CN103453540A

CN103453540A - 锅炉

Info

Publication number: CN103453540A
Application number: CN201310204418XA
Authority: CN
Inventors: 半田雅人; 林喜治; 柴田强
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-05-29
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2013-12-18
Also published as: JP2013245905A; US20130319299A1; EP2669576A2

Abstract

本发明提供锅炉，保持锅炉整体的蒸汽的吸收热量，即使适当地减少导热面积，也有效地提高二次空气的温度，热效率提高。本发明的锅炉为了解决上述课题，与设置在由隔壁分隔从火炉排出的燃烧废气的下游侧流道的一方的流道的热交换器的导热面积相比，设置在另一方的流道的热交换器的导热面积小，并且，从上述两流道排出到锅炉外的燃烧废气不会混合地在锅炉下游侧被导入空气加热器，并且，通过在该空气加热器中将燃烧废气具有的热量供给到一次空气及二次空气，加热燃烧空气。

Description

锅炉

技术领域

本发明涉及锅炉，尤其涉及适于为了驱动汽轮机发电设备，使燃料燃烧并产生高温蒸汽的火力发电用的锅炉。

背景技术

在使燃料燃烧并由锅炉产生蒸汽的发电设备中，为了提高热效率，普遍为来自从锅炉排出的燃烧废气的热回收机构。

尤其在以碳为燃料的火力发电设备中，普遍使用下述方法：在锅炉出口的烟道上设置空气加热器，使用燃烧废气的热量加热燃烧空气，通过将被加热的燃烧空气供给到锅炉并使燃料燃烧，提高热效率。

例如，在专利文献1中公开了下述方法：具备检测一次空气的温度的温度检测器、调整一次空气的温度的一次空气温度调整机构、根据上述温度检测器的检测结果以上述一次空气成为规定温度的方式控制上述一次空气温度调整机构的控制装置，通过根据碳的品质调整燃烧空气温度，使碳的点燃性与燃烧性稳定化。

另外，在专利文献2中公开了使具有温度差的两系统的流道的气体没有泄漏地流动或切换流道的装置。即，在固定流体的流动方向的两系统的流道上设有由隔壁连结的两个固定室，将该装置用于锅炉。并且，在从锅炉回收的燃烧废气被导入下游的切换室后，在固定室中由蓄热体加热，之后，被向上游侧引导。

根据该专利文献2，由于能在两系统的流道的相互没有气体泄漏，以简单的结构高速地进行流道切换操作，因此能实现空气加热器的性能提高，能够改进成套设备整体的热效率。

现有技术文献

专利文献1：日本特开2008-145007号公报

专利文献2：国际公开第94／002784号

参照图1，对本发明所要解决的课题进行说明。

通常，在火力发电设备所用的现有的烧煤锅炉中，为了抑制产生由燃烧产生的氮氧化物，采用二级燃烧法。

所谓该二级燃烧法是指，将投入锅炉的空气分为搬运燃料的一次空气系统与促进燃料的燃烧的二次空气系统，以比空气比1小的量供给一次空气，在燃料过浓侧进行一次燃烧，防止由热分解产生的氮化合物转换为氮氧化物，并且由二次空气促进残留的未燃烧成分的燃烧结束与氮氧化物的分解。

如图1所示，一次空气及二次空气利用来自锅炉1的燃烧废气的热，由设置在锅炉1的废气出口的空气加热器2进行加热。普遍将空气加热器2的入口侧的燃烧废气的温度设定为350℃左右，将出口侧的废气温度设定为130℃左右。

另外，为了使再热蒸汽温度为期望的值，普遍使用下游侧（图1的右侧，节煤器16、一次过热器17、一次再热器20附近）的燃烧废气的流道由隔壁6分隔，在由该隔壁6分隔的各个流道的下游部设置气门7，通过调整各流道的废气流量，调整一次再热器20、最终再热器21的吸收热量的方法。另外，各流道的出口附近的温度普遍设计为互相相等。

近年来，为了进一步提高发电系统的热效率，尝试了各种对策。例如，具有使二次空气高温化的方法。二次空气的温度一般设定为330℃左右，但通过使该温度更高，能够进一步减少未燃成分，从而能够提高锅炉1的热效率。

