CN105864753A - 一种回收循环流化床锅炉底渣高温余热并加热热风的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种回收循环流化床锅炉底渣高温余热并加热热风的系统，属于循环流化床锅炉领域，包括循环流化床锅炉及其尾部烟道的空气预热器，以及空气预热器至锅炉炉膛的一和/或二次风管路，还包括熔盐缓冲罐、熔盐泵、熔盐滚筒冷渣器和空气‑熔盐换热器，空气‑熔盐换热器设于一和/或二次风管路上对其一和/或二次风进行换热升温，熔盐滚筒冷渣器至少为一个，用于以熔盐为冷却工质对循环流化床锅炉炉膛排出的底渣进行换热降温，各熔盐滚筒冷渣器的熔盐出口与空气‑熔盐换热器的熔盐入口连通。本发明可使进入炉膛的风温在此基础上提高几十摄氏度，起到节约煤耗、显著提高锅炉效率的作用。通过这种方式，CFB锅炉底渣高温余热被有效地回收利用。

Description

一种回收循环流化床锅炉底渣高温余热并加热热风的系统
技术领域
本发明属于循环流化床锅炉领域，尤其涉及循环流化床锅炉底渣高温余热的回收。
背景技术
循环流化床(CFB)锅炉具有燃料适应性广、高效炉内脱硫、NOx原始排放低的优点，在发电及很多工业领域得到了广泛的应用。CFB锅炉排渣温度高达850℃以上，是高品位的余热；而且对典型的高灰分燃料，排渣的物理热损失将影响锅炉效率1％以上，排渣的高品位余热具有显著的回收价值。目前CFB锅炉普遍采用水冷式滚筒冷渣器，利用水来冷却高温灰渣。排渣的高温余热变成了冷却水的低品位热，热量未获得有效的回收利用。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述问题，本发明提出一种以熔盐为传热工质回收CFB锅炉底渣高温余热并用于加热热风的系统。以典型的NaNO3-KNO3二元熔盐为例，工作温度远远高于冷却水，最高可达到600℃，且其性质稳定，不易分解，在常压下工作。系统运行时，CFB锅炉排渣先进入熔盐滚筒冷渣器，由熔盐吸收一部分高温底渣热量。吸收底渣余热升温后的熔盐温度可达到500℃左右，可维持能量的高品位，用以加热290℃左右的热风，可使进入炉膛的风温在此基础上提高几十摄氏度，起到节约煤耗、显著提高锅炉效率的作用。通过这种方式，CFB锅炉底渣高温余热被有效地回收利用。
本发明目的通过下述技术方案来实现：
一种回收循环流化床锅炉底渣高温余热并加热热风的系统，包括循环流化床锅炉及其尾部烟道的空气预热器，以及空气预热器至锅炉炉膛的一和/或二次风管路，还包括熔盐缓冲罐、熔盐泵、熔盐滚筒冷渣器和空气-熔盐换热器，空气-熔盐换热器设于一和/或二次风管路上对其一和/或二次风进行换热升温，熔盐滚筒冷渣器至少为一个，用于以熔盐为冷却工质对循环流化床锅炉炉膛排出的底渣进行换热降温，各熔盐滚筒冷渣器的排渣入口与循环流化床锅炉炉膛排渣口连通，熔盐缓冲罐的熔盐出口经熔盐泵与各熔盐滚筒冷渣器的熔盐入口连通，各熔盐滚筒冷渣器的熔盐出口与空气-熔盐换热器的熔盐入口连通，空气-熔盐换热器的熔盐出口与熔盐缓冲罐的熔盐入口连通。
作为选择，还包括至少一个水冷滚筒冷渣器，用于以水为冷却工质对熔盐滚筒冷渣器排出的底渣进行换热降温，各水冷滚筒冷渣器的排渣入口分别各自与各熔盐滚筒冷渣器的排渣出口连通。
作为选择，熔盐为二元熔盐、三元熔盐、硝酸盐或碳酸盐等。
作为选择，熔盐滚筒冷渣器的滚筒筒壁由若干换热管螺旋盘绕而成，管间由扁钢连接，形成膜式壁筒壁；在滚筒内部，由滚筒内壁开始沿径向方向排列若干换热管，形成膜式壁管屏，且膜式壁管屏沿滚筒轴向在滚筒内壁螺旋盘绕形成槽道。
作为选择，空气-熔盐换热器采用管式空预器的结构，熔盐在换热管管内竖直方向流动，空气在换热管管外横掠管束。作为选择，换热管错列排布。
