CN102012016B - 一种具有双回程式蒸发受热面的超临界循环流化床锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明说明一种具有双回程式蒸发受热面的超临界循环流化床锅炉，其特征是，该锅炉包含与炉膛水冷壁出口集箱连接的下降段水冷屏进口集箱，与下降段水冷屏进口集箱连接的下降段水冷屏，与下降段水冷屏连接的水冷屏连接集箱，与水冷屏连接集箱连接的上升段水冷屏，与上升段水冷屏连接的上升段水冷屏出口集箱；下降段水冷屏和上升段水冷屏采用双回程的布置方式。本发明采用双回程的布置方式，使炉膛出口集箱和下降段水冷屏进口集箱都布置在炉膛顶部，减少管道的连接的长度，可要求更少的炉膛水冷壁受热面积，使炉膛高度可以降低。

Description

一种具有双回程式蒸发受热面的超临界循环流化床锅炉

技术领域

本发明涉及一种循环流化床锅炉，具体涉及一种具有双回程式蒸发受热面的超临界循环流化床锅炉。 

背景技术

随着循环流化床锅炉从亚临界参数向超临界参数发展，炉膛水循环系统的布置方式，炉膛蒸发受热面的水动力安全将成为一种关键技术，超临界参数要求工质经过炉膛水冷壁，以及其它蒸发受热面以后，形成具有一定过热度的过热蒸汽，因此工质在炉膛中吸热量占工质总吸热量的比例越来越高，在超临界循环流化床锅炉炉膛中，工质总吸热量的60%-70%左右要求由炉膛水冷系统吸收，这需要锅炉在炉膛内布置更多的蒸发受热面。同时相对于煤粉锅炉，循环流化床炉膛温度较低，炉内所需的受热面积也远远大于常规的煤粉燃烧锅炉。 

目前，现有技术的循环流化床水冷系统的布置通常采用以下几种流程和布置方式： 

如图1所示，现有的一种循环流化床水冷系统1包含省煤器11，通过管道与省煤器11连接的炉膛水冷壁进口集箱12，与炉膛水冷壁进口集箱12连接的炉膛13，与炉膛13连接的炉膛水冷壁出口集箱14，以及与炉膛水冷壁出口集箱14通过管道连接的汽水分离器15，该汽水分离器15得出口分别通过管道连接启动系统和锅炉过热器系统。该循环流化床水冷系统1只在炉膛13内布置蒸发受热面（炉膛前墙水冷壁131、炉膛后墙水冷壁132、炉膛右侧墙水冷壁133和炉膛左侧墙水冷壁134），同时，采用增加炉膛13高度的方式来满足超临界循环流化床锅炉吸热的需要。该种装置的缺点在于，使用这种布置方式造成锅炉炉膛高、锅炉成本高。

如图2所示，现有的另一种循环流化床水冷系统1包含省煤器11，分别通过管道与省煤器11连接的炉膛水冷壁进口集箱12和上升段水冷屏进口集箱16，与炉膛水冷壁进口集箱12连接的炉膛13，与炉膛13连接的炉膛水冷壁出口集箱14，与炉膛水冷壁出口集箱14通过管道连接的汽水分离器15，与上升段水冷屏进口集箱16连接的上升段水冷屏17，以及与上升段水冷屏17连接的上升段水冷屏出口集箱18。上升段水冷屏出口集箱18与汽水分离器15之间通过管道连接，炉膛13内壁设有炉膛前墙水冷壁131、炉膛后墙水冷壁132、炉膛右侧墙水冷壁133和炉膛左侧墙水冷壁134作为受热面。该循环流化床水冷系统1在炉膛13内增加水冷屏17的受热面，采用如图2所示的炉膛水冷壁和水冷屏17并联连接的方式，即工质水从省煤器11出来后分别进入炉膛13的水冷壁和水冷屏17，吸热后一起进入汽水分离器15。其缺点在于，由于水冷壁和水冷屏17并联连接，并联的管子根数多，根据循环流化床锅炉的设计，水冷系统比较难以获得安全的汽水质量流量。 

