CN102966938A - 一种减轻高碱性煤种燃烧沾污的束状辐射锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种减轻高碱性煤种燃烧沾污的束状辐射锅炉，包括π型锅炉和束状辐射锅炉，π型锅炉顶部向一侧设置有水平烟道，通过水平烟道与束状辐射锅炉顶部的烟气入口连通；所述束状辐射锅炉包括辐射换热部分、对流换热部分和壳体，辐射换热部分位于壳体中间，对流换热部分位于辐射换热部分和壳体之间，壳体侧壁上端设置有烟气出口，烟气出口高于对流换热部分；本发明采用传统π型锅炉炉膛与辐射锅炉配合，避免600℃~1100℃区间出现对流换热面，利用下行的束状辐射锅炉与烟气顺流且同向布置以减轻受热面沾污问题。
Description
技术领域
本发明涉及煤气化技术的热气化炉，特别是一种减轻高碱性煤种燃烧沾污的束状辐射锅炉。
背景技术
我国发电行业以火力发电为主，火电装机容量超过70%以上。火电动力用煤多采用劣质低品位煤，锅炉炉膛水冷壁结渣、对流受热面沾污问题是长期影响电站锅炉正常运行的重要问题之一。结渣和沾污会降低锅炉的传热效率，影响锅炉出力，使得设备的运行安全性严重降低，结渣沾污严重时可能导致锅炉熄火、爆管、非计划停炉等重大事故。
为了预防由于结渣与沾污所带来的各种问题，国内外学者对结渣与沾污的机理进行了大量的研究。研究表明结渣与沾污是复杂的物理化学反应过程，与煤自身特性、锅炉设计、运行状况等众多因素有关，提出了多个结渣与沾污判定指数。但由于煤在锅炉中燃烧是一个极其复杂的过程，这些结渣判定指数在实际应用过程中有着很大的局限性，只能作为初步判断并不能从根本上解决解决结渣与沾污对锅炉的危害问题。
对于传统电站锅炉而言，在燃用高碱性煤种时，由于煤中富含的碱金属元素易在对流受热面上沉积，在对流受热面上出现严重的沾污现象，导致锅炉出力不足，管壁温度过高导致爆管等现象，研究表明，烟气温度处于600℃~1100℃区间，由于对流受热面收到烟气的严重冲刷，导致易沾污成分凝结在对流受热面管壁上并发展形成沾污，因此可通过改变烟气流动与受热面之间的冲刷强度以及受热面型式的改变来减轻受热面沾污，辐射锅炉的受热面布置型式可用于减轻沾污。
准东煤田是近年在新疆探明的特大型煤田，煤炭资源预测储量3900亿t，其煤中富含碱金属元素，在电厂燃用过程中出现高温过热器（高过）、高温再热器（高再）沾污堵塞问题，而其他高碱金属煤种在燃烧过程中也会出现严重沾污现象。
高碱性煤在煤粉锅炉燃烧过程中由于碱金属元素的挥发，容易在锅炉受热面冷凝形成一层打底附着物。打底物主要以NaCl或Na2SO4形式存在，上述成分在高温下挥发后，易凝结在对流受热面上形成烧结或粘结的灰沉积，随着附着物对飞灰的吸附作用，会使得对流受热面出现不同程度的沾污现象，且无法使用吹灰器清除，从而导致受热面传热能力下降，造成锅炉排烟温度升高等问题，最终使得炉膛出力大大降低造成停炉。
国内对于燃烧高碱性煤利用还缺乏工程运行经验，仅新疆地区个别电厂在研究高碱性煤的燃烧沾污问题，目前并没有高效的利用办法，只通过外煤掺烧的方式来减轻沾污问题，外煤掺烧问题实际上是通过添加其他低碱性金属煤，降低了原煤中碱金属的相对含量。锅炉掺烧高碱性煤的比例不应超过30%，掺烧比例增大时，对流受热面沾污积灰严重，形成烟气走廊，烟气冲刷造成高温再热器、高温过热器泄漏。由于新疆地区高碱性煤利用方式多为坑口电站，掺烧方式对外煤的需求量较大，这种方式往往受到运输条件的限制，极大增加了运行成本。因此，高碱性煤的沾污问题是亟待解决的问题。
发明内容
本发明针对传统电站锅炉燃用高碱性煤种产生的沾污问题，提出一种减轻高碱性煤种燃烧沾污的束状辐射锅炉，大大减轻受热面沾污问题，并不影响蒸汽的正常产出，实现高碱性煤种的大规模纯烧利用。
本发明的技术方案如下：
