CN106949451A - 一种二次再热超超临界锅炉及其受热面布置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二次再热超超临界锅炉及其受热面布置方法。该二次再热超超临界锅炉的主要特点为，炉膛竖直设置，炉膛侧壁分为水冷壁和再热壁两部分，水冷壁位于再热壁下方，水冷壁的中部或下部区域设置有燃烧器，再热壁分为一次再热壁和二次再热壁两部分，烟道内沿烟气的前进方向依次设置有高温过热器、高再冷再热器组、低温过热器、高再热再热器组、低温再热器组和省煤器。本发明的有益效果为：再热壁的结构设计新颖，在不增加炉膛高度和不在竖直方向依次一、二、三级吸热结构的基础上实现了水冷壁吸热后的高压做功、一次再热的中压做功和二次再热的低压做功；一次再热壁和二次再热壁的吸热量可调节，可保证中压做功和低压做功的蒸汽温度均达标。

Description

一种二次再热超超临界锅炉及其受热面布置方法

技术领域

本发明属于燃煤锅炉技术领域，具体涉及一种二次再热超超临界锅炉及其受热面布置方法。

背景技术

超超临界燃煤发电技术是一种先进、高效的发电技术，它比超临界机组的热效率高出约4％，与常规燃煤发电机组相比优势就更加明显。目前，超超临界机组的锅炉内工质均为水，超临界和超超临界并无严各的界限，国内及国际上一般认为只要主蒸汽温度达到或过600℃，就认为是超超临界机组。

从2006年第一台百万级超超临界机组投运以来，国内已经有近50台百万级超超临界机组投入商业运行。为了进一步提高超超临界机组的发电效率，研究人员提出了二次再热的结构设想并付诸实施。研究发现，二次再热在应用时存在一次再热蒸汽和二次蒸汽蒸汽温度达不到设计值的问题。在发明专利201110276427.0中公开了一种700℃机组超超临界锅炉的蒸汽系统的受热面布置结构，其在水冷壁受热面增加壁挂式辐射受热面，这种将部分再热器提前的方式容易导致结焦结渣；发明专利201610381277.2公开了650℃先进超超临界机组锅炉的再热器，其通过使用先进材料以增加再热器传热效率的方法提高再热蒸汽温度，这种方法提高蒸汽温度显然有局限性。也即目前尚缺少针对一次、二次再热蒸汽温度达不到设计值的问题的有效解决方案。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种二次再热超超临界锅炉及其受热面布置方法，其可有效解决一次、二次再热蒸汽温度达不到设计值的问题并提高发电效率。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种二次再热超超临界锅炉，其包括炉膛、灰渣斗和烟道，所述炉膛竖直设置且其下端连通所述灰渣斗、上端连通所述烟道，所述炉膛侧壁分为水冷壁和再热壁两部分，所述水冷壁位于所述再热壁下方，所述水冷壁的中部或下部区域设置有燃烧器，所述再热壁分为离地高度相等或接近的一次再热壁和二次再热壁两部分，所述烟道内沿烟气的前进方向依次设置有高温过热器、高再冷再热器组、低温过热器、高再热再热器组、低温再热器组和省煤器，所述高再冷再热器组包括并列设置的一次再热高再冷再热器和二次再热高再冷再热器，所述高再热再热器组包括并列设置的一次再热高再热再热器和二次再热高再热再热器，所述低温再热器组包括并列设置的一次再热低温再热器和二次再热低温再热器，所述省煤器、水冷壁、低温过热器、高温过热器依次通过管道连通，以保证工质被依次梯级加热并送往高压汽轮机做功；所述一次再热壁、一次再热低温再热器、一次再热高再冷再热器、一次再热高再热再热器依次通过管道连通，以保证一次再热乏汽依次梯级加热并送往中压汽轮机做功；所述二次再热壁、二次再热低温再热器、二次再热高再冷再热器、二次再热高再热再热器依次通过管道连通，以保证二次再热乏汽依次梯级加热并送往低压汽轮机做功。再热泛汽是指通入汽轮机中蒸汽在释放热势能做功之后由排汽孔排出的汽，一次再热泛汽是指高压汽轮机排出的汽，二次再热乏汽指中压汽轮机排出的汽。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述灰渣斗侧壁上设置有用于预热一次再热乏汽的再热前置冷却壁，所述再热前置冷却壁、一次再热壁、一次再热低温再热器、一次再热高再冷再热器、一次再热高再热再热器依次通过管道连通，以保证一次再热乏汽依次梯级加热并送往中压汽轮机做功。该结构设计的好处在于，可有效保证通入中压汽轮机的蒸汽温度达到设定值(达标)。

