CN202109457U - 一种用于煤气锅炉的大比例热负荷调节装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于煤气锅炉的大比例热负荷调节装置，包括包括炉膛、水冷蒸发屏、尾部烟道，其中水冷蒸发屏固定在炉膛内，尾部烟道分为尾部烟道Ⅰ和尾部烟道Ⅱ，在尾部烟道Ⅰ和尾部烟道Ⅱ内均设置有烟气调节挡板，通过调节受热面的对流传热能力，以满足燃烧不同燃料时获得稳定的锅炉的热效率和蒸汽温度，保证锅炉热效率和蒸汽温度。此外由于炉膛设置了冷水屏，可大比例降低省煤器换热负荷，降低特殊工况单侧省煤器含汽率，保证设备安全。

Description

一种用于煤气锅炉的大比例热负荷调节装置

技术领域

本实用新型涉及锅炉技术领域，尤其涉及一种通过调节对流传热的受热面，以满足不同燃料燃烧工况，并通过减少省煤器换热负荷，降低特殊工况单侧省煤器含汽率，保证设备安全的用于煤气锅炉的大比例热负荷调节装置。

背景技术

锅炉作为现代工业重要的动力设备，燃烧各种燃料将热量转化为蒸汽内能以推动蒸汽发电机组工作。锅炉的常规燃料为动力煤、燃油、天然气等高发热值物质，随着社会的发展，对能源的需求不断增大，常规能源的供给出现逐渐衰竭的迹象，对工业系统中的工艺废弃能源、人类生活和自然界中的低热值燃料的利用逐渐发展起来，作为常规燃料的补充与之共同使用。

钢铁产业的煤气就是近年发展起来的一种特殊燃料。钢铁行业中会产生高炉煤气（BFG）、转炉煤气（LDG）、焦炉煤气（COG），而钢铁行业对电力需求又很大，所以以煤气为主配合常规燃料使用的锅炉单台容量逐步增加，目前国内已经达到配置125～150MW机组等级。125～150MW汽轮发电机组采用超高压蒸汽参数，使用一次再热蒸汽循环系统，机组效率高，负荷调节范围大，可以满足企业自备电站的需求。

但是与常规燃料相比高炉煤气（BFG）、转炉煤气（LDG）的各项特性指标均差异很大。首先发热值很低，只有常规燃料的1/3到1/10，其次燃烧后温度低，烟气量大，烟尘浓度低。这些都造成锅炉各部分受热面的换热能力和换热负荷不匹配，加之企业自备电站受工艺条件影响，锅炉整体负荷变化很大，在蒸汽参数保证、效率保证、金属材料安全保证等方面。这些因素都和燃料在锅炉内的燃烧和传热过程相关，炉内传热方式分为两种：辐射和对流，炉膛部位传热主要以辐射为主，烟道部位主要以对流为主。

抛开锅炉结构性因素外，辐射换热与烟气温度、烟气成分、烟尘浓度相关，其中尤以烟气温度影响最大，辐射换热系数与温度之间为指数1.8倍的关系，常规燃料绝热燃烧温度可以达到1700～1900℃甚至更高，而高炉煤气（BFG）、转炉煤气（LDG）只有1200～1400℃，辐射换热能力只有常规燃料的一半左右；而对流换热与烟气流速、烟尘浓度、烟气温度、烟气成分相关，影响最大的是烟气流速、烟尘浓度，低热值煤气包含有很大比例的惰性气体，同等发热值对应的烟气量约是常规燃料的2倍，而且在纯燃气状态烟尘含量几乎为零，因此烟速可以达到14m/s，燃煤状态烟速一般为8m/s，对流传热系数相差40%左右。烟气体积的较大变化，会引起尾部受热面吸热比例的变化和排烟温度的变化，由于其布置有受热面，必然会影响锅炉的热效率和蒸汽温度的波动，并且由于烟道内烟气流变化，某些工况条件下会造成单侧省煤器含汽率过高，对于水平横置管会产生汽水分层，以至于造成管子上部超温等不安全因素。使用常规燃料的锅炉如果不做修改，直接使用低热值煤气时锅炉内部的工作状态往往偏离预期值，严重时甚至造成产品失效。

由于煤气锅炉尚处于发展状态，在开发此技术时期尚未有125～150MW汽轮发电机组等级锅炉。而且现有投运的煤气锅炉都存在着蒸汽超温、排烟温度偏高的现象。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种通过调节对流传热的受热面，以满足不同燃料燃烧工况，并通过减少省煤器换热负荷，降低特殊工况单侧省煤器含汽率，保证设备安全的用于煤气锅炉的大比例热负荷调节装置。

