CN113217931A - 一种均温结构优化的锅炉系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锅炉系统，在省煤器和空气预热器之间的烟气管道上内设置从烟气管道内壁向烟气管道中心延伸的引流部件，所述引流部件包括从内壁延伸的第一弯曲壁和第二弯曲壁，沿着烟气的流动的方向，烟气管道内壁设置多个引流部件，沿着烟气的流动的方向，烟气迎面的夹角越来越小。本发明提供了通过在在烟气管道内设置引流部件，设置烟气迎面夹角越来越小，以减轻流动阻力，在阻力减小以及材料成本节省的程度上，所述的均温效果达到基本相同的效果。

Description

一种均温结构优化的锅炉系统

技术领域

本发明涉及换热领域，具体涉及一种均温排烟温度的锅炉系统。

背景技术

大型火电机组普遍采用回转式空预器回收尾部烟道余热，其周期性流动蓄热的换热方式使得空预器出口烟气在切向上存在较大的温差，正常运行条件下回转式空预器切向的最高温差可达100℃。若空预器在长期运行条件下存在堵灰、腐蚀、漏风等严重问题，空预器出口烟气的切向温差远高于100℃。空预器出口烟气切向的巨大温差使得空预器出口烟气温度不均匀，而分配器内混合长度有限，烟气难以完全混合，最终导致空预器出口烟气温度不均。

通常在空预器和除尘器之间设置低温省煤器用来回收烟气余热，目前较为常用的是采用凝结水来回收这部分热量。通常除尘器前每个烟气流道的低温省煤器均为相同的换热面积和换热能力。如果烟气温度偏差大，则造成有的流道烟气温度低于原设计值，有的流道烟气温度高于原设计值。烟气温度低于低温省煤器入口烟气温度设计值的情况下，则该流道的低温省煤器换热面积就过剩，造成浪费，如果烟气温度与低温省煤器出口烟气温度的设计值相当，则这个流道上的低温省煤器就无法投入运行，即增加了烟气阻力，还没有取得热量上的经济效益。烟气温度高于低温省煤器入口烟气温度设计值的情况下，则该流道的低温省煤器换热面积就会不足，虽然低温省煤器选型时会有一些裕量，但如果烟气温度超过设计值太多，则低温省煤器出口的烟气温度将无法降低到设计的低温省煤器出口烟气温度，造成热量的浪费。

每个通道上的低温省煤器换热面积等均相同，入口烟气温度不同，为了达到相同的出口烟气温度，则每台低温省煤器的凝结水流量就要不同，每个低温省煤器水管路上还要设置调节阀，给运行调节带来困难。

低温省煤器入口的温度有偏差，而低温省煤器出口的温度是一样的，这就会加剧每个通道的实际烟气量偏差，造成除尘器各通道内烟气量的偏差，对除尘效果造成一定影响。

因此，针对上述的缺陷，申请人在先申请的专利提出了一种设置烟道均温的锅炉系统，以达到进入低温省煤器的烟气温度均匀，以实现进一步换热需要，提高产品使用寿命。

本申请是针对在先申请的一个改进，本申请通过改进在先申请结构的优化，使得烟道内部流体的流动阻力变小，均温效果达到最佳。

发明内容

本发明的主要目的之一是提供一种锅炉系统，该系统通过对烟道结构进行改进，以达到使得出口烟气温度均匀，以实现进一步换热需要，提高产品使用寿命。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锅炉系统，所述锅炉系统包括锅炉，所述锅炉顶部设置烟气出口，烟气出口连接烟道，烟道内依次设置空气预热器、省煤器和除尘器，省煤器设置多个，省煤器和空气预热器之间的烟气管道的末端设置多个烟气出口，每个烟气出口分别连接一个省煤器；其特征在于，在省煤器和空气预热器之间的烟气管道上内设置从烟气管道内壁向烟气管道中心延伸的引流部件，所述引流部件包括从内壁延伸的第一弯曲壁和第二弯曲壁，其中第一弯曲壁与内壁连接处切线与内壁形成的锐角小于第二弯曲壁与内壁连接处切线与内壁形成的锐角，第一弯曲壁和第二弯曲壁朝向烟气流动方向弯曲延伸，弯曲方向也朝向烟气流动方向，第一弯曲壁和第二弯曲壁的交点位于第一弯曲壁与内壁连接处的下游，同时位于第二弯曲壁与内壁连接处的下游；引流部件的形状是第一弯曲壁和第二弯曲壁以及内壁沿着烟气管道轴线旋转形成的形状；其特征在于，沿着烟气的流动的方向，烟气管道内壁设置多个引流部件，沿着烟气的流动的方向，烟气迎面的夹角越来越小。

