CN116221720A - 一种自然循环流化床锅炉水循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自然循环流化床锅炉水循环系统，对流受热面入口集箱的入口端通过第一连接管连接有分配集箱，第一连接管为螺旋管；对流受热面出口集箱的出口端通过第二连接管连接有锅炉顶部汇集集箱；炉内水冷壁的入口端和出口端分别连接有水冷壁下集箱和和水冷壁上集箱，锅炉顶部汇集集箱的出口端与水冷壁下集箱的入口端通过第一下降管连接，第一下降管的水平管段内和竖直下降管段内分别设置有水平隔板和螺旋式分流隔板，水平管段为连接竖直下降管段和锅炉顶部汇集集箱出口端的管段。本发明的目的在于防止锅炉顶部汇集集箱与水冷壁下集箱之间的下降管带汽，以及防止分配集箱和受热面入口集箱之间的连接管发生爆管事故。

Description

一种自然循环流化床锅炉水循环系统

技术领域

本发明属于火电机组锅炉水循环稳定性技术领域，具体涉及一种自然循环流化床锅炉水循环系统。

背景技术

自然循环流化床锅炉中的燃料是在流化状态下进行低温、循环燃烧，正是由于自然循环流化床锅炉具有燃料适用性广、环保性能优良和负荷调节性强等优点，近十余年来，大型自然循环流化床锅炉在国内得到大力发展。为更好地利用劣质煤，大容量自然循环流化床锅炉已被发电行业广泛应用。

自然循环流化床锅炉的结构简单，但其水循环系统稳定性较差，在低负荷运行及锅炉压火时，受热管内的工质流速较低，循环动力不足，因此会导致锅炉顶部汇集集箱与水冷壁下集箱之间的下降管带汽，即下降管内存在气塞而导致水循环系统的循环停滞，进而导致水循环系统发生爆管问题。此外，受工作环境、煤质品质以及自然循环流化床锅炉尾部烟道内的烟气流动不均匀的影响，受热管间存在吸热量差异，使得每一列管排内的工质流量分布不均，使得管壁温度差异较大，进而产生热应变，热应变严重时可能会发生分配集箱和受热面入口集箱之间的连接管发生爆管事故。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种自然循环流化床锅炉水循环系统，其目的在于防止锅炉顶部汇集集箱与水冷壁下集箱之间的下降管带汽，以及防止分配集箱和受热面入口集箱之间的连接管发生爆管事故。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种自然循环流化床锅炉水循环系统，包括尾部烟道对流受热面和炉内水冷壁，所述尾部烟道对流受热面的入口端和出口端分别连接有对流受热面入口集箱和对流受热面出口集箱，所述对流受热面入口集箱的入口端通过第一连接管连接有分配集箱，所述第一连接管为螺旋管；所述对流受热面出口集箱的出口端通过第二连接管连接有锅炉顶部汇集集箱；所述炉内水冷壁的入口端和出口端分别连接有水冷壁下集箱和和水冷壁上集箱，所述锅炉顶部汇集集箱的出口端与所述水冷壁下集箱的入口端通过第一下降管连接，所述第一下降管的水平管段内和竖直下降管段内分别设置有水平隔板和螺旋式分流隔板，所述水平管段为连接所述竖直下降管段和所述锅炉顶部汇集集箱出口端的管段。

