CN108019742A - Cfb锅炉三次风中心筒 - Google Patents

Abstract

本发明的CFB锅炉三次风中心筒，其为中空式筒壁，包含中心筒本体、连接于中心筒本体顶端的出口端第一风箱及连接于中心筒本体底端的入口端风箱，其均包含内壁和外壁，二者之间为上下贯通的供风空腔且其顶、底端封闭，出口端第一风箱连接引入风管提供一级燃尽风，入口端风箱内壁设导气支管喷风形成旋流并与烟气混合，出口端第一风箱上端还连接出口端第二风箱，其连接通入二级燃尽风的引入风管及向烟道内喷风的喷风支管，通过向烟道内通入一级、二级燃尽风，其与烟气中尚未燃尽的碳颗粒及CO充分混合、燃烧，提升锅炉的燃烧效率。

Description

CFB锅炉三次风中心筒

技术领域

本发明涉及CFB锅炉的中心筒，特别是一种通入三次风的中心筒。

背景技术

CFB锅炉与煤粉炉相比主要缺点之一是飞灰含碳量高，有的煤种甚至高达20%，因此造成锅炉机械不完全燃烧热损失q4大大高于煤粉炉。

一、CFB锅炉燃烧区的划分。

参照煤粉炉燃烧区的划分，将CFB锅炉燃烧区同样划分为三部分：主燃区、再燃区、燃尽区，但与煤粉炉不同，煤粉炉的三个燃烧区均位于炉膛内，而CFB锅炉三个区的界限如下。

主燃区，主燃区即为炉膛整个空间，所有燃料参与燃烧，燃烧用风由一二次风机提供，由于炉膛横向混合能力弱，炉膛内形成三大两性传质误区，即在炉膛深度方向存在“前、后富氧高灰区”，（即“富氧区”）及中间“富燃料缺氧区”（即“缺氧区”）。

再燃区，炉膛出口至旋风分离器中心筒入口，所有飞出炉膛燃料参与燃烧，燃烧用风由炉膛前、后富氧高灰区所剩余空气提供。

燃尽区，旋风分离器中心筒入口至尾部烟道受热面水平入口截面，所有分离器无法分离下来的燃料参与燃烧，目前的锅炉燃烧用风均由再燃区所剩余空气提供；

扩大燃尽区，尾部烟道受热面水平入口截面至烟温687℃分界面，烟气中可燃碳与氧气接触，在这一温度之上仍会燃烧。

燃料燃尽需要足够的氧气（条件一），燃料与氧气的有效混合（条件二），足够高的反应环境温度（条件三），满足所需的燃烧时间（条件四）。

燃尽区上述条件二、条件三正常工况都不存在问题，那么条件四呢。

采用旋风分离器的CFB锅炉，其燃尽区烟气流动方向基本需要两次90°折转，首次由中心筒向上折转为水平，其次由水平折转为向下。烟气流轴线长度主要决定于锅炉容量，以“M”型布置的CFB锅炉为例，50MW机组CFB锅炉轴线长度约达14m，135MW机组约达20m，300MW机组约达26~30m。烟气流轴线长度除以烟气流速，即为可用燃烧时间，与煤粉炉相比，CFB锅炉旋风分离器对细颗粒的分离效率相对较低，即燃尽区烟气流中固体颗粒粒径较大，但其经过主燃区、再燃区后，剩余可燃烧直径已充分小，燃尽所需时间（或距离）并不会超过煤粉炉，因此可以断定，是否满足所需燃烧时间也不是问题产生的主因。

考虑到烟气流中CO浓度也高于煤粉炉，因此CFB锅炉燃尽区缺氧，是造成其q3、q4损失大于煤粉炉的关键。

加大一二次风总风量，目前并不能满足燃尽区氧量需要，因为加大炉膛供风量的同时，细颗粒的夹带扬析份额也会增加，气固化学反应当量比没有变好。目前，已有工程采用飞灰再循环系统，即将锅炉尾部除尘器分离下来的部分煤灰回送炉膛，但这只解决了回送部分灰的燃尽问题，其余部分仍只能弃之，而烟气中CO燃尽问题尚无解决办法。

