CN104359099A - 一种三回程粉体蒸汽锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种三回程粉体蒸汽锅炉，包括锅筒、炉膛、燃尽室、对流管束、尾部换热设备、燃烧器、落渣装置、下集箱和上集箱，下集箱设置在锅炉本体的底部，上集箱设置在锅炉本体的顶部；燃烧器布置在锅炉炉膛的前部、顶部、底部或侧部；锅炉本体采用全膜式水冷壁结构，四角布置4根主下降管；对流管束设置在对流管束烟道内，对流管束烟道纵向设置，且与炉膛等高；对流管束、主下降管和膜式水冷壁的上下两端分别与上集箱和下集箱联通；燃尽室与炉膛背靠背纵向并排且等高设置；炉膛、燃尽室、对流管束烟道和尾部换热设备依次串联导通；炉膛内布有二级助燃和脱硝二次风。本发明具有烟气流程长，燃料燃烧充分，换热效率高的特点。

Description

一种三回程粉体蒸汽锅炉

技术领域

本发明属于燃煤工业锅炉领域，具体涉及一种以煤粉、油、气、生物质粉、其他可燃固体粉为燃料，用于产生蒸汽的三回程粉体锅炉。

背景技术

我国的能源结构是以煤为主，在未来相当长时间内，以燃煤为主，油、气、生物质、其他固体燃料作为补充的工业锅炉仍将是工业锅炉的主导产品。

传统的工业燃煤锅炉以层燃锅炉为主，缺点是燃烧效率低，污染严重，难以满足节能减排和污染物排放要求。

煤的粉状燃烧、油气燃烧、粉状生物质燃烧、其他固体燃料的粉态燃烧是燃料的高效洁净燃烧方式之一，其燃烧效率可达98％以上，是一项成熟的燃烧技术，在大型电站锅炉得到普遍应用。近年来，粉体燃烧在工业锅炉上也得到应用，大多采用SHS型双锅筒散装水管锅炉结构或D型双锅筒水管结构，但存在一定的不足：

1)SHS型双锅筒散装水管锅炉高度过高，制造安装不方便，检修困难。

2)D型双锅筒组装或散装锅炉炉膛过低，炉膛过低燃料燃烧不够充分。

3)燃烧不够均匀，前后温差比较大，不利于降低NO_X的含量。

4)负荷调节范围小，只能使用单一燃料。

5)锅炉灰、渣清理不方便。

6)锅炉钢材、炉墙材料消耗大。

7)锅炉房占地面积大、土建成本高。

8)锅炉密封性能不佳、砖墙漏风量大、锅炉热损失大、引风机电耗大。

还有一种立式煤粉角管式锅炉，如图1所示。其炉膛2’与燃尽室之间采用砖墙结构，并且燃尽室的高度只有炉膛的1/2至1/3。这种结构的锅炉，一方面炉膛2’的侧壁热量不能有效地利用，另一方面燃尽室的高度受限，高温烟气的流程较短，因此锅炉的热效率较低。另外，由于没有留出检修空间，不利于维修保养。

图2所示是另一种立式煤粉角管式锅炉，其燃尽室设置在炉膛13’的后侧，同样具有烟气流程短，换热效率较低，检修困难等问题。

发明内容

本发明要解决的是是现有散装立式和组装卧式粉体锅炉的不足，提供一种新型的三回程的粉体蒸汽锅炉。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：一种三回程粉体蒸汽锅炉，包括锅筒、炉膛、燃尽室、对流管束、尾部换热设备、燃烧器、落渣装置、下集箱和上集箱，所述的下集箱设置在锅炉本体的底部，所述的上集箱设置在锅炉本体的顶部；所述的燃烧器布置在锅炉炉膛的前部、顶部、底部或侧部；其特征在于所述的锅炉本体采用全膜式水冷壁结构，四角布置4根主下降管；所述的对流管束设置在对流管束烟道内，所述的对流管束烟道纵向设置，且与所述的炉膛等高；所述的对流管束、主下降管和膜式水冷壁的上下两端分别与所述的上集箱和下集箱联通；所述的燃尽室与炉膛背靠背纵向并排且等高设置；所述的炉膛、燃尽室、对流管束烟道和尾部换热设备依次串联导通；所述的落渣装置设置在所述炉膛底部；所述的炉膛内布有二级助燃和脱硝二次风；所述锅筒的水空间分别与所述的上集箱和下降管联通，所述锅筒的的上部汽空间还通过汽连通管与所述的上集箱联通。