为了达到上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：一种用于煤气锅炉的大比例热负荷调节装置，包括炉膛、尾部烟道和布置于炉膛内水冷蒸发屏，其中，炉膛连接尾部烟道，所述的尾部烟道分支成尾部烟道I和尾部烟道II，所述的尾部烟道I和尾部烟道II内均设置有烟气调节挡板，所述的尾部烟道I和尾部烟道II分别设置有内设置有受热面I和受热面II；所述的尾部烟道I和尾部烟道II的下部合并于尾部烟道内。锅炉运行期间再热蒸汽温度调节采用烟气流量调节方式，因此必须要设置成双通道结构，其中一个通道放置再热器，另一个通道放置过热器或者省煤器，再于两个分支尾部烟道内布置省煤器，满足整体热量回收的要求。

所述的尾部烟道I和尾部烟道II位于炉膛的同一侧，所述的烟气调节挡板采用多蝶片对开式挡板，使烟气挡板的调节特性在一定开度范围内呈等百分比特性，两个通道挡板组合调节可以实现最大分配比1：9，可以在100%～50%负荷波动范围实现蒸汽温度调节，但是也造成某些负荷时单侧通道省煤器热负荷的上升，当换热量超过汽化潜热时，省煤器内水介质会转化为汽水混合介质，尤其是在高负荷时，为了使再热器具备低负荷报参数的能力，首先必须具备足够的换热面积，在不增加炉膛高度和容积的条件下，在炉膛上部设置水冷蒸发屏，增大炉膛水冷蒸发换热面积，提高炉膛区域的换热份额，控制省煤器的总体换热负荷，经保证单侧省煤器最大含汽率。

作为优选，所述的受热面I由再热器和省煤器I组成，所述的受热面II由过热器和省煤器II组成或单独为省煤器II；作为优选，所述的受热面I由过热器和省煤器II组成，所述的受热面II由再热器和省煤器I组成或单独为省煤器I。锅炉运行期间再热蒸汽温度调节采用烟气流量调节方式，因此必须要设置成双通道结构，其中一个通道放置再热器，另一个通道放置过热器或者省煤器，同时两个通道再布置有省煤器，加上两个通道内设置独立的烟道调节挡板，以满足烟气调节要求。

所述的尾部烟道I和尾部烟道II的下部合并处设置有受热面Ⅲ。作为优选，所述的受热面I为再热器，受热面II为省煤器I，受热面Ⅲ为省煤器II；作为优选，所述的受热面I为省煤器I，受热面II为再热器，受热面Ⅲ为省煤器II。对于两个通道大比例的烟气流量调节会使两个通道出口的烟气温度偏差很大，如不回收会导致锅炉排烟温度升高，所以通道下部设置大量的省煤器，满足整体热量回收的要求。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：通过本装置可以调节受热面的对流传热能力，以满足燃烧的不同燃料而保持稳定的蒸汽温度和排烟温度，既保证锅炉热效率，同时避免了锅炉尾部烟气的结露，堵灰和硫腐蚀，此外由于连接炉膛的尾部烟道内设置了冷水屏，可大比例降低省煤器换热负荷，克服了在某些工况会造成单侧省煤器含汽率过高，对于水平横置管会产生汽水分层，以至于造成受热管子上部超温等不安全因素。

附图说明

本实用新型将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本实用新型结构示意图。

图中标记：炉膛1、尾部烟道2、水冷蒸发屏3、尾部烟道I4、尾部烟道II5、烟气调节挡板6、受热面I7、受热面II8、受热面Ⅲ9。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

一种用于煤气锅炉的大比例热负荷调节装置，包括炉膛1、尾部烟道2和布置于炉膛1内水冷蒸发屏3，其中，炉膛1连接尾部烟道2，所述尾部烟道2分支成尾部烟道I4和尾部烟道II5，在尾部烟道I4和尾部烟道II5内均设置有烟气调节挡板6，尾部烟道I4和尾部烟道II5还分别设置有内设置有受热面I7和受热面II8；所述的尾部烟道I4和尾部烟道II5的下部合并于尾部烟道内。锅炉运行期间再热蒸汽温度调节采用烟气流量调节方式，因此必须要设置成双通道结构，其中一个通道放置再热器，另一个通道放置过热器或者省煤器，再于两个分支尾部烟道内布置省煤器，通过两个通道内设置独立的烟气调节挡板6，满以足烟气调节要求。

当两种或两种以上的不同热值的燃料同时燃烧或分别燃烧时，根据烟气量和锅炉的负荷变化，可调节尾部烟道I4和尾部烟道II5内的烟气调节挡板6，通过烟气调节挡板6的开度控制烟气量，以调节所需受热面的换热流量的大小。同时，与炉膛1内设置有水冷蒸发屏3，高温烟气在炉膛1内，首先与水冷蒸发屏3进行热交换，减少省煤器换热负荷，增大炉膛水冷蒸发换热面积，提高炉膛区域的换热份额，控制省煤器的总体换热负荷，以降低由于受热管子上部超温给设备带来的不安全风险，经过多负荷核算保证单侧省煤器最大含汽率不高于12%。

