CN203431837U - 一种带二次再热的循环流化床锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带二次再热的循环流化床锅炉，包括风室、布风装置、炉膛、一次风***、二次风***、水平烟道、数台旋风分离器和外置式热交换器、尾部烟道，炉膛下部的收缩比为0.2-0.49；尾部烟道内设烟气挡板，尾部烟道包含至少两条平行烟道，在一平行烟道内设有低温过热器，在另一平行烟道内设有一次低温再热器；在至少一外置式热交换器内设有中温过热器，在至少一外置式热交换器内设有一次高温再热器，在至少一外置式热交换器内设有二次低温再热器和二次高温再热器；在炉膛上部设有高温过热器；本实用新型能有效提高炉内传热强度，并配合优选的受热面布置方式以实现二次再热与循环流化床锅炉有效结合，从而达到提高煤电机组发电效率与低污染物排放共存的目的，保证设备长期高效运行。

Description

一种带二次再热的循环流化床锅炉

技术领域

   本实用新型涉及一种循环流化床锅炉，特别是带二次再热的循环流化床锅炉。

背景技术

我国现已成为世界第一的能源生产国和消费国，近十年煤炭在能源结构中所占比重一直在70%左右，并预计将持续至本世纪中叶。然而，我国煤炭资源中，高硫份和高灰份的劣质煤所占比重较高，为此，提高机组发电效率，降低污染物排放是电力行业的中心任务。

循环流化床燃烧技术是近三十年发展起来的在现阶段唯一实现商业化和大型化的低品位燃料高效清洁燃烧利用技术，以其无与伦比的低污染物排放优势，有效解决了节能与环保两方面的问题，代表了当今燃烧技术的一大进步。

目前，提高蒸汽参数、增加再热次数是提高机组发电效率的有效方法，但循环流化床锅炉在进一步提高机组发电效率方面遇到较大的困难。这是因为，循环流化床锅炉在额定负荷下，炉内正常燃烧温度通常不超过930℃，相对于其它燃烧方式如煤粉锅炉或旋风燃烧炉等锅炉，其燃烧温度偏低，加之高参数受热面金属材料的问题，导致在进一步提高蒸汽参数方面遇到较大的瓶颈；若增加再热次数，则需考虑受热面的布置位置，煤粉锅炉有将二次再热受热面布置在烟温较高的炉膛出口水平烟道内的先例，但由于气固两相流动上的差异，循环流化床锅炉的炉膛出口处烟气携带大量的固体颗粒，且烟气速度可高达约30m/s，若此区域布置二次再热受热面，其磨损必然严重，使得锅炉难于安全运行；如将二次再热器全布置在尾部烟道内，则由于尾部烟道内还布置其它受热面，各受热面的吸热份额难于同步调节，在气温调节上难于布置。此外，更为重要的是，二次再热蒸汽压力比一次再热蒸汽压力更低，为使二次再热蒸汽压力损失不致过大，需要采用较低的蒸汽流速，然而，低蒸汽流速也使蒸汽对受热面管壁的冷却能力非常有限，即受热面管子壁温更接近于管外介质的温度，因此为考虑受热面管子的热承载能力，又不能将蒸汽流速取的过低，二者难以平衡；同时，在锅炉启动过程中，为保护再热器不致超温干烧，往往会采用如引入主蒸汽冷却等方法保护再热器。二次再热器的引入增加了再热受热面面积，使再热器的吸热份额超过了过热器的吸热份额，在采取主蒸汽冷却时，将需要更多的蒸汽量，即原有蒸汽量难于满足同时保护一次再热器和二次再热器；以上均限制了二次再热与循环流化床燃烧技术的结合，使循环流化床锅炉机组效率的进一步提高难于实现。

发明内容

 本实用新型的目的是针对现有技术存在的上述不足并克服上述二次再热与循环流化床锅炉相结合的难点，提供一种带二次再热的循环流化床锅炉，它在不显著增加燃料的情况下能有效提高炉内传热强度和热量利用率，从而实现二次再热与循环流化床锅炉的有效结合，达到进一步提高煤电机组发电效率与低污染物排放共存的目的，且保证设备长期高效运行。

