TW201533392A - 一種臥式循環流化床過熱蒸汽鍋爐 - Google Patents

一種臥式循環流化床過熱蒸汽鍋爐 Download PDF

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Abstract

一種臥式循環流化床過熱蒸汽鍋爐，由主燃室、副燃室、燃盡室、分離器和尾部煙道構成，在主燃室和副燃室內分別佈置有高溫級和低溫級過熱器，兩級過熱器之間佈置有噴水減溫器。本發明採用高溫輻射過熱器和低溫對流過熱器相結合的兩級過熱器，傳熱係數高，溫度調節性好。低溫對流過熱器迎煙氣來流方向，管束呈階梯狀傾斜佈置，有利於物料的流通，減少積灰。本鍋爐具有循環流化床所有的優點，燃料適應性廣，可燃用劣質煤、固體廢棄物、城市與工業污泥、生物質等燃料，是一種能夠清潔燃燒、結構緊湊、使用壽命長的高效過熱蒸汽生產設備。

Description

一種臥式循環流化床過熱蒸汽鍋爐
本發明係關於一種循環流化床燃燒設備，特別是一種生產過熱蒸汽的臥式循環流化床蒸汽鍋爐，屬於劣質煤、固體廢棄物、城市和工業污泥、生物質等劣質燃料的燃燒和蒸汽發生設備，特別適合於燃劣質燃料的工業加熱和小型發電等蒸汽利用系統。
目前，燃用劣質煤、固體廢棄物、污泥、生物質等低品位燃料生產熱水、蒸汽的鍋爐主要有鏈條爐、水冷振動爐排鍋爐和循環流化床鍋爐等，可根據燃料的不同特性選擇不同的爐型，不同的爐型具有各自的特點。熱水鍋爐主要應用於城市供暖，蒸汽鍋爐主要用於工業加熱、蒸汽發電等。
循環流化床鍋爐係為近年來發展起來的高效清潔的鍋爐技術，燃料適應性廣，可燃用優質煤、劣質煤、固體廢棄物、生物質等燃料。由於其燃燒效率高，能同時進行爐內脫硫、脫硝等污染控制操作，具有低氮氧化物(NOx)和硫氧化物(Sox)排放等優點，因而目前在電力市場得到了迅速的發展，正在向大型化方向發展，600百萬電力(MWe)的循環流化床鍋爐已投入商業運行。在電力行業，由於劣質煤、固體廢棄物、生物質等燃料的使用容易導致發電停機事故，因而這些燃料的直接燃燒應用受到了一定限制，實際多適應品質較高的燃料。與之相反，在工業鍋爐和 自備小型電廠等領域，由於鍋爐的蒸發量小、運行靈活、檢修方便、蒸汽系統採用母管制、備用靈活，因而劣質煤、固體廢棄物與生物質等燃料等日益受到青睞。傳統立式、單級循環流化床鍋爐存在爐身高，鍋爐島體積龐大等缺點，對廠房建設要求較高。同時鍋爐島的支撐鋼架以及鍋爐島本體的鋼耗較大，使得項目造價和初投資較高。針對立式循環流化床鍋爐在工業鍋爐領域的缺陷，中國專利CN200510126362.6揭露了一種臥式循環流化床燃燒設備及其循環燃燒方法，採用外置立式旋風分離器，將傳統立式鍋爐的爐膛分為主燃室、副燃室和燃盡室三個部分，從而有效降低了爐膛高度。中國專利CN201010110352.4揭露了一種多流程循環流化床鍋爐，包括主燃室、副燃室和燃盡室，燃盡室的底面與副燃室的底面之間留有落料通道，燃盡室底面設置鬆動風帽，保證物料的順利分離和輸送。但是，這些類型的鍋爐多用於生產熱水或者飽和蒸汽，因而無法適用於對溫度和壓力要求更高層次的工業加熱或者蒸汽發電系統。
針對現有技術存在的不足和缺陷，本發明提出一種臥式循環流化床過熱蒸汽鍋爐，一方面結構佈置緊湊、流態化燃燒，另一方面可生產高溫、高壓的高品質過熱蒸汽。
本發明的一種臥式循環流化床過熱蒸汽鍋爐包含：由主燃室密相區和主燃室稀相區組成的主燃室、副燃室、燃盡室、分離器以及尾部煙道，在主燃室下部佈置有布風板，主燃室和副燃室之間有第一水冷壁隔牆，副燃室和燃盡室之間有第二水冷壁隔牆，在副燃室和燃盡室底部有V形灰鬥；分離器下部透過回料通道與回料器相連；回料器與返料口和V形 灰鬥底部相連；鍋筒與下降管、飽和蒸汽引出管相連；蒸發受熱面由主燃室、副燃室以及燃盡室組成，與汽水引出管、鍋筒相連；尾部煙道內佈置有低溫省煤器、高溫省煤器及空氣預熱器，低溫省煤器和高溫省煤器串聯連接。本案之一種臥式循環流化床過熱蒸汽鍋爐佈置有高溫輻射過熱器、低溫對流過熱器以及噴水減溫器；高溫輻射過熱器佈置在主燃室稀相區內，由進口聯箱、出口聯箱和過熱器管組成；低溫對流過熱器佈置在副燃室內，由上聯箱、下聯箱與蛇形管組成；噴水減溫器佈置於高溫輻射過熱器和低溫對流過熱器之間，與噴水減溫調節閥、減溫水管道共同組成過熱器減溫系統。