进一步，所述灰渣斗侧壁上设置有用于预热二次再热乏汽的再热前置冷却壁，所述再热前置冷却壁、二次再热壁、二次再热低温再热器、二次再热高再冷再热器、二次再热高再热再热器依次通过管道连通，以保证二次乏汽依次梯级加热并送往低压汽轮机做功。该结构设计的优点在于，可有效保证通入低压汽轮机的蒸汽温度达到设定值。

进一步，所述炉膛的横截面为矩形，所述再热壁分为前壁、后壁、左壁和右壁，所述前壁、后壁、左壁和右壁的上下两端均分别设置有独立的联箱，所述一次再热壁由所述前壁、后壁、左壁和右壁中的任意两个或三个及相应的独立联箱组成。该结构的优势在于，前壁、后壁、左壁、右壁中的任一个及其两端的独立联箱均为一个独立的吸热部件，可根据中压做功和低压做功的负荷灵活选用合适的组合形成一次再热壁和二次再热壁。

进一步，所述一次再热壁由所述前壁和后壁及相应的独立联箱组成，所述二次再热壁由所述左壁和右壁及相应的独立联箱组成。

进一步，所述一次再热壁由所述前壁和左壁及相应的独立联箱组成，所述二次再热壁由所述后壁和右壁及相应的独立联箱组成。

进一步，所述一次再热壁由前壁、后壁、左壁及相应的独立联箱组成，所述二次再热壁由所述右壁及相应的独立联箱组成。

进一步，沿着烟气的前进方向，所述烟道内的所述省煤器之后还设置有空气预热器，空气经空气预热器预热后与煤粉混合并进入所述燃烧器内。

本发明还提供一种二次再热超超临界锅炉的受热面布置方法，其将竖直的炉膛的侧壁分为水冷壁和再热壁两部分，所述水冷壁位于所述再热壁下方，所述再热壁分为一次再热壁和二次再热壁，所述炉膛的横截面为矩形，所述再热壁分为前壁、后壁、左壁和右壁，所述前壁、后壁、左壁和右壁的上下两端均分别设置有独立的独立联箱，所述一次再热壁由所述前壁、后壁、左壁和右壁中的任意两个或三个及相应的独立联箱组成。

在上述受热面布置方法的基础上，还可以有如下改进。

进一步，所述炉膛的下端连接有灰渣斗，所述灰渣斗的侧壁上设置有对一次再热乏汽或二次再热乏汽进行预热的再热前置冷却壁。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)再热壁的结构设计新颖，包括离地高度相近或相等的一次再热壁和二次再热壁，即相当于沿一竖直面将再热壁剖分成两部分(包括但不限于该种情况)，在不增加炉膛高度和不在竖直方向依次一、二、三级吸热结构的基础上(本发明的二、三级吸热结构位于同一高度或接近同一高度)，实现了水冷壁吸热后的高压做功、一次再热的中压做功和二次再热的低压做功，相对于现有技术中有同等效果的锅炉，本发明的炉膛相对可设计的更矮且结构更简单。

(2)现有技术中的一次再热壁和二次再热壁的吸热量通常是固定的，当出现中压做功或低压做功再热蒸汽不达标的情况时，难以通过调节。本发明的一次再热壁和二次再热壁的吸热量可调节，一次再热壁可以选择前、后、左、右四壁中的两个或三个，剩下的为二次再热壁，故其吸热量可以有较大范围的调节；另外，本发明还可以在灰渣斗处设置预热再热乏汽的再热前置冷却壁，其与一次再热壁或二次再热壁的配合，可更加灵活调节一次再热和二次再热的吸热量，以使再热蒸汽的温度达标。

(3)本发明的烟道内沿烟气前进方向依次设置了高温过热器、高再冷再热器组、低温过热器、高再热再热器组、低温再热器组和省煤器，多级吸热结构，可有效实现工质的梯级加热，保证通入汽轮机的蒸汽温达标。

