CN104728856A - 梳齿型水冷柱及具有该水冷柱的炉膛 - Google Patents

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Abstract

一种使用在循环流化床锅炉炉膛内的水冷柱，所述水冷柱由水冷膜式壁围合而成，所述水冷柱包括：下段，所述下段为单个柱体，所述下段的侧壁上设置有内二次风口；上段，所述上段包括多个分柱体；以及过渡段，经由所述过渡段，下段的水冷膜式壁延伸到上段，其中：每一个分柱体由围合成下段的水冷膜式壁中对应的水冷膜式壁向上延伸围合而成，且所述多个分柱体彼此分隔开。

Description

梳齿型水冷柱及具有该水冷柱的炉膛
技术领域
本发明涉及循环流化床锅炉，尤其涉及循环流化床锅炉炉膛中的受热面。
背景技术
大型化与高参数化是循环流化床锅炉技术发展的必然趋势。随着锅炉容量的增大，炉膛横截面也在不断增大，导致从壁面喷入炉膛的二次风难以到达炉膛中心；同时，炉膛容积的增加较之炉内蒸发受热面的增加幅度更大，带来放热与吸热的不平衡，对受热面布置提出了新的要求。二次风穿透与炉膛受热面布置已成为制约循环流化床锅炉向大型化与高参数化发展的主要技术瓶颈。
为解决上述技术问题，中国专利ZL200710151813.0公开了一种带水冷柱的循环流化床锅炉炉膛，在炉膛布风板和顶棚之间设置由膜式水冷壁围合而成的水冷柱，以增加炉膛受热面，并可通过该水冷柱向炉膛燃烧空间通入二次风。由于柱体内侧需布置二次风管道，需要一定的管道布置和检修空间，而水冷柱各高度处的横截面保持不变，这使得水冷柱上下各处的内部空间均较大，导致与炉膛外壁之间的距离偏小，特别是对于炉膛上部空间难以满足布置布置屏式受热面的需要，并给炉内气固流动的组织带来困难。
发明内容
根据本发明的一个方面，提出了一种使用在循环流化床锅炉炉膛内的水冷柱，所述水冷柱由水冷膜式壁围合而成，所述水冷柱包括：下段，所述下段为单个柱体，所述下段的侧壁上设置有内二次风口；上段，所述上段包括多个分柱体；以及过渡段，经由所述过渡段，下段的水冷膜式壁延伸到上段，其中：每一个分柱体由围合成下段的水冷膜式壁中对应的水冷膜式壁向上延伸围合而成，且所述多个分柱体彼此分隔开。
可选地，所述上段包括两个分柱体。
可选地，所述上段包括三个分柱体，所述三个分柱体成行布置且等间距间隔开。
可选地，所述上段包括四个分柱体，所述四个分柱体之间限定十字形间隔。
可选地，上述水冷柱中，每一个分柱体的横截面相同。进一步地，每一个分柱体的横截面积相同。
可选地，上述水冷柱中，每一个分柱体横截面的形状为矩形、圆形、正六边形、正八边形中的一种。
可选地，上述水冷柱中，至少一对相邻分柱体的彼此相对的侧壁上设置有另外的内二次风口。
本发明还涉及一种循环流化床锅炉炉膛，包括：炉膛侧壁；顶棚；布风板；以及设置在布风板与顶棚之间的上述水冷柱，水冷柱侧壁、炉膛侧壁、布风板以及顶棚之间形成炉膛燃烧空间，水冷柱侧壁下部设有向炉膛燃烧空间通入二次风的内二次风口，炉膛侧壁下部设有向炉膛燃烧空间通入二次风的外二次风口。
可选地，至少一个分柱体的外侧布置有扩展受热面。
本发明也涉及一种包括上述炉膛的循环流化床锅炉。
附图说明
图1-3分别为根据本发明的实施例1的带变截面炉膛的循环流化床锅炉炉膛的正视、侧视与俯视剖面示意图；
图4-5分别为根据本发明的实施例1的循环流化床锅炉变截面炉膛下部与上部截面示意图；
图6-7分别为根据本发明的实施例2的带变截面炉膛的循环流化床锅炉的正视和俯视剖面示意图；
图8-10分别为根据本发明的实施例3的带变截面炉膛的循环流化床锅炉的正视、侧视与俯视剖面示意图；
图11为根据本发明的实施例3的循环流化床锅炉变截面炉膛上部截面示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实例性的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中相同或相似的标号表示相同或相似的元件。下面参考附图描述的实施例是示例性的，旨在解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
下面参照图1-11描述带变截面炉膛的循环流化床锅炉。