本發明的技術特徵還在於：高溫輻射過熱器可佈置多屏， 管屏之間距離S1為0.6~2.0公尺(m)；過熱器管管間節距S2與管徑D1之比為1.25~1.50。低溫對流過熱器的上部呈階梯狀佈置，從第一水冷壁隔牆向第二水冷壁隔牆傾斜佈置；蛇形管間橫向節距S3為60~150毫米(mm)，縱向節距S4為50~120mm。
本發明的另一技術特徵還在於：分離器透過連接通道與燃盡室相連；針對鍋爐容量大小差異，可佈置一個或者兩個。
本發明與現有技術相比，具有以下優點及突出性效果：①與傳統臥式循環流化床鍋爐相比，可生產高溫高壓蒸汽。由於設置了噴水減溫器，可以精確控制過熱器出口蒸汽溫度。②主燃室內的高溫輻射過熱器和副燃室內的低溫對流過熱器串聯佈置，充分利用輻射式過熱器、對流式過熱器出口汽溫隨負荷變化的相反特性，汽溫調節特性好，便於控溫。③副燃室內臥式、階梯佈置的對流過熱器，充分適應管外的氣固流動，有 利於物料的平衡流通和傳熱均衡。本發明在傳統臥式循環流化床鍋爐的基礎上，佈置了獨特的過熱器系統。本發明在「爐」方面，不但繼承了臥式循環流化床鍋爐的燃料適應性廣且燃燒效率高，爐內脫硫、脫硝的優點，而且在「鍋」方面，可生產高溫高壓蒸汽。本發明特別適用于需要高品質蒸汽利用的場合。
1‧‧‧布風板
2‧‧‧主燃室密相區
3‧‧‧燃料給進裝置
4‧‧‧噴水減溫器
5‧‧‧過熱器間蒸汽聯絡管
6‧‧‧高溫輻射過熱器
7‧‧‧主燃室稀相區
8‧‧‧第一水冷壁隔牆
9‧‧‧下降管
10‧‧‧汽水引出管
11‧‧‧過熱蒸汽出口
12‧‧‧飽和蒸汽引出管
13‧‧‧鍋筒
14‧‧‧副燃室
15‧‧‧燃盡室
16‧‧‧連接通道
17‧‧‧分離器
18‧‧‧水準煙道
19‧‧‧尾部煙道
20‧‧‧高溫省煤器
21‧‧‧低溫省煤器
22‧‧‧空氣預熱器
23‧‧‧煙氣出口
24‧‧‧返料口
25‧‧‧回料器
26‧‧‧V形灰鬥
27‧‧‧回料通道
28‧‧‧第二水冷壁隔牆
29‧‧‧後牆水冷壁
30‧‧‧低溫對流過熱器
31‧‧‧噴水減溫調節閥
32‧‧‧減溫水管道
33‧‧‧上聯箱
34‧‧‧蛇形管
35‧‧‧下聯箱
36‧‧‧進口聯箱
37‧‧‧出口聯箱
38‧‧‧過熱器管
S1‧‧‧距離
S2‧‧‧節距
S3‧‧‧橫向節距
S4‧‧‧縱向節距
D1‧‧‧管徑
第1圖為本發明所提供的一種臥式循環流化床過熱蒸汽鍋爐的結構原理示意圖。
第2圖為鍋爐汽水系統示意圖。
第3a圖與第3b圖為階梯佈置的低溫對流過熱器管束示意圖。
第4圖為高溫輻射過熱器管屏示意圖。
第5圖為第1圖的俯視圖，表示一種臥式循環流化床過熱蒸汽鍋爐佈置一個分離器的實施例。
第6圖為第1圖的俯視圖，表示一種臥式循環流化床過熱蒸汽鍋爐佈置兩個分離器的實施例。
下面結合附圖對本發明的具體實施方式及工作過程作進一步的說明。
第1圖為本發明所提供的一種臥式循環流化床過熱蒸汽鍋爐的結構原理示意圖，第2圖為鍋爐汽水系統示意圖，包含由主燃室密相區2和主燃室稀相區7組成的主燃室、副燃室14、燃盡室15、分離器17 和尾部煙道19，在主燃室下部佈置有布風板1，主燃室和副燃室14之間有第一水冷壁隔牆8，副燃室14和燃盡室15之間有第二水冷壁隔牆28，在副燃室14和燃盡室15底部有V形灰鬥26；分離器17下部透過回料通道27與回料器25相連；回料器25與返料口24和V形灰鬥26底部相連；鍋筒13與下降管9、飽和蒸汽引出管12相連；蒸發受熱面由主燃室、副燃室14以及燃盡室15組成，與汽水引出管10、鍋筒13相連；尾部煙道19內佈置有低溫省煤器21、高溫省煤器20和空氣預熱器22，低溫省煤器21和高溫省煤器22串聯連接，高溫輻射過熱器6佈置在主燃室稀相區7內；低溫對流過熱器30佈置在副燃室14內；噴水減溫器4佈置於高溫輻射過熱器6和低溫對流過熱器30之間，與噴水減溫調節閥31、減溫水管道32共同組成過熱器減溫系統。
