CN104359101A - 一种回转状混合式辐射锅炉 - Google Patents

一种回转状混合式辐射锅炉 Download PDF

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郭盼
张春飞
张媛
刘正宁
张鑫
李阳
樊伟
杜奇
胡春云
胡红伟
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Abstract

本发明公开了一种回转状混合式辐射锅炉，包括煤粉炉和热回收装置，其中热回收装置包括烟气入口、辐射换热组件、对流换热组件，烟气入口的进气侧与煤粉炉的出口连接，烟气入口的出气侧与辐射换热组件连接，辐射换热组件在对流换热组件的上端；辐射换热组件包括辐射水冷壁和辐射屏，辐射水冷壁是由多个竖直细长管拼接成的圆柱状结构；辐射屏位于辐射水冷壁的圆柱状结构内，辐射屏包括多个辐射子屏，辐射子屏以辐射水冷壁竖直方向的中心轴线为圆心发散布置；本发明通过辐射水冷壁和辐射屏对高温烟气的辐射换热，可使辐射换热段跨过易沾污烟温区，而不会冷凝粘附在对流受热面上，从根本上解决了高碱性煤发电基组所面临的炉内结焦和受热面等问题。

Description

一种回转状混合式辐射锅炉
技术领域
    本发明涉及高碱性煤的防沾污技术领域，特别是一种回转状混合式辐射锅炉。
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，结渣严重时可能导致锅炉熄火、爆管、非计划停炉等重大事故。
对煤燃烧利用而言，煤中的碱金属是有害成分，通常它与锅炉高温受热面的结渣积灰有关，高碱性煤在燃烧过程中由于碱金属元素的挥发，容易在受热面冷凝形成一层打底附着物。随着附着物对飞灰的吸附作用，会使得受热面出现不同程度的沾污现象，且无发使用吹灰器清除，从而增大换热热阻，降低换热面的换热效率，最终使得炉膛出力大大降低造成停炉。同时积灰影响了受热面的合理设计布置，导致锅炉排烟温度升高。另外一方面，碱金属会与铁相元素形成络合物，对金属管壁形成啃噬作用，使得金属受热面的耐压强度降低，造成换热面管束发生爆管，严重影响设备运行的稳定性和可靠性。总之受热面沾污严重影响着锅炉的安全与经济运行。
准东地区煤炭资源丰富，煤田资源预测储量达3900亿吨，约占我国煤炭资源保有量的20%。但是准东煤质高水分以及严重的结渣性、沾污性极大的限制了该煤种在电厂的大量使用，造成了准东煤资源不能很好的应用在煤电工业，极大的限制了煤电工业的发展，致使大量煤炭资源不能很好有效的利用，造成了资源的浪费，也限制的新疆经济的发展。
目前准东煤还未实现独立应用，只能通过掺烧的模式部分利用。新疆某电厂掺烧准东煤，掺烧比例为25%，在锅炉运半月后发现，整体锅炉全部被焦渣堵死。从炉膛到水平烟道过热器再热器，再到尾部受热面低温再热器、低温过热器、省煤器，出现大面积结焦，炉内结渣“搭桥”现象严重，爆管现象频发，停炉后进行清理发现，结焦非常坚硬。水冷壁结渣严重、炉内吹灰器吹灰频率增加，造成水冷壁减薄爆管。另外，大量尺寸较大的渣块瞬间脱落，调入炉底水封装置，导致水封装置内存水被炽热焦渣冲击、汽化、大量的蒸汽造成了炉膛燃烧波动和灭火。
通过对典型高碱性煤种的中试锅炉燃烧试验发现，燃用高碱性煤种的锅炉，烟气温度在700℃-1100℃之间时，锅炉对流受热面沾污最为严重，由于碱金属元素的挥发，容易在对流受热面冷凝形成一层打底附着物，粘结在受热面上形成结渣，随时间积累该层厚度急剧增加，很难直接除去。当温度降低到700℃以下或高于1100℃时，锅炉受热面的沾污可采用传统蒸汽吹扫方法或其他现有方法得到解决，不会影响锅炉安全运行。在烟气温度区间700℃-1100℃之间，采用蒸汽吹扫或其他吹灰方式都不能解决，沾污极其难以去除。
由于煤中含高碱性元素（主要为钠元素）的固有特性，导致燃烧设备受热面结渣及沾污严重，不能实现准东煤的纯烧利用和发挥准东煤储量达、价格低等优势，导致对于我国大量高碱金属含量煤的大规模利用受到限制，从而制约了我国煤炭资源利用的效率。
发明内容
本发明主要针对现有技术中燃用高碱性煤锅炉系统的缺陷和不足，提供了一种回转状混合式辐射锅炉，将煤粉炉、辐射锅炉结合为一体，解决解决现有电站锅炉对流受热面沾污问题，保证锅炉受热面充分换热，稳定锅炉出力，避免由于沾污所造成的对流受热面超温现象，大大降低爆管事故的发生。
为了克服传统锅炉的缺陷和不足，本发明的技术方案是：
一种回转状混合式辐射锅炉，包括煤粉炉和热回收装置，煤粉炉位于热回收装置左侧，其特征在于：所述热回收装置为混合式回转状，包括烟气入口、辐射换热组件、对流换热组件，烟气入口的进气侧与煤粉炉的出口连接，烟气入口的出气侧与辐射换热组件连接，辐射换热组件在对流换热组件的上端；所述辐射换热组件包括辐射水冷壁和辐射屏；所述辐射水冷壁是由多个竖直的细长管拼接形成的圆柱状结构，圆柱状内为空腔结构；所述辐射屏位于辐射水冷壁的空腔结构内，辐射屏包括多个竖直平面辐射子屏，每一个辐射子屏均是由多个竖直的细长管拼接形成，辐射子屏以辐射水冷壁竖直方向的中心轴线为圆心发散布置。
