一种燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构的制作方法

[0001]
本实用新型涉及燃高热值垃圾余热锅炉的技术领域，更具体地讲，涉及一种燃10mj/kg以上热值的垃圾余热锅炉布置结构


背景技术：

[0002]
目前国内垃圾发电厂设计工况热值普遍在6mj/kg到8mj/kg，随着垃圾分类政策推广普及、人民生活水平进一步提高，城市生活垃圾的热值必将呈现逐年上升的趋势，目前一些欧美发达国家如丹麦、德国、美国等地区，其垃圾电厂设计燃料热值普遍在11mj/kg及以上。可以预见，若干年后国内城市生活垃圾设计热值也将达到或超过10mj/kg，高热值垃圾占比将逐年递增。
[0003]
与此同时，随着垃圾发电技术特别是抗高温腐蚀技术日趋成熟，垃圾余热锅炉的蒸汽参数选取也越来越向高参数发展，从早期中温中压(4mpa、400℃)到目前普遍流行中温次高压(6.4mpa、450℃)，国内部分规划项目的蒸汽参数甚至已达到次高温高压参数(9.8mpa、485℃)，此外，余热锅炉引入带热系统有利于提高汽机功率，预计可提升全厂效率4％左右，经济性十分可观，带有一次再热的垃圾余热锅炉也是当前的热点之一，越来越受到电厂的关注。
[0004]
现有常规垃圾余热锅炉方案普遍采用四烟道或五烟道结构，即一二空烟道+三烟道对流换热+四烟道省煤器(立式布置)或者一二三空烟道+水平烟道对流换热+省煤器烟道(卧式布置)，整体布置复杂，结构松散。为了控制高温腐蚀，其高过入口烟温通常要求控制在600℃以内，另一方面为满足环保标准，要求保证各工况下烟气在第一烟道850℃以上区域停留时间不低于2s，第一烟道水冷壁绝大部分区域敷设耐火浇注料，第一烟道区域吸热量极少，以满足停留时间的要求。
[0005]
针对未来高热值(大于10mj/kg)、高参数(主蒸汽6.4mpa、450℃及以上)、带有一次再热的余热炉系统，现有常规布置方案无法满足要求，其主要原因在于：一是随着主蒸汽参数提高，过热器、再热器入口工质温度提高(例如：9.8mpa对应过热器入口温度为309℃)，在保证高过入口烟温控制在600℃以内的前提下，对流换热区域尤其是低烟温区的换热温压十分有限，需要通过堆积大量的过热器(再热器，如有)面积来满足传热需要，造成过热器冗余，锅炉重量、投资成本大幅增加；二是对带再热机组，由于同时存在过热器吸热和再热器吸热，其对流区域工质侧需要的总吸热量大幅增加，而烟气侧最大放热量(从600℃到汽包饱和蒸汽温度)为一定值，随蒸汽参数的提高将造成烟气侧最大放热量小于工质侧所需吸热量，余热炉受热面布置困难；三是针对高热值垃圾，其理论燃烧温度在1200℃以上，一烟道有一定吸热的情况下也可满足850℃、2s的要求，而现有方案第一烟道吸热量极少，造成高烟温区域的换热温压的浪费。
[0006]
现有技术中的方案要么未提及如何增大过热器(再热器，如有)区域的换热温压，要么未提及如何解决对流区域最大放热量小于所需吸热量造成的受热面布置困难，要么对于燃用高热值垃圾的余热锅炉如何布置没有详细考虑。也即均为未解决核心问题——即燃
用高热值垃圾时，如何提高过热器、再热器(如有)区域的换热温压，如何保证对流区域最大放热量大于所需吸热量，以及在保证停留时间的基础上，如何有效利用第一烟道高烟温区的换热温压。


技术实现要素：

[0007]
针对现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种可实现燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构。
[0008]
本实用新型提供了一种燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构，包括焚烧炉膛和沿着烟气流向顺次连接的第一烟道、第二烟道和第三烟道，所述第一烟道内布置有高温级受热面，所述第二烟道内沿着烟气流向依次布置有水冷蒸发屏和低温级受热面，所述第三烟道内布置有省煤器。
[0009]
根据本实用新型燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构的一个实施例，所述第一烟道为水冷烟道，所述第二烟道为水冷烟道，第三烟道为水冷烟道、汽冷烟道或者水冷与汽冷结合烟道。
[0010]
根据本实用新型燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构的一个实施例，所述高温级受热面布置在第一烟道的中部并设置为顺流布置；所述水冷蒸发屏采用屏式结构并且包括上下集箱和水冷管束，所述水冷蒸发屏和低温级受热面设置为逆流布置。
[0011]