作为优选，沿着烟气的流动的方向，A2的夹角越来越小的幅度不断增加。

作为优选，第一弯曲壁和第二弯曲壁是圆弧，其中第一弯曲壁的圆弧直径小于第二弯曲壁的圆弧直径。

作为优选，交点位置处第一弯曲壁的切线与烟气管道的轴线形成30-60°的夹角。

作为优选，交点位置处第一弯曲壁的切线与烟气管道的轴线形成45°的夹角。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明提供了通过在在烟气管道内设置引流部件，设置烟气迎面夹角越来越小，以减轻流动阻力，在阻力减小以及材料成本节省的程度上，所述的均温效果达到基本相同的效果。

2)本发明提供了一种新的锅炉系统，通过在省煤器和空气预热器之间的烟气管道内设置弯曲导流装置，使得烟气一部分沿着导流板流动引导至相反的方向，与相反方向进入的烟气充分混合，从而实现烟气的温度均匀，以实现进一步换热需要，提高产品使用寿命。

3)本发明通过对导流板各个参数的变化导致的换热规律进行了广泛的研究，在满足流动阻力情况下，本发明对换热器的导流板结构进行优化，以达到最优的出口烟气均温效果。

4)本发明通过合理的布局，使得相邻排的导流板结构错列布置，从而进一步充分混合烟气，达到温度均匀。

5)本发明通过设置导流板沿着流体流动方向的尺寸和数量角度等参数的分布变化，进一步促进充分混合。

6)本发明通过对导流板的距离进行了广泛的研究，设计了最小距离的公式，充分满足均温混合需要，避免混合不均匀以及流动阻力增加问题，以达到最优的出口烟气均温效果。

附图说明：

图1为锅炉系统的结构示意图；

图2是本发明烟气管道设置均温板的轴向切面图；

图3是本发明烟气管道设置均温板的尺寸示意图。

图4是每层设置1块均温板的立体示意图。

图5是每层设置4块均温板的立体示意图。

图6是每层设置1块均温板的立体示意图。

图7是图6的烟气管道一侧的分解立体示意图。

附图标记如下：

34锅炉，35空气预热器，36省煤器，37除尘器

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

图1公开了锅炉系统的结构示意图。如图1所示，所述锅炉系统包括锅炉34，所述锅炉34顶部设置烟气出口，烟气出口连接烟道，烟道内依次设置空气预热器35、省煤器36和除尘器37，省煤器36设置多个，其中空气预热器35出来的烟气分程多股进入不同的省煤器中。

运行中，煤粉在炉膛中燃烧产生烟气，烟气流经水冷壁和过热器后进入空气预热器35，在空气预热器35中加热一次风和二次风后的烟气分为多路(优选三路)，分别进入多个(优选三个)低温省煤器36，在省煤器36中加热锅炉回水后，烟气分别进入除尘器除尘37，除尘后的烟气经烟囱排放。

省煤器和空气预热器之间的烟气管道5的末端设置多个烟气出口，每个烟气出口分别连接一个省煤器36。因为烟道中的不同位置烟气温度不同，导致在烟气管道5的末端连接的多个烟气通道中存在烟气温度分布不均匀问题。

