CN104374079A - 一种采取受热面分段回水的锅炉及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采取受热面分段回水的锅炉及其操作方法，所述锅炉包括炉膛、除尘器、空气预热器、多级对流管和多级回水集箱。所述操作方法包括锅炉回水采用三级对流管并联回水方式。该采取受热面分段回水的锅炉及其操作方法可以根据锅炉负荷的变化，分别调节对流管各自的回水分配量，从而很好地控制锅炉本体的排烟温度，避免尾部受热面发生低温腐蚀，保证了材料的安全性，提高锅炉整体热效率，达到节能减排的目的，同时可以满足脱硝的工艺要求。

Description

一种采取受热面分段回水的锅炉及其操作方法

 

技术领域

本发明属于锅炉领域，涉及一种采取受热面分段回水的锅炉及其操作方法。

 

背景技术

目前市场上的锅炉产品，采用的是单级回水方式，额定工况下排烟温度在150℃左右，锅炉热效率83%左右。然而，当锅炉的负荷发生变化时，不能很好地控制尾部的排烟温度。尤其低负荷运行时，尾部排烟温度过低，可造成受热面的低温腐蚀，而且材料的安全性也不能得到保障，并且还导致锅炉出口烟气中NOx初始排放浓度及飞灰可燃物含量升高，NOx浓度为400-500mg/Nm³甚至更高，不能够满足脱硝工艺（SCR和SNCR法）要求，随着目前环保要求的日益严格，这极大地增加了后期脱硝的费用，不利于经济环保目标。

CN103335360A公开了一种相邻采暖区域阀门控制方法，包括第一采暖区域和第二采暖区域，第一采暖区域由第一锅炉供暖；第二采暖区域由第二锅炉供暖，第一锅炉的供水管路与回水管路间设置有第一控制阀门；第二锅炉的供水管路与回水管路间设置有第二控制阀门：第一锅炉的供水管路与第二锅炉的供水管路间设置有第三控制阀门；第一锅炉的回水管路与第二锅炉的回水管路间设置有第四控制阀门。

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WO2010037088A2公开了一种用于锅炉的燃烧旋转系统，利用该燃烧旋转系统，将不平衡的燃油喷射流导向到燃烧器的燃料喷射动力锅炉中，如煤粉，燃油或燃气锅炉，实现内侧/外侧（I/O）燃烧物或其它类型的燃烧质量的混合旋转，使得燃料喷射燃烧的旋转系统也可以控制，并通过主控制系统自动地控制锅炉操作，使得燃烧物更高效和有效地发生多涡流旋转。

JP2006132826A公开了一种多燃烧器的烧结机点火炉与应对烧结机的操作波动的方法，便于流量调节阀的调整作业，消除在烧结机的两侧加热的不足，并且减少维护和维修成本，其中将多个双层管燃烧器的每个喷嘴与设置有旋转叶片同心布置在燃料喷射管2的外周的主排气管3中，其呈直线地布置或锯齿状布置，使得燃料喷射管向主空气供给管的内径D与间距P的比值为2.2-3.5，提供直缝形状的二次空气排气口，以容纳在每个喷嘴之间，和二次空气与比主排气速度高的速度供给。

US2004244367A1公开了一种燃烧容器，它包含：燃烧区；位于燃烧区下游的燃烧中止区；位于燃烧中止区旁的容器壁板上的空气舱，其中所述空 气舱包含上游喷射器和下游喷射器，和至少一个用来将选择性还原剂喷射到燃烧中止区中的还原剂喷射器，其中所述喷射器贯穿下游空气喷射器。

“浅谈蒸汽锅炉的回水再利用”，乔金增，科技信息，2013年第25期，对末端单元进行局部改造，形成一个小的供水供热系统，用较少的投入，增加增强了供热能力，以解决局部供热不足的矛盾，消除了电热器取暖带来的安全隐患，其中锅炉的传输介质是蒸汽和热水，锅筒通过受热面吸收热量，水温不断上升，锅水产生汽化，成为饱和蒸汽，饱和蒸汽经汽水分离，通过分气缸进入热力管网输送至各个供热单元，在蒸汽传输过程中，将产生大量的冷凝回水，回水温度约为65%左右，供暖末梢温度较低。

“常压热水锅炉供热系统回水方式的选择”，吕建等，煤气与热力，第26卷第6期，2006年6月，对常压燃油、燃气热水锅炉供热系统采用的两种回水方式，即回水水箱控制方式、启闭阀控制方式进行了探讨。

