CN114935158B - 一种带有汽冷壁的锅炉炉膛及系统 - Google Patents

一种带有汽冷壁的锅炉炉膛及系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及锅炉技术领域，公开了一种带有汽冷壁的锅炉炉膛及系统,该锅炉炉膛，包括从下至上依次连接的下部水冷壁、上部水冷壁、汽冷壁。本发明解决了现有技术存在的水冷壁偏差大、影响锅炉安全运行等问题。

Description

一种带有汽冷壁的锅炉炉膛及系统
技术领域
本发明涉及锅炉技术领域，具体是一种带有汽冷壁的锅炉炉膛及系统。
背景技术
我国煤电技术经过近20年的快速发展，已从亚临界技术发展至高效超超临界技术。煤电机组改造升级中，对新建煤电机组的供电煤耗提出了更高要求，未来新建的煤电机组的蒸汽参数将进一步提升，以降低机组供电煤耗，并对灵活性运行提出更高要求，以及时消纳新能源。
对于更高参数煤电机组，其锅炉给水温度及压力进一步提高，锅炉水冷壁壁温进一步提高，水动力安全将是面临的主要问题之一。现有高效超超临界锅炉水冷壁通常采用12Cr1MoVG，其壁温余量已较小，当参数进一步提升时，由于壁温偏差的影响，12Cr1MoVG材质的水冷壁强度或不足，需要采取措施保证水冷壁安全，尤其是将来煤电机组在深度调峰时，水冷壁壁温偏差仍将增加。解决壁温偏差增加导致的12Cr1MoVG材质强度不足问题的措施之一就是将水冷壁材质从12Cr1MoVG升级为SA-213T91材质。但SA-213T91材质没有用于膜式壁水冷壁的应用经验，工程应用经验稍显不足。
对于锅炉灵活性运行，由于锅炉中低负荷下处于亚临界运行，工质在炉膛中间混合段还处于汽液两相流，易造成炉膛上部的水冷壁各回路的流量分配不均，导致水冷壁偏差大，影响锅炉安全运行。
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供了一种带有汽冷壁的锅炉炉膛及系统，解决现有技术存在的水冷壁偏差大、影响锅炉安全运行等问题。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：
一种带有汽冷壁的锅炉炉膛，包括从下至上依次连接的下部水冷壁、上部水冷壁、汽冷壁。
作为一种优选的技术方案，所述汽冷壁包括汽冷壁前墙入口集箱、汽冷壁侧墙入口集箱、汽冷壁后墙入口集箱、汽冷壁前墙、汽冷壁侧墙、汽冷壁后墙、汽冷壁前墙出口集箱、汽冷壁侧墙出口集箱、汽冷壁后墙出口集箱,汽冷壁前墙分别与汽冷壁前墙入口集箱、汽冷壁前墙出口集箱相连,汽冷壁侧墙分别与汽冷壁侧墙入口集箱、汽冷壁侧墙出口集箱相连；汽冷壁后墙分别与汽冷壁后墙入口集箱、汽冷壁后墙出口集箱相连。
作为一种优选的技术方案，所述下部水冷壁包括下部水冷壁前墙入口集箱、下部水冷壁侧墙入口集箱、下部水冷壁后墙入口集箱、下部水冷壁前墙、下部水冷壁侧墙、下部水冷壁后墙、下部水冷壁前墙出口集箱、下部水冷壁侧墙出口集箱、下部水冷壁后墙出口集箱，下部水冷壁前墙分别与下部水冷壁前墙入口集箱、下部水冷壁前墙出口集箱相连，下部水冷壁侧墙分别与下部水冷壁侧墙入口集箱、下部水冷壁侧墙出口集箱相连，下部水冷壁后墙分别与下部水冷壁后墙入口集箱、下部水冷壁后墙出口集箱相连。
作为一种优选的技术方案，所述上部水冷壁包括上部水冷壁前墙入口集箱、上部水冷壁侧墙入口集箱、上部水冷壁后墙入口集箱、上部水冷壁前墙、上部水冷壁侧墙、上部水冷壁后墙、上部水冷壁前墙出口集箱、上部水冷壁侧墙出口集箱、上部水冷壁后墙出口集箱、上部水冷壁出口连接管、水冷壁出口混合集箱，上部水冷壁前墙分别与上部水冷壁前墙入口集箱、上部水冷壁前墙出口集箱相连，上部水冷壁侧墙分别与上部水冷壁侧墙入口集箱、上部水冷壁侧墙出口集箱相连，上部水冷壁后墙分别与上部水冷壁后墙入口集箱、上部水冷壁后墙出口集箱相连。