进一步地，所述第一连接管内加装有节流圈。

进一步地，所述第一连接管与所述对流受热面入口集箱的入口端之间加装有非等分T型件。

进一步地，所述尾部烟道对流受热面的入口端位置加装有节流圈。

进一步地，所述第一下降管与所述水冷壁下集箱的入口端之间加装有非等分T型件。

进一步地，所述水冷壁上集箱的出口端通过第三连接管连接有锅筒，所述锅筒的出口端与所述水冷壁下集箱的入口端通过第二下降管连接。

进一步地，所述锅筒的入口端与所述锅炉顶部汇集集箱的出口端通过再循环管连接，所述再循环管上设置有控制阀门。

进一步地，所述锅筒的出口端与所述分配集箱的入口端通过第三下降管连接，所述第三下降管上设置有控制阀门。

进一步地，所述锅筒和所述锅炉顶部汇集集箱上设置有放汽端。

进一步地，所述分配集箱上设置有回水端。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供的一种自然循环流化床锅炉水循环系统，在第一下降管的水平管段内和竖直下降管段内分别设置有水平隔板和螺旋式分流隔板，循环流化床锅炉尾部烟道中经高温烟气加热后的汽水混合物流出锅炉顶部汇集集箱后，在顶部水平管段中经过水平隔板进行汽水混合物的干湿分离，即汽水混合物在重力作用下，密度比较大的水位于水平连接管的下部、密度比较小的干蒸汽浮于水平管段上部，实现水、汽的上下分离；然后，经过干湿分离后的汽水混合物在竖直下降管段中由螺旋式分流隔板将循环水分隔于两侧，同时螺旋式分流隔板起到对循环汽水混合物的导流作用，能够有效避免循环水在第一下降管的竖直下降管段中发生停滞和脉动现象，防止危害系统安全性的情况出现。同时，对流受热面入口集箱的入口端和分配集箱之间的连接管为螺旋管，螺旋管式的连接管，一方面作为连接管，将分配集箱输送过来的工质转运到对流受热面入口集箱中；另一方面，螺旋管式的形式具有一定程度上的“弹簧”的作用，即当尾部烟道对流受热面中的工质温度产生较大变化时，能够适应工质热应力变化导致的形变，如热膨胀，采用螺旋管式膨胀节，能够允许一定程度的形变，即在锅炉尾部烟道对流受热面因热力变化导致的热形变较大时，允许系统沿高度方向上的微小形变延展，可以有效避免因工质热应力变化导致形变而造成的连接管的损坏，如发生管破裂、焊缝泄露和爆管状况。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种自然循环流化床锅炉水循环系统的流程简图；

图2为本发明一种自然循环流化床锅炉水循环系统的第一下降管内部结构示意图；

图3为本发明一种自然循环流化床锅炉水循环系统的第一连接管结构示意图；

图4为本发明一种自然循环流化床锅炉水循环系统的节流圈安装位置示意图；

图5为本发明一种自然循环流化床锅炉水循环系统的T型件结构安装示意图；

图6为节流圈示意图。

图中：1-分配集箱；2-对流受热面入口集箱；3-尾部烟道对流受热面；4-对流受热面出口集箱；5-锅炉顶部汇集集箱；6-再循环管；7-锅筒；8-第二下降管；9-水冷壁上集箱；10-炉内水冷壁；11-水冷壁下集箱；12-第一下降管；13-第一连接管；14-第二连接管；15-水平隔板；16-螺旋式分流隔板；17-第三连接管；18-非等分T型件；19-节流圈；20-第三下降管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

作为本发明的某一具体实施方式，结合图1、图2和图3所示，本实施方式提供了一种自然循环流化床锅炉水循环系统，包括尾部烟道对流受热面3和炉内水冷壁10，尾部烟道对流受热面3的入口端和出口端分别连接有对流受热面入口集箱2和对流受热面出口集箱4，对流受热面入口集箱2的入口端通过第一连接管13连接有分配集箱1，结合图3所示，第一连接管13为螺旋管；对流受热面出口集箱4的出口端通过第二连接管14连接有锅炉顶部汇集集箱5。炉内水冷壁10的入口端和出口端分别连接有水冷壁下集箱11和和水冷壁上集箱9，锅炉顶部汇集集箱5的出口端与水冷壁下集箱11的入口端通过第一下降管12连接，结合图2所示，第一下降管12的水平管段内和竖直下降管段内分别设置有水平隔板15和螺旋式分流隔板16，其中，水平管段为连接竖直下降管段和锅炉顶部汇集集箱5出口端的管段。