第3a圖與第3b圖為階梯佈置的低溫對流過熱器管束示意圖，低溫對流過熱器30由上聯箱33、下聯箱35和蛇形管34組成，上部從第一水冷壁隔牆8向第二水冷壁隔牆28呈階梯狀傾斜佈置；蛇形管34間橫向節距S3為60~150mm，縱向節距S4為50~120mm。
第4圖為高溫輻射過熱器管屏示意圖，高溫輻射過熱器6由進口聯箱36、出口聯箱37和過熱器管38組成，可佈置多屏，在本實施例中佈置了3屏，管屏之間距離S1為0.6~2.0m；過熱器管38管間節距S2與管徑D1之比為1.25~1.50。
第5圖為第1圖的俯視圖，表示臥式循環流化床過熱蒸汽鍋爐佈置一個分離器的實施例；以及第6圖為第1圖的俯視圖，表示臥式循環流化床過熱蒸汽鍋爐佈置兩個分離器的實施例。當鍋爐蒸發量為3~10 公噸/小時(t/h)時，宜佈置一個分離器；當鍋爐蒸發量為10~20t/h時，宜根據實際情況確定佈置一個或者兩個分離器；當鍋爐蒸發量大於20t/h時，宜佈置兩個分離器。
燃料從燃料給進裝置3送入，支援燃燒的空氣經空氣預熱器 22後從布風板1送入，燃料依次在主燃室密相區2、主燃室稀相區7、副燃室14和燃盡室15內燃燒，燃燒產生的攜帶顆粒物料的煙氣透過分離器17被分離，煙氣透過分離器與水準煙道18進入尾部煙道19，依次流過高溫省煤器20、低溫省煤器21和空氣預熱器22，經煙氣出口23離開鍋爐。煙氣中的顆粒物料流經副燃室14和燃盡室15之間的V形灰鬥16時，由於慣性分離作用，一些顆粒物料被分離並沉積在V形灰鬥中，沒有分離下來的顆粒物料隨著煙氣繼續流入分離器17，在分離器17內得到進一步分離。分離器17分離下來的顆粒物料沿著回料通道27流入回料器25，與從V形灰鬥26流入到回料器25內顆粒物料匯合，全部物料最終透過回料器25經返料口24回送到主燃室密相區2，完成一次物料循環。透過顆粒物料循環，一方面可循環燃燒未燃盡的碳顆粒，提高燃燒效率，另一方面還可以提高主燃室、副燃室的顆粒物料濃度，較高物料濃度有利於提高佈置在主燃室和副燃室內過熱器的煙氣傳熱係數。
鍋爐給水依次經低溫省煤器21、高溫省煤器20後進入鍋筒 13，被加熱後的鍋爐給水由下降管9分配給蒸發受熱面，鍋爐給水在蒸發受熱面內吸熱並產生飽和蒸汽，飽和蒸汽再由飽和蒸汽引出管12引至低溫對流過熱器30內繼續吸熱達到過熱狀態，過熱蒸汽再經過熱器間蒸汽聯絡管5引至高溫輻射過熱器內繼續吸熱並由過熱蒸汽出口11引出鍋爐。低溫 對流過熱器迎煙氣來流方向，階梯傾斜佈置，有利於副燃室14內靠近燃盡室15方向的高濃度物料順利流過(由於顆粒流經主燃燒室和燃盡室之間的倒U型通道的離心作用，靠近燃盡室方向的物料濃度高)。低溫對流過熱器30與高溫輻射過熱器6串聯連接，汽溫的調節性好。噴水減溫器4佈置於高溫輻射過熱器6和低溫對流過熱器30之間，與噴水減溫調節閥31、減溫水管道32共同組成過熱器減溫系統。過熱器減溫系統可進行細緻調溫，可充分滿足工業生產的需要。
雖然本發明的實施例揭露如上所述，然並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，舉凡依本發明申請範圍所述的形狀、構造、特徵及數量當可做些許的變更，因此本發明的專利保護範圍須視本說明書所附的申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧布風板
2‧‧‧主燃室密相區
3‧‧‧燃料給進裝置
4‧‧‧噴水減溫器
5‧‧‧過熱器間蒸汽聯絡管
6‧‧‧高溫輻射過熱器
7‧‧‧主燃室稀相區
8‧‧‧第一水冷壁隔牆
10‧‧‧汽水引出管
11‧‧‧過熱蒸汽出口
12‧‧‧飽和蒸汽引出管
13‧‧‧鍋筒
14‧‧‧副燃室
15‧‧‧燃盡室
16‧‧‧連接通道
17‧‧‧分離器
18‧‧‧水準煙道
19‧‧‧尾部煙道
20‧‧‧高溫省煤器
21‧‧‧低溫省煤器
22‧‧‧空氣預熱器
23‧‧‧煙氣出口
24‧‧‧返料口
25‧‧‧回料器
26‧‧‧V形灰鬥
27‧‧‧回料通道
28‧‧‧第二水冷壁隔牆
29‧‧‧後牆水冷壁
30‧‧‧低溫對流過熱器