然而，如上所述，在现有的锅炉1中，出口的燃烧废气温度是350℃左右，但使用空气加热器2的能上升的空气温度基本上是330℃左右。为了进一步提高该空气温度，需要保持锅炉整体的蒸汽的吸收热量，适当减少导热面积，并且提高燃烧废气温度。该导热面积的调整普遍相对于设置在废气下游部的节煤器16、一次过热器17、一次再热器20等热交换器进行。

但是，在减少了设置在废气下游部的一次过热器17、节煤器16的场合，图1中的隔壁6的右侧的燃烧废气温度上升，在废气温度上产生较大的差。相对于隔壁6的左侧的出口附近的废气温度与以往相等，主蒸汽侧（隔壁6的右侧）的出口附近的废气温度为500℃左右。

因此，当使各废气原样混合时，废气温度为420℃左右，在现有的结构中，存在无法期望二次空气的大幅的高温化之类的问题。

发明内容

本发明鉴于上述问题，其目的在于提供保持锅炉整体的蒸汽的吸收热量，即使适当地减少导热面积，也有效地提高二次空气的温度，热效率提高的锅炉。

本发明的锅炉为了实现上述目的，具备燃烧固体燃料的火炉、粉碎上述固体燃料的燃料粉碎机、将上述固体燃料从该燃料粉碎机搬运到上述火炉的固体燃料供给配管、对上述固体燃料点火的燃烧嘴、向上述火炉投入空气的空气口、从燃烧废气回收热并加热供给到上述火炉的一次及二次空气的空气加热器、将来自该空气加热器的上述一次空气导入上述燃料粉碎机的一次燃烧空气供给通道、将来自上述空气加热器的二次空气导入上述燃烧嘴及空气口的二次燃烧空气供给通道、向上述空气加热器导入空气的空气通道、向上述空气加热器导入燃烧废气的废气通道、分隔从上述火炉排出的燃烧废气的下游侧流道的隔壁、以及热交换器，该热交换器设在由该隔壁分隔的两流道上，回收在该两流道中流动的燃烧废气的热量，并加热蒸汽，与设置在由上述隔壁分隔的一方的上述流道的上述热交换器的导热面积相比，设置在另一方的上述流道的上述热交换器的导热面积小，并且，从上述两流道排出到锅炉外的燃烧废气不会混合地在锅炉下游侧被导入上述空气加热器，并且，通过在上述空气加热器中将上述燃烧废气具有的热量供给到上述一次空气及二次空气，加热燃烧空气。

本发明的效果如下。

根据本发明，能够保持锅炉整体的蒸汽的吸收热量，即使适当地减少导热面积，也有效地提高二次空气的温度，其结果，能使未燃成分燃烧，从而能够提高锅炉的热效率。

附图说明

图1是表示现有的锅炉的结构的图。

图2是表示本发明的锅炉的实施例一的烧煤锅炉的结构的图。

图3是作为本发明的锅炉的实施例一的空气加热器，示意地表示蓄热材料旋转式热交换器的图。

图4是表示本发明的锅炉的实施例二的烧煤锅炉的结构的图。

图5是表示本发明的锅炉的实施例三的烧煤锅炉的结构的图。

图6是表示本发明的锅炉的实施例四的烧煤锅炉的结构的图。

图中：1—锅炉，2—空气加热器，2a—低温空气加热器，2b—高温空气加热器，3a1、3a2—废气通道，3a3—废气连结通道，3b1、3b2—空气通道，3b3—空气连结通道，4—燃烧嘴，5—空气口，6—隔壁，7—气门，8—一次燃烧空气供给通道，9—二次燃烧空气供给通道，10—煤粉碎机，11a、11b、11c—空气流量调整装置，12—煤供给配管，13a、13b、13c—废气流量调整装置，15—脱硝设备，16—节煤器，17—一次过热器，18—二次过热器，19—最终过热器，20—一次再热器，21—最终再热器，22—温度控制计，23—火炉。

