CN105387448A - 带冷烟气再循环的锅炉系统及冷烟气再循环方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带冷烟气再循环的锅炉系统及冷烟气再循环方法，带冷烟气再循环的锅炉系统包括与除尘器出口连通并且用于收集冷烟气的收集管，与收集管相连的集中管，以及与集中管相连的将冷烟气送入锅炉本体内的引入管。本发明采用除尘器后方的冷烟气作为循环烟气，由于除尘器后方的烟气温度低，烟尘浓度低，可以直接或引风机升压后送入锅炉本体内，调节锅炉再热器汽温，防止结焦，降低受热面管壁温度，降低NOx含量等。

Description

带冷烟气再循环的锅炉系统及冷烟气再循环方法

技术领域

本发明涉及一种烟气再循环系统，特别是涉及一种带冷烟气再循环的锅炉系统及冷烟气再循环方法。

背景技术

目前的烟气再循环是将锅炉本体尾部竖井的烟气送入锅炉，属于锅炉本体高灰份、高烟温的烟气再循环。一般是收集锅炉省煤器9的出口处的烟气，如图1所示，这里的烟尘浓度经常在40g/m³左右，烟气温度为400℃—450℃，由于烟温高，特别是烟尘浓度高，所以再循环风机只能短期使用，由于其不能长期正常使用，因此目前很少有使用该烟气循环的锅炉，致使这种高温高烟尘浓度的烟气再循环仅在教科书中报道。

为了调节锅炉本体内再热器的汽温，引进了烟气挡板技术，将锅炉尾部竖井即省煤器后方的烟道通过烟道隔墙分为双烟道，一侧烟道内设置过热器，一侧烟道内设置再热器。原来是想通过烟气挡板调节烟气流量，达到调节再热器汽温的目的，但是大量使用效果说明只有10％—20％的调节量，达不到调节再热器汽温的目的，因此我国火电厂锅炉缺少有效的调节再热器汽温的方法，再热器汽温或高或低，对锅炉经济性和安全性带来很大的影响。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种带冷烟气再循环的锅炉系统及冷烟气再循环方法，用于解决现有技术中再热器汽温高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种带冷烟气再循环的锅炉系统，其包括与除尘器出口连通并且用于收集冷烟气的收集管，与收集管相连的集中管，以及与集中管相连的将冷烟气送入锅炉本体内的引入管。

优选的，所述引入管根据引入地点不同分为以下几种：将冷烟气引入锅炉本体下部的下部引入管，将冷烟气引入锅炉本体上部的上部引入管，将冷烟气引入锅炉本体尾部竖井的竖井引入管；使用时根据需要选择一种或几种的组合将冷烟气引入锅炉本体。

优选的，所述下部引入管的出口位置、方向以及烟气流速需满足：根据锅炉本体内温度场、速度场、水冷壁热负荷分布以及NOx、CO含量，通入冷烟气后调节再热器汽温和降低NOx含量，需满足锅炉本体内受热面安全、保证水冷管壁安全、制粉系统正常出力以及克服烟风道阻力。

优选的，所述上部引入管的出口位置、方向以及烟气流速需满足：根据锅炉本体内温度场、速度场、水冷壁热负荷分布以及NOx、CO含量，通入冷烟气后，需满足锅炉本体上部烟气温度降低至不结焦，以及受热面的管壁温度合理降低、保证水冷管壁安全、制粉系统正常出力以及克服烟风道阻力。

优选的，所述引入管从位于锅炉本体底部的集中管上引伸形成。

本发明还提供一种锅炉系统的冷烟气再循环方法，其采用将除尘器出口处的冷烟气引入锅炉本体内，来调节锅炉再热器汽温，防止锅炉本体上部结焦，降低受热面管壁温度，以及降低NOx含量。

如上所述，本发明的带冷烟气再循环的锅炉系统及冷烟气再循环方法，具有以下有益效果：采用除尘器后方的冷烟气作为循环烟气，由于除尘器后方的烟气温度低，烟尘浓度低，可以直接或引风机升压后送入锅炉本体内，调节锅炉再热器汽温，防止结焦，降低NOx含量等。

附图说明

图1显示为现有技术中的高温烟气循环锅炉系统示意图。

图2显示为本发明的带冷烟气再循环的锅炉系统示意图。

图3显示为引入冷烟气后锅炉右侧屏式再热器进口处各高度的烟气温度分布图。

图4显示为引入冷烟气后锅炉右侧屏式再热器进口处各高度的烟气流场分布图。

元件标号说明

1集中管

2收集管

3除尘器

4锅炉本体

5尾部竖井

6竖井引入管

7上部引入管

8下部引入管

9省煤器

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图2所示，本发明提供一种带冷烟气再循环的锅炉系统，其包括与除尘器3的出口连通并且用于收集冷烟气的收集管2，与收集管2相连的集中管1，以及与集中管1相连的将冷烟气送入锅炉本体4内的引入管，冷烟气的烟尘浓度小于20mg/Nm³，烟气温度为100℃—140℃。

