CN111720836B - 一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉，包含焚烧炉炉排，焚烧炉炉排上设置有焚烧炉炉膛，焚烧炉炉膛的出口连接炉室Ⅰ的入口，炉室Ⅰ的出口连接炉室Ⅱ的入口，炉室Ⅱ的出口连接炉室Ⅲ的入口，炉室Ⅲ的出口连接水平烟道的入口，水平烟道的出口连接U型垂直烟道的入口，省煤器设置在U型垂直烟道内，水平烟道内设置有复合过热器系统，锅筒分别与各部件连接形成独立的水循环。本发明主蒸汽参数提高到13.7MPa~14MPa超高压，不仅可以显著提升垃圾焚烧发电厂经济效益，还通过独特的复合过热器系统解决了由于压力高带来的锅炉水动力安全可靠性下降、受热面腐蚀加剧、寿命缩短等问题。

Description

一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉

技术领域

本发明涉及一种垃圾焚烧锅炉，特别是一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉，属于锅炉领域。

背景技术

与日俱增的城市生活垃圾已经成为困扰城市发展、污染城市环境、影响居民生活的社会问题，传统的填埋、堆肥等处理工艺已经不能满足日常垃圾处理的要求。通过将垃圾在高温下焚烧，分解有害物，实现无菌处理，并利用热量产生电能，垃圾焚烧发电正逐步成为垃圾减量化、资源化、无害化的主要方式。机械炉排式垃圾焚烧发电技术具有垃圾处理量大、运行可靠度高、处理周期短、减量化显著、无害化彻底等显著特点，已成为用户处理城市生活垃圾的首选方式。目前垃圾焚烧发电项目的竞争激烈，环保要求越来越高，垃圾焚烧锅炉发电厂初期投入与后期运行成本不断加大，电厂为了取得良好的经济效益，提高垃圾焚烧发电锅炉的主蒸汽参数进而提高电厂整体发电效率已是大势所趋。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉，主蒸汽参数提高到13.7MPa~14MPa超高压。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉，其特征在于：包含焚烧炉炉排，焚烧炉炉排上设置有焚烧炉炉膛，焚烧炉炉膛的出口连接炉室Ⅰ的入口，炉室Ⅰ的出口连接炉室Ⅱ的入口，炉室Ⅱ的出口连接炉室Ⅲ的入口，炉室Ⅲ的出口连接水平烟道的入口，水平烟道的出口连接U型垂直烟道的入口，省煤器设置在U型垂直烟道内，水平烟道内设置有复合过热器系统，锅筒分别与各部件连接形成独立的水循环。

进一步地，所述焚烧炉炉膛的前拱和后拱为水冷壁组成的冷却系统，前拱和后拱的水冷壁管排向火面采用SiC耐火浇注料敷设，焚烧炉炉膛的侧墙采用部分或全部水冷壁受热面，焚烧炉炉膛内受热面中，部分受热向火面采用SiC耐火浇注料敷设，部分受热向火面堆焊镍基合金材料，镍基合金焊层厚度为1.5-3mm，堆焊层硬度240-260HV ，Fe稀释率≤4.5%。

进一步地，所述炉室Ⅰ由炉室Ⅰ前墙、炉室Ⅰ两侧墙、前隔墙组成；炉室Ⅱ由前隔墙、炉室Ⅱ两侧墙、后隔墙组成；炉室Ⅲ由后隔墙、炉室Ⅲ两侧墙、后墙组成；炉室Ⅰ前墙、炉室Ⅰ两侧墙、前隔墙、炉室Ⅱ两侧墙、后隔墙、炉室Ⅲ两侧墙和后墙均由下集箱、膜式壁和上集箱组成。

进一步地，所述炉室Ⅰ的入口段向火面敷设SiC耐火浇注料，敷设长度为从焚烧炉炉膛出口起，烟气行程3秒内的炉室Ⅰ的向火面敷设SiC耐火浇注料，炉室Ⅰ的其余向火面及炉室Ⅱ的上部向火面堆焊耐高温腐蚀的镍基合金材料，镍基合金焊层厚度为1.5-3mm，堆焊层硬度240-260HV ，Fe稀释率≤4.5%。