另一种如图3所示，该种循环流化床水冷系统1的炉膛水冷壁和水冷屏采用串联连接的方式。其包含省煤器11、与省煤器11通过管道接连的炉膛水冷壁进口集箱12、与炉膛水冷壁进口集箱12连接的炉膛13、与炉膛13的出口连接的炉膛水冷壁出口集箱14、与炉膛水冷壁出口集箱14通过管道连接的上升段水冷屏进口集箱16，与上升段水冷屏进口集箱16连接的上升段水冷屏17，与上升段水冷屏17连接的上升段水冷屏出口集箱18，以及与上升段水冷屏出口集箱18连接的汽水分离器15。工质水从省煤器11出来后先炉膛13的水冷壁（炉膛前墙水冷壁131、炉膛后墙水冷壁132、炉膛右侧墙水冷壁133和炉膛左侧墙水冷壁134），然后通过连接的管道从上升段水冷屏进口集箱16向上进入上升段水冷屏17，再进入汽水分离器15。其缺点在于，其炉膛13的水冷壁出口由管道引至上升段水冷屏进口集箱16，连接的管道长，导致系统结构布置难度高，成本也增加。 

发明内容

本发明提供一种具有双回程式蒸发受热面的超临界循环流化床锅炉，在方便水冷系统布置的情况下，降低超临界循环流化床锅炉的高度，减少水冷系统管道的长度，同时保证水循环的安全性。 

为实现上述目的，本发明提供一种具有双回程式蒸发受热面的超临界循环流化床锅炉，该锅炉包含省煤器，与该省煤器通过管道连接的炉膛水冷壁进口集箱，与该炉膛水冷壁进口集箱连接的炉膛，与该炉膛的出口连接的炉膛水冷壁出口集箱； 

其特征是，该锅炉还包含与该炉膛水冷壁出口集箱通过管道连接的下降段水冷屏进口集箱，与该下降段水冷屏进口集箱连接的下降段水冷屏，与该下降段水冷屏连接的水冷屏连接集箱，与该水冷屏连接集箱连接的上升段水冷屏，与该上升段水冷屏连接的上升段水冷屏出口集箱，以及与该上升段水冷屏出口集箱通过管道连接的汽水分离器；

上述的下降段水冷屏和上升段水冷屏组成双回程式蒸发受热面；

上述的炉膛的内壁上设有炉膛前墙水冷壁、炉膛后墙水冷壁、炉膛右侧墙水冷壁和炉膛左侧墙水冷壁。

上述的水冷屏连接集箱采用整体的水冷屏中间混合集箱或分离的下降段水冷屏汇集箱和下降段水冷屏分配集箱；该下降段水冷屏汇集箱和下降段水冷屏分配集箱通过管道连接。 

上述的下降段水冷屏和上升段水冷屏设置在炉膛内。 

上述的炉膛的内壁上设有炉膛前墙水冷壁、炉膛后墙水冷壁、炉膛右侧墙水冷壁和炉膛左侧墙水冷壁。 

上述的炉膛水冷壁出口集箱、下降段水冷屏进口集箱和上升段水冷屏出口集箱都设置在炉膛的顶部。 

上述的汽水分离器的出口通过管道连接外接的锅炉过热器系统和启动系统。 

工质水经过省煤器加热后，通过管路传输至炉膛水冷壁进口集箱，炉膛水冷壁进口集箱将工质水输入炉膛，并分配给炉膛前墙水冷壁、炉膛后墙水冷壁、炉膛右侧墙水冷壁和炉膛左侧墙水冷壁对工质水提供热量。通过炉膛加热的汽水由炉膛顶部的炉膛水冷壁出口集箱输出。 

汽水离开炉膛后，再进入下降段水冷屏和上升段水冷屏组成的双回程结构再进行吸热。炉膛水冷壁出口集箱内的汽水通过管路传输至下降段水冷屏进口集箱，通过下降段水冷屏进口集箱进入到下降段水冷屏，汽水在下降段水冷屏吸收热量，并汇集到水冷屏连接集箱，由水冷屏连接集箱进入上升段水冷屏再吸收热量，最后汽水被引导至上升段水冷屏出口集箱。上升段水冷屏出口集箱内的汽水通过管道传输到汽水分离器。汽水分离器对工质汽水进行汽和水分离，分离出来的蒸汽通过管道传输至锅炉过热器系统，分离出来的水进入启动系统。 