然而，在现有技术中，通常采用的是单级回水方式，未考虑到锅炉负荷的变化，当锅炉的负荷发生变化时，不能很好地通过回水来控制尾部的排烟温度，导致热效率低，含硫化合物和NOx初始排放浓度高。尤其低负荷运行时，尾部排烟温度过低，还可造成受热面的低温腐蚀，而且材料的安全性也不能得到保障。此外，本领域中对锅炉关键部位材料的设计也缺乏针对性，导致锅炉维修成本过高。因此，本领域需要一种能够有效控制尾部排烟温度的锅炉及其方法。

 

发明内容

为解决现有技术中存在的上述问题，本发明人经过深入研究和大量实验，提出了如下技术方案：

在一方面，提供了一种采取受热面分段回水的锅炉，其特征在于，包括炉膛、除尘器、空气预热器、多级对流管和多级回水集箱。

所述锅炉优选是集中供热锅炉，所述除尘器优选为布袋式除尘器。

优选地，所述多级对流管包括3级以上，所述多级回水集箱包括3级以上。

优选地，所述多级对流管以并联回水方式连接。

该锅炉还优选包括多个送风段，以进一步提高燃烧效率。

在一个特别优选的方面，所述对流管由耐热合金制成。

在另一个方面，提供了一种操作所述锅炉的方法，其特征在于，该方法包括采用分段回水变负荷方式。

优选地，在锅炉运行时，根据锅炉负荷的变化，采用分段回水方式，使得可控制锅炉本体的排烟温度，即，各段回水的调节以控制锅炉本体的排烟温度为目标。

更优选地，所述锅炉回水可以采用三级对流管并联回水方式，并根据锅炉负荷的变化和尤其引起的尾部排烟温度变化，分别调节三级对流管的各自回水分配量（即循环水量），使得能够控制锅炉本体排烟温度为约130℃，优选为约120℃。

进一步地或优选地，每级对流管可以各自独立地具有供水温度传感器、回水温度传感器和水泵控制器，锅炉还装有排烟温度传感器，所述供水温度传感器、回水温度传感器和水泵控制器、以及所述排烟温度传感器与微主机连接，将供水温度信息、回水温度信息、循环水量信息、排烟温度信息发送给微主机，当排烟温度t低于或高于130℃时，分别降低或提高一级对流管、二级对流管和三级对流管的循环水量且同时保持各级对流管的供回水温度不变，所述循环水量的调节使得排烟温度t回升至或降低至130℃。所述传感器和控制器可以根据工艺、设备需要，按照本领域常规方式安装在合适位置。由水泵控制器控制各级对流管的循环水量（回水量）。

在循环水量调节中，最优选地，一级对流管、二级对流管和三级对流管在锅炉中的位置为依次从下到上布置，当排烟温度发生变化时，一级对流管的循环水量变化（%）为[(t-130)/(130)]×(50%～60%)，优选[(t-130)/(130)]×50%；二级对流管的循环水量变化（%）为[(t-130)/(130)]×(30%～45%)，优选[(t-130)/(130)]×35%；三级对流管的循环水量变化（%）为[(t-130)/(130)]×(5%～25%)，优选[(t-130)/(130)]×15%。负值是指降低循环水量（回水量），正值是指提高循环水量。本发明人经过大量试验，出乎意料地发现，当循环水量分配在上述范围内时，可以最佳地、最有效地实现排烟温度的快速、准确调整，例如可以使现排烟温度调节所需时间最短和最准确。

进一步地或优选地，每级对流管可以各自独立地具有供水温度传感器、回水温度传感器和水泵控制器，锅炉还装有排烟温度传感器，所述供水温度传感器、回水温度传感器和水泵控制器、以及所述排烟温度传感器与微主机连接，将供水温度信息、回水温度信息、循环水量信息、排烟温度信息发送给微主机，当排烟温度t低于或高于130℃时，三级对流管的总循环水量不变，调节各级对流管的回水分配量，使得排烟温度t回升至或降低至130℃。在该调节方式中，供回水温度可发生变化。

在循环水量分配中，最优选地，一级对流管、二级对流管和三级对流管在锅炉中的位置为依次从下到上布置，当排烟温度发生变化时，一级对流管的循环水量变化（%）为[(t-130)/(130)]×(50%～60%)，优选[(t-130)/(130)]×50%；二级对流管的循环水量变化（百分比%）为[(130-t)/(130)]×(20%～40%)，优选[(130-t)/(130)]×30%；三级对流管的循环水量变化（百分比%）为[(t-130)/(130)]×(5%～20%)，优选[(t-130)/(130)]×20%，三级对流管的总循环水量之和不变。负值是指降低循环水量，正值是指提高循环水量。本发明人经过研究发现，当循环水量分配在上述范围内时，可以在总循环水量不变的情况下，使总体供回水温度变化最小。

