一種帶二次再熱的循環流化床鍋爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種帶二次再熱的循環流化床鍋爐，包括風室、布風裝置、爐膛、一次風系統、二次風系統、水平煙道、數臺旋風分離器和外置式熱交換器、尾部煙道，爐膛下部的收縮比為0.2-0.49；尾部煙道內設煙氣擋板，尾部煙道包含至少兩條平行煙道，在一平行煙道內設有低溫過熱器，在另一平行煙道內設有一次低溫再熱器；在至少一外置式熱交換器內設有中溫過熱器，在至少一外置式熱交換器內設有一次高溫再熱器，在至少一外置式熱交換器內設有二次低溫再熱器和二次高溫再熱器；在爐膛上部設有高溫過熱器；本實用新型能有效提高爐內傳熱強度，并配合優選的受熱面布置方式以實現二次再熱與循環流化床鍋爐有效結合，從而達到提高煤電機組發電效率與低污染物排放共存的目的，保證設備長期高效運行。
【專利說明】一種帶ニ次再熱的循環流化床鍋爐
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及ー種循環流化床鍋爐，特別是帶二次再熱的循環流化床鍋爐。
【背景技術】
[0002]我國現已成為世界第一的能源生產國和消費國，近十年煤炭在能源結構中所占比重一直在70%左右，并預計將持續至本世紀中葉。然而，我國煤炭資源中，高硫份和高灰份的劣質煤所占比重較高，為此，提高機組發電效率，降低污染物排放是電カ行業的中心任務。
[0003]循環流化床燃燒技術是近三十年發展起來的在現階段唯一實現商業化和大型化的低品位燃料高效清潔燃燒利用技術，以其無與倫比的低污染物排放優勢，有效解決了節能與環保兩方面的問題，代表了當今燃燒技術的一大進步。
[0004]目前，提高蒸汽參數、増加再熱次數是提高機組發電效率的有效方法，但循環流化床鍋爐在進ー步提高機組發電效率方面遇到較大的困難。這是因為，循環流化床鍋爐在額定負荷下，爐內正常燃燒溫度通常不超過930°C，相對于其它燃燒方式如煤粉鍋爐或旋風燃燒爐等鍋爐，其燃燒溫度偏低，加之高參數受熱面金屬材料的問題，導致在進ー步提高蒸汽參數方面遇到較大的瓶頸；若増加再熱次數，則需考慮受熱面的布置位置，煤粉鍋爐有將ニ次再熱受熱面布置在煙溫較高的爐膛出口水平煙道內的先例，但由于氣固兩相流動上的差異，循環流化床鍋爐的爐膛出口處煙氣攜帯大量的固體顆粒，且煙氣速度可高達約30m/s，若此區域布置二次再熱受熱面，其磨損必然嚴重，使得鍋爐難于安全運行；如將二次再熱器全布置在尾部煙道內，則由于尾部煙道內還布置其它受熱面，各受熱面的吸熱份額難于同步調節，在氣溫調節上難于布置。此外，更為重要的是，二次再熱蒸汽壓カ比一次再熱蒸汽壓カ更低，為使二次再熱蒸汽壓カ損失不致過大，需要采用較低的蒸汽流速，然而，低蒸汽流速也使蒸汽對受熱面管壁的冷卻能力非常有限，即受熱面管子壁溫更接近于管外介質的溫度，因此為考慮受熱面管子的熱承載能力，又不能將蒸汽流速取的過低，二者難以平衡；同時，在鍋爐啟動過程中，為保護再熱器不致超溫干燒，往往會采用如引入主蒸汽冷卻等方法保護再熱器。二次再熱器的引入増加了再熱受熱面面積，使再熱器的吸熱份額超過了過熱器的吸熱份額，在采取主蒸汽冷卻時，將需要更多的蒸汽量，即原有蒸汽量難于滿足同時保護一次再熱器和二次再熱器；以上均限制了二次再熱與循環流化床燃燒技術的結合，使循環流化床鍋爐機組效率的進ー步提高難于實現。
【發明內容】
