CN111207373A - 一种带烟气再热垃圾焚烧余热锅炉系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带烟气再热垃圾焚烧余热锅炉系统，其特征在于，包括沿烟气流动方向依次布置的第1烟道至第N烟道，第N烟道为由过热器包覆围成的水平烟道，水冷蒸发屏、一级过热器二、三级过热器、二级再热器、二级过热器二、二级过热器一、一级过热器一依次布置在水平烟道内，第N烟道与尾部前烟道相连通，尾部前烟道与尾部后烟道串联，尾部前烟道及尾部后烟道由围板组成，一级再热器及省煤器分别布置在尾部前烟道及尾部后烟道。一级再热器所处区域烟温较低，将其布置在由围板组成的尾部烟道中，相比于所有对流受热面布置在水平烟道中的方案，可以节约占地面积。

Description

一种带烟气再热垃圾焚烧余热锅炉系统
技术领域
本发明涉及一种垃圾焚烧余热锅炉系统。
背景技术
垃圾燃料波动大，燃烧过程、烟气组成、烟气量和烟温波动大；焚烧炉烟气成份复杂，含氯化物、碱金属及重金属等；烟气灰尘中低熔点的固体物质含量高。由于高浓度的化学元素和高温，使热面管束容易腐蚀，因此现有垃圾焚烧炉的蒸汽参数保持相对较低。
水冷壁区域由于烟气氛围复杂，烟温较高的区域向火侧管子外壁温度高，主汽压力提高，汽包及水冷壁压力随之提高，对应的饱和温度相应提高。水冷壁内汽水混合区温度提高，引起水冷壁温升高，腐蚀风险加剧，因此，对于垃圾焚烧余热锅炉主汽压力的选取，主要受限于水冷壁的腐蚀风险。
主汽温度的选取主要受限于温度提高后，直接引起高温受热面的腐蚀风险加剧。目前垃圾焚烧余热锅炉主要以中温中压(4MPa，400℃)、中温次高压(6.4MPa，450℃)为主。随着垃圾补贴收入占比不断下降，提高发电收益对垃圾焚烧发电站厂意义重大。
发明内容
本发明的目的是：通过研究带再热系统的锅炉设计方案，提升机组整体发电效率，提升机组经济性。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种带烟气再热垃圾焚烧余热锅炉系统，其特征在于，包括沿烟气流动方向依次布置的第1烟道至第N烟道，第N烟道为由过热器包覆围成的水平烟道，水冷蒸发屏、一级过热器二、三级过热器、二级再热器、二级过热器二、二级过热器一、一级过热器一依次布置在水平烟道内，第N烟道与尾部前烟道相连通，尾部前烟道与尾部后烟道串联，尾部前烟道及尾部后烟道由围板组成，一级再热器及省煤器分别布置在尾部前烟道及尾部后烟道。一级再热器所处区域烟温较低，将其布置在由围板组成的尾部烟道中，相比于所有对流受热面布置在水平烟道中的方案，可以节约占地面积。
优选地，N＝4，第一烟道至第三烟道采用水冷壁结构，第四烟道为由过热器包覆围成的水平烟道，且第一烟道至第四烟道沿烟气流动方向依序布置，烟气沿第一烟道由下至上流动、沿第二烟道由上至下流动、沿第三烟道由下至上流动，，第二烟道、第三烟道下部设置灰斗，第一烟道有烟道一出口烟窗，第二烟道有烟道二出口烟窗，对第一烟道的水冷壁受热面、第二烟道位于烟道一出口烟窗上方区域的水冷壁受热面，第二、三烟道下部灰斗的水冷壁受热面进行耐火浇筑；对第二烟道的竖直段的水冷壁受热面及第三烟道的水冷壁受热面进行堆焊。
优选地，由于增加烟气再热及参数提高使得对流受热面的吸热比例大幅上升，对流受热面进口烟温相应提高，为尽量降低对流受热面烟气温度，所述水平烟道的顶棚及侧包墙包覆均采用过热结构，增加过热系统吸热量，降低对流受热面进口烟气温度，以达到控制高烟温区域对流受热面腐蚀速率的目的。
优选地，对烟气温度的控制本质上还是对受热面管壁与烟气接触表面温度的控制。为避免高烟温与高汽温叠加增加腐蚀风险，将所述一级过热器二前置(一级过热器二作为烟气流程上第一级过热器)，所述一级过热器二且沿着蒸汽流动方向顺流布置，所述一级过热器二的蒸汽温度及管壁温度较低以有效降低高温腐蚀风险。
