CN202993182U - 一种减轻高碱性煤种沾污的cfb-束状辐射锅炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-束状辐射锅炉，包括CFB锅炉、分离装置和束状辐射锅炉，CFB锅炉侧壁的上端和下端均设置有与分离装置连通的通道，分离装置的顶部连通高温烟道，高温烟道连通束状辐射锅炉；束状辐射锅炉包括辐射换热部分、对流换热部分和壳体，辐射换热部分位于壳体中间，对流换热部分位于辐射换热部分和壳体之间；本实用新型利用煤灰的循环避免了流化床的燃烧沾污问题；本实用新型采用CFB锅炉炉膛与束状辐射锅炉配合，避免700℃~1100℃区间出现对流换热面，大大减轻了高碱金属煤种燃烧发生的沾污问题；本实用新型取消了对流受热面的布置，采用辐射锅炉受热面形式，所需过热蒸汽可在辐射锅炉出口得到。
Description
技术领域
本实用新型涉及煤气化技术的热气化炉，特别是一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-束状辐射锅炉。
背景技术
我国发电行业以火力发电为主，火电装机容量超过70%以上。火电动力用煤多采用劣质低品位煤，锅炉炉膛水冷壁结渣、对流受热面沾污问题是长期影响电站锅炉正常运行的重要问题之一。结渣和沾污会降低锅炉的传热效率，影响锅炉出力，使得设备的运行安全性严重降低，结渣沾污严重时可能导致锅炉熄火、爆管、非计划停炉等重大事故。
为了预防由于结渣与沾污所带来的各种问题，国内外学者对结渣与沾污的机理进行了大量的研究。研究表明结渣与沾污是复杂的物理化学反应过程，与煤自身特性、锅炉设计、运行状况等众多因素有关，提出了多个结渣与沾污判定指数。但由于煤在锅炉中燃烧是一个极其复杂的过程，这些结渣判定指数在实际应用过程中有着很大的局限性，只能作为初步判断并不能从根本上解决结渣与沾污对锅炉的危害问题。
对于传统电站锅炉而言，在燃用高碱性煤种时，由于煤种富含的碱金属元素容易在对流受热面上沉积，因此在对流受热面上发生严重的沾污现象，导致锅炉出力不足，管壁温度过高导致爆管等现象。研究表明，烟气温度处于700℃~1100℃区间属于沾污发生严重区域。
准东煤田是近年在新疆探明的特大型煤田，煤炭资源预测储量3900亿t，其煤中富含碱金属元素，在电厂燃用过程中出现高温过热器（高过）、高温再热器（高再）沾污堵塞问题，而其他高碱金属煤种在燃烧过程中也会出现严重沾污现象。
高碱性煤在煤粉锅炉燃烧过程中由于碱金属元素的挥发，容易在锅炉受热面冷凝形成一层打底附着物。打底物主要以NaCl或Na2SO4形式存在，上述成分在高温下挥发后，易凝结在对流受热面上形成烧结或粘结的灰沉积，随着附着物对飞灰的吸附作用，会使得对流受热面出现不同程度的沾污现象，且无法使用吹灰器清除，从而导致受热面传热能力下降，造成锅炉排烟温度升高等问题，最终使得炉膛出力大大降低造成停炉。
国内对于燃烧高碱性煤利用还缺乏工程运行经验，仅新疆地区个别电厂在研究高碱性煤的燃烧沾污问题，目前并没有高效的利用办法，只通过外煤掺烧的方式来减轻沾污问题，外煤掺烧问题实际上是通过添加其他低碱性金属煤，降低了原煤中碱金属的相对含量。锅炉掺烧高碱性煤的比例不应超过30%，掺烧比例增大时，对流受热面沾污积灰严重，形成烟气走廊，烟气冲刷造成高温再热器、高温过热器泄漏。由于新疆地区高碱性煤利用方式多为坑口电站，掺烧方式对外煤的需求量较大，这种方式往往受到运输条件的限制，极大增加了运行成本。因此，高碱性煤的沾污问题是亟待解决的问题。
实用新型内容
本实用新型针对传统电站锅炉燃用高碱性煤种产生的沾污问题，提出一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-束状辐射锅炉，大大减轻受热面沾污问题，并不影响蒸汽的正常产出，实现高碱性煤种的大规模纯烧利用。
本实用新型的技术方案如下：
