CN102840578B - 一种紧凑并联型外置流化床换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种紧凑并联型外置流化床换热器，涉及流化床热交换技术，包括进料口、物料分配器、二个并列布置的换热室与返料室。本发明提供的一种紧凑并联型外置流化床换热器，通过气动方式精确控制进入二个并列换热室的循环灰量，实现二个换热室换热功率的独立按需要调节与控制，二个换热室并列布置方式使二个换热室的换热均具有较高的传热温压，提高了高温循环颗粒与换热管束之间的换热效率，同时改善了大尺度炉膛返料的均匀性与床温的稳定性，通过紧凑式一体化设计，使大型循环流化床锅炉的结构布置与运行调节更加灵活。
Description
技术领域
本发明涉及一种流化床热交换设备，特别是一种用于大型循环流化床锅炉的紧凑并联型外置流化床换热器。
背景技术
随着循环流化床锅炉容量与蒸汽参数的提高，炉内蒸发受热面完全布置在炉膛内已经不能完全满足工质吸热的要求，从而导致炉内受热面的布置问题。目前解决炉内受热面布置问题的有效方法是在主循环回路布置外置式换热器，把受热面由炉内转移到炉外，有效缓解了炉内因流速高而带来的受热面磨损问题，同时增加了床温与汽温的运行调节手段，使锅炉更容易适应变负荷工况要求。Lurgi与Alstom公司通过外置式换热器来解决受热面不足的问题，但调节循环灰量的灰控制阀加工精度要求高且容易磨损，同时主要依赖进口，价格昂贵，这给外置换热器的维护带来一定的困难。
中国专利CN00238546.5公开了一种应用于循环流化床锅炉的紧凑式分流回灰换热器，通过调节流化风量来精确调节二个换热室内的换热功率，但由于该换热器二个换热室之间采用串联布置方式，使得第二个换热室内的循环颗粒与换热管束之间的传热温压降低，因而限制了第二个换热室内的热交换能力。中国专利CN200410037095.0公开了一种循环流化床锅炉的风控式物料外循环装置，它将返料器与外置式换热器迭置或并置，通过气动方法将一部分循环热灰直接返回炉膛，另一部分循环热灰先进入外置换热器换热，换热以后的冷灰再返回炉膛，通过气动方法有效解决了外置换热器机械阀调节带来的磨损、卡塞与维护困难等问题，但由于从返料器直接返回炉膛的热灰与从外置换热器返回炉膛的冷灰温差较大，势必对炉膛床温的波动影响较大，从而影响到炉膛的燃烧效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有外置流化床换热器的不足，提供一种紧凑并联型外置流化床换热器，通过二个换热室的并列布置方式，解决串联布置中第二个换热室因温压小而引起的换热效率低的问题，同时改善大尺度炉膛返料不均匀与床温波动问题，通过紧凑式一体化设计，使大型循环流化床锅炉的结构布置与运行调节更加灵活。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案如下：
一种紧凑并联型外置流化床换热器，设置于循环流化床锅炉的热物料循环回路中，包括进料口1、物料分配器2、换热器3、返料室4与返料口6，其物料分配器2通过第一隔板22、第二隔板23、第三隔板23’分为第一进料室25与第二进料室26，第一进料室25与第二进料室26之间通过第一隔板22顶部的通孔连通，第一进料室25与第二进料室26底部分别设有分配器第一风室72和分配器第二风室73，流化风通过分配器第一风室72和分配器第二风室73顶部的布风板风帽进入二个进料室25、26，物料分配器2顶部通过进料口1与锅炉的旋风分离器固体出口相连接；
换热器3包括第一换热室33与第二换热室34，第一换热室33通过第二隔板23底部的分配器第一通孔31与第一进料室25连通，第二换热室34通过第三隔板23’底部的分配器第二通孔31’与第二进料室26连通，第一换热室33与第二换热室34内分别设有水平或竖直布置的第一热交换器5与第二热交换器5’，第一换热室33与第二换热室34底部分别设有换热器第一风室71’与换热器第二风室71，流化风通过二个风室71、71’顶部的布风板风帽分别进入二个换热室33、34；
返料室4底部设置有至少一个返料口6，返料口6与炉膛下部密相区相通，返料室4上部通过分配器返料通孔21与物料分配器2上部连通，返料室4通过上部第一换热室返料通孔32与第二换热室返料通孔32’分别与第一换热室33与第二换热室34上部连通。