前述本发明主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本发明可采用并要求保护的方案；且本发明，(各非冲突选择)选择之间以及和其他选择之间可以任意组合。本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本发明所要保护的技术方案，在此不做穷举。
工作过程为：从炉膛排出的高温底渣进入以熔盐为冷却工质的滚筒冷渣器(熔盐滚筒冷渣器)，在熔盐滚筒冷渣器中被熔盐冷却到一定温度后排出，以进行后续处理(例如，进一步进入水冷滚筒冷渣器换热降温)；熔盐吸收底渣热量后温度升高，而后进入空气-熔盐换热器，在管内流动并加热来自空气预热器出口的热风，换热后熔盐温度再次下降，经熔盐缓冲罐，由熔盐泵抽出进入熔盐滚筒冷渣器完成熔盐回路的循环。热风在空气-熔盐换热器中横掠熔盐管束，被熔盐加热，温度上升，升温后的热风再进入炉膛，可有效回收热量、节约煤耗、提高锅炉效率。需要指出的是，熔盐加热的热风可以是一次风，也可以是二次风。
本发明中的熔盐滚筒冷渣器采用熔盐作为传热介质吸收灰渣热量，滚筒筒壁由换热管盘绕而成，管间由扁钢连接，即盘绕而成的膜式壁筒壁。在滚筒内部，由滚筒内壁开始沿径向方向排列换热管，形成膜式壁小管屏，小管屏沿滚筒轴向在筒内壁螺旋盘绕。一方面可以成为灰渣沿滚筒轴向运动的槽道，一方面在冷渣器内部增加了受热面，冷渣器整体换热能力得到增强。
本发明中的空气-熔盐换热器采用管式空预器的结构，熔盐在管内竖直方向流动，热风在管外横掠管束。换热管错列排布。
本发明的有益效果：采用此设计，可以有效回收利用CFB锅炉底渣的高温余热。利用熔盐吸热，可以使高品位热量得到有效利用；加热一/二次风，可提高热风温度，有效节约煤耗、提高锅炉效率，带来可观的经济收益。
附图说明
图1是本发明实施例1的装置流程示意图；
图2是本发明实施例2的装置流程示意图；
图3是本发明实施例2的熔盐滚筒冷渣器的布置状态示意图；
其中1-锅炉本体，2-熔盐滚筒冷渣器，3-水冷滚筒冷渣器，4-低温熔盐泵，5-低温熔盐缓冲罐，6-空气-熔盐换热器，7-空气预热器。
图4是本发明实施例3的立面结构示意图；
图5是本发明实施例3的横断面结构示意图；
其中1-旋转接头，2-端盖，3-防尘罩及出渣口，4-环形集箱，5-连接部件，6-进渣装置，7-底座，8-后端支承，9-链轮，10-减速机，11-电动机，12-前端支承，13-筒壁螺旋盘绕换热管，14-内筒膜式壁小管屏换热管，15-纵向挡板，16-支承圈，17-筒壁螺旋盘绕换热管扁钢，18-内筒膜式壁小管屏扁钢。
具体实施方式
下列非限制性实施例用于说明本发明。
实施例1：
参考图1所示，图中多段虚线表示灰渣流程，实线表示熔盐流程，点划虚线表示一/二次风。一种回收循环流化床锅炉底渣高温余热并加热热风的系统，包括循环流化床锅炉及其尾部烟道的空气预热器7，以及空气预热器7至锅炉本体1炉膛的一和/或二次风管路，还包括低温熔盐缓冲罐5、低温熔盐泵4、熔盐滚筒冷渣器2和空气-熔盐换热器6，空气-熔盐换热器6设于一和/或二次风管路上对其一和/或二次风进行换热升温，熔盐滚筒冷渣器2至少为一个，用于以熔盐为冷却工质对循环流化床锅炉本体1炉膛排出的底渣进行换热降温，各熔盐滚筒冷渣器2的排渣入口与循环流化床锅炉本体1炉膛排渣口连通，低温熔盐缓冲罐5的熔盐出口经低温熔盐泵4与各熔盐滚筒冷渣器2的熔盐入口连通，各熔盐滚筒冷渣器2的熔盐出口与空气-熔盐换热器6的熔盐入口连通，空气-熔盐换热器6的熔盐出口与低温熔盐缓冲罐5的熔盐入口连通。熔盐为二元熔盐、三元熔盐、硝酸盐或碳酸盐等，熔盐作为传热媒介在系统中循环流动，由低温熔盐泵4提供动力。熔盐滚筒冷渣器2的滚筒筒壁由若干换热管螺旋盘绕而成，管间由扁钢连接，形成膜式壁筒壁；在滚筒内部，由滚筒内壁开始沿径向方向排列若干换热管，形成膜式壁管屏，且膜式壁管屏沿滚筒轴向在滚筒内壁螺旋盘绕形成槽道。空气-熔盐换热器6采用管式空预器的结构，熔盐在换热管管内竖直方向流动，空气在换热管管外横掠管束，换热管错列排布。
