CN205299490U - 超或超超临界循环流化床锅炉水冷壁系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种超或超超临界循环流化床锅炉水冷壁系统，涉及一种循环流化床锅炉，包括由水冷壁围成的炉膛、水冷隔墙、省煤器，省煤器经水冷壁与水冷隔墙连通，或者，省煤器分别与水冷壁和水冷隔墙连通，锅炉的给水经省煤器加热后同步进入水冷壁和水冷隔墙，且水冷壁和水冷隔墙之间可以沿工质流动方向合并，但不能沿工质流动方向分配。本实用新型是一种切实可行的超（超）临界循环流化床锅炉水冷壁系统方案，可确保锅炉全负荷范围内水动力安全，实现锅炉长期高效运行。

Description

超或超超临界循环流化床锅炉水冷壁系统

技术领域

本实用新型涉及一种循环流化床锅炉，特别是超或超超临界参数的循环流化床锅炉。

背景技术

为进一步提高机组效率、减少污染物排放，循环流化床锅炉已经发展到超（超）临界参数。当蒸汽参数在亚临界以下时，因工质以自然循环的方式在蒸发受热面（主要是水冷壁）内流动，蒸发受热面具有正补偿的流量分配特性，壁温较均匀并得以处于较低水平，水循环总体安全。而当蒸汽参数达到超（超）临界以后，工质一次通过水冷壁和过热受热面，无循环过程，使得水冷壁内工质的流量分配至关重要。当流量分配不均时，受热面相邻管子会因被冷却程度不同产生显著温差，由此形成的热应力会拉裂连接管子的钢板，造成极为严重的安全事故，严重威胁电厂安全连续运行。

对于超（超）临界参数的煤粉锅炉，一般采用螺旋管圈结构，即水冷壁管子绕整个炉膛一周，从而消除相邻管间的热应力。然而，为避免循环流化床锅炉因炉内高浓度的固体颗粒产生的磨损，循环流化床锅炉无法采用螺旋管圈结构，只能采用垂直管。

此外，尽管工质参数越高，蒸发吸热的份额占整个热力系统吸热的比例越小，但超（超）临界参数锅炉水冷壁进口要有一定的欠焓，出口要使蒸汽达到过热，因此超（超）临界锅炉需要布置更多的水冷壁（包括各类拓展水冷壁）。

为此，专利——350MW超临界循环流化床锅炉及汽水循环方法（专利号：CN103591575A）通过增加串联布置的水冷屏作为拓展水冷壁。专利——一种超临界循环流化床锅炉炉膛受热面（专利号：CN101067490A）通过增加炉内屏式受热面以降低炉膛高度从而降低造价和制造难度。专利——用于超临界循环流化床锅炉的汽水流程装置（专利号：CN202328197U）同样将水冷壁通过连接管与水冷屏串联连接。串联布置的水冷壁与水冷屏存在工质的二次分配，有工质二次分配不均风险，因此对工质参数如干度和质量流速有很高要求，且串联布置带来的高质量流速会增加工质流动阻力，增大给水泵电耗，降低电厂的经济性。

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

本实用新型的目的在于：提出一种适用于超或超超临界循环流化床锅炉的水冷壁系统

本实用新型的目的通过下述技术方案来实现：

一种超或超超临界循环流化床锅炉水冷壁系统，包括由水冷壁围成的炉膛、水冷隔墙、省煤器，省煤器经水冷壁与水冷隔墙连通，或者，省煤器分别与水冷壁和水冷隔墙连通，锅炉的给水经省煤器加热后同步进入水冷壁和水冷隔墙，且水冷壁和水冷隔墙之间可以沿工质流动方向合并，但不能沿工质流动方向分配。

上述方案中，给水经省煤器加热后进入水冷壁系统，且四周水冷壁（水冷壁围成的炉膛）与水冷隔墙并行布置，这种布置方式可使工质在全负荷工况内无二次分配，同时配合工质低质量流量的特点，确保工质呈现如自然循环一样的正补偿流量分配特性，从而使得锅炉在全负荷工况下水动力安全可靠。所述水冷壁和水冷隔墙之间可以沿工质流动方向合并，但不能沿工质流动方向分配是指：工质可以从若干个水冷壁或水冷隔墙向某一个水冷壁或水冷隔墙汇集/合并，但不能反过来从某一个水冷壁或水冷隔墙向若干个水冷壁或水冷隔墙分支/分配。

作为选择，水冷壁与水冷隔墙分别为若干个，各水冷壁之间并行布置，部分水冷壁之间并行布置后与某一水冷隔墙再串行布置。

作为进一步选择，水冷壁与水冷隔墙分别为2个。

作为进一步选择，该锅炉为单炉膛双布风板结构，水冷隔墙的宽度与炉膛深度之比在0.7～1之间。

作为另一进一步选择，该锅炉为单炉膛双布风板结构，水冷隔墙的受热面管子高度与炉膛顶棚到布风板间距离之比在0.6～0.9之间。

上述方案中，对于单炉膛双布风板结构，经锅炉热力计算，同时考虑隔墙两侧气固流动以及压力分布的均匀性，将水冷隔墙的宽度与炉膛宽度设置在0.7～1之间。此外，水冷隔墙的工质来自于两小片水冷壁，即水冷壁系统的受热面沿工质流动方向合并。在水冷隔墙以下的炉膛内部均敷设有耐火耐磨材料，工质吸热很弱，不存在合并后二次分配不均问题。基于此，需要水冷隔墙的受热面管子高度与炉膛顶棚到布风板间距离之比在0.6～0.9之间。

