CN105157012A - 一种用于过热外来蒸汽的燃气锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于过热外来蒸汽的燃气锅炉，包括由汽包、前置强制循环蒸发器、复合式过热器、后置自然循环蒸发器、省煤器组成的锅部分和由燃烧器、燃烧室、空气预热器、燃气预热器、炉体和烟囱组成的炉部分构成；燃烧器设置在炉体的前端，烟囱设置在炉体的末端，在炉体内部从前往后以次布置前置强制循环蒸发器、复合式过热器、后置自然循环蒸发器和省煤器，汽包设置在炉体外上方。本发明的燃气锅炉利用自身产生中压蒸汽和外来的低压蒸汽在蒸汽喷射器混合后再进入复合式过热器，过热到所需要的过热温度，且能适应外来蒸汽负荷的变化，提供连续稳定的高品质的过热蒸汽供汽轮发电机组发电或其他热用户，实现能源的高效利用，达到节能减排的目的。
Description
技术领域
本发明涉及燃气锅炉技术领域，尤其涉及一种用于过热外来蒸汽的燃气锅炉。
背景技术
中国是人口众多、资源缺乏的大国，发展过程中，仍然走大多数发达国家实现工业化的以消耗资源、牺牲环境为代价的“先发展、后治理”的模式。我国油气资源相对短缺，但煤炭资源较为丰富。在我国一次能源消费中，煤炭所占比重接近70％，随着我国经济迅猛发展，能源短缺及环境污染日趋严重，能源及环境问题已经不容忽视，节能减排已经成为我国社会经济发展的重要举措。
在冶金、建材、石油、化工行业，存在着大量的温度低于400℃的余热资源，但是有些余热资源很不稳定，伴随着工艺过程发生周期性变化，余热利用难度较大；如将有些低温废气进入余热锅炉，能产生低压饱和蒸汽，但产汽量不稳定，使用范围受到很大的限制，如低压饱和蒸汽用于汽轮发电机组发电，不仅效率低、投资大、经济效益差，蒸汽量不稳定还将严重影响汽轮发电机组的安全可靠运行，因此对不稳定的大量低温余热资源实施余热发电必须解决蒸汽的过热和连续稳定性两大技术问题。
在钢铁企业中，高炉炼铁在生产过程中产生大量高炉煤气。高炉煤气的主要成分有CO、CO2、N2、H2等，其中可燃成分CO、H2的含量占30％左右，是一种低热值可燃气体；目前，高炉煤气主要以辅助燃料的形式用于电站锅炉的参烧，但仍有部分未加以任何利用，直接排放入大气中。这不仅造成了资源的白白浪费，也造成了大气污染。此外，高炉炼铁的烧结环冷机烟罩中的废烟气温度低于400℃，经余热锅炉利用后，产生低压饱和蒸汽，这些蒸汽需要被进一步过热，才可以高效驱动蒸汽轮机做功发电或直接利用。为了解决上述问题，达到节能减排的目的，充分利用高炉煤气中的可燃气体，将低压饱和蒸汽进一步过热饱和蒸汽，在此前提下，本发明设计了一种用于过热外来蒸汽的燃气锅炉。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了解决现有技术中低温废气产汽量不稳定，利用率低的技术问题，本发明提供一种用于过热外来蒸汽的燃气锅炉。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于过热外来蒸汽的燃气锅炉，所述燃气锅炉包括锅部分和炉部分，所述锅部分包括汽包、前置强制循环蒸发器、复合式过热器、后置自然循环蒸发器和省煤器，所述炉部分包括燃烧器、炉体、燃烧室、空气预热器、燃气预热器、和烟囱，
所述燃烧器设置在炉体的前端，烟囱设置在炉体的末端，在炉体内部从前往后以次布置前置强制循环蒸发器、复合式过热器、后置自然循环蒸发器和省煤器，汽包设置在炉体外的上方，燃烧室为炉体内燃烧器和前置强制循环蒸发器之间形成的空腔，空气预热器和燃气预热器设置在炉体的末端，
为确保复合式过热器的安全运行，其进口烟气温度≤1000℃，前置强制循环蒸发器可以远离汽包且靠近炉体前端，布置方便，所述的前置强制循环蒸发器和后置自然水循环蒸发器共用一个汽包，前置强制循环蒸发器的进口与循环泵的出口连通，循环泵的进口与汽包的底部水空间连通，前置强制循环蒸发器的出口与汽包上部汽空间连通，复合式过热器的进口与汽包的出汽口连通，复合式过热器的进口还连通有外来蒸汽输送管，复合式过热器的出口与外界热利用设备连接，后置自然循环蒸发器的进口与汽包的底部水空间连通、后置自然循环蒸发器的出口与汽包上部汽空间连通，省煤器的出口与汽包的进水管连通，省煤器的进口连接有除氧给水泵，