附图说明

图1为本发明提供的一种二次再热超超临界锅炉的结构示意图；

图2为图1所示锅炉的再热壁沿A-A’的截面图；

图3为实施例1中提供的二次再热超超临界锅炉各部件的连接示意图；

图4为实施例2中提供的二次再热超超临界锅炉各部件的连接示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1.水冷壁；2.再热壁；3.燃烧器；4.一次再热壁；5.二次再热壁；6.高温过热器；7.一次再热高再冷再热器；8.二次再热高再冷再热器；9.低温过热器；10.一次再热高再热再热器；11.二次再热高再热再热器；12.一次再热低温再热器；13.二次再热低温再热器；14.省煤器；15.再热前置冷却壁；16.空气预热器；17.高压汽轮机；18.中压汽轮机；19.低压汽轮机。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1至4所示，本发明提供一种二次再热超超临界锅炉，其包括炉膛、灰渣斗和烟道，所述炉膛竖直设置且其下端连通所述灰渣斗、上端连通所述烟道，所述炉膛侧壁分为水冷壁1和再热壁2两部分，所述水冷壁1位于所述再热壁2下方，所述水冷壁1的中部或下部区域设置有燃烧器3，所述再热壁2分为离地高度相等或接近的一次再热壁4和二次再热壁5两部分，所述烟道内沿烟气的前进方向依次设置有高温过热器6、高再冷再热器组、低温过热器9、高再热再热器组、低温再热器组和省煤器14，所述高再冷再热器组包括并列设置的一次再热高再冷再热器7和二次再热高再冷再热器8，所述高再热再热器组包括并列设置的一次再热高再热再热器10和二次再热高再热再热器11，所述低温再热器组包括并列设置的一次再热低温再热器12和二次再热低温再热器13，所述省煤器14、水冷壁1、低温过热器9、高温过热器6依次通过管道连通，以保证工质被依次梯级加热并送往高压汽轮机17做功；所述一次再热壁4、一次再热低温再热器12、一次再热高再冷再热器7、一次再热高再热再热器10依次通过管道连通，以保证一次再热乏汽依次梯级加热并送往中压汽轮机18做功；所述二次再热壁5、二次再热低温再热器13、二次再热高再冷再热器8、二次再热高再热再热器11依次通过管道连通，以保证二次再热乏汽依次梯级加热并送往低压汽轮机19做功。

在上述基本结构的基础上，本发明还提供如下更具体的实施方式。

实施例1

如图2所示，所述炉膛的横截面为矩形，所述再热壁2分为前壁、后壁、左壁和右壁，所述前壁、后壁、左壁和右壁的上下两端均分别设置有独立联箱，所述一次再热壁4由所述前壁和后壁及相应的独立联箱组成，所述二次再热壁5由所述左壁和右壁及相应的独立联箱组成。由图2中可见，前、后壁较窄，左、右壁较宽，故一次再热壁和二次再热壁的换热面积明显不同，一次再热的吸热面积相对较小，此时若一次再热蒸汽的温度达不到设定要求(即通入中压汽轮机做功的蒸汽温度低于设定值)，可对一次再热乏汽进行预热，如图3所示，所述灰渣斗侧壁上设置有用于预热一次再热乏汽的再热前置冷却壁15，所述再热前置冷却壁15、一次再热壁4、一次再热低温再热器12、一次再热高再冷再热器7、一次再热高再热再热器10依次通过管道连通，以保证一次再热乏汽依次梯级加热并送往中压汽轮机18做功。

实施例2

如图2所示，所述炉膛的横截面为矩形，所述再热壁2分为前壁、后壁、左壁和右壁，所述前壁、后壁、左壁和右壁的上下两端均分别设置有独立联箱，所述一次再热壁4由所述前壁和后壁及相应的独立联箱组成，所述二次再热壁5由所述左壁和右壁及相应的独立联箱组成，由图2中可见，前、后壁较窄，左、右壁较宽，故一次再热壁和二次再热壁的换热面积明显不同，一次再热的吸热面积相对较小。若二次再热蒸汽温度仍达不能到设定要求(即通入低压汽轮机做功的蒸汽温度低于设定值)，可对二次再热乏汽进行预热，如图4所示，所述灰渣斗侧壁上设置有用于预热一次再热乏汽的再热前置冷却壁15，所述再热前置冷却壁15、二次再热壁5、二次再热低温再热器13、二次再热高再冷再热器8、二次再热高再热再热器11依次通过管道连通，以保证二次乏汽依次梯级加热并送往低压汽轮机19做功。