作为选择，水冷隔墙为2个并行布置，靠近炉膛水冷壁的水冷隔墙的宽度与炉膛深度之比在0.25～0.5之间，另一水冷隔墙的宽度与炉膛深度之比在0.1～0.25之间。

作为选择，水冷隔墙为3个并行布置，靠近炉膛水冷壁的水冷隔墙的宽度与炉膛深度之比在0.25～0.5之间，与其相邻的水冷隔墙的宽度与炉膛深度之比在0.1～0.25之间，另一与其远离的水冷隔墙的宽度不超过炉膛边壁区厚度，完全浸没在炉内边壁区颗粒中。

作为进一步选择，所述浸没在炉内边壁区颗粒中的水冷隔墙的宽度与炉膛深度之比在0.02～0.1之间。

上述方案中，在水冷隔墙的宽度方面，经锅炉热力计算，同时考虑到不同的进风方式并兼顾减少炉内固体颗粒因横向流动造成的侧向磨损等因素，可确定出水冷隔墙宽度与炉膛深度的关系。特别的，为有效吸收炉膛边壁区高浓度颗粒的热量，还设置了宽度不超过炉膛边壁区厚度的水冷隔墙，即水冷隔墙的宽度与炉膛宽度之比优选在0.02～0.1之间。

作为进一步选择，水冷隔墙的受热面管子高度与炉膛顶棚到布风板间距离之比超过0.95。

上述方案中，在锅炉热力系统布置方面，对于单炉膛单布风板结构，为了实现水冷壁与水冷隔墙的并行布置，水冷隔墙的受热面管子高度需要与水冷壁的受热面管子高度相同，考虑到受热面在穿过炉膛水冷壁布置时，难免会存在局部弯管，因此需要水冷隔墙的受热面管子高度与炉膛顶棚到布风板间距离之比超过0.95。

作为选择，水冷壁采用光管，水冷隔墙采用内螺纹管。

上述方案中，在管子类型的选取上，由于水冷隔墙的双面均置于高温气固两相流体中，环境比四周水冷壁更为恶化，因此水冷隔墙选择更易丝裂管内边壁区汽膜而不易产生模态沸腾的内螺纹管。

前述本实用新型主方案及其各进一步选择方案可以自由组合以形成多个方案，均为本实用新型可采用并要求保护的方案：如本实用新型，各选择即可和其他选择任意组合，本领域技术人员在了解本发明方案后根据现有技术和公知常识可明了有多种组合，均为本实用新型所要保护的技术方案，在此不做穷举。

本实用新型的有益效果：是一种切实可行的超（超）临界循环流化床锅炉水冷壁系统方案，可确保锅炉全负荷范围内水动力安全，实现锅炉长期高效运行。

附图说明

图1是本实用新型实施例1的系统布置示意图；

图2是本实用新型实施例1的水冷隔墙布置结构示意图；

图3是本实用新型实施例2的系统布置示意图；

图4是本实用新型实施例2的水冷隔墙布置结构示意图；

图5是本实用新型实施例3的系统布置示意图；

图6是本实用新型实施例3的水冷隔墙布置结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步的说明。

实施例1：

如图1和图2所示，该实施例为一种600MW等级的超（超）临界循环流化床锅炉水冷壁系统20方案，包括由第一、二、三水冷壁2、4、5围成的炉膛21、水冷隔墙3、省煤器1、炉膛顶棚6和布风板7，所述锅炉的给水经省煤器1加热后进入第一、二、三水冷壁2、4和5，其中第二、三水冷壁4和5在水冷隔墙3的入口汇集，即沿工质流动方向合并；

锅炉采用单炉膛双布风板结构，经锅炉热力计算和水动力计算，将水冷壁系统的工质质量流速确定为800kg/m2s。同时考虑水冷隔墙两侧气固流动以及压力分布的均匀性问题，将水冷隔墙的宽度与炉膛深度设置为0.8（宽度定义图示可参考图4、6）。此外，水冷隔墙的工质来自于两小片水冷壁4、5，即水冷壁系统的受热面沿工质流动方向合并。在水冷隔墙以下的炉膛内部均敷设有耐火耐磨材料，此区域工质吸热很弱，不存在合并后二次分配不均问题。在高度方向上，除开水冷壁4、5外，水冷隔墙3的受热面管子高度H1与炉膛顶棚6到布风板间7距离H之比为0.8。