所述的燃气预热器的进口连通有外部供气管道、燃气预热器的出口与燃烧器的进燃气管连通，空气预热器的进口连通有送风机，空气预热器的出口与燃烧器的进空气管连通。
为能适应外来蒸汽负荷的大幅度变化，同时将提高蒸汽的压力和温度，将自产的中压蒸汽和外来的低压蒸汽在蒸汽喷射器内有效混合；另外在外来蒸汽负荷较低时，需要加大燃烧器热负荷来增加自产蒸汽，为防止过热器蒸汽温度超温爆管以及确保汽轮机安全可靠运行，在复合式过热器的中间加装喷水减温器；因此所述复合式过热器包括蒸汽喷射器、进口集箱、后蛇形过热管、喷水减温器、前蛇形过热管和出口集箱，所述的蒸汽喷射器的中压蒸汽进口与汽包的出汽口连通，蒸汽喷射器的低压蒸汽进口与外来蒸汽输送管连通，蒸汽喷射器的出口与进口集箱的进口连通，后置蛇形过热管的进口与进口集箱的出口连通，后置蛇形过热管的出口与喷水减温器进口连通，前置蛇形过热管的进口与喷水减温器出口连通，前置蛇形过热管的出口与出口集箱连通，出口集箱的出口与外界热利用设备连接。
为能使低热值的燃气能有效混合着火、完全燃烧、燃烧温度高其燃烧污染物少，在炉体的尾部设置空气预热器和燃气预热器、前端设置NOx燃烧器、前部设置独立的燃烧室；所述的燃气预热器进口与外部供气管道连通、燃气预热器出口与燃烧器的进燃气管连通，空气预热器的进口与送风机的出口连通、空气预热器出口与燃烧器的进空气管连通，烟囱的进口与炉体尾部的烟气出口连通、烟囱的出口与大气空间相通。
为了进一步降低烟气温度，提高产汽量、提高热效率，结构更紧凑、制造和运行成本更低，在复合式过热器后方设置后置自然循环蒸发器和省煤器，将汽包置于后置自然循环蒸发器的上方的炉体外；所述的后置自然循环蒸发器的进口与汽包底部水空间连通，后置自然循环蒸发器的出口与汽包上部汽空间连通，省煤器的出口与汽包的进水管连通，省煤器的进口与除氧给水泵的出口连通。
为了确保复合式过热器的安全运行，同时降低炉膛高度和总投资，作为优选，所述炉体内的烟道水平布置，依次布置为燃烧室、前置强制循环蒸发器、复合式过热器、后置蒸发器、省煤器、空气预热器和燃气预热器，燃烧器的出口与燃烧室相连通。
为了使得燃烧室内保持高温且均匀，作为优选，所述炉体内壁喷涂碳化硅高辐射率材料，辐射吸收率达到0.95以上，比普通耐火材料高20～30％。
为了便于顺利排出烟气，作为优选，所述烟囱内安装有文丘里管。
本发明的有益效果是：提供一种用于过热外来蒸汽的燃气锅炉
1、本发明的燃气锅炉将自身产生的中压饱和蒸汽和外来低压饱和蒸汽在喷射混合器内有效混合，减少损失，提高混合蒸汽压力和温度，混合蒸汽进入复合式过热器过热为更高温度的过热蒸汽，以驱动蒸汽轮机做功发电或者直接利用，提高发电效率和总的能源利用率。同时考虑带外来蒸汽负荷大幅度变化，当外来蒸汽负荷较小时，可加大燃烧器的负荷来增加产量，为防止过热器蒸汽温度超温爆管，在过热器的中间加装喷水减温器；同时保证蒸汽温度在规定的范围内，确保汽轮机的安全可靠运行。
2、采用低NOx燃烧器、预热空气和燃气、低的空气过剩系数、燃烧室内壁涂高辐射涂层等措施，使低热值的燃气能稳定着火燃烧，燃烧效率高、燃烧温度高，炉内辐射换热强度大，同时燃烧器的功率可根据外来蒸汽的负荷进行调节，保证总的供汽量基本稳定；尾部的排烟温度可降低到100℃以下，使燃气锅炉的效率大于90％以上。
3、在复合过热器前设置前置强制循环蒸发器，使进入过热器的烟气温度控制在1000℃以下，保证过热器能安全可靠运行，同时强制循环蒸发器的受热面可随意布置，换热系数高，与自然循环蒸发器共用一个汽包，可放置于离汽包较远的地方。
