CN104566407A - 余热回收装置及包括该余热回收装置的干排渣锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锅炉的余热回收装置，更具体地提供一种用于干排渣锅炉的余热回收装置，所述余热回收装置代替锅炉的过渡渣斗(渣井)或者设置在过渡渣斗(渣井)中，用于在锅炉运行过程中吸收锅炉底部的辐射热量和高温灰渣的热量，所述余热回收装置与汽轮机的凝结水泵或第一级低压回热加热器的出口连接，并将吸收的热量传送至第二级低压回热加热器入口。该余热回收装置能够在锅炉干排渣系统的基础上进一步吸收高温灰渣的热量以及锅炉底部的辐射热量，从而提高锅炉热效率并改善现有的风冷式干排渣系统对锅炉煤质和排渣量变化的适应性。

Description

余热回收装置及包括该余热回收装置的干排渣锅炉

本申请是2010年9月15日提交的名称为“余热回收装置及包括该余热回收装置的干排渣锅炉”的中国发明专利申请201010282917.7的分案申请，并要求享有该在先申请的申请日。

技术领域

本发明涉及一种锅炉的余热回收装置，更具体地涉及一种用于燃煤干式排渣锅炉的余热回收装置。

背景技术

燃煤锅炉的热效率公式为：η2＝100-∑q＝〔q2+q3+q4+q5+q6〕，其中：η2为锅炉反平衡热效率(％)；q2为排烟热损失(％)；q3为气体不完全燃烧热损失(％)；q4为固体不完全燃烧热损失(％)；q5为散热损失(％)；q6为灰渣物理热损失(％)。燃煤锅炉排出的灰渣还具有较高的温度，其所携带的物理显热称为灰渣物理热损失q6。影响灰渣物理热损失大小的主要因素是排渣量的大小以及灰渣温度的高低。

对灰分高于30％的中低热值燃料，如果灰渣不经冷却，灰渣物理热损失可达2％以上。另一方面，炽热灰渣的处理和运输十分麻烦，不利于机械化操作，一般的灰渣处理机械可承受的温度上限大多在150℃以下，因此对灰渣进行冷却是必要的。

目前，大型火力发电厂的干排渣锅炉普遍采用风冷式排渣系统。所述风冷式排渣系统的工作原理如下：燃煤锅炉排出的热灰渣经过渡渣斗(或渣井)、液压关断门后落到钢带式排渣机的输送钢带上，并随缓慢移动的输送钢带一起移动；钢带式排渣机的两侧壁和头尾部均设有进风口，在炉膛负压的作用下吸入受控的少量环境冷空气；含有未完全燃烧的可燃物的灰渣在下落过程中以及在输送钢带上与吸入的冷空气逆向接触从而进一步燃烧，并与该冷空气进行热交换，从而被冷却成为低温灰渣；冷空气可被加热到250℃－400℃左右，热灰渣的温度可由600℃－850℃降到200℃以下，甚至低于100℃，吸入冷空气的同时还将灰渣的热量回收并带入炉内；冷却后的干渣经一级或两级破碎后，由机械或气动输送系统输送至渣仓储存。

干式排渣机通过自然风利用锅炉负压冷却热渣，同时将热量带回锅炉。干式排渣机带回锅炉的热量主要包括底渣中未燃烧煤碳的热量损失q4、底渣物理热损失q6和排渣口辐射热损失q5等三部分。利用外界冷空气来冷却灰渣，冷却风量最大为额定总风量的1.3％左右，否则会对锅炉的安全稳定运行造成不利影响。

从燃烧方面看，对锅炉热效率的影响还取决于钢带式排渣机的冷却风量和冷却风入炉温度。当灰渣冷却风吸热量一定时，冷却风量越大，风温就越低。当冷却风温度接近二次送风的热风温度时，冷却风作为燃烧所需的空气被从炉底送入，在入炉总燃烧空气量保持不变的情况下，从炉底送入的过量空气会使经过空气预热器的冷空气量相应减少，从而导致锅炉的排烟温度升高，进而降低锅炉的热效率。