具体实施方式

下面，根据图示的实施例说明本发明的锅炉。另外，就符号而言，与以往相同的部件使用相同符号。

图2表示本发明的锅炉的实施例一的烧煤锅炉的设备结构。

如该图所示，本实施例的烧煤锅炉大致包括燃烧作为固体燃料的煤的火炉23、作为粉碎煤的燃料粉碎机的煤粉碎机10、将煤从该煤粉碎机10搬运到火炉23的固体燃料供给配管即煤供给配管12、对火炉23内的煤点火的多个燃烧嘴4、向火炉23内投入空气的空气口5、从燃烧废气回收热并加热供给到火炉23的一次及二次空气的空气加热器2、将来自该空气加热器2的一次空气导入煤粉碎机10的一次燃烧空气供给通道8、将来自空气加热器2的二次空气导入燃烧嘴4及空气口5的二次燃烧空气供给通道9、向空气加热器2导入空气的通道3b1、3b2、向空气加热器2导入燃烧废气的废气通道3a1、3a2、分隔从火炉23排出的燃烧废气的下游侧流道的隔壁6、以及热交换器，该热交换器设置在由该隔壁6分隔的两流道，回收来自在该两流道中流动的燃烧废气的热量并加热蒸汽，由节煤器16、一次过热器17、二次过热器18、最终过热器19、一次再热器20、最终再热器21等构成。

并且，作为燃料的煤供给到煤粉碎机10，被粉碎为适于在锅炉1中燃烧的粒子直径。通过一次燃烧空气供给通道8向煤粉碎机10供给通过空气加热器2加热的空气（一次空气），由该加热空气干燥被粉碎的煤，并且搬运到煤粉碎机10外。

并且，被粉碎的煤与一次空气一起通过煤供给配管12被搬运到燃烧嘴4，在此被点燃并供给到锅炉1内。另外，在锅炉1中，通过二次燃烧空气供给通道9向燃烧嘴4及空气口5搬运来自与空气加热器2不同系统的二次空气，并从此处供给到锅炉1。

这样，通过使用废气中由空气加热器2加热的空气使粉碎煤燃烧，在锅炉1内产生高温的燃烧气体。燃烧气体所具有的热量利用设置在锅炉1的热交换器组（二次过热器18、最终过热器19、最终再热器21、一次过热器17、节煤器16、一次再热器）20传递到水或蒸汽，在产生高温高压的蒸汽后，通过未图示的蒸汽配管，供给到同样未图示的汽轮机发电设备，将蒸汽具有的能量转换为电能。

燃烧废气的下游部的流道被隔壁6分为两个，在图2中，在左侧设置一次再热器20，在右侧设置节煤器16及一次过热器17。使一次再热器20为与以往相同的导热面积，当使节煤器16或一次过热器17、或使其两者比以往导热面积小（例如通过使节煤器16及／或一次过热器17小型化，导热管变短，相应地，导热面积减小）时，左侧流道的废气温度与以往相同，但右侧流道的废气温度上升。当减小现状的节煤器16整体的导热面积时，右侧流道的气门7附近的废气为550℃左右。

并且，在本实施例中，将上述左侧流道的低温侧燃烧废气与右侧流道的高温侧燃烧废气分别利用不同的废气通道3a1、3a2导入空气加热器2。

图3是作为本发明的优选的空气加热器2的结构例，示意地表示在烧煤锅炉中普遍使用的蓄热材料旋转式热交换器。

如该图所示，在本实施例中，通过将燃烧废气侧两系统、空气侧两系统共计四系统的气体流道（通道）相对于蓄热材料旋转方向以图3所示的顺序配置，能进行良好的热交换。

即，旋转的蓄热材料首先通过低温侧燃烧废气流道（废气通道3a1），在此由低温废气加热，之后，通过高温侧燃烧废气流道（废气流道3a2），在此，利用高温废气进一步升温，之后，按照二次空气的流道（空气通道3b1）、一次空气的流道（空气通道3b2）的顺序，释放所蓄积的热量。

通过采用这种本实施例的结构，能够将二次空气最大加热到500℃左右，其结果，由于能够降低煤的未燃烧成分，因此能提高锅炉1的热效率。

另外，通过二次空气的高温化，煤的燃烧效率提高，因此锅炉1的气体上游部的吸收热量增加。因此，如上所述，即使使节煤器16或一次过热器17、或其两者比以往的导热面积小，也能够确保锅炉整体的吸收热量。为了确保吸收热量，也可以增加二次过热器18或最终过热器19的导热面积。