优选地，所述微主机使用单片机或CPU控制器。当使用单片机时，优选采用微控制器型单片机（例如AT89S52）。

本发明人经过大量研究还发现，当采用多段送风时，能够更为有效地配合多级对流管并联回水来调节锅炉本体排烟温度，提高锅炉的燃烧效率，同时发现，送风段的综合设置或整体设置非常关键，因此经过反复试验和研究，在锅炉的三个位置设置了送风段，即第一送风段设置在炉排下部，用于供给Ⅰ段风，使Ⅰ段风由炉排下部送入炉膛，第二送风段设置在锅炉后拱上部并且向下贴着后拱朝向炉膛，用于供给Ⅱ段风，使Ⅱ段风由锅炉后拱上部向下贴着后拱送风，和第三送风段设置在炉膛出烟口下部，用于供给Ⅲ段风，使Ⅲ段风由炉膛出烟口下部供给。这样的送风段设置方式在现有技术中没有记载，例如在现有的锅炉中，尚未发现在锅炉后拱上部设置送风段，并且在锅炉后拱上部设置送风段的同时在炉膛出烟口下部设置送风段。本发明人发现，通过上述三个特定位置的送风段，可以有效地控制锅炉的过量空气系数，提高锅炉热效率，最有效地降低锅炉出口烟气中NOx初始排放浓度。此外，还出人意料地发现，第二送风段必须设置在锅炉后拱上部并且向下贴着后拱朝向炉膛，使Ⅱ段风由锅炉后拱上部向下贴着后拱送风，如果不贴着后拱朝向炉膛，例如如果垂直于后拱壁向炉膛内送风，则降低NOx初始排放浓度的效果显著降低。通过在锅炉中设置本发明这样的送风段，可以进一步有效地使锅炉出口烟气中NOx的浓度由常规锅炉的400-500mg/Nm³降至350mg/Nm³以下，优选降至250mg/Nm³以下，最优选降至150mg/Nm³以下，从而提高了锅炉效率，降低了后期脱硝成本，有利于节能环保。同时，这种送风段设置，不需要对现有锅炉作出很大结构改变，从而极大地节约了设备成本。

在一个优选方面，对流管可以由耐热合金制成。这是因为，在本发明中，由于需要灵敏地改变水温、循环水量以改变烟气的温度，这就对对流管热交换能力、耐热冲击强度提出很高的要求，而通常的铁质、钢质或普通铜质对流管难以满足要求，这些材料热交换效率低，导致排烟温度的调节滞后性严重，并且由于温度的剧烈变化还往往导致寿命较短，需要频繁更换。在本发明中，为了满足所述苛刻要求，通过大量的系统研究和开发，研制出一种耐热合金对流管。所述耐热合金包含：基于该耐热合金的总重量计，1.0-2.0质量%的Mn，4.5-10.5质量%的Fe，0.02质量％-0.10质量％的Ti，0.5-1.5质量%的Si，0.10-0.80质量%的P，并且V含量限制在0.0020％以下，其中Fe与P的质量之比满足关系Fe/P=60-80，余量为Cu和不可避免的杂质。

在该耐热合金中，Ti的加入可以非常有效地提高对流管耐受由热改变带来的热冲击，这是先前所未曾预料到的。通过限制可能存在的V的含量在一定限度内，可以降低V元素对耐高温强度的不利影响。提高Fe的加入量可以抑制加热过程中合金晶粒粗化，使得可以极大地提高合金的热传导率。Mn的加入可以使合金获得良好的固溶强化。适量P的加入可以有效弥补Fe的加入对合金强度的不利影响。本发明人通过深入研究，出人意料地发现，Fe与P的质量之比必须满足关系Fe/P=60-80，才能够实现强度和热传导率之间的良好性能平衡。

经过检测发现，由所述耐热合金制成的对流管的热导率是普通铜管的3倍以上，在锅炉中的使用寿命是普通铜管的8倍以上。

优选地，本发明人还对用所述耐热合金制成的对流管（即对流管制件）进行了回火与低温连续处理，可使其耐热性进一步提高，所述回火与低温连续处理包括如下依次步骤：

步骤（1）：将对流管进行回火处理；步骤（2）：将对流管进行低温处理（即深冷处理）；步骤（3）：将对流管进行再次回火处理；和步骤（4）：将对流管进行再次低温处理（即深冷处理）；其中：

