CN112032694A - 一种大容量循环流化床锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种大容量循环流化床锅炉，包括水冷壁炉膛、旋风分离器及后烟井，水冷壁炉膛的高温烟气出口与旋风分离器的入口相连通，旋风分离器的固态物料出口与水冷壁炉膛的回料口相连通，旋风分离器的汽态物料出口与后烟井相连通用于加热给水，水冷壁炉膛、旋风分离器与后烟井连接后提供汽水主循环回路，其特征在于，汽水主循环回路的受热面仅包括布置在水冷壁炉膛内的屏结构。本发明能够满足大容量循环流化床锅炉容量要求，设计灵活，调节性能好，能够适应不同燃料且保证锅炉的安全稳定运行。

Description

一种大容量循环流化床锅炉

技术领域

本发明涉及一种高效超超临界循环流化床锅炉，具体涉及一种大容量循环流化床锅炉的总体布置及其汽水流程设计。

背景技术

循环流化床锅炉有适用燃料范围广、可实现低污染排放等特点，在各行业得到广泛应用。为得到更高的能源利用率，循环流化床锅炉设计不断向大容量高参数方向发展。为适应这种要求，现提供一种大容量循环流化床锅炉的结构布置及其汽水流程设计。

如图1所示，为传统的循环流化床锅炉结构简图，为单炉膛M型结构，炉膛1、旋风分离器2、后烟井3呈M型布置。炉膛1为膜式壁受热面结构，炉膛1内部可布置水冷屏5和过热屏6，由后烟井3内的省煤器4’(一级省煤器)、4”(二级省煤器)加热给水后经汽包及下降管后到炉膛1及水冷屏5，此为蒸发吸热部分。后烟井3的墙体为过热器膜式受热面，与后烟井3腔体内的蛇形管受热面7、炉膛1腔体内的过热屏6组成过热器吸热部分。旋风分离器2为绝热式，由钢板及耐磨耐高温材料浇筑而成。炉膛1下部靠近风室处设有给煤点8及回料腿与炉膛接口点9，落渣口10直接由布风板床料堆积处引向落渣点。在旋风分离器2至接口点9之间引出一路循环物料，使其经过外置式换热器17加热汽水介质后再引入炉膛1。随着锅炉容量增加，过热器吸热比例逐渐增大，蒸发吸热比例减小，简单放大炉膛等的尺寸已无法满足锅炉热力计算要求；容量增加汽轮机的级数也会相应增加，原单烟道已没有空间增加足够的再热器进行二级汽缸的温度补充；容量增加同样会导致旋风分离器飞灰处理量增大，仅炉膛单面墙已无法布置下数量较大的旋风分离器，因此，该传统型循环流化床锅炉结构有其一定的局限性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：传统循环流化床锅炉结构随着锅炉容量变大，不能有效应对过热器吸热较蒸发吸热增量更大，不能解决再热器受热面布置位置不足，不能满足更多旋风分离器加入系统中的要求。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种大容量循环流化床锅炉，包括水冷壁炉膛、旋风分离器及后烟井，水冷壁炉膛、旋风分离器及后烟井，水冷壁炉膛、旋风分离器与后烟井连接后形成烟气流通腔体以提供汽水系统中受热面吸热(包括蒸发吸热、过热吸热、再热吸热)所需热量，其特征在于，汽水系统受热面由布置在水冷壁炉膛内的屏结构、水冷壁炉膛的水冷壁、旋风分离器、后烟井、后烟井内的管式受热面以及水冷壁炉膛内风室底部冷渣受热面组成。

优选地，所述屏结构包括布置在所述水冷壁炉膛内的水冷屏、过热屏及再热屏。

优选地，所述水冷屏和水冷壁炉膛的水冷壁在所述汽水系统中形成串联布置，使得炉膛水冷壁介质从上部水冷壁集箱引出后经所述水冷屏加热后引入到启动分离器。

优选地，有2N个所述旋风分离器，N为正整数，在炉膛前、后分别布置N个所述旋风分离器。

优选地，所述后烟井包括两个双烟道结构，2N个所述旋风分离器中的N个所述旋风分离器合并后进入一个双烟道结构，2N个所述旋风分离器中的剩余N个所述旋风分离器合并后进入另一个双烟道结构。

优选地，每个所述双烟道结构的出口分别与一个空气预热器的入口相连，空气预热器的出口连接至所述水冷壁炉膛的底部风室。

优选地，所述水冷壁炉膛的底部采用两级冷渣系统，包括第一级冷渣系统及冷渣器，水冷壁炉膛底部风室下的省煤器热面管所在腔体作为第一级冷渣系统，水冷壁炉膛内的布风板上的燃尽灰经炉膛底部的排渣口落入第一级冷渣系统，与第一级冷渣系统的省煤器热面管内介质进行热量交换后由底部排入冷渣器中。

