超临界二氧化碳塔式锅炉炉墙受热面布置结构的制作方法

本实用新型涉及超临界二氧化碳布雷顿循环高效循环发电领域，具体涉及一种超临界二氧化碳塔式锅炉炉墙受热面布置结构。

背景技术：

能源的日益匮乏是制约当今社会发展的一大因素，提高能源的利用率受到了人们的重视。与传统水工质朗肯循环相比，超临界二氧化碳布雷顿循环在500～700℃时具有循环热效率高，能量密度大，系统简单紧凑，安全性好，不需要设置除氧、除盐、排污及疏放水设施等优势，可以在提升系统热功转换效率的同时降低投入成本。因此，开发超临界二氧化碳先进动力循环技术提高机组性能对煤炭高效清洁利用具有重要意义。

超临界二氧化碳与水蒸汽物性差异巨大。在锅炉中，相对于水/水蒸汽，超临界二氧化碳具有密度高，导热能力低，比热容低等特点。这些特点决定了在相同条件下，超临界二氧化碳较水/水蒸汽具有更差的传热能力。特别是对于锅炉的炉膛受热面，为了保证水冷壁管子材料的正常工作，就需要管内的二氧化碳具有更高的对流传热能力，即更高的管内流速。同时考虑到水工质锅炉的炉膛受热面内工质以液态形态存在，密度较大，而在超临界二氧化碳锅炉的炉膛中，工质以气态形态存在，其密度远小于水工质。综合以上两点，超临界二氧化碳锅炉炉膛受热面工质的压降显著高于水工质锅炉。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：如何在保证受热面管子安全工作的条件下尽可能地降低受热面工质侧的阻力至关重要。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供了一种超临界二氧化碳塔式锅炉炉墙受热面布置结构，所述炉墙受热面布置于锅炉的炉墙内侧，炉墙受热面中的工质从锅炉炉膛底部引入，从锅炉顶部的四周炉墙引出，其特征在于，沿工质流程所述炉墙受热面依次分为炉膛底部受热面、燃烧器区受热面、炉膛中部受热面和锅炉上部炉墙受热面，燃烧器区受热面的管排以相对于锅炉烟道烟气主流方向一定倾角螺旋布置，炉膛底部受热面、炉膛中部受热面和锅炉上部炉墙受热面的管排采取相对于烟道烟气主流方向为螺旋布置的方式或平行布置方式；。

优选地，所述炉膛底部受热面和所述燃烧器区受热面由燃烧器最下层一次风喷口中心线向下1.5m处分开，燃烧器设置于锅炉炉膛下部。

优选地，所述燃烧器区受热面和所述炉膛中部受热面由距离锅炉炉膛最下端高度为0.5～0.7倍炉膛高度处分开

优选地，所述炉膛中部受热面和锅炉上部炉墙受热面由距离炉膛最下端高度为0.8～0.9倍炉膛高度处分开。

优选地，所述燃烧器区受热面的管排相对于烟道烟气主流方向的倾角不小于炉膛底部受热面、炉膛中部受热面和锅炉上部炉墙受热面的管排的倾角。

优选地，所述锅炉上部炉墙受热面的管排相对于烟道烟气主流方向的倾角小于所述炉膛中部受热面的管排的倾角。

优选地，炉膛下游的烟道空间中布置有尾部主受热面，额定工况下平均烟气温度为1000℃的烟道截面为锅炉炉膛和尾部的分界面，燃料燃烧所产生的烟气依次经过炉膛和尾部主受热面，且烟道中的烟气主流方向保持不变。

