带独立内外循环流化床换热器的循环流化床锅炉

摘要

本发明公开了一种带独立内外循环流化床换热器的循环流化床锅炉，涉及大型流化床技术，包括提供流化风的风室、炉膛、与炉膛上部烟气出口相连接的旋风分离器、与返料器及炉膛底部密相区相连接的外循环流化床换热器，与外循环流化床换热器上下紧邻一体布置的内循环流化床换热器。本发明的一种带独立内外循环流化床换热器的循环流化床锅炉，可根据各个换热室蒸汽参数的要求，通过独立流化风实现各个换热室换热功率的按需调节与控制，利用炉膛密相区贴壁高温颗粒流与炉膛底渣热量，可以满足循环流化床锅炉更高等级的蒸汽参数需求。

说明书

技术领域

本发明涉及大型循环流化床技术，特别是大型循环流化床锅炉技术。

背景技术

随着循环流化床锅炉容量与蒸汽参数的提高，炉内放热和吸热的不平 衡增长将引起受热面的布置问题，目前有效的解决方案就是在主循环回路 布置外置式换热器，一方面把受热面由炉内转移到炉外，有效解决了将受 热面置于炉膛内的密封、膨胀与磨损问题，另一方面增加了床温与汽温的 运行调节手段，使锅炉更容易适应变负荷工况要求。Lurgi与Alstom公司使 用外置式换热器来解决受热面不足的问题，但调节进入外置式换热器循环 灰量的灰控制阀加工精度要求高，且主要依赖进口，价格昂贵，这给外置 换热器的维护及投资成本带来一定的困难。中国专利CN00238546.5公开了 一种应用于大型循环流化床锅炉的外循环紧凑式分流回灰换热器，通过调 节流化风量来调节高温回灰量与低温回灰量之间的比例，但仅采用单个外 循环流化床换热器，使对高蒸汽参数等级的需求受到一定的限制。

当锅炉蒸汽参数达到更高的参数等级时，如超临界参数460MW (27.5MPa/560/580℃)或超超临界参数800MW(30.9MPa/604/621℃)，若仍采 用常规的单个外置式外循环流化床换热器已无法满足高蒸汽参数等级的 要求，此时需要设计新型的外置式流化床换热器。为了进一步提高锅炉蒸 汽参数，国际专利WO2007/128883公开了一种用于循环流化床锅炉的流化 床热交换器和具有流化床热交换器的循环流化床锅炉，在主循环回路中上 下串联二个热交换室，利用内、外循环固体颗粒的热量来获得较高的蒸汽 参数，该换热器布置方式为循环流化床锅炉的大型化提供了有利条件，但 经第一级外循环换热室换热后的低温颗粒与从炉膛底部进入的高温颗粒 未充分混合后即进入第二级换热室，这将导致第二级换热室内不同位置处 由于换热不均而引起热偏差大的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种带独立内外循环流化床换热器的循环流化 床锅炉，以克服现有外置式流化床换热器的不足，充分利用内、外循环高 温固体颗料和炉膛底渣的热量来满足更高等级的蒸汽参数要求，为循环流 化床锅炉的大型化与高参数化发展提供一种紧凑式新炉型结构。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案如下：

一种带独立内外循环流化床换热器的循环流化床锅炉，包括依次连 接的炉膛2、旋风分离器3、与旋风分离器3烟气出口相连接的尾部烟道， 以及与旋风分离器3固体出口相连通的返料器4，其中炉膛2底部设有风 室1，其还包括至少一个外循环流化床换热器6与一个内循环流化床换热 器7，

外循环流化床换热器6包括：预混室61与换热室63；预混室61底 部设有风室6″；换热室63底部设有风室6′，其内设有换热管束64；

换热室63通过底部通孔62与预混室61连通，通过上部溢流口21 与炉膛2连通，溢流口21最底面位于换热管束64上表面以上位置；

内循环流化床换热器7包括：换热室73与固体颗料返料通道71′；换 热室73底部设有风室7′，其内设有换热管束74；所固体颗料返料通道71′ 底部设有风室7″；

换热室73通过底部通孔72与固体颗料返料通道71′连通，通过上部 溢流口22与炉膛2连通，溢流口22最底面位于换热管束74上表面以上 位置。

所述的带独立内外循环流化床换热器的循环流化床锅炉，其所述预 混室61上部通过进料口23与炉膛2连通，进料口23由炉膛2侧向预混 室61侧由上向下倾斜布置，倾斜角度α为15°～60°。

所述的带独立内外循环流化床换热器的循环流化床锅炉，其所述进 料口23紧贴炉膛内壁布置，进料口23上端面由炉膛侧壁向炉膛中心方向 向下倾斜布置，向下倾斜角度β为10°～45°。

所述的带独立内外循环流化床换热器的循环流化床锅炉，其还包括 固体颗料进料通道71，所述的固体颗料进料通道71上端面与炉膛布风板 25上端面处于同一高度水平，底部布置有颗粒分选排渣装置75，下部通 过通孔72与换热室73连通。