进一步地，所述复合过热器系统包含前顶棚过热器、后顶棚过热器、侧包墙过热器、高温过热器、一级中温过热器、二级中温过热器、低温过热器、一级喷水减温器、二级喷水减温器、三级喷水减温器和过热器出口汇汽集箱，前顶棚过热器设置在炉室Ⅰ、炉室Ⅱ、炉室Ⅲ的顶部，后顶棚过热器设置在水平烟道的顶部，高温过热器、一级中温过热器、二级中温过热器、低温过热器设置在水平烟道内，锅筒通过连接管引入至前顶棚过热器的进口集箱，由前顶棚过热器的出口集箱引出，通过连接管引入至后顶棚过热器的进口集箱，由后顶棚过热器的出口集箱引出，通过连接管引入至侧包墙过热器的进口集箱，由侧包墙过热器的出口集箱引出，通过连接管引入低温过热器的进口集箱，由低温过热器的出口集箱引出，通过连接管经一级喷水减温器后引入一级中温过热器的进口集箱，由一级中温过热器的出口集箱引出，通过连接管经二级喷水减温器后引入二级中温过热器的进口集箱，由二级中温过热器的出口集箱引出，通过连接管经三级喷水减温器后引入高温过热器进口集箱，由高温过热器出口集箱通过连接管引出至过热器出口汇汽集箱。

进一步地，所述前顶棚过热器为多回程，回程数H，其中2≤H≤5。

进一步地，所述前顶棚过热器的向火面全部敷设SiC耐火浇注料。

进一步地，所述后顶棚过热器为单回程或多回程，回程数K，其中1≤K≤3。

进一步地，所述复合过热器系统的一级中温过热器为顺流布置的蛇形管，其中前两排管子采用合金钢材料，四周堆焊镍基合金材料，镍基合金焊层厚度为1.5-2.5mm，堆焊层硬度240-260HV ，Fe稀释率≤4.5%；复合过热器系统的高温过热器管子采用不锈钢材料，一级中温过热器管子除前两排外采用不锈钢材料；复合过热器系统的高温过热器、一级中温过热器、二级中温过热器采用倒置、交错布置方式。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：本发明的炉排垃圾焚烧锅炉主蒸汽参数提高到13.7MPa~14MPa超高压，不仅可以显著提升垃圾焚烧发电厂经济效益，还通过独特的复合过热器系统解决了由于压力高带来的锅炉水动力安全可靠性下降、受热面腐蚀加剧、寿命缩短等问题。

附图说明

图1是本发明的一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉的示意图。

图2是本发明的一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉的A-A剖视图。

图3是本发明的膜式壁及上下集箱示意图。

图4是本发明的一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉的水流程示意图。

图5是本发明的一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉的复合过热器系统汽流程示意图。

图6是本发明的剖视图B处局部放大图。

图7是本发明的一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉的C-C剖视图。

图8是本发明的一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉的D-D剖视图。

图9是本发明的剖视图E处局部放大图。

图10是本发明的剖视图F处局部放大图。

具体实施方式

为了详细阐述本发明为达到预定技术目的而所采取的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本发明的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1和图2所示，本发明的一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉，包含焚烧炉炉排1，焚烧炉炉排1上设置有焚烧炉炉膛2，焚烧炉炉膛2的出口连接炉室Ⅰ3的入口，炉室Ⅰ3的出口连接炉室Ⅱ4的入口，炉室Ⅱ4的出口连接炉室Ⅲ5的入口，炉室Ⅲ5的出口连接水平烟道11的入口，水平烟道11的出口连接U型垂直烟道12的入口，省煤器15设置在U型垂直烟道12内，水平烟道11内设置有复合过热器系统14，锅筒7分别与各部件连接形成独立的水循环。焚烧炉炉膛2、炉室Ⅰ3、炉室Ⅱ4、炉室Ⅲ5、锅筒7、水平烟道11和U型垂直烟道12均固定在钢结构16上。焚烧炉炉排1上的垃圾焚烧产生的烟气经焚烧炉炉膛2充分燃烧后，由炉室Ⅰ3流经炉室Ⅱ4后再流经炉室Ⅲ5，然后由炉室Ⅲ5出口进入水平烟道11内，并依次流经一级中温过热器21、高温过热器20、二级中温过热器22、低温过热器23进行热交换，然后由水平烟道11进入U型垂直烟道12内，流经省煤器15后直至锅炉烟气出口。

焚烧炉炉膛2的前拱和后拱为水冷壁组成的冷却系统，前拱和后拱的水冷壁管排向火面采用SiC耐火浇注料敷设，焚烧炉炉膛的侧墙采用部分或全部水冷壁受热面，焚烧炉炉膛内受热面中，部分受热向火面采用SiC耐火浇注料敷设，部分受热向火面堆焊镍基合金材料，镍基合金焊层厚度为1.5-3mm，堆焊层硬度240-260HV ，Fe稀释率≤4.5%。

