带尾部扩展受热面的超临界循环流化床锅炉和尾部烟道

摘要

本发明涉及带尾部扩展受热面的超临界循环流化床锅炉，包括：炉膛，炉膛中布置有炉膛水冷壁；气固分离器；返料器；和尾部烟道，尾部烟道的高温区布置有包墙水冷壁。炉膛水冷壁与包墙水冷壁依次串联，且炉膛水冷壁受热面积设计成锅炉在35％负荷工况下，炉膛水冷壁出口工质干度≥85％。或者，炉膛水冷壁与包墙水冷壁并联，且炉膛水冷壁受热面积和包墙水冷壁受热面积设计成锅炉在35％负荷工况下，炉膛水冷壁与包墙水冷壁的出口工质干度达到100％。本发明还涉及一种尾部烟道，包括设置在尾部烟道的高温区的包墙水冷壁，所述包墙水冷壁适于串联在炉膛水冷壁后面或者适于与炉膛水冷壁并联。

说明书

技术领域

本发明涉及循环流化床锅炉技术领域，特别是一种带尾部扩展受 热面的超临界循环流化床锅炉以及一种带扩展受热面的尾部烟道。

技术背景

大型化与高参数化是循环流化床锅炉技术发展的必然趋势，随着 循环流化床锅炉容量的增大与蒸汽参数的提高，炉膛的放热容积较炉 内蒸发受热面积增加得更快，放热和吸热的不平衡增长导致受热面的 布置问题。特别对于超临界参数的循环流化床锅炉，需要在炉膛内布 置更多的受热面以满足工质的吸热需求，但由于超临界参数锅炉水动 力设计的复杂性，通过布置常规屏式水冷受热面的方式来增加炉内蒸 发受热面难度很大，常规做法是大幅度增加炉膛高度，这直接导致锅 炉的制造成本大幅增加。

为了控制炉膛高度，解决循环流化床锅炉大型化过程中受热面的 布置问题，现有技术主要通过增加炉内扩展屏，或改变炉膛结构形状 来达到增加炉膛蒸发受热面、控制炉膛高度的目的：中国专利 200620035303.8公开的一种带背靠背水冷壁中隔墙的循环流化床锅 炉炉膛，在炉膛中增设中隔墙；中国专利200710151813.0公开的一 种带水冷柱的循环流化床锅炉炉膛，在炉膛内设置水冷柱；中国专利 200710100248.5公开的一种超临界循环流化床锅炉炉膛受热面，在炉 膛内增加屏式扩展受热面；中国专利200910157103.8公开的一种带 二次风喷射的十字受热屏结构的循环流化床锅炉，在炉膛内设置十字 受热屏；中国专利201110031308.9公开的一种环形炉膛循环流化床 锅炉，在炉膛内环内壁上布置辐射受热面；中国专利201110140337.9 公开的一种大型循环流化床锅炉，通过正多边形环形炉膛内形内侧布 置受热面，以增加炉膛蒸发受热面积。这些方式均使炉膛结构变得复 杂，增加了设计难度，有的还使锅炉运行变得复杂。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术缺陷，提供一种带尾部扩展受热面 的超临界循环流化床锅炉，不改变炉膛结构，仅通过在尾部增加扩展 受热面，来弥补炉膛内蒸发受热面布置不足的难题，可以有效降低炉 膛高度，降低锅炉制造成本。

根据本发明的实施例的一个方面，提出了一种带尾部扩展受热面 的超临界循环流化床锅炉，包括：炉膛，炉膛中布置有炉膛水冷壁； 气固分离器；返料器；和尾部烟道，其中：尾部烟道的高温区布置有 包墙水冷壁，所述炉膛水冷壁与包墙水冷壁依次串联，且炉膛水冷壁 受热面积设计成锅炉在35％负荷工况下，炉膛水冷壁出口工质的干度 ≥85％。