步骤（1）的回火处理为低温回火，处理温度为90～150℃，处理时间为1～5h，优选1～4h；步骤（2）的低温处理温度为-40℃～-75℃，处理时间为10min～5h，优选30min～1h；步骤（3）的回火处理为高温回火，处理温度为400～600℃，处理时间为1～6h，优选2-4h；步骤（4）的低温处理温度为-160℃～-200℃，处理时间为20min～4h，优选30min～1h； 

并且，其中：在步骤（2）的低温处理后，控制对流管回温至室温，升温速率为5～8℃/ min；在步骤（4）的低温处理后，控制对流管回温至室温，升温速率为1～2℃/ min；并且重复上述步骤（1）至（4）至少2个循环，优选3个以上的循环。

研究发现，在上述方法中，通过先进行低温回火和低温处理、再进行高温回火和更低温度的低温处理这样的有机协同组合，有效克服了对流管材料组织结构可能由于使用过程中内外温差较大而发生劣化和开裂的可能，例如通过该处理，可以使对流管发生开裂的概率降低到原来的一半。同时，通过大量繁复的试验，严格筛选、优化并控制低温回火、低温处理、高温回火和更低温度的低温处理所采用的温度，以及每次低温处理后回温至室温的速率，既有效、充分地减少了残余奥氏体，使残余应力得到更好的消除从而改善尺寸稳定性，避免在热冲击情况下变形，析出超细微碳化物，硬度增加，而且还由于低温回火和低温处理与高温回火和更低温度的低温处理的有机协同作用和多个循环，非常有效地控制了对流管的第二类残余应力和第三类残余应力，避免使对流管中发生残余内应力的松弛，极大提高抗热冲击并且有效避免了宏观裂纹等缺陷。

同时，本发明人经过大量研究还发现，必须仔细控制步骤（2）和步骤（4）低温处理后对流管制件回温至室温的升温速率在上述适当范围内，以及控制步骤（4）低温处理后对流管制件回温至室温的升温速率小于步骤（2）低温处理后对流管制件回温至室温的升温速率，只有如此才能够获得对流管抗热冲击性、冲击韧性和强度的良好综合改善。步骤（2）和步骤（4）低温处理后对流管金属件回温至室温的升温速率优选呈直线升温形式。

在另一方面，当采用多段送风时，本发明还提供了操作上述锅炉进行送风的方法，其特征在于，Ⅰ段风由炉排下部送入炉膛，Ⅱ段风由锅炉后拱上部向下贴着后拱送入炉膛，Ⅲ段风由炉膛出烟口下部送入炉膛，同时控制各段送风的风量及风速。

优选地，锅炉启动时，只供给Ⅰ段风，Ⅰ段风由炉排下部送入炉膛，运行平稳后，Ⅰ段风下调至总供风量的70-80%，风速<10 m/s，使得控制在炉排面上形成富氧积累，同时开启Ⅱ段风和Ⅲ段风，Ⅱ段风由锅炉后拱上部向下贴着后拱送风，风速控制在喉口处烟气上升速度的2-4倍，主要用以破坏主燃区的温度场，同时对主燃区进行燃料的补氧和降温，Ⅱ段风采用冷风，送风风量（优选最大送风风量）设定为总风量的5-8%；Ⅲ段风采用冷风，从炉膛出烟口下部供给，使得对烟气进行扰动，降低原始排尘浓度，对未燃尽气体及碳粒进行补氧助燃，以及降低炉膛温度，进而控制NOx的生成，Ⅲ段风的送风量为总风量的10-15%，风速为烟气炉膛出口烟速的2-4倍。

本发明人经过大量研究还发现，通过在不同运行时段控制各送风段的送风与否并且合理控制各个送风段的风量分配和风速，可以有效抑制NOx的生成。这样的操作方式在现有技术中没有记载，也不是本领域的常规技术手段，本领域中也没有给出任何技术启示或教导。通过这样的操作方法，可以使锅炉出口烟气中NOx的浓度由常规锅炉的400-500降至350mg/Nm³以下，优选降至200mg/Nm³以下，最优选降至100mg/Nm³以下。

优选地，Ⅱ段风的风速控制在喉口处烟气上升速度的3倍，Ⅲ段风的风速为烟气炉膛出口烟速的3倍。

优选地，Ⅱ段风的风速控制在约20m/s，Ⅲ段风的风速为约30m/s。

优选地，Ⅰ段风的送风量为总供风量的80%，Ⅱ段风的送风量为总风量的8%，Ⅲ段风的送风量为总风量的12%。

在本发明中，通过采用分段回水变负荷技术，系统性地并整体性地调节三级对流管的回水分配量，可以最有效地控制锅炉本体的排烟温度为约130℃（优选约120℃），保证受热面不发生低温腐蚀，同时可以保证材料的安全性，大大提高锅炉的热效率，同时可以满足脱硝工艺的要求。另外，在锅炉特定部位有针对性地对材料进行设计，可以进一步提高锅炉的寿命、降低维修成本。