优选地，额定工况下平均烟气温度为1000℃的烟道截面至炉膛最下端的距离为炉膛高度。

优选地，所述炉膛底部受热面、燃烧器区受热面、炉膛中部受热面和锅炉上部炉墙受热面之间的连接设置混合集箱。

与现有技术相比，本实用新型采用了新的超临界二氧化碳塔式锅炉炉墙受热面布置方法，根据水工质塔式锅炉受热面的布置特点，充分考虑管内二氧化碳和水工质的传热特性差异，从塔式锅炉炉墙沿烟气流程热负荷分布特点出发，将塔式锅炉炉墙受热面(包含炉膛和尾部烟道包墙)分为4部分，从而尽可能地减少了超临界二氧化碳塔式锅炉炉墙受热面部分的阻力。

对于塔式锅炉炉墙受热面，由于燃料在炉膛中燃烧放热，炉膛燃烧器区域的热负荷远高于其它3个部分的受热面。距离燃烧器区域越远，锅炉炉墙受热面的热负荷越低。在本实用新型中，燃烧器区受热面采取具有一定倾角的螺旋布置方式确保了该区域受热面管子壁温维持在正常水平。同时，由于其它区域热负荷的降低，其它3个区域受热面管子的倾角小于燃烧器区受热面，甚至可以相对于烟道烟气主流方向平行布置。这样的布置在保证管子安全工作的前期下，降低了工质在受热面管内的流速，从而大大降低了锅炉炉墙受热面的阻力，最终降低了整个锅炉工质侧的阻力，提高了循环发电效率。考虑到对于超临界二氧化碳塔式锅炉而言，其工质侧主要压降集中于锅炉炉墙受热面部分，因此本实用新型所述受热面布置方法对于降低工质侧阻力的效果是非常显著的。

此外，本实用新型所述塔式锅炉炉墙受热面布置方法沿袭了传统水工质塔式锅炉受热面的布置特点，因此还具有易于实施、工程上可接受度高等优点。

附图说明

图1为本实用新型所述超临界二氧化碳塔式锅炉炉墙受热面布置方法示意图。

图中：1-炉膛底部受热面；2-燃烧器区受热面；3-炉膛中部受热面；4-锅炉上部炉墙受热面；5-燃烧器；6-尾部主受热面；7-空气预热器；8-炉膛最下端。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本实施例以某超临界二氧化碳塔式锅炉为例进行说明。

从高温回热器引出的超临界二氧化碳进入锅炉进行加热，从锅炉尾部主受热面某一级引出进入二氧化碳汽轮机做功。

超临界二氧化碳塔式锅炉工质受热面分为炉墙受热面和尾部主受热面6。炉墙受热面布置于锅炉的炉墙内侧，尾部主受热面6布置于炉膛下游的烟道空间中。额定工况下平均烟气温度为1000℃的烟道截面为锅炉炉膛和尾部的分界面，燃料燃烧所产生的烟气依次经过炉膛和尾部主受热面6，且烟道中的烟气主流方向垂直向上保持不变。随后烟气向下流经空气预热器7后作为排烟排出锅炉。炉膛下部设置燃烧器5。额定工况下平均烟气温度为1000℃的烟道截面至炉膛最下端8的距离为炉膛高度。炉墙受热面中的工质从炉膛底部引入，从锅炉顶部的四周炉墙引出。沿工质流程锅炉炉墙受热面依次分为炉膛底部受热面1、燃烧器区受热面2、炉膛中部受热面3和锅炉上部炉墙受热面4等4个部分。炉膛底部受热面1和燃烧器区受热面2由燃烧器5最下层一次风喷口中心线向下1.5m处分开。燃烧器区受热面2和炉膛中部受热面3由距离炉膛最下端8高度为0.6倍炉膛高度处分开。炉膛中部受热面3和锅炉上部炉墙受热面4由距离炉膛最下端8高度为0.8倍炉膛高度处分开。燃烧器区受热面2以相对于烟道烟气主流方向25°的倾角螺旋布置。炉膛底部受热面1的管排垂直布置。炉膛中部受热面3以相对于烟道烟气主流方向40°的倾角螺旋布置。锅炉上部炉墙受热面4的管排垂直布置。

为保证混合均匀，锅炉炉墙受热面的4个受热面之间分别设置混合集箱。

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