CN102147105B - 适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构 - Google Patents

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Abstract

一种适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构，包括上部或/和顶部设有燃烧器、底部出口设置有排渣口的炉膛，炉膛同中部上行烟道相导通，该中部上行烟道的顶部和尾部下行烟道的顶部水平导通，所述的炉膛内部下方设置有屏式受热面，所述的中部上行烟道内设置有省煤器、过热器管组和再热器管组形成的对流受热面，所述的尾部下行烟道内自上而下设置有脱硝系统和空气预热器；通过将炉膛出口、炉膛出口水平烟道等布置在锅炉下部，使炉膛出口的高温烟气处于较低标高处，使高温过热器和高温再热器布置在较低标高处，从而减小了管道沿程阻力和散热损失、提高了发电机组效率，使发电机组采用超高汽温蒸汽参数，和/或采用二次再热系统成为可能。

Description

适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构
技术领域
本发明涉及锅炉设备领域，具体涉及一种适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构。
背景技术
煤粉锅炉发电机组，作为火力发电的核心技术，经历了一百多年的发展历程。从亚临界到超临界，再到超超临界，我国燃煤火电技术在近几年中更是得到了迅猛发展。大力发展超超临界燃煤火电技术，提高机组效率，是当前实现节能减排、降低二氧化碳排放的最经济有效的途径。
目前，亚临界一次再热火电机组发电效率为37％左右，超临界一次再热火电机组发电效率为41％左右，而主蒸汽和再热蒸汽温度为600℃的超超临界一次再热火电机组发电效率可以达到44％左右。倘若进一步提高蒸汽参数，机组发电效率有望实现进一步的提高，当主蒸汽和再热蒸汽温度达到700℃及以上时的超高汽温蒸汽参数时，一次再热火电机组发电效率有望达到48.5％以上，而二次再热火电机组发电效率更是有望达到51％以上。因此，国内外均在积极开展蒸汽温度达到甚至超过700℃的超高汽温蒸汽参数的先进超超临界火力发电机组技术。
开发超高汽温蒸汽参数的火力发电机组，即主蒸汽和再热蒸汽温度达到700℃及以上的火力发电机组，面临许多重大技术问题。其中，主要的技术难点有两个，一是开发可以满足超高汽温蒸汽参数的超超临界火力发电机组应用要求的高温合金材料，二是实现这样的机组系统的设计优化，降低造价。
国内外研究表明，最有可能用于超高汽温超超临界火力发电机组高温部件的高温合金材料主要为镍基合金。但这些镍基合金材料的价格非常高昂，是目前常规600℃等级的铁基耐热合金钢的10倍以上。按照目前常规火电机组的系统布置方式，若采用镍基合金材料，以2×1000MW超超临界机组为例，单是连接主蒸汽和再热蒸汽与汽轮机之间的高温“四大管道”，其价格就将由目前的约3亿元人民币增至约25亿元。加之锅炉及汽轮机高温部件采用耐热合金导致其造价的提高，最终使700℃等级的超超临界机组整体造价大大高于常规600℃等级火电机组，限制了超高蒸汽参数火电机组的应用和推广。
此外，常规主汽和再热蒸汽温度600℃及以下的火电机组，虽然既可以采用蒸汽一次再热，也可以采用蒸汽二次再热，并且采用二次再热可以较大幅度提高机组效率，但是，目前我国大型火电机组均采用一次再热系统，国外也仅有少量大型火电机组采用二次再热系统。这是因为采用二次再热后，机组系统复杂性较之一次再热系统增加，投资也有较大增长，从而限制了二次再热系统的应用。若能通过优化机组系统设计，降低采用二次再热系统的复杂性和造价，将大大提高大型火电机组采用二次再热系统的现实可行性。
因此，如何优化机组系统的设计，减少高温材料耗量，对于实现超高汽温超超临界机组的应用与推广，促进蒸汽二次再热系统在大型火电机组的应用，提高机组的发电效率，起着至关重要的作用。
专利号为200720069418.3的“一种新型汽轮发电机组”公布了一种通过将汽轮发电机组高、低轴系错落布置，从而减少二次再热机组高温高压蒸汽管道的长度和成本的方法，是解决这一问题的另一种思路。但是由于高压缸及发电机组成的高置轴系需要布置在80米左右的高度，会导致较严重的震动等问题，需要解决支撑和基础等重大技术难题，该布置方式尚无法得到应用。