作为一种优选的技术方案，下部水冷壁、上部水冷壁、汽冷壁均为膜式壁。
作为一种优选的技术方案，下部水冷壁采用螺旋管圈或垂直管圈，上部水冷壁采用螺旋管圈或垂直管圈。
一种带有汽冷壁的锅炉系统，包括所述的一种带有汽冷壁的锅炉炉膛，还包括与上部水冷壁、汽冷壁分别连接的汽水分离器、与汽冷壁连接的顶棚过热器。
作为一种优选的技术方案，还包括与下部水冷壁连接的省煤器，与下部水冷壁、上部水冷壁分别水冷壁中间混合集箱，与顶棚过热器连接的包墙过热器。
作为一种优选的技术方案，汽水分离器连接有水冷壁混合集箱至汽水分离器连接管、汽水分离器出口蒸汽连接管。
本发明相比于现有技术，具有以下有益效果：
(1)本发明改变炉膛只采用水冷壁的固有思维和做法，创新性地提出将上部部分炉膛区域改为汽冷壁；
(2)本发明通过将锅炉上部部分炉膛膜式壁工质换为蒸汽，以降低水冷壁上部炉膛的吸热及出口工质温度，提高水冷壁安全性，解决锅炉参数更高时的水冷壁安全问题及材质升档问题；
(3)本发明大幅降低上部水冷壁出口工质偏差，消除水冷壁中低负荷水冷壁偏差大的问题，适应锅炉灵活性运行。
附图说明
图1为常规水冷壁炉膛结构示意图；
图2为本发明带有汽冷壁的炉膛结构示意图；
图3为本发明系统流程图；
图4为带有汽冷壁的W火焰锅炉炉膛(方式一)；
图5为带有汽冷壁的W火焰锅炉炉膛(方式二)；
图6为带有汽冷壁的常规煤粉锅炉炉膛(方式一)；
图7为带有汽冷壁的常规煤粉锅炉炉膛(方式二)；
图8为实施例2中锅炉炉膛基本尺寸图。
附图中标记及相应的零部件名称：1、省煤器；2、下部水冷壁；3、水冷壁中间混合集箱；4、上部水冷壁；5、汽水分离器；6、汽冷壁；7、顶棚过热器；8、包墙过热器；211、下部水冷壁前墙入口集箱；212、下部水冷壁侧墙入口集箱；213、下部水冷壁后墙入口集箱；214、下部水冷壁前墙；215、下部水冷壁侧墙；216、下部水冷壁后墙；217、下部水冷壁前墙出口集箱；218、下部水冷壁侧墙出口集箱；219、下部水冷壁后墙出口集箱；411、上部水冷壁前墙入口集箱；412、上部水冷壁侧墙入口集箱；413、上部水冷壁后墙入口集箱；414、上部水冷壁前墙；415、上部水冷壁侧墙；416、上部水冷壁后墙；417、上部水冷壁前墙出口集箱；418、上部水冷壁侧墙出口集箱；419、上部水冷壁后墙出口集箱；4110、上部水冷壁出口连接管；4111、水冷壁出口混合集箱；611、汽冷壁前墙入口集箱；612、汽冷壁侧墙入口集箱；613、汽冷壁后墙入口集箱；614、汽冷壁前墙；615、汽冷壁侧墙；616、汽冷壁后墙；617、汽冷壁前墙出口集箱；618、汽冷壁侧墙出口集箱；619、汽冷壁后墙出口集箱；511、水冷壁混合集箱至汽水分离器连接管；512、汽水分离器出口蒸汽连接管；811、水平烟道侧包墙；812、后竖井前包墙；813、后竖井中隔墙；814、后竖井后包墙；815、后竖井侧包墙；816、水平烟道底包墙。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图1至图8所示，一种带有汽冷壁的锅炉炉膛，包括从下至上依次连接的下部水冷壁2、上部水冷壁4、汽冷壁6。