一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-束状辐射锅炉，其特征在于：包括CFB锅炉、分离装置和束状辐射锅炉，CFB锅炉侧壁的上端和下端均设置有与分离装置连通的通道，分离装置的顶部连通有高温烟道，高温烟道连通束状辐射锅炉；所述束状辐射锅炉包括辐射换热部分、对流换热部分和壳体，辐射换热部分位于壳体中间，对流换热部分位于辐射换热部分和壳体之间，壳体顶部设置有烟气通道，烟气通道与高温烟道连通，壳体侧壁上端设置有烟气出口，烟气出口高于对流换热部分。
所述分离装置与束状辐射锅炉之间通过法兰连接。
所述烟气通道为一窄长通道，该烟气通道的内壁为耐火衬里。
所述辐射换热部分包括辐射水冷壁和辐射屏，辐射水冷壁由多个纵向平行紧贴设置的立管围成圆筒状形成，相邻的两个立管之间焊接连接；所述辐射屏位于圆筒状的中间空腔内，由若干个立管排形成，立管排以回转式束状辐射锅炉的中心轴为圆心向外发散分布于辐射换热室内，每个立管排由若干立管形成，立管排的相邻的两个立管紧贴设置。
所述辐射水冷壁的立管上端连通有辐射水冷壁上集箱，所述辐射水冷壁的立管下端连通辐射水冷壁下集箱。
所述对流换热部分包括对流换热水冷壁和从上往下依次布置的空气预热器、一级省煤器和二级省煤器，空气预热器、一级省煤器和二级省煤器均布置在辐射水冷壁和对流换热水冷壁之间的环形空间中。
所述对流换热水冷壁是若干个纵向平行紧贴设置的立管围绕形成的圆筒壁，相邻的两个立管通过焊接连接。
所述空气预热器、一级省煤器和二级省煤器分别由一组螺旋盘管组成，每组螺旋盘管分别包括四层螺旋环管，每两层螺旋环管之间有一定的距离，每层螺旋环管是由管子紧密环绕形成的。
所述空气预热器设置有空气预热出口和空气预热进口，一级省煤器设置有一级省煤器出口和一级省煤器进口，二级省煤器设置有二级省煤器出口和二级省煤器进口；空气预热出口、空气预热进口、一级省煤器出口、一级省煤器进口、二级省煤器出口、二级省煤器进口均延伸至压力壳体外。
本实用新型采用传统CFB锅炉炉膛，取消其对流受热面，代替布置一种束状辐射锅炉，产生过热蒸汽，避免其上提前发生沾污。
煤粉进入流化床燃烧后，烟气和煤灰从流化床上部进入旋风分离器中，经旋风分离器的分离作用，煤灰从底部进入流化床中，作为流化床的热载体循环使用。由于煤灰的掺入，有效降低流化床中碱金属物质的相对含量，避免了流化床燃烧沾污的问题。
烟气从分离装置上部出来，按照实际需要布置尽可能短的水平烟道，将烟气导入束状的下行辐射锅炉中，替代原有的对流受热面产生过热蒸汽。当烟气进入下行辐射锅炉时，由于辐射锅炉截面积较大，因此其下行速率极慢，烟气处于层流状态，其辐射换热可充分进行，在辐射锅炉进口布置小段保护夹套并对烟气进行导流，使烟气在缓慢下降的过程中与壁面不接触或少接触。辐射锅炉高度的布置需满足：（1）辐射锅炉受热面中过热蒸汽需达到汽轮机进口要求；（2）烟气温度降低至700℃以下，即可保证燃用高碱金属煤种时锅炉受热不发生沾污。
辐射锅炉外围四周布置对流受热器，包括省煤器、空气预热器等。烟气在辐射段底部温度已降至700℃以下，其中的高碱性物质已凝结沉积，烟气反折向上进入对流段，将大大降低对流段省煤器及空气预热器的积灰程度。
本实用新型的有益效果和优点如下：
（1）本实用新型利用煤灰的循环避免了流化床的燃烧沾污问题；
（2）本实用新型采用CFB锅炉炉膛与束状辐射锅炉配合，避免700℃~1100℃区间出现对流换热面，大大减轻了高碱金属煤种燃烧发生的沾污问题；
（3）本实用新型取消了对流受热面的布置，采用辐射锅炉受热面形式，所需过热蒸汽可在辐射锅炉出口得到。
附图说明
图1为本实用新型的剖视示意图；
图2为本实用新型的A-A截面剖视示意图。
其中，附图标记为：1锅炉给料装置，2 CFB锅炉炉膛，3分离装置，4烟气通道，5辐射屏，5-1辐射屏上集箱，5-2辐射屏下集箱，6辐射水冷壁，6-1辐射水冷壁上集箱，6-2辐射水冷壁下集箱，7二级省煤器，7-1二级省煤器进口，7-2二级省煤器出口，8一级省煤器，8-1一级省煤器进口，8-2一级省煤器出口，9空气预热器，9-1空气预热器进口，9-2空气预热器出口，10烟气出口，11对流换热水冷壁，11-1对流换热水冷壁上集，11-2对流换热水冷壁下集箱，12螺旋盘管。