如图1-11中所示，循环流化床锅炉的炉膛横截面可选地为四边形，包括：设置在炉膛底部的布风板1，炉膛前墙21、后墙22、左侧墙23和右侧墙24，顶棚3，炉膛出口5，以及设置在布风板与顶棚之间的至少一个水冷柱4，炉膛出口5与旋风分离器(图中未示出)相连。
为保证水冷柱内侧二次风管有足够的布置空间，水冷柱下段A为单柱状。
图1-3分别为根据本发明的实施例1的带变截面炉膛的循环流化床锅炉炉膛的正视、侧视与俯视剖面示意图；图4-5分别为根据本发明的实施例1的循环流化床锅炉变截面炉膛下部与上部截面示意图。
如图4-5所示，水冷柱4由膜式水冷壁41围合而成，包括位于炉膛下部的单柱状的水冷柱下段A和位于炉膛中部和上部的双柱状的水冷柱上段，该上段包括分柱体B与分柱体C，及连接A与B、C的过渡段。水冷柱下段A，包括分别朝向炉膛前墙21和后墙22的一组相对设置的水冷柱前壁401和后壁402、分别朝向炉膛左侧墙和右侧墙的另一组相对设置的水冷柱左侧壁403和右侧壁404。水冷柱上段的分柱体B与C可并排布置且截面完全一样，其中，分柱体B包括分别平行于炉膛前墙21的一组相对设置的前壁405和后壁406、分别朝向炉膛左侧墙23和右侧墙24的另一组相对设置的左侧壁407和右侧壁408，分柱体C包括分别平行于炉膛后墙22的一组相对设置的前壁409和后壁410、分别朝向炉膛左侧墙23和右侧墙24的另一组相对设置的水冷柱左侧壁411和右侧壁412，水冷柱下段A与分柱体B与C的横截面均为矩形。需要注意的是，每一个分柱体横截面的形状可以为矩形、圆形、正六边形、正八边形中的一种。
水冷柱4从布风板1向上延伸到炉膛顶棚3，且自下而上延伸时，从布风板1上方某位置，水冷柱4内侧二次风口400以下位置起，水冷柱4下部的水冷柱下段A的一组相对设置的侧壁403与404同时向水冷柱内侧倾斜，使二者之间的间距减小，当二者之间达到一定距离时，转而同时竖直向上延伸至顶棚3；水冷柱下段A的另一组相对设置的侧壁401与402自下而上竖直延伸至顶棚3。从而水冷柱内部空间形成带有两齿的梳齿状的相互连通的空间。
炉膛前后墙21、22的下部自布风板1以上一定高度处向外倾斜，在倾斜段外侧设有外二次风口220。炉膛左右侧墙23、24自下而上均为竖直的，其下部外侧也同样设有外二次风口220，炉膛左右侧墙23、24上部设有炉膛出口5，炉膛出口5与旋风分离器(图中未示出)相连。
如图1-3所示，分柱体B左右侧壁407、408外侧及分柱体C左右侧壁411、412外侧上部设置屏式受热面6。
可选的，分柱体B前后壁405、406外侧及分柱体C前后壁409、410外侧上部也可设置有屏式受热面6。
如图3-5所示，分柱体B的后壁406和分柱体C的前壁409自下至上垂直延伸至顶棚3。分柱体B前壁405与炉膛前墙21彼此之间相互平行布置；分柱体B后壁406与分柱体C前壁409彼此之间相互平行布置；分柱体C后壁410与炉膛后墙22彼此之间相互平行布置；分柱体B左右侧壁407、408及分柱体C左右侧壁411、412与炉膛左右侧墙23、24彼此之间相互平行布置。
分柱体B中后壁406的左半部分水冷壁管通过连接让管，与水冷柱下段A中左侧壁403中前部的部分水冷壁管连接，分柱体B中后壁406的右半部分水冷壁管通过连接让管，与水冷柱下段A中右侧壁404中前部的部分水冷壁管连接。同样地，分柱体C中前壁409的左半部分水冷壁管通过连接让管，与水冷柱下段A中左侧壁403中后部的部分水冷壁管连接，分柱体C中前壁409的右半部分水冷壁管通过连接让管，与水冷柱下段A中右侧壁404中后部的部分水冷壁管连接。通过以上方法，炉膛下部的水冷柱下段A过渡至双柱状的水冷柱上段。
图6-7分别为根据本发明的实施例2的带变截面炉膛的循环流化床锅炉的正视和俯视剖面示意图。实施例2与实施例1的不同主要在于水冷柱上段的结构，其他结构类似于实施例1。
如图6-7所示，水冷柱下段A前壁401与后壁402(参见图4)、分柱体B前壁405与后壁406(参见图5)、分柱体C前壁409与后壁410(参见图5)均自下至上垂直延伸至棚顶3，炉膛前后墙21、22的下部自布风板1以上一定高度处向外倾斜，且在倾斜段设有外二次风口220。
水冷柱下段A左右侧壁403、404(参见图4)之间的宽度与分柱体B左右侧壁407、408(参见图5)，以及分柱体C左右侧壁411、412(参见图5)之间的宽度相等。