[0005]本實用新型的目的是針對現有技術存在的上述不足并克服上述二次再熱與循環流化床鍋爐相結合的難點，提供ー種帶二次再熱的循環流化床鍋爐，它在不顯著増加燃料的情況下能有效提高爐內傳熱強度和熱量利用率，從而實現二次再熱與循環流化床鍋爐的有效結合，達到進一步提高煤電機組發電效率與低污染物排放共存的目的，且保證設備長期聞效運行。[0006]為達到上述目的，本實用新型的ー種帶二次再熱的循環流化床鍋爐，包括風室、包含布風板和風帽的布風裝置、爐膛、一次風系統、二次風系統、水平煙道、至少三臺旋風分離器、至少三臺外置式熱交換器、尾部煙道，爐膛內設有帶上、下集箱的水冷壁，其特征在于所述爐膛下部沿深度方向的收縮比為0.2-0.49 ;所述尾部煙道采用平行多煙道結構，至少包含兩條平行煙道，每條煙道內設有煙氣調節擋板，在至少一平行煙道內的煙氣調節擋板沿煙氣流動方向之前設有低溫過熱器，在至少另一平行煙道內的煙氣調節擋板沿煙氣流動方向之前設有一次低溫再熱器，在所有煙氣擋板沿煙氣流動方向之后的尾部煙道內布置省煤器和空預器；在至少一外置式熱交換器內設有中溫過熱器，在至少一外置式熱交換器內設有一次高溫再熱器，在至少一外置式熱交換器內設有二次低溫再熱器，在至少一外置式熱交換器內設有二次高溫再熱器；在爐內設有高溫過熱器；水冷壁的上集箱、低溫過熱器、中溫過熱器和高溫過熱器通過管路依次連通，一次低溫再熱器與一次高溫再熱器通過管路連通，二次低溫再熱器與二次高溫再熱器通過管路連通。
[0007]上述爐膛可以為單爐膛，其下部設有一布風板，布風板上設有數個風帽。
[0008]上述爐膛也可以采用單爐膛雙布風板結構，其下部設有兩布風板，每塊布風板上設有數個風帽。
[0009]上述爐膛也可以為環形爐膛，其下部設有環形的布風板，該布風板上設有數個風帽。
[0010]使用時，已有一定過熱度的鍋爐蒸汽從水冷壁出來后依次流經低溫過熱器、中溫過熱器和高溫過熱器，進入汽輪機高壓缸做功；從汽輪機高壓缸出來的蒸汽依次流經一次低溫再熱器和一次高溫再熱器后進入汽輪機第一中壓缸做功；從汽輪機第一中壓缸出來的蒸汽又依次流經二次低溫再熱器和二次高溫再熱器，之后依次進入汽輪機第二中壓缸和汽輪機低壓缸做功；
[0011]為實現二次再熱與循環流化床燃燒技術的有效結合，需考慮傳熱強度、受熱面布置位置、汽溫調節與受熱面保護等方面因素:
[0012]在爐內傳熱方面，對于循環流化床鍋爐而言，由于承托燃料及床料顆粒的動カ來自風機壓頭，為使風機能耗的增量至少不能超過二次再熱系統使機組效率提高的能耗節約量，因此需要將顆粒濃度維持在合理水平。相比于目前循環流化床鍋爐爐膛下部爐膛深度方向的收縮比通常為0.5-0.7，本實用新型將爐膛下部沿深度方向的收縮比控制為
0.2-0.49，在一次風機和二次風機壓頭變化不大的條件下，對爐內顆粒的拖曳及夾帶能力更強，可提高爐膛上部區域的顆粒濃度，從而增加爐膛上部區域氣固兩相流的對流傳熱強度，使得汽水側吸熱量得以提高，滿足二次再熱受熱面引入循環流化床鍋爐的需要。且大收縮比結構使得一次風量占總風量份額更小，二次風量占總風量份額更大，為二次風的風量調節提供了更寬裕的調節范圍。
[0013]在受熱面布置方面，低溫過熱器和一次低溫再熱器均設于煙氣擋板沿煙氣流動方向之前的平行煙道內，相對于爐膛，此處顆粒濃度低，因此傳熱強度和受熱面磨損程度也低于爐內，可降低鋼材等級。這樣，既節約材料成本，又避免在爐內設置過多受熱面而大幅拉低爐內局部煙氣溫度的情況發生，可防止局部煙溫降至燃料著火點以下而不利于燃料燃盡的現象出現；中溫過熱器、一次高溫再熱器、二次低溫再熱器和二次高溫再熱器均布置于外置式熱交換器內，外置式換熱器由于其內部鼓泡流化床的高傳熱強度特性而使受熱面管子溫度更接近于顆粒溫度，綜合爐內的高傳熱強度和外置式熱交換器內鼓泡流化床的高傳熱強度特性將滿足可實現二次再熱的蒸汽參數需要。