为达到上述目的，本实用新型的一种带二次再热的循环流化床锅炉，包括风室、包含布风板和风帽的布风装置、炉膛、一次风***、二次风***、水平烟道、至少三台旋风分离器、至少三台外置式热交换器、尾部烟道，炉膛内设有带上、下集箱的水冷壁，其特征在于所述炉膛下部沿深度方向的收缩比为0.2-0.49；所述尾部烟道采用平行多烟道结构，至少包含两条平行烟道，每条烟道内设有烟气调节挡板，在至少一平行烟道内的烟气调节挡板沿烟气流动方向之前设有低温过热器，在至少另一平行烟道内的烟气调节挡板沿烟气流动方向之前设有一次低温再热器，在所有烟气挡板沿烟气流动方向之后的尾部烟道内布置省煤器和空预器；在至少一外置式热交换器内设有中温过热器，在至少一外置式热交换器内设有一次高温再热器，在至少一外置式热交换器内设有二次低温再热器，在至少一外置式热交换器内设有二次高温再热器；在炉内设有高温过热器；水冷壁的上集箱、低温过热器、中温过热器和高温过热器通过管路依次连通，一次低温再热器与一次高温再热器通过管路连通，二次低温再热器与二次高温再热器通过管路连通。

上述炉膛可以为单炉膛，其下部设有一布风板，布风板上设有数个风帽。

上述炉膛也可以采用单炉膛双布风板结构，其下部设有两布风板，每块布风板上设有数个风帽。

上述炉膛也可以为环形炉膛，其下部设有环形的布风板，该布风板上设有数个风帽。

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一次低温再热器和一次高温再热器后进入汽轮机第一中压缸做功；从汽轮机第一中压缸出来的蒸汽又依次流经二次低温再热器和二次高温再热器，之后依次进入汽轮机第二中压缸和汽轮机低压缸做功；

为实现二次再热与循环流化床燃烧技术的有效结合，需考虑传热强度、受热面布置位置、汽温调节与受热面保护等方面因素：

在炉内传热方面，对于循环流化床锅炉而言，由于承托燃料及床料颗粒的动力来自风机压头，为使风机能耗的增量至少不能超过二次再热***使机组效率提高的能耗节约量，因此需要将颗粒浓度维持在合理水平。相比于目前循环流化床锅炉炉膛下部炉膛深度方向的收缩比通常为0.5-0.7，本实用新型将炉膛下部沿深度方向的收缩比控制为0.2-0.49，在一次风机和二次风机压头变化不大的条件下，对炉内颗粒的拖曳及夹带能力更强，可提高炉膛上部区域的颗粒浓度，从而增加炉膛上部区域气固两相流的对流传热强度，使得汽水侧吸热量得以提高，满足二次再热受热面引入循环流化床锅炉的需要。且大收缩比结构使得一次风量占总风量份额更小，二次风量占总风量份额更大，为二次风的风量调节提供了更宽裕的调节范围。 

在受热面布置方面，低温过热器和一次低温再热器均设于烟气挡板沿烟气流动方向之前的平行烟道内，相对于炉膛，此处颗粒浓度低，因此传热强度和受热面磨损程度也低于炉内，可降低钢材等级。这样，既节约材料成本，又避免在炉内设置过多受热面而大幅拉低炉内局部烟气温度的情况发生，可防止局部烟温降至燃料着火点以下而不利于燃料燃尽的现象出现；中温过热器、一次高温再热器、二次低温再热器和二次高温再热器均布置于外置式热交换器内，外置式换热器由于其内部鼓泡流化床的高传热强度特性而使受热面管子温度更接近于颗粒温度，综合炉内的高传热强度和外置式热交换器内鼓泡流化床的高传热强度特性将满足可实现二次再热的蒸汽参数需要。