启动前，在低温熔盐缓冲罐5中以电加热的方式对熔盐进行熔化并加热到高于工作温度，使其温度具有一定的裕度，以避免其进入熔盐滚筒冷渣器2后凝固，同时也避免了对熔盐滚筒冷渣器2本身的加热，无需设置电热丝等，简化了熔盐滚筒冷渣器2结构，也使设备的检修更加易于操作。
设备停运后，对于积留在熔盐滚筒冷渣器2滚筒底部的熔盐，可采用压力空气或蒸汽吹扫的方式进行排空。
实施例2：
参考图2、3所示，图2中多段虚线表示灰渣流程，实线表示熔盐流程，点划虚线表示一/二次风，点虚线表示冷却水流程。本实施例与实施例1基本相同，其区别在于：还包括至少一个水冷滚筒冷渣器3，用于以水为冷却工质对熔盐滚筒冷渣器2排出的底渣进行换热降温，各水冷滚筒冷渣器3的排渣入口分别各自与各熔盐滚筒冷渣器2的排渣出口连通。
具体而言：该系统由CFB锅炉本体1、熔盐滚筒冷渣器2、水冷滚筒冷渣器3、低温熔盐泵4、低温熔盐缓冲罐5、空气-熔盐换热器6及空气预热器7组成。熔盐作为传热媒介在系统中循环流动，由低温熔盐泵4提供动力。如附图2、附图3所示，共有四台熔盐滚筒冷渣器2，均安装在稍低于锅炉本体1炉膛排渣口的位置，分布在锅炉本体1炉膛四周，并且每台熔盐滚筒冷渣器2分别与一台水冷滚筒冷渣器3相连。低温熔盐泵4提供动力，将低温熔盐抽入四台熔盐滚筒换热器2。高温熔盐在空气-熔盐换热器6中放热加热来自空气预热器7出口的热风。低温缓冲罐5起到缓冲、保护的作用。
具体的，从炉膛1排出的高温灰渣(860℃，114.3t/h)分成四部分，分别进入四台熔盐滚筒冷渣器2；在熔盐冷渣器2中，灰渣被熔盐冷却至400℃后进入后端水冷冷渣器3继续被水冷却至150℃以下排出(可低至90℃，水对应从30℃升温至70℃)。每台熔盐冷渣器2中的熔盐流量约为13.69kg/s，熔盐进口温度310℃；熔盐吸收灰渣释放的热量，温度由310℃上升至500℃，完成吸热后，四台熔盐冷渣器2中的熔盐汇集进入空气-熔盐换热器6，在管内流动并加热来自空气预热器7出口的热风，放热后熔盐温度再次下降为310℃，而后流经低温缓冲罐5，并由低温熔盐泵4抽出，重新进入熔盐冷渣器2完成熔盐回路的循环。热风在空气-熔盐换热器6中横掠熔盐管束，被熔盐加热，温度由298℃上升至362℃(一次风)或345℃(二次风)，升温后的热风再进入炉膛1，可有效回收热量，提高锅炉效率。
本方案设计熔盐为二元熔盐(60％NaNO3+40％KNO3)，经设计计算，熔盐滚筒冷渣器滚筒外径2.22m，进口到出口长9.4m，换热管规格均为38×4mm。内筒螺旋管屏换热管根数7根，管间扁钢宽8mm，管屏高度332mm，螺旋节距20mm。滚筒外壁盘绕管根数4根，单根换热管盘绕圈数51圈。冷渣器内熔盐流动总阻力0.57MPa，熔盐流量13.688kg/s，熔盐流速1m/s。冷渣器总传热面积293.20m2。
空气-熔盐换热器换热管规格42×2mm，横向管间距63m，纵向管间距42mm，熔盐流量54.033kg/s，熔盐流速2m/s；空气平均流速7m/s。换热管束总高度8m，管排总长度3.822m，管排总宽度2.3415m，换热管总根数3367根，总换热面积3554m2。