所述的紧凑并联型外置流化床换热器，其所述物料分配器2中的分配器返料通孔21的最低点高于第一隔板22的顶端，分配器第一通孔31与分配器第二通孔31’的最高点分别低于第一热交换器5与第二热交换器5’的下表面，第一换热室返料通孔32与第二换热室返料通孔32’的最低点分别高于第一热交换器5与第二热交换器5’的上表面。
一种紧凑并联型外置流化床换热器，设置于循环流化床锅炉的热物料循环回路中，包括进料口1、物料分配器201、物料输送器202、换热器3、返料室4与返料口6，其物料分配器201通过第一隔板22分为第一进料室25与第二进料室26，第一进料室25通过分配器第三通孔24与第一返料通道27连通，第二进料室26通过分配器第四通孔24’与第二返料通道28连通，二个进料室25、26之间通过第一隔板22上部的分配器第五通孔256连通，二个进料室25、26底部分别设有分配器第一风室72和分配器第二风室73；
物料输送器202包括第一物料输送室76与第二物料输送室76’，第一物料输送室76通过第一返料通道27与第一进料室25连通，第二物料输送室76’通过第二返料通道28与第二进料室26连通，二个物料输送室76、76’底部分别设有输送室第一风室74和输送室第二风室75；
换热器3包括第一换热室33与第二换热室34，第一换热室33内设有水平或竖直布置的第一热交换器5，通过第一物料输送室下部返料通孔3()1与第一物料输送室76连通，第二换热室34内设有水平或竖直布置的第二热交换器5’，通过第二物料输送室下部返料通孔301’与第二物料输送室76’连通，第一换热室33与第二换热室34底部分别设有换热器第一风室71与换热器第二风室71’。
返料室4底部设置有一个返料口6，返料口6与炉膛下部密相区相通，返料室4上部通过分配器返料通孔21与物料分配器201上部连通，返料室4通过上部第一换热室返料通孔32与第二换热室返料通孔32’分别与第一换热室33与第二换热室34上部连通。
所述的紧凑并联型外置流化床换热器，其所述物料分配器201中的分配器返料通孔21的最低点高于第一隔板22的顶端，第一物料输送室下部返料通孔301与第二物料输送室下部返料通孔301’的最高点分别低于第一热交换器5与第二热交换器5’的下表面，第一换热室返料通孔32与第二换热室返料通孔32’的最低点分别高于第一热交换器5与第二热交换器5’上表面。
所述的紧凑并联型外置流化床换热器，其所述物料分配器201中第一隔板22顶端高于分配器第三通孔24与第四通孔24’的最低点。
本发明的特点在于：
与已有技术相比，本发明的一种紧凑并联型外置流化床换热器，二个换热室通过并列紧凑式一体化布置方式，强化了高温颗粒与换热管束之间的传热过程，提升了外置流化床换热器的热交换能力与换热效率，解决了常规外置换热器中返料侧高温返料与换热侧低温返料之间热偏差大的问题，改善了大尺度炉膛的返料均匀性与床温的波动性，可以满足大型循环流化床锅炉技术的发展需求。
附图说明
图1为本发明紧凑并联型外置流化床换热器实施例1的俯视示意图；
图2为本发明紧凑并联型外置流化床换热器实施例1的侧视示意图；
图3为本发明紧凑并联型外置流化床换热器实施例1的A-A剖面正视示意图；
图4为本发明紧凑并联型外置流化床换热器实施例1应用于大型循环流化床锅炉的系统连接示意图；
图5为本发明紧凑并联型外置流化床换热器实施例2的俯视示意图；
图6为本发明紧凑并联型外置流化床换热器实施例2的A-A剖面正视示意图；
图7为本发明紧凑并联型外置流化床换热器实施例2的B-B剖面正视示意图；
图8为本发明紧凑并联型外置流化床换热器实施例2的C-C剖面正视示意图；
图9为本发明紧凑并联型外置流化床换热器实施例3的俯视示意图；
图10为本发明紧凑并联型外置流化床换热器实施例3的侧视示意图；
图11为本发明紧凑并联型外置流化床换热器实施例3的A-A剖面正视示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，在本说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。
常规外置流化床换热器采用返料器与外置换热器相结合的方式，从旋风分离器分离下来的高温循环灰通过锥形阀的调节来实现高温循环灰在返料器与外置换热器之间的分流，高温循环灰一部分通过返料器直接返回炉膛，该部分灰为循环热灰(850～950℃)，另一部分通过外置换热器换热后再返回炉膛，外置换热器中的多个换热室之间采用串联布置方式，高温循环灰依次与多个换热室的换热管束换热后再返回炉膛，该部分灰为循环冷灰(400～550℃)，由于返回炉膛的循环热灰与循环冷灰之间温差较大，因而对炉膛床温的波动会造成一定的影响。