目前，国内外煤粉锅炉普遍采用的布置形式以“π”型炉、塔式炉为主，少量采用“T”型炉。其中，“π”型炉是目前国内大中型火电机组最常采用的锅炉布置形式，其特点是锅炉由炉膛和一个尾部烟道构成，一部分受热面布置在水平烟道及尾部烟道竖井当中。采用“π”形布置锅炉，其炉膛高度相对塔式炉矮，对强烈地震地区以及大风地区有利，造价也低。但是由于烟气涡流和扰动较剧烈，烟气流动的均匀性较差，容易导致受热面受热不均，从而引起较大的温度偏差；并且燃用劣质燃料时，锅炉磨损较为严重。
而塔型炉则将所有受热面均布置在炉膛上方，尾部垂直烟道不布置受热面，相对“π”型炉占地面积小，适合厂区用地紧张的工程。塔式锅炉由于烟气向上流动，烟气中的粉尘在重力作用下流速减慢或者向下沉降，因此对受热面的磨损大大降低。并且烟气流动的均匀性较好，受热面及工质的温度偏差较小。另外塔形锅炉架构简单，锅炉膨胀中心和密封设计容易处理，布置紧凑。因此，对于超超临界机组，塔式炉具有一定的优势。
“T”型炉则是将尾部烟道分成尺寸完全一样的两个对流竖井烟道，对称地布置在炉膛两侧，以解决“π”型炉尾部受热面布置困难问题，也可使炉膛出口烟窗高度减小，减小烟气沿高度的热偏差，并且竖井内的烟气流速可降低，减少磨损。但占地面积比“π”型布置更大，汽水管道连接系统复杂，金属消耗量大，成本高，国内应用较少。
无论锅炉采用那种布置形式，烟气在炉膛内均从下向上流动，并且因传热的需要，高温受热面需要布置在烟气温度较高的区域，而高温烟气区域根据炉型的不同，所在位置的标高为50～80米以上，从而导致由高温受热面出口联箱至汽轮机之间的高温蒸汽连接管道很长，成本较大，限制了二次再热等技术的采用。在蒸汽温度提高到700℃等级的超高汽温蒸汽参数情况下，由于高温蒸汽连接管道的单位重量材料价格大幅升高，因此，如何降低高温蒸汽连接管道长度和造价成为一个需要解决的关键技术问题。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构，使高温过热器和高温再热器布置在较低标高处，从而减小了管道沿程阻力和散热损失、提高了发电机组效率，使发电机组采用超高汽温蒸汽参数，和/或采用二次再热系统成为可能。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构，包括底部出口设置有排渣口1的炉膛4，所述的炉膛4的侧壁下部开有炉膛烟气出口201，炉膛烟气出口201同炉膛出口水平烟道12的一端相导通，炉膛出口水平烟道12的另一端同中部上行烟道14相导通，该中部上行烟道14的顶部和尾部下行烟道22的顶部水平导通；所述的炉膛4内部下方设置有屏式受热面2，所述的中部上行烟道14内设置有省煤器13、过热器管组8和再热器管组9形成的对流受热面，其中末级过热器和末级再热器分别通过高温蒸汽管道20与汽轮机25中对应的高压缸103和中压缸组107相导通，所述的尾部下行烟道22内自上而下设置有脱硝系统21和空气预热器23，另外所述的尾部下行烟道22的侧壁下方设置尾部烟气出口24。
所述的炉膛4侧壁的炉膛烟气出口201上方为折焰角202。
所述的炉膛4的侧壁上方设置墙式燃烧器5。
所述的炉膛4的顶部设置顶式燃烧器6。
所述的位于中部上行烟道14中的对流受热面，采用串联或者并联的布置形式，当采用并联布置时，将对流受热面的省煤器13、过热器管组8和再热器管组9分成两个以上的对流受热面分组，对流受热面与对流受热面之间设置有分隔墙18，分隔墙18之后设置有烟气挡板15。
所述的炉膛4的四周由水冷壁3包覆而成，所述的水冷壁3为螺旋管圈水冷壁、内螺纹垂直管水冷壁、普通垂直管水冷壁或者为螺旋管圈水冷壁、内螺纹垂直管水冷壁以及普通垂直管水冷壁三者的两两组合，并且水冷工质在水冷壁中的总体流动方向为从上到下流动或者从下到上流动。
所述的屏式受热面2为过热蒸汽受热面、为再热蒸汽受热面、蒸发受热面或者为过热蒸汽受热面、再热蒸汽受热面以及蒸发受热面三者的组合。
所述的中部上行烟道14由包墙受热面7包覆而成。
所述的排渣口1的下方设置有排渣机19。
所述的中部上行烟道14的底部设置有第一排灰口101，所述的尾部下行烟道22的底部设置有第二排灰口102。
本发明具有以下有益效果：