根据本发明的实施例的另一个方面，提出了一种带尾部扩展受热 面的超临界循环流化床锅炉，包括：炉膛，炉膛中布置有炉膛水冷壁； 气固分离器；返料器；和尾部烟道，其中：尾部烟道的高温区布置有 包墙水冷壁，所述炉膛水冷壁与包墙水冷壁并联，且炉膛水冷壁受热 面积和包墙水冷壁受热面积设计成锅炉在35％负荷工况下，炉膛水冷 壁与包墙水冷壁的出口工质的干度达到100％。

可选地，所述包墙水冷壁在尾部烟道中限定的内侧空间内布置有 低温过热器。

可选地，所述包墙水冷壁在尾部烟道中限定的内侧空间内布置有 低温再热器。

可选地，所述炉膛内布置有高温过热器和/或高温再热器。

可选地，所述超临界循环流化床锅炉还包括外置换热器，所述外 置换热器中布置有高温过热器和/或高温再热器。

根据本发明的实施例的再一方面，提出了一种带扩展受热面的尾 部烟道，包括：设置在尾部烟道的高温区的包墙水冷壁，所述包墙水 冷壁适于串联在炉膛水冷壁后面或者适于与炉膛水冷壁并联。可选地， 所述包墙水冷壁在尾部烟道中限定的内侧空间内布置有低温再热器 和/或低温过热器。

本发明通过转移炉膛内的蒸发受热面到尾部烟道，减少了需要布 置在炉膛内的蒸发受热面，使得炉膛高度可以显著降低，有利于降低 锅炉制造成本。

附图说明

图1为根据本发明的实施例1的超临界循环流化床锅炉的正视示 意图；

图2为根据本发明的实施例1的超临界循环流化床锅炉的俯视示 意图；

图3为根据本发明的实施例2的超临界循环流化床锅炉的正视示 意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具 体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的底 部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发 明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

本发明的超临界循环流化床锅炉包括依次连接的炉膛、气固分离 器、返料器，以及与气固分离器气体出口相连的尾部烟道。炉膛燃烧 产生的烟气进入尾部烟道后，流经布置在尾部烟道中的各受热面，温 度逐渐降低，因此，尾部烟道的上游为高温区、下游为低温区。目前 常规的循环流化床锅炉布置中，尾部烟道为竖直，烟气自上而下流动， 则尾部烟道上部为高温区、下部为低温区。

在尾部烟道的高温区布置包墙水冷壁，其与炉膛水冷壁并联或串 联，相当于将一部分原来炉膛蒸发受热面部分转移至尾部烟道，在锅 炉总的蒸发受热面积不变的前提下，减少了需要布置在炉膛内的蒸发 受热面，使得炉膛高度可以降低。

为保证从炉膛水冷壁引出的工质能够均匀的进入包墙水冷壁、确 保锅炉的安全运行，对炉膛水冷壁出口工质的干度须优化选取。干度 过高，意味着炉膛水冷受热面积较大、炉膛高度降低有限，经济性差； 干度过低，汽水混合物的流动较易发生偏差，造成包墙水冷壁局部传 热恶化。本发明通过合理设计炉膛水冷壁的受热面积，使炉膛水冷壁 出口工质的干度在锅炉35％负荷工况下也能达到85％及以上，此时 湿蒸汽流动分配性与干蒸汽流动特性非常接近，可以实现工质从水冷 壁出口到尾部扩展受热面的均匀分配，确保了即使在低负荷下也具备 水动力安全性。

在对流传热为主的尾部烟道高温区四周设置工质温度较低的包 墙式水冷壁，在辐射传热为主的炉内或外置换热器内设置高温过热受 热面或再热受热面，由于炉膛内温度和外置换热器内灰浓度均高于尾 部烟道，故本发明的高温过热器和高温再热器的布置方式提高了传热 温压或传热系数，可减少高温过热器或高温再热器的换热面积，减少 高等级金属材料的消耗量，进一步降低锅炉制造成本。