实施例3

炉膛的横截面为矩形，所述再热壁2分为前壁、后壁、左壁和右壁，所述前壁、后壁、左壁和右壁的上下两端均分别设置有独立联箱，所述一次再热壁4由前壁、后壁、左壁及相应的独立联箱组成，所述二次再热壁5由所述右壁及相应的独立联箱组成。此时二次再热壁5的吸热面积相对较小，若二次再热蒸汽温度达不到设定要求，可对二次再热乏汽先进行预热，如图4所示，所述灰渣斗侧壁上设置有用于预热二次再热乏汽的再热前置冷却壁15，所述再热前置冷却壁15、二次再热壁5、二次再热低温再热器13、二次再热高再冷再热器8、二次再热高再热再热器11依次通过管道连通，以保证二次乏汽依次梯级加热并送往低压汽轮机19做功。

实施例4

炉膛的横截面为矩形，所述再热壁2分为前壁、后壁、左壁和右壁，所述前壁、后壁、左壁和右壁的上下两端均分别设置有独立联箱，所述一次再热壁4由前壁、左壁、右壁及相应的独立联箱组成，所述二次再热壁5由所述后壁及相应的独立联箱组成。此时二次再热壁5的吸热面积相对较小，若二次再热蒸汽温度达不到设定要求，可对二次再热乏汽先进行预热，如图4所示，所述灰渣斗侧壁上设置有用于预热二次再热乏汽的再热前置冷却壁15，所述再热前置冷却壁15、二次再热壁5、二次再热低温再热器13、二次再热高再冷再热器8、二次再热高再热再热器11依次通过管道连通，以保证二次乏汽依次梯级加热并送往低压汽轮机19做功。

实施例5

炉膛的横截面为矩形，所述再热壁2分为前壁、后壁、左壁和右壁，所述前壁、后壁、左壁和右壁的上下两端均分别设置有独立联箱，所述一次再热壁4由后壁、左壁、右壁及相应的独立联箱组成，所述二次再热壁5由所述前壁及相应的独立联箱组成。此时二次再热壁5的吸热面积相对较小，若二次再热蒸汽温度达不到设定要求，可对二次再热乏汽先进行预热，如图4所示，所述灰渣斗侧壁上设置有用于预热二次再热乏汽的再热前置冷却壁15，所述再热前置冷却壁15、二次再热壁5、二次再热低温再热器13、二次再热高再冷再热器8、二次再热高再热再热器11依次通过管道连通，以保证二次乏汽依次梯级加热并送往低压汽轮机19做功。进一步的，沿着烟气的前进方向，所述烟道内的所述省煤器14之后还设置有空气预热器16，空气经空气预热器16预热后与煤粉混合并进入所述燃烧器3内。

本发明还提供一种二次再热超超临界锅炉的受热面布置方法，其将竖直的炉膛的侧壁分为水冷壁1和再热壁2两部分，所述水冷壁1位于所述再热壁2下方，所述再热壁2分为一次再热壁4和二次再热壁5，所述炉膛的横截面为矩形，所述再热壁2分为前壁、后壁、左壁和右壁，所述前壁、后壁、左壁和右壁的上下两端均分别设置有独立联箱，所述一次再热壁4由所述前壁、后壁、左壁和右壁中的任意两个或三个及相应的独立联箱组成。所述炉膛的下端连接有灰渣斗，所述灰渣斗的侧壁上设置有对再热乏汽(一次再热乏汽或二次再热乏汽)进行预热的再热前置冷却壁15。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种二次再热超超临界锅炉，其特征在于，包括炉膛、灰渣斗和烟道，所述炉膛竖直设置且其下端连通所述灰渣斗、上端连通所述烟道，所述炉膛侧壁分为水冷壁(1)和再热壁(2)两部分，所述水冷壁(1)位于所述再热壁(2)下方，所述水冷壁(1)的中部或下部区域设置有燃烧器(3)，所述再热壁(2)分为离地高度相等或接近的一次再热壁(4)和二次再热壁(5)两部分，所述烟道内沿烟气的前进方向依次设置有高温过热器(6)、高再冷再热器组、低温过热器(9)、高再热再热器组、低温再热器组和省煤器(14)，所述高再冷再热器组包括并列设置的一次再热高再冷再热器(7)和二次再热高再冷再热器(8)，所述高再热再热器组包括并列设置的一次再热高再热再热器(10)和二次再热高再热再热器(11)，所述低温再热器组包括并列设置的一次再热低温再热器(12)和二次再热低温再热器(13)，

