CN104791752B - 一种炉内垂直蒸发管双直流循环流化床注汽锅炉 - Google Patents

Abstract

一种炉内垂直蒸发管双直流循环流化床注汽锅炉，属于油田注汽锅炉技术领域。为解决现有自然循环的油田注汽锅炉存在水冷壁管内壁容结盐垢，长期下去会导致传热恶化而爆管的问题。省煤器通过省煤器出水总管与水冷屏的下集箱连通，水冷屏的上集箱与两侧墙连接管和前后墙连接管连通；两侧墙连接管通过两侧墙水冷壁下集箱、两侧墙膜式水冷壁及两侧墙上集箱与汽包连通，前后墙连接管通过前后墙水冷壁下集箱、前后墙膜式水冷壁及前后墙汇集集箱与汽包连通；汽包的水空间与蒸发器进水口连通，蒸发器汽水混合物出口通过外置式离心分离器与混合器连通，过热器过热蒸汽出口与混合器连通，汽包的汽空间与过热器的进气口连通。本发明用于油田注汽。

Description

一种炉内垂直蒸发管双直流循环流化床注汽锅炉

技术领域

本发明涉及一种循环流化床注汽锅炉，属于油田注汽锅炉技术领域。

背景技术

现有油田注汽锅炉绝大部分为燃油、燃气直流注汽锅炉，为了节约运行成本，也有单位开发了燃煤层燃直流注汽锅炉，但随着国家环保标准的日益严格，特别是锅炉大气污染物排放标准GB13271-2014的实施，使得层燃注汽锅炉失去了市场的青睐，这是因为层燃炉NOx排放浓度远高于现有排放标准，而且炉内不能脱硫，使得环保投资甚至高于锅炉本体的投资。于是人们把目光投向循环流化床锅炉，因为循环流化床锅炉的NOx排放浓度低于现行环保排放标准，而且炉内添加石灰石在Ca/S摩尔比为2左右时，床温在850~880℃时脱硫效率达到80~90%，具有显著的优越性。

但是，现有的循环流化床燃煤注汽锅炉为自然循环锅炉，如授权公告号为CN202709071U、授权公告日为2013年01月30日的实用新型专利，公开了一种《循环流化床油田注汽锅炉》，该注汽锅炉在运行过程中出现炉膛水冷壁爆管，因为油田注汽锅炉的给水仅仅是软化水，不是除盐水，给水含盐量高达2300mg/kg。采用自然循环，当排污率定为5%时，锅筒内炉水含盐浓度为48300mg/kg，即通过下降管进入水冷壁管的炉水含盐浓度为48300mg/kg。自然循环超高压（14~18MPa）锅炉的循环倍率为5~8，由于油田注汽炉容量小（20~-130t/h），高度低，所以取循环倍率为5时，锅炉水冷壁管出口的含盐浓度高达60375mg/kg，这样水冷壁管内近壁面区域因锅水的蒸发导致含盐浓度更高，当含盐浓度超过盐的溶解度时，盐就会在管壁上析出而结垢，久而久之，盐垢越结越厚，导致传热恶化而爆管。

发明内容

本发明的目的是为解决现有自然循环的油田注汽锅炉存在水冷壁管内壁容易结盐垢，长期下去会导致传热恶化而爆管的问题，进而提供一种炉内垂直蒸发管双直流循环流化床注汽锅炉。

本发明中，循环流化床炉膛水冷壁采用直流垂直蒸发管，尾部低温区布置水平蒸发器（即蒸发受热面），也采用直流，故称为“双直流”。

实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种炉内垂直蒸发管双直流循环流化床注汽锅炉，包括炉体、连接管一、连接管二、省煤器出水总管、两侧墙连接管、前后墙连接管、一次风道、二次风道、旋风分离器、蒸汽连接管、连接管三、过热器、蒸发器、省煤器、二次风空气预热器、一次风空气预热器、回料阀、排污管、尾部烟道、水冷屏、连接管四、外置式离心分离器、连接管六、混合器及连接管五；所述的炉体为循环流化床，炉体的底部设有一次风风室，炉体的底部设有排渣口，排渣口的下端穿出一次风风室，炉体的前墙下部位于一次风风室上方布置给煤口，炉体上位于给煤口上方布置二次风管，炉体的炉膛出口与旋风分离器连通，所述的旋风分离器底部通过回料阀与炉体下部连通，旋风分离器的出口与尾部烟道连通，所述的尾部烟道内自上而下依次布置过热器、蒸发器20、省煤器、二次风空气预热器和一次风空气预热器；所述的一次风空气预热器通过一次风道与所述的一次风风室连通，所述的二次风空气预热器通过二次风道与所述的二次风管连通；

