CN204922952U - 超超临界循环流化床锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及循环流化床锅炉，并公开了一种切实可行的超超临界循环流化床锅炉，其包括炉膛、分离器、外置式热交换器和尾部烟道，以及锅炉的再热器系统，所述再热器系统分三级布置，包括低温再热器、中温再热器和高温再热器，低温再热器布置在尾部烟道内，中温再热器布置在尾部烟道或外置式热交换器或炉膛内，高温再热器布置在炉膛或外置式热交换器内，并且中温再热器与高温再热器择一布置在外置式热交换器内。本实用新型能实现蒸汽参数达到超超临界，且在50%～100%BMCR工况实现再热汽温达到额定值，进一步提高现有大型循环流化床锅炉机组的发电效率，且保证设备长期高效运行。

Description

超超临界循环流化床锅炉

技术领域

本实用新型涉及一种循环流化床锅炉。

背景技术

目前循环流化床燃烧技术已经发展到超临界参数，为了进一步提高发电效率，研发更高参数更高效率的超超临界循环流化床锅炉势在必行。超超临界参数锅炉，一般指蒸汽压力超过25MPa，蒸汽温度超过580℃的锅炉。理论计算结果表明，当蒸汽温度达到600℃，蒸汽压力达到26MPa时，一次中间再热的机组效率可以达到47.99%，高于超临界机组42%的机组效率，远优于亚临界机组仅37%的机组效率。

然而，循环流化床锅炉在实现超超临界蒸汽参数方面存在较大技术难题。首先，循环流化床锅炉低温燃烧，其通常不超过930℃的燃烧温度使得循环流化床锅炉要满足超超临界参数要求的高温末级过热器和高温末级再热布置成为一个技术难题。从有利于传热而言，末级过热器、末级再热应该布置在炉膛或者外置式热交换器内，但受限于锅炉可以使用的材料原因，必须控制末级过热器和末级再热器蒸汽温度的偏差，防止由于偏差引起的蒸汽超温，损坏管材。其次，为了实现同样的低负荷蒸汽特别是再热蒸汽温度，将对再热器的布置提出非常严苛的要求，因为低负荷下锅炉炉膛出口气固两相流体温度已经比高负荷时有大幅下降，因此在低负荷下如何满足末级过热、再热汽温仍达到额定值将成为锅炉能否开发成功的关键。再次，对于不同类型的受热面，需要考虑多种潜在的极端恶劣工况，否则锅炉难于实现安全运行。最后，还需分析其他制约因素如循环流化床气固流动特性、超超临界循环流化床锅炉经济性等，否则所开发出来的循环流化床锅炉将很难获得市场认可。

以上均限制了超超临界蒸汽参数在循环流化床燃烧技术上有效实施，使循环流化床锅炉机组效率的进一步提高难于实现。

实用新型内容

本实用新型针对循环流化床锅炉与超超临界参数相结合的难点，提供了一种切实可行的超超临界循环流化床锅炉。

为实现循环流化床锅炉蒸汽达到超超临界参数，需考虑受热面布置、特殊受热面恶劣工况的安全隐患以及经济性选材等因素。

在受热面布置方面，通过系统详细的锅炉热力计算，并对比了多种方案，结果表明，为实现低负荷下再热汽温达到额定值，采用两级再热器基本难于实现。主要原因是锅炉低负荷时由于炉膛断面气速的降低，使得炉膛出口颗粒浓度大幅衰减，无法提供充足的高温循环灰进行换热，因此需要增加再热器级数，使得再热器布置更加灵活，满足低负荷再热汽温。计算发现，三级布置时，若将低温再热器、中温再热器布置尾部烟道内，将高温再热器布置在炉膛内，则会因炉内空间有限而难于实现受热面的布置。因此考虑采用外置式热交换器，同时由于外置式热交换器的换热系数高，还可有效减少金属用量。因此，经过以上分析对比，最终得到将高温再热器或中温再热器放置于外置式热交换器中的方案。

根据以上计算分析，可进一步得到上述三级再热器布置的各类优选方案。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：超超临界循环流化床锅炉，包括炉膛、分离器、外置式热交换器和尾部烟道，以及锅炉的再热器系统，所述再热器系统分三级布置，包括低温再热器、中温再热器和高温再热器，低温再热器布置在尾部烟道内，中温再热器布置在尾部烟道或外置式热交换器或炉膛内，高温再热器布置在炉膛或外置式热交换器内，并且中温再热器与高温再热器择一布置在外置式热交换器内。

与常规的循环流化床锅炉相比，本实用新型的贡献在于通过大量的模拟计算，确定实现超超临界蒸汽参数须增加了一级再热器，并确定了中温再热器与高温再热器择一布置在外置式热交换器内的布置方式。具体而言，所述三级布置有以下的方式：

低温再热器布置于尾部烟道内，中温再热器布置在外置式热交换器内，高温再热器布置在炉膛内；

低温再热器布置于烟气温度较低的尾部烟道内，中温再热器布置在烟气温度最高的尾部烟道内，高温再热器布置在外置式热交换器内；

低温再热器布置于尾部烟道内，中温再热器布置在炉膛内，高温再热器布置在外置式热交换器内。

所述中温再热器布置在尾部烟道内并且为尾部烟道第一个受热面。

所述中温再热器与低温再热器之间布置有其它受热面。

所述低温再热器受热面管径大于中温再热器受热面管径。

所述锅炉的炉膛内再热器为膜式壁结构。

所述锅炉的炉膛内再热器为U型屏受热面结构。

本实用新型的有益效果是：能实现蒸汽参数达到超超临界，且在50%～100%BMCR工况实现再热汽温达到额定值，进一步提高现有大型循环流化床锅炉机组的发电效率，且保证设备长期高效运行。