本发明的三回程的粉体蒸汽锅炉，各种粉体燃料(含煤粉、油、气、生物质粉、其他可燃固体粉)通过燃烧器喷入密闭的膜式壁炉膛，同时，经过尾部换热设备加热后的高温空气也进入燃烧器与粉体混合进入炉膛进行强烈悬浮燃烧；炉膛中布置了两级助燃和脱硝二次风，在保证未燃尽产物充分燃烧的前提下有效阻止炉膛结焦和降低氮氧化物的生成。

在炉膛燃烧换热后的高温烟气从炉膛出烟口转折180°向下(或向上)进入与炉膛背靠背串联的燃尽室，经充分燃尽换热后的烟气再进入对流管束进行对流换热，然后烟气再进入尾部换热设备后排入烟气净化系统进行净化。

本发明具有以下优点：

1)锅炉本体采用角管或管架式结构布置，四角布置4根大口径主下降管，该主下降管即是水循环管路，同时也支撑整个锅炉，因此不需要另设支撑钢架，整体结构紧凑、外形布置简单、占地面积小，钢耗低。

2)采用全膜式壁结构，包括炉膛和对流管束烟道均采用膜式壁结构，其作用是：炉膛采用膜式壁结构，炉墙只需要保温材料，整体密封、保温性能好，锅炉漏风少，引风机电耗少；炉膛与燃尽室之间的隔烟墙以及对流管束烟道也采用膜式壁结构，充分地利用了炉膛与燃尽室中燃料燃烧的热量，大大提高了热交换效率。

3)所述的燃尽室与炉膛背靠背并排设置，燃料集中燃烧，且燃烧充分，因而燃料的利用率高；并且由于燃尽室与炉膛之间的隔烟墙为膜式壁结构，与燃尽室和炉膛之间的热交换面积大，能够充分吸收燃尽室和炉膛的热量，提高换热效率；炉膛、燃尽室和对流管束纵向且等高设置，三者串联构成三回程结构，烟气的流程长，且在烟道中的停留时间也长，进一步提高了换热效率。

4)采用分段送风分级燃烧技术，炉膛内送入两级二次风，整个温度场均匀，可保证未燃尽产物充分燃烧的前提下有效阻止炉膛结焦和降低氮氧化物的生成。

5)采用自然循环方式，介质水循环压差大，运行非常安全可靠。上集箱蒸汽在锅外分离后接入锅筒，蒸汽没有通过水空间而直接接入锅筒汽空间，从而避免了泡沫的产生，再加上进入锅筒的蒸汽已进行预分离，因此，大大提高了蒸汽的品质。

作为本发明的改进，所述的燃烧器为单个或多个燃烧器布置。单个或多个燃烧器布置的好处在于每个燃烧器可单独控制，大大提高燃烧的稳定性和负荷的调节性能，并且可同时使用两种以上的燃料。

作为本发明的进一步改进，所述的对流管束采用旗面管或蛇形管，且顺列布置。对流受热面采用旗面管或蛇形管，旗面管或蛇形管按一定角度立式顺列布置，受热面充足，循环可靠，烟气冲刷顺畅，不易积灰，延长锅炉使用寿命。

作为本发明的再进一步改进，膜式水冷壁、对流管束、落渣装置和尾部换热设备模块化制造和安装，有效解决了锅炉运输尺寸限制锅炉容量发展的问题，锅炉制造安装简单快捷。

作为本发明的再进一步改进，所述的燃尽室和对流管束烟道之间还设有检修空间。锅炉全方位可维修更换，具维修简便的优点。

作为本发明的更进一步的改进，所述锅筒的水空间分别与所述的上集箱和下降管联通，所述锅筒的的上部汽空间还通过汽连通管与所述的上集箱联通。

附图说明

下面结构附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1和图2是现有立式煤粉角管式锅炉的结构示意图。