在汽温调节方面，通过调节各组烟气调节挡板的开度与进出外置式热交换器不同温度灰流量比例的共同作用，使过热器、一次再热器与二次再热器的蒸汽温度分别独立调节，在各级受热面蒸汽参数得到保证的同时，不降低机组效率，又保证省煤器和空预器正常工作；此外，二次低温再热器和二次高温再热器布置在外置式热交换器内，可极大的方便各级二次再热器的蒸汽切换，在锅炉低负荷运行及启停过程中可有效保护二次再热器受热面，避免二次再热器的干烧，保证设备的正常运行；

作为本实用新型的进一步改进，所述二次高温再热器的管子内径至少比二次低温再热器的管子内径大1.7mm；这是因为二次再热蒸汽压力比一次再热蒸汽压力更低，为使二次再热蒸汽压力损失不致过大，需要采用较低的蒸汽流速。然而，低蒸汽流速也使蒸汽对受热面管壁的冷却能力非常有限，即受热面管子壁温更接近于管外介质的温度，因此为考虑受热面管子的热承载能力，又不能将蒸汽流速取的过低。通过核算受热面管内工质的压力损失与管子所处环境温度以及管子所能承受换热能力等多方面因素，对二次再热器的管子内径做如上要求，使得两处的蒸汽流速有较为明显差别，可同时满足两方面的需要。

本实用新型能实现二次再热与循环流化床锅炉的有效结合，可在现有大型循环流化床锅炉的基础上将机组效率再提高1.5%-2%；

作为本实用新型的进一步改进，所述高温过热器可为U型屏式过热器；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；

综上所述，本实用新型在不显著增加燃料的情况下能有效提高炉内传热强度，并配合优选的受热面布置方式以实现二次再热与循环流化床锅炉有效结合，从而达到提高煤电机组发电效率与低污染物排放共存的目的，且保证设备长期高效运行。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的结构示意图。

图2为本实用新型实施例二的结构示意图。

图3为图2的左视图。

图4为本实用新型实施例三的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，该实施例为带二次再热的循环流化床锅炉，包括风室14、单炉膛11、设有单布风板15和数个风帽（未示出）的布风装置、设有风机16和风管的一次风***、设有风机17和风管的二次风***、水平烟道18、三台旋风分离器1、三台外置式热交换器2、尾部烟道3，旋风分离器1连接水平烟道18、尾部烟道3和炉膛11的下部，三台外置式热交换器2的两端分别与各自的旋风分离器1和炉膛11的下部相连，炉膛11的四周及炉顶由带上、下集箱的水冷壁19组成，所述炉膛11下部沿深度方向的收缩比（即图中L1/L2）为0.3；所述尾部烟道3内设有三组烟气挡板12，烟气挡板12沿烟气流动方向之前的尾部烟道3包含三条平行烟道20，在烟气挡板12沿烟气流动方向之后的尾部烟道3内设有省煤器13和空预器21，在一平行烟道20内设有低温过热器4，在另一平行烟道20内设有一次低温再热器7，在所剩的平行烟道20内设有其他受热面；在一外置式热交换器2内设有中温过热器5，在另一外置式热交换器2内设有一次高温再热器8，在另一外置式热交换器2内设有二次低温再热器9和二次高温再热器10；在炉膛11内设有高温过热器6；水冷壁19的上集箱、低温过热器4、中温过热器5和高温过热器6通过管路依次连通，一次低温再热器7与一次高温再热器8通过管路连通，二次低温再热器9与二次高温再热器10通过管路连通，二次低温再热器9所采用的管子内径为48mm，二次高温再热器10所采用的管子内径为52.5mm。

使用时，已有一定过热度的锅炉蒸汽从水冷壁19出来后依次流经低温过热器4、中温过热器5和高温过热器6，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一次低温再热器7和一次高温再热器8后进入汽轮机第一中压缸做功；从汽轮机第一中压缸出来的蒸汽又依次流经二次低温再热器9和二次高温再热器10，之后依次进入汽轮机第二中压缸和汽轮机低压缸做功；