作为一个改进，如图2所示，在省煤器和空气预热器之间的烟气管道5上内设置从烟气管道内壁51向烟气管道中心延伸的引流部件2，所述引流部件2包括从内壁延伸的第一弯曲壁21和第二弯曲壁22，其中第一弯曲壁21与内壁51连接处切线与内壁形成的锐角小于第二弯曲壁22与内壁连接处切线与内壁形成的锐角，第一弯曲壁21和第二弯曲22壁朝向烟气流动方向弯曲延伸，弯曲方向也朝向烟气流动方向，第一弯曲壁21和第二弯曲壁22的交点23位于第一弯曲壁21与内壁51连接处的下游，同时位于第二弯曲壁22与内壁连接处的下游。引流部件2的形状是第一弯曲壁21和第二弯曲壁22以及内壁沿着烟气管道轴线旋转形成的形状。

本发明提供了通过在在烟气管道内设置引流部件，使得烟气一部分沿着引流部件流动引导至相反的方向，与相反方向进入的烟气充分混合，从而实现烟气的温度均匀，以实现进一步换热需要，提高产品使用寿命。

本发明引流部件分别设置第一弯曲壁和第二弯曲壁，通过设置两个弯曲壁，使得烟气的扰动效果更好，而且使得引流部件接触内壁的面积增加，增加了稳定性。而且通过设置第二弯曲壁，使得从对面方向导流过来的烟气也能沿着第二弯曲壁方向弯曲方向运动，增加缓冲，减少流动阻力。

作为优选，第一弯曲壁21和第二弯曲壁22是圆弧，其中第一弯曲壁21的圆弧直径小于第二弯曲壁22的圆弧直径。

本发明通过第一壁和第二壁是圆弧状，使得烟气流动阻力更小，容易流向对方进行混合。

作为优选，交点23位置处第一弯曲壁21的切线与烟气管道的轴线形成30-60°的夹角，优选夹角是45°。通过设置这一夹角，使得流体能够快速引导到对面的下游位置，而且还能进一步减少流动阻力。

作为优选，如图2所示，沿着烟气的流动方向，烟气管道5内壁设置多层引流部件2，相邻层的引流部件错列分布。通过相邻排的引流部件的错列分布，使得烟气能够在烟气管道内充分的互相运动到相反位置，保证充分混合均匀。图2展示的每层引流部件设置一块。当然每层引流部件可以设置多块，例如设置3块。

作为优选，交点与烟气管道内壁的距离为烟气管道直径的0.3-0.5倍，优选0.4倍。通过这一设置使得烟气在充分混合基础上较少流动阻力。

作为优选，第一弯曲壁的长度大于第二弯曲壁的长度。

作为优选，同一层的引流部件与内壁连接的圆弧的总弧度是150－180°。通过这一参数设置保证在满足阻力要求的充分混合。例如图2、4、6展示的每层引流部件设置一块，这一块的总弧度是150-180°。当然每层引流部件可以设置多块，例如图5的每层设置三块的总弧度是150－180°。

作为优选，A层引流部件设置多块，A引流部件之间设置间隔，A引流部件等间隔设置，B层是A层的相邻排，从流动方向观察，B层引流部件设置在A层的间隔位置处。通过相邻层的引流部件位置互补，能够使得烟气能够在烟气管道内充分的互相运动到相反位置，保证充分混合均匀。需要说明的，此处A层B层不是不是具体明确指定那一层，A、B仅仅是作为一个区别，将其作为相邻层进行区别。

作为优选，沿着烟气的流动方向，烟气管道内壁设置多个引流部件，沿着烟气的流动方向，引流部件的分布密度越来越小。因为随着烟气的不断运动，烟气的混合程度越来越好，因此需要设置分布密度越来越小，以减轻流动阻力，在阻力减小以及材料成本节省的程度上，所述的均温效果达到基本相同的效果。

作为优选，沿着烟气的流动方向，沿着烟气的流动方向，引流部件的分布密度越来越小的幅度不断增加。上述效果是通过大量数值模拟以及实验研究的结果，通过研究发现，该规律符合烟气运动的规律，在阻力进一步减小以及材料成本节省的程度上，所述的均温效果达到基本相同的效果。

作为优选，沿着烟气的流动方向，烟气管道内壁设置多个引流部件，沿着烟气的流动方向，引流部件的尺寸越来越小。因为随着烟气的不断运动，烟气的混合程度越来越好，因此需要设置尺寸越来越小，以减轻流动阻力，在阻力减小以及材料成本节省的程度上，所述的均温效果达到基本相同的效果。