1、由于燃烧器置于炉膛4的侧壁上方或炉膛4的顶部，屏式受热面2布置在炉膛4的下部，同时在炉膛4的下部开有炉膛烟气出口201，从而实现了炉膛4的倒置，使炉膛出口的高温烟气处于较低标高处，使高温过热器和高温再热器布置在较低标高处成为可能，从而减少了蒸汽管道系统中连接锅炉与汽轮机25之间昂贵的高温蒸汽管道20的长度，降低了超高汽温蒸汽参数的煤粉锅炉的制造成本，同时减小了管道沿程阻力和散热损失、提高了发电机组效率，使发电机组采用超高汽温蒸汽参数成为可能。
2、由于减少了高温蒸汽管道系统中连接锅炉与汽轮机25之间昂贵的高温蒸汽管道20的长度，简化了高温蒸汽管道20的布置，因此便于采用超高汽温蒸汽参数和较高汽温的机组采用蒸汽二次再热系统。
3、过热器管组8和再热器管组9主要布置在上行烟道中，烟气中的粉尘在重力作用下流速减慢或者向下沉降，因此对对流受热面的磨损降低。
4、脱硝系统21和空气预热器23布置在尾部下行烟道22中，从而有效解决了脱硝系统21在“π”型炉中，因空间限制而难于布置的问题。
附图说明
图1为本发明的实施例1中的适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构的示意图，内部的箭头代表烟气流动方向。
图2为本发明的实施例2中的适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构的示意图，内部的箭头代表烟气流动方向。
图3为本发明的实施例3中的适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构的示意图，内部的箭头代表烟气流动方向。
图4为本发明的实施例4中的适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构的示意图，内部的箭头代表烟气流动方向。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作更详细的说明。
实施例1：
如图1所示，适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构，包括底部出口设置有排渣口1的炉膛4，所述的炉膛4的侧壁下部开有炉膛烟气出口201，炉膛烟气出口201同炉膛出口水平烟道12的一端相导通，炉膛出口水平烟道12的另一端同中部上行烟道14相导通，该中部上行烟道14的顶部和尾部下行烟道22的顶部水平导通；所述的炉膛4内部下方设置有屏式受热面2，所述的中部上行烟道14内设置有省煤器13、过热器管组8和再热器管组9形成的对流受热面，过热器并再热器中的末级过热器和末级再热器分别通过高温蒸汽管道20与汽轮机25中对应的高压缸103和中压缸组107相导通，所述的尾部下行烟道22内自上而下设置有脱硝系统21和空气预热器23，另外所述的尾部下行烟道22的侧壁下方设置尾部烟气出口24。所述的炉膛4侧壁的炉膛烟气出口201上方为折焰角202。所述的炉膛4的侧壁上方设置墙式燃烧器5。所述的炉膛4的顶部设置顶式燃烧器6。所述的位于中部上行烟道14中的对流受热面采用并联布置，将对流受热面的省煤器13、过热器管组8和再热器管组9分成三个对流受热面分组，对流受热面与对流受热面之间设置有分隔墙18，分隔墙18之后设置有烟气挡板15。所述的炉膛4的四周由水冷壁3包覆而成，所述的水冷壁3为螺旋管圈水冷壁、内螺纹垂直管水冷壁、普通垂直管水冷壁或者为螺旋管圈水冷壁、内螺纹垂直管水冷壁以及普通垂直管水冷壁三者的两两组合，并且水冷工质在水冷壁中的总体流动方向为从上到下流动或者从下到上流动。所述的屏式受热面2为过热蒸汽受热面、为再热蒸汽受热面、蒸发受热面或者为过热蒸汽受热面、再热蒸汽受热面以及蒸发受热面三者的组合。所述的中部上行烟道14由包墙受热面7包覆而成。所述的排渣口1的下方设置有排渣机19。所述的中部上行烟道14的底部设置有第一排灰口101，所述的尾部下行烟道22的底部设置有第二排灰口102。
实施例2：