所述省煤器(14)、水冷壁(1)、低温过热器(9)、高温过热器(6)依次通过管道连通，以保证工质被依次梯级加热并送往高压汽轮机(17)做功；所述一次再热壁(4)、一次再热低温再热器(12)、一次再热高再冷再热器(7)、一次再热高再热再热器(10)依次通过管道连通，以保证一次再热乏汽依次梯级加热并送往中压汽轮机(18)做功；所述二次再热壁(5)、二次再热低温再热器(13)、二次再热高再冷再热器(8)、二次再热高再热再热器(11)依次通过管道连通，以保证二次再热乏汽依次梯级加热并送往低压汽轮机(19)做功。

2.根据权利要求1所述的一种二次再热超超临界锅炉，其特征在于，所述灰渣斗侧壁上设置有用于预热一次再热乏汽的再热前置冷却壁(15)，所述再热前置冷却壁(15)、一次再热壁(4)、一次再热低温再热器(12)、一次再热高再冷再热器(7)、一次再热高再热再热器(10)依次通过管道连通，以保证一次再热乏汽依次梯级加热并送往中压汽轮机(18)做功。

3.根据权利要求1所述的一种二次再热超超临界锅炉，其特征在于，所述灰渣斗侧壁上设置有用于预热二次再热乏汽的再热前置冷却壁(15)，所述再热前置冷却壁(15)、二次再热壁(5)、二次再热低温再热器(13)、二次再热高再冷再热器(8)、二次再热高再热再热器(11)依次通过管道连通，以保证二次乏汽依次梯级加热并送往低压汽轮机(19)做功。

4.根据权利要求1所述的一种二次再热超超临界锅炉，其特征在于，所述再热壁(2)分为前壁、后壁、左壁和右壁，所述前壁、后壁、左壁和右壁的上下两端均分别设置有独立联箱，所述一次再热壁(4)由所述前壁、后壁、左壁和右壁中的任意两个或三个及相应的独立联箱组成。

5.根据权利要求4所述的一种二次再热超超临界锅炉，其特征在于，所述一次再热壁(4)由所述前壁和后壁及相应的独立联箱组成，所述二次再热壁(5)由所述左壁和右壁及相应的独立联箱组成。

6.根据权利要求4所述的一种二次再热超超临界锅炉，其特征在于，所述一次再热壁(4)由所述前壁和左壁及相应的独立联箱组成，所述二次再热壁(5)由所述后壁和右壁及相应的独立联箱组成。

7.根据权利要求4所述的一种二次再热超超临界锅炉，其特征在于，所述一次再热壁(4)由前壁、后壁、左壁及相应的独立联箱组成，所述二次再热壁(5)由所述右壁及相应的独立联箱组成。

8.一种二次再热超超临界锅炉的受热面布置方法，其特征在于，将竖直的炉膛的侧壁分为水冷壁(1)和再热壁(2)两部分，所述水冷壁(1)位于所述再热壁(2)下方，所述再热壁(2)分为一次再热壁(4)和二次再热壁(5)，所述再热壁(2)分为前壁、后壁、左壁和右壁，所述前壁、后壁、左壁和右壁的上下两端均分别设置有独立联箱，所述一次再热壁(4)由所述前壁、后壁、左壁和右壁中的任意两个或三个及相应的独立联箱组成。

9.根据权利要求8所述的一种二次再热超超临界锅炉的受热面布置方法，其特征在于，所述炉膛的下端连接有灰渣斗，所述灰渣斗的侧壁上设置有对一次再热乏汽或二次再热乏汽进行预热的再热前置冷却壁(15)。