作为一种优选的技术方案，所述汽冷壁6包括汽冷壁前墙入口集箱611、汽冷壁侧墙入口集箱612、汽冷壁后墙入口集箱613、汽冷壁前墙614、汽冷壁侧墙615、汽冷壁后墙616、汽冷壁前墙出口集箱617、汽冷壁侧墙出口集箱618、汽冷壁后墙出口集箱619,汽冷壁前墙614分别与汽冷壁前墙入口集箱611、汽冷壁前墙出口集箱617相连,汽冷壁侧墙615分别与汽冷壁侧墙入口集箱612、汽冷壁侧墙出口集箱618相连；汽冷壁后墙616分别与汽冷壁后墙入口集箱613、汽冷壁后墙出口集箱619相连。
作为一种优选的技术方案，所述下部水冷壁2包括下部水冷壁前墙入口集箱211、下部水冷壁侧墙入口集箱212、下部水冷壁后墙入口集箱213、下部水冷壁前墙214、下部水冷壁侧墙215、下部水冷壁后墙216、下部水冷壁前墙出口集箱217、下部水冷壁侧墙出口集箱218、下部水冷壁后墙出口集箱219，下部水冷壁前墙214分别与下部水冷壁前墙入口集箱211、下部水冷壁前墙出口集箱217相连，下部水冷壁侧墙215分别与下部水冷壁侧墙入口集箱212、下部水冷壁侧墙出口集箱218相连，下部水冷壁后墙216分别与下部水冷壁后墙入口集箱213、下部水冷壁后墙出口集箱219相连。
作为一种优选的技术方案，所述上部水冷壁4包括上部水冷壁前墙入口集箱411、上部水冷壁侧墙入口集箱412、上部水冷壁后墙入口集箱413、上部水冷壁前墙414、上部水冷壁侧墙415、上部水冷壁后墙416、上部水冷壁前墙出口集箱417、上部水冷壁侧墙出口集箱418、上部水冷壁后墙出口集箱419、上部水冷壁出口连接管4110、水冷壁出口混合集箱4111，上部水冷壁前墙414分别与上部水冷壁前墙入口集箱411、上部水冷壁前墙出口集箱417相连，上部水冷壁侧墙415分别与上部水冷壁侧墙入口集箱412、上部水冷壁侧墙出口集箱418相连，上部水冷壁后墙416分别与上部水冷壁后墙入口集箱413、上部水冷壁后墙出口集箱419相连。
作为一种优选的技术方案，下部水冷壁2、上部水冷壁4、汽冷壁6均为膜式壁。
作为一种优选的技术方案，下部水冷壁2采用螺旋管圈或垂直管圈，上部水冷壁4采用螺旋管圈或垂直管圈。
一种带有汽冷壁的锅炉系统，还包括与上部水冷壁4、汽冷壁6分别连接的汽水分离器5、与汽冷壁6连接的顶棚过热器7。
作为一种优选的技术方案，还包括与下部水冷壁2连接的省煤器1，与下部水冷壁2、上部水冷壁4分别水冷壁中间混合集箱3，与顶棚过热器7连接的包墙过热器8。
作为一种优选的技术方案，汽水分离器5连接有水冷壁混合集箱至汽水分离器连接管511、汽水分离器出口蒸汽连接管512。
本发明提出一种带有汽冷壁的锅炉炉膛及系统，改变炉膛只采用水冷壁的固有思维和做法(图1)，创新性地提出将上部部分炉膛区域改为汽冷壁(图2)。通过将锅炉上部部分炉膛膜式壁工质换为蒸汽，以降低水冷壁上部炉膛的吸热及出口工质温度，提高水冷壁安全性，解决锅炉参数更高时的水冷壁安全问题及材质升档问题；大幅降低上部水冷壁出口工质偏差，消除水冷壁中低负荷水冷壁偏差大的问题，适应锅炉灵活性运行。
本发明提出一种带有汽冷壁的锅炉炉膛及系统，通过将锅炉上部炉膛工质换为蒸汽，以降低水冷炉膛的吸热，降低水冷壁壁温偏差及出口工质温度，提高水冷壁安全性。
本发明可以解决如下问题：
1)降低煤电机组频繁调峰带来的水冷壁壁温偏差，防止水冷壁拉裂；如将该技术应用于超超临界W火焰锅炉，则可解决因给水温度提高带来的水冷壁偏差增大、水动力安全问题。
2)降低水冷壁偏差管壁温，提高水冷壁安全性；
解决锅炉参数更高时的水冷壁安全问题及材质升档问题，为630℃/650℃/700℃锅炉炉膛设计提供一种解决思路。
实施例2
如图1至图8所示，作为实施例1的进一步优化，本实施例还包括以下技术特征：