有利的，在分柱体B的左右侧壁407与408、分柱体C的左右侧壁411与412内侧一定高度处均设有内二次风口400。可选的，在分柱体B的前后壁405与406、分柱体C的前后壁409与410，在其内侧也可设置内二次风口400。
炉膛左右侧墙23、24下部在布风板1以上一定高度处向外倾斜，达到一定高度后再自下至上垂直延伸至棚顶3，在分柱体B、C左右侧壁内侧二次风口400同样高度处，在炉膛左右侧墙23、24下部倾斜段外侧均设有外二次风口220。
在分柱体B左右侧壁407、408与分柱体C左右侧壁411、412上部外侧均设置有屏式受热面6。
可选的，在炉膛左右侧墙23、24中相邻两炉膛出口5之间的内侧，以及分柱体B前后壁405、406与分柱体C前后壁409、410上部的外侧，可根据炉膛吸热的需求，同样均可设置有屏式受热面6。
图8-10分别为根据本发明的实施例3的带变截面炉膛的循环流化床锅炉的正视、侧视与俯视剖面示意图；图11为根据本发明的实施例3的循环流化床锅炉变截面炉膛上部截面示意图。实施例3与实施例1的不同主要在于水冷柱上段的结构，其他结构类似于实施例1。
如图8-11所示，当炉膛宽度足够大时，为了改善炉膛上部水平方向的气固掺混与流动均匀性，本发明提供了另一种梳齿形水冷柱，即位于炉膛下部的水冷柱下段为单柱状、通过过渡段连接位于炉膛中部和上部的三个平行柱状的水冷柱上段，水冷柱内部形成形似带有三齿的梳齿状的空间。
水冷柱下段A左右侧壁403、404(参见图4)均在布风板1上一定高度处向水冷柱内侧倾斜，至一定高度处，再自下至上垂直向上延伸至顶棚3，在每侧水冷壁倾斜过渡段内侧均布置有内二次风口400，水冷柱下段A前后壁401、402(参见图4)自下至上垂直向上延伸至顶棚3，在一定高度处分别形成水冷柱上段的分柱体D与水冷柱上段的分柱体F的前后壁。
在炉膛前后墙21、22与左右侧墙23、24下部外侧，与内二次风口400高度相对应位置处，同样布置有外二次风口220。
水冷柱下段A左右侧壁403、404的中部部分水冷壁管在布风板1上一定高度处向水冷柱内侧倾斜至一定高度后，分别形成水冷柱上段的分柱体D、E、F的左右侧壁。
分柱体D、E与F截面形状为矩形，且截面积大小一致，分柱体D、E与F四面水冷膜式壁下部内侧分别布置有内二次风口400，与之相对应的炉膛侧墙外侧同高度处布置有外二次风口220。
水冷柱上段的分柱体D、E、F的左右侧壁外侧上部均布置有屏式受热面6，分柱体D的前壁与分柱体F的后壁外侧上部同样可以布置有屏式受热面6。
可选的，根据炉膛吸热的需求，分柱体D的后壁、分柱体E的前后壁、分柱体F的前壁外侧上部同样也可布置屏式受热面6。
综上，本发明提出了一种使用在循环流化床锅炉炉膛内的水冷柱，所述水冷柱由水冷膜式壁围合而成，所述水冷柱包括：下段A，所述下段A为单个柱体，所述下段A的侧壁上设置有内二次风口400；上段，所述上段包括多个分柱体B、C；D、E、F；以及过渡段，经由所述过渡段，下段A的水冷膜式壁延伸到上段，过渡段将上段与下段相连形成从布风板贯通至顶棚的水冷柱工质流道，其中：每一个分柱体由围合成下段的水冷膜式壁中对应的水冷膜式壁向上延伸围合而成，且所述多个分柱体彼此分隔开。
可选地，如图2-5所示，所述上段包括两个分柱体B、C。
可选地，如图9-11所示，所述上段包括三个分柱体D、E、F，所述三个分柱体成行布置且等间距间隔开。
虽然没有示出，可选地，所述上段包括四个分柱体，所述四个分柱体之间限定十字形间隔。
可选地，上述水冷柱中，每一个分柱体的横截面相同。进一步地，每一个分柱体的横截面积相同。
可选地，上述水冷柱中，每一个分柱体横截面的形状为矩形、圆形、正六边形、正八边形中的一种。
可选地，上述水冷柱中，如图3、7所示，至少一对相邻分柱体的彼此相对的侧壁上设置有另外的内二次风口400。
本发明还涉及一种循环流化床锅炉炉膛，包括：炉膛侧壁；顶棚3；布风板1；以及设置在布风板1与顶棚3之间的上述水冷柱4，水冷柱侧壁、炉膛侧壁、布风板以及顶棚之间形成炉膛燃烧空间，水冷柱侧壁下部设有向炉膛燃烧空间通入二次风的内二次风口400，炉膛侧壁下部设有向炉膛燃烧空间通入二次风的外二次风口220。
可选地，至少一个分柱体的外侧布置有扩展受热面6。