在本发明中，从旋风分离器分离下来的高温循环灰通过物料分配器进入外置换热器的二个并列换热室，进入二个并列换热室的高温循环灰量可以根据各换热室的蒸汽参数需求，通过物料分配器的流化风量来精确调节与控制各换热室的换热功率，通过换热功率的改变来达到调节床温与汽温的目的，为锅炉宽负荷范围调节提供了有利条件，整个外置换热器无任何机械运动部件与阀门，提高了系统运行的稳定性与可靠性。
紧凑式外置换热器二个换热室采用并列布置方式，使进入外置换热器二个换热室的高温循环灰同时参与换热，从而使二个换热室的换热均具有较高的温压，提升了外置换热器的热交换能力与传热效率，解决了常规二个换热室串联布置中第二个换热室因温压小而导致的换热效率低的问题。
由于从二个并列换热室换热后返回的循环灰温比较接近，因此当二个并列换热室换热后的循环灰直接返回炉膛或先混合再返回炉膛时，均不会对炉膛床温的波动造成较大的影响，保证了运行过程中床温的稳定性与均匀性，解决了常规外置换热器中返料侧高温返料与换热侧低温返料之间引起炉膛热偏差大的问题，降低了床内因局部高温而引起的结焦风险问题。
高温循环灰通过外置换热器二个并列换热室换热后，沿炉膛宽度方向从多个返料口返回炉膛，提高了炉膛宽度方向的返料均匀性和床温的稳定性，改善了大型循环流化床锅炉床面尺度放大后因返料不均而造成的床温波动问题。
在启动与低负荷期间，通过增加或停止物料分配器二个进料室的流化风量，使高温循环灰部分或全部通过物料分配器上部的溢流口通过返料室直接返回炉膛，使从旋风分离器分离下来的高温循环灰不参与或少参与二个并列换热室内的换热，保证炉膛床温维持在一个较高的水平。
外置换热器二个换热室与进料室及返料室之间采用紧凑式布置方式，可满足大型循环流化床锅炉各种炉型的布置要求及不同负荷下的床温与汽温调节特性。二个换热室四周壁可以采用水冷、汽冷、汽水联合膜式壁或绝热耐火材料。外置换热器的数量可以根据锅炉容量的大小进行增加或减少，可以布置在锅炉炉膛单侧，也可以布置在炉膛双侧或四周。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述：
实施例1
参考图1至图3，本发明提供的一种紧凑并联型外置流化床换热器，包括进料口1、物料分配器2、换热器3、返料室4与返料口6。进料口1上端与旋风分离器固体出口相连通，下端与物料分配器2相连通，物料分配器2通过第一隔板22分为第一进料室25与第二进料室26，第一进料室25与第二进料室26之间通过第一隔板22顶部的通孔连通，第一进料室25通过第二隔板23底部的分配器第一通孔31与第一换热室33连通，第二进料室26通过第三隔板23’底部的分配器第二通孔31’与第二换热室34连通，物料分配器2通过上部分配器返料通孔21与返料室4连通，分配器返料通孔21最低点高于第一隔板22上表面，进料室25、26配有独立分配器第一风室与第二风室72、73，流化风通过第一、第二风室72、73顶部布风板上的风帽进入进料室25、26对进料进行流化与输送。换热器3包括第一换热室33与第二换热室34，换热室33、34内装有垂直布置的第一与第二热交换器5、5’，换热室33、34通过上部返料通孔32、32’与返料室4连通，返料通孔32、32’最低点高于第一与第二热交换器5、5’上表面，第一换热室33与第二换热室34底部配有独立的换热器第一风室与第二风室71、71’，第一风室与第二风室71、71’顶部布风板上装有布风的风帽，物料分配器2第一风室与第二风室72、73与换热器3第一风室与第二风室71、71’并列紧凑布置。返料室4底部布置有3个返料口6，通过返料口6与炉膛下部连通。
在本实施例中，紧凑式外置流化床换热器8中布置的热交换器为低温过热器(LTS)、高温再热器(HTR1)与中温过热器(ITS)、高温再热器(HTR2)(如图4所示)，从旋风分离器9分离下来的高温循环灰进入紧凑式外置流化床换热器8，通过物料分配器2，在流化风作用下对高温循环灰在低温过热器(LTS)与高温再热器(HTR1)及中温过热器(ITS)与高温再热器(HTR2)之间进行分流，换热后的循环灰再通过三个返料口沿炉膛宽度方向返回炉膛10。从旋风分离器9出来的高温烟气依次通过尾部烟道的高温过热器(HTS)12、低温再热器(LTR)13、省煤器(ECO)14与空气预热器(A.PH)15后，再经除尘后排入大气。在锅炉启动与低负荷运行时，增加进料室25、26风室72、73流化风量，使高温循环灰部分或全部通过物料分配器2上部的返料通孔21由返料室4直接返回炉膛，以保证炉膛床温的稳定。