根据本实用新型燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构的一个实施例，所述高温级受热面采用蛇形管结构且高温级受热面的集箱布置在第一烟道外靠近焚烧炉膛的前侧，所述高温级受热面的管壁表面设置有防腐材料。
[0012]
根据本实用新型燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构的一个实施例，所述高温级受热面至少包括高温级过热器，还可以包括高温级再热器；所述低温级受热面至少包括低温级过热器，还可以包括低温级再热器。
[0013]
根据本实用新型燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构的一个实施例，所述第二烟道中布置不下的低温级受热面布置在第三烟道中省煤器的上游，第二烟道或第三烟道还布置有设置在低温级受热面上游或下游的蒸发器。
[0014]
根据本实用新型燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构的一个实施例，所述余热锅炉布置结构还包括空气预热单元和给水加热单元，所述给水加热单元利用来自锅筒的饱和蒸汽加热送至省煤器的部分给水，所述空气预热单元从锅筒和汽轮机抽汽并对一次风、二次风进行预热。
[0015]
根据本实用新型燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构的一个实施例，所述余热锅炉布置结构的烟气流程为：焚烧炉膛中垃圾燃烧产生的高温烟气依次流经第一烟道、第二烟道和第三烟道并经省煤器出口引出进入烟气净化系统。
[0016]
根据本实用新型燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构的一个实施例，所述第一烟道的出口烟温控制在800℃～850℃，所述水冷蒸发屏的出口烟气温度控制在500℃～650℃，所述第二烟道的出口烟温控制在300℃～400℃，所述第三烟道的出口烟温控制在180℃～220℃。
[0017]
根据本实用新型燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构的一个实施例，当高温级受热面和低温级受热面不包括高温级再热器和低温级再热器时，所述余热锅炉布置结构的汽水
流程为：给水首先引入省煤器，再经连接管引至锅筒，锅筒的锅水分别送到第一烟道、第二烟道、第三烟道和水冷蒸发屏与烟气进行换热，锅筒的饱和蒸汽由连接管引至低温级过热器，再流经高温级过热器，由高温级过热器出口引出至汽轮机高压缸做功；
[0018]
当高温级受热面和低温级受热面包括高温级再热器和低温级再热器时，所述余热锅炉布置结构中再热蒸汽侧的汽水流程为：再热蒸汽由汽轮机侧引入并送至低温级再热器，流经高温级再热器后由高温级再热器出口引出，再送至汽轮机低压缸做功。
[0019]
与常规方案相比，本实用新型燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构中过热器、再热器(如有)区域整体换热温压大，可大大缩减所需换热面积，同时可以保证对流区域最大放热量大于所需吸热量，此外，第一烟道区域设有部分受热面，考虑一定量的吸热，有效利用了高烟温区域的换热温压。特别地，该结构余热锅炉整体由三个烟道组成，较现有方案节省一到两个烟道，系统整体布局紧凑且结构简单。
附图说明
[0020]
图1示出了根据本实用新型一个示例性实施例的燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构的结构示意图。
[0021]
图2示出了根据本实用新型另一个示例性实施例的燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构的结构示意图。
[0022]
附图标记说明：
[0023]
1-焚烧炉膛、2-第一烟道、3-第二烟道、4-第三烟道、5-省煤器出口、6-高温级受热面、7-水冷蒸发屏、8-低温级受热面、9-省煤器、10-锅筒。
具体实施方式
[0024]
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
[0025]
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
[0026]
下面对本实用新型的燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构进行详细说明。
[0027]