二、CFB锅炉炉膛出口过量空气系数与煤粉炉的不同。

对于煤粉炉，由于燃料已在炉膛内燃尽，因此炉膛出口过量空气系数，可以准确的反映燃料燃尽所需空气，而对于CFB锅炉，炉膛出口烟气中仍有大量可燃物存在，相同煤种，设计与运行选用同样的与煤粉炉炉膛出口过量空气系数，显然是不妥的。

需要根据上述三个燃烧区的划分，给出CFB锅炉各区末端界面的相应过量空气系数，而如何准确的调控燃尽区末端过剩空气系数，保证飞出旋风分离器细颗粒的燃尽，是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明所解决的技术问题即在提供一种CFB锅炉三次风中心筒。

本发明所采用的技术手段如下。

一种CFB锅炉三次风中心筒，该中心筒为中空式筒壁，其包含内壁和外壁，二者之间为供风空腔，该供风空腔上下封闭，所述筒壁上连接引入风管，筒壁内设复数导气支管。

所述中心筒包含：中心筒本体，包含内壁和外壁，二者之间为上下贯通的供风空腔；连接于中心筒本体顶端的出口端第一风箱，其包含内壁和外壁，二者之间为上端封闭的供风空腔，外壁上连接引入风管，该引入风管上还连接有进风管；连接于中心筒本体底端的入口端风箱，其包含内壁和外壁，二者之间为下端封闭的供风空腔，内壁内设复数导气支管。

所述每个导气支管以偏离直径方向设置，复数导气支管同时导风，向入口端风箱内的烟道处喷风形成旋流，该旋流方向与烟道内的烟气旋流方向一致。

所述出口端第一风箱上方叠置出口端第二风箱，该出口端第二风箱包含内壁和外壁，内、外壁之间为上下封闭的空腔，筒壁上连接引入风管，该引入风管上还连接有进风管，内壁上设若干喷风支管，每个喷风支管以偏离直径方向设置，复数喷风支管同时向筒中心喷风使烟道内形成旋流，该旋流方向与导气支管导风的旋流方向相反。

在出口端第二风箱上还配置穿透内、外壁、并与内外壁密封焊的复数支管，该支管内插入SNCR脱硝剂喷枪。

所述中心筒本体的内壁外侧设复数外肋片，外壁的内侧设置复数内肋片，该内、外肋片纵向间隔排列。

所述中心筒本体的供风空腔下部设有若干纵向肋片，其内、外边分别与内壁、外壁连接，纵向肋片将供风空腔下部分成若干个通风道。

所述中心筒的外侧连接复数支吊用钢牛腿，以将中心筒固定于旋风分离器上。

上述各筒体连接方式采用单段或多段组焊。

本发明所产生的有益效果如下。

1、在CFB锅炉旋风分离器中心筒内布置一级、二级燃尽风，使之与烟气中尚未燃尽的碳颗粒及CO充分混合、燃烧，提升锅炉的燃烧效率，准确的调控燃尽区末端过剩空气系数。

2、本发明采用补足燃尽区燃料燃尽所需空气，强化与CFB锅炉分离器无法捕捉的细小颗粒及一氧化碳（CO）间的质量传递，燃烧反应时间最大化，预计可使燃料燃尽率达到与煤粉炉相当的水平，可直接降低q3损失99%以上、q4损失95%以上，根据煤种等情况不同，合计可提高锅炉效率1~3%左右，甚至高达5%。从而延长地球有限的煤炭资源使用年限，。

3、本发明即使在不配置三次风机或三次风机故障停运状况下，依靠烟道内高温缺氧区负压进风，仍能提供少部分燃尽风，从而提高锅炉效率。

4、本发明使中心筒、特别是中心筒受力部位始终处于中低温状态，解决了无冷却中心筒易变形、脱落问题。

5、本发明还为SNCR脱硝喷枪插入烟道提供了方便。

附图说明

图1为本发明的CFB中心筒的纵向截面示意图。

图2为图1中A-A截面图。

图3为图1中B-B截面图。

图4为图1中C-C截面图。

图5为图1中D-D截面图。

图6为图1中E-E截面图。

具体实施方式

本发明保护一种CFB锅炉三次风中心筒装置，其设置于旋风分离器5的出口。中心筒为中空式筒壁，其包含内壁和外壁，二者之间为供风空腔，该供风空腔上下封闭，筒壁上连接引入风管，筒壁内设复数导气支管，筒壁内侧为供烟气上升的烟道。

