CN101986024A - 一种循环流化床锅炉各级过热器的布置结构 - Google Patents

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Abstract

一种循环流化床锅炉各级过热器的布置结构，包含布置在锅炉尾部对流烟道内的省煤器、管路连接所述省煤器的汽包、以及管路连接所述汽包的炉膛水冷壁，还包含若干通过管路连接组成密闭回路的尾部包复过热器、低温过热器、高温级过热器，所述的高温级过热器布置在锅炉的炉膛内，高温级过热器的吸热量占整个过热器系统的吸热量份额的48-58%。本发明使锅炉各级过热器在各种负荷下的汽温和壁温特性得到大大改善，提高了锅炉运行的安全性和使用寿命。

Description

一种循环流化床锅炉各级过热器的布置结构
 
技术领域
本发明涉及循环流化床锅炉，尤其涉及一种循环流化床锅炉各级过热器的布置结构。
背景技术
循环流化床燃烧技术最早来源于化工工业的催化裂化，其目的是控制燃烧温度，使催化剂在最佳的反应温度区间，提高催化剂的利用率，德国鲁奇（Lurgi）公司最先把该技术使用到燃煤锅炉，开发出了工业上广泛运用的循环流化床锅炉燃烧技术。
循环流化床锅炉的主要特点是锅炉炉膛内含有大量的物料，在燃烧过程中大量的物料被烟气携带到炉膛上部，经过布置在炉膛出口的分离器，将物料与烟气分开，并经过非机械式回送阀将物料回送至炉膛燃烧室，在向燃烧室源源不断加入燃料的同时加入脱硫剂（如石灰石等），由于燃料和脱硫剂在炉膛燃烧室、分离器组成的循环回路内多次循环燃烧，通常控制循环流化床锅炉燃烧室温度在840℃～900℃这样一个最有利于脱硫剂反应的温度区间，使得该装置具有较高的燃烧效率和较高的脱硫剂利用率。
从燃烧意义上定义循环流化床燃烧技术属于中温或低温的空间燃烧，与我们通常提到的煤粉锅炉燃烧技术（PC炉）有较大的差别，煤粉锅炉燃烧温度要比循环流化床高得多，一般在1300℃以上，另外循环流化床燃烧室内物料浓度要比煤粉锅炉高得多，因此燃烧方式和燃烧温度的差别决定了循环流化床锅炉炉膛以及布置在炉内的受热面、尾部对流受热面的传热特性与煤粉锅炉也存在非常大的差异。因此在流化床锅炉过热器受热面的布置上，炉膛过热器和尾部过热器吸热份额的分配对CFB锅炉各级过热器汽温和管壁温度特性的影响非常大，而目前大多数的循环流化床锅炉在设计对循环流化床锅炉在负荷变化过程中动态传热特性的掌握程度不够，造成CFB锅炉在变负荷运行过程中经常发生过热器系统管子超温或喷水量过大的现象，严重影响了锅炉安全稳定运行。
锅炉受热面的热量传递大部分通过对流和辐射传热，按照对流和辐射的原理，影响对流传热的主要因素是介质的流速，对锅炉设备主要是燃料燃烧所产生的烟气在流过受热面时的流速，辐射传热主要与介质温度有关。锅炉受热面的布置根据烟气的流程的不同，传热的特性也不同，通常布置在炉膛等高温区的受热面，热量主要通过辐射的方式进行热量传递，而布置在锅炉尾部对流烟道的受热面，由于烟气温度低，热量传递主要是以对流传热为主。锅炉在运行中，各部位的烟气温度随着锅炉负荷的变化而变化，因此沿着烟气流程上的各级受热面传热特性也将随着锅炉负荷的变化发生较大的变化，一般地，在锅炉受热面中以辐射传热的热量随锅炉负荷变化比较缓慢，而对流传热随负荷变化比较显著。因此研究CFB锅炉各级过热器受热面传热随着负荷的变化而变化的特性，可以通过合理布置CFB锅炉各级过热器受热面沿烟气流程的位置以及吸热份额（每级过热器吸热量占整个过热器吸热量的比例），利用辐射传热与对流传热随锅炉负荷变化而不同的特性来改善锅炉各级过热器受热面的汽温和管壁温度特性。
过热器分级的定义：对于锅炉过热器分级布置的定义，从通常意义上来说如果级过热器受热面进出口蒸汽温度不连续，之间有汽温控制的装置或调节措施，认为是分级的，如高温级过热器和中温级过热器之间有喷水减温器来调节温度，如果没有可以认为是一级过热器。
 