为了保证锅炉燃烧工况和锅炉效率，在钢带式排渣机冷却热渣之后进入锅炉炉膛的风量一般不超过锅炉总燃烧风量的1.3％，进入炉膛的风温不低于250℃－400℃；考虑到对运行人员、周围环境的危害和影响以及灰渣后续输送设备的耐温设计等要求，排渣机或冷渣器的排渣温度一般不超过200℃。对于一定容量的锅炉而言，在不改变锅炉燃烧配风的前提下，允许由锅炉底部进入炉膛的风量是一定的。然而，在实际运行中，燃煤火电厂的煤源煤质较杂、变化较大，实际燃用的煤质往往偏离设计和校核煤质，锅炉排渣量、排灰量变化很大(这些主要取决于煤炭供应和煤炭市场的变化情况)，由此造成锅炉排渣量的变化是被动的且不易控制(在设计选型阶段很难定量评估)，导致钢带式排渣机的冷却风量和冷却风温以及处理能力也随之变化，这些都会对锅炉燃烧工况的稳定性和热效率产生负面影响，从而影响机组运行的安全可靠性和经济性。例如，当锅炉燃烧的煤质变差时，锅炉的排渣量将会大于最初校核的排渣量，从而导致通过风冷干式排渣机送入炉膛的风量增大。如上所述，在入炉总燃烧空气量保持不变的情况下，这会使得经过空气预热器的冷空气量相应减少，从而导致锅炉的排烟温度升高，进而降低锅炉的热效率。

此外，尽管上述风冷式干排渣系统能够在冷却高温灰渣的同时将高温灰渣的余热予以回收利用，但是该系统对锅炉煤质和排渣量的变化比较敏感，并且不能很好地吸收锅炉底部的辐射热量。由此可见，现有的燃煤干式排渣锅炉在吸收锅炉底部的辐射热量方面以及与排渣系统相关的方面仍存在改进的空间。

发明内容

为了解决或者至少改善现有技术中的上述问题，本发明提供一种用于干排渣锅炉的余热回收装置，该余热回收装置能够在风冷式干排渣系统的基础上进一步吸收高温灰渣的热量以及锅炉底部的辐射热量，从而提高锅炉的热效率和经济性并改善现有的风冷式干排渣系统对锅炉煤质和排渣量变化的适应性。

为此目的，根据本发明的一个方面，提供一种用于干排渣锅炉的余热回收装置，所述余热回收装置设置在锅炉底部，用于在锅炉运行过程中吸收锅炉底部的辐射热量和高温灰渣的热量，所述余热回收装置以串联或并联方式设置在锅炉的凝结水回热加热管线中，从而将吸收的热量回收并用于加热凝结水。

在更优选的实施方式中，所述余热回收装置包括热交换管或热交换板、冷水入口管道和热水出口管道，其中所述冷水入口管道在所述热交换管或热交换板的上游与所述热交换管或热交换板的入口端连接，用于将来自凝结水加热输送管线的凝结水导入所述热交换管或热交换板；所述热交换管或热交换板用于通过在其中流动的凝结水吸收锅炉底部的辐射热量和高温灰渣的热量；而所述热水出口管道在所述热交换管或热交换板的下游与所热交换管或热交换板的出口端连接，用于使吸收了热量的凝结水从所述热交换管或热交换板回流到凝结水加热输送管线中。

在更优选的实施方式中，所述余热回收装置代替现有燃煤锅炉的渣斗或渣井而设置在锅炉底部并与锅炉渣斗的出渣口相连，并且所述余热回收装置还包括：支架，其用于以环绕方式支撑所述热交换管或热交换板；入口联箱，其设置在所述热交换管或热交换板与所述冷水入口管道之间；出口联箱，其设置在所述热交换管或热交换板与所述热水出口管道之间，其中所述入口联箱和出口联箱是所述热交换管或热交换板的凝结水进出总管，用于均匀分配或集结所述热交换管或热交换板中的凝结水。

在更优选的实施方式中，所述余热回收装置设置在现有燃煤锅炉的过渡渣斗(渣井)中，并且所述热交换管或热交换板以纵向或横向布置的方式沿周向设置在过渡渣斗(渣井)的壳体或内壁上。

在更优选的实施方式中，所述余热回收装置连接在凝结水泵或第一级低压回热加热器与第二级低压回热加热器之间，因而从所述热水出口管道排出的热水被送入第二级低压回热加热器中继续加热。

在更优选的实施方式中，所述余热回收装置与第一级低压回热加热器并联设置，因而从所述热水出口管道排出的热水被送入第二级低压回热加热器中继续加热。

在更优选的实施方式中，所述余热回收装置还包括用于调节流过所述热交换管或热交换板的水量的流量调节装置；所述流量调节装置响应于锅炉排渣量和排渣温度的变化而改变流过所述热交换管或热交换板的水量，从而将通过干排渣机进入锅炉炉膛的风量占额定总风量的比例控制在规定范围内。