一般来说，由于目前的生产工艺不便于将中心筒各层一体铸成，因此上述将中心筒分为多层便于运输和安装。

中心筒包含中心筒本体1，连接于该中心筒本体1顶端的出口端第一风箱2，以及连接于该中心筒本体1底端的入口端风箱4。

结合图1及图4所示的中心筒本体1，其包含内壁11和外壁12，二者之间为上下贯通的供风空腔13，烟气通过内壁11内侧的烟气通道向上流通，内壁11的外侧设置复数外肋片111，外壁12的内侧设置复数内肋片121，该内、外肋片纵向间隔排列。如图5所示中心筒本体1的D-D面截面图，供风空腔13的下部设有若干纵向肋片14，其内、外边分别与内、外壁11、12连接，纵向肋片14将供风空腔13下部分成若干个通风道16。

侧连接用于稳固固定中心筒的若干支吊用钢牛腿15。

结合图1及图3所示，出口端第一风箱2包含内壁21和外壁22，二者之间为上端封闭的供风空腔23，内壁21内侧为烟道。筒壁上连接引入风管25，如图3所示连接于外壁22外侧，其与供风空腔23连通并向内通入一级燃尽风。引入风管25设有三次风机事故就地进风管26，可利用炉膛负压吸入少量周边空气，该进风管26上设有止回阀261，当三次风机正常运行时，该阀门处于关闭状态，当不配置三次风机或三次风机故障停运状况下，依靠烟道内高温缺氧区负压从止回阀261单向进风，仍能提供少部分燃尽风，同时止回阀261也起到防止爆燃时烟火喷出炉外，保证使用安全。

上述一级燃尽风即为三次风，其风量约占总三次风量的40%~100%，其可根据实际锅炉容量、运行方式等实际因素确定。

在实际安装时，出口端第一风箱2的内、外壁21、22底端与中心筒1内、外壁11、12的顶端焊接，使得上下的供风空腔13、23相通，通入的一级燃尽风顺着互通的风腔向下输送。

结合图1及图6所示，上述入口端风箱4包含内壁41和外壁42，二者之间为下端封闭的供风空腔43，内壁41内侧为烟道。

入口端风箱4筒壁内设若干导气支管，如图6所示，若干导气支管41设于内壁并水平朝向烟道中心，每个导气支管44都将供风空腔43内的气流以偏离直径方向一定角度向烟道内喷风，复数导气支管44同时导风使入口端风箱4内的烟道处形成旋流，该旋流方向与烟道内的烟气旋流方向一致。

实际安装时，入口端风箱4的内、外壁41、42顶端与中心筒1内、外壁11、12底端焊接，使得上下的供风空腔13、43相通，通入的一级燃尽风顺着互通的风腔向下输送并通过导气支管41向烟道内喷出。

即3个供风空腔23、13、43上下贯通，形成供一级燃尽风输入及喷风的通道。

在上述出口端第一风箱2上方可叠置至少一层出口端第二风箱3，结合图1及图2，出口端第二风箱3同样包含内壁31和外壁32，内壁31内侧为烟道，内、外壁之间为上下均封闭的空腔33。

该出口端第二风箱3的筒壁上连接引入风管35，如图2所示引入风管35设置于外壁32上，其与空腔33连通并向内通入二级燃尽风，该引入风管35上还设有三次风机事故就地进风管36，利用炉膛负压吸入少量周边空气，该进风管36上设有止回阀361，当三次风机正常运行时，该阀门处于关闭状态，当不配置三次风机或三次风机故障停运状况下，依靠烟道内高温缺氧区负压从止回阀361单向进风，仍能提供少部分燃尽风，同时止回阀361也起到防止爆燃时烟火喷出炉外，保证使用安全。

该出口端第二风箱3的内壁31上设若干喷风支管34，每个喷风支管34都将空腔33内的气流以偏离直径方向一定角度向烟道内喷风，复数喷风支管34同时喷风使出口端风箱2内的烟道处形成旋流，该旋流方向应与入口端风箱4烟道内导风的旋流方向相反，使气流逆向冲进向上的高温烟气，强化空气与烟气间的接触几率，强化传质，如图6所示的逆时针方向及图2所示的顺时针方向。