（实施例二）

图4表示本发明的锅炉的实施例二的烧煤锅炉的设备结构。

本实施例普遍为由具有与实施例一相同的作用的装置构成的部分，因此在以下，只叙述与实施例一的不同点。以下未叙述的装置具有与实施例一相同的作用、效果。

在本实施例中，与实施例一不同，如图4所示，设有两台空气加热器。即，为与现有锅炉相同程度的温度的锅炉下游部的左侧流道的燃烧废气的热量由低温空气加热器2a回收并用于一次空气的加热，另一方面，高温化了的右侧流道的燃烧废气的热量由高温空气加热器2b回收，并用于二次空气的加热。

即使这种本实施例的结构也当然能得到与上述实施例相同的效果，通过将空气加热器分为低温空气加热器2a与高温空气加热器2b并分别设置，容易较高地维持热交换效率，能够使二次空气温度稳定并维持为高温。

另外，在蓄热材料旋转式热交换器中，有可能在通风的气体间产生一定量的泄露，但在本实施例中，由于不会产生低温／高温燃烧废气间及一次／二次空气间的泄露，因此即使在这点也为稳定的热交换。

（实施例三）

图5表示本发明的锅炉的实施例三的烧煤锅炉的设备结构。

本实施例由于普遍为由具有与实施例二相同的作用的装置构成的部分，因此在以下，仅叙述与实施例二的不同点。以下未叙述的装置具有与实施例二相同的作用、效果。

图5所示的本实施例与实施例二不同点有两个。即，一点是设置当在设有导热面积大的热交换器的低温侧燃烧废气流道（废气流道3a1）中流动的燃烧废气通过低温空气加热器2a前，除去废气中的氮氧化物的脱硝装置15，另一点是在二次空气经过用于一次空气的加热的低温空气加热器2a后，通过高温化的排气与高温空气加热器2b加热。

即，在设有导热面积大的热交换器的低温侧废气通道3a1中流动的燃烧废气在通过低温空气加热器2a前，进入除去燃烧废气中的氮氧化物的脱硝装置15，并且，在二次空气由低温空气加热器2a加热后，进入高温空气加热器2b，在该高温空气加热器2b中，由在设有导热面积小的热交换器的废气通道3a2中流动的废气加热。

另外，在设有导热面积小的热交换器的废气通道3a2的燃烧废气进入高温空气加热器2b并被加热后，进入脱硝装置15，在该脱硝装置15中，与在设置有导热面积大的热交换器的废气通道3a1中流动的燃烧气体一起除去氮氧化物，并且进入低温空气加热器2a。

本实施例的脱硝设备15以除去废气中所含的氮氧化物的目的设置，除去效率高的氨喷雾式氧化剂脱硝设备的最适的动作温度大约是350℃，通常设置在空气加热器的上游侧。

并且，如本实施例所假想的那样，在锅炉1的出口温度为400℃以上的场合，本实施例的设置位置是合适的。即，通过采用本实施例的结构，当然能得到与上述实施例二相同的效果，即使应用本发明的场合，也能维持较高的氮氧化物的除去功能。

（实施例四）

图6表示本发明的锅炉的实施例四的烧煤锅炉的设备结构。

本实施例普遍为由具有与实施例二相同的作用的装置构成的部分，因此在以下，仅叙述与实施例二的不同点。以下未叙述的装置具有与实施例二及实施例三相同的作用、效果。

在该图所示的本实施例中，两台低温空气加热器2a与高温空气加热器2b与实施例二相同，但在下述方面与实施例二不同：重新将空气流量调整装置11a连接在空气通道3b1上，将空气流量调整装置11b连接在空气通道3b2上，将空气流量调整装置11c连接在连结空气通道3b1与空气通道3b2的空气连结通道3b3上，将废弃流量调整装置13a连接在废气通道3a1上，将废气流量调整装置13b连接在废气流道3a2上，将废气流量调整装置13c连接在连结废气通道3a1与废气通道3a2的废气连结通道3a3上，将空气温度计22连接在一次燃烧空气供给通道8上。