优选地，每个所述旋风分离器的回料腿在一定高度处分成两个循环飞灰通道，两个循环飞灰通道分别与所述水冷壁炉膛上两个的回料口相连通，从而形成双N型回料器结构。

优选地，给煤口设于所述循环飞灰通道，通过给煤口经由所述循环飞灰通道向所述水冷壁炉膛内给煤。

本发明中水冷壁、水冷屏在汽水系统中的串联设计增加了工质在蒸发吸热的受热面中的停留时间，保证进入启动分离器中的饱和蒸汽的饱和度，可有效减少启动时间；布置在炉膛内的屏结构增加了过热器和再热器的受热面积，可满足容量增加对过热器和再热器吸热量增大的要求，旋风分离器个数增加使得炉膛中部压差高，使得物料在大炉膛截面下仍然能够流化均匀；两级冷渣系统即为在布风板落渣处下部增加一处受热面，利用灰渣的余热，提高锅炉效率；旋风分离器前后布置使得旋风分离器与炉膛接口均匀分布在炉膛前后两侧，使得床温、床压均匀，污染物排放低，旋风分离器尺寸可取用范围变大，可达到分离效率高、飞灰含碳量低的效果，对炉膛及后烟井的宽度尺寸要求变小，设计更方便；回料腿给煤可解决给煤管磨损和炉内物料反窜造成的堵塞问题，减少了炉膛外部接口的数量，减少了密相区跳管数量，减少了不必要的沿程阻力，在实际运行中更容易调节炉膛内燃料总量，便于控制；双N型回料器将一个旋风分离器进入炉膛参与循环的烟风分为两个支路，可降低高压流化风机电耗，保证回料顺畅无脉动；采用双双烟道使得后烟井进口烟道的角度取用更加灵活，每个烟道范围内均可布置过热器、再热器、省煤器等管式受热面，受热面布置更加灵活，吹灰器布置、烟气挡板调节等也更加灵活。

本发明能够满足大容量循环流化床锅炉容量要求，设计灵活，调节性能好，能够适应不同燃料且保证锅炉的安全稳定运行。

附图说明

图1为传统的循环流化床锅炉结构示意图；

图2为本发明提供的一种大容量循环流化床锅炉结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为图2中下部的俯视图。

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2所示，本实施例公开的一种大容量循环流化床锅炉包括水冷壁炉膛1、旋风分离器2及后烟井3。汽水系统中的受热面可布置在这三个部件的墙体上、内腔中，或者风室15下的省煤器热面管16所在腔体中。在循环流化床锅炉的大型化发展过程中，常采用带外置式换热器的布置方式，并且在外置式换热器中布置有高温级的受热面，随着参数和容量的提高，外置式换热器尺寸会增大，受热面传热均匀性很难控制，外置式换热器内受热面通常存在大的壁温偏差，特别是在外置床内的高温级再热器受热面上特别明显，对锅炉的可靠性造成重大隐患，同时使用外置式换热器的循环流化床锅炉厂用电耗高；而循环流化床锅炉炉膛内存在大量的物料，尽管其传热温压较低，但高温受热面的传热系数和热负荷均较高。在低负荷时，炉膛燃烧温度相对降低较少，保证蒸汽温度的能力较好，另一方面由于循环流化床锅炉炉膛燃烧均匀，高温级受热面的汽温偏差和壁温偏差也能得到很好的控制，因此，可将大量受热面以屏的结构置于炉膛内，代替在外置式换热器布置高温受热面的结构。从节能的角度出发本实施例公开的大容量循环流化床锅炉采用不带外置式换热器的单炉膛结构，本实施例通过将高温级受热面全部通过屏结构布置在炉膛内，从而取消了外置式换热器。锅炉布置紧凑，相比同类型方案，本发明占地面积和土建工作等节省30％以上；每台炉浇注料节省约30％，大大节约了浇注料的采购和施工成本。

水冷壁炉膛1的高温烟气出口与旋风分离器2的入口相连通，旋风分离器2的大颗粒未燃尽物料出口与水冷壁炉膛1的回料口相连通，旋风分离器2的小颗粒燃尽物料出口与后烟井3相连通后经过后烟井各个受热面之后至空气预热器14加热一次风后排出，形成基本的烟气流程，根据需要，在此流程中可能增加脱销等部分。

本实施例中，水冷屏5与水冷壁炉膛1的水冷壁在汽水系统中串联布置。锅炉给水经风室15下的省煤器受热面16、后烟井内的一级省煤器4’、二级省煤器4”后连接至炉膛1的墙体，通过炉膛水冷壁上集箱18引出后经炉膛1内的水冷屏5加热后引入到启动分离器，此为汽水系统中的蒸发吸热部分。本实施例中，低温过热器7、低温再热器12均布置在后烟井3腔体内，从启动分离器引出的饱和蒸汽经过低温过热器7、中(高)温过热屏6加热后引至汽轮机，此为汽水系统中的过热吸热部分。本实施例中，从汽轮机中(低)压缸引出的再热蒸汽经低温再热器12、中(高)温过热屏11加热后再引至汽轮机，此为汽水系统中的再热吸热部分。需要说明的是，旋风分离器2及其与炉膛1或后烟井3之间的连接通道的墙体可根据需要选择绝热式、水冷式、汽冷式，然后分别加入到相应的汽水系统中。与国内、国际同类型容量的CFB锅炉布置相比较，本发明不采用外置式换热器，使炉型燃烧系统布置简洁，运行操作简单，同时减少外置床高压流化风的用量，节约厂用电，提高了机组的效率。