尾部烟道I4和尾部烟道II5内的烟气调节挡板可全开、全关闭或组合调节到任一角度，使尾部烟道I4和尾部烟道II5内有不同份额的烟气通过，当尾部烟道I4的调节挡板全关闭，尾部烟道II5的调节挡板全开时，尾部烟道II5内的受热面为最大利用率；反之，尾部烟道I4的受热面为最大利用率。此外，当尾部烟道I4和尾部烟道II5的调节挡板组合调节到任一位置时，可部分利用对受热面的换热能力的调节，实现将再热蒸汽温度达到最佳的运行工况。

所述的分支烟道内受热面的布置可选用如下组合方式：当尾部烟道I4内的受热面I7为从上往下依次布置的再热器和省煤器I时，尾部烟道II5的受热面II8为从上到下依次布置的过热器和省煤器II，增加过热受热面，同样，尾部烟道I4内的受热面I7为从上往下依次布置的过热器和省煤器II时，尾部烟道II5的受热面II8为从上到下依次布置的再热器和省煤器I，具有同样的效果。当尾部烟道I4内的受热面I7为单独布置的再热器时，尾部烟道II5的受热面II8为单独布置的省煤器I，同时尾部烟道I4和尾部烟道II5下部合并处的烟道内布置受热面Ⅲ9，该受热面Ⅲ9可采用省煤器II，以单独调节再热器。

所述的水冷蒸发屏3可位于炉膛1上部，靠近分支烟道的入口处，所述的尾部烟道I4和尾部烟道II5位于炉膛1的同一侧；在运行期间，锅炉负荷调节时，随着燃料量的变化烟气量总量也随之增加，为保证再热蒸汽出口温度，必须不断调整再热器侧通道的烟气流量，由于在尾部烟道I4和尾部烟道II5内设置的烟气调节挡板6采用多蝶片对开式挡板，可使调节挡板的调节特性在一定开度范围内呈等百分比特性，两分支的烟气通道调节挡板组合调节可以实现最大分配比1：9。

对于燃烧两种或两种以上的发热值差异较大的不同类别燃料的工况，本装置可以调节受热面的对流传热能力，保证其蒸汽温度平稳和保排烟温度保持，以满足燃烧的不同燃料时稳定锅炉的热效率和蒸汽温度，与炉膛相连的尾部烟道内增设水冷蒸发管屏，可大比例的减少省煤器换热负荷，降低特殊工况单侧省煤器含汽率，保证设备安全。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于煤气锅炉的大比例热负荷调节装置，包括炉膛（1）和尾部烟道（2），炉膛（1）连接尾部烟道（2），其特征在于：还包括布置于炉膛（1）内水冷蒸发屏（3），所述尾部烟道（2）分支成尾部烟道I（4）和尾部烟道II（5），所述的尾部烟道I（4）和尾部烟道II（5）内均设置有烟气调节挡板（6），所述的尾部烟道I（4）和尾部烟道II（5）分别设置有内设置有受热面I（7）和受热面II（8）；所述的尾部烟道I（4）和尾部烟道II（5）下部合并于尾部烟道（2）内。

2.根据权利要求1所述的一种用于煤气锅炉的大比例热负荷调节装置，其特征在于：水冷蒸发屏（3）位于炉膛（1）上部，所述的尾部烟道I（4）和尾部烟道II（5）位于炉膛（1）的同一侧。

3.根据权利要求1所述的一种用于煤气锅炉的大比例热负荷调节装置，其特征在于：所述的烟气调节挡板（6）采用多蝶片对开形式。

4. 根据权利要求1或2或3所述的一种用于煤气锅炉的大比例热负荷调节装置，其特征在于：所述的受热面I（7）由再热器和省煤器I组成。

5. 根据权利要求4所述的一种用于煤气锅炉的大比例热负荷调节装置，其特征在于：所述的受热面II（8）由过热器和省煤器II组成或单独为省煤器II。

6. 根据权利要求1或2或3所述的一种用于煤气锅炉的大比例热负荷调节装置，其特征在于：受热面I（7）由过热器和省煤器II组成。

7.根据权利要求6所述的一种用于煤气锅炉的大比例热负荷调节装置，其特征在于：所述的受热面II（8）由再热器和省煤器I组成或单独为省煤器I。

8.根据权利要求1或2或3所述的一种用于煤气锅炉的大比例热负荷调节装置，其特征在于：所述的尾部烟道I（4）和尾部烟道II（5）的下部合并处设置受热面Ⅲ（9）。

9.根据权利要求8所述的一种用于煤气锅炉的大比例热负荷调节装置，其特征在于：所述的受热面I（7）为再热器，受热面II（8）为省煤器I，受热面Ⅲ（8）为省煤器II。

10.根据权利要求8所述的一种用于煤气锅炉的大比例热负荷调节装置，其特征在于：所述的受热面I（7）为省煤器I，受热面II（8）为再热器，受热面Ⅲ（9）为省煤器II。

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