所述的带独立内外循环流化床换热器的循环流化床锅炉，其还包括 固体颗料返料通道61′，固体颗料返料通道61′底部设有风室6″，通过底 部通孔62与换热室63连通，通过上部溢流口21与炉膛2连通。

所述的带独立内外循环流化床换热器的循环流化床锅炉，其所述外 循环流化床换热器6预混室61或换热室63上部外侧设有水平布置的侧风 管65，在换热室63与返料通道61′上部布置有旁路通道66，通过旁路通 道66将换热室63与返料通道61′上部连通，旁路通道66低端入口中心高 度与侧风管65中心高度保持在同一高度水平。

所述的带独立内外循环流化床换热器的循环流化床锅炉，其所述外 循环流化床换热器6与内循环流化床换热器7上下紧邻设置；任意置外循 环流化床换热器6或内循环流化床换热器7在上方。

本发明的特点在于：

与已有技术相比，本发明提供的带独立内外循环流化床换热器的循环 流化床锅炉，通过彼此独立且与炉膛紧凑式布置的内、外循环流化床换热 室，可以实现每个换热室换热功率的按需调节与控制，充分利用炉膛密相 区的大量贴壁高温颗粒流与炉膛底渣热量，可以解决启动与低负荷工况下 的床温与汽温稳定问题，同时可以满足大型循环流化床锅炉高蒸汽参数等 级的要求。

附图说明

图1为本发明带独立内外循环流化床换热器的循环流化床锅炉实施 例1的剖面正视示意图；

图2为本发明带独立内外循环流化床换热器的循环流化床锅炉实施 例1底部结构的局部放大示意图；

图3为本发明带独立内外循环流化床换热器的循环流化床锅炉实施 例1进料口23的局部放大示意图；

图4为本发明带独立内外循环流化床换热器的循环流化床锅炉实施 例2底部结构的局部放大示意图；

图5为本发明带独立内外循环流化床换热器的循环流化床锅炉实施 例3底部结构的局部放大示意图。

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，在本说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。

在常规单个外置式外循环流化床换热器的基础上，利用循环流化床最 高热流密度出现在炉膛底部密相区的特点，在炉膛底部密相区增加了一个 独立的外置式内循环流化床换热器，通过外置式内循环流化床换热器来充 分回收炉膛密相区的高温贴壁颗粒流热量，双外置式流化床换热器的设 置，使换热面积大幅度的增加，由于大量受热面积由炉内转移到炉外，使 炉膛底部与顶部温度更均一，从而提高了炉膛的燃烧效率，降低了污染物 的排放水平。

外循环流化床换热器与内循环流化床换热器彼此独立运行、调节与控 制，解决了常规二个外置式流化床换热器串联布置后第二个换热器存在温 压小的缺点，每个流化床换热室可以根据各自的蒸汽参数要求，实现独立 按需要调节进入外置式内、外循环流化床换热室内的循环灰量分配比例， 在宽负荷调节范围内达到调节床温与汽温的目的，整个外置式双流化床换 热器系统无任何机械运动部件与阀门，提高了系统运行的稳定性与可靠 性。

由于从炉膛底部密相区进入内循环流化床换热器的固体颗粒温度比 从旋风分离器分离下来的外循环固体颗粒温度高得多，因而内循环流化床 换热器可以在小尺度空间内获得高传热速率，蒸汽温度参数可以得到较大 幅度的提高，从而提升了不同负荷下流化床换热器的热交换能力，可以满 足更高等级的蒸汽参数要求。

对炉膛底部的大量高温固体颗粒，先通过进料通道底部的分选装置对 进料中的大颗粒进行分选，分选出来的大颗粒物料再通过滚筒冷渣器进行 冷却，经过分选后的细颗粒再进入内循环流化床换热室内进行换热。充分 利用炉膛底渣的热量，进一步提高了流化床换热器的热交换能力和系统的 换热效率。

从旋风分离器分离下来的外循环低温固体颗粒与从炉膛底部密相区 进入的高温固体颗粒先进入预混室进行充分混合后再进入外循环流化床 换热室内进行换热，解决了外循环低温固体颗粒与内循环高温固体颗粒未 混合直接进入外循环流化床换热室换热后引进的热偏差问题。

在启动与低负荷期间，通过侧风管与预混室流化风量的调节，改变进 入预混室内的内循环高温固体颗粒流量比例，达到调节外循环流化床换热 室内换热功率的目的。在低负荷下，由于外循环低温固体颗粒流量少，因 此通过增加内循环高温固体颗粒流量比例来保证外循环流化床换热室内 的蒸汽参数要求，解决了启动与低负荷期间外循环流化床换热室内汽温的 稳定问题。

在启动与低负荷期间，通过停止或减少外循环流化床换热室内的流化 风，同时增加侧风管流化风，使从旋风分离器分离下来的高温固体颗粒不 参与或少参与外循环流化床换热室内的换热，在侧壁水平风的作用下，通 过旁路通道或溢流口由返料通道直接返回炉膛，从而保证炉膛床温维持在 一个较高的水平。为了保证整个换热器管束在运行过程中完全淹没于高温 固体颗粒内，以提高换热器的换热效率，外循环流化床换热器与内循环流 化床换热器返料通道的溢流口最底面高度均高于对应换热管束的上表面 高度。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的描述：