具体的，对一个600MWCFB锅炉，经设计计算，单台熔盐滚筒冷渣器所需钢材量约为11.2t，采用15GrMoG制造，按2万元/t计算，单台熔盐冷渣器本体造价约为22.40万元；空气-熔盐换热器耗材53.15t，换热器本体造价约为106.30万元；低温熔盐泵经询价为13.95万元；再加上低温缓冲罐、烟道、钢结构等耗材成本，设备总投资约为343.182万元。同时，电厂年运行小时数按5000h计算，增加的年运行电耗经计算大约为14.4万元。而利用底渣余热提高热风温度所带来的年节煤量约在15600t左右，可节约燃煤投资470万元左右。那么，投资回收期大约为0.75年。之后每年由节煤带来的收益在470万元左右，除去每年电耗14万元左右，按电厂运行寿命20年计算，具有较好的经济收益。
实施例3：
参考图4、5所示，前述实施例1、2的优选熔盐滚筒冷渣器，包括驱动机构，以及通过驱动机构驱动绕中心轴旋转的滚筒，还包括支撑滚筒的支撑机构。滚筒筒壁由若干换热管(筒壁螺旋盘绕换热管13)沿滚筒轴向螺旋紧密盘绕而成，管间由扁钢(筒壁螺旋盘绕换热管扁钢17)连接，形成膜式壁筒壁；在滚筒内部，由滚筒内壁开始沿径向方向排列若干换热管(内筒膜式壁小管屏换热管14)，管间由扁钢(内筒膜式壁小管屏扁钢18)连接，形成膜式壁管屏，且膜式壁管屏沿滚筒轴向在滚筒内壁螺旋盘绕形成槽道；滚筒进口和出口各有一个环形集箱4，与膜式壁筒壁的换热管(筒壁螺旋盘绕换热管13)及膜式壁管屏的换热管(内筒膜式壁小管屏换热管14)连接。
作为选择，如本实施例所示，滚筒内膜式壁管屏形成的螺旋槽道的相邻两个节距之间，在滚筒内壁上沿周向间隔布置了若干纵向挡板15，纵向挡板15同时沿滚筒轴向和径向延伸，且在朝径向延伸的同时还朝周向倾斜，倾斜方向与滚筒旋转方向相反(参见图2，纵向挡板15沿周向逆时针方向倾斜，而滚筒顺时针方向旋转)。
作为选择，滚筒一端开口为进渣端，另一端开口为出渣端，滚筒的进渣端设有进渣装置6，滚筒的出渣端设有防尘罩及出渣口3。
作为选择，驱动机构包括环绕滚筒筒身的链轮9，以及带动链轮9绕中心轴自转的电动机11及其减速机10。
作为选择，支撑机构包括底座7、前端支承12、后端支承8和支撑圈16，前、后端支承12、8分别设于底座7上并位于滚筒前、后部，支撑圈16环绕滚筒筒身并分别支撑固定于前、后端支承12、8上。
作为选择，滚筒的两端还分别设有旋转接头1。
具体而言，作为示例，一种以熔盐为冷却介质的滚筒冷渣器结构，主要部件包括：1-旋转接头，2-端盖，3-防尘罩及出渣口，4-环形集箱，5-连接部件，6-进渣装置，7-底座，8-后端支承，9-链轮，10-减速机，11-发电机，12-后端支承，13-筒壁螺旋盘绕换热管，14-内筒膜式壁小管屏换热管，15-纵向挡板，16-支承圈，17-筒壁螺旋盘绕换热管扁钢，18-内筒膜式壁小管屏扁钢。
滚筒壁由多根换热管(筒壁螺旋盘绕换热管13)螺旋盘绕而成，相邻管间用扁钢(筒壁螺旋盘绕换热管扁钢17)连接；若管数较多，则可在滚筒进口进行分组，均匀分布在滚筒进口圆周上，而后进行紧密盘绕。
滚筒内部，从内筒壁开始沿滚筒径向方向排列多根换热管(内筒膜式壁小管屏换热管14)，管间由扁钢(内筒膜式壁小管屏扁钢18)连接，形成膜式壁小管屏，小管屏沿滚筒轴向在筒内壁螺旋盘绕形成槽道，一方面作为灰渣向前推送的通路，一方面增加内部受热面，提高冷渣器换热能力；本方案中螺旋膜式壁小管屏各换热管的规格相同。
冷渣器中所有换热管内传热工质均为高温熔盐。
滚筒进口端和出口端各设有一个旋转接头1。
滚筒进口和出口各有一个环形集箱4，与筒壁螺旋盘绕换热管13及内筒膜式壁小管屏换热管14连接。
本专利中采用螺旋盘管式膜式壁，以减少熔盐流通的并联管子根数，从而减少流通截面积，保证熔盐流速。