一种带有汽冷壁的锅炉炉膛及系统，包括：省煤器、下部水冷壁、水冷壁中间混合集箱、上部水冷壁、汽水分离器、汽冷壁、顶棚过热器、包墙过热器。
锅炉可以是W型火焰锅炉，也可以是常规煤粉锅炉(包括对冲燃烧锅炉和四角切圆燃烧锅炉)。
锅炉给水经省煤器后依次进入下部水冷壁、水冷壁中间混合集箱和上部水冷壁，然后进入汽水分离器，汽水分离器引出的饱和蒸汽依次进入炉膛上部的汽冷壁、顶棚过热器、包墙过热器，最后再进入下一级过热器。
锅炉炉膛从下到上依次由下部水冷壁、上部水冷壁、汽冷壁组成。
下部水冷壁由下部水冷壁前墙入口集箱、下部水冷壁侧墙入口集箱、下部水冷壁后墙入口集箱、下部水冷壁前墙、下部水冷壁侧墙、下部水冷壁后墙、下部水冷壁前墙出口集箱、下部水冷壁侧墙出口集箱、下部水冷壁后墙出口集箱组成。
下部水冷壁可以是螺旋管圈，也可以是垂直管。
上部水冷壁由上部水冷壁前墙入口集箱、上部水冷壁侧墙入口集箱、上部水冷壁后墙入口集箱、上部水冷壁前墙、上部水冷壁侧墙、上部水冷壁后墙、上部水冷壁前墙出口集箱、上部水冷壁侧墙出口集箱、上部水冷壁后墙出口集箱、上部水冷壁出口连接管、水冷壁出口混合集箱组成。
上部水冷壁可以是螺旋管圈，也可以是垂直管。
下部水冷壁和上部水冷壁之间设置混合集箱，下部水冷壁的工质从下部水冷壁出口集箱引出至混合集箱，然后再由混合集箱引至上部水冷壁入口集箱。
汽冷壁由汽冷壁前墙入口集箱、汽冷壁侧墙入口集箱、汽冷壁后墙入口集箱、汽冷壁前墙、汽冷壁侧墙、汽冷壁后墙、汽冷壁前墙出口集箱、汽冷壁侧墙出口集箱、汽冷壁后墙出口集箱组成。
上部水冷壁出口的工质经水冷壁混合集箱至汽水分离器连接管引入汽水分离器，分离器出口的工质经出口蒸汽连接管引入汽冷壁。锅炉启动/停炉阶段，汽水分离器分离出的水进入锅炉启动系统中。
锅炉水平烟道底部可以是水冷壁，也可以是汽冷包墙过热器。若是水冷壁，则其为上部水冷壁后墙(见图4和图6)；若是汽冷包墙过热器，则其水平烟道底包墙(见图5和图7)。
以某1000MW高效超超临界对冲燃烧一次再热锅炉的不同方案为例进行说明：
锅炉基本信息：
项目 单位 数据
锅炉出口主蒸汽压力 MPa 29.4
锅炉出口主蒸汽温度 ℃ 605
锅炉再热蒸汽入口温度 ℃ 362
锅炉再热蒸汽出口温度 ℃ 623
给水温度 ℃ 314
炉膛宽度 m ～34
炉膛深度 m ～18
炉膛高度 m ～75
方案一为传统方案：锅炉炉膛高度共75m，全部是水冷炉膛，水冷壁分为上下两部分，下部为螺旋管圈，高度～53m，上部为垂直管圈，高度～22m。
方案二为按照本发明技术的方案：锅炉炉膛高度共75m，从下到上依次为下部螺旋水冷壁、上部垂直水冷壁、汽冷壁。其中汽冷壁高度～15m。
按照上述两方案，锅炉炉膛不同高度的水冷壁工质温度及壁温对比如下表：
Figure BDA0003645410360000091
从计算结果可以看出，采用本发明技术，可以降低水冷壁出口工质温度，同时也可以降低水冷壁出口壁温偏差。
具体实施例：以某1000MW高效超超临界对冲燃烧一次再热锅炉为例进行说明：
按照本发明实施的锅炉炉膛基本尺寸如下表：
项目 单位 数据
炉膛宽度 m ～34
炉膛深度 m ～18
炉膛高度 m ～75
水冷壁高度 m ～60
汽冷壁高度 m ～15
如上所述，可较好地实现本发明。
本说明书中所有实施例公开的所有特征，或隐含公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合和/或扩展、替换。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，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 (6)