为避免水冷隔墙3出现传热恶化，其管子类型采用内螺纹管。

以上为600MW超临界CFB锅炉水冷壁的优选布置方案。

实施例2：

如图3和图4所示，该实施例为一种350MW等级的超临界循环流化床锅炉水冷壁系统20的布置方案，包括由水冷壁2围成的炉膛21、第一、二水冷隔墙31、32，省煤器1、炉膛顶棚6和布风板7组成，所述锅炉的给水经省煤器加热后同时进入水冷壁2和第一、二水冷隔墙31、32。

上述锅炉的水冷隔墙分为两类，一类水冷隔墙（第一水冷隔墙31）的宽度L1占炉膛深度Lf的0.45，第二类水冷隔墙（第二水冷隔墙32）的宽度L2占炉膛深度Lf的0.15。采用水冷隔墙后，既解决了水冷壁系统的布置问题，更有利于炉内床温分布的均匀性，从而有助于炉内燃烧更加均匀、充分。

在高度方面，为了实现水冷隔墙与水冷壁的并行连接，水冷隔墙穿过布风板进入炉膛，并由炉膛顶棚穿出，第一、二水冷隔墙31、32的受热面管子高度与炉膛顶棚到布风板间距离之比为1（高度的定义图示可参考图2）。

使用时，给水经省煤器加热后进入水冷壁，且四周水冷壁与水冷隔墙并行布置，这种布置方式可使工质在全负荷工况内无二次分配，同时配合工质低质量流量的特点，可确保工质呈现如自然循环一样的正补偿流量分配特性，从而确保锅炉在全负荷工况下水动力安全可靠。

经多次计算，确定所述锅炉水冷壁系统工质质量流量为700kg/m2s时，配合上述水冷壁与水冷隔墙的连接方式，可确保工质呈现如自然循环一样的正补偿流量分配特性，从而确保锅炉在全负荷工况下水动力安全可靠。

以上为350MW超临界CFB锅炉水冷壁的优选布置方案之一。

实施例3：

如图5和图6所示，该实施例与实施例二的差异在于，为了吸收炉内边壁区颗粒的热量，除了第一、二水冷隔墙31、32外，还设置了宽度仅为0.02倍炉膛深度的第三水冷隔墙33。其宽度不超过炉膛边壁区厚度，完全浸没在炉内边壁区颗粒中，最大程度的吸收边壁区颗粒热量。

以上为另一种350MW超临界CFB锅炉水冷壁的优选布置方案。

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)

1.一种超或超超临界循环流化床锅炉水冷壁系统，包括由水冷壁围成的炉膛、水冷隔墙、省煤器，其特征在于：省煤器经水冷壁与水冷隔墙连通，或者，省煤器分别与水冷壁和水冷隔墙连通，锅炉的给水经省煤器加热后同步进入水冷壁和水冷隔墙，且水冷壁和水冷隔墙之间可以沿工质流动方向合并，但不能沿工质流动方向分配。

2.如权利要求1所述的超或超超临界循环流化床锅炉水冷壁系统，其特征在于：水冷壁与水冷隔墙分别为若干个，各水冷壁之间并行布置，部分水冷壁之间并行布置后与某一水冷隔墙再串行布置。

3.如权利要求2所述的超或超超临界循环流化床锅炉水冷壁系统，其特征在于：水冷壁与水冷隔墙分别为2个。

4.如权利要求2或3所述的超或超超临界循环流化床锅炉水冷壁系统，其特征在于：该锅炉为单炉膛双布风板结构，水冷隔墙的宽度与炉膛深度之比在0.7～1之间。

5.如权利要求2或3所述的超或超超临界循环流化床锅炉水冷壁系统，其特征在于：该锅炉为单炉膛双布风板结构，水冷隔墙的受热面管子高度与炉膛顶棚到布风板间距离之比在0.6～0.9之间。

6.如权利要求1所述的超或超超临界循环流化床锅炉水冷壁系统，其特征在于：水冷隔墙为2个并行布置，靠近炉膛水冷壁的水冷隔墙的宽度与炉膛深度之比在0.25～0.5之间，另一水冷隔墙的宽度与炉膛深度之比在0.1～0.25之间。

7.如权利要求1所述的超或超超临界循环流化床锅炉水冷壁系统，其特征在于：水冷隔墙为3个并行布置，靠近炉膛水冷壁的水冷隔墙的宽度与炉膛深度之比在0.25～0.5之间，与其相邻的水冷隔墙的宽度与炉膛深度之比在0.1～0.25之间，另一与其远离的水冷隔墙的宽度不超过炉膛边壁区厚度，完全浸没在炉内边壁区颗粒中。

8.如权利要求7所述的超或超超临界循环流化床锅炉水冷壁系统，其特征在于：所述浸没在炉内边壁区颗粒中的水冷隔墙的宽度与炉膛深度之比在0.02～0.1之间。

9.如权利要求6至8中任一权利要求所述的超或超超临界循环流化床锅炉水冷壁系统，其特征在于：水冷隔墙的受热面管子高度与炉膛顶棚到布风板间距离之比超过0.95。

10.如权利要求1所述的超或超超临界循环流化床锅炉水冷壁系统，其特征在于：水冷壁采用光管，水冷隔墙采用内螺纹管。