所述的水冷屏竖直固定在炉体的炉膛内部；所述的蒸发器水平设置，所述的省煤器通过省煤器出水总管与水冷屏的下集箱连通，水冷屏的上集箱通过连接管四分别与两侧墙连接管和前后墙连接管连通；所述的两侧墙连接管依次通过炉体的两侧墙水冷壁下集箱及两侧墙膜式水冷壁与两侧墙上集箱连通；所述的前后墙连接管依次通过炉体的前后墙水冷壁下集箱及前后墙膜式水冷壁与炉体的前后墙汇集集箱连通；所述的两侧墙上集箱通过连接管一与炉体的汽包连通，所述的前后墙汇集集箱通过连接管二与炉体的汽包连通；所述的汽包内设有汽水分离器，进入汽包内的水经所述的汽水分离器进行汽水分离，分离出的水进入汽包的水空间，汽包的水空间通过连接管五与蒸发器的进水口连通，蒸发器的汽水混合物出口通过连接管三与外置式离心分离器连通，所述的外置式离心分离器通过连接管六与混合器连通，所述的过热器的过热蒸汽出口与混合器连通；经汽水分离器分离出的蒸汽进入汽包的汽空间，汽包的汽空间通过蒸汽连接管与过热器的进气口连通；外置式离心分离器的排污口与排污管连通。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

1、由于炉内采用直流，炉膛水冷壁管再也不会爆管。这是因为给水含盐浓度为2300mg/kg时，当炉膛水冷壁管内出口质量含气率为90%时，炉水中的含盐浓度为23000mg/kg，而实际运行的直流注汽锅炉给水含盐浓度最高为7000mg/kg，炉膛出口水冷壁管内质量含气率为80%时运行正常，从没有爆管，这时炉水含盐浓度为35000mg/kg （7000/0.2 mg/kg =35000 mg/kg），由此可以证明，炉膛水冷壁采用直流是安全可靠的。

2、尾部蒸发器布置在低于550℃的温区内，管材采用12Cr1MoVG，由于该材料允许壁温为580℃，所以，蒸发器管内部即使部分被盐垢堵死，也不会发生爆管，这样就彻底解决受热面爆管问题，保证锅炉安全稳定运行。

附图说明

图1是本发明的的整体结构主视图。

其中，1-炉体；2a-连接管一；2b-连接管二；3-两侧墙上集箱；4-前后墙汇集集箱；5-两侧墙膜式水冷壁；6-前后墙膜式水冷壁；7-省煤器出水总管；8-两侧墙连接管；9-前后墙连接管；10-两侧墙水冷壁下集箱；11-前后墙水冷壁下集箱；12-一次风道；13-二次风道；14-二次风管；15-旋风分离器；16-连接管五；17-蒸汽连接管；18-连接管三；19-过热器；20-蒸发器；21-省煤器；22-二次风空气预热器；23-一次风空气预热器；24-回料阀；25-给煤口；26-一次风风室；27-排污管；28-汽水分离器；29-汽包；30-尾部烟道；31-水冷屏；32-水冷屏31的下集箱；33-水冷屏31的上集箱；34-连接管四；35-外置式离心分离器；36-连接管六；37-混合器；38-电动阀门一；39-电动阀门二；40-排渣口。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1所示， 一种炉内垂直蒸发管双直流循环流化床注汽锅炉，包括炉体1、连接管一2a、连接管二2b、省煤器出水总管7、两侧墙（即炉体1的左右侧墙）连接管8、前后墙连接管9、一次风道12、二次风道13、旋风分离器15、蒸汽连接管17、连接管三18、过热器19、蒸发器20、省煤器21、二次风空气预热器22、一次风空气预热器23、回料阀24、排污管27、尾部烟道30、水冷屏31、连接管四34、外置式离心分离器35、连接管六36、混合器37及连接管五16；所述的炉体1为循环流化床，炉体1的底部设有一次风风室26，炉体1的底部设有排渣口40，排渣口40的下端穿出一次风风室26，炉体1的前墙下部位于一次风风室26上方布置给煤口25，炉体1上位于给煤口25上方布置二次风管14，炉体1的炉膛出口与旋风分离器15连通，所述的旋风分离器15底部通过回料阀24与炉体1下部连通（保证分离出未燃尽的颗粒送回炉体1的炉膛继续燃烧），旋风分离器15的出口与尾部烟道30连通，所述的尾部烟道30内自上而下依次布置过热器19、蒸发器20、省煤器21、二次风空气预热器22和一次风空气预热器23（换热后烟气从尾部烟道30出口排出，设计时要满足过热器19之后烟温小于等于550℃，确保蒸发器20不会爆管）；所述的一次风空气预热器23通过一次风道12与所述的一次风风室26连通，所述的二次风空气预热器22通过二次风道13与所述的二次风管14连通；

