无夹廊角管全膜式壁循环流化床锅炉.pdf

本发明公开了一种无夹廊角管式全膜式壁循环流化床锅炉，采用角管式自支撑结构、无夹廊布置和水冷型内置卧式蜗壳旋风分离器结构，炉膛和对流竖井采用全膜式水冷壁结构，对流竖井内布置屏式蒸发受热面，旗式或蛇形管式对流受热面；该结构布置紧凑，烟气流动顺畅，流动阻力减小；在设计上易于系列化，制造上易于标准化，部件运输上易于整装化，现场安装上易于模块化，工地安装周期短，可极大地节约材料，具有燃烧效率高，引风机耗电量小的特点。

1、  无夹廊角管全膜式壁循环流化床锅炉，其特征在于，包括：由横置式单锅筒(17)，与横置式单锅筒(17)相连通的布置在四周的角管(13、18、27、28)，底部的下集箱(2、40)以及顶部的上集箱(16、19、20、22、23、24)组成的框架式自支撑结构系统；
通过角接连通于上集箱(16、19、20、22、23、24)和下集箱(2、40)的前墙膜式水冷壁(12)、后墙膜式水冷壁(32)、左侧墙膜式水冷壁(25)、右侧墙膜式水冷壁(15)、中间双面曝光水冷壁(26、31)；
由前墙膜式水冷壁(12)、后墙膜式水冷壁(33)、右侧墙膜式水冷壁(15)、双面曝光膜式水冷壁(26、31)组成的全膜式水冷壁炉膛；全膜式水冷壁炉膛的受热面由前墙膜式水冷壁(12)向下弯转形成的水冷风室(4)和水冷布风板(5)；
由双面曝光膜式水冷壁(26、31)、前墙膜式水冷壁(12)、后墙膜式水冷壁(34)和左侧墙膜式水冷壁(25)组成的全膜式水冷壁的对流竖井(49)；
固定在双面曝光膜式水冷壁(26、31)上的水冷型内置卧式蜗壳旋风分离器(29)将全膜式水冷壁炉膛和对流竖井(49)连接在一起形成烟气流道；
布置于对流竖井(49)左侧墙膜式水冷壁(25)上的与横置式单锅筒(17)相连通的旗式管束省煤器(41)，布置于省煤器(41)之上的与横置式单锅筒(17)内的汽水分离装置相连通的过热器(42)。

2、  如权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述的水冷布风板(5)上配置有风帽(6)，风帽(6)与全膜式水冷壁炉膛底部的燃烧室(7)相连通。

3、  如权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述的卧式蜗壳旋风分离器(29)依次与料斗(30)、料腿(35)、回料阀(36)、回料口(37)相连通，回料口(37)的另一端与全膜式水冷壁炉膛底部的燃烧室(7)相连通。

4、  如权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述的全膜式水冷壁炉膛四周还配置有与燃烧室(7)相连通的二次风口(8)、给料管(10)。

5、  如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的前墙膜式水冷壁(12)在密相区上部呈V形折转，以形成蜗壳式入口。

无夹廊角管全膜式壁循环流化床锅炉
技术领域
本发明涉及一种循环流化床锅炉，特别涉及一种无夹廊角管全膜式壁循环流化床锅炉。
背景技术
循环流化床锅炉是八十年代发展起来的燃煤锅炉，和煤粉、层燃燃烧方式相比，循环流化燃烧方式具有高效燃烧和低污染排放的优势，在国际上被称为清洁燃烧技术。
循环流化床锅炉采用了比鼓泡床更高的流化速度，故不再象鼓泡床一样有一个明显的床面和浓稀相床之分，大量物料被高温烟气夹带到炉膛上部，经过布置于炉膛出口处的高温分离器，将物料与烟气分离，并通过一种非机械式密封的回送机构将分离出的物料重新送回床内，这就是循环床的基本原理。