实施例2
参考图5至图8，本发明提供的一种紧凑并联型外置流化床换热器，包括进料口1、物料分配器201、物料输送器202、换热器3、返料室4与返料口6。进料口1上端与旋风分离器固体出口相连接，下端与物料分配器201相连通，物料分配器201通过第一隔板22分为第一进料室25与第二进料室26，第一进料室25与第二进料室26之间通过第一隔板22顶部通孔连通，第一进料室25通过第二隔板23顶部分配器第三通孔24与第一返料通道27连通，第二进料室26通过第三隔板23’顶部分配器第四通孔24’与第二返料通道28连通，第一返料通道27与物料输送器202第一输送室76连通，第二返料通道28与物料输送器202第二输送室76’连通，物料分配器201通过上部分配器返料通孔21与返料室4连通，分配器返料通孔21最低点高于第一隔板22上表面，换热器3包括第一换热室33与第二换热室34，换热室33、34内装有垂直布置的第一热交换器与第二热交换器5、5’，换热室33、34通过第一物料输送室与第二物料输送室下部返料通孔301、301’与物料输送室76、76’连通，通过上部第一换热室与第二换热室返料通孔32、32’与返料室4连通，第一物料输送室与第二物料输送室下部返料通孔301、301’最高点低于第一与第二热交换器5、5’下表面，进料室25、26与输送室76、76’及换热室33、34配有独立的分配器第一风室与第二风室72、73以及输送室第一风室与第二风室74、75，风室72、73、74、75顶部布风板上装有布风的风帽，进入风室的流化风通过布风板上的风帽对进料室25、26、输送室76、76’与换热室33、34高温循环灰进行流化。返料室4底部布置有一个返料口6，通过返料口6与炉膛下部密相区连通。
在锅炉运行过程中，从旋风分离器分离下来的高温循环灰，在物料分配器2流化风作用下分流到二个物料输送室76、76’，再在物料输送室76、76’流化风作用下输送到与返料室并列布置的二个换热室33、34与二个热交换器5、5’进行换热，经过换热后的循环灰先混合后再通过返料口6返回炉膛，以保证炉膛床温的稳定性。
实施例3
参考图9至图11，本发明提供的一种紧凑并联型外置流化床换热器，包括进料口1、物料分配器2、换热器3、返料室4与返料口6。进料口1上端与旋风分离器固体出口连通，下端与物料分配器2连通，物料分配器2通过第一隔板22分为第一进料室25与第二进料室26，第一进料室25与第二进料室26之间通过第一隔板22顶部通孔连通，物料分配器2通过上部返料通孔21与返料室4连通，分配器返料通孔21最低点高于第一隔板22上表面。换热器3包括第一换热室33与第二换热室34，第一换热室33与第一进料室25之间通过第二隔板23底部通孔连通，第二换热室34与第二进料室26之间通过第三隔板23’底部通孔连通，换热室33、34内装有垂直布置的热交换器5、5’，换热室33、34通过上部返料通孔32、32’与返料室4连通，返料通孔32、32’最低点高于热交换器5、5’换热管束上表面。进料室25、26与换热室33、34配有独立的风室72、73、71、71’，风室之间并列紧凑布置，风室顶部布风板上装有布风的风帽，流化风通过布风板上的风帽进入进料室与换热室。返料室4底部布置有1个返料口6，通过返料口6与炉膛下部连通。
在锅炉运行过程中，从旋风分离器分离下来的高温循环灰，在物料分配器2风室流化风作用下从二个进料室25、26分流到二个并列的换热室33、34，高温循环灰再在换热室33、34风室流化风作用下与热交换器5、5’进行换热，经过换热后的循环灰先混合后再通过返料口6返回炉膛，以保证炉膛床温的稳定性。
Claims (5)
1.一种紧凑并联型外置流化床换热器，设置于循环流化床锅炉的热物料循环回路中，包括进料口(1)、物料分配器(2)、换热器(3)、返料室(4)与返料口(6)，其特征在于：