Claims (4)

  1. 一種臥式循環流化床過熱蒸汽鍋爐，包含由主燃室密相區(2)和主燃室稀相區(7)組成的主燃室、副燃室(14)、燃盡室(15)、分離器(17)以及尾部煙道(19)，在該主燃室下部佈置有布風板(1)，該主燃室和該副燃室(14)之間有第一水冷壁隔牆(8)，該副燃室(14)和該燃盡室(15)之間有第二水冷壁隔牆(28)，在副燃室(14)和該燃盡室(15)底部有V形灰鬥(26)；該分離器(17)下部透過回料通道(27)與回料器(25)相連；該回料器(25)與返料口(24)和該V形灰鬥(26)底部相連；鍋筒(13)與下降管(9)、飽和蒸汽引出管(12)相連；蒸發受熱面由該主燃室、該副燃室(14)以及該燃盡室(15)組成，與汽水引出管(10)、該鍋筒(13)相連；尾部煙道(19)內佈置有低溫省煤器(21)、高溫省煤器(20)和空氣預熱器(22)，該低溫省煤器(21)與該高溫省煤器(22)串聯連接，其特徵在於該臥式循環流化床過熱蒸汽鍋爐包含：高溫輻射過熱器(6)，該高溫輻射過熱器(6)佈置在該主燃室稀相區(7)內，由進口聯箱(36)、出口聯箱(37)和過熱器管(38)組成；低溫對流過熱器(30)，該低溫對流過熱器(30)佈置在該副燃室(14)內，由上聯箱(33)、下聯箱(35) 和蛇形管(34)組成；以及噴水減溫器(4)，該噴水減溫器(4)佈置於該高溫輻射過熱器(6)和該低溫對流過熱器(30)之間，與噴水減溫調節閥(31)、減溫水管道(32)共同組成過熱器減溫系統。
  2. 如請求項1所述之臥式循環流化床過熱蒸汽鍋爐，其中該高溫輻射過熱器(6)可佈置多屏，管屏之間距離(S1)為0.6~2.0m，過熱器管(38)管間節距(S2)與管徑(D1)之比為1.25~1.50。
  3. 如請求項1所述之臥式循環流化床過熱蒸汽鍋爐，其中該低溫對流過熱器(30)的上部呈階梯狀佈置，從該第一水冷壁隔牆(8)向該第二水冷壁隔牆(28)傾斜佈置，蛇形管(34)間橫向節距(S3)為60~150mm，縱向節距(S4)為50~120mm。
  4. 如請求項1所述之臥式循環流化床過熱蒸汽鍋爐，其中該分離器(17)透過連接通道(16)與燃盡室(15)相連，該分離器(17)可根據鍋爐大小佈置一個或者兩個。
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