附图说明

图1是本实用新型超超临界循环流化床锅炉的实施例1的结构示意图。

图2是本实用新型超超临界循环流化床锅炉的实施例2的结构示意图。

图3是本实用新型超超临界循环流化床锅炉的实施例3的结构示意图。

图中标记为：炉膛1、分离器2、外置式热交换器3、尾部烟道4、低温再热器51、中温再热器52、高温再热器53。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1、图2、图3所示，本实用新型的超超临界循环流化床锅炉包括炉膛1、分离器2、外置式热交换器3和尾部烟道4，以及锅炉的再热器系统，所述再热器系统分三级布置，再热器系统包括低温再热器51、中温再热器52和高温再热器53，低温再热器51布置在尾部烟道4中，中温再热器52布置在尾部烟道4或外置式热交换器3或炉膛1内，高温再热器53布置在炉膛1或外置式热交换器3内，并且中温再热器52与高温再热器53择一布置在外置式热交换器3内，从而实现蒸汽参数达到超超临界，经大量模拟优化计算后，可以找到在50%～100%BMCR工况实现再热汽温达到额定值的设计方案。

使用时，已有一定过热度的锅炉蒸汽从水冷壁出来后依次流经低温过热器、中温过热器和高温过热器，进入汽轮机高压缸做功；从汽轮机高压缸出来的蒸汽依次流经低温再热器、中温再热器和高温再热器后进入汽轮机的中压缸和汽轮机低压缸做功。

当中温再热器52与低温再热器51都选择布置在尾部烟道中时，应当中温再热器52布置为尾部烟道4第一个受热面，保证中温再热器52中再热蒸汽尽可能多与烟气进行热交换。另外，由于此流程设置可使得再热蒸汽连接管较短，因此该方案再热汽侧阻力最小。

此时，中温再热器52与低温再热器51之间可以布置有其它受热面，即，可根据烟气温度分布的具体情况更合理的布置受热面。

此时，建议低温再热器51受热面管径大于中温再热器52受热面管径，可使因温度降低烟气容积减小的下游受热面烟速更高，加强换热，并不易产生积灰。

所述锅炉的炉膛1内再热器为膜式壁结构，双面曝光的膜式壁受热面换热能力更强，有利于提高换热效率，节约材料。

或者，所述锅炉的炉膛1内再热器为U型屏受热面结构，便于与温度较高的炉膛中心区域的烟气换热，提高换热效率。

实施例1：

如图1所示，该实施例为一种超超临界循环流化床锅炉，主要包括炉膛1、分离器2、外置式热交换器3和尾部烟道4，其特征在于所述锅炉的再热器系统分三级布置，低温再热器51布置在尾部烟道4内，中温再热器52布置在外置式热交换器3内，高温再热器53布置在炉膛1内。由于末级再热器布置在温度最高的炉膛内，能够实现623℃甚至更高的再热器汽温，可将机组效率比现有超临界CFB锅炉机组再提高近6%，且保证设备长期高效运行。

实施例2：

如图2所示，该实施例为一种超超临界循环流化床锅炉，主要包括炉膛1、分离器2、外置式热交换器3和尾部烟道4，其特征在于所述锅炉的再热器系统分三级布置，低温再热器51和中温再热器52均布置在尾部烟道4内，且中温再热器52为尾部烟道的第一个受热面，低温再热器51和中温再热器52之间还可布置其他受热面。高温再热器53布置在外置式热交换器3内，由于此流程设置可使得再热蒸汽连接管较短，因此该方案再热汽侧阻力最小。

实施例3：

如图3所示，该实施例为一种超超临界循环流化床锅炉，主要包括炉膛1、分离器2、外置式热交换器3和尾部烟道4，其特征在于所述锅炉的再热器系统分三级布置，低温再热器51布置在尾部烟道4内，中温再热器52布置在炉膛1内，高温再热器53布置在外置式热交换器3内，此方案可以获得更好的汽温特性，并且高温再热器位置较低，可以节约高温再热器出口昂贵的蒸汽管道。同时，低温再热器51的管径大于中温再热器52的管径，可使因温度降低烟气容积减小的下游受热面烟速更高，加强换热，并不易产生积灰。

Claims (6)

1.超超临界循环流化床锅炉，包括炉膛（1）、分离器（2）、外置式热交换器（3）和尾部烟道（4），以及锅炉的再热器系统，其特征是：所述再热器系统分三级布置，包括低温再热器（51）、中温再热器（52）和高温再热器（53），低温再热器（51）布置在尾部烟道（4）内，中温再热器（52）布置在尾部烟道（4）或外置式热交换器（3）或炉膛（1）内，高温再热器（53）布置在炉膛（1）或外置式热交换器（3）内，并且中温再热器（52）与高温再热器（53）择一布置在外置式热交换器（3）内。

2.如权利要求1所述的超超临界循环流化床锅炉，其特征是：所述中温再热器（52）布置在尾部烟道（4）内并且为尾部烟道（4）第一个受热面。

3.如权利要求2所述的超超临界循环流化床锅炉，其特征是：所述中温再热器（52）与低温再热器（51）之间布置有其它受热面。

4.如权利要求2或3所述的超超临界循环流化床锅炉，其特征是：所述低温再热器（51）受热面管径大于中温再热器（52）受热面管径。

5.如权利要求1、2或3所述的超超临界循环流化床锅炉，其特征是：所述锅炉的炉膛（1）内再热器为膜式壁结构。

6.如权利要求1、2或3所述的超超临界循环流化床锅炉，其特征是：所述锅炉的炉膛（1）内再热器为U型屏受热面结构。