循环流化床具有很大的热容量及床内物料良好混合，由于床中强烈湍流混合和循环，增加了燃料停留时间，加之物料高温分离后重新送回床内循环再燃，燃烧、燃尽充分，燃烧效率高，对燃料适应性强，可以高效地燃用劣质燃料。
循环流化床锅炉通常运行操作温度在850～950℃，在床中加入石灰石或其他脱硫剂，可以使SO₂排放量大大降低。循环流化床锅炉采用低温、分段送风分级燃烧，使燃烧始终在低过量空气系数下进行，从而大大抑制了NO_x和CO的生成和排放，污染排放低。
循环流化床锅炉炉膛中飞灰浓度大，一般每公斤烟气可携带若干公斤的物料，这些循环物料带来了高传热系数，使锅炉负荷调节范围广，且循环量与锅炉负荷变化是一致的，在40％负荷时锅炉仍能达到额定汽温和压力，在更低负荷下也能稳定运行，而无需添加辅助燃料。
循环流化床锅炉取消了鼓泡床中埋管，不存在这部分受热面磨损的问题。
尽管循环流化床锅炉高效节能、污染排放低，但是，循环流化床锅炉在实际应用过程中仍然存在以下问题：
一、高、低温分离器是循环流化床锅炉的重要部件，分离器的分离效率越高，循环流化床锅炉的性能就越有保障。目前，公认高温旋风分离器分离效率最高，运行最稳定。分离器结构庞大，需要专用钢架支撑，一般布置在炉膛和对流受热面之间，形成夹廊，结构繁杂，占地面积大，原材料消耗量大；
二、循环流化床锅炉的水冷壁均采用悬吊式的膜式水冷壁结构，但是，由于分离器布置在炉膛和对流受热面之间，分离器中间的夹廊空间把炉膛和对流受热面分割开来，难以实现全膜式壁的密封结构，中等及以下容量级的循环流化床锅炉对流受热面只能采用支撑型的重型炉墙；
三、现有循环流化床锅炉高温分离器的结构具有较长的进口和出口过渡段，烟气流动极不顺畅，流动阻力大，增加了引风机的耗电量。循环流化床锅炉基建投资大，钢耗量大，电耗量大，耐火材料耗量大的问题严重迟滞了中等及以下容量循环流化床锅炉的发展，有必要发明一种新型的循环流化床锅炉降低基础建设投资，降低钢耗量，电耗量和耐火材料耗量，增强循环流化床锅炉的技术和产品竞争力，增强热、电用户选择循环流化床锅炉的信心。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种无夹廊角管全膜式壁循环流化床锅炉，把角管式水管锅炉结构和内置式卧式旋风分离器结构结合成一体，具有基建投资少、原材料消耗低、运行电耗低、热效率高和污染物排放量低的特点。
本发明的技术方案是这样实现的：无夹廊角管全膜式壁循环流化床锅炉，包括：
由横置式单锅筒17，与横置式单锅筒17相连通的布置在四周的角管13、18、27、28，底部的下集箱2、40以及顶部的上集箱16、19、20、22、23、24组成的框架式自支撑结构系统；
通过角接连通于上集箱16、19、20、22、23、24和下集箱2、40的前墙膜式水冷壁12、后墙膜式水冷壁32、左侧墙膜式水冷壁25、右侧墙膜式水冷壁15、中间双面曝光水冷壁26、31；
由前墙膜式水冷壁12、后墙膜式水冷壁33、右侧墙膜式水冷壁15、双面曝光膜式水冷壁26、31组成的全膜式水冷壁炉膛；
全膜式水冷壁炉膛的受热面由前墙膜式水冷壁12向下弯转形成的水冷风室4和水冷布风板5；
由双面曝光膜式水冷壁26、31、前墙膜式水冷壁12、后墙膜式水冷壁34和左侧墙膜式水冷壁25组成的全膜式水冷壁的对流竖井49；
固定在双面曝光膜式水冷壁26、31上的水冷型内置卧式蜗壳旋风分离器29将全膜式水冷壁炉膛和对流竖井49连接在一起形成烟气流道；
布置于对流竖井49左侧墙膜式水冷壁25上的与横置式单锅筒17相连通的旗式管束省煤器41，布置于省煤器41之上的与横置式单锅筒17内的汽水分离装置相连通的过热器42。
所述的水冷布风板5上配置有风帽6，风帽6与全膜式水冷壁炉膛底部的燃烧室7相连通。