作为优选，沿着烟气的流动方向，烟气管道内壁设置多个引流部件，沿着烟气的流动方向，引流部件的尺寸越来越小的幅度不断增加。上述效果是通过大量数值模拟以及实验研究的结果，通过研究发现，该规律符合烟气运动的规律，在阻力进一步减小以及材料成本节省的程度上，所述的均温效果达到基本相同的效果。

通过大量的数值模拟和实验研究发现，引流部件的角度以及尺寸对于换热以及混合均匀具有很大的影响，引流部件与内壁夹角偏小，会导致混合效果变差，而且导致引流部件尺寸过大，影响流动阻力，夹角偏大，导致搅动流体效果不好，阻力变大，混合效果变差，引流部件的间距过大，会导致扰流效果不好，间距过小会导致增加运动阻力，因此本申请通过大量的数据模拟和实验得到了最近的引流部件结构尺寸优化关系。

作为优选，第一弯曲壁与内壁的连接点与交点23之间第一线的长度L2，第二弯曲壁与内壁的连接点与交点23之间的第二线的长度L1，第一线与内壁的锐角是A2，第二线与内部的锐角是A1，沿着烟气的流动方向上相邻引流部件的间距S(例如图2上侧的相邻的两个引流部件的距离为S)，即相邻引流部件在内壁的中心点之间的距离，中心点就是第一弯曲壁、第二弯曲壁与内壁的连接点连线的中点，满足如下要求：

N＝a-b*Ln(M)，其中N＝(L1+L2)/S，M＝sin(A2)/sin(A1)；Ln是对数函数，

0.2635<a<0.2639，0.0828<b<0.0830；

作为优选，0.25<M<0.75,0.28<N<0.35,45<A1<75°，15<A2<45°；

管道5的直径D＝5000-8000mm。

由上述各式可以进行引流部件结构的最优的设计要求。上述的结构优化公式是本发明的一个主要改进点，是通过大量的数值模拟和实验研究的出来的最有的优化公式，并不是本领域的公知常识。

进一步优选，a＝0.2637，b＝0.0829。

在数据模拟以及实验中发现，引流部件之间的间距必须大于一定距离，否则会导致流体通过上一个引流部件引导到对面方向，但是如果引流部件之间的间距过小，会导致烟气在对面流动，还没充分充满整个管道，此时设置引流部件，起不到混合效果，引流部件仅仅起到是一个折流板作用，没有引导混合的作用，只能增加流动阻力。因此本申请通过大量的研究，提出了一个引流部件最小间距的设计方案，对于此种引流部件的设计具有一定的指导意义。

交点23在内壁上的垂点，交点与垂点形成的线是第三线，第一弯曲壁与内壁的连接点与垂点的距离为H，第一线和第三线形成的锐角为A3，交点位置处的第一弯曲壁的切线与烟气管道的轴线形成的锐角为A4，烟气管道的内管径为R，距离S采用如下方式设计：

(S/H)>a+b*Ln(T)，(S/R)²>c+d*Ln(T)；

其中T＝sin(A3)/sin(A4)，2.754<a<2.759,17.35<b<17.45，1.997<c<1.999，3.430<d<3.432，

30<A3<70°，20<A4<60°；优选1.07<T<1.30；

作为优选，a＝2.757,b＝17.40,c＝1.9998,d＝0.4310；

本发明通过大量的实验以及数值模拟，得到了引流部件最小的设计距离，通过上述设计距离使得阻力降低，同时能够此充分混合。

作为优选，沿着烟气的流动的方向，烟气管道内壁设置多个引流部件，沿着烟气的流动的方向，A2的夹角越来越小。因为随着流体的不断运动，流体的混合程度越来越好，因此需要设置夹角越来越小，以减轻流动阻力，在阻力减小以及材料成本节省的程度上，所述的均温效果达到基本相同的效果。

作为优选，沿着烟气的流动的方向，A2的夹角越来越小的幅度不断增加。上述效果是通过大量数值模拟以及实验研究的结果，通过研究发现，该规律符合流体运动的规律，在阻力进一步减小以及材料成本节省的程度上，所述的均温效果达到基本相同的效果。