所述的水冷屏31竖直固定在炉体1的炉膛内部；所述的蒸发器20水平设置，所述的省煤器21通过省煤器出水总管7与水冷屏31的下集箱32连通，水冷屏31的上集箱33通过连接管四34 分别与两侧墙连接管8和前后墙连接管9连通；所述的两侧墙连接管8依次通过炉体1的两侧墙水冷壁下集箱10及两侧墙膜式水冷壁5与两侧墙上集箱3连通；所述的前后墙连接管9依次通过炉体1的前后墙水冷壁下集箱11及前后墙膜式水冷壁6与炉体1的前后墙汇集集箱4连通；所述的两侧墙上集箱3通过连接管一2a与炉体1的汽包29（即锅筒）连通，所述的前后墙汇集集箱4通过连接管二2b与炉体1的汽包29连通；所述的汽包29内设有汽水分离器28，进入汽包29内的水经所述的汽水分离器28进行汽水分离，分离出的水进入汽包29的水空间，汽包29的水空间通过连接管五16与蒸发器20的进水口连通，蒸发器20的汽水混合物出口通过连接管三18与外置式离心分离器35连通，所述的外置式离心分离器35通过连接管六36与混合器37连通，所述的过热器19的过热蒸汽出口与混合器37连通；经汽水分离器28分离出的蒸汽进入汽包29的汽空间，汽包29的汽空间通过蒸汽连接管17与过热器19的进气口连通； 外置式离心分离器35的排污口与排污管27连通。本实施方式的技术方案构成炉内直流与尾部蒸发受热面（即尾部蒸发器）也为直流的循环流化床燃煤注汽锅炉。

工作原理：一次风经一次风空气预热器23预热后通过一次风道12送入炉体1的一次风风室26内，再进入炉体1的炉膛参与燃烧，二次风经二次风空气预热器22预热后通过二次风道13送入二次风管14内，实现分级燃烧。

工质侧：给水进入省煤器21加热后，通过省煤器出水总管7进入水冷屏31的下集箱32，经水冷屏31加热后进入水冷屏的上集箱33，从水冷屏31的上集箱33经连接管四34分别进入两侧墙连接管8和前后墙连接管9，进入两侧墙连接管8内的给水经两侧墙水冷壁下集箱10以及两侧墙膜式水冷壁5进入到两侧墙上集箱3内，再经连接管一2a进入到汽包29内；进入前后墙连接管9内的给水经前后墙水冷壁下集箱11以及前后墙膜式水冷壁6进入到前后墙汇集集箱4内，再经连接管二2b进入汽包29内。进入汽包29内的给水通过汽水分离器28进行汽水分离，汽水分离器28是旋风分离器，分离效率达到99.9%,分离出的蒸汽进入汽包29的汽空间，分离出的水进入汽包29的水空间，通过连接管五16进入蒸发器20，蒸发器20管内流动为强制流动（直流），烟气将蒸发器20内饱和水加热为汽水混合物，并通过连接管三18进入外置式离心分离器35内，外置式离心分离器35是直流锅炉常用的汽水旋风分离器，经外置式离心分离器35分离出的蒸汽通过连接管六36引入混合器37内并与过热器19出口的过热蒸汽混合，混合后一起注入井下。从外置式离心分离器35引排污管27进行连续排污，保证外置式离心分离器35内水位在合理范围内。