实施例1

参考图1至图3，本发明提供的带独立内外循环流化床换热器的循环 流化床锅炉，包括风室1、炉膛2、与炉膛上部烟气出口相连接的旋风分 离器3、与旋风分离器3相连接的返料器4、与返料器4及炉膛2底部密 相区相连接的外循环流化床换热器6，与外循环流化床换热器6上下紧邻 一体布置的内循环流化床换热器7，此外锅炉还包括与旋风分离器3固体 出口相连通的尾部烟道，未在图中示出。

外循环流化床换热器6与内循环流化床换热器7彼此独立，外循环流 化床换热器6预混室61上部与返料器5连通，同时通过进料口23与炉膛 2连通，进料口23上端面向下倾斜角度β为20°，进料口23进料通道下 倾斜角度α为45°，预混室61上部侧壁装有侧风管65，侧风管65位于外 循环颗粒与内循环颗料交汇处，预混室61底部通过通孔62与换热室63 连通，换热室63上部通过溢流口21与炉膛2连通。内循环流化床换热器 7进料口71上部通过通孔24与炉膛2连通，下部通过通孔72与换热室 73连通，进料口71上端面与炉膛风室1布风板25持平，换热室73上部 通过溢流口22与炉膛2相通，换热室63、73内布置有换热管束64、74， 外置式流化床换热器6、7可以对称布置在炉膛左右侧墙，也可根据需要 布置在炉膛单侧或四周。

在锅炉满负荷运行时，通过旋风分离器4分离下来的高温颗粒与从进 料口23进入的高温颗粒在预混室61风室6″流化风作用下充分混合，再 通过底部通孔62进入换热室63与换热管束64进行换热，然后再在风室 6′流化风作用下通过溢流口21返回炉膛2；炉膛底渣首先通过内循环流化 床换热器7进料通道71底部的分选装置75进行分选，经分选后的细颗粒 通过底部通孔72进入换热室73与换热管束74进行换热，换热后的颗粒 再通过上部溢流口22返回炉膛2。在锅炉启动与低负荷运行时，增加侧 风管65流化风量，停止或减小风室6′、6″流化风量，减少进入外循环流 化床换热器6内换热的外循环颗粒，以保证炉膛床温的稳定。

实施例2

参考图4，本发明提供的带独立内外循环流化床换热器的循环流化床 锅炉，底部结构包括旋风分离器3相连接的返料器4、与返料器4及炉膛 2底部相连接的外循环流化床换热器6，与外循环流化床换热器6上下紧 邻一体布置的内循环流化床换热器7，外循环流化床换热器6返料通道61′ 底部通过通孔62与换热室63连通，上部通过溢流口21与炉膛2连通， 溢流口21通孔最底面位于换热室63换热管束64上表面以上位置，在换 热室63与返料通道61′上部通过旁路通道66连通，在换热室63外侧有 水平布置的侧风管65，侧风管65与旁路通道66低端进料口保持在同一 高度水平，旁路通道66高端出口最底面位于溢流口21通孔最顶面以上位 置。内循环流化床换热器7换热室73上部通过进料口23与炉膛2连通， 底部通过通孔72与返料通道71′连通，进料口23上端面向下倾斜角度β 为30°，返料通道71′通过上部溢流口22与炉膛2连通，内循环流化床换 热器7风室7′、7″与炉膛风室1并列紧邻布置。

锅炉运行时，通过调节侧风管65与风室6′、6″、7′、7″流化风来调 节外循环流化床换热器6与内循环流化床换热器7内的换热功率，在锅炉 启动与低负荷运行时，增加侧风管65流化风量，停止或减小风室6′、6″ 流化风量，使外循环颗粒物料通过旁路通道66进入返料通道61′返回炉膛 2。

实施例3

参考图5，本发明提供的带独立内外循环流化床换热器的循环流化床 锅炉，底部结构包括与旋风分离器3相连接的返料器4、与返料器4及炉 膛2底部相连接的外循环流化床换热器6，与外循环流化床换热器6上下 紧邻一体布置的内循环流化床换热器7，外循环流化床换热器6返料通道 61′底部通过通孔62与换热室63连通，上部通过溢流口21与炉膛2连通， 通过溢流口67与换热室63上部连通，溢流口21通孔最底面位于换热室 63换热管束64上表面以上位置，溢流口67通孔最底面位于溢流口21通 孔最顶面以上位置。内循环流化床换热器7换热室73上部通过进料口23 与炉膛2连通，底部通过通孔72与返料通道71′连通，进料口23上端面 向下倾斜角度β为45°，返料通道71′通过上部溢流口22与炉膛2连通。

锅炉运行时，通过调节风室6′、6″、7′、7″流化风来调节外循环流化 床换热器6与内循环流化床换热器7内的换热功率，在锅炉启动与低负荷 运行时，停止或减小风室6′流化风量，使外循环颗粒物料通过溢流口67 进入返料通道61′，再在风室6″流化风作用下通过溢流口21返回炉膛2。