 

附图说明

图1是根据本发明的采取受热面分段回水的锅炉的纵截面示意图。

其中，1：炉膛；2：除尘器；3：空气预热器；4-1：一级对流管；4-2：二级对流管；4-3：三级对流管；5-1：I级回水集箱；5-2：II级回水集箱；5-3：III级回水集箱。

 

具体实施方式

以下结合附图所示，通过实施例对本发明作进一步的说明。 

实施例1

如图1所示，一个50MW的采取分段送风的供热锅炉，包括炉膛1，除尘器2，空气预热器3，一级对流管4-1、二级对流管4-2、三级对流管4-3，和一级回水集箱5-1、二级回水集箱5-2、三级回水集箱5-3，每级对流管独立地具有供水温度传感器、回水温度传感器和水泵控制器，该锅炉还装有排烟温度传感器，所述供水温度传感器、回水温度传感器和水泵控制器（控制循环水量）、以及所述排烟温度传感器与微主机连接，将供水温度信息、回水温度信息、循环水量信息、排烟温度信息发送给微主机。当排烟温度为90℃时，分别降低一级对流管的循环水量15.8%、降低二级对流管的循环水量10.7%和降低三级对流管的循环水量4.6%且同时保持各级对流管的供回水温度不变，可以在5min时间内使所述循环水量的调节使得排烟温度回升至并稳定至约130℃。

实施例2

提供了一种操作实施例1所述锅炉的方法，该方法包括采用分段回水变负荷方式。

在锅炉运行时，根据锅炉负荷的变化，采用分段回水方式，使得可控制锅炉本体的排烟温度，即，各段回水的调节以控制锅炉本体的排烟温度为目标。

所述锅炉回水可以采用三级对流管并联回水方式，并根据锅炉负荷的变化和尤其引起的尾部排烟温度变化，分别调节三级对流管的各自回水分配量（即循环水量），使得能够控制锅炉本体排烟温度为约130℃，优选为约120℃。

进一步地或优选地，每级对流管可以各自独立地具有供水温度传感器、回水温度传感器和水泵控制器，锅炉还装有排烟温度传感器，所述供水温度传感器、回水温度传感器和水泵控制器、以及所述排烟温度传感器与微主机连接，将供水温度信息、回水温度信息、循环水量信息、排烟温度信息发送给微主机，当排烟温度t低于或高于130℃时，分别降低或提高一级对流管、二级对流管和三级对流管的循环水量且同时保持各级对流管的供回水温度不变，所述循环水量的调节使得排烟温度t回升至或降低至130℃。所述传感器和控制器可以根据工艺、设备需要，按照本领域常规方式安装在合适位置。由水泵控制器控制各级对流管的循环水量（回水量）。

在循环水量调节中，一级对流管、二级对流管和三级对流管在锅炉中的位置为依次从下到上布置，当排烟温度发生变化时，一级对流管的循环水量变化（%）为[(t-130)/(130)]×(50%～60%)，优选[(t-130)/(130)]×50%；二级对流管的循环水量变化（%）为[(t-130)/(130)]×(30%～45%)，优选[(t-130)/(130)]×35%；三级对流管的循环水量变化（%）为[(t-130)/(130)]×(5%～25%)，优选[(t-130)/(130)]×15%。负值是指降低循环水量（回水量），正值是指提高循环水量。本发明人经过大量试验，出乎意料地发现，当循环水量分配在上述范围内时，可以最佳地、最有效地实现排烟温度的快速、准确调整，例如可以使现排烟温度调节所需时间最短和最准确。

每级对流管可以各自独立地具有供水温度传感器、回水温度传感器和水泵控制器，锅炉还装有排烟温度传感器，所述供水温度传感器、回水温度传感器和水泵控制器、以及所述排烟温度传感器与微主机连接，将供水温度信息、回水温度信息、循环水量信息、排烟温度信息发送给微主机，当排烟温度t低于或高于130℃时，三级对流管的总循环水量不变，调节各级对流管的回水分配量，使得排烟温度t回升至或降低至130℃。在该调节方式中，供回水温度可发生变化。