炉室Ⅰ3由炉室Ⅰ前墙28、炉室Ⅰ两侧墙29、前隔墙30组成；炉室Ⅱ4由前隔墙30、炉室Ⅱ两侧墙31、后隔墙32组成；炉室Ⅲ5由后隔墙32、炉室Ⅲ两侧墙33、后墙34组成；炉室Ⅰ3与炉室Ⅱ4紧凑布置，共用前隔墙30；炉室Ⅱ4与炉室Ⅲ5紧凑布置，共用后隔墙32。如图3所示，炉室Ⅰ前墙28、炉室Ⅰ两侧墙29、前隔墙30、炉室Ⅱ两侧墙31、后隔墙32、炉室Ⅲ两侧墙33和后墙34均由下集箱35、膜式壁36和上集箱37组成，其膜式壁36管内介质为汽水混合物。

炉室Ⅰ3与炉室Ⅱ4呈倒U型布置，炉室Ⅱ4与炉室Ⅲ5呈U型布置。

如图6、7、8、9所示，炉室Ⅰ的入口段向火面敷设SiC耐火浇注料，敷设长度为从焚烧炉炉膛出口起，烟气行程3秒内的炉室Ⅰ的向火面敷设SiC耐火浇注料，炉室Ⅰ的其余向火面及炉室Ⅱ的上部向火面堆焊耐高温腐蚀的镍基合金材料，镍基合金焊层厚度为1.5-3mm，堆焊层硬度240-260HV ，Fe稀释率≤4.5%。

如图10所示，炉室Ⅲ5内布置有多组水冷管屏6，水冷管屏6与炉室Ⅲ两侧墙33平行设置，水冷管屏6可设置G组，1≤G≤8。水冷管屏6的出口集箱通过引出管8连接锅筒7组成独立的水循环回路，锅筒7通过下降管9及分散管10与水冷管屏6的进口集箱连接。通过烟气流场CFD模拟，水冷管屏6可以设计为不等宽结构，以利于烟气流场的均衡。

如图4所示，锅筒7通过连接管13与省煤器15连接，锅筒7通过下降管9及分散管10分别连接至炉室Ⅰ前墙28、炉室Ⅰ两侧墙29、前隔墙30、炉室Ⅱ两侧墙31、后隔墙32、炉室Ⅲ两侧墙33、后墙34的下集箱，再通过各自上集箱经引出管8分别连接至锅筒7的内件分离器。炉室Ⅰ前墙28、炉室Ⅰ两侧墙29、后隔墙32由同一根集中下降管9、不同分散管10供水，引出管8进入锅筒7炉前内件分离器；所述前隔墙30为独立回路，由一根集中下降管9供水，引出管8进入锅筒7炉前内件分离器；所述炉室Ⅱ两侧墙31、炉室Ⅲ两侧墙33、后墙34、水冷管屏6由同一根集中下降管9、不同分散管10供水，引出管8进入锅筒7炉后内件分离器。集中下降管，分散连接管以及引出管的规格和分离器的最终数量均来自详尽的水动力计算。

如图5所示，复合过热器系统14包含前顶棚过热器17、后顶棚过热器18、侧包墙过热器19、高温过热器20、一级中温过热器21、二级中温过热器22、低温过热器23、一级喷水减温器24、二级喷水减温器25、三级喷水减温器26和过热器出口汇汽集箱27，前顶棚过热器17设置在炉室Ⅰ3、炉室Ⅱ4、炉室Ⅲ5的顶部，属于高温烟气区域，后顶棚过热器18设置在水平烟道11的顶部，属于中温烟气区域。前顶棚过热器17和后顶棚过热器18在蒸汽流程上属于串联布置，但是各自独立，有连接管13连通；前顶棚过热器17的长度和宽度等于炉室Ⅰ3、炉室Ⅱ4、炉室Ⅲ5的长度和宽度，后顶棚过热器18的长度和宽度等于整个水平烟道11的长度和宽度。炉室Ⅰ3、炉室Ⅱ4、炉室Ⅲ5的宽度一般来说会大于或等于（很少出现等于）水平烟道11的宽度，不会小于水平烟道11的宽度。所述前顶棚过热器17和后顶棚过热器18的回程是经过详尽复杂的计算确定的，其影响因素主要有蒸汽流速、换热效果、锅炉汽阻力等，以控制锅筒和整个水系统的工作压力。所述前顶棚过热器17为多回程，回程数H，其中2≤H≤5；后顶棚过热器18为单回程或多回程，回程数K，其中1≤K≤3。所述整个前顶棚过热器17处在高温烟气区域，高温烟气的腐蚀性强，所以在其向火面均敷设了SiC耐火浇注料，以避免产生高温腐蚀。