具体实施方式二：如图1所示，具体实施方式一所述的一种炉内垂直蒸发管双直流循环流化床注汽锅炉，所述的蒸汽连接管17上安装有电动阀门一38，所述的连接管五16上安装有电动阀门二39。通过微调电动阀门一38和电动阀门二39，来保证过热器19和蒸发器20阻力平衡，从而实现系统压力平衡。

Claims (2)

1.一种炉内垂直蒸发管双直流循环流化床注汽锅炉，包括炉体（1）、连接管一（2a）、连接管二（2b）、省煤器出水总管（7）、两侧墙连接管（8）、前后墙连接管（9）、一次风道（12）、二次风道（13）、旋风分离器（15）、蒸汽连接管（17）、连接管三（18）、过热器（19）、蒸发器（20）、省煤器（21）、二次风空气预热器（22）、一次风空气预热器（23）、回料阀（24）、排污管（27）、尾部烟道（30）、水冷屏（31）、连接管四（34）、外置式离心分离器（35）、连接管六（36）、混合器（37）及连接管五（16）；所述的炉体（1）为循环流化床，炉体（1）的底部设有一次风风室（26），炉体（1）的底部设有排渣口（40），排渣口（40）的下端穿出一次风风室（26），炉体（1）的前墙下部位于一次风风室（26）上方布置给煤口（25），炉体（1）上位于给煤口（25）上方布置二次风管（14），炉体（1）的炉膛出口与旋风分离器（15）连通，所述的旋风分离器（15）底部通过回料阀（24）与炉体（1）下部连通，旋风分离器（15）的出口与尾部烟道（30）连通，所述的尾部烟道（30）内自上而下依次布置过热器（19）、蒸发器（20）、省煤器（21）、二次风空气预热器（22）和一次风空气预热器（23）；所述的一次风空气预热器（23）通过一次风道（12）与所述的一次风风室（26）连通，所述的二次风空气预热器（22）通过二次风道（13）与所述的二次风管（14）连通；

其特征在于：所述的水冷屏（31）竖直固定在炉体（1）的炉膛内部；所述的蒸发器（20）水平设置，所述的省煤器（21）通过省煤器出水总管（7）与水冷屏（31）的下集箱（32）连通，水冷屏（31）的上集箱（33）通过连接管四（34 ）分别与两侧墙连接管（8）和前后墙连接管（9）连通；所述的两侧墙连接管（8）依次通过炉体（1）的两侧墙水冷壁下集箱（10）及两侧墙膜式水冷壁（5）与两侧墙上集箱（3）连通；所述的前后墙连接管（9）依次通过炉体（1）的前后墙水冷壁下集箱（11）及前后墙膜式水冷壁（6）与炉体（1）的前后墙汇集集箱（4）连通；所述的两侧墙上集箱（3）通过连接管一（2a）与炉体（1）的汽包（29）连通，所述的前后墙汇集集箱（4）通过连接管二（2b）与炉体（1）的汽包（29）连通；所述的汽包（29）内设有汽水分离器（28），进入汽包（29）内的水经所述的汽水分离器（28）进行汽水分离，分离出的水进入汽包（29）的水空间，汽包（29）的水空间通过连接管五（16）与蒸发器（20）的进水口连通，蒸发器（20）的汽水混合物出口通过连接管三（18）与外置式离心分离器（35）连通，所述的外置式离心分离器（35）通过连接管六（36）与混合器（37）连通，所述的过热器（19）的过热蒸汽出口与混合器（37）连通；经汽水分离器（28）分离出的蒸汽进入汽包（29）的汽空间，汽包（29）的汽空间通过蒸汽连接管（17）与过热器（19）的进气口连通；外置式离心分离器（35）的排污口与排污管（27）连通；设计时要满足过热器（19）之后烟温小于等于550℃。

2.根据权利要求1所述的一种炉内垂直蒸发管双直流循环流化床注汽锅炉，其特征在于：所述的蒸汽连接管（17）上安装有电动阀门一（38），所述的连接管五（16）上安装有电动阀门二（39）。