具体实施方式
如图1所示，一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-束状辐射锅炉，包括CFB锅炉、分离装置和束状辐射锅炉，CFB锅炉侧壁的上端和下端均设置有与分离装置连通的通道，分离装置的顶部连通有高温烟道，高温烟道连通束状辐射锅炉；所述束状辐射锅炉包括辐射换热部分、对流换热部分和壳体，辐射换热部分位于壳体中间，对流换热部分位于辐射换热部分和壳体之间，壳体顶部设置有烟气通道，烟气通道与高温烟道连通，壳体侧壁上端设置有烟气出口，烟气出口高于对流换热部分。
所述分离装置与束状辐射锅炉之间通过法兰连接。
所述烟气通道为一窄长通道，该烟气通道的内壁为耐火衬里。
如图2所示，所述辐射换热部分包括辐射水冷壁和辐射屏，辐射水冷壁由多个纵向平行紧贴设置的立管围成圆筒状形成，相邻的两个立管之间焊接连接；所述辐射屏位于圆筒状的中间空腔内，由若干个立管排形成，立管排以回转式束状辐射锅炉的中心轴为圆心向外发散分布于辐射换热室内，每个立管排由若干立管形成，立管排的相邻的两个立管紧贴设置。
所述辐射水冷壁的立管上端连通有辐射水冷壁上集箱，所述辐射水冷壁的立管下端连通辐射水冷壁下集箱。
所述对流换热部分包括对流换热水冷壁和从上往下依次布置的空气预热器、一级省煤器和二级省煤器，空气预热器、一级省煤器和二级省煤器均布置在辐射水冷壁和对流换热水冷壁之间的环形空间中。
所述对流换热水冷壁是若干个纵向平行紧贴设置的立管围绕形成的圆筒壁，相邻的两个立管通过焊接连接。
所述空气预热器、一级省煤器和二级省煤器分别由一组螺旋盘管组成，每组螺旋盘管分别包括四层螺旋环管，每两层螺旋环管之间有一定的距离，每层螺旋环管是由管子紧密环绕形成的。
所述空气预热器设置有空气预热出口和空气预热进口，一级省煤器设置有一级省煤器出口和一级省煤器进口，二级省煤器设置有二级省煤器出口和二级省煤器进口；空气预热出口、空气预热进口、一级省煤器出口、一级省煤器进口、二级省煤器出口、二级省煤器进口均延伸至压力壳体外。
本实用新型的工作过程为：
本实用新型涉及的炉膛部分为传统CFB燃烧锅炉，煤粉由给料装置进入燃烧室后进行燃烧，煤灰与烟气一同进入分离装置中，煤灰经分离后循环进入燃烧室中，烟气经水平管道进入束状辐射锅炉中进行换热冷却。
布置束状辐射锅炉代替CFB燃烧锅炉原有的对流受热面。该束状辐射锅炉包括辐射换热和若干段对流换热，辐射换热部分在中间，对流换热部分置于四周。利用辐射锅炉辐射受热面的特殊布置，减轻了烟气通过时对受热面的冲刷，且由于烟气流动速度较小，不容易发生灰沉积，可减轻由于燃用高碱性煤种所发生的沾污。在辐射受热段底部，烟气温度降低至700℃以下，此时，烟气中的高碱性物质已凝结沉积，烟气流向反折向上，进行对流换热，经过二级、一级省煤器及空气预热器等对流段，使得烟气出口温度达到规定标准。
对于该实用新型，也可通过受热面及水蒸气的流动路径得到汽轮机发电所需过热蒸汽。锅炉给水通过一级省煤器进口8-1进入，省煤器采用逆流布置以得到最大热量利用，给水经过加热后从8-2出口流出进入二级省煤器7，加热后的给水从二级省煤器送出并进入炉膛水冷壁加热，炉膛水冷壁出口蒸汽通过汽水分离得到的合格蒸汽送入辐射屏5中进行过热，过热蒸汽进入汽轮机中发电；一次再热蒸汽从6-1送入辐射再热器6中进行再热并送至汽轮机中压缸以提高发电效率；空气可通过空气预热器9进行预热；对流换热水冷壁11产生的蒸汽可用作减温水以调节过热器出口蒸汽参数避免管壁温度超温。
Claims (9)
1.一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-束状辐射锅炉，其特征在于：包括CFB锅炉、分离装置和束状辐射锅炉，CFB锅炉侧壁的上端和下端均设置有与分离装置连通的通道，分离装置的顶部连通有高温烟道，高温烟道连通束状辐射锅炉；所述束状辐射锅炉包括辐射换热部分、对流换热部分和壳体，辐射换热部分位于壳体中间，对流换热部分位于辐射换热部分和壳体之间，壳体顶部设置有烟气通道，烟气通道与高温烟道连通，壳体侧壁上端设置有烟气出口，烟气出口高于对流换热部分。