优选地，在所述一级再热器的进口布置减温器，并旁路一部分一级再热器进口的蒸汽至一级再热器的出口，以达到调节再热蒸汽温度的目的。
本发明具有如下优点：
1)本发明通过合理的受热面布置及选材，避免发生严重的高温腐蚀。
2)垃圾焚烧余热锅炉四烟道常规采用水冷膜式壁，但是对于顶棚受热面来说，随着压力提高水冷系统的汽水密度差变小，水冷顶棚水循环特性变差，容易出现汽水分层等传热恶化现象。本发明第四烟道顶棚及两侧墙包覆均为过热，汽水流程上汽包出来饱和蒸汽首先经过顶棚及侧包墙。改为过热顶棚换热介质为单相介质不存在传热恶化情况，相对安全可靠。同时过热顶棚及包覆可以承担一部分，过热蒸汽吸热，避免进入对流受热面的烟温过高。
3)本发明考虑一级再热器所处烟温区间小于400℃，将一级再热器布置在由围板组成的竖直烟道中，可以有效缩短水平烟道的长度，减小占地面积。
4)本发明将部分一级过热器前置(一级过热器二作为烟气流程上第一级过热器)，可以有效避免高烟温与高汽温叠加，一级过热器二作为烟气流程上第一级过热器，将三级过热器进口烟温控制在常规的580℃-600℃，可有效避免高温受热面腐蚀。低温过热器前置相较低温再热器前置方案。
5)过热蒸汽比热容比较大，受热面管壁温偏差较易控制，放在烟温高于600℃的区域，不会出现壁温飞升。
6)一级再热器进口蒸汽温度为285℃，较一级过热器进口蒸汽温度346℃更低，可以充分利用一过之后烟气温度区间换热，一级再热器布置一过之后热能利用更加合理。
7)本发明针对带再热系统一次汽压力提高，在考虑水冷系统安全性的基础上，重新制定了水冷系统的耐材敷设方案。
8)本发明再热系统调温除采用常规的减温水调节再热蒸汽温度外，还采用旁路部分低温再热器进口蒸汽至低温再热器出口的调温方案，增加了再热系统的调温手段。
附图说明
图1为实施例中公开的一种带烟气再热垃圾焚烧余热锅炉系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，本实施例公开的垃圾焚烧余热锅炉整体采用∏式布置，应当注意的是本申请所公开的技术方案不仅适用于∏式布置的垃圾焚烧余热锅炉，还适用于其他布置方式的垃圾焚烧余热锅炉。虽然本实施例以∏式布置为例，但并不排除其他布置方式的垃圾焚烧余热锅炉。
本实施例中，前三个烟道(即第一烟道至第三烟道)为膜式水冷受热面组成的竖直通道，第四烟道为过热器包覆围成的水平烟道。对于中温次高压及以下参数垃圾焚烧余热锅炉，水冷壁浇筑范围为第一烟道的烟道一出口烟窗以下(图中Ⅰ所对应的区域)。带再热垃圾焚烧余热锅炉，由于一次汽系统压力提高，使得气化潜热的吸热比例降低，水冷壁饱和温度提高，为保证水冷壁安全性，耐火浇筑范围增大至烟道一烟窗及烟道二烟窗(图1中Ⅱ、Ⅲ所对应的的区域)，同时考虑二三烟道灰斗区域耐火浇注(图中Ⅴ对应的区域)。第二烟道直段及第三烟道(图中Ⅳ、Ⅵ对应的区域)全部堆焊。
对于高温对流受热面，控制进口烟气温度是避免高温腐蚀的重要措施。相比于不带再热的系统，对流受热面需要完成过热器吸热及再热器吸热，对流受热面进口烟气温度提高。
水冷蒸发屏、一级过热器二15、三级过热器25、二级再热器38、二级过热器二21、二级过热器一20、一级过热器一11依次布置在水平烟道内。一级再热器(包括一级再热器A31、一级再热器B32、一级再热器C33)及省煤器分别布置在尾部前烟道及尾部后烟道，尾部前烟道与尾部后烟道串联，由围板组成。
锅筒1出口的饱和蒸汽由连接管2引入水平烟道炉顶进口集箱3，水平烟道炉顶进口集箱3与水平烟道炉顶过热器4相连通，通过水平烟道炉顶过热器4吸热后进入水平烟道炉顶过热器出口集箱5。水平烟道炉顶过热器出口集箱5与水平烟道后半部分侧包墙上集箱6相连通，水平烟道后半部分侧包墙上集箱6再连通水平烟道后半部分侧包墙。经水平烟道后半部分侧包墙吸热后的过热蒸汽引入水平烟道侧包墙下集箱7，并经由水平烟道侧包墙下集箱7进入水平烟道前半部分侧包墙。蒸汽在水平烟道前半部分侧包墙吸热后汇集在水平烟道前半部分侧包墙上集箱8，随后通过连接管9引出至一级过热器一11的进口集箱10。