图3是本发明第一种实施方式的结构示意图。

图4是本发明第二种实施方式的结构示意图。

图5是本发明第三种实施方式的结构示意图。

图6是本发明燃第四种实施方式的结构示意图。

图中，1-锅筒，2-炉膛，3-燃尽室，4-对流管束，5-尾部换热设备，6-主下降管，7-膜式水冷壁，8-燃烧器，9-下集箱，10-二级二次风，11-落渣装置，12-出干(湿)渣机，13-燃尽室出烟口，14-炉膛出烟口，15-上集箱，16-对流管束出烟口，17-检修空间，18-对流管束烟道。

具体实施方式

参照图1和图2，现有的立式煤粉角管式锅炉，其缺陷前面已经描述过了，在此不再赘述。

参照图3，本发明的第一种实施方式。在本实施方式中，燃烧器布置在炉膛前部。

本发明一种三回程粉体蒸汽锅炉，包括锅筒1、炉膛2、燃尽室3、对流管束4、尾部换热设备5、燃烧器8、落渣装置11、下集箱9和上集箱15，所述的下集箱9设置在锅炉本体的底部，所述的上集箱15设置在锅炉本体的顶部；所述的燃烧器8布置在锅炉炉膛的前部；所述的锅炉本体采用全膜式水冷壁，同时采用角管式或管架式结构，四角布置4根主下降管6；所述的对流管束4采用旗面管或蛇形管结构，且顺列布置在对流管束烟道18内；所述的对流管束烟道18纵向设置，且与所述的炉膛2等高；所述的对流管束4、主下降管6和膜式水冷壁7的上下两端分别与所述的上集箱15和下集箱9联通；所述的燃尽室3与炉膛2背靠背纵向并排且等高设置；所述的炉膛2、燃尽室3、对流管束烟道18和尾部换热设备4依次串联导通；所述的落渣装置11设置在所述炉膛2底部；所述的炉膛2内布有二级助燃和脱硝二次风10。

在本实施例中，所述的燃尽室3顶部与炉膛2出烟口14联通，底部与所述的对流管束烟道18联通；所述的对流管束4设置在由膜式水冷壁构成的对流管束烟道18内，其底部与燃尽室出烟口13联通，顶部出烟口16与所述的尾部换热设备5联通。

所述的锅筒1布置在前部的主下降管6和上集箱15的交叉处。所述锅筒1的水空间分别与所述的上集箱15和下降管6联通，所述锅筒1的的上部汽空间还通过汽连通管与所述的上集箱15联通。

单个或多个粉体燃烧器8的燃烧可独立控制，炉膛2上部设置防爆门，中部设置二级助燃和脱硝二次风10，灰渣从落渣装置11自动集中到出干渣(或湿渣)机12。

所述的膜式水冷壁7、对流管束4、落渣装置11和尾部换热设备5模块化制造和安装。在于所述的燃尽室3和对流管束烟道18之间还设有检修空间17。

本发明自然循环的蒸汽锅炉的工作原理如下：

各种粉体燃料(含煤粉、油、气、生物质粉、其他可燃固体粉)通过单个或多个燃烧器8喷入膜式壁炉膛7，同时，经过尾部换热设备5加热后的高温空气也进入燃烧器8与粉体混合进入炉膛2进行强烈悬浮燃烧；并且炉膛中布置了两级助燃和脱硝二次风及10，在保证未燃尽产物充分燃烧的前提下有效阻止炉膛结焦和降低氮氧化物的生成。在炉膛2燃烧换热后的高温烟气从炉膛出烟口14转折180°向下进入与炉膛背靠背串联的燃尽室3，经充分燃尽换热后的烟气再进入对流管束烟道18；在对流管束烟道18内，烟气与对流管束4内的水进行对流换热，降温后的烟气进入尾部换热设备5，最后排入烟气净化系统进行净化。在烟气净化系统内，烟气中的固体颗粒和二氧化硫被清除掉。吸热的预热空气从多个燃烧器8中再次喷入炉膛7。尾部换热设备5可利用烟气的余热对空气进行预热，从而达到余热回收后循环利用和节能的目的。