本发明的冷烟气再循环方法，采用除尘器出口处的冷烟气引入锅炉本体内，即由除尘器排出的烟尘浓度低、温度低的冷烟气作为冷源将其引入锅炉本体内，用来调节再热器汽温、防止受热面结焦，降低受热面温度以及降低NOx含量。

在进行实施时，上述引入管根据引入地点不同分为以下几种：将冷烟气引入锅炉本体下部的下部引入管8，将冷烟气引入锅炉本体上部的上部引入管7，将冷烟气引入锅炉本体的尾部竖井5的竖井引入管6；使用时根据需要选择一种或几种的组合将冷烟气引入锅炉本体内。

为便于设置，上述引入管从位于锅炉本体底部的集中管1上引伸形成。

下面具体描述引入管的具体引入位置：

将冷烟气引入锅炉本体下方(即下部引入管8)，其作用是：随着冷烟气量的不同，调节再热器汽温和炉内NOx、CO含量大小。而下部引入管的出口位置、方向以及烟气流速也需要根据锅炉本体自身情况进行设置，设置时需满足：根据锅炉本体内温度场、速度场、水冷壁热负荷分布以及NOx、CO含量，通入冷烟气后需满足锅炉本体内受热面安全、保证水冷管壁安全、制粉系统正常出力以及克服烟风道阻力。

将冷烟气引入锅炉本体上方(即上部引入管7)，其作用是：降低锅炉本体上部烟气温度，防止或减轻锅炉本体上部结焦，同时可以降低锅炉本体上部受热面管壁温度，防止超温爆管。

上部引入管7的出口位置、方向以及烟气流速需满足：根据锅炉本体内温度场、速度场、水冷壁热负荷分布以及NOx、CO含量，通入冷烟气后需满足锅炉本体上部烟气温度降至不结焦，降低受热面的管壁温度、保证水冷管壁安全、制粉系统正常出力以及克服烟风道阻力。

采用本发明的冷烟气再循环方法解决了华能德州电厂300MW燃煤锅炉#2锅炉的超温爆管和兼顾降低NOx的问题，具体为：该锅炉为与320MW汽轮机发电机组配套的1025t/h亚临界压力，中间再热，自然循环单炉膛、燃煤汽包炉，锅炉型号：HG1025/18.2—PM2。单炉膛、断面尺寸(宽×深)：14.048×11.858(m×m)，容积:7209.5m³。燃烧器：煤粉燃烧器为直流式，四角切园布置。

锅炉内原来设置情况如下：(1)过热器：五级布置，即顶棚管及包墙管过热器、低温过热器、分隔屏、后屏过热器和高温过热器。(2)再热器：三级布置，即壁式再热器、中温屏式再热器与高温再热器。(4)省煤器：一级蛇形管布置。(5)空气预热器：三分仓容克式，29—VI型。(5)制粉系统：筒式钢球磨煤机，两级分离、中间贮仓。(6)过热器调温方式：两级减温水调节。(7)再热器调温方式：一级减温水调节、燃烧器摆角调节。

经过多年运行后，近两年该厂#2、#4锅炉进行了脱硝改造，其中炉内脱硝除主燃烧器改动外，主要是增加了五层燃尽风，但是改动后，该厂的#2、#4锅炉的屏式再热器管子的向火面爆管，经过金相分析，确认为超温爆管，管子材料为SA-213TP304H，管子材料的烟气侧最高抗氧化为702℃。另外：在炉内脱硝改造前，炉膛出口NOx为900mg/Nm3，脱硝改造指标是500mg/Nm3，目前只能达到600mg/Nm3，德州电厂期望进一步降低。

利用本发明的冷烟气再循环方法，采用收集除尘器排出的冷烟气作为冷源，分别从锅炉本体上部和锅炉本体下部将其引入锅炉本体内，将冷烟气引入锅炉本体上部主要是为了降低锅炉本体上部受热面管壁温度，防止超温爆管，将冷烟气引入锅炉本体下部主要是为了调节再热器汽温和降低炉内NOx、CO含量。

具体实施过程为：

根据锅炉本体内温度场、速度场、水冷壁热负荷分布以及NOx、CO含量，通入冷烟气后需满足锅炉本体上部烟气温度降至不结焦，降低受热面的管壁温度、保证水冷管壁安全、制粉系统正常出力以及克服烟风道阻力，确定在锅炉本体上部设置六个上部引入管，左右墙各三个，该上部引入管的喷口尺寸为1.16*0.45(m)，喷口中心线的标高分别为:43990、45490、46990。