本发明采用双回程式蒸发受热面的超临界循环流化床锅炉和现有技术相比，其优点在于，本发明的下降段水冷屏和上升段水冷屏采用双回程的布置方式，使炉膛出口集箱和下降段水冷屏进口集箱都布置在炉膛顶部，减少管道的连接的长度，易于实现水（汽水）均匀分配的结构型式，根据超临界参数汽水特性，只有在实现汽水从炉膛水冷炉出口集箱尽量均匀地进入下降段水冷屏进口集箱的结构措施后，在设计上炉膛水冷炉出口集箱的蒸汽温度可以取得更低，要求更少的炉膛水冷壁受热面积，使炉膛高度可以降低，降低锅炉成本； 

本发明的水冷屏采用下降段水冷屏和上升段水冷屏的组合形式，在设计中可以根据汽水下降流和上升流的安全需要，灵活选取各流型的质量流速；

本发明的炉膛水冷壁出口集箱、下降段水冷屏进口集箱和上升段水冷屏出口集箱都布置在炉膛顶部，方便锅炉布置；

本发明的锅炉采用超临界循环流化床锅炉，由于循环流化床热负荷（单位面积的热流强度）比煤粉燃烧锅炉低的多，循环流化床炉内热负荷更加均匀，因此汽水混合物在下降流的流型中，容易形成水贴壁流，有利于降低管道的壁温，增加了超临界锅炉水循环的安全性能；

本发明的超临界水循环系统采用多级混合，利于降低并联管组之间热力偏差；

本发明采用双回程的布置方式的下降段水冷屏和上升段水冷屏，降低超临界循环流化床炉膛的炉膛前墙水冷壁、炉膛后墙水冷壁、炉膛右侧墙水冷壁和炉膛左侧墙水冷壁的吸热量，降低了炉膛四周水冷壁的热偏差，增加超临界循环流化床炉膛水冷壁的安全性。

附图说明

图1为现有技术的循环流化床水冷系统的结构示意图； 

图2为现有技术的循环流化床水冷系统的结构示意图；

图3为现有技术的循环流化床水冷系统的结构示意图；

图4为本发明具有双回程式蒸发受热面的超临界循环流化床锅炉的结构示意图；

图5为本发明具有双回程式蒸发受热面的超临界循环流化床锅炉的另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，说明本发明的具体实施方式。 

本发明说明了一种具有双回程式蒸发受热面的超临界循环流化床锅炉，其结构如图4所示，该锅炉包含省煤器21、炉膛水冷壁进口集箱22、炉膛23、炉膛水冷壁出口集箱24、汽水分离器25、下降段水冷屏进口集箱26、下降段水冷屏27、水冷屏连接集箱、上升段水冷屏29和上升段水冷屏出口集箱30。 

省煤器21的输入口通过管路输入工质水，其输出口通过管路与炉膛水冷壁进口集箱22连接。炉膛水冷壁进口集箱22设置在炉膛23的底部，与炉膛23底部的进口连接。炉膛23内下半部的内壁上环绕地设有四块水冷壁，其分别是炉膛前墙水冷壁231、炉膛后墙水冷壁232、炉膛右侧墙水冷壁233和炉膛左侧墙水冷壁234，该四块水冷壁向炉膛23的工质水进行加热。炉膛23的出口设置在炉膛23的顶部，炉膛水冷壁出口集箱24设置在炉膛23的顶部，与炉膛23的出口连接。 

本发明的结构特征在于，炉膛水冷壁出口集箱24通过管路连接下降段水冷屏进口集箱26，下降段水冷屏进口集箱26同样设置在炉膛23的顶部，减少了炉膛水冷壁出口集箱24与下降段水冷屏进口集箱26之间连接的管路。下降段水冷屏进口集箱26的下部出口连接下降段水冷屏27，该下降段水冷屏27通过炉膛23的顶部进入到炉膛23的内部，吸收炉膛23内的热量对汽水进行加热。在炉膛23中部的侧壁上设有两个通孔，下降段水冷屏27的底部通过炉膛23侧壁的一个通孔穿出到炉膛23外，下降段水冷屏27与炉膛23侧壁的通孔之间密封连接，保证炉膛23内工质水和热量不会外泄。在下降段水冷屏27设置在炉膛23外的底端设有出口，水冷屏连接集箱连接该下降段水冷屏27的出口，该水冷屏连接集箱的出口连接上升段水冷屏29，该水冷屏连接集箱采用一种整体式的水冷屏中间混合集箱28。上升段水冷屏29通过炉膛23侧壁的另一个通孔进入到炉膛23内，同时上升段水冷屏29的出口通过炉膛23的顶部穿出到炉膛23外，上升段水冷屏29的主体设置在炉膛23内吸收炉膛23内的热量。上升段水冷屏29顶部的出口连接上升段水冷屏出口集箱30，该上升段水冷屏出口集箱30同样设置在炉膛23外的顶部，便于系统各部件的设置，上升段水冷屏出口集箱30的出口通过管路连接汽水分离器25的输入口，汽水分离器25有两个输出口，分别通过管路连接超临界锅炉的锅炉过热器系统和启动系统。 