炉顶及包覆过热器出口蒸汽由一级过热器一11的进口集箱10进入一级过热器一11吸热后汇集至一级过热器一11的出口集箱12。出口集箱12经连接管13与一级过热器二15的进口集箱14相连通。蒸汽经一级过热器二15吸热后汇集至一级过热器二15的出口集箱16。出口集箱16经连接管17、减温器18与二级过热器一20的进口集箱19相连通。进口集箱19经二级过热器一20和二级过热器二21吸热后，汇集至二级过热器二21的出口集箱22。出口集箱22经连接管22、减温器23与三级过热器25的进口集箱24相连通。蒸汽在三级过热器25吸热后汇集至三级过热器25的出口集箱26，最终经过热器出口连接管27送至汽轮机高压缸做功。
大部分汽轮机高排蒸汽经连接管28、减温器29被引入一级再热器A31的进口集箱30，经一级再热器A31、一级再热器B32及一级再热器C33吸热后汇集至一级再热器C33的出口集箱34。小部分汽轮机高排蒸汽参与调节再热汽温，该小部分汽轮机高排蒸汽经连接管35与经一级再热器A31、一级再热器B32及一级再热器C33换热后的再热蒸汽汇合后，经连接管36被引入至二级再热器38的进口集箱37。蒸汽在二级再热器38换热后汇集至二级再热器38的出口集箱39，最终经连接管40送入汽轮机中压缸做功。
垃圾焚烧余热锅炉整体采用∏式布置，烟气是依次经过前三个垂直空烟道(第一烟道、第二烟道、第三烟道)、水平烟道、尾部前烟道(布置有一级再热器A31、一级再热器B32、一级再热器C33)、尾部后烟道(布置有省煤器)，水平烟道中依次布置有一级蒸发屏、一级过热器二15、三级过热器25、二级再热器38、二级过热器二21、二级过热器一20、一级过热器一11。

Claims (5)

1.一种带烟气再热垃圾焚烧余热锅炉系统，其特征在于，包括沿烟气流动方向依次布置的第1烟道至第N烟道，第N烟道为由过热器包覆围成的水平烟道，水冷蒸发屏、一级过热器二、三级过热器、二级再热器、二级过热器二、二级过热器一、一级过热器一依次布置在水平烟道内，第N烟道与尾部前烟道相连通，尾部前烟道与尾部后烟道串联，尾部前烟道及尾部后烟道由围板组成，一级再热器及省煤器分别布置在尾部前烟道及尾部后烟道。
2.如权利要求1所述的一种带烟气再热垃圾焚烧余热锅炉系统，其特征在于，N＝4，第一烟道至第三烟道采用水冷壁结构，第四烟道为由过热器包覆围成的水平烟道，且第一烟道至第四烟道沿烟气流动方向依序布置，烟气沿第一烟道由下至上流动、沿第二烟道由上至下流动、沿第三烟道由下至上流动，第二烟道及第三烟道与灰斗相连通，第一烟道有烟道一出口烟窗，第二烟道有烟道二出口烟窗，对第一烟道的水冷壁结构的水冷受热面、第二烟道位于烟道一出口烟窗上方区域的水冷壁结构的水冷受热面及灰斗的水冷壁结构的水冷受热面进行耐火浇筑；对第二烟道的竖直段的水冷壁结构的水冷受热面及第三烟道的水冷壁结构的水冷受热面进行堆焊。
3.如权利要求1所述的一种带烟气再热垃圾焚烧余热锅炉系统，其特征在于，所述水平烟道的顶棚及侧包墙包覆均采用过热结构。
4.如权利要求1所述的一种带烟气再热垃圾焚烧余热锅炉系统，其特征在于，所述一级过热器二前置且沿着蒸汽流动方向顺流布置，所述一级过热器二的蒸汽温度及管壁温度较低以有效降低高温腐蚀风险。
5.如权利要求1所述的一种带烟气再热垃圾焚烧余热锅炉系统，其特征在于，在所述一级再热器的进口布置减温器，并旁路一部分一级再热器进口的蒸汽至一级再热器的出口，以达到调节再热蒸汽温度的目的。
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