以下结合附图具体说明本发明的实施方式。

实施例1

如图1、图2所示的超临界循环流化床锅炉，包括风室1、炉膛 2、旋风分离器3、返料器4、外置换热器5、旋风分离器出口水平烟 道6、包墙水冷壁7、低温过热器8、低温再热器9、省煤器10、空 气预热器11、汽水分离器12。炉膛后墙外布置三个旋风分离器3， 三个旋风分离器3下部分别接有三个返料器4与三个外置换热器5。 左侧的外置换热器5内布置有中温过热器51，中部的外置换热器5 内布置有高温过热器52，右侧的外置换热器5内布置有高温再热器 53。尾部烟道上部四周布置有包墙水冷壁7，尾部烟道内从上往下依 次布置有低温过热器8、低温再热器9、省煤器10、空气预热器11， 其中低温过热器8和低温再热器9布置在包墙水冷壁7内侧。

锅炉给水依次流经省煤器10、炉膛水冷壁、包墙水冷壁7、汽水 分离器12、低温过热器8、中温过热器51、高温过热器52，从汽轮 机引出的再热蒸汽依次流经低温再热器9和高温再热器53。

炉膛水冷壁受热面积为：在锅炉35％负荷工况下，可使炉膛出口 工质的干度达到不低于85％；包墙水冷壁7受热面积为：在锅炉35％ 负荷工况下，可将来自炉膛水冷壁的蒸汽加热至干度达到100％。

干度达到100％即工质达到饱和状态或过热状态。

因此，本发明提出了一种带尾部扩展受热面的超临界循环流化床 锅炉，包括：炉膛，炉膛中布置有炉膛水冷壁；气固分离器；返料器； 和尾部烟道，其中：尾部烟道的高温区布置有包墙水冷壁，所述炉膛 水冷壁与包墙水冷壁依次串联，且炉膛水冷壁受热面积设计成锅炉在 35％负荷工况下，炉膛水冷壁出口工质的干度≥85％。

实施例2

如图3所示，超临界循环流化床锅炉由风室1、炉膛2、旋风分 离器3、返料器4、旋风分离器出口水平烟道6、包墙水冷壁7、低温 过热器8、低温再热器9、省煤器10、空气预热器11、汽水分离器 12等组成，炉膛前墙布置有高温屏式过热器23与高温屏式再热器24。 炉膛后墙外布置三个旋风分离器3，三个旋风分离器3下部分别接有 三个返料器4。在尾部烟道上部四周布置有包墙水冷壁7，尾部烟道 内从上往下依次布置有低温过热器8、低温再热器9、省煤器10、空 气预热器11，其中低温过热器8和低温再热器9布置在包墙水冷壁7 内侧。

锅炉给水首先流经省煤器10，再分为两股、分别流经炉膛水冷 壁26和包墙水冷壁7，然后汇合、流入汽水分离器12，再依次流过 低温过热器8、高温屏式过热器23。再热蒸汽依次流经低温再热器9 和高温屏式再热器24。

炉膛水冷壁受热面积与包墙水冷壁7受热面积为：在锅炉35％ 负荷工况下，二者均可将来自省煤器的给水加热至干度达到100％。

因此，本发明也提出了一种带尾部扩展受热面的超临界循环流化 床锅炉，包括：炉膛，炉膛中布置有炉膛水冷壁；气固分离器；返料 器；和尾部烟道，其中：尾部烟道的高温区布置有包墙水冷壁，所述 炉膛水冷壁与包墙水冷壁并联，且炉膛水冷壁受热面积和包墙水冷壁 受热面积设计成锅炉在35％负荷工况下，炉膛水冷壁与包墙水冷壁的 出口工质的干度达到100％。

基于附图1、3，本发明还提出了一种带扩展受热面的尾部烟道， 包括：设置在尾部烟道的高温区的包墙水冷壁，所述包墙水冷壁适于 串联在炉膛水冷壁后面或者适于与炉膛水冷壁并联。可选地，所述包 墙水冷壁在尾部烟道中限定的内侧空间内布置有低温再热器和/或低 温过热器。

需要说明的是，在本发明实施例中，包墙水冷壁均设置在尾部烟 道的尾部竖井内。但是，包墙水冷壁也可以设置在尾部烟道的水平烟 道6中。换言之，在本发明中，在尾部烟道的高温区中布置的包墙水 冷壁不限于布置在尾部竖井内，而且包墙水冷壁也可以分为多个串联 的子部分。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术 人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这 些实施例进行变化，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。