在更优选的实施方式中，所述流量调节装置将通过干排渣机进入锅炉炉膛的风量占额定总风量的比例控制为小于或等于1.3％。

在更优选的实施方式中，所述流量调节装置将通过干排渣机进入锅炉炉膛的风量占额定总风量的比例控制在0.3－0.5％的范围内。

根据本发明的另一个方面，提供一种干排渣锅炉，所述干排渣锅炉包括如上述技术方案中任一项所述的余热回收装置。

通过采用本发明的上述技术方案，一方面能够有效吸收锅炉的高温灰渣的部分热量，从而将通过排渣机进入炉膛的风量控制在规定范围内，达到稳定锅炉燃烧工况的目的；另一方面能够充分回收锅炉底部的辐射废热(即无法利用的热量)，并将其有效利用，从而提高锅炉热效率和经济性，达到节能降耗的目的。

附图说明

图1是设置有本发明的余热回收装置的燃煤锅炉总成的局部截面示意图，其中为了清楚起见，省略了该燃煤锅炉的部分公知构件。

图1中的组成构件与附图标记的对应关系如下：

1－锅炉炉膛中心线；2－余热回收装置；3－锅炉水冷壁下联箱；4－锅炉水冷壁；5－锅炉水冷壁与余热回收装置之间的机械密封；6－机械密封的防磨护板；7－余热回收装置的出口联箱；8－余热回收装置的入口联箱；9－余热回收装置的热交换管或热交换板；10－干排渣机中心线；11－余热回收装置的支架；12－余热回收装置的热水出口管道；13－余热回收装置的冷水入口管道。

具体实施方式

首先，为了更充分地理解本发明，在此对电厂燃煤锅炉的凝结水回热加热工艺流程简要介绍如下：来自锅炉的高压过热蒸汽经汽轮机进行做功(发电)之后排向凝结器，做功之后低压蒸汽在凝结器中被冷凝为凝结水，该凝结水被集结到凝结器的下部热水井中，热水井中的凝结水经凝结水泵进行升压，升压后的凝结水随后依次经第一级低压(或轴封)回热加热器加热、第二级低压回热加热器以及除氧回热加热器，经加热除氧后的凝结水被锅炉给水泵升压为锅炉给水，锅炉给水经多级高压回热加热器加热，加热后的锅炉给水被送入锅炉中继续进行燃烧加热，所产生的高压过热蒸汽又被输送到汽轮机，如此循环往复。

下面结合附图对本发明的技术方案做更进一步的详细说明。应该指出的是，本具体实施方式部分提供的仅仅是本发明的优选实施方式，其本质上仅仅是示例性的，并非旨在对本发明、其应用或用途构成限制。本领域技术人员容易理解的是，在不改变本发明的原理的前提下，可以对该优选实施方式的细节做出改变，以便适应特定的环境或应用场合。

如图1所示，本发明的余热回收装置总体上用附图标记2标示。余热回收装置2设置在锅炉底部(即，现有燃煤锅炉的过渡渣斗或渣井位置)，余热回收装置2的上端与锅炉水冷壁的出渣口(具体地说是锅炉水冷壁4)以机械密封5的方式相连，下端排渣口与干式排渣机(未示出)相连。余热回收装置2包括：支架11，其用于以环绕方式支撑余热回收装置2的换热部件(即热交换管或热交换板9)；热交换管或热交换板9，其串联设置在上述凝结水加热输送管线中，用于将锅炉底部的部分辐射热量以及锅炉排出的高温灰渣的部分热量转移给流过其中的凝结水；冷水入口管道13，其在所述热交换管或热交换板9的上游与所述余热回收装置的入口联箱8连接，用于将凝结水均匀地分配到所述热交换管或热交换板9，如图1所示，冷水入口管道13从支架11的侧壁穿过；热水出口管道12，其在所述热交换管或热交换板9的下游与余热回收装置的出口联箱7连接，用于使吸收了锅炉底部辐射热量和灰渣热量的热水从所述热交换管或热交换板9均匀地回流到所述凝结水加热输送管线中。在一种实施方式中，冷水入口管道13在上游与凝结水泵或第一级低压回热加热器(具体而言是轴封加热器)的出口相连，而热水出口管道12在下游与第二级低压回热加热器的入口相连，因此余热回收装置2被串联设置在凝结水泵或第一级低压回热加热器(具体而言是轴封加热器)的出口与第二级低压回热加热器的入口之间。此外，尽管这里描述的是余热回收装置2串联设置在凝结水回热加热输送管线中，本领域技术人员容易理解的是，本发明的余热回收装置2显然可以与第一级低压回热加热器(轴封加热器)并联设置在凝结水输送管线中。例如，当冷水入口管道13在上游与凝结水泵的出口(第一级低压回热加热器的入口)相连，并且热水出口管道12在下游与或第一级低压回热加热器的出口相连时，余热回收装置2可以与第一级低压回热加热器并联设置，从而使得只有部分凝结水流过该余热回收装置2。