发明内容
本发明提供的一种循环流化床锅炉各级过热器的布置结构，使锅炉各级过热器在各种负荷下的汽温和壁温特性得到大大改善，提高了锅炉运行的安全性和使用寿命。
为了达到上述目的，本发明一种循环流化床锅炉各级过热器的布置结构，包含布置在锅炉尾部对流烟道内的省煤器、管路连接所述省煤器的汽包（或者汽水分离器）、以及管路连接所述汽包（或者汽水分离器）的炉膛水冷壁。
所述的循环流化床锅炉各级过热器的布置结构还包含若干通过管路连接组成密闭回路的尾部包复过热器、低温过热器、高温级过热器。
所述的高温级过热器可以单级布置，也可以多级布置。
所述的多级布置的高温级过热器包含管路连接的中温过热器和高温过热器（又称末级过热器）。
所述的循环流化床锅炉各级过热器的布置结构还包含再热器系统，该再热器系统包含若干通过管路连接组成密闭回路的低温再热器、高温再热器（又称末级再热器）。
所述的高温级过热器布置在锅炉的炉膛内，所述的低温过热器布置在锅炉的尾部烟道内。
所述的高温再热器布置在在锅炉的炉膛内，所述的低温再热器布置在锅炉的尾部烟道内。
本发明具有以下优点：
1、循环流化床锅炉过热器高温级过热器布置在炉膛内，布置在炉膛燃烧室内的高温级过热器受热面吸热量占整个过热器系统的吸热量在48-58%的份额范围内，可以得到良好的汽温特性，各级过热器受热面管子的壁温也得到大大的改善，只要锅炉在设计中满足满负荷各级过热器受热面不超温，低负荷时也不会超温，提高锅炉低负荷运行的安全性。
2、对于循环流化床锅炉，炉内布置高温级过热器，增加了传热温压，同时使锅炉受热面布置简单，从循环流化床锅炉发展趋势来看，超临界，超超临界循环流化床锅炉由于过热（再热）蒸汽温度的提高，必须要求高温级受热器具有一定的传热温压，循环流化床锅炉的燃烧特性是低温燃烧，要在锅炉各种负荷下获得尽量高的传热温压，减少过热器受热面。
3、锅炉过热器辐射和对流特性良好的匹配，锅炉在各种负荷下具有好的汽温特性，使过热器各级减温器喷水变化小，在设计中可以减少减温器喷水量的设计。
4、各级过热器的汽温、壁温变化平稳且变化幅度小，有利于减少受热面管子的交变应力，提高受热面的安全性和使用寿命。
 
附图说明
图1是本发明提供的循环流化床锅炉各级过热器的布置结构的第一实施例的结构示意图；
图2是本发明提供的循环流化床锅炉各级过热器的布置结构的第二实施例的结构示意图；
图3是本发明提供的循环流化床锅炉各级过热器的布置结构的第三实施例的结构示意图；
图4是采用本发明后循环流化床锅炉各级过热器蒸汽温度与负荷的变化曲线。
 