一种减轻高碱性煤种燃烧沾污的束状辐射锅炉，其特征在于：包括π型锅炉和束状辐射锅炉，π型锅炉顶部向一侧设置有水平烟道，通过水平烟道与束状辐射锅炉顶部的烟气入口连通；所述束状辐射锅炉包括辐射换热部分、对流换热部分和壳体，辐射换热部分位于壳体中间，对流换热部分位于辐射换热部分和壳体之间，壳体侧壁上端设置有烟气出口，烟气出口高于对流换热部分。
所述烟气入口为一窄长通道，该烟气入口的内壁为耐火衬里。
所述辐射换热部分包括膜式辐射再热器和辐射过热器管屏，膜式辐射再热器由多个纵向平行紧贴设置的立管围成圆筒状形成，相邻的两个立管之间焊接连接；所述辐射过热器管屏位于圆筒状的中间空腔内，由若干个立管排形成，立管排以回转式束状辐射锅炉的中心轴为圆心向外发散分布于辐射换热室内，每个立管排由若干立管形成，立管排的相邻的两个立管紧贴设置。
所述膜式辐射再热器的立管上端连通有膜式辐射再热器上集箱，所述膜式辐射再热器的立管下端连通膜式辐射再热器下集箱。
所述对流换热部分包括辅助蒸汽发生器和从上往下依次布置的空气预热器、一级省煤器和二级省煤器，空气预热器、一级省煤器和二级省煤器均布置在膜式辐射再热器和辅助蒸汽发生器之间的环形空间中。
所述辅助蒸汽发生器是若干个纵向平行紧贴设置的立管围绕形成的圆筒壁，相邻的两个立管通过焊接连接。
所述空气预热器、一级省煤器和二级省煤器分别由一组螺旋盘管组成，每组螺旋盘管分别包括四层螺旋环管，每两层螺旋环管之间有一定的距离，每层螺旋环管是由管子紧密环绕形成的。
所述空气预热器设置有空气预热出口和空气预热进口，一级省煤器设置有一级省煤器出口和一级省煤器进口，二级省煤器设置有二级省煤器出口和二级省煤器进口；空气预热出口、空气预热进口、一级省煤器出口、一级省煤器进口、二级省煤器出口、二级省煤器进口均延伸至压力壳体外。
本发明采用π型锅炉和束状辐射炉膛配合，π型锅炉炉膛上部屏式过热器采用前屏布置，避免其上提前发生沾污；炉膛出口取消高温过热器及高温再热器布置，水平烟道长度按实际需要可适当缩短，由于此处未布置受热面水平烟道出口至束状辐射锅炉进口烟气温度可达1100℃甚至以上。
束状辐射炉膛由膜式辐射再热器围成空腔，炉膛内布置若干对称的辐射过热器管屏。当烟气进入束状辐射锅炉时，由于辐射锅炉截面积较大，因此其下行速率极慢，烟气处于层流状态，其辐射换热可充分进行，在辐射锅炉进口布置小段保护夹套并对烟气进行导流，使烟气在缓慢下降的过程中与壁面少接触；辐射式过热器管屏保持安装方向与烟气流向同向，尽可能减少烟气与辐射屏表面的接触，在大屏两侧加装一定数量的吹灰器；束状辐射锅炉中布置辐射再热器实现一次再热，并进行充分的辐射换热，和辐射过热器配合使用，使烟气温度降低至不沾污温度区间；辐射锅炉高度的布置需满足：（1）辐射锅炉受热面中过热蒸汽需达到汽轮机进口要求；（2）烟气温度降低至600℃以下，可保证燃用高碱金属煤种时锅炉受热不发生沾污。
烟气经过辐射换热面充分换热后，经辐射炉膛出口进入截面积缩小的上升烟道，其中布置两级省煤器及空气预热器以回收烟气中的热量，并继续降低排烟温度。
本发明的有益效果和优点如下：
（1）本发明采用传统π型锅炉炉膛与辐射锅炉配合，避免600℃~1100℃区间出现对流换热面，利用下行的束状辐射锅炉与烟气顺流且同向布置以减轻受热面沾污问题；
（2）本发明取消了对流受热面的布置，采用辐射锅炉受热面形式，所需过热蒸汽可在辐射锅炉出口得到；
（3）本发明既减轻了燃用高碱性煤种所带来的沾污问题，通过对水蒸汽管路的改造使该混合式辐射锅炉能够达到合格的发电用蒸汽。
附图说明
图1为本发明的剖视示意图；
图2为本发明的A-A截面剖视示意图。
其中，附图标记为：1燃烧器，2炉膛，3水冷壁，4前屏，5顶棚过热器，6辐射锅炉烟气入口，7辐射过热器管屏，7-1辐射过热器管上集箱，7-2辐射过热器管下集箱，8膜式辐射再热器，8-1膜式辐射再热器上集箱，8-2膜式辐射再热器下集箱，9烟气出口，10空气预热器，10-1空气预热器进口，10-2空气预热器出口，11一级省煤器，11-1一级省煤器进口，11-2一级省煤器出口，12二级省煤器，12-1二级省煤器进口，12-2二级省煤器出口，13辅助蒸汽发生器。