[0014]在汽溫調節方面，通過調節各組煙氣調節擋板的開度與進出外置式熱交換器不同溫度灰流量比例的共同作用，使過熱器、一次再熱器與二次再熱器的蒸汽溫度分別獨立調節，在各級受熱面蒸汽參數得到保證的同時，不降低機組效率，又保證省煤器和空預器正常工作；此外，二次低溫再熱器和二次高溫再熱器布置在外置式熱交換器內，可極大的方便各級二次再熱器的蒸汽切換，在鍋爐低負荷運行及啟停過程中可有效保護二次再熱器受熱面，避免二次再熱器的干燒，保證設備的正常運行；
[0015]作為本實用新型的進ー步改進，所述二次高溫再熱器的管子內徑至少比二次低溫再熱器的管子內徑大1.7mm;這是因為二次再熱蒸汽壓カ比一次再熱蒸汽壓カ更低，為使二次再熱蒸汽壓カ損失不致過大，需要采用較低的蒸汽流速。然而，低蒸汽流速也使蒸汽對受熱面管壁的冷卻能力非常有限，即受熱面管子壁溫更接近于管外介質的溫度，因此為考慮受熱面管子的熱承載能力，又不能將蒸汽流速取的過低。通過核算受熱面管內エ質的壓力損失與管子所處環境溫度以及管子所能承受換熱能力等多方面因素，對二次再熱器的管子內徑做如上要求，使得兩處的蒸汽流速有較為明顯差別，可同時滿足兩方面的需要。
[0016]本實用新型能實現二次再熱與循環流化床鍋爐的有效結合，可在現有大型循環流化床鍋爐的基礎上將機組效率再提高1.5%-2% ；
[0017]作為本實用新型的進ー步改進，所述高溫過熱器可為U型屏式過熱器；便干與溫度較高的爐膛中心區域的煙氣換熱，提高換熱效率；
[0018]綜上所述，本實用新型在不顯著増加燃料的情況下能有效提高爐內傳熱強度，并配合優選的受熱面布置方式以實現二次再熱與循環流化床鍋爐有效結合，從而達到提高煤電機組發電效率與低污染物排放共存的目的，且保證設備長期高效運行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019]圖1為本實用新型實施例一的結構示意圖。
[0020]圖2為本實用新型實施例ニ的結構示意圖。
[0021]圖3為圖2的左視圖。
[0022]圖4為本實用新型實施例三的俯視結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖對本實用新型作進ー步詳細的說明。
[0024]實施例一
[0025]如圖1所示，該實施例為帶二次再熱的循環流化床鍋爐，包括風室14、單爐膛11、設有單布風板15和數個風帽(未示出)的布風裝置、設有風機16和風管的一次風系統、設有風機17和風管的二次風系統、水平煙道18、三臺旋風分離器1、三臺外置式熱交換器2、尾部煙道3，旋風分離器I連接水平煙道18、尾部煙道3和爐膛11的下部，三臺外置式熱交換器2的兩端分別與各自的旋風分離器I和爐膛11的下部相連，爐膛11的四周及爐頂由帶上、下集箱的水冷壁19組成，所述爐膛11下部沿深度方向的收縮比(即圖中L1/L2)為0.3 ;所述尾部煙道3內設有三組煙氣擋板12，煙氣擋板12沿煙氣流動方向之前的尾部煙道3包含三條平行煙道20，在煙氣擋板12沿煙氣流動方向之后的尾部煙道3內設有省煤器13和空預器21，在一平行煙道20內設有低溫過熱器4，在另一平行煙道20內設有一次低溫再熱器7，在所剩的平行煙道20內設有其他受熱面；在一外置式熱交換器2內設有中溫過熱器5，在另一外置式熱交換器2內設有一次高溫再熱器8，在另一外置式熱交換器2內設有二次低溫再熱器9和二次高溫再熱器10 ;在爐膛11內設有高溫過熱器6 ;水冷壁19的上集箱、低溫過熱器4、中溫過熱器5和高溫過熱器6通過管路依次連通，一次低溫再熱器7與一次高溫再熱器8通過管路連通，二次低溫再熱器9與二次高溫再熱器10通過管路連通，二次低溫再熱器9所采用的管子內徑為48mm，二次高溫再熱器10所采用的管子內徑為52.5mm。