总之，本发明的用于加热外来蒸汽的燃气锅炉，不仅自身产生中压蒸汽，而且能过热外来蒸汽，提供连续稳定的高品质的过热蒸汽供汽轮发电机组发电或其他热用户，提高做功发电效率，实现能源的合理利用，达到节能减排的目的。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的A-A剖视图。
图中：1、燃烧器，2、炉体，3、燃烧室，4、前置强制循环蒸发器，5、复合式过热器，51、蒸汽喷射器，52、进口集箱，53、后蛇形过热管，54、喷水减温器，55、前置蛇形过热管，56、出口集箱，6、后置自然循环蒸发器，7、省煤器，8、空气预热器，9、可燃气预热器，10、烟囱，11、除氧给水泵，12、汽包。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1、2所示，图中箭头表示气体或水流运动方向，是本发明最优实施例，一种用于过热外来蒸汽的燃气锅炉，燃气锅炉包括锅部分和炉部分，锅部分包括汽包12、前置强制循环蒸发器4、复合式过热器5、后置自然循环蒸发器6和省煤器7，炉部分包括燃烧器1、炉体2、燃烧室3、空气预热器8、燃气预热器9、和烟囱10，燃烧器1设置在炉体2的前端，烟囱10设置在炉体2的末端，在炉体2内部从前往后以次布置前置强制循环蒸发器4、复合式过热器5、后置自然循环蒸发器6和省煤器7，汽包12设置在炉体2外的上方，燃烧室3为炉体2内燃烧器1和前置强制循环蒸发器4之间形成的空腔，空气预热器8和燃气预热器9设置在炉体2的末端，
前置强制循环蒸发器4和后置自然水循环蒸发器6共用一个汽包12，前置强制循环蒸发器4的进口与汽包12的底部水空间连通，前置强制循环蒸发器4的出口与汽包12上部汽空间连通，复合式过热器5的进口与汽包12的出汽口连通，复合式过热器5的进口还连通有外来蒸汽输送管，复合式过热器5的出口与外界热利用设备连接，后置自然循环蒸发器6的进口与汽包12的底部水空间连通、后置自然循环蒸发器6的出口与汽包12上部汽空间连通，省煤器7的出口与汽包12的进水管连通，省煤器7的进口连接有除氧给水泵11，
燃气预热器9的进口连通有外部供气管道、燃气预热器9的出口与燃烧器1的进燃气管连通，空气预热器8的进口连通有送风机，空气预热器8的出口与燃烧器1的进空气管连通，烟囱10的进口与炉体2尾部的烟气出口连通、烟囱10的出口与大气空间相通。烟囱10内安装有文丘里管。
复合式过热器5包括蒸汽喷射器51、进口集箱52、后蛇形过热管53、喷水减温器54、前蛇形过热管55和出口集箱56，所述的蒸汽喷射器51的中压蒸汽进口与汽包12的出汽口连通，蒸汽喷射器51的低压蒸汽进口与外来蒸汽输送管连通，蒸汽喷射器51的出口与进口集箱52的进口连通，后置蛇形过热管53的进口与进口集箱52的出口连通，后置蛇形过热管53的出口与喷水减温器54进口连通，前置蛇形过热管55的进口与喷水减温器54出口连通，前置蛇形过热管55的出口与出口集箱56连通，出口集箱56的出口与外界热利用设备连接。
燃烧器1采用低NOx燃烧器。
炉体2内壁喷涂高辐射率材料。管燃烧室3内可以不布置受热面，炉体2内壁面喷涂高辐射率的材料，以使燃烧温度到达高温均匀。
由燃烧器1、炉体2、燃烧室3、空气预热器8、燃气预热器9、和烟囱10组成的炉部分完成空气和燃气的燃烧过程。
空气和燃气的燃烧过程：空气和可燃气体经空气预热器8和燃气预热器9加热到一定温度，输送到低NOx燃烧器1内混合着火燃烧，进入燃烧室3内完成整个燃烧过程，生成高温烟气，
烟气向水汽的传热过程：高温烟气沿水平烟道流动，经过前置强制循环蒸发器4、复合式过热器5、后置式蒸发器6、省煤器7、空气预热器8和燃气预热器9，依次完成辐射换热、辐射对流换热和对流换热，烟气降到100℃以下，烟气随后进入烟囱10排入大气，在烟囱9内安装文丘里管，以保证烟气顺利排出。
由汽包12、前置强制循环蒸发器4、复合式过热器5、后置自然循环蒸发器6、省煤器7组成的锅完成水的加热、汽化和过热过程。