并且，在本实施例中，空气流量调整装置11a、11b、11c与废气流量调整装置13a、13b、13c具有根据空气温度计22的输出，以使空气温度计22所示的通过一次燃烧空气供给通道8的一次燃烧空气的温度为期望的温度的方式，分别调节空气流量与废气流量的功能。

即使这种本实施例的结构，当然也得到与实施例二相同的效果，通过设置使一次空气温度为期望值的空气流量调整装置11a、11b、11c与废气流量调整装置13a、13b、13c及空气温度计22，能进行与多种煤的种类相应的适当的运用。

另外，本发明未限定于上述实施例，包括多种变形例。例如，上述实施例为了容易明白地说明本发明，而详细地进行了说明，但未限定于包括说明的全部的结构。另外，能将某实施例的结构的一部分置换为另一实施例的结构，并且，能在某实施例的结构上添加其他实施例的结构。另外，能对各实施例的结构的一部分进行其他结构的追加、削除、置换。

Claims

1.一种锅炉，其特征在于，

具备燃烧固体燃料的火炉、粉碎上述固体燃料的燃料粉碎机、将上述固体燃料从该燃料粉碎机搬运到上述火炉的固体燃料供给配管、对上述固体燃料点火的燃烧嘴、向上述火炉投入空气的空气口、从燃烧废气回收热并加热供给到上述火炉的一次及二次空气的空气加热器、将来自该空气加热器的上述一次空气导入上述燃料粉碎机的一次燃烧空气供给通道、将来自上述空气加热器的二次空气导入上述燃烧嘴及空气口的二次燃烧空气供给通道、向上述空气加热器导入空气的空气通道、向上述空气加热器导入燃烧废气的废气通道、分隔从上述火炉排出的燃烧废气的下游侧流道的隔壁、以及热交换器，该热交换器设在由该隔壁分隔的两流道上，回收来自在该两流道中流动的燃烧废气的热量，并加热蒸汽，

与设置在由上述隔壁分隔的一方的上述流道的上述热交换器的导热面积相比，设置在另一方的上述流道的上述热交换器的导热面积小，并且，从上述两流道排出到锅炉外的燃烧废气不会混合地在锅炉下游侧被导入上述空气加热器，并且，通过在上述空气加热器中将上述燃烧废气具有的热量供给到上述一次空气及二次空气，加热燃烧空气。

2.根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，

上述空气加热器包括：设置在导热面积大的一方的上述热交换器的下游，进行上述一次空气的加热的低温空气加热器；以及设置在导热面积小的一方的上述热交换器的下游，进行上述二次空气的加热的高温空气加热器。

3.根据权利要求1或2所述的锅炉，其特征在于，

导热面积大的上述热交换器用于再热蒸汽的加热，导热面积小的上述热交换器用于主蒸汽的加热。

4.根据权利要求2或3所述的锅炉，其特征在于，

具备在设置有导热面积大的上述热交换器的流道中流动的燃烧废气在通过上述低温空气加热器之前进入，并除去燃烧废气中的氮氧化物的脱硝装置，并且，上述二次空气在由上述低温空气加热器加热后进入上述高温空气加热器，在该高温空气加热器中，由在设置有导热面积小的上述热交换器的流道中流动的废气加热。

5.根据权利要求4所述的锅炉，其特征在于，

在设置有上述导热面积小的上述热交换器的流道中流动的燃烧废气在进入上述高温空气加热器并被加热后进入上述脱硝装置，在该脱硝装置中，与在设置有导热面积大的上述热交换器的流道中流动的燃烧废气一起被除去氮氧化物，并进入上述低温空气加热器。

6.根据权利要求1～5任一项所述的锅炉，其特征在于，

在上述空气通道上具备空气流量调整装置，在上述废气通道上具备废气流量调整装置，并且，在上述一次燃烧空气供给通道的中途具备空气温度计，上述空气流量调整装置及废气流量调整装置以下述方式进行动作：根据上述空气温度计的输出，以使上述空气温度计表示的通过上述一次燃烧空气供给通道的一次燃烧空气的温度为期望的温度的方式分别调节空气流量与废气流量。