本实施例中，后烟井3采用两个双烟道结构，分别为左侧双烟道结构3’及右侧双烟道结构3”。通过在烟道结构的中部设置分隔墙形成上述的左侧双烟道结构3’或右侧双烟道结构3”。对于左侧双烟道结构3’或右侧双烟道结构3”而言，每个烟道结构被分隔墙部分分割，使得左侧双烟道结构3’或右侧双烟道结构3”中局部为双烟道结构的同时剩余部分依然为单烟道结构。后烟井内的受热面(包括一级省煤器4’、二级省煤器4”、过热器7、再热器12等)可根据需要布置在左侧双烟道结构3’或右侧双烟道结构3”中的双烟道结构内或单烟道结构内。

结合图3，本实施例中，共有8个旋风分离器2，其中4个旋风分离器2布置在水冷壁炉膛1的前墙位置，另外4个旋风分离器2布置在水冷壁炉膛1的后墙位置。在水冷壁炉膛1前后墙相对布置的两个旋风分离器2为一组，相邻两组两两合并后分别进入左侧双烟道结构3’及右侧双烟道结构3”。

水冷壁炉膛1的底部采用两级冷渣系统，包括第一级冷渣系统以及冷渣器。水冷壁炉膛1内的燃尽灰经排渣口10落入第一级冷渣系统，即风室15下的省煤器热面管16所在腔体，与省煤器热面管16内介质进行热量交换，然后再由底部排入冷渣器中。

结合图4，每个旋风分离器2的固态物料出口经由回料腿与水冷壁炉膛1的回料口相连通。本发明的回料腿采用了新型双N型回料结构，具体而言，每个旋风分离器2底部的回料腿在一定高度处向左右分成两个循环飞灰通道，在两个循环飞灰通道上分别预留了给煤口8，解决给煤管磨损和堵塞问题。

左侧双烟道结构3’及右侧双烟道结构3”的出口分别与一个空气预热器14的入口相连，空气预热器14的出口连接至水冷壁炉膛1的底部风室15。

Claims (9)

1.一种大容量循环流化床锅炉，包括水冷壁炉膛、旋风分离器及后烟井，水冷壁炉膛、旋风分离器与后烟井连接后形成烟气流通腔体以提供汽水流程中受热面吸热所需热量，其特征在于，汽水系统受热面由布置在水冷壁炉膛内的屏结构、水冷壁炉膛的水冷壁、旋风分离器、后烟井、后烟井内的管式受热面以及水冷壁炉膛内风室底部冷渣受热面组成。

2.如权利要求1所述的一种大容量循环流化床锅炉，其特征在于，所述屏结构包括布置在所述水冷壁炉膛内的水冷屏、过热屏及再热屏。

3.如权利要求2所述的一种大容量循环流化床锅炉，其特征在于，所述水冷屏和水冷壁炉膛的水冷壁在所述汽水系统中形成串联布置，使得炉膛水冷壁介质从上部水冷壁集箱引出后经所述水冷屏加热后引入到启动分离器。

4.如权利要求1所述的一种大容量循环流化床锅炉，其特征在于，有2N个所述旋风分离器，N为正整数，在炉膛前、后分别布置N个所述旋风分离器。

5.如权利要求4所述的一种大容量循环流化床锅炉，其特征在于，所述后烟井包括两个双烟道结构，2N个所述旋风分离器中的N个所述旋风分离器合并后进入一个双烟道结构，2N个所述旋风分离器中的剩余N个所述旋风分离器合并后进入另一个双烟道结构。

6.如权利要求5所述的一种大容量循环流化床锅炉，其特征在于，每个所述双烟道结构的出口分别与一个空气预热器的入口相连，空气预热器的出口连接至所述水冷壁炉膛的底部风室。

7.如权利要求1所述的一种大容量循环流化床锅炉，其特征在于，所述水冷壁炉膛的底部采用两级冷渣系统，包括第一级冷渣系统及冷渣器，水冷壁炉膛底部风室下的省煤器热面管所在腔体作为第一级冷渣系统，水冷壁炉膛内的布风板上的燃尽灰经炉膛底部的排渣口落入第一级冷渣系统，与第一级冷渣系统的省煤器热面管内介质进行热量交换后由底部排入冷渣器中。

8.如权利要求1所述的一种大容量循环流化床锅炉，其特征在于，每个所述旋风分离器的回料腿在一定高度处分成两个循环飞灰通道，两个循环飞灰通道分别与所述水冷壁炉膛上两个的回料口相连通，从而形成双N型回料器结构。

9.如权利要求8所述的一种大容量循环流化床锅炉，其特征在于，给煤口设于所述循环飞灰通道，通过给煤口经由所述循环飞灰通道向所述水冷壁炉膛内给煤。

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