所述的卧式蜗壳旋风分离器29依次与料斗30、料腿35、回料阀36、回料口37相连通，回料口37的另一端与全膜式水冷壁炉膛底部的燃烧室7相连通。
所述的全膜式水冷壁炉膛四周还配置有与燃烧室7相连通的二次风口8、给料管10。
所述的前墙膜式水冷壁12在密相区上部呈V形折转，以形成蜗壳式入口。
本发明与现有技术相比，具有以下特点：
一、采用角管式自支撑结构，省却钢架；
二、采用无夹廊布置，锅炉本体结构紧凑；
三、采用水冷型内置、卧式、蜗壳、旋风分离器结构，三面膜式水冷壁支撑，不占用任何外部空间；
四、采用全膜式水冷壁结构，敷管式轻型炉墙，节省耐火材料，保温性能好，锅炉负荷变化响应快，漏风少，燃烧效率高；
五、卧式蜗壳旋风分离器布置在炉膛和对流受热面之间的双面曝光水冷壁上，分离出的物料从分离器下部返回床内，结构布置紧凑，烟气流动顺畅，流动阻力减小，降低引风机耗电量；
六、受热面模块化拼接结构，易于工厂制造，便于现场安装，质量保证；
七、锅炉本体采用底部支撑，整体向上膨胀；
八、锅炉本体结构模块化，易于放大，适合中等及其以下容量。
附图说明
图1是本发明的结构原理图。
图2示出了垂直于锅炉前后方向的对流竖井剖面图，其中图2(a)、图2(b)和图2(c)分别示出了不同的过热器布置结构；图2(a)、图2(b)分别为进出口集箱外置和内置的蛇形管过热器结构，图2(c)示出了屏式过热器结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作详细描述。
参见图1、图2，本发明包括由布置在锅炉四角的角管13、18、27、28，底部的下集箱2、40以及顶部的上集箱16、19、20、22、23、24，横置式单锅筒17组成的框架式自支撑结构系统，通过角接连通于上集箱16、19、20、22、23、24和下集箱2、40的前墙膜式水冷壁12、后墙膜式水冷壁32、左侧墙膜式水冷壁25、右侧墙膜式水冷壁15、中间双面曝光水冷壁26、31受热面和布置于对流竖井49左侧墙膜式水冷壁25上的旗式管束省煤器41，布置于省煤器41之上的过热器42。
前墙膜式水冷壁12向下延伸和向后折转90度形成膜式水冷布风板5和膜式水冷风室4底部，并共同与左侧墙膜式水冷壁25和双面曝光水冷壁26、31形成水冷风室4。水冷布风板5上配置有风帽6，风帽6与燃烧室7相连通。
双面曝光膜式水冷壁26、31把锅炉本体分为炉膛和对流竖井49，炉膛的底部是燃烧室7，由炉膛前墙膜式水冷壁12和后墙膜式水冷壁32弯转形成全膜式水冷型内置卧式蜗壳旋风分离器29，卧式蜗壳旋风分离器29依次与料斗30、料腿35、回料阀36、回料口37相连通，回料口37的另一端与燃烧室7相连通。炉膛四周还配置有与燃烧室7相连通的二次风口8、给料管10。燃烧室7底部配置有排渣管1。
烟气进入卧式蜗壳旋风分离器29中，烟气和固体物料分离，被分离出来的固体物料经料斗30、料腿35、回料阀36、回料口37在回料二次风38的吹送下返回燃烧室7内，实现循环燃烧。经卧式蜗壳旋风分离器29后的“洁净”烟气经由左侧炉膛旋风流向右侧对流竖井49内，并依次经过过热器42、省煤器41，然后烟气折转90°从烟气出口39排出，之后烟气冲刷外置式空气预热器由尾部烟道经由除尘器和引风机排出(这些受热面和辅机图中未示出)。
本发明的锅炉燃烧所需空气分别由一、二次风机提供。一次风机送出来的风经一次风空气预热器预热后，由风道引入炉前水冷风室4中，通过安装在水冷布风板5上的风帽6，进入燃烧室7；二次风经空气预热器预热后由炉膛四周二次风口8、给料管10上布置的播煤风口和回料口38进入燃烧室7，二次风空气与一次风扰动混合。