[0026]使用吋，已有一定過熱度的鍋爐蒸汽從水冷壁19出來后依次流經低溫過熱器4、中溫過熱器5和高溫過熱器6，進入汽輪機高壓缸做功；從汽輪機高壓缸出來的蒸汽依次流經一次低溫再熱器7和一次高溫再熱器8后進入汽輪機第一中壓缸做功；從汽輪機第一中壓缸出來的蒸汽又依次流經二次低溫再熱器9和二次高溫再熱器10，之后依次進入汽輪機第二中壓缸和汽輪機低壓缸做功；
[0027]循環流化床鍋爐爐膛內顆粒由氣體拖曳而起，按照流態化理論及實踐證明，爐膛所需風壓近似等于爐內顆粒重量，即單位面積上的物料存量，可用壓カ單位表示，并可通過該區域顆粒濃度來計算。對于循環流化床鍋爐而言，爐內傳熱主要為氣固兩相流體與受熱面間的對流傳熱，這種對流傳熱與固體顆粒濃度有關，固體顆粒濃度越高，傳熱效果越好，傳熱強度越高。本實用新型由于二次再熱受熱面的加入，總的傳熱量増加，因此需保證爐內較高的傳熱強度，即爐膛上部區域需要有較高的顆粒濃度；同時由于承托物料的動カ來自風機壓頭，而為使風機能耗的增量至少不能超過二次再熱系統使機組效率提高的能耗節約量，因此需要將顆粒濃度維持在合理水平。
[0028]相比于目前循環流化床鍋爐爐膛下部的收縮比為0.5-0.7，本實施例爐膛下部沿深度方向的收縮比為0.3，可使兩風機16、17在壓頭變化不大的條件下，對爐膛11內顆粒的拖曳效果更明顯，在實際工作時可顯著提高爐膛上部區域的顆粒濃度，將爐膛出口區域單位高度的壓降與爐膛平均単位高度壓降(床層壓降與爐膛高度之比)的比值(通常在0.2?
0.5之間)再提高約0.1，從而增加了爐內的傳熱強度，可滿足二次再熱受熱面布置的需要。
[0029]低溫過熱器4和一次低溫再熱器7均設于煙氣擋板12沿煙氣流動方向之前的平行煙道20內，相對于爐膛11，此處顆粒濃度低，因此傳熱強度和受熱面磨損程度也低于爐內，可降低鋼材等級。這樣，既節約材料成本，又避免在爐內設置過多受熱面而大幅拉低爐內局部煙氣溫度的情況發生，并可防止局部煙溫降至燃料著火點以下而不利于燃料燃盡的現象出現；中溫過熱器5、一次高溫再熱器8、二次低溫再熱器9和二次高溫再熱器10均設于外置式熱交換器2內，綜合爐內的高傳熱強度和外置式熱交換器2內鼓泡流化床的高傳熱強度特性將滿足可實現二次再熱的蒸汽參數需要。
[0030]通過調節各組煙氣擋板12的開度，可調節各平行煙道20的煙氣量，從而調節低溫過熱器4、一次低溫再熱器7的吸熱份額，通過調節進入外置式熱交換器2內不同溫度的固體顆粒流量可以調節二次再熱器的蒸汽溫度，從而使不同受熱面的汽溫均獨立調節，即在各級受熱面蒸汽參數得到保證的同時，不降低機組效率。二次低溫再熱器9和二次高溫再熱器10布置在外置式熱交換器2內，可極大的方便二次再熱器系統的蒸汽切換，在鍋爐低負荷運行及啟停過程中有效保護二次再熱器受熱面，避免二次再熱器的干燒，保證設備的正常運行；內徑較小的二次低溫再熱器9使得蒸汽流速較高，可有效冷卻該區域受熱面管子的溫度，內徑較大的二次高溫再熱器10內蒸汽流速較慢，可使二次再熱器的蒸汽壓力損失維持在很低的水平，從而使得二次再熱蒸汽的壓カ和溫度均有所保證。與同蒸汽參數的一次再熱循環流化床鍋爐機組相比，本實用新型引入二次再熱可將機組效率再提高
1.5%-2% ；
[0031]實施例ニ
[0032]如圖2、圖3所示，該實施例與實施例一相比，其差別僅在于:其爐膛26為單爐膛雙布風板結構，下部設有兩布風板22，兩布風板22上各設有數個風帽(未示出)，所述爐膛26下部沿深度方向的收縮比(即圖中L3/L4)為0.20，在爐膛26兩側各設有三臺旋風分離器I和三臺外置式熱交換器2，在其中的兩外置式熱交換器2內設有中溫過熱器5，在另兩外置式熱交換器2內設有一次高溫再熱器8，在另一外置式熱交換器2內設有二次低溫再熱器9，在另一外置式熱交換器2內設有二次高溫再熱器10 ;二次低溫再熱器9所采用的管子內徑為46mm，二次高溫再熱器10所采用的管子內徑為48mm。