本发明也涉及一种包括上述炉膛的循环流化床锅炉。
在本发明中，通过在炉内设置梳齿形水冷柱，为强化炉膛水平方向颗粒的横向掺混与充分燃烧提供有利条件，使炉内横向的气固两相流动更均匀，同时有效增加炉膛内气固两相环形流动区域空间，从而可以布置更多的扩展受热面，有效吸收蒸汽参数提高后炉内带来的过多热量，达到控制床温和炉膛出口烟气温度的目的。在本发明中，所述水冷柱分为单柱状的下段和多柱状的上段，水冷柱上段与下段之间设有过渡段；过渡段将水冷柱上段与下段相连、使水冷柱内部形成梳齿状的相互连通的空间，且水冷柱上段的膜式壁管由水冷柱下段的膜式壁管向上延伸而成，形成从布风板贯通至顶棚的水冷柱工质流道；水冷柱下段所处的炉膛下部燃烧空间横截面呈环形，布风板也呈环形，水冷柱上段所处的炉膛中上部燃烧空间横截面呈“日”、“目”或类似形状。
与现有技术相比，本发明的大型循环流化床锅炉炉膛可以实现至少如下优点之一：
(1)水冷柱下段为单柱状，其内部空间较为充裕，可以方便的布置二次风管道，检修维护方便；
(2)单柱的水冷柱下段的水冷壁管通过弯管的方式向上延伸而成多柱状的水冷柱上段，水冷柱上段各柱体横截面的周长之和与水冷柱下段单柱的横截面的周长相当，而围合而成的水冷柱内部空间则上段会显著的小于下段，这使得炉膛中上部燃烧空间、物料流动和掺混空间比带有横截面保持不变的水冷柱的炉膛的中上部燃烧空间显著增大，从而使炉内中上部燃烧流动状况更好，也更有利于改善设有多个分离器、返料器的大型锅炉的各循环回路间的流量均匀性；从而可有效降低炉膛内屏式受热面之间以及多个旋风分离器之间的热力偏差，从而有效降低炉内水冷壁爆管的风险，更有利于提高锅炉运行的安全性；
(3)多柱状的水冷柱上段的侧壁上可以布置更多的扩展受热面，十分有利于大型化锅炉的炉内受热面布置，达到控制床温和炉膛出口烟气温度的目的气固掺温更强烈，气固流动更均匀。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行变化。本发明的适用范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (11)

1.一种使用在循环流化床锅炉炉膛内的水冷柱，所述水冷柱由水冷膜式壁围合而成，所述水冷柱包括：
下段，所述下段为单个柱体，所述下段的侧壁上设置有内二次风口；
上段，所述上段包括多个分柱体；以及
过渡段，经由所述过渡段，下段的水冷膜式壁延伸到上段，
其中：每一个分柱体由围合成下段的水冷膜式壁中对应的水冷膜式壁向上延伸围合而成，且所述多个分柱体彼此分隔开。
2.根据权利要求1所述的水冷柱，其中：
所述上段包括两个分柱体。
3.根据权利要求1所述的水冷柱，其中：
所述上段包括三个分柱体，所述三个分柱体成行布置且等间距间隔开。
4.根据权利要求1所述的水冷柱，其中：
所述上段包括四个分柱体，所述四个分柱体之间限定十字形间隔。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的水冷柱，其中：
每一个分柱体的横截面相同。
6.根据权利要求5所述的水冷柱，其中：
每一个分柱体的横截面积相同。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的水冷柱，其中：
每一个分柱体横截面的形状为矩形、圆形、正六边形、正八边形中的一种。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的水冷柱，其中：
至少一对相邻分柱体的彼此相对的侧壁上设置有另外的内二次风口。
9.一种循环流化床锅炉炉膛，包括：炉膛侧壁；顶棚；布风板；以及设置在布风板与顶棚之间的水冷柱，水冷柱由水冷膜式壁构成的侧壁围合而成，水冷柱侧壁、炉膛侧壁、布风板以及顶棚之间形成炉膛燃烧空间，水冷柱侧壁下部设有向炉膛燃烧空间通入二次风的内二次风口，炉膛侧壁下部设有向炉膛燃烧空间通入二次风的外二次风口，
其中：所述水冷柱为根据权利要求1-8中任一项所述的水冷柱。
10.根据权利要求9所述的炉膛，其中：
至少一个分柱体的外侧布置有扩展受热面。
11.一种循环流化床锅炉，包括根据权利要求9或10所述的炉膛。
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