燃煤经给煤机从给料管10并由播煤风吹散进入燃烧室7，和一次风、二次风混合在燃烧室7内燃烧产生大量烟气和飞灰；烟气携带大量未燃尽碳粒子在燃烧室7上部进一步燃烧放热后，进入左右排气的卧式蜗壳旋风分离器29中，烟气和物料分离，被分离出来的固体物料经料斗30、料腿35、回料阀36再返回燃烧室7，实现循环燃烧。经卧式蜗壳旋风分离器39后的“洁净”烟气从炉膛穿过布置在双面曝光膜式水冷壁26、31上的卧式蜗壳旋风分离器29向右、再向下折转90°进入由前墙膜式水冷壁12左侧、左侧墙膜式水冷壁25、双面曝光膜式水冷壁26、31、对流竖井49的后墙水冷壁34组成的矩形对流竖井烟道，然后经过热器42受热面、省煤器41受热面后向左折转90度从烟气出口39排出，之后烟气进入外置空气预热器由尾部烟道排出。燃煤经燃烧后所产生的大渣由炉底排渣管1排出。
本发明的锅炉给水首先进入对流竖井49烟道下部的省煤器41，由省煤器41加热后进入横置式单锅筒17；横置式单锅筒17内的饱和水经角管13、18、27、28进入水冷壁下集箱2、40，经过各膜式水冷壁受热面12、15、32、25、26、31和上集箱16、19、20、22、23、24，然后从引出管21引入横置式单锅筒17；饱和水及饱和蒸汽混合物在横置式单锅筒17内经汽水分离装置(未示出)分离后，饱和蒸汽通过蒸汽引出管(未示出)进入布置在对流竖井49中的过热器42的入口集箱47，过热蒸汽由过热器42加热后将蒸汽加热到额定汽温汽压，从过热器42的出口集箱48送出。
本发明的无夹廊角管全膜式壁循环流化床锅炉，完全统一了中等及其以下容量即中、小容量循环流化床锅炉的结构，对于锅炉制造厂而言，有利于设计的系列化、制造过程中的工艺标准化和现场安装。更为重要的是，除了受热面采用模块化结构外，整个锅炉本体结构也实现了模块化，锅炉容量按10t/h，20t/h，40t/h，80t/h，160t/h倍数递增时，只要采用两个相同容量的锅炉本体模块就可以实现容量递增，设计简化，易于放大。如一台80t/h的循环流化床锅炉只要将两台40t/h的模块炉膛背靠背拼接在一起，就可以制造成一台具有两个40t/h锅炉炉膛和左右对流受热面的外形呈“T字”型的80t/h的锅炉容量。
本发明的特点体现在以下方面：
一、整体布置
本发明的锅炉采用横置式单锅筒17横置式自然循环、左右排气式分离器29，全膜式壁组成的炉膛和对流竖井49均采用底部支撑，∏型结构，露天或半露天布置。
本发明的锅炉结构至少包括全膜式水冷壁的炉膛、全膜式壁的对流竖井49和连接炉膛和对流竖井的全膜式水冷型卧式旋风分离器29。前墙膜式水冷壁12向下延伸和向后折转90度形成膜式水冷布风板5和膜式水冷风室4底部，并与右侧墙膜式水冷壁15和双面曝光膜式水冷壁26、31形成水冷风室4，水冷风室4中布置了床下点火器3。前墙膜式水冷壁12向上延伸折转一定角度形成卧式旋风分离器29的入口段，然后进入前后墙膜式壁上集箱19，形成旋风分离器29的外壁，后墙膜式水冷壁32由后墙下集箱40向上延伸到一定的高度拉稀成圆弧状结构，构成卧式旋风分离器29入口的内壁和外壁，进入后墙上集箱20，经导气管21和横置式单锅筒17相连。
二、流化燃烧、循环及烟风系统
本发明的锅炉燃烧所需空气分别由从外置式空气预热器加热获得的一、二次风机提供。一次风机送出来的风经一次风热管空气预热器预热后，由风道引入炉前水冷风室4中，通过安装在水冷布风板5上的风帽6，进入燃烧室7；二次风经空气预热器预热后由播煤风口10、炉膛四周二次风口8、回料口38进入燃烧室7，补充空气与扰动混合。燃煤经给煤机并由播煤风从播煤风口8吹散进入燃烧室7。燃煤在炉膛内燃烧产生大量烟气和飞灰；烟气携带大量未燃尽碳粒子在炉膛上部进一步燃烧放热后，进入卧式旋风分离器29中，烟气和物料分离，被分离出来的物料经料斗30、料腿35、回料阀36经回料口38再返回燃烧室7内，实现循环燃烧。经卧式旋风分离器29后的“洁净”烟气经由右侧炉膛旋风流向左侧对流竖井空间，并依次经过过热器42、省煤器41，然后烟气折转冲刷外置式空气预热器由尾部烟道经由除尘器和引风机排出。燃煤经燃烧后所产生的大渣由炉底排渣管1排出。