如图2所示，适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构，包括底部出口设置有排渣口1的炉膛4，所述的炉膛4的侧壁下部开有炉膛烟气出口201，炉膛烟气出口201同炉膛出口水平烟道12的一端相导通，炉膛出口水平烟道12的另一端同中部上行烟道14相导通，该中部上行烟道14的顶部和尾部下行烟道22的顶部水平导通；所述的炉膛4内部下方设置有屏式受热面2，所述的中部上行烟道14内设置有省煤器13、过热器管组8和再热器管组9形成的对流受热面，其中末级过热器和末级再热器分别通过高温蒸汽管道20与汽轮机25中对应的高压缸103和中压缸组107相导通，所述的尾部下行烟道22内自上而下设置有脱硝系统21和空气预热器23，另外所述的尾部下行烟道22的侧壁下方设置尾部烟气出口24。所述的炉膛4侧壁的炉膛烟气出口201上方为折焰角202。所述的炉膛4的侧壁上方设置墙式燃烧器5。所述的位于中部上行烟道14中的对流受热面，采用串联的布置形式。所述的炉膛4的四周由水冷壁3包覆而成，所述的水冷壁3为螺旋管圈水冷壁、内螺纹垂直管水冷壁、普通垂直管水冷壁或者为螺旋管圈水冷壁、内螺纹垂直管水冷壁以及普通垂直管水冷壁三者的两两组合，并且水冷工质在水冷壁中的总体流动方向为从上到下流动或者从下到上流动。所述的屏式受热面2为过热蒸汽受热面、为再热蒸汽受热面、蒸发受热面或者为过热蒸汽受热面、再热蒸汽受热面以及蒸发受热面三者的组合。所述的中部上行烟道14由包墙受热面7包覆而成。所述的排渣口1的下方设置有排渣机19。所述的中部上行烟道14的底部设置有第一排灰口101，所述的尾部下行烟道22的底部设置有第二排灰口102。
实施例3：
如图3所示，适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构，包括底部出口设置有排渣口1的炉膛4，所述的炉膛4的侧壁下部开有炉膛烟气出口201，炉膛烟气出口201同炉膛出口水平烟道12的一端相导通，炉膛出口水平烟道12的另一端同中部上行烟道14相导通，该中部上行烟道14的顶部和尾部下行烟道22的顶部水平导通；所述的炉膛4内部下方设置有屏式受热面2，所述的中部上行烟道14内设置有省煤器13、过热器管组8和再热器管组9形成的对流受热面，其中末级过热器和末级再热器分别通过高温蒸汽管道20与汽轮机25中对应的高压缸103和中压缸组107相导通，所述的尾部下行烟道22内自上而下设置有脱硝系统21和空气预热器23，另外所述的尾部下行烟道22的侧壁下方设置尾部烟气出口24。所述的炉膛4侧壁的炉膛烟气出口201上方为折焰角202。所述的炉膛4的侧壁上方设置墙式燃烧器5。所述的位于中部上行烟道14中的对流受热面，采用并联的布置形式，将对流受热面的省煤器13、过热器管组8和再热器管组9分成两个对流受热面分组，对流受热面与对流受热面之间设置有分隔墙18，分隔墙18之后设置有烟气挡板15。所述的炉膛4的四周由水冷壁3包覆而成，所述的水冷壁3为螺旋管圈水冷壁、内螺纹垂直管水冷壁、普通垂直管水冷壁或者为螺旋管圈水冷壁、内螺纹垂直管水冷壁以及普通垂直管水冷壁三者的两两组合，并且水冷工质在水冷壁中的总体流动方向为从上到下流动或者从下到上流动。所述的屏式受热面2为过热蒸汽受热面、为再热蒸汽受热面、蒸发受热面或者为过热蒸汽受热面、再热蒸汽受热面以及蒸发受热面三者的组合。所述的中部上行烟道14由包墙受热面7包覆而成。所述的排渣口1的下方设置有排渣机19。所述的中部上行烟道14的底部设置有第一排灰口101，所述的尾部下行烟道22的底部设置有第二排灰口102。
实施例4：
如图4所示，适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构，包括底部出口设置有排渣口1的炉膛4，所述的炉膛4的侧壁下部开有炉膛烟气出口201，炉膛烟气出口201同炉膛出口水平烟道12的一端相导通，炉膛出口水平烟道12的另一端同中部上行烟道14相导通，该中部上行烟道14的顶部和尾部下行烟道22的顶部水平导通；所述的炉膛4内部下方设置有屏式受热面2，所述的中部上行烟道14内设置有省煤器13、过热器管组8和再热器管组9形成的对流受热面，其中末级过热器和末级再热器分别通过高温蒸汽管道20与汽轮机25中对应的高压缸103和中压缸组107相导通，所述的尾部下行烟道22内自上而下设置有脱硝系统21和空气预热器23，另外所述的尾部下行烟道22的侧壁下方设置尾部烟气出口24。所述的炉膛4的侧壁上方设置墙式燃烧器5。所述的炉膛4的顶部设置顶式燃烧器6。所述的位于中部上行烟道14中的对流受热面，采用串联的布置形式。所述的炉膛4的四周由水冷壁3包覆而成，所述的水冷壁3为螺旋管圈水冷壁、内螺纹垂直管水冷壁、普通垂直管水冷壁或者为螺旋管圈水冷壁、内螺纹垂直管水冷壁以及普通垂直管水冷壁三者的两两组合，并且水冷工质在水冷壁中的总体流动方向为从上到下流动或者从下到上流动。所述的屏式受热面2为过热蒸汽受热面、为再热蒸汽受热面、蒸发受热面或者为过热蒸汽受热面、再热蒸汽受热面以及蒸发受热面三者的组合。所述的中部上行烟道14由包墙受热面7包覆而成。所述的排渣口1的下方设置有排渣机19。所述的中部上行烟道14的底部设置有第一排灰口101，所述的尾部下行烟道22的底部设置有第二排灰口102。