图1示出了根据本实用新型一个示例性实施例的燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构的结构示意图，图2示出了根据本实用新型另一个示例性实施例的燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构的结构示意图。
[0028]
如图1和图2所示，根据本实用新型的示例性实施例，所述燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构包括焚烧炉膛1和沿着烟气流向顺次连接的第一烟道2、第二烟道3和第三烟道4，其中，第一烟道2内布置有高温级受热面6，第二烟道3内沿着烟气流向依次布置有水冷蒸发屏7和低温级受热面8，第三烟道4内布置有省煤器9。
[0029]
由于高热值(大于10mj/kg)垃圾的理论燃烧温度在1200℃以上，第一烟道2布置适量受热面的情况下也可满足850℃以上2s的要求，本实用新型在第一烟道2区域内布置高温级受热面6，有效利用了高烟温区域的换热温压，大大缩减了所需换热面积。
[0030]
优选地，高温级受热面至少包括高温级过热器，当然还可以包括高温级再热器。高
温级受热面6布置在第一烟道2的中部并设置为顺流布置，可以兼顾较低的高温腐蚀速率和较高的传热温压，位置太低则烟温过高，高温腐蚀速率加快，位置太高则传热温压减小，所需换热面积增加。
[0031]
其中，第一烟道2为水冷烟道，高温级受热面6优选地采用蛇形管结构且高温级受热面的集箱布置在第一烟道2外靠近焚烧炉膛1的前侧。并且，第一烟道2的出口烟温宜控制在800℃～850℃。
[0032]
为了控制高温腐蚀，第一烟道2区域内的高温级受热面6管壁表面需要考虑必要的防腐措施，如设置防腐材料，例如选择耐高温耐腐蚀的金属或非金属材料，从而隔绝管壁与烟气的直接接触，延长高温级受热面的使用寿命。
[0033]
第二烟道3也为水冷烟道，其中布置水冷蒸发屏7和低温级受热面8。其中，水冷蒸发屏7采用屏式结构并且包括上下集箱和水冷管束，水冷蒸发屏和低温级受热面优选地设置为逆流布置以提高换热效率。同样地，低温级受热面8至少包括低温级过热器，还可以包括低温级再热器。其中，低温级过热器可以包括低温过热器和中温过热器。
[0034]
为了控制下游区域的高温腐蚀，水冷蒸发屏7的出口烟气温度宜控制在500℃～650℃，第二烟道出口烟温宜控制在300℃～400℃。
[0035]
相比于高温级受热面，低温级受热面的工质侧温度相对较低，实际运行壁温也较低，此区域计算壁温通常不超过400℃，烟气侧温度不超过650℃，由此低温级受热面管壁无需单独考虑防腐措施。并且，由于高温级受热面前移至第一烟道，大大降低了低温级受热面对流换热区域工质侧实际所需总吸热量，可以保证该区域最大放热量大于所需吸热量。此外，该区域入口烟温比常规方案略高，而工质侧温度较常规方案低，换热温压较常规方案大，可有效缩减低温级受热面所需换热面积。
[0036]
第三烟道4可以为水冷烟道、汽冷烟道或者水冷与汽冷结合烟道，其中布置省煤器9以进一步降低烟温，省煤器出口烟温或第三烟道出口烟温宜控制在180℃～220℃。其中，省煤器可以设置为多级。
[0037]
此外，第二烟道3由于空间限制布置不下的低温级受热面6，也可以布置在第三烟道中省煤器的上游。并且，第二烟道3或第三烟道4还可以布置有设置在低温级受热面上游或下游的蒸发器(未示出)，以进一步增强冷却效果。
[0038]
通过上述布置的调整，一方面可缩减换热面积，另一方面可保证对流换热区域最大放热量大于所需吸热量，同时高温级受热面前移至第一烟道并考虑必要的防腐措施，在满足烟气停留时间的同时有效利用了第一烟道高烟温区换热温压且高温腐蚀可控。
[0039]
此外，本实用新型的余热锅炉布置结构还包括空气预热单元(未示出)和给水加热单元(未示出)。给水加热单元利用来自锅筒10的饱和蒸汽加热送至省煤器9的部分给水，防止省煤器低温腐蚀的同时保证排烟温度满足烟气净化系统的需求；空气预热单元从锅筒10和汽轮机抽汽并对一次风、二次风进行预热。其中，锅筒10加热来自省煤器9的排水并提供给各烟道中的水冷受热面。
[0040]
由此，本实用新型中余热锅炉布置结构的烟气流程为：焚烧炉膛1中垃圾燃烧产生的高温烟气依次流经第一烟道2、第二烟道3和第三烟道4并经省煤器9出口引出进入烟气净化系统(未示出)。
[0041]
并且，当高温级受热面6和低温级受热面8不包括高温级再热器和低温级再热器
时，本实用新型中余热锅炉布置结构的汽水流程为：给水首先引入省煤器9，再经连接管引至锅筒10，锅筒10的锅水分别送到第一烟道2、第二烟道3、第三烟道4和水冷蒸发屏7以及蒸发器(如果有的话)与烟气进行换热，锅筒10的饱和蒸汽由连接管引至低温级过热器8，再流经高温级过热器6，由高温级过热器6出口引出至汽轮机高压缸做功.