具体实施方式
如图1所示，一种减轻高碱性煤种燃烧沾污的束状辐射锅炉，包括π型锅炉和束状辐射锅炉，π型锅炉侧壁下端为燃烧器1，π型锅炉顶部一侧设置有水平烟道，通过水平烟道与束状辐射锅炉顶部的烟气入口6连通；所述束状辐射锅炉包括辐射换热部分、对流换热部分和壳体，辐射换热部分位于壳体中间，对流换热部分位于辐射换热部分和壳体之间，壳体侧壁上端设置有烟气出口9，烟气出口9高于对流换热部分。
所述烟气入口6为一窄长通道，该烟气入口6的内壁为耐火衬里。
如图2所示，所述辐射换热部分包括膜式辐射再热器8和辐射过热器管屏7，膜式辐射再热器8由多个纵向平行紧贴设置的立管围成圆筒状形成，相邻的两个立管之间焊接连接；所述辐射过热器管屏7位于圆筒状的中间空腔内，由若干个立管排形成，立管排以回转式束状辐射锅炉的中心轴为圆心向外发散分布于辐射换热室内，每个立管排由若干立管形成，立管排的相邻的两个立管紧贴设置。
所述膜式辐射再热器8的立管上端连通有膜式辐射再热器上集箱8-1，所述膜式辐射再热器8的立管下端连通膜式辐射再热器下集箱8-2。
所述对流换热部分包括辅助蒸汽发生器13和从上往下依次布置的空气预热器10、一级省煤器11和二级省煤器12，空气预热器10、一级省煤器11和二级省煤器12均布置在膜式辐射再热器8和辅助蒸汽发生器13之间的环形空间中。
所述辅助蒸汽发生器13是若干个纵向平行紧贴设置的立管围绕形成的圆筒壁，相邻的两个立管通过焊接连接。
所述空气预热器10、一级省煤器11和二级省煤器12分别由一组螺旋盘管组成，每组螺旋盘管分别包括四层螺旋环管，每两层螺旋环管之间有一定的距离，每层螺旋环管是由管子紧密环绕形成的。
所述空气预热器10设置有空气预热出口10-2和空气预热进口10-1，一级省煤器11设置有一级省煤器出口11-2和一级省煤器进口11-1，二级省煤器12设置有二级省煤器出口12-2和二级省煤器进口12-1；空气预热出口10-2、空气预热进口10-1、一级省煤器出口11-2、一级省煤器进口11-1、二级省煤器出口12-2、二级省煤器12-1进口均延伸至壳体外。
本发明所涉及的炉膛2部分与传统π型锅炉基本一致，取消布置对流受热面加装一种束状辐射锅炉，利用束状辐射锅炉辐射受热面的特殊布置，减轻了烟气对受热面的冲刷，且由于其流动速度较小，不容易发生灰沉积，可减轻由于燃用高碱性煤种所发生的沾污。π型锅炉炉膛2上部屏式过热器采用前屏4布置，避免其上提前发生沾污；炉膛2出口取消高温过热器及高温再热器布置，水平烟道长度按实际需要可适当缩短，由于此处未布置受热面水平烟道出口至束状辐射锅炉进口烟气温度可达1100℃甚至以上。
束状辐射炉膛由膜式辐射再热器围成空腔，炉膛内布置若干对称的辐射过热器管屏。当烟气进入束状辐射锅炉时，由于辐射锅炉截面积较大，因此其下行速率极慢，烟气处于层流状态，其辐射换热可充分进行，在辐射锅炉进口布置小段保护夹套并对烟气进行导流，使烟气在缓慢下降的过程中与壁面少接触；辐射式过热器管屏保持安装方向与烟气流向同向，尽可能减少烟气与辐射屏表面的接触，在大屏两侧加装一定数量的吹灰器；束状辐射锅炉中布置辐射再热器实现一次再热，并进行充分的辐射换热，和辐射过热器配合使用，使烟气温度降低至不沾污温度区间；辐射锅炉高度的布置需满足：（1）辐射锅炉受热面中过热蒸汽需达到汽轮机进口要求；（2）烟气温度降低至600℃以下，可保证燃用高碱金属煤种时锅炉受热不发生沾污。
烟气经过辐射换热面充分换热后，经辐射炉膛出口进入截面积缩小的上升烟道，其中布置两级省煤器及空气预热器以回收烟气中的热量，并继续降低排烟温度。