水的加热、汽化和分离过程：经除氧给水泵11加压的给水进入省煤器7加热到接近饱和温度后，进入汽包12中，与汽水分离器分离下的循环水混合后，一部分水经强制循环泵加压后进入前置强制循环蒸发器3，另一部分水经下降管进入后置自然循环蒸发器5，水在各个蒸发器内被加热成汽水混合物上升到汽包10中，经汽水分离器分离出的饱和蒸汽和循环水，循环水再进入下一个循环；
蒸汽的混合和加热过程：汽包12中的中压饱和蒸汽从引出管引出和外来的低压饱和蒸汽分别进入喷射混合器(蒸汽喷射器51)内有效混合，混合蒸汽再通过进口集箱52分流进入后蛇形管过热器53内过热，再汇流到喷水减温器54内的一侧，经喷水降温后的蒸汽从减温器54的另一侧分流到前蛇形管过热器55内进一步过热到需要的过热温度，在汇流到出口集箱56输出到外界热利用设备，即汽轮发电机组做功发电或用于其他热用户。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (5)
1.一种用于过热外来蒸汽的燃气锅炉，其特征在于：所述燃气锅炉包括锅部分和炉部分；所述锅部分包括汽包(12)、前置强制循环蒸发器(4)、复合式过热器(5)、后置自然循环蒸发器(6)和省煤器(7)；所述炉部分包括燃烧器(1)、炉体(2)、燃烧室(3)、空气预热器(8)、燃气预热器(9)、和烟囱(10)。
所述燃烧器(1)设置在炉体(2)的前端，烟囱(10)设置在炉体(2)的末端，在炉体(2)内部从前往后以次布置前置强制循环蒸发器(4)、复合式过热器(5)、后置自然循环蒸发器(6)和省煤器(7)，汽包(12)设置在炉体(2)外的上方，燃烧室(3)为炉体(2)内燃烧器(1)和前置强制循环蒸发器(4)之间形成的空腔，空气预热器(8)和燃气预热器(9)设置在炉体(2)的尾端。
所述的前置强制循环蒸发器(4)和后置自然水循环蒸发器(6)共用一个汽包(12)，前置强制循环蒸发器(4)的进口与汽包(12)的底部水空间连通，前置强制循环蒸发器(4)的出口与汽包(12)上部汽空间连通，复合式过热器(5)的进口与汽包(12)的出汽口连通，复合式过热器(5)的进口还连通有外来蒸汽输送管，复合式过热器(5)的出口与外界热利用设备连接，后置自然循环蒸发器(6)的进口与汽包(12)的底部水空间连通、后置自然循环蒸发器(6)的出口与汽包(12)上部汽空间连通，省煤器(7)的出口与汽包(12)的进水管连通，省煤器(7)的进口连接有除氧给水泵(11)。
所述的燃气预热器(9)的进口连通有外部供气管道、燃气预热器(9)的出口与燃烧器(1)的进燃气管连通，空气预热器(8)的进口连通有送风机，空气预热器(8)的出口与燃烧器(1)的进空气管连通。
2.如权利要求1所述的一种用于过热外来蒸汽的燃气锅炉，其特征在于：所述复合式过热器(5)包括蒸汽喷射器(51)、进口集箱(52)、后蛇形过热管(53)、喷水减温器(54)、前蛇形过热管(55)和出口集箱(56)，所述的蒸汽喷射器(51)的中压蒸汽进口与汽包(12)的出汽口连通，蒸汽喷射器(51)的低压蒸汽进口与外来蒸汽输送管连通，蒸汽喷射器(51)的出口与进口集箱(52)的进口连通，后置蛇形过热管(53)的进口与进口集箱(52)的出口连通，后置蛇形过热管(53)的出口与喷水减温器(54)进口连通，前置蛇形过热管(55)的进口与喷水减温器(54)出口连通，前置蛇形过热管(55)的出口与出口集箱(56)连通，出口集箱(56)的出口与外界热利用设备连接。
3.如权利要求1所述的一种用于过热外来蒸汽的燃气锅炉，其特征在于：所述燃烧器(1)采用低NOx燃烧器。
4.如权利要求1所述的一种用于过热外来蒸汽的燃气锅炉，其特征在于：所述炉体(2)内壁喷涂高辐射率材料。
5.如权利要求1所述的一种用于过热外来蒸汽的燃气锅炉，其特征在于：所述烟囱(10)内安装有文丘里管。
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