本发明的自然循环流化床锅炉水循环系统中，整个自然循环流化床锅炉的受热管按传热方式分为炉内水冷壁和尾部烟道对流受热面。炉内水冷壁按照位置分为前、后、左、右共四个侧墙，有若干根并联上升受热管。锅炉尾部烟道中对流受热面由若干根受热管组成，相邻管列的受热管错列布置，强化高温烟气对管束的对流传热效果。循环流化床锅炉中，炉膛中燃料燃烧产生的高温烟气流经尾部烟道，与尾部烟道中布置的受热管(尾部烟道对流受热面)冲刷进行对流换热，加热其中的工质。锅炉回水进入分配集箱1，工质分配进入对流受热面入口集箱2，经尾部烟道受热面3与烟气对流换热流入对流受热面出口集箱4，经顶棚管汇入锅炉顶部汇集集箱5。锅炉顶部汇集集箱5中的工质通过第一下降管12进入水冷壁下集箱11。

本发明在循环流化床锅炉的第一下降管12中加装布置螺旋式分流隔板16和水平隔板15，作用为将蒸发不完全的两相水，借助重力作用、导流内隔板实现干湿隔离，提高系统水动力的稳定性。也就是说，下降管内设置螺旋式分流隔板和水平隔板，使得从锅炉顶部汇集集箱出来的循环工质，一定程度上干湿分离，有效防止脉动、流动停滞、气塞等流动不稳定状况出现。换句话说，将两相状态的蒸发水，首先借助重力作用实现干湿分离，在之后采用螺旋式分流隔板引流，避免出现气塞停滞、脉动等流动不稳定现象。

本发明将第一连接管13设置为螺旋管，设置于分配集箱1与对流受热面入口集箱2之间的连接管处，即采用螺旋管式的连接管，在输送工质的同时，起到膨胀节的作用，通过螺旋管式的连接管为锅炉受热面因热应力而产生的应变留有裕度，避免因热形变而造成的连接管爆管、裂缝、断裂而造成工质泄露等安全事故，更好地保证系统的安全稳定运行。

优选的，也可以将第一下降管12与水冷壁下集箱11之间的连接管设置为螺旋管，能够允许一定程度的形变，可以有效避免因工质热应力变化导致形变而造成的零件的损坏，增加第一下降管在运行过程中的安全性。

在上述实施方式的基础上，作为更加优选的实施方式，结合图4和图6所示，在第一连接管13内加装有节流圈19。循环流化床锅炉的尾部烟道对流受热面中沿烟气流动方向局部排数的管子，在分配集箱1与对流受热面入口集箱2之间的第一连接管中加装节流圈，具体加装节流圈的管排因工程实际需要而定。通过设置节流圈，能够使集箱中不同温度参数的循环工质混合更为均匀，保证循环流化床锅炉受热管中循环工质对管壁的冷却，明显降低在同一高度、同一节点处循环工质沿水平方向上的热偏差。

在上述实施方式的基础上，作为更加优选的实施方式，结合图5所示，在第一连接管13与对流受热面入口集箱2的入口端之间加装有非等分T型件18。具体地说，非等分T型件设置于锅炉尾部烟道内热负荷较低区域的下部连接管中，主要作用为将小部分的工质引入/排入热负荷更高区域的管排中。通过设置T型件，能够使集箱中不同温度参数的循环工质混合更为均匀，保证循环流化床锅炉受热管中循环工质对管壁的冷却，明显降低在同一高度、同一节点处循环工质沿水平方向上的热偏差。

在上述实施方式的基础上，作为更加优选的实施方式，在尾部烟道对流受热面3的入口端位置加装有节流圈19。通过设置节流圈，能够使对流受热面中工质流量分配更为合理，保证循环工质对受热管壁的冷却，避免同一排管束因冷却效果不同，管束之间存在较大的热形变而导致受热管热弯曲或爆管事故。