在循环水量分配中，一级对流管、二级对流管和三级对流管在锅炉中的位置为依次从下到上布置，当排烟温度发生变化时，一级对流管的循环水量变化（%）为[(t-130)/(130)]×(50%～60%)，优选[(t-130)/(130)]×50%；二级对流管的循环水量变化（百分比%）为[(130-t)/(130)]×(20%～40%)，优选[(130-t)/(130)]×30%；三级对流管的循环水量变化（百分比%）为[(t-130)/(130)]×(5%～20%)，优选[(t-130)/(130)]×20%，三级对流管的总循环水量之和不变。负值是指降低循环水量，正值是指提高循环水量。本发明人经过研究发现，当循环水量分配在上述范围内时，可以在总循环水量不变的情况下，使总体供回水温度变化最小。

所述微主机使用单片机或CPU控制器。当使用单片机时，优选采用微控制器型单片机（例如AT89S52）。

本发明人经过大量研究还发现，当采用多段送风时，能够更为有效地配合多级对流管并联回水来调节锅炉本体排烟温度，提高锅炉的燃烧效率，同时发现，送风段的综合设置或整体设置非常关键，因此经过反复试验和研究，在锅炉的三个位置设置了送风段，即第一送风段设置在炉排下部，用于供给Ⅰ段风，使Ⅰ段风由炉排下部送入炉膛，第二送风段设置在锅炉后拱上部并且向下贴着后拱朝向炉膛，用于供给Ⅱ段风，使Ⅱ段风由锅炉后拱上部向下贴着后拱送风，和第三送风段设置在炉膛出烟口下部，用于供给Ⅲ段风，使Ⅲ段风由炉膛出烟口下部供给。这样的送风段设置方式在现有技术中没有记载，例如在现有的锅炉中，尚未发现在锅炉后拱上部设置送风段，并且在锅炉后拱上部设置送风段的同时在炉膛出烟口下部设置送风段。本发明人发现，通过上述三个特定位置的送风段，可以有效地控制锅炉的过量空气系数，提高锅炉热效率，最有效地降低锅炉出口烟气中NOx初始排放浓度。此外，还出人意料地发现，第二送风段必须设置在锅炉后拱上部并且向下贴着后拱朝向炉膛，使Ⅱ段风由锅炉后拱上部向下贴着后拱送风，如果不贴着后拱朝向炉膛，例如如果垂直于后拱壁向炉膛内送风，则降低NOx初始排放浓度的效果显著降低。通过在锅炉中设置本发明这样的送风段，可以进一步有效地使锅炉出口烟气中NOx的浓度由常规锅炉的400-500mg/Nm³降至350mg/Nm³以下，优选降至250mg/Nm³以下，最优选降至150mg/Nm³以下，从而提高了锅炉效率，降低了后期脱硝成本，有利于节能环保。同时，这种送风段设置，不需要对现有锅炉作出很大结构改变，从而极大地节约了设备成本。

对流管可以由耐热合金制成。这是因为，在本发明中，由于需要灵敏地改变水温、循环水量以改变烟气的温度，这就对对流管热交换能力、耐热冲击强度提出很高的要求，而通常的铁质、钢质或普通铜质对流管难以满足要求，这些材料热交换效率低，导致排烟温度的调节滞后性严重，并且由于温度的剧烈变化还往往导致寿命较短，需要频繁更换。在本发明中，为了满足所述苛刻要求，通过大量的系统研究和开发，研制出一种耐热合金对流管。所述耐热合金包含：基于该耐热合金的总重量计，1.0-2.0质量%的Mn，4.5-10.5质量%的Fe，0.02质量％-0.10质量％的Ti，0.5-1.5质量%的Si，0.10-0.80质量%的P，并且V含量限制在0.0020％以下，其中Fe与P的质量之比满足关系Fe/P=60-80，余量为Cu和不可避免的杂质。

在该耐热合金中，Ti的加入可以非常有效地提高对流管耐受由热改变带来的热冲击，这是先前所未曾预料到的。通过限制可能存在的V的含量在一定限度内，可以降低V元素对耐高温强度的不利影响。提高Fe的加入量可以抑制加热过程中合金晶粒粗化，使得可以极大地提高合金的热传导率。Mn的加入可以使合金获得良好的固溶强化。适量P的加入可以有效弥补Fe的加入对合金强度的不利影响。本发明人通过深入研究，出人意料地发现，Fe与P的质量之比必须满足关系Fe/P=60-80，才能够实现强度和热传导率之间的良好性能平衡。