循环流化床锅炉炉膛内颗粒由气体拖曳而起，按照流态化理论及实践证明，炉膛所需风压近似等于炉内颗粒重量，即单位面积上的物料存量，可用压力单位表示，并可通过该区域颗粒浓度来计算。对于循环流化床锅炉而言，炉内传热主要为气固两相流体与受热面间的对流传热，这种对流传热与固体颗粒浓度有关，固体颗粒浓度越高，传热效果越好，传热强度越高。本实用新型由于二次再热受热面的加入，总的传热量增加，因此需保证炉内较高的传热强度，即炉膛上部区域需要有较高的颗粒浓度；同时由于承托物料的动力来自风机压头，而为使风机能耗的增量至少不能超过二次再热***使机组效率提高的能耗节约量，因此需要将颗粒浓度维持在合理水平。

相比于目前循环流化床锅炉炉膛下部的收缩比为0.5-0.7，本实施例炉膛下部沿深度方向的收缩比为0.3，可使两风机16、17在压头变化不大的条件下，对炉膛11内颗粒的拖曳效果更明显，在实际工作时可显著提高炉膛上部区域的颗粒浓度，将炉膛出口区域单位高度的压降与炉膛平均单位高度压降（床层压降与炉膛高度之比）的比值（通常在0.2～0.5之间）再提高约0.1，从而增加了炉内的传热强度，可满足二次再热受热面布置的需要。

低温过热器4和一次低温再热器7均设于烟气挡板12沿烟气流动方向之前的平行烟道20内，相对于炉膛11，此处颗粒浓度低，因此传热强度和受热面磨损程度也低于炉内，可降低钢材等级。这样，既节约材料成本，又避免在炉内设置过多受热面而大幅拉低炉内局部烟气温度的情况发生，并可防止局部烟温降至燃料着火点以下而不利于燃料燃尽的现象出现；中温过热器5、一次高温再热器8、二次低温再热器9和二次高温再热器10均设于外置式热交换器2内，综合炉内的高传热强度和外置式热交换器2内鼓泡流化床的高传热强度特性将满足可实现二次再热的蒸汽参数需要。

通过调节各组烟气挡板12的开度，可调节各平行烟道20的烟气量，从而调节低温过热器4、一次低温再热器7的吸热份额，通过调节进入外置式热交换器2内不同温度的固体颗粒流量可以调节二次再热器的蒸汽温度，从而使不同受热面的汽温均独立调节，即在各级受热面蒸汽参数得到保证的同时，不降低机组效率。二次低温再热器9和二次高温再热器10布置在外置式热交换器2内，可极大的方便二次再热器***的蒸汽切换，在锅炉低负荷运行及启停过程中有效保护二次再热器受热面，避免二次再热器的干烧，保证设备的正常运行；内径较小的二次低温再热器9使得蒸汽流速较高，可有效冷却该区域受热面管子的温度，内径较大的二次高温再热器10内蒸汽流速较慢，可使二次再热器的蒸汽压力损失维持在很低的水平，从而使得二次再热蒸汽的压力和温度均有所保证。与同蒸汽参数的一次再热循环流化床锅炉机组相比，本实用新型引入二次再热可将机组效率再提高1.5%-2%；

实施例二

如图2、图3所示，该实施例与实施例一相比，其差别仅在于:其炉膛26为单炉膛双布风板结构，下部设有两布风板22，两布风板22上各设有数个风帽（未示出），所述炉膛26下部沿深度方向的收缩比（即图中L3/L4）为0.20，在炉膛26两侧各设有三台旋风分离器1和三台外置式热交换器2，在其中的两外置式热交换器2内设有中温过热器5，在另两外置式热交换器2内设有一次高温再热器8，在另一外置式热交换器2内设有二次低温再热器9，在另一外置式热交换器2内设有二次高温再热器10；二次低温再热器9所采用的管子内径为46mm，二次高温再热器10所采用的管子内径为48mm。