本发明可通过受热面及水蒸气的流动路径得到汽轮机发电所需过热蒸汽。锅炉给水通过一级省煤器进口11-1进入，省煤器采用逆流布置以得到最大热量利用，给水经过加热后从11-2出口流出进入二级省煤器12，加热后的给水从二级省煤器送出并进入水冷壁3加热，水冷壁出口蒸汽通过汽水分离得到的合格蒸汽送入顶棚过热器5进行过热，过热蒸汽通过前屏进口4-1进入加热至更高参数，前屏过热器出口蒸汽送至辐射过热器管屏7中加热至合格蒸汽从7-2出口进入汽轮机中发电；一次再热蒸汽从8-1送入进入辐射再热器8中进行再热并送至汽轮机中压缸或低压缸以提高发电效率；空气可通过空气预热器10进行预热；辅助蒸汽发生器13产生的蒸汽可用作减温水以调节过热器出口蒸汽参数避免管壁温度超温。
Claims (9)
1.一种减轻高碱性煤种燃烧沾污的束状辐射锅炉，其特征在于：包括π型锅炉和束状辐射锅炉，π型锅炉顶部向一侧设置有水平烟道，通过水平烟道与束状辐射锅炉顶部的烟气入口连通；所述束状辐射锅炉包括辐射换热部分、对流换热部分和壳体，辐射换热部分位于壳体中间，对流换热部分位于辐射换热部分和壳体之间，壳体侧壁上端设置有烟气出口，烟气出口高于对流换热部分。
2.根据权利要求1所述的一种减轻高碱性煤种燃烧沾污的束状辐射锅炉，其特征在于：所述烟气入口为一窄长通道，该烟气入口的内壁为耐火衬里。
3.根据权利要求1所述的一种减轻高碱性煤种燃烧沾污的束状辐射锅炉，其特征在于：所述辐射换热部分包括膜式辐射再热器和辐射过热器管屏，膜式辐射再热器由多个纵向平行紧贴设置的立管围成圆筒状形成，相邻的两个立管之间焊接连接；所述辐射过热器管屏位于圆筒状的中间空腔内，由若干个立管排形成，立管排以回转式束状辐射锅炉的中心轴为圆心向外发散分布于辐射换热室内，每个立管排由若干立管形成，立管排的相邻的两个立管紧贴设置。
4.根据权利要求3所述的一种减轻高碱性煤种燃烧沾污的束状辐射锅炉，其特征在于：所述膜式辐射再热器的立管上端连通有膜式辐射再热器上集箱，所述膜式辐射再热器的立管下端连通膜式辐射再热器下集箱。
5.根据权利要求1或4所述的一种减轻高碱性煤种燃烧沾污的束状辐射锅炉，其特征在于：所述对流换热部分包括辅助蒸汽发生器和从上往下依次布置的空气预热器、一级省煤器和二级省煤器，空气预热器、一级省煤器和二级省煤器均布置在膜式辐射再热器和辅助蒸汽发生器之间的环形空间中。
6.根据权利要求5所述的一种减轻高碱性煤种燃烧沾污的束状辐射锅炉，其特征在于：所述辅助蒸汽发生器是若干个纵向平行紧贴设置的立管围绕形成的圆筒壁，相邻的两个立管通过焊接连接。
7.根据权利要求5所述的一种减轻高碱性煤种燃烧沾污的束状辐射锅炉，其特征在于：所述空气预热器、一级省煤器和二级省煤器分别由一组螺旋盘管组成，每组螺旋盘管分别包括四层螺旋环管，每两层螺旋环管之间有一定的距离，每层螺旋环管是由管子紧密环绕形成的。
8.根据权利要求7所述的一种减轻高碱性煤种燃烧沾污的束状辐射锅炉，其特征在于：所述空气预热器设置有空气预热出口和空气预热进口，一级省煤器设置有一级省煤器出口和一级省煤器进口，二级省煤器设置有二级省煤器出口和二级省煤器进口；空气预热出口、空气预热进口、一级省煤器出口、一级省煤器进口、二级省煤器出口、二级省煤器进口均延伸至压力壳体外。
9.根据权利要求8所述的一种减轻高碱性煤种燃烧沾污的束状辐射锅炉，其特征在于工作原理如下：在π型锅炉炉膛燃烧后的烟气经过上部屏式过热器，避免提前发生沾污，然后烟气进过炉膛出口，经过水平烟道进入束状辐射炉膛，在束状辐射锅炉进口的烟气温度达1100℃以上；进入束状辐射炉膛后，首先经过辐射过热器管屏、膜式辐射再热器进行辐射换热，然后部分颗粒灰渣从束状辐射炉膛底部排出，其他烟气经过辐射换热面充分换热后，经辐射炉膛出口进入截面积缩小的上升烟道，经过空气预热器、一级省煤器、二级省煤器进行回收烟气中的热量，并继续降低排烟温度，降温后的烟气从烟气出口排出。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130313 |