物料分配器(2)通过第一隔板(22)、第二隔板(23)、第三隔板(23’)分为第一进料室(25)与第二进料室(26)，第一进料室(25)与第二进料室(26)之间通过第一隔板(22)顶部的通孔连通，第一进料室(25)与第二进料室(26)底部分别设有分配器第一风室(72)和分配器第二风室(73)，流化风通过分配器第一风室(72)和分配器第二风室(73)顶部的布风板风帽进入二个进料室(25、26)，物料分配器(2)顶部通过进料口(1)与锅炉的旋风分离器固体出口相连接；
换热器(3)包括第一换热室(33)与第二换热室(34)，第一换热室(33)通过第二隔板(23)底部的分配器第一通孔(31)与第一进料室(25)连通，第二换热室(34)通过第三隔板(23’)底部的分配器第二通孔(31’)与第二进料室(26)连通，第一换热室(33)与第二换热室(34)内分别设有水平或竖直布置的第一热交换器(5)与第二热交换器(5’)，第一换热室(33)与第二换热室(34)底部分别设有换热器第一风室(71’)与换热器第二风室(71)，流化风通过二个风室(71、71’)顶部的布风板风帽分别进入二个换热室(33、34)；
返料室(4)底部设置有至少一个返料口(6)，返料口(6)与炉膛下部密相区相通，返料室(4)上部通过分配器返料通孔(21)与物料分配器(2)上部连通，返料室(4)通过上部第一换热室返料通孔(32)与第二换热室返料通孔(32’)分别与第一换热室(33)与第二换热室(34)上部连通。
2.按权利要求1所述的紧凑并联型外置流化床换热器，其特征在于，所述物料分配器(2)中的分配器返料通孔(21)的最低点高于第一隔板(22)的顶端，分配器第一通孔(31)与分配器第二通孔(31’)的最高点分别低于第一热交换器(5)与第二热交换器(5’)的下表面，第一换热室返料通孔(32)与第二换热室返料通孔(32’)的最低点分别高于第一热交换器(5)与第二热交换器(5’)的上表面。
3.一种紧凑并联型外置流化床换热器，设置于循环流化床锅炉的热物料循环回路中，包括进料口(1)、物料分配器(201)、物料输送器(202)、换热器(3)、返料室(4)与返料口(6)，其特征在于：
物料分配器(201)通过第一隔板(22)分为第一进料室(25)与第二进料室(26)，第一进料室(25)通过分配器第三通孔(24)与第一返料通道(27)连通，第二进料室(26)通过分配器第四通孔(24’)与第二返料通道(28)连通，二个进料室(25、26)之间通过第一隔板(22)上部的分配器第五通孔(256)连通，二个进料室(25、26)底部分别设有分配器第一风室(72)和分配器第二风室(73)；
物料输送器(202)包括第一物料输送室(76)与第二物料输送室(76’)，第一物料输送室(76)通过第一返料通道(27)与第一进料室(25)连通，第二物料输送室(76’)通过第二返料通道(28)与第二进料室(26)连通，二个物料输送室(76、76’)底部分别设有输送室第一风室(74)和输送室第二风室(75)；
换热器(3)包括第一换热室(33)与第二换热室(34)，第一换热室(33)内设有水平或竖直布置的第一热交换器(5)，通过第一物料输送室下部返料通孔(301)与第一物料输送室(76)连通，第二换热室(34)内设有水平或竖直布置的第二热交换器(5’)，通过第二物料输送室下部返料通孔(301’)与第二物料输送室(76’)连通，第一换热室(33)与第二换热室(34)底部分别设有换热器第一风室(71’)与换热器第二风室(71)。
返料室(4)底部设置有一个返料口(6)，返料口(6)与炉膛下部密相区相通，返料室(4)上部通过分配器返料通孔(21)与物料分配器(201)上部连通，返料室(4)通过上部第一换热室返料通孔(32)与第二换热室返料通孔(32’)分别与第一换热室(33)与第二换热室(34)上部连通。
4.按权利要求3所述的紧凑并联型外置流化床换热器，其特征在于，所述物料分配器(201)中的分配器返料通孔(21)的最低点高于第一隔板(22)的顶端，第一物料输送室下部返料通孔(301)与第二物料输送室下部返料通孔(301’)的最高点分别低于第一热交换器(5)与第二热交换器(5’)的下表面，第一换热室返料通孔(32)与第二换热室返料通孔(32’)的最低点分别高于第一热交换器(5)与第二热交换器(5’)上表面。
5.按权利要求3所述的紧凑并联型外置流化床换热器，其特征在于，所述物料分配器(201)中第一隔板(22)顶端高于分配器第三通孔(24)与分配器第四通孔(24’)的最低点。
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