前顶棚过热器17为多回程，回程数H，其中2≤H≤5。后顶棚过热器18为单回程或多回程，回程数K，其中1≤K≤3。

高温过热器20、一级中温过热器21、二级中温过热器22、低温过热器23设置在水平烟道11内。一级中温过热器21采用顺流布置，包括M组蛇形管，其中，30≤M≤45，前两排管子采用耐高温腐蚀的合金钢材料并在四周堆焊镍基合金，镍基合金焊层厚度为1.5-2.5mm，堆焊层硬度240-260HV ，Fe稀释率≤4.5%，除前两排外的其余管子采用耐高温腐蚀的不锈钢材料。高温过热器20采用顺流布置，包括N组蛇形管，其中，30≤N≤45，管子采用耐高温腐蚀的不锈钢材料。二级中温过热器22采用顺流布置，包括P组蛇形管，其中，30≤P≤45，管子采用耐高温腐蚀的合金钢材料。低温过热器23采用逆流布置，包括Q组蛇形管，其中，30≤Q≤45，管子采用耐高温腐蚀的合金钢材料。高温过热器20、一级中温过热器21、二级中温过热器22均采用了顺流布置方式，一级中温过热器21、高温过热器20、二级中温过热器22采用倒置、交错布置方式，可有效控制复合过热器系统14管子的壁温避开材料的腐蚀温度区间，从而防止复合过热器系统14的高温腐蚀，保证复合过热器系统14的长期可靠运行。

锅筒7通过连接管13引入至前顶棚过热器17的进口集箱，由前顶棚过热器17的出口集箱引出，通过连接管13引入至后顶棚过热器18的进口集箱，由后顶棚过热器18的出口集箱引出，通过连接管13引入至侧包墙过热器19的进口集箱，由侧包墙过热器19的出口集箱引出，通过连接管引入低温过热器23的进口集箱，由低温过热器23的出口集箱引出，通过连接管经一级喷水减温器24后引入一级中温过热器21的进口集箱，由一级中温过热器21的出口集箱引出，通过连接管经二级喷水减温器25后引入二级中温过热器22的进口集箱，由二级中温过热器22的出口集箱引出，通过连接管经三级喷水减温器26后引入高温过热器20进口集箱，由高温过热器20出口集箱通过连接管引出至过热器出口汇汽集箱27。复合过热器系统14采用了三级喷水减温布置，以适应锅炉负荷大范围变化的需要。

独特的复合过热器系统14，为解决蒸汽流速对锅炉安全可靠性及换热效果的影响，同时控制锅炉汽阻力，以控制锅筒和整个水系统的工作压力，其低温过热器23、一级中温过热器21、二级中温过热器22、高温过热器20可采用单管圈、双管圈或三管圈结构，具体由复杂详尽的计算确定。

前顶棚过热器17、后顶棚过热器18、侧包墙过热器19均由进出口集箱和膜式壁管排组成，管内介质为过热蒸汽。

复合过热器系统14设置于水平烟道11中的高温过热器20、一级中温过热器21、二级中温过热器22、低温过热器23、后顶棚过热器18、侧包墙过热器19均通过吊杆悬吊于锅炉钢结构16的顶板上；所述前顶棚过热器17通过吊杆悬吊于锅炉钢结构16的顶板上。省煤器15布置在尾部U型垂直烟道12中，共七组蛇形管管组，来自给水操纵台的给水进入省煤器进口集箱，流经四组管组后进入省煤器中间集箱Ⅰ，然后由连接管13引至省煤器中间集箱Ⅱ，再流经三组管组后进入省煤器出口集箱，再由连接管13引至锅筒7给水腔。蛇形管管片通过管夹支撑在通风梁上。

超高压炉排垃圾焚烧锅炉，从焚烧炉炉膛2出口起、烟气行程3秒内的炉室Ⅰ3向火面敷设SiC耐火浇注料，炉室Ⅰ3其余向火面及炉室Ⅱ4上部向火面堆焊耐高温腐蚀的镍基合金材料来避免膜式水冷壁的高温腐蚀，镍基合金焊层厚度为1.5-3mm，堆焊层硬度240-260HV ，Fe稀释率≤4.5%；炉室Ⅰ3、炉室Ⅱ4、炉室Ⅲ5的顶部为前顶棚过热器17，其向火面全部敷设SiC耐火浇注料，以避免产生高温腐蚀。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而己，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明己以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉，其特征在于：包含焚烧炉炉排，焚烧炉炉排上设置有焚烧炉炉膛，焚烧炉炉膛的出口连接炉室Ⅰ的入口，炉室Ⅰ的出口连接炉室Ⅱ的入口，炉室Ⅱ的出口连接炉室Ⅲ的入口，炉室Ⅲ的出口连接水平烟道的入口，水平烟道的出口连接U型垂直烟道的入口，省煤器设置在U型垂直烟道内，水平烟道内设置有复合过热器系统，锅筒分别与各部件连接形成独立的水循环；