本实施例的工作原理与实施例一类似，炉膛26下部沿深度方向的收缩比为0.2，将炉膛出口区域单位高度的压降与炉膛平均单位高度压降（床层压降与炉膛高度之比）的比值（通常在0.2～0.5之间）再提高约0.13，从而实现二次再热与此种炉膛结构的循环流化床锅炉有效结合，达到提高煤电机组发电效率与低污染物排放共存的目的，且保证设备长期高效运行。

实施例三

如图4所示，该实施例与实施例二相比，其差别仅在于:炉膛27为环形炉膛，其下部设有环形的布风板，该布风板上设有数个风帽；所述炉膛27下部沿深度方向的收缩比（即图中L5/L6）为0.49，将炉膛出口区域单位高度的压降与炉膛平均单位高度压降（床层压降与炉膛高度之比）的比值（通常在0.2～0.5之间）再提高约0.06，从而增加了炉内的传热强度，可满足二次再热受热面的需要。围绕炉膛27设有六台旋风分离器1和六台外置式热交换器2；

综上所述，本实用新型通过改变炉膛下部沿深度方向的收缩比，提高炉膛上部区域的颗粒浓度至合理的水平，将炉膛出口区域单位高度的压降与炉膛平均单位高度压降（床层压降与炉膛高度之比）的比值（通常在0.2～0.5之间）再提高约0.05～0.15，在不增加燃料的情况下能有效提高炉内传热强度，并配合优选的受热面布置方式及各级二次再热器管子内径的关系以实现二次再热与循环流化床锅炉的有效结合，从而达到提高煤电机组发电效率与低污染物排放共存的目的，且保证设备长期高效运行。 

Claims (6)

1. 一种带二次再热的循环流化床锅炉，包括风室、包含布风板和风帽的布风装置、炉膛、一次风***、二次风***、水平烟道、至少三台旋风分离器、至少三台外置式热交换器、尾部烟道，炉膛内设有带上、下集箱的水冷壁，其特征在于所述炉膛下部沿深度方向的收缩比为0.2-0.49；所述尾部烟道采用平行多烟道结构，至少包含两条平行烟道，每条烟道内设有烟气调节挡板，在至少一平行烟道内的烟气调节挡板沿烟气流动方向之前设有低温过热器，在至少另一平行烟道内的烟气调节挡板沿烟气流动方向之前设有一次低温再热器，在所有烟气挡板沿烟气流动方向之后的尾部烟道内布置省煤器和空预器；在至少一外置式热交换器内设有中温过热器，在至少一外置式热交换器内设有一次高温再热器，在至少一外置式热交换器内设有二次低温再热器，在至少一外置式热交换器内设有二次高温再热器；在炉内设有高温过热器；水冷壁的上集箱、低温过热器、中温过热器和高温过热器通过管路依次连通，一次低温再热器与一次高温再热器通过管路连通，二次低温再热器与二次高温再热器通过管路连通。

2.如权利要求1所述的一种带二次再热的循环流化床锅炉，其特征在于所述炉膛为单炉膛单布风板结构，其下部设有一布风板，布风板上设有数个风帽。

3. 如权利要求1所述的一种带二次再热的循环流化床锅炉，其特征在于所述炉膛采用单炉膛双布风板结构，其下部设有两布风板，每块布风板上设有数个风帽。

4.如权利要求1所述的一种带二次再热的循环流化床锅炉，其特征在于所述炉膛为环形炉膛，其下部设有环形的布风板，该布风板上设有数个风帽。

5. 如权利要求1至4任一所述的一种带二次再热的循环流化床锅炉，其特征在于所述二次高温再热器的管子内径至少大于二次低温再热器的管子内径1.7mm。

6. 如权利要求5所述的一种带二次再热的循环流化床锅炉，其特征在于所述高温过热器为U型屏式过热器。

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