具体实施方式
以下根据图1～图4，具体说明本发明的较佳实施例：
如图1所示，是本发明提供的循环流化床锅炉各级过热器的布置结构的第一实施例的结构示意图，锅炉给水通过给水管道1进入布置在尾部对流烟道内的省煤器10，加热后通过省煤器至锅炉汽包连接管道11进入汽包20，汽包内的水通过下降管21进入水冷壁下集箱2，水在炉膛水冷壁3（3a、3b、3c、3d为膜式水冷壁的四个墙）中加热后形成汽水混合物由炉膛至汽包连接管道22进入汽包20，汽包20把水冷壁3中形成的汽水混合物进行汽水分离，水进入下降管21，饱和蒸汽通过汽包至尾部包复过热器连接管道29把蒸汽引入到尾部包复过热器30，加热后的蒸汽进入布置在尾部对流烟道中的低温过热器31，经过一级喷水减温器32后，过热蒸汽进入布置在锅炉炉膛内的中温过热器35，然后再经过二级喷水减温器38进入布置在锅炉炉膛内的高温过热器40，合格的蒸汽从锅炉引出至汽轮发电机，本实例中，沿蒸汽流程的高温级过热器中的中温过热器35和高温过热器40布置在炉膛内，并且吸热量占整个过热器系统的吸热量份额48-58%，各级过热器都具有良好的汽温和壁温特性。
如图2所示，是本发明提供的循环流化床锅炉各级过热器的布置结构的第二实施例的结构示意图，锅炉给水进入布置在尾部对流烟道内的低温省煤器10，加热后进入高温省煤器12，然后由锅炉汽包连接管道11进入汽包20，汽包内的水通过下降管21进入水冷壁下集箱2，水在炉膛水冷壁3（3a、3b、3c、3d为膜式水冷壁的四个墙）中加热后形成汽水混合物由炉膛至汽包连接管道22进入汽包20，汽包20把水冷壁3中形成的汽水混合物进行汽水分离，水进入下降管21，饱和蒸汽通过汽包至尾部包复过热器连接管道29把蒸汽引入到尾部包复过热器30，本实例中，尾部包复为双烟道的布置，加热后的蒸汽进入布置在尾部对流双烟道中的低温过热器31，经过一级喷水减温器32后，过热蒸汽进入布置在锅炉炉膛内的中温过热器35，然后再经过二级喷水减温器38进入布置在锅炉炉膛内的高温过热器40，合格的蒸汽从锅炉引出至汽轮发电机，再热蒸汽首先进入尾部低温再热器51，低温再热器51布置在尾部对流双烟道中的另外一个烟道中，然后经过再热器喷水减温器53进入布置在炉膛内的高温再热器55，合格的再热蒸汽引出锅炉进入汽轮发电机。本实例中，沿蒸汽流程的高温级过热器中的中温过热器35和高温过热器40布置在炉膛内，并且吸热量占整个过热器系统的吸热量份额48-58%的范围内，各级过热器受热面具有良好的汽温和壁温特性。
如图3所示，是本发明提供的循环流化床锅炉各级过热器的布置结构的第三实施例的结构示意图，锅炉给水进入布置在尾部对流烟道内的低温省煤器10，加热后进入高温省煤器12，然后由连接管道11进入炉膛水冷壁下集箱，水在炉膛水冷壁3（3a、3b、3c、3d为膜式水冷壁的四个墙）中加热后形成汽水混合物或过热蒸汽后由炉膛至汽包连接管道22进入汽水分离器20，汽水分离器20把水冷壁3中形成的汽水混合物进行汽水分离（在锅炉启动阶段或低负荷时），水进入启动系统，蒸汽通过汽包至尾部包复过热器连接管道29把蒸汽引入到尾部包复过热器30，本实例中，尾部包复为双烟道的布置，加热后的蒸汽进入布置在尾部对流双烟道中的低温过热器31，经过一级喷水减温器32后，过热蒸汽进入布置在锅炉炉膛内的中温过热器35，然后再经过二级喷水减温器38进入布置在锅炉炉膛内的高温过热器40，合格的蒸汽从锅炉引出至汽轮发电机，再热蒸汽首先进入尾部低温再热器51，低温再热器布置在尾部对流双烟道中的另外一个烟道中，然后经过再热器喷水减温器53进入布置在炉膛内的高温再热器55，合格的再热蒸汽引出锅炉进入汽轮发电机。本实例中，沿蒸汽流程的高温级过热器中的中温过热器35和高温过热器40布置在炉膛内，并且吸热量占整个过热器系统的吸热量份额48-58%的范围内，各级过热器受热面具有良好的汽温和壁温特性。
如图4所示，是采用本发明后循环流化床锅炉各级过热器蒸汽温度与负荷的变化曲线，从图4可以看出，由于布置在炉膛内的过热器具有良好的辐射特性，高温过热器出口温度按照常规意义的锅炉蒸汽发生装置的要求是控制在某一恒定值（本案例为540℃），随着负荷的降低，高温过热器进口的温度随着负荷的降低而降低，沿着蒸汽的流程，中温过热器进出口的温度也随着负荷的降低而降低，这就说明锅炉在变负荷运行过程中，各级过热器进出温度都比满负荷（BMCR）时低，因此在锅炉设计中只要满足锅炉满负荷时各级受热面的安全性，锅炉在其它低负荷时安全，不会发生CFB锅炉在低负荷超温爆管的现象。
在锅炉整个过热器蒸汽流程中，蒸汽温度最高，在布置中通常使用耐高温性能好的材料（如：SA213T91、SUS304、SA213TP347等），往往温度波动会造成材料的疲劳损坏。本发明强调循环流化床锅炉最末级高温过热器布置在炉膛内，因为其对于循环流化床锅炉炉膛燃烧温度随负荷的变化比较缓慢，而末级过热器出口的蒸汽温度是可以通过减温喷水或其它燃烧调整手段来进行控制的，因此在锅炉负荷变化过程中，高温过热器的壁温比较稳定，壁温波动小，提高了高温级过热器受热面的安全性。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种循环流化床锅炉各级过热器的布置结构，包含布置在锅炉尾部对流烟道内的省煤器、管路连接所述省煤器的汽包、以及管路连接所述汽包的炉膛水冷壁，还包含若干通过管路连接组成密闭回路的尾部包复过热器、低温过热器、高温级过热器，其特征在于，
所述的高温级过热器布置在锅炉的炉膛内。
2.如权利要求1所述的循环流化床锅炉各级过热器的布置结构，其特征在于，所述的高温级过热器的吸热量占整个过热器系统的吸热量份额的48-58%。
3.如权利要求1所述的循环流化床锅炉各级过热器的布置结构，其特征在于，所述的低温过热器布置在锅炉的尾部烟道内。
4.如权利要求1所述的循环流化床锅炉各级过热器的布置结构，其特征在于，所述的高温级过热器单级布置，或者多级布置。
5.如权利要求4所述的循环流化床锅炉各级过热器的布置结构，其特征在于，所述的多级布置的高温级过热器包含管路连接的中温过热器和高温过热器。
6.如权利要求1所述的循环流化床锅炉各级过热器的布置结构，其特征在于，所述的循环流化床锅炉各级过热器的布置结构还包含再热器系统。
7.如权利要求6所述的循环流化床锅炉各级过热器的布置结构，其特征在于，所述的再热器系统包含若干通过管路连接组成密闭回路的低温再热器、高温再热器。
8.如权利要求7所述的循环流化床锅炉各级过热器的布置结构，其特征在于，所述的高温再热器布置在在锅炉的炉膛内。
9.如权利要求7所述的循环流化床锅炉各级过热器的布置结构，其特征在于，所述的低温再热器布置在锅炉的尾部烟道内。
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