本发明具有双回程式蒸发受热面的超临界循环流化床锅炉的运作流程如下：提供给超临界循环流化床锅炉的工质水输入省煤器21，经过省煤器21对工质水进行加热后，通过管路传输至炉膛水冷壁进口集箱22，炉膛水冷壁进口集箱22将工质水输入炉膛23，并分配给设置在炉膛23内下半部前、后、左、右四周的炉膛前墙水冷壁231、炉膛后墙水冷壁232、炉膛右侧墙水冷壁233和炉膛左侧墙水冷壁234，该四个水冷壁受热面向工质水提供热量。经过炉膛23的工质水输出至炉膛23顶部的炉膛水冷壁出口集箱24。 

由于超临界循环流化床锅炉一般要求在负荷大于35%满负荷工况下，而工质汽水在进入汽水分离器25前必须具有一定的过热度，因此在超临界循环流化床锅炉中仅依靠炉膛23内壁上的四块水冷壁（炉膛前墙水冷壁231、炉膛后墙水冷壁232、炉膛右侧墙水冷壁233和炉膛左侧墙水冷壁234）的向汽水提供热量还不能满足超临界参数的要求。 

所以汽水在通过炉膛23加热并输出后，再进入下降段水冷屏27和上升段水冷屏29组成的双回程结构再进行吸热。 

炉膛水冷壁出口集箱24内的汽水通过一段很短的管路再传输至下降段水冷屏进口集箱26，通过下降段水冷屏进口集箱26进入到设置在炉膛23内的下降段水冷屏27，工质汽水在下降段水冷屏27中吸收炉膛23内的热量，并汇集到水冷屏连接集箱，由水冷屏连接集箱进入上升段水冷屏29再吸收炉膛23内的热量，最后汽水被引导至设置在炉膛23顶部的上升段水冷屏出口集箱30。工质水再经过炉膛23内水冷壁的吸热后成汽水后，再通过下降段水冷屏27和上升段水冷屏29进行吸热，使汽水在进入汽水分离器25前具有过热度，达到超临界参数的要求。上升段水冷屏出口集箱30内的汽水通过管道传输到汽水分离器25。汽水分离器25对工质汽水进行汽和水分离，分离出来的蒸汽通过管道传输至超临界锅炉的锅炉过热器系统，再进一步加热到锅炉所要求的蒸汽温度。同时，汽水分离器25分离出来的水进入超临界锅炉的启动系统。 

以下结合图5具体说明本发明的另一个实施例。 

另一种具有双回程式蒸发受热面的超临界循环流化床锅炉的实施例中，水冷屏连接集箱采用两个单独的进出口集箱：下降段水冷屏汇集箱281和下降段水冷屏分配集箱282。该下降段水冷屏汇集箱281和下降段水冷屏分配集箱282之间采用管道连接。 

如图5所示，该锅炉包含省煤器21、炉膛水冷壁进口集箱22、炉膛23、炉膛水冷壁出口集箱24、汽水分离器25、下降段水冷屏进口集箱26、下降段水冷屏27、下降段水冷屏汇集箱281、下降段水冷屏分配集箱282、上升段水冷屏29和上升段水冷屏出口集箱30。 

省煤器21的输入口通过管路输入工质水，其输出口通过管路与炉膛水冷壁进口集箱22连接。炉膛水冷壁进口集箱22设置在炉膛23的底部，与炉膛23底部的进口连接。炉膛23内下半部的内壁上环绕地设有四块水冷壁，其分别是炉膛前墙水冷壁231、炉膛后墙水冷壁232、炉膛右侧墙水冷壁233和炉膛左侧墙水冷壁234。炉膛23的出口设置在炉膛23的顶部，炉膛水冷壁出口集箱24设置在炉膛23的顶部，与炉膛23的出口连接。 