作为优选，沿着烟气的流动的方向，烟气管道内壁设置多个引流部件，沿着烟气的流动的方向，A4的夹角越来越小。因为随着流体的不断运动，流体的混合程度越来越好，因此需要设置夹角越来越小，以减轻流动阻力，在阻力减小以及材料成本节省的程度上，所述的均温效果达到基本相同的效果。

作为优选，沿着烟气的流动的方向，A4的夹角越来越小的幅度不断增加。上述效果是通过大量数值模拟以及实验研究的结果，通过研究发现，该规律符合流体运动的规律，在阻力进一步减小以及材料成本节省的程度上，所述的均温效果达到基本相同的效果。

作为优选，沿着烟气的流动的方向，烟气管道内壁设置多个引流部件，沿着烟气的流动的方向，同一层的引流部件与内壁连接的圆弧的总弧度越来越小。因为随着流体的不断运动，流体的混合程度越来越好，因此需要设置的流动空间越来越大，以减轻流动阻力，在阻力减小以及材料成本节省的程度上，所述的均温效果达到基本相同的效果。

作为优选，沿着烟气的流动的方向，同一层的引流部件与内壁连接的圆弧的总弧度越来越小的幅度不断增加。上述效果是通过大量数值模拟以及实验研究的结果，通过研究发现，该规律符合流体运动的规律，在阻力进一步减小以及材料成本节省的程度上，所述的均温效果达到基本相同的效果。

作为优选，沿着烟气的流动的方向，烟气管道内壁设置多个引流部件，沿着烟气的流动的方向，A1的夹角越来越大。因为随着流体的不断运动，流体的混合程度越来越好，因此需要设置夹角越来越大以减少尺寸，以减轻流动阻力，在阻力减小以及材料成本节省的程度上，所述的均温效果达到基本相同的效果。

作为优选，沿着烟气的流动的方向，沿着烟气的流动的方向，A1的夹角越来越大的幅度不断增加。上述效果是通过大量数值模拟以及实验研究的结果，通过研究发现，该规律符合流体运动的规律，在阻力进一步减小以及材料成本节省的程度上，所述的均温效果达到基本相同的效果。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种锅炉系统，所述锅炉系统包括锅炉，所述锅炉顶部设置烟气出口，烟气出口连接烟道，烟道内依次设置空气预热器、省煤器和除尘器，省煤器设置多个，省煤器和空气预热器之间的烟气管道的末端设置多个烟气出口，每个烟气出口分别连接一个省煤器；其特征在于，在省煤器和空气预热器之间的烟气管道上内设置从烟气管道内壁向烟气管道中心延伸的引流部件，所述引流部件包括从内壁延伸的第一弯曲壁和第二弯曲壁，其中第一弯曲壁与内壁连接处切线与内壁形成的锐角小于第二弯曲壁与内壁连接处切线与内壁形成的锐角，第一弯曲壁和第二弯曲壁朝向烟气流动方向弯曲延伸，弯曲方向也朝向烟气流动方向，第一弯曲壁和第二弯曲壁的交点位于第一弯曲壁与内壁连接处的下游，同时位于第二弯曲壁与内壁连接处的下游；引流部件的形状是第一弯曲壁和第二弯曲壁以及内壁沿着烟气管道轴线旋转形成的形状；其特征在于，沿着烟气的流动的方向，烟气管道内壁设置多个引流部件，沿着烟气的流动的方向，烟气迎面的夹角越来越小。

2.如权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于，沿着烟气的流动的方向，A2的夹角越来越小的幅度不断增加。

3.如权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于，交点位置处第一弯曲壁的切线与烟气管道的轴线形成30-60°的夹角。

4.如权利要求1所述的锅炉系统，其特征在于，交点位置处第一弯曲壁的切线与烟气管道的轴线形成45°的夹角。

5.一种锅炉系统，所述锅炉系统包括锅炉，所述锅炉顶部设置烟气出口，烟气出口连接烟道，烟道内依次设置空气预热器、省煤器和除尘器，省煤器设置多个，省煤器和空气预热器之间的烟气管道的末端设置多个烟气出口。

Images