本发明的工作原理为：烟气在炉膛4内部从上向下流动，然后经由炉膛出口水平烟道12进入中部上行烟道14，烟气再经由中部上行烟道14内的对流受热面，从中部上行烟道14的顶部进入尾部下行烟道22，最后烟气依次通过脱硝系统21和空气预热器23后，从尾部烟气出口24中流出。

Claims (10)

1.一种适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构，包括底部出口设置有排渣口(1)的炉膛(4)，其特征在于：所述的炉膛(4)的侧壁下部开有炉膛烟气出口(201)，炉膛烟气出口(201)同炉膛出口水平烟道(12)的一端相导通，炉膛出口水平烟道(12)的另一端同中部上行烟道(14)相导通，该中部上行烟道(14)的顶部和尾部下行烟道(22)的顶部水平导通；所述的炉膛(4)内部下方设置有屏式受热面(2)，所述的中部上行烟道(14)内设置有省煤器(13)、过热器管组(8)和再热器管组(9)形成的对流受热面，其中末级过热器和末级再热器分别通过高温蒸汽管道(20)与汽轮机(25)中对应的高压缸(103)和中压缸组(107)相导通，所述的尾部下行烟道(22)内自上而下设置有脱硝系统(21)和空气预热器(23)，另外所述的尾部下行烟道(22)的侧壁下方设置尾部烟气出口(24)。
2.根据权利要求1所述的适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构，其特征在于：所述的炉膛(4)侧壁的炉膛烟气出口(201)上方为折焰角(202)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构，其特征在于：所述的炉膛(4)的侧壁上方设置墙式燃烧器(5)。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构，其特征在于：所述的炉膛(4)的顶部设置顶式燃烧器(6)。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构，其特征在于：所述的位于中部上行烟道(14)中的对流受热面，采用串联或者并联的布置形式，当采用并联布置时，将对流受热面的省煤器(13)、过热器管组(8)和再热器管组(9)分成两个以上的对流受热面分组，对流受热面与对流受热面之间设置有分隔墙(18)，分隔墙(18)之后设置有烟气挡板(15)。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构，其特征在于：所述的炉膛(4)的四周由水冷壁(3)包覆而成，所述的水冷壁(3)为螺旋管圈水冷壁、内螺纹垂直管水冷壁、普通垂直管水冷壁或者为螺旋管圈水冷壁、内螺纹垂直管水冷壁以及普通垂直管水冷壁三者的两两组合，并且水冷工质在水冷壁中的总体流动方向为从上到下流动或者从下到上流动。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构，其特征在于：所述的屏式受热面(2)为过热蒸汽受热面、为再热蒸汽受热面、蒸发受热面或者为过热蒸汽受热面、再热蒸汽受热面以及蒸发受热面三者的组合。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构，其特征在于：所述的中部上行烟道(14)由包墙受热面(7)包覆而成。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构，其特征在于：所述的排渣口(1)的下方设置有排渣机(19)。
10.根据权利要求1或权利要求2所述的适用于超高汽温蒸汽参数的倒置煤粉锅炉布置结构，其特征在于：所述的中部上行烟道(14)的底部设置有第一排灰口(101)，所述的尾部下行烟道(22)的底部设置有第二排灰口(102)。
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