应该指出的是，在图1所示的示例性实施方式中，余热回收装置2代替了现有燃煤锅炉的渣斗或渣井。也就是说，图1所示的锅炉总成中没有设置常规的过渡渣斗或渣井，余热回收装置2既具有余热回收功能，也具有常规的过渡渣斗(渣井)的功能。再者，尽管图中没有示出，余热回收装置2还包括围绕热交换管或热交换板9设置的外围保温设施或壳体，其与常规的过渡渣斗或渣井的形状类似，热交换管或热交换板9固定地连接到该外围保温设施或壳体的内壁上。

在优选实施方式中，余热回收装置2还包括出口联箱7和入口联箱8，其分别设置在热交换管或热交换板9与热水出口管道12和冷水入口管道13之间，用于在具有多个热交换管或热交换板9的情况下作为连接所述热交换管或热交换板9与热水出口管道12和冷水入口管道13的总管。

尽管图1中示出以及这里描述的余热回收装置2代替了现有燃煤锅炉的过渡渣斗(渣井)，并且包括热交换管或热交换板9、支架11、冷水入口管道13、热水出口管道12、出口联箱7和入口联箱8，但是应该指出的是，在不改变本发明的原理的情况下，该余热回收装置2可以仅包括热交换管或热交换板9、冷水入口管道13和热水出口管道12，并且所述热交换管或热交换板9可以任何合适的方式设置到常规的过渡渣斗或渣井的内壁上。此外，也可以省略外围壳体，并且/或者可以用其他等同的换热装置来代替热交换管或热交换板9。例如，热交换管或热交换板9能够是以纵向或横向盘绕的方式沿周向设置在过渡渣斗(渣井)或上述外围壳体的内壁上的单个热交换管或热交换板。

在锅炉运行过程中，热交换管或热交换板9中流动的凝结水吸收下落的高温灰渣的大部分热量，减少干排渣机中用于冷却高温灰渣的冷却风量，从而在锅炉排渣量变大(例如由于煤质变差所致)的情况下确保通过干排渣机进入锅炉炉膛的风量在允许的安全范围内(如上所述，通常不超过额定总风量的1.3％)。在此方面，该余热回收装置2还可包括用于调节流过热交换管或热交换板9的水量的流量调节装置。例如，在余热回收装置2与凝结水加热输送管线并联设置并且只有部分凝结水流过该余热回收装置2的情况下，该流量调节装置可用于调节或分配流过余热回收装置2的水量占总凝结水量的百分比。该流量调节装置可以是人工控制或自动控制的，以便响应于锅炉排渣量和排渣温度的变化而改变流过热交换管或热交换板9的水量，从而将通过干排渣机进入锅炉炉膛的风量稳定为小于或等于额定总风量的1.3％，优选为额定总风量的0.3－0.5％。

另一方面，由于余热回收装置2(更具体是热交换管或热交换板9)设置在锅炉底部，因此其能够有效吸收锅炉底部的辐射热量，从而达到废热利用的目的。更具体地说，所吸收的锅炉底部的辐射热量和高温灰渣的热量对流过热交换管或热交换板9的凝结水进行加热，而被加热的凝结水持续回流到凝结水输送管线中，从而减少了锅炉的废热、余热损失并相应地提高了锅炉热效率和经济性。在此方面，余热回收装置2可以被看作是通过锅炉废热、余热工作的凝结水辅助低压加热器。

应该指出的是，上文关于热交换管或热交换板9的数量和结构的描述仅仅是示例性的，本领域技术人员容易理解的是，在能够实现本发明的原理(即有效吸收锅炉底部的辐射热量以及高温灰渣的部分热量)的前提下，所述热交换管或热交换板9可以设置为具有任何合适的数量和结构。

本发明的余热回收装置2设计紧凑、安装布置简单，其利用换热装置对锅炉排出的高温灰渣进行冷却；冷却过程中通过吸收高温灰渣物理显热和锅炉底部排渣口辐射热量来加热凝结水，从而回收辐射废热、高温灰渣余热。