所述复合过热器系统包含前顶棚过热器、后顶棚过热器、侧包墙过热器、高温过热器、一级中温过热器、二级中温过热器、低温过热器、一级喷水减温器、二级喷水减温器、三级喷水减温器和过热器出口汇汽集箱，前顶棚过热器设置在炉室Ⅰ、炉室Ⅱ、炉室Ⅲ的顶部，后顶棚过热器设置在水平烟道的顶部，高温过热器、一级中温过热器、二级中温过热器、低温过热器设置在水平烟道内，锅筒通过连接管引入至前顶棚过热器的进口集箱，由前顶棚过热器的出口集箱引出，通过连接管引入至后顶棚过热器的进口集箱，由后顶棚过热器的出口集箱引出，通过连接管引入至侧包墙过热器的进口集箱，由侧包墙过热器的出口集箱引出，通过连接管引入低温过热器的进口集箱，由低温过热器的出口集箱引出，通过连接管经一级喷水减温器后引入一级中温过热器的进口集箱，由一级中温过热器的出口集箱引出，通过连接管经二级喷水减温器后引入二级中温过热器的进口集箱，由二级中温过热器的出口集箱引出，通过连接管经三级喷水减温器后引入高温过热器进口集箱，由高温过热器出口集箱通过连接管引出至过热器出口汇汽集箱。

2.按照权利要求1所述的一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉，其特征在于：所述焚烧炉炉膛的前拱和后拱为水冷壁组成的冷却系统，前拱和后拱的水冷壁管排向火面采用SiC耐火浇注料敷设，焚烧炉炉膛的侧墙采用部分或全部水冷壁受热面，焚烧炉炉膛内受热面中，部分受热向火面采用SiC耐火浇注料敷设，部分受热向火面堆焊镍基合金材料，镍基合金焊层厚度为1.5-3mm，堆焊层硬度240-260HV ，Fe稀释率≤4.5%。

3.按照权利要求1所述的一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉，其特征在于：所述炉室Ⅰ由炉室Ⅰ前墙、炉室Ⅰ两侧墙、前隔墙组成；炉室Ⅱ由前隔墙、炉室Ⅱ两侧墙、后隔墙组成；炉室Ⅲ由后隔墙、炉室Ⅲ两侧墙、后墙组成；炉室Ⅰ前墙、炉室Ⅰ两侧墙、前隔墙、炉室Ⅱ两侧墙、后隔墙、炉室Ⅲ两侧墙和后墙均由下集箱、膜式壁和上集箱组成。

4.按照权利要求1所述的一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉，其特征在于：所述炉室Ⅰ的入口段向火面敷设SiC耐火浇注料，敷设长度为从焚烧炉炉膛出口起，烟气行程3秒内的炉室Ⅰ的向火面敷设SiC耐火浇注料，炉室Ⅰ的其余向火面及炉室Ⅱ的上部向火面堆焊耐高温腐蚀的镍基合金材料，镍基合金焊层厚度为1.5-3mm，堆焊层硬度240-260HV ，Fe稀释率≤4.5%。

5.按照权利要求1所述的一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉，其特征在于：所述前顶棚过热器为多回程，回程数H，其中2≤H≤5。

6.按照权利要求1所述的一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉，其特征在于：所述前顶棚过热器的向火面全部敷设SiC耐火浇注料。

7.按照权利要求1所述的一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉，其特征在于：所述后顶棚过热器为单回程或多回程，回程数K，其中1≤K≤3。

8.按照权利要求1所述的一种超高压炉排垃圾焚烧锅炉，其特征在于：所述复合过热器系统的一级中温过热器为顺流布置的蛇形管，其中前两排管子采用合金钢材料，四周堆焊镍基合金材料，镍基合金焊层厚度为1.5-2.5mm，堆焊层硬度240-260HV ，Fe稀释率≤4.5%；复合过热器系统的高温过热器管子采用不锈钢材料，一级中温过热器管子除前两排外采用不锈钢材料；复合过热器系统的高温过热器、一级中温过热器、二级中温过热器采用倒置、交错布置方式。

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