所述对流换热组件包括二级省煤器、一级省煤器和空气预热器；所述二级省煤器、一级省煤器和空气预热器分别由三组螺旋盘管组成，每组螺旋盘管由四层紧密环绕的螺旋环管组成，每组螺旋盘管之间错列布置。所述二级省煤器、一级省煤器和空气预热器依次布置在辐射换热组件下部。
所述辐射水冷壁的相邻的两个细长管通过焊接方式连接。
所述辐射屏的相邻的两个细长管也是通过焊接方式连接。
所述煤粉炉包括燃烧器、炉膛、辐射前屏、灰斗。
本发明的具体工作过程如下：
煤粉炉的炉膛内高温烟气经辐射前屏换热，高温烟气的温度降为1100℃左右，而后高温烟气从烟气入口进入到辐射水冷壁的空腔结构中，通过辐射屏以辐射传热的方式将热量传给四周的辐射水冷壁；
由于流通面积扩大，烟气流速较低，高温烟气中活性碱金属从离开烟气入口至到达辐射水冷壁的过程中，被充分冷却，固化失去黏结性形成灰渣，灰渣在重力作用下落入辐射换热组件下部；辐射屏在辐射水冷壁的空腔结构中，增大了辐射换热面积，减少了辐射换热部分的体积，使换热效果更好；
灰渣穿过辐射换热组件下落，而高温烟气经过辐射换热组件充分换热后进入下部的对流换热组件，依次通过二次省煤器、一次省煤器及空气预热器进行换热冷却，最后烟气由热回收装置底部的出口排出；此时，烟气中的灰渣固化失去粘结性为普通积灰现象，可在对流换热组件附近设置吹扫装置，进行防积灰沉淀扰动，保证对流换热组件的可靠稳定运行。
本发明的有益效果如下：
（1）本发明可以通过辐射换热段跨过易沾污烟温区，而不会冷凝粘附在对流受热面上，从根本上解决了高碱性煤发电基组所面临的炉内结焦和受热面等问题。
（2）本发明避免了由于沾污所造成的对流受热面超温爆管或堵灰现象，保证了生产连续性运行。
（3）本发明可实现高钠煤的纯烧利用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的辐射屏的结构示意图。
其中，附图标记为：1燃烧器，2炉膛，3辐射前屏，4灰斗，5烟气入口，6辐射换热组件，6-1辐射水冷壁，6-2辐射屏，7对流换热组件，7-1二级省煤器，7-2一级省煤器，7-3空气预热器。
具体实施方式
如图1-2所示，一种回转状混合式辐射锅炉，包括煤粉炉和热回收装置，煤粉炉位于热回收装置左侧，所述热回收装置为混合式回转状，包括烟气入口5、辐射换热组件6、对流换热组件7，烟气入口5的进气侧与煤粉炉的出口连接，烟气入口5的出气侧与辐射换热组件6连接，辐射换热组件6在对流换热组件7的上端；所述辐射换热组件6包括辐射水冷壁6-1和辐射屏6-2；所述辐射水冷壁6-1是由多个竖直的细长管拼接形成的圆柱状结构，圆柱状内为空腔结构；所述辐射屏6-2位于辐射水冷壁6-1的空腔结构内，辐射屏6-2包括多个竖直平面辐射子屏，每一个辐射子屏均是由多个竖直的细长管拼接形成，辐射子屏以辐射水冷壁6-1竖直方向的中心轴线为圆心发散布置。
所述对流换热组件7包括二级省煤器7-1、一级省煤器7-2和空气预热器7-3；所述二级省煤器7-1、一级省煤器7-2和空气预热器7-3分别由三组螺旋盘管组成，每组螺旋盘管由四层紧密环绕的螺旋环管组成，每组螺旋盘管之间错列布置。所述二级省煤器7-1、一级省煤器7-2和空气预热器7-3依次布置在辐射换热组件下部。
所述辐射水冷壁6-1的相邻的两个细长管通过焊接方式连接。
所述辐射屏6-2的相邻的两个细长管也是通过焊接方式连接。
所述煤粉炉包括燃烧器1、炉膛2、辐射前屏3、灰斗4。
通过采用在锅炉尾部设置回转状辐射锅炉装置，其入口烟气温度大于1100℃，利用辐射锅炉受热面布置特点，避免了辐射受热面的沾污，经过辐射换热面后烟气温度控制在700℃以下，再将较低温度的烟气引入后部对流受热面。烟气温度降低后飞灰的烧结率及烧结强度都会降低，再配合以传统吹灰器可轻松除去受热面上的浮灰。可使锅炉对流受热面直接跨过容易发生沾污的温度区间700℃-1100℃，避免了高温过热器发生严重的沾污。
本发明的具体工作过程如下：
煤粉炉的炉膛2内高温烟气经辐射前屏3换热，高温烟气的温度降为1100℃左右，而后高温烟气从烟气入口5进入到辐射水冷壁6-1的空腔结构中，通过辐射屏6-2以辐射传热的方式将热量传给四周的辐射水冷壁6-1；
由于流通面积扩大，烟气流速较低，高温烟气中活性碱金属从离开烟气入口5至到达辐射水冷壁6-1的过程中，被充分冷却，固化失去黏结性形成灰渣，灰渣在重力作用下落入辐射换热组件6下部；辐射屏6-2在辐射水冷壁6-1的空腔结构中，增大了辐射换热面积，减少了辐射换热部分的体积，使换热效果更好；
灰渣穿过辐射换热组件6下落，而高温烟气经过辐射换热组件6充分换热后进入下部的对流换热组件7，依次通过二次省煤器7-1、一次省煤器7-2及空气预热器7-3以回收烟气中的热量，并继续降低排烟温度；
最后烟气由热回收装置底部的出口排出；此时，烟气中的灰渣固化失去粘结性为普通积灰现象，可在对流换热组件7附近设置吹扫装置，进行防积灰沉淀扰动，保证对流换热组件7的可靠稳定运行。 