由于冷却热渣后进入锅炉炉膛的风量能够确保在0.3－0.5％的范围内，避免了由于冷却风对燃烧中心的抬升，平均减少锅炉排烟温度的升高达3－5℃左右，保证锅炉排烟温度在规定范围内，从而减少了锅炉排烟热损失。

另外，从节能数据方面来看，生产过程中产生的大量高温灰渣的温度高达850℃以上，灰渣的比热容约为0.959kJ/(kg·℃)，如果灰渣的平均温度以850℃计，回收热量后灰渣的排出温度按200℃计，则每吨灰渣可回收0.719GJ的显热，大约相当于24.54kg标准煤完全燃烧后所产生的热量。以600MW的机组来计算，节能总量将达到1060吨标准煤。

尽管上面仅结合优选实施方式对本发明进行了描述，但是本发明的范围不限于上文所述的具体结构和布置。在不偏离所附权利要求限定的本发明的原理和构思的前提下，可以对所述优选实施方式的具体细节做出各种改变或调整，即增加、删除以及组合等，这些改变或调整之后的实施方式也将落入本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种用于干排渣锅炉的余热回收装置，其特征在于，所述余热回收装置设置在锅炉底部，用于在锅炉运行过程中吸收锅炉底部的辐射热量和高温灰渣的热量，所述余热回收装置以串联或并联方式设置在锅炉的凝结水回热加热管线中，从而将吸收的热量回收并用于加热凝结水。

2.如权利要求1所述的余热回收装置，其特征在于，所述余热回收装置包括热交换管或热交换板、冷水入口管道和热水出口管道，

其中所述冷水入口管道在所述热交换管或热交换板的上游与所述热交换管或热交换板的入口端连接，用于将来自凝结水加热输送管线的凝结水导入所述热交换管或热交换板；所述热交换管或热交换板用于通过在其中流动的凝结水吸收锅炉底部的辐射热量和高温灰渣的热量；而所述热水出口管道在所述热交换管或热交换板的下游与所热交换管或热交换板的出口端连接，用于使吸收了热量的凝结水从所述热交换管或热交换板回流到凝结水加热输送管线中。

3.如权利要求2所述的余热回收装置，其特征在于，所述余热回收装置代替现有燃煤锅炉的过渡渣斗或渣井而设置在锅炉底部并与锅炉渣斗的出渣口相连，并且所述余热回收装置还包括：

支架，其用于以环绕方式支撑所述热交换管或热交换板；

入口联箱，其设置在所述热交换管或热交换板与所述冷水入口管道之间；

出口联箱，其设置在所述热交换管或热交换板与所述热水出口管道之间，

其中所述入口联箱和出口联箱是所述热交换管或热交换板的凝结水进出总管，用于均匀分配或集结所述热交换管或热交换板中的凝结水。

4.如权利要求2所述的余热回收装置，其特征在于，所述余热回收装置设置在现有燃煤锅炉的过渡渣斗或渣井中，并且所述热交换管或热交换板以纵向或横向布置的方式沿周向设置在过渡渣斗或渣井的壳体或内壁上。

5.如权利要求1至4中任一项所述的余热回收装置，其特征在于，所述余热回收装置连接在凝结水泵或第一级低压回热加热器与第二级低压回热加热器之间，因而从所述热水出口管道排出的热水被送入第二级低压回热加热器中继续加热。

6.如权利要求1至4中任一项所述的余热回收装置，其特征在于，所述余热回收装置与第一级低压回热加热器并联设置，因而从所述热水出口管道排出的热水被送入第二级低压回热加热器中继续加热。

7.如权利要求1至4中任一项所述的余热回收装置，其特征在于，所述余热回收装置还包括用于调节流过所述热交换管或热交换板的水量的流量调节装置；所述流量调节装置响应于锅炉排渣量和排渣温度的变化而改变流过所述热交换管或热交换板的水量，从而将通过干排渣机进入锅炉炉膛的风量占额定总风量的比例控制在规定范围内。

8.如权利要求7所述的余热回收装置，其特征在于，所述流量调节装置将通过干排渣机进入锅炉炉膛的风量占额定总风量的比例控制为小于或等于1.3％。

9.如权利要求8所述的余热回收装置，其特征在于，所述流量调节装置将通过干排渣机进入锅炉炉膛的风量占额定总风量的比例控制在0.3－0.5％的范围内。

10.一种干排渣锅炉，其特征在于，所述干排渣锅炉包括如权利要求1至9中任一项所述的余热回收装置。