[0033]本實施例的工作原理與實施例ー類似，爐膛26下部沿深度方向的收縮比為0.2，將爐膛出口區域単位高度的壓降與爐膛平均単位高度壓降(床層壓降與爐膛高度之比)的比值(通常在0.2?0.5之間)再提高約0.13，從而實現二次再熱與此種爐膛結構的循環流化床鍋爐有效結合，達到提高煤電機組發電效率與低污染物排放共存的目的，且保證設備長期高效運行。
[0034]實施例三
[0035]如圖4所示，該實施例與實施例二相比，其差別僅在于:爐膛27為環形爐膛，其下部設有環形的布風板，該布風板上設有數個風帽；所述爐膛27下部沿深度方向的收縮比(即圖中L5/L6)為0.49，將爐膛出口區域単位高度的壓降與爐膛平均単位高度壓降(床層壓降與爐膛高度之比)的比值(通常在0.2?0.5之間)再提高約0.06，從而增加了爐內的傳熱強度，可滿足二次再熱受熱面的需要。圍繞爐膛27設有六臺旋風分離器I和六臺外置式熱交換器2 ；
[0036]綜上所述，本實用新型通過改變爐膛下部沿深度方向的收縮比，提高爐膛上部區域的顆粒濃度至合理的水平，將爐膛出口區域単位高度的壓降與爐膛平均単位高度壓降(床層壓降與爐膛高度之比)的比值(通常在0.2?0.5之間)再提高約0.05?0.15，在不増加燃料的情況下能有效提高爐內傳熱強度，并配合優選的受熱面布置方式及各級二次再熱器管子內徑的關系以實現二次再熱與循環流化床鍋爐的有效結合，從而達到提高煤電機組發電效率與低污染物排放共存的目的，且保證設備長期高效運行。
【權利要求】
1.ー種帶二次再熱的循環流化床鍋爐，包括風室、包含布風板和風帽的布風裝置、爐膛、一次風系統、二次風系統、水平煙道、至少三臺旋風分離器、至少三臺外置式熱交換器、尾部煙道，爐膛內設有帶上、下集箱的水冷壁，其特征在于所述爐膛下部沿深度方向的收縮比為0.2-0.49 ;所述尾部煙道采用平行多煙道結構，至少包含兩條平行煙道，每條煙道內設有煙氣調節擋板，在至少一平行煙道內的煙氣調節擋板沿煙氣流動方向之前設有低溫過熱器，在至少另一平行煙道內的煙氣調節擋板沿煙氣流動方向之前設有一次低溫再熱器，在所有煙氣擋板沿煙氣流動方向之后的尾部煙道內布置省煤器和空預器；在至少一外置式熱交換器內設有中溫過熱器，在至少一外置式熱交換器內設有一次高溫再熱器，在至少一外置式熱交換器內設有二次低溫再熱器，在至少一外置式熱交換器內設有二次高溫再熱器；在爐內設有高溫過熱器；水冷壁的上集箱、低溫過熱器、中溫過熱器和高溫過熱器通過管路依次連通，一次低溫再熱器與一次高溫再熱器通過管路連通，二次低溫再熱器與二次高溫再熱器通過管路連通。
2.如權利要求1所述的ー種帶二次再熱的循環流化床鍋爐，其特征在于所述爐膛為單爐膛單布風板結構，其下部設有一布風板，布風板上設有數個風帽。
3.如權利要求1所述的ー種帶二次再熱的循環流化床鍋爐，其特征在于所述爐膛采用單爐膛雙布風板結構，其下部設有兩布風板，每塊布風板上設有數個風帽。
4.如權利要求1所述的ー種帶二次再熱的循環流化床鍋爐，其特征在于所述爐膛為環形爐膛，其下部設有環形的布風板，該布風板上設有數個風帽。
5.如權利要求1至4任一所述的ー種帶二次再熱的循環流化床鍋爐，其特征在于所述二次高溫再熱器的管子內徑至少大于二次低溫再熱器的管子內徑1.7_。
6.如權利要求5所述的ー種帶二次再熱的循環流化床鍋爐，其特征在于所述高溫過熱器為U型屏式過熱器。
【文檔編號】F23C10/00GK203431837SQ201320464535
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年8月1日 優先權日:2013年8月1日
【發明者】聶立, 蘇虎, 周棋, 鞏李明, 黃敏, 楊雪芬, 尹莉, 梁紅偉, 魯佳易 申請人:東方電氣集團東方鍋爐股份有限公司