上集箱15、下集箱9、膜式水冷壁7、对流管束4和主下降管6构成自然水循环系统。上集箱15连接接入锅筒1，汽水混合物从膜式水冷壁7的受热面和对流管束4上升进入上集箱15，蒸汽经汽连通管接入锅筒1上部的汽空间。由于蒸汽从锅筒的高水位处接入，则蒸汽没有通过水空间而直接接入锅筒，从而避免了泡沫的产生，再加上进入锅筒1的蒸汽已进行预分离，因此，大大提高了蒸汽的品质。锅筒1内的回水和上集箱15里汽水预分离后的水从4根主下降管6流入下集箱9，再进入膜式水冷壁7和对流管束4内，依靠主下降管内的热水与膜式水冷壁7和对流管束4内的汽水混合物的密度差驱动来形成水循环。

参照图4，本发明的第二种实施方式。与图3实施方式不同之处仅在于燃烧器布置在炉膛顶部，其余结构与图3实施方式相同。

参照图5，本发明的第三种实施方式。与图3实施方式不同之处仅在于燃烧器布置在炉膛底部，其余结构与图1实施方式相同。

参照图6，本发明的第四种实施方式。。与图1实施方式不同之处仅在于燃烧器布置在炉膛对冲左右侧，其余结构与图1实施方式相同。

应该理解到的是：上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种三回程粉体蒸汽锅炉，包括锅筒(1)、炉膛(2)、燃尽室(3)、对流管束(4)、尾部换热设备(5)、燃烧器(8)、落渣装置(11)、下集箱(9)和上集箱(15)，所述的下集箱(9)设置在锅炉本体的底部，所述的上集箱(15)设置在锅炉本体的顶部；所述的燃烧器(8)布置在锅炉炉膛的前部、顶部、底部或侧部；其特征在于所述的锅炉本体采用全膜式水冷壁结构，四角布置4根主下降管(6)；所述的对流管束(4)设置在对流管束烟道(18)内，所述的对流管束烟道(18)纵向设置，且与所述的炉膛(2)等高；所述的对流管束(4)、主下降管(6)和膜式水冷壁(7)的上下两端分别与所述的上集箱(15)和下集箱(9)联通；所述的燃尽室(3)与炉膛(2)背靠背纵向并排且等高设置；所述的炉膛(2)、燃尽室(3)、对流管束烟道(18)和尾部换热设备(4)依次串联导通；所述的落渣装置(11)设置在所述炉膛(2)底部；所述的炉膛(2)内布有二级助燃和脱硝二次风(10)；所述锅筒(1)的水空间分别与所述的上集箱(15)和下降管(6)联通，所述锅筒(1)的的上部汽空间还通过汽连通管与所述的上集箱(15)联通。

2.如权利要求1所述的一种三回程粉体蒸汽锅炉，其特征在于所述的燃烧器(8)为单个或多个。

3.如权利要求1所述的一种三回程粉体蒸汽锅炉，其特征在于所述的对流管束(4)采用旗面管或蛇形管结构，且顺列布置。

4.如权利要求1所述的一种三回程粉体蒸汽锅炉，其特征在于所述的膜式水冷壁(7)、对流管束(4)、落渣装置(11)和尾部换热设备(5)模块化制造和安装。

5.如权利要求1所述的一种三回程粉体蒸汽锅炉，其特征在于所述的燃尽室(3)和对流管束烟道(18)之间还设有检修空间(17)。

6.如权利要求1所述的一种三回程粉体锅炉，其特征在于所述的锅筒(1)布置在前部的主下降管(6)和上集箱(15)的交叉处，或者布置在后部的主下降管(6)和上集箱(15)的交叉处。

7.如权利要求1-6任何一项所述的一种三回程粉体蒸汽锅炉，其特征在于所述的落渣装置(11)是出干灰或出湿灰的结构。