三、汽水系统
锅炉给水通过左侧墙膜式水冷壁25和旗式对流受热面制成的省煤器42加热后进入横置式单锅筒17，横置式单锅筒17内的饱和水流经角管13、18、27、28和下集箱2、40，饱和水在前墙膜式水冷壁12、后墙膜式水冷壁32、右侧墙膜式水冷壁15、双面曝光膜式水冷壁26、31被加热后变成汽水混合物进入炉顶上布置的横置和纵置式上集箱16、19、20、22、23、24经引出管21，并在其中进行汽水的预分离，然后再进入横置式单锅筒17内经汽水分离装置分离后，饱和蒸汽则进入布置在对流竖井49中的过热器42将蒸汽加热到额定汽温和汽压，从过热器42的出口集箱48送出。
四、点火系统
由于采用了全膜式水冷风室4及全膜式水冷布风板5，为床下点火创造了条件。设计时，采用床下热烟气发生器3点火，点火用油在热烟气发生器内筒燃烧，产生高温烟气，与夹套内的冷却风充分混合成850℃左右热烟气，通过布风板使床料在流化状态下加热，该点火方式具有热量交换充分，油耗量低，点火劳动强度低，成功率高等优势。
五、回料系统
本发明的结构采用自平衡回灰，回灰系统由灰斗30、料腿35、回料阀36构成，运行操作简单、可靠。
本发明的锅炉整体结构上，由大直径角管13、18、27、28支撑横置式单锅筒17，一般经过横置式单锅筒17的水量仅占整个循环水量的40％-60％。由于上集箱16、22、23均在横置式单锅筒17的最高水位处接入，进入横置式单锅筒17的蒸汽并不通过水空间，从而避免了汽泡和泡沫的产生，加之在进入横置式单锅筒17之前已在引出管21中进行汽水的预分离，所以蒸汽品质大为提高。
本发明的锅炉结构，其炉膛燃烧装置适应于鼓泡床、循环流化床、差速床即高低床等燃烧方式；从燃料上讲，适合各种煤燃烧，尤其是劣质煤，也适合垃圾焚烧、生物质燃烧以及煤、生物质、垃圾之间的混合燃烧。本发明不仅适合蒸汽锅炉，也同样适合热水锅炉。对于蒸汽锅炉，一般采用自然循环，对流竖井上方可以布置屏式过热器，下部布置旗式或蛇形管式省煤器41，布置外置式空气预热器；而对于热水锅炉，对流竖井49主要布置旗式对流受热面的省煤器41，至于循环方式可以采用图1所示的自然循环结构，或采用无锅筒辅助的强制循环，或有锅筒辅助型的强制循环方式，可以根据需要而定。
图1中所示的标号为：1、排渣管；2、右侧墙下集箱；3、点火燃烧器；4、水冷风室；5、水冷布风板；6、风帽；7、燃烧室；8、二次风管；9、密相区；10、给料管；11、折焰角；12、前墙膜式水冷壁；13、右前角管；14、稀相区；15、右侧墙膜式水冷壁；16、右侧墙膜式壁上集箱；17、横置式单锅筒；18、左前角管；19、前墙膜式壁上集箱；20、后墙膜式壁上集箱；21、引出管；22、左侧墙膜式壁上集箱；23、双面曝光膜式水冷壁上集箱；24、后墙膜式水冷壁上集箱；25、左侧墙膜式水冷壁；26、双面曝光膜式水冷壁；27、右后角管、28、左后角管；29、蜗壳旋风分离器；30、料斗；31、双面曝光膜式水冷壁；32、后墙膜式水冷壁；33、炉膛后墙水冷壁；34、对流竖井后墙水冷壁；35、料腿；36、回料阀；37、回料口；38、回料二次风；39、烟气出口；40、后墙膜式水冷壁下集箱。
图2中所示的标号为：41、省煤器；42、过热器；43、左侧墙膜式水冷壁22的下集箱；44、前墙膜式水冷壁12的下集箱；45、双面曝光膜式水冷壁26、31的下集箱；46、对流竖井分隔板；47、过热器入口集箱；48、过热器出口集箱；49、对流竖井。