冷炉烟从锅炉下部引入的喷口位置和速度，必须不能影响锅炉燃烧的稳定性，炉内烟气流场分布如图4所示，从图4分析出：冷烟气从锅炉本体下部引入位置应该是在冷灰斗折角处(上方)，这里的烟气首先是先流向下方，而后再上行，与主烟气流不冲击，所以不会影响燃烧的稳定性。

根据锅炉本体内温度场、速度场、水冷壁热负荷分布以及NOx、CO含量，通入冷烟气后需满足锅炉本体内受热面安全、保证水冷管壁安全、制粉系统正常出力以及克服烟风道阻力，确定在锅炉本体下部设置四个下部引入管，在锅炉本体四角布置，下部引入管的喷口尺寸为：0.69*0.69(m)，喷口设置在冷灰斗折角处，喷口中心线标高为：15240。

具体实施后：

采用将冷烟气从锅炉本体上部引入的方案明显降低屏式再热器进口断面向火面的烟气温度和速度，冲散了大量热量的集中，有效降低屏式再热器向火面的管壁温度，如图3所示，在锅炉本体上部引入15％冷烟气再循环，屏式再热器进口断面向火面的烟气温度降低400℃左右，管壁温度降低100℃以上，使管壁温度在材料容许范围内。

采用在锅炉本体下部引入15％冷烟气，以600mg/Nm3为基础，NOx可降低到508mg/Nm3；采用在锅炉本体下部引入7.5％冷炉烟，以600mg/Nm3为基础，NOx可降低到546％。

采用上述将冷烟气引入锅炉本体上部和锅炉本体下部后，对锅炉参数的影响如表1所示，由此可见，引入冷烟气后对原来锅炉参数没有影响。

表1

德州电厂#2锅炉是亚临界压力锅炉，水冷壁中是汽水共存，水冷壁的可靠性直接与含汽率相关，与水冷壁有关的参数见表2：

表2

由此可见，冷烟气再循环从锅炉本体上部引入和从锅炉本体下部引入，与目前脱硝工况和原设计相比，在给水温度相同的条件下，水冷壁吸热量呈减少状态，含汽量偏小，因此锅炉水冷壁管子是可靠性的，是能够得到保证的。

采用本冷烟气再循环方法后，屏式再热器向火面管壁温度降低100℃，确保管子在材料容许范围内，能够进一步降低NOx，而且锅炉能够在原参数下正常运行，水冷壁管子运行也是可靠的，锅炉本体下方引入不冲击主烟气流，对燃烧的稳定性没有任何影响。

综上所述，本发明的带冷烟气再循环的锅炉系统及冷烟气再循环方法，采用由除尘器排出的烟尘浓度低、温度低的冷烟气作为冷源，将其引入锅炉本体内用来调节再热器汽温、防止受热面结焦以及降低NOx含量。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种带冷烟气再循环的锅炉系统，其特征在于，包括与除尘器出口连通并且用于收集冷烟气的收集管，与收集管相连的集中管，以及与集中管相连的将冷烟气送入锅炉本体内的引入管。

2.根据权利要求1所述的带冷烟气再循环的锅炉系统，其特征在于：所述引入管根据引入地点不同分为以下几种：将冷烟气引入锅炉本体下部的下部引入管，将冷烟气引入锅炉本体上部的上部引入管，将冷烟气引入锅炉本体尾部竖井的竖井引入管；使用时根据需要选择一种或几种的组合将冷烟气引入锅炉本体。

3.根据权利要求2所述的带冷烟气再循环的锅炉系统，其特征在于：所述下部引入管的出口位置、方向以及烟气流速需满足：根据锅炉本体内温度场、速度场、水冷壁热负荷分布以及NOx、CO含量，通入冷烟气后调节再热器汽温和降低NOx含量，需满足锅炉本体内受热面安全、保证水冷管壁安全、制粉系统正常出力以及克服烟风道阻力。

4.根据权利要求2所述的带冷烟气再循环的锅炉系统，其特征在于：所述上部引入管的出口位置、方向以及烟气流速需满足：根据锅炉本体内温度场、速度场、水冷壁热负荷分布以及NOx、CO含量，通入冷烟气后，需满足锅炉本体上部烟气温度降低至不结焦，及降低受热面的管壁温度、保证水冷管壁安全、制粉系统正常出力以及克服烟风道阻力。

5.根据权利要求1所述的带冷烟气再循环的锅炉系统，其特征在于：所述引入管从位于锅炉本体底部的集中管上引伸形成。

6.一种锅炉系统的冷烟气再循环方法，其特征在于：采用将除尘器出口处的冷烟气引入锅炉本体内，来调节锅炉再热器汽温，防止锅炉本体上部结焦，降低受热面管壁温度，以及降低NOx含量。