炉膛水冷壁出口集箱24通过管路连接下降段水冷屏进口集箱26，下降段水冷屏进口集箱26同样设置在炉膛23的顶部。下降段水冷屏进口集箱26的下部出口连接下降段水冷屏27，该下降段水冷屏27通过炉膛23的顶部进入到炉膛23的内部，吸收炉膛23内的热量对汽水进行加热。在炉膛23中部的侧壁上设有两个通孔，下降段水冷屏27的底部通过炉膛23侧壁的一个通孔穿出到炉膛23外，下降段水冷屏27与炉膛23侧壁的通孔之间密封连接，保证炉膛23内工质水和热量不会外泄。在下降段水冷屏27设置在炉膛23外的底端设有出口，下降段水冷屏汇集箱281连接该下降段水冷屏27的出口，该下降段水冷屏汇集箱281的出口通过管道与下降段水冷屏分配集箱282连接，下降段水冷屏分配集箱282的出口连接上升段水冷屏29，经过下降段水冷屏27中吸热的汽水依次通过下降段水冷屏汇集箱281和下降段水冷屏分配集箱282通入上升段水冷屏29。上升段水冷屏29通过炉膛23侧壁的另一个通孔进入到炉膛23内，该上升段水冷屏29的出口通过炉膛23的顶部穿出到炉膛23外，上升段水冷屏29的主体设置在炉膛23内吸收炉膛23内的热量，上升段水冷屏29与炉膛23的连接处都密封固定。上升段水冷屏29顶部的出口连接上升段水冷屏出口集箱30，该上升段水冷屏出口集箱30同样设置在炉膛23外的顶部，便于系统部件的设置，上升段水冷屏出口集箱30的出口通过管路连接汽水分离器25的输入口，汽水分离器25有两个输出口，分别通过管路连接超临界锅炉的锅炉过热器系统和启动系统。 

上述的实施例，都采用了下降段水冷屏27和上升段水冷屏29组成的双回程布置方式，使炉膛出口集箱和下降段水冷屏进口集箱都布置在炉膛顶部，减少管道的连接的长度。同时使汽水能充分进行吸热，在进入汽水分离器前具有一定的过热度，达到超临界参数的要求。 

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 (5)

1.一种具有双回程式蒸发受热面的超临界循环流化床锅炉，该锅炉包含省煤器（21），与所述省煤器（21）通过管道连接的炉膛水冷壁进口集箱（22），与所述炉膛水冷壁进口集箱（22）连接的炉膛（23），与所述炉膛（23）的出口连接的炉膛水冷壁出口集箱（24）；

其特征在于，该锅炉还包含与所述炉膛水冷壁出口集箱（24）通过管道连接的下降段水冷屏进口集箱（26），与所述下降段水冷屏进口集箱（26）连接的下降段水冷屏（27），与所述下降段水冷屏（27）连接的水冷屏连接集箱，与所述水冷屏连接集箱连接的上升段水冷屏（29），与所述上升段水冷屏（29）连接的上升段水冷屏出口集箱（30），以及与所述上升段水冷屏出口集箱（30）通过管道连接的汽水分离器（25）；

所述的下降段水冷屏（27）和上升段水冷屏（29）组成所述的双回程式蒸发受热面；

所述的炉膛（23）的内壁上设有炉膛前墙水冷壁（231）、炉膛后墙水冷壁（232）、炉膛右侧墙水冷壁（233）和炉膛左侧墙水冷壁（234）。

2.如权利要求1所述的具有双回程式蒸发受热面的超临界循环流化床锅炉，其特征在于，所述的水冷屏连接集箱采用整体的水冷屏中间混合集箱（28）或分离的下降段水冷屏汇集箱（281）和下降段水冷屏分配集箱（282）；所述下降段水冷屏汇集箱（281）和下降段水冷屏分配集箱（282）通过管道连接。

3.如权利要求1所述的具有双回程式蒸发受热面的超临界循环流化床锅炉，其特征在于，所述的下降段水冷屏（27）和上升段水冷屏（29）设置在所述的炉膛（23）内。

4.如权利要求1所述的具有双回程式蒸发受热面的超临界循环流化床锅炉，其特征在于，所述的炉膛水冷壁出口集箱（24）、下降段水冷屏进口集箱（26）和上升段水冷屏出口集箱（30）都设置在所述的炉膛（23）的顶部。

5.如权利要求1所述的具有双回程式蒸发受热面的超临界循环流化床锅炉，其特征在于，所述的汽水分离器（25）的出口通过管道连接外接的锅炉过热器系统和启动系统。

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