上述二级燃尽风也为三次风，其风量约占总三次风量的20%~40%。

另外，还可根据实际使用需求在出口端第一或第二风箱的内壁上配置穿透内、外壁、并与内外壁密封焊的复数支管6，该支管6内插入SNCR脱硝剂喷枪。

在实际安装时，上述各筒体采用单段或多段组焊即可。

使用时，从引入风管25通入一级燃尽风，选择性通入SNCR脱硝剂，首先进入出口端第一风箱2的供风空腔23内，接着向下经过供风空腔13后进入供风空腔43，最后从导气支管44喷出与烟道内烟气混合进行再燃烧。

此时根据烟道内的燃烧情况，选择性通入二级燃尽风，从引入风管35通入空腔33，同时选择性通入SNCR脱硝剂，气流从喷风支管34喷入烟道内与烟气混合。

锅炉正常运行时，炉膛出口后烟道气压为负压（低于大气压），在不配置三次风机或三次风机故障停运状况下，较高压力的空气通过止回阀进入较低压力的烟气。出现非正常工况时，如炉膛爆燃，烟道气压会出现临时正压（高于大气压），止回阀自动关闭，防止烟火喷出炉外。

以上为本发明的三次风中心筒的最佳实施例，而根据实际情况，具备上述中空式筒壁、可通入燃尽风的其他类型的中心筒等，皆在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种CFB锅炉三次风中心筒，其特征在于，所述中心筒为中空式筒壁，其包含内壁和外壁，二者之间为供风空腔，该供风空腔上下封闭，所述筒壁上连接引入风管，筒壁内设复数导气支管。

2.如权利要求1所述的CFB锅炉三次风中心筒，其特征在于，所述中心筒包含：

中心筒本体（1），包含内壁（11）和外壁（12），二者之间为上下贯通的供风空腔（13）；

连接于中心筒本体（1）顶端的出口端第一风箱（2），其包含内壁（21）和外壁（22），二者之间为上端封闭的供风空腔（23），外壁（22）上连接引入风管（25），该引入风管（25）上还连接有进风管（26）；

连接于中心筒本体（1）底端的入口端风箱（4），其包含内壁（41）和外壁（42），二者之间为下端封闭的供风空腔（43），内壁（41）内设复数导气支管（44）。

3.如权利要求2所述的CFB锅炉三次风中心筒，其特征在于，所述每个导气支管（44）以偏离直径方向设置，复数导气支管（44）同时导风，向入口端风箱（4）内的烟道处喷风形成旋流，该旋流方向与烟道内的烟气旋流方向一致。

4.如权利要求3所述的CFB锅炉三次风中心筒，其特征在于，所述出口端第一风箱（2）上方叠置出口端第二风箱（3），该出口端第二风箱（3）包含内壁（31）和外壁（32），内、外壁之间为上下封闭的空腔（33），筒壁上连接引入风管（35），该引入风管（35）上还连接有进风管（36），内壁（31）上设若干喷风支管（34），每个喷风支管（34）以偏离直径方向设置，复数喷风支管（34）同时向筒中心喷风使烟道内形成旋流，该旋流方向与导气支管（44）导风的旋流方向相反。

5.如权利要求4所述的CFB锅炉三次风中心筒，其特征在于，在出口端第二风箱（3）上还配置穿透内、外壁（31、32）、并与内外壁密封焊的复数支管（6），该支管内插入SNCR脱硝剂喷枪。

6.如权利要求2所述的CFB锅炉三次风中心筒，其特征在于，所述中心筒本体的内壁（11）外侧设复数外肋片（111），外壁（12）的内侧设置复数内肋片（121），该内、外肋片纵向间隔排列。

7.如权利要求6所述的CFB锅炉三次风中心筒，其特征在于，所述中心筒本体的供风空腔（13）下部设有若干纵向肋片（14），其内、外边分别与内壁（11）、外壁（12）连接，纵向肋片（14）将供风空腔（13）下部分成若干个通风道（16）。

8.如权利要求1所述的CFB锅炉三次风中心筒，其特征在于，所述中心筒的外侧连接复数支吊用钢牛腿（15），以将中心筒固定于旋风分离器上。

9.如权利要求1至8任一所述的CFB锅炉三次风中心筒，其特征在于，各筒体连接方式采用单段或多段组焊。