2.根据权利要求1所述的一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-束状辐射锅炉，其特征在于：所述分离装置与束状辐射锅炉之间通过法兰连接。
3.根据权利要求1所述的一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-束状辐射锅炉，其特征在于：所述烟气通道为一窄长通道，该烟气通道的内壁为耐火衬里。
4.根据权利要求1所述的一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-束状辐射锅炉，其特征在于：所述辐射换热部分包括辐射水冷壁和辐射屏，辐射水冷壁由多个纵向平行紧贴设置的立管围成圆筒状形成，相邻的两个立管之间焊接连接；所述辐射屏位于圆筒状的中间空腔内，由若干个立管排形成，立管排以回转式束状辐射锅炉的中心轴为圆心向外发散分布于辐射换热室内，每个立管排由若干立管形成，立管排的相邻的两个立管紧贴设置。
5.根据权利要求4所述的一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-束状辐射锅炉，其特征在于：所述辐射水冷壁的立管上端连通有辐射水冷壁上集箱，所述辐射水冷壁的立管下端连通辐射水冷壁下集箱。
6.根据权利要求1或5所述的一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-束状辐射锅炉，其特征在于：所述对流换热部分包括对流换热水冷壁和从上往下依次布置的空气预热器、一级省煤器和二级省煤器，空气预热器、一级省煤器和二级省煤器均布置在辐射水冷壁和对流换热水冷壁之间的环形空间中。
7.根据权利要求6所述的一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-束状辐射锅炉，其特征在于：所述对流换热水冷壁是若干个纵向平行紧贴设置的立管围绕形成的圆筒壁，相邻的两个立管通过焊接连接。
8.根据权利要求7所述的一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-束状辐射锅炉，其特征在于：所述空气预热器、一级省煤器和二级省煤器分别由一组螺旋盘管组成，每组螺旋盘管分别包括四层螺旋环管，每两层螺旋环管之间有一定的距离，每层螺旋环管是由管子紧密环绕形成的。
9.根据权利要求8所述的一种减轻高碱性煤种沾污的CFB-束状辐射锅炉，其特征在于：所述空气预热器设置有空气预热出口和空气预热进口，一级省煤器设置有一级省煤器出口和一级省煤器进口，二级省煤器设置有二级省煤器出口和二级省煤器进口；空气预热出口、空气预热进口、一级省煤器出口、一级省煤器进口、二级省煤器出口、二级省煤器进口均延伸至压力壳体外。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20180427 Address after: 610000 18 West core road, hi-tech West District, Chengdu, Sichuan Patentee after: DONGFANG ELECTRIC Co.,Ltd. Address before: 610036 Shu Han Road, Jinniu District, Chengdu, Sichuan Province, No. 333 Patentee before: DONGFANG ELECTRIC Corp. |
|
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20130612 |