[0042]
而当高温级受热面和低温级受热面包括高温级再热器和低温级再热器时，本实用新型余热锅炉布置结构中再热蒸汽侧的汽水流程则为：再热蒸汽由汽轮机侧引入并送至低温级再热器，流经高温级再热器后由高温级再热器出口引出，再送至汽轮机低压缸做功。
[0043]
基于此，本实用新型特别适用于燃高热值垃圾的处理，系统整体由三个烟道组成，较常规方案节省一到两个烟道，整体布局紧凑，节省占地和投资成本。
[0044]
下面结合实施例对本实用新型作进一步说明。
[0045]
实施例1：
[0046]
本实施例设计燃料为生活垃圾，燃料组成由表1所示，其低位热值为11000kj/kg，垃圾处理量为400t/d，锅炉设计参数如下表2所示。
[0047]
表1实施例1的设计燃料组成
[0048][0049][0050]
表2实施例1的锅炉参数
[0051]
名称单位100％bmcr主蒸汽流量t/h54.4主蒸汽出口压力mpa(g)13.8主蒸汽出口温度℃510再热蒸汽流量t/h44.4再热蒸汽进口压力mpa(g)2.66再热蒸汽出口压力mpa(g)2.49再热蒸汽进口温度℃330再热蒸汽出口温度℃495
给水温度℃130理论燃烧温度℃1252
[0052]
下面结合图1阐述本实施例的技术方案。
[0053]
其中，该余热锅炉为单锅筒、自然循环、一次中间再热、焚烧炉排燃烧方式。垃圾从给料口给入，在焚烧炉膛1中燃烧，所产生的高温烟气依次流经第一烟道2、第二烟道3、第三烟道4，经省煤器出口5引出，进入烟气净化系统。
[0054]
在第一烟道2内布置有高温级受热面6，具体为：沿烟气流向依次布置高温过热器和高温再热器，高温级受热面均采用顺流布置。
[0055]
在第二烟道3内布置有水冷蒸发屏7和低温级受热面8，具体为：沿烟气流向依次布置水冷蒸发屏、中温过热器、低温过热器、低温再热器，水冷蒸发屏和低温级受热面均采用逆流布置。
[0056]
在第三烟道4内布置有蒸发器和省煤器，具体为：沿烟气流向依次布置蒸发器、省煤器1、省煤器2、省煤器3，蒸发器、省煤器逆流布置。
[0057]
高温级受热面6管壁表面堆焊耐高温耐腐蚀的镍基合金，堆焊设计厚度为2.5mm。
[0058]
设计工况下各区域烟温如下：第一烟道2出口烟温为820℃，水冷蒸发屏11出口烟温为630℃，第二烟道3出口烟温为330℃，锅炉设计排烟温度(第三烟道出口烟温)为190℃。
[0059]
实施例2：
[0060]
本实施例设计燃料为生活垃圾，燃料组成由表3所示，低位热值为10000kj/kg，垃圾处理量300t/d，锅炉设计参数如下表2所示。
[0061]
表3实施例2的设计燃料组成
[0062][0063]
表4实施例2的锅炉参数
[0064][0065][0066]
下面结合图2阐述本实施例的技术方案。
[0067]
其中，该余热锅炉为单锅筒、自然循环、焚烧炉排燃烧方式。本实施例与实施例1不同的是，本实施例不含再热系统，垃圾设计热值、垃圾容量略有区别，主受热面布置相应调整。
[0068]
在第一烟道2内布置有高温级受热面6，具体为：在第一烟道2中部布置高温过热器，堆焊设计厚度为2mm。
[0069]
在第二烟道3内布置有水冷蒸发屏7和低温级受热面8，具体为：沿烟气流向依次布置水冷蒸发屏、中温过热器、低温过热器、蒸发器。
[0070]
在第三烟道4内布置省煤器，具体为：沿烟气流向依次布置省煤器1、省煤器2、省煤器3、省煤器4。
[0071]
余热锅炉系统其余设置与实施例1一致。
[0072]
通过实施例1和实施例2的系统配置，可实现燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构，上述实施例与现有技术的效果对比如下表5。
[0073]
表5实施例1、实施例2与现有技术的效果对比
[0074][0075]
与现有的常规垃圾余热锅炉布置结构相比，本实用新型具有如下几点优势：
[0076]
1)系统整体由三个烟道组成，较常规方案节省一到两个烟道，预计可节省占地30％以上，锅炉总重减少20％以上；
[0077]
2)第一烟道布置高温级受热面，传热温压可达500℃，为现有常规方案的3倍以上，预计至少可节省高温级受热面60％，同时由于燃用高热值垃圾，理论燃烧温度大于1200℃，即使第一烟道布置一定数量的受热面，也能保证烟气在一烟道850℃以上烟温区域停留2s的要求；
[0078]
3)第二烟道对流换热区域平均换热温压可达120℃以上，为常规方案的2倍以上，预计可节省低温级受热面50％，为维持排烟温度，省煤器受热面相应增加；
[0079]
4)高温级受热面前移，低温级对流换热区域有足够大的温压，解决了高参数尤其是带再热的余热锅炉对流换热区域所需吸热量大于最大放热量的难题，对流区域受热面布置更加灵活；
[0080]
5)高温级受热面考虑了必要的防腐蚀措施，可保证高温级受热面管屏使用寿命不低于6年，同时严格控制低温级受热面区域烟气温度，低温级受热面腐蚀可控，系统运行安全可靠。
[0081]
通过以上措施，本实用新型燃高热值垃圾的余热锅炉布置结构相比现有方案具有占地面积小、锅炉重量轻、传热温压高、对流区域温压充足等优势。
[0082]
本实用新型并不局限于前述的具体实施方式。本实用新型扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

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