在上述实施方式的基础上，作为更加优选的实施方式，第一下降管12与水冷壁下集箱11的入口端之间加装有非等分T型件18。具体地说，非等分T型件设置于第一下降管12与水冷壁下集箱11之间的入口部分，作用为调节流量分布、强化工质的均匀分配，采用T型件，增加循环工质在集箱底部的入口数量，有利于工质在水冷壁下集箱中的充分混合与均匀分布。通过设置T型件，能够使集箱中不同温度参数的循环工质混合更为均匀，保证循环流化床锅炉受热管中循环工质对管壁的冷却，明显降低在同一高度、同一节点处循环工质沿水平方向上的热偏差。

本发明T型件的使用，调整了同一列管排的流量分布，使得循环工质在集箱底部的入口数量增加了一倍，有利于工质在集箱中的充分混合，使每一根管子进入的工质流量最大可能性的相等，减弱了管排在宽度方向上的热偏差。

本发明中，水冷壁上集箱9的出口端通过第三连接管17连接有锅筒7，锅筒7的出口端与水冷壁下集箱11的入口端通过第二下降管8连接。锅筒7中的循环水经第二下降管8进入水冷壁下集箱11，炉内水冷壁10内的工质吸收炉内燃料燃烧释放的热量，向上流动进入水冷壁上集箱9，最后通过第三连接管17进入锅筒7内。

优选的，锅筒7的入口端与锅炉顶部汇集集箱5的出口端通过再循环管6连接，再循环管6上设置有控制阀门。同时，锅筒7的出口端与分配集箱1的入口端通过第三下降管20连接，第三下降管20上设置有控制阀门。通过该结构设计，在锅炉突遇停电事故时，打开再循环管6和第三下降管20上的控制阀门，能够使尾部烟道对流受热面内的工质处于自然循环状态，提高系统对突发事故的应对能力。

优选的，锅筒7和锅炉顶部汇集集箱5装设有放汽端，放气端与汽轮机连接，锅筒和锅炉顶部汇集集箱通过放汽，使过热蒸汽进入汽轮机作功。分配集箱1装设有回水端，回水端与汽轮机连接，回水端引回汽轮机作功后的冷凝水进行循环利用。

本发明水循环流程具体如下：如图1所示，炉膛内水侧流程为：循环工质自锅筒7中经第二下降管8(工程实践中一般将其设置在循环流化床锅炉炉膛受热区域外部，作为炉外下降管)进入水冷壁下集箱11，水冷壁下集箱11中的工质在炉内水冷壁10中吸热上升进入水冷壁上集箱9，经第三连接管17流入锅筒7中。尾部烟道水侧流程为：循环回水进入分配集箱1，然后经第一连接管13流入对流受热面入口集箱2，在尾部烟道对流受热面3中与高温烟气对流吸热上升进入对流受热面出口集箱4，依次经过锅炉顶部汇集集箱5和第一下降管12进入水冷壁下集箱11，最终循环汇入锅筒7中。

本实施方式中，循环流化床锅炉中的受热管一般采用优化传热的内螺纹管结构，或采用外螺旋鳍片管，强化烟气与管外壁、管内壁与工质之间的热传递，提高系统的能量利用效率。

具体地说，循环流化床锅炉尾部烟道对流受热面3中设计的受热管均采用开齿螺旋鳍片管，同时在管壁外壁面敷设耐磨材料，在烟气侧烟气流动过程中施加足够的引导扰流，强化受热管与烟气之间的传热，提高能量利用效率。循环流化床锅炉尾部烟道内部沿宽度方向上每一列受热管、连接管均等间距并行布置，具体涉及分配集箱1与对流受热面入口集箱2之间的连接管、尾部烟道对流受热面3以及对流受热面出口集箱4与锅炉顶部汇集集箱5之间的连接管。

