前壁中水管延长段的第1部分是直接连接前壁室，而在后壁中水管延长期的第1部分是直接连接后壁室，以及前壁和后壁水管的第2部分平行于炉栅延伸作为炉栅管连接到炉栅室。

7.按照权利要求6所述的锅炉水循环，其特征在于在前壁和后壁中水管的直径是小于炉栅管的直径以及前壁和后壁水管的第2部分的每根水管是通过接头部件连接到炉栅管。

8.按照权利要求7所述的锅炉水循环，其特征在于入口集管包括两个炉栅室，和前壁中水管延长段的第2部分连接到第1炉栅室，和后壁中水管延长段的第2部分连接到第2炉栅室。

9.按照权利要求1所述的锅炉水循环，其特征在于入口集管的内径至少为200mm。

10.按照权利要求9所述的锅炉水循环，其特征在于入口集管的内径至少为300mm。

11.按照权利要求5所述的锅炉水循环，其特征在于将炉栅室布置在流化床锅炉的风箱内。

12.按照权利要求5所述的锅炉水循环，其特征在于布置的炉栅室作用如炉栅的支持元件。

13.一种流化床锅炉，其特征在于锅炉包括按照权利要求1-12中一项所述的锅炉水循环。

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