另一方面，本专利筒体内部设置膜式壁小管屏，工质采用熔盐，换热温差减小，在不增大设备体积的条件下，在滚筒冷渣器内部形成更多的受热面，以保证足够的换热量。
此外，小管屏形成的螺旋槽道还可以成为灰渣沿滚筒轴向运动的通路，起到推动灰渣在滚筒内输运的作用。
滚筒内螺旋槽道相邻两个节距之间布置了若干纵向挡板15，起到加强底渣扰动、强化传热的效果。
具体的，对一600MWCFB锅炉，排渣量114.3t/h，每台熔盐换热器出力30t/h。经设计计算，采用典型的二元熔盐(60％NaNO3+40％KNO3)，熔盐滚筒冷渣器滚筒外径2.22m，进口到出口长9.4m，换热管规格均为38×4mm。内筒螺旋管屏换热管根数7根，管间扁钢宽8mm，厚6mm，管屏高度332mm，螺旋节距20mm，螺旋圈数47圈。滚筒外壁盘绕管根数4根，管间扁钢宽8mm，厚10mm，单根换热管盘绕圈数51圈。冷渣器内熔盐流动总阻力0.57MPa，熔盐流量13.688kg/s，管内熔盐流速1m/s。冷渣器总传热面积293.20m2。经计算，若此冷渣器接入设计系统加热热风，每年可节省煤耗15600t左右，可节约燃煤投资470万元左右。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种回收循环流化床锅炉底渣高温余热并加热热风的系统，包括循环流化床锅炉及其尾部烟道的空气预热器，以及空气预热器至锅炉炉膛的一和/或二次风管路，其特征在于：还包括熔盐缓冲罐、熔盐泵、熔盐滚筒冷渣器和空气-熔盐换热器，空气-熔盐换热器设于一和/或二次风管路上对其一和/或二次风进行换热升温，熔盐滚筒冷渣器至少为一个，用于以熔盐为冷却工质对循环流化床锅炉炉膛排出的底渣进行换热降温，各熔盐滚筒冷渣器的排渣入口与循环流化床锅炉炉膛排渣口连通，熔盐缓冲罐的熔盐出口经熔盐泵与各熔盐滚筒冷渣器的熔盐入口连通，各熔盐滚筒冷渣器的熔盐出口与空气-熔盐换热器的熔盐入口连通，空气-熔盐换热器的熔盐出口与熔盐缓冲罐的熔盐入口连通。
2.如权利要求1所述的回收循环流化床锅炉底渣高温余热并加热热风的系统，其特征在于：还包括至少一个水冷滚筒冷渣器，用于以水为冷却工质对熔盐滚筒冷渣器排出的底渣进行换热降温，各水冷滚筒冷渣器的排渣入口分别各自与各熔盐滚筒冷渣器的排渣出口连通。
3.如权利要求1所述的回收循环流化床锅炉底渣高温余热并加热热风的系统，其特征在于：熔盐为二元熔盐、三元熔盐、硝酸盐或碳酸盐。
4.如权利要求1所述的回收循环流化床锅炉底渣高温余热并加热热风的系统，其特征在于：熔盐滚筒冷渣器的滚筒筒壁由若干换热管螺旋盘绕而成，管间由扁钢连接，形成膜式壁筒壁；在滚筒内部，由滚筒内壁开始沿径向方向排列若干换热管，形成膜式壁管屏，且膜式壁管屏沿滚筒轴向在滚筒内壁螺旋盘绕形成槽道。
5.如权利要求1所述的回收循环流化床锅炉底渣高温余热并加热热风的系统，其特征在于：空气-熔盐换热器采用管式空预器的结构，熔盐在换热管管内竖直方向流动，空气在换热管管外横掠管束。
6.如权利要求5所述的回收循环流化床锅炉底渣高温余热并加热热风的系统，其特征在于：换热管错列排布。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107013906A (zh) * 2017-04-13 2017-08-04 重庆大学 一种循环流化床锅炉底渣余热回收装置
CN108266791A (zh) * 2016-12-30 2018-07-10 百吉瑞（天津）新能源有限公司 一种熔盐储能和电锅炉互补供暖系统

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