经过检测发现，由所述耐热合金制成的对流管的热导率是普通铜管的3倍以上，在锅炉中的使用寿命是普通铜管的8倍以上。

本发明人还对用所述耐热合金制成的对流管（即对流管制件）进行了回火与低温连续处理，可使其耐热性进一步提高，所述回火与低温连续处理包括如下依次步骤：

步骤（1）：将对流管进行回火处理；步骤（2）：将对流管进行低温处理（即深冷处理）；步骤（3）：将对流管进行再次回火处理；和步骤（4）：将对流管进行再次低温处理（即深冷处理）；其中：

步骤（1）的回火处理为低温回火，处理温度为90～150℃，处理时间为1～5h，优选1～4h；步骤（2）的低温处理温度为-40℃～-75℃，处理时间为10min～5h，优选30min～1h；步骤（3）的回火处理为高温回火，处理温度为400～600℃，处理时间为1～6h，优选2-4h；步骤（4）的低温处理温度为-160℃～-200℃，处理时间为20min～4h，优选30min～1h； 

并且，其中：在步骤（2）的低温处理后，控制对流管回温至室温，升温速率为5～8℃/ min；在步骤（4）的低温处理后，控制对流管回温至室温，升温速率为1～2℃/ min；并且重复上述步骤（1）至（4）至少2个循环，优选3个以上的循环。

研究发现，在上述方法中，通过先进行低温回火和低温处理、再进行高温回火和更低温度的低温处理这样的有机协同组合，有效克服了对流管材料组织结构可能由于使用过程中内外温差较大而发生劣化和开裂的可能，例如通过该处理，可以使对流管发生开裂的概率降低到原来的一半。同时，通过大量繁复的试验，严格筛选、优化并控制低温回火、低温处理、高温回火和更低温度的低温处理所采用的温度，以及每次低温处理后回温至室温的速率，既有效、充分地减少了残余奥氏体，使残余应力得到更好的消除从而改善尺寸稳定性，避免在热冲击情况下变形，析出超细微碳化物，硬度增加，而且还由于低温回火和低温处理与高温回火和更低温度的低温处理的有机协同作用和多个循环，非常有效地控制了对流管的第二类残余应力和第三类残余应力，避免使对流管中发生残余内应力的松弛，极大提高抗热冲击并且有效避免了宏观裂纹等缺陷。

同时，本发明人经过大量研究还发现，必须仔细控制步骤（2）和步骤（4）低温处理后对流管制件回温至室温的升温速率在上述适当范围内，以及控制步骤（4）低温处理后对流管制件回温至室温的升温速率小于步骤（2）低温处理后对流管制件回温至室温的升温速率，只有如此才能够获得对流管抗热冲击性、冲击韧性和强度的良好综合改善。步骤（2）和步骤（4）低温处理后对流管金属件回温至室温的升温速率优选呈直线升温形式。

在另一方面，当采用多段送风时，本发明还提供了操作上述锅炉进行送风的方法，Ⅰ段风由炉排下部送入炉膛，Ⅱ段风由锅炉后拱上部向下贴着后拱送入炉膛，Ⅲ段风由炉膛出烟口下部送入炉膛，同时控制各段送风的风量及风速。

锅炉启动时，只供给Ⅰ段风，Ⅰ段风由炉排下部送入炉膛，运行平稳后，Ⅰ段风下调至总供风量的70-80%，风速<10 m/s，使得控制在炉排面上形成富氧积累，同时开启Ⅱ段风和Ⅲ段风，Ⅱ段风由锅炉后拱上部向下贴着后拱送风，风速控制在喉口处烟气上升速度的2-4倍，主要用以破坏主燃区的温度场，同时对主燃区进行燃料的补氧和降温，Ⅱ段风采用冷风，送风风量（优选最大送风风量）设定为总风量的5-8%；Ⅲ段风采用冷风，从炉膛出烟口下部供给，使得对烟气进行扰动，降低原始排尘浓度，对未燃尽气体及碳粒进行补氧助燃，以及降低炉膛温度，进而控制NOx的生成，Ⅲ段风的送风量为总风量的10-15%，风速为烟气炉膛出口烟速的2-4倍。

本发明人经过大量研究还发现，通过在不同运行时段控制各送风段的送风与否并且合理控制各个送风段的风量分配和风速，可以有效抑制NOx的生成。这样的操作方式在现有技术中没有记载，也不是本领域的常规技术手段，本领域中也没有给出任何技术启示或教导。通过这样的操作方法，可以使锅炉出口烟气中NOx的浓度由常规锅炉的400-500降至350mg/Nm³以下，优选降至200mg/Nm³以下，最优选降至100mg/Nm³以下。