1.一种带有汽冷壁的锅炉炉膛，其特征在于，包括从下至上依次连接的下部水冷壁(2)、上部水冷壁(4)、汽冷壁(6)，所述汽冷壁(6)包括汽冷壁前墙入口集箱(611)、汽冷壁侧墙入口集箱(612)、汽冷壁后墙入口集箱(613)、汽冷壁前墙(614)、汽冷壁侧墙(615)、汽冷壁后墙(616)、汽冷壁前墙出口集箱(617)、汽冷壁侧墙出口集箱(618)、汽冷壁后墙出口集箱(619),汽冷壁前墙(614)分别与汽冷壁前墙入口集箱(611)、汽冷壁前墙出口集箱(617)相连,汽冷壁侧墙(615)分别与汽冷壁侧墙入口集箱(612)、汽冷壁侧墙出口集箱(618)相连；汽冷壁后墙(616)分别与汽冷壁后墙入口集箱(613)、汽冷壁后墙出口集箱(619)相连；
所述下部水冷壁(2)包括下部水冷壁前墙入口集箱(211)、下部水冷壁侧墙入口集箱(212)、下部水冷壁后墙入口集箱(213)、下部水冷壁前墙(214)、下部水冷壁侧墙(215)、下部水冷壁后墙(216)、下部水冷壁前墙出口集箱(217)、下部水冷壁侧墙出口集箱(218)、下部水冷壁后墙出口集箱(219)，下部水冷壁前墙(214)分别与下部水冷壁前墙入口集箱(211)、下部水冷壁前墙出口集箱(217)相连，下部水冷壁侧墙(215)分别与下部水冷壁侧墙入口集箱(212)、下部水冷壁侧墙出口集箱(218)相连，下部水冷壁后墙(216)分别与下部水冷壁后墙入口集箱(213)、下部水冷壁后墙出口集箱(219)相连；
所述上部水冷壁(4)包括上部水冷壁前墙入口集箱(411)、上部水冷壁侧墙入口集箱(412)、上部水冷壁后墙入口集箱(413)、上部水冷壁前墙(414)、上部水冷壁侧墙(415)、上部水冷壁后墙(416)、上部水冷壁前墙出口集箱(417)、上部水冷壁侧墙出口集箱(418)、上部水冷壁后墙出口集箱(419)、上部水冷壁出口连接管(4110)、水冷壁出口混合集箱(4111)，上部水冷壁前墙(414)分别与上部水冷壁前墙入口集箱(411)、上部水冷壁前墙出口集箱(417)相连，上部水冷壁侧墙(415)分别与上部水冷壁侧墙入口集箱(412)、上部水冷壁侧墙出口集箱(418)相连，上部水冷壁后墙(416)分别与上部水冷壁后墙入口集箱(413)、上部水冷壁后墙出口集箱(419)相连。
2.根据权利要求1所述的一种带有汽冷壁的锅炉炉膛，其特征在于，下部水冷壁(2)、上部水冷壁(4)、汽冷壁(6)均为膜式壁。
3.根据权利要求2所述的一种带有汽冷壁的锅炉炉膛，其特征在于，下部水冷壁(2)采用螺旋管圈或垂直管圈，上部水冷壁(4)采用螺旋管圈或垂直管圈。
4.一种带有汽冷壁的锅炉系统，其特征在于，包括权利要求1至3任一项所述的一种带有汽冷壁的锅炉炉膛，还包括与上部水冷壁(4)、汽冷壁(6)分别连接的汽水分离器(5)、与汽冷壁(6)连接的顶棚过热器(7)。
5.根据权利要求4所述的一种带有汽冷壁的锅炉系统，其特征在于，还包括与下部水冷壁(2)连接的省煤器(1)，与下部水冷壁(2)、上部水冷壁(4)分别水冷壁中间混合集箱(3)，与顶棚过热器(7)连接的包墙过热器(8)。
6.根据权利要求4或5所述的一种带有汽冷壁的锅炉系统，其特征在于，汽水分离器5连接有水冷壁混合集箱至汽水分离器连接管(511)、汽水分离器出口蒸汽连接管(512)。
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