在尾部烟道对流受热面中，沿烟气流程方向上的受热管会由于每列管排吸热量的差异，导致流量正响应/负相应特性；进入对流受热面出口集箱4中的工质会存在长度方向上的干度差异，导致集箱在长度方向上产生热应力，严重的会导致工质流量较小的管排管壁无法得到较好的冷却而产生超温爆管事故。因此，在工程实际中，可根据工程需要，在尾部烟道对流受热面3中的前/后n排分配集箱与对流受热面入口集箱之间的连接管加装节流圈。

一般的，当循环流化床锅炉尾部烟道受热面在宽度方向上热偏差不大，考虑成本、实际情况后决定将节流圈集中加装在数量相对受热管较少的连接管中。若实际情况中，宽度方向热偏差较大、管子结构差异等，也可以将节流圈加装在受热管单管入口，即尾部烟道入口集箱2与尾部烟道对流受热面3的连接处。

对于尾部烟道对流受热面，若在宽度方向上存在较大的热偏差，集箱中流量的不均分布会影响每列管排中流量的合理分配，则可以引用加装T型件，设置于分配集箱1与对流受热面入口集箱2之间，尽可能削弱因结构而引起的流量不均问题。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种自然循环流化床锅炉水循环系统，其特征在于，包括尾部烟道对流受热面(3)和炉内水冷壁(10)，所述尾部烟道对流受热面(3)的入口端和出口端分别连接有对流受热面入口集箱(2)和对流受热面出口集箱(4)，所述对流受热面入口集箱(2)的入口端通过第一连接管(13)连接有分配集箱(1)，所述第一连接管(13)为螺旋管；所述对流受热面出口集箱(4)的出口端通过第二连接管(14)连接有锅炉顶部汇集集箱(5)；所述炉内水冷壁(10)的入口端和出口端分别连接有水冷壁下集箱(11)和和水冷壁上集箱(9)，所述锅炉顶部汇集集箱(5)的出口端与所述水冷壁下集箱(11)的入口端通过第一下降管(12)连接，所述第一下降管(12)的水平管段内和竖直下降管段内分别设置有水平隔板(15)和螺旋式分流隔板(16)，所述水平管段为连接所述竖直下降管段和所述锅炉顶部汇集集箱(5)出口端的管段。

2.根据权利要求1所述的一种自然循环流化床锅炉水循环系统，其特征在于，所述第一连接管(13)内加装有节流圈(19)。

3.根据权利要求1所述的一种自然循环流化床锅炉水循环系统，其特征在于，所述第一连接管(13)与所述对流受热面入口集箱(2)的入口端之间加装有非等分T型件(18)。

4.根据权利要求1所述的一种自然循环流化床锅炉水循环系统，其特征在于，所述尾部烟道对流受热面(3)的入口端位置加装有节流圈(19)。

5.根据权利要求1所述的一种自然循环流化床锅炉水循环系统，其特征在于，所述第一下降管(12)与所述水冷壁下集箱(11)的入口端之间加装有非等分T型件(18)。

6.根据权利要求1所述的一种自然循环流化床锅炉水循环系统，其特征在于，所述水冷壁上集箱(9)的出口端通过第三连接管(17)连接有锅筒(7)，所述锅筒(7)的出口端与所述水冷壁下集箱(11)的入口端通过第二下降管(8)连接。

7.根据权利要求6所述的一种自然循环流化床锅炉水循环系统，其特征在于，所述锅筒(7)的入口端与所述锅炉顶部汇集集箱(5)的出口端通过再循环管(6)连接，所述再循环管(6)上设置有控制阀门。

8.根据权利要求6所述的一种自然循环流化床锅炉水循环系统，其特征在于，所述锅筒(7)的出口端与所述分配集箱(1)的入口端通过第三下降管(20)连接，所述第三下降管(20)上设置有控制阀门。

9.根据权利要求6所述的一种自然循环流化床锅炉水循环系统，其特征在于，所述锅筒(7)和所述锅炉顶部汇集集箱(5)上设置有放汽端。

10.根据权利要求1所述的一种自然循环流化床锅炉水循环系统，其特征在于，所述分配集箱(1)上设置有回水端。

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