Claims (6)

1.一种回转状混合式辐射锅炉，包括煤粉炉和热回收装置，煤粉炉位于热回收装置左侧，其特征在于：所述热回收装置为混合式回转状，包括烟气入口（5）、辐射换热组件（6）、对流换热组件（7），烟气入口（5）的进气侧与煤粉炉的出口连接，烟气入口（5）的出气侧与辐射换热组件（6）连接，辐射换热组件（6）在对流换热组件（7）的上端；所述辐射换热组件（6）包括辐射水冷壁（6-1）和辐射屏（6-2）；所述辐射水冷壁（6-1）是由多个竖直的细长管拼接形成的圆柱状结构，圆柱状内为空腔结构；所述辐射屏（6-2）位于辐射水冷壁（6-1）的空腔结构内，辐射屏（6-2）包括多个竖直平面辐射子屏，每一个辐射子屏均是由多个竖直的细长管拼接形成，辐射子屏以辐射水冷壁（6-1）竖直方向的中心轴线为圆心发散布置。
2.根据权利要求1所述的一种回转状混合式辐射锅炉，其特征在于：所述对流换热组件（7）包括二级省煤器（7-1）、一级省煤器（7-2）和空气预热器（7-3）；所述二级省煤器（7-1）、一级省煤器（7-2）和空气预热器（7-3）分别由三组螺旋盘管组成，每组螺旋盘管由四层紧密环绕的螺旋环管组成，每组螺旋盘管之间错列布置。
3.根据权利要求1所述的一种回转状混合式辐射锅炉，其特征在于：所述辐射水冷壁（6-1）的相邻的两个细长管通过焊接方式连接。
4.根据权利要求1或3所述的一种回转状混合式辐射锅炉，其特征在于：所述辐射屏（6-2）的相邻的两个细长管通过焊接方式连接。
5.根据权利要求2所述的一种回转状混合式辐射锅炉，其特征在于：所述煤粉炉包括燃烧器（1）、炉膛（2）、辐射前屏（3）、灰斗（4）。
6.根据权利要求5所述的一种回转状混合式辐射锅炉，其特征在于工作过程如下：煤粉炉的炉膛（2）内高温烟气经辐射前屏（3）换热，高温烟气的温度降为1100℃，而后高温烟气从烟气入口（5）进入到辐射水冷壁（6-1）的空腔结构中，通过辐射屏（6-2）以辐射传热的方式将热量传给四周的辐射水冷壁（6-1）；然后高温烟气中的活性碱金属从离开烟气入口（5）至到达辐射水冷壁（6-1）的过程中，被充分冷却，固化失去黏结性形成灰渣，灰渣在重力作用下落入辐射换热组件（6）下部，而高温烟气经过辐射换热组件（6）充分换热后进入下部的对流换热组件（7），通过二次省煤器（7-1）、一次省煤器（7-2）及空气预热器（7-3）进行换热冷却，最后烟气由热回收装置的出口排出，烟气中的灰渣固化失去粘结性易于清除。
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