Ⅱ段风的风速控制在喉口处烟气上升速度的3倍，Ⅲ段风的风速为烟气炉膛出口烟速的3倍。

Ⅱ段风的风速控制在约20m/s，Ⅲ段风的风速为约30m/s。

Ⅰ段风的送风量为总供风量的80%，Ⅱ段风的送风量为总风量的8%，Ⅲ段风的送风量为总风量的12%。

在本发明中，通过采用分段回水变负荷技术，系统性地并整体性地调节三级对流管的回水分配量，可以最有效地控制锅炉本体的排烟温度为约130℃（优选约120℃），保证受热面不发生低温腐蚀，同时可以保证材料的安全性，大大提高锅炉的热效率，同时可以满足脱硝工艺的要求。另外，在锅炉特定部位有针对性地对材料进行设计，可以进一步提高锅炉的寿命、降低维修成本。

对比例1

如图1所示，一个50MW的采取分段送风的供热锅炉，包括炉膛1，除尘器2，空气预热器3，一级对流管4-1、二级对流管4-2、三级对流管4-3，和一级回水集箱5-1、二级回水集箱5-2、三级回水集箱5-3，每级对流管独立地具有供水温度传感器、回水温度传感器和水泵控制器，该锅炉还装有排烟温度传感器，所述供水温度传感器、回水温度传感器和水泵控制器、以及所述排烟温度传感器与微主机连接，将供水温度信息、回水温度信息、循环水量信息、排烟温度信息发送给微主机。当排烟温度为90℃时，分别降低一级对流管的循环水量5.0%、降低二级对流管的循环水量10.7%和降低三级对流管的循环水量15.6%，在30min时间才使所述循环水量的调节使得排烟温度回升至并稳定至约130℃，并且无法保证各级对流管的供回水温度不变。

由上述实施例和对比例的比较明显可知，本发明的上述三级对流管的各自回水分配方式，能够有效地，例如在非常短的时间内，控制锅炉尾部排烟温度为约130℃并且同时保持各级对流管的供回水温度几乎不变。

本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例旨在处于权利要求书的范围之内。在不会造成不一致的程度下，通过参考将本文中参考的所有引用之处并入本文中。

Claims (10)

1.一种采取受热面分段回水的锅炉，其特征在于，包括炉膛（1）、除尘器（2）、空气预热器（3）、多级对流管（4-1、4-2、4-3）和多级回水集箱（5-1、5-2、5-3）。

2.根据权利要求1的锅炉，其特征在于，所述多级对流管包括3级以上，所述多级回水集箱包括3级以上。

3.根据权利要求1或2的锅炉，其特征在于，所述多级对流管以并联回水方式连接。

4.根据权利要求3的锅炉，其特征在于，该锅炉包括多个送风段。

5.根据权利要求3或4的锅炉，其特征在于，所述对流管由耐热合金制成。

6.一种操作根据权利要求1-5中任一项的锅炉的方法，其特征在于，该方法包括采用分段回水变负荷方式。

7.根据权利要求6的方法，其特征在于，在锅炉运行时，根据锅炉负荷的变化，采用分段回水方式，使得可控制锅炉本体的排烟温度。

8.根据权利要求6或7的方法，其特征在于，锅炉回水采用三级对流管并联回水方式，并根据锅炉负荷的变化，分别调节三级对流管的各自回水分配量，使得能够控制锅炉本体排烟温度为约130℃。

9.根据权利要求6-8中任一项的方法，其特征在于，每级对流管各自独立地具有供水温度传感器、回水温度传感器和水泵控制器，锅炉还装有排烟温度传感器，所述供水温度传感器、回水温度传感器和水泵控制器、以及所述排烟温度传感器与微主机连接，将供水温度信息、回水温度信息、循环水量信息、排烟温度信息发送给微主机，当排烟温度t低于或高于130℃时，分别降低或提高一级对流管、二级对流管和三级对流管的循环水量且保持各级对流管的供回水温度不变，所述循环水量的调节使得排烟温度t回升至或降低至130℃。

10.根据权利要求6-8中任一项的方法，其特征在于，每级对流管各自独立地具有供水温度传感器、回水温度传感器和水泵控制器，锅炉还装有排烟温度传感器，所述供水温度传感器、回水温度传感器和水泵控制器、以及所述排烟温度传感器与微主机连接，将供水温度信息、回水温度信息、循环水量信息、排烟温度信息发送给微主机，当排烟温度t低于或高于130℃时，三级对流管的总循环水量不变，调节各级对流管的回水分配量，使得排烟温度t回升至或降低至130℃。