塔式鍋爐

塔式鍋爐，是下部為爐膛、上部為對(duì)流煙道的塔型結(jié)構(gòu)鍋爐。大容量(通常指300MW以上)鍋爐很少采用全塔型，而只采用半塔型，即將空氣預(yù)熱器及送引風(fēng)機(jī)布置在零米地面。

中文名稱(chēng)

塔式鍋爐

英文名稱(chēng)

tower boiler

定　　義

下部為爐膛、上部為對(duì)流煙道，呈塔形結(jié)構(gòu)的鍋爐。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級(jí)學(xué)科），鍋爐（二級(jí)學(xué)科）

2021年6月24日，《一種具有兩次再熱器的塔式鍋爐》獲得第二十二屆中國(guó)專(zhuān)利優(yōu)秀獎(jiǎng)。 2100433B

一種具有兩次再熱器的塔式鍋爐專(zhuān)利目的

《一種具有兩次再熱器的塔式鍋爐》的目的是提供一種具有兩次再熱器的鍋爐，它的過(guò)熱器、一次再熱器、二次再熱器的出口溫度都能夠達(dá)到600攝氏度-695攝氏度范圍內(nèi)，根據(jù)工程需要，溫度優(yōu)選610攝氏度-620攝氏度和630攝氏度-650攝氏度。

一種具有兩次再熱器的塔式鍋爐技術(shù)方案

一種具有兩次再熱器的塔式鍋爐，鍋爐為超臨界鍋爐，鍋爐的受熱面包括過(guò)熱器、一次再熱器、二次再熱器；過(guò)熱器包括低溫過(guò)熱器、高溫過(guò)熱器；主汽系統(tǒng)流程為：給水進(jìn)入前、后煙道省煤器，前后煙道省煤器為并聯(lián)布置，省煤器出口水由爐膛下部進(jìn)入水冷壁，水冷壁出口連接分離器，分離器出口蒸汽依次進(jìn)入低溫過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器中，最終進(jìn)入汽機(jī)做功；一次再熱器的蒸汽來(lái)自汽機(jī)排汽，從蒸汽側(cè)溫度由低到高流向看，一次再熱器依次包括一次再熱低溫再熱器、一次再熱高溫再熱器；最后該蒸汽進(jìn)入汽機(jī)中做功；一次再熱器的蒸汽在汽機(jī)做功后，即成為汽機(jī)的排汽；二次再熱器的蒸汽來(lái)自該汽機(jī)的排汽，從蒸汽側(cè)溫度由低到高流向看，包括二次再熱低溫再熱器、二次再熱高溫再熱器；最后該蒸汽進(jìn)入汽機(jī)做功；一次再熱器和二次再熱器在爐膛垂直煙道中并聯(lián)布置。

優(yōu)選的，一次再熱高溫再熱器分為冷段和熱段，二次再熱高溫再熱器分為冷段和熱段；低溫過(guò)熱器從蒸汽流向看，包括低溫過(guò)熱器懸吊進(jìn)口管，低溫過(guò)熱器垂直段受熱面和低溫過(guò)熱器屏管段；一、二次再熱高溫再熱器冷段提前布置，即放在高溫過(guò)熱器下方布置，處在輻射特性強(qiáng)的區(qū)域，吸收部分輻射熱，一、二次再熱高溫再熱器熱段放在高溫過(guò)熱器上方布置；爐膛上部垂直煙道沿?zé)煔饬飨蛞来未?lián)布置有低溫過(guò)熱器屏管段，一、二次再熱高溫再熱器冷段，高溫過(guò)熱器，一、二次再熱高溫再熱器熱段，一、二次再熱低溫再熱器，省煤器及低溫過(guò)熱器懸吊進(jìn)口管；一次再熱器冷段和二次再熱器冷段并聯(lián)布置，一次再熱器熱段和二次再熱器熱段并聯(lián)布置，一次再熱低溫再熱器和二次再熱低溫再熱器并聯(lián)布置。

優(yōu)選的，低溫過(guò)熱器屏管段，屏與屏之間的距離較大，能夠透過(guò)熱輻射；低溫過(guò)熱器垂直段受熱面還可懸吊在低溫過(guò)熱器屏管段上方的省煤器、再熱器、高溫過(guò)熱器上；一、二次再熱高溫再熱器冷段設(shè)計(jì)成屏管式，部分布置在低溫過(guò)熱器的屏與屏之間空擋處的上方，能夠接受熱輻射；一、二次再熱高溫再熱器冷段還包括垂直段受熱面，冷段和熱段之間通過(guò)設(shè)置在垂直煙道內(nèi)的垂直段受熱面連接。

優(yōu)選的，煙氣流過(guò)一、二次再熱高溫再熱器熱段后，煙氣通道被分隔煙道隔墻分隔為前、后煙道，前煙道布置有一次再熱低溫再熱器和前煙道省煤器，后煙道布置有二次再熱低溫再熱和后煙道省煤器；分隔煙道隔墻延伸到第二煙道入口處，并在此處設(shè)置煙氣擋板用于調(diào)節(jié)前后煙道煙氣流量；分隔煙道隔墻由懸吊管膜式壁構(gòu)成，該懸吊管膜式壁作為低溫過(guò)熱器的一部分，從低溫過(guò)熱器進(jìn)口集箱引出，回到低溫過(guò)熱器出口集箱或者回到中間混合集箱；一次再熱器靠近前墻布置，二次再熱器靠近后墻布置。

優(yōu)選的，過(guò)熱器、一次再熱器和二次再熱器出口蒸汽溫度達(dá)到600攝氏度至695攝氏度；二次再熱鍋爐過(guò)熱器和一次再熱器和二次再熱器的吸熱百分比為，過(guò)熱器吸熱量為65%-75%，一次再熱器吸熱量為15%-25%，二次再熱器吸熱量為10%-15%，三者之和為100%。

優(yōu)選的，過(guò)熱器內(nèi)的蒸汽壓力為28兆帕-35兆帕；一次再熱器內(nèi)的蒸汽壓力為5兆帕-14兆帕；二次再熱器內(nèi)的蒸汽壓力為2兆帕-5兆帕。

優(yōu)選的，爐膛由膜式水冷壁組成，下部水冷壁采用螺旋管；上部水冷壁采用垂直管的布置方式；給水進(jìn)入前、后煙道省煤器之后，然后依次進(jìn)入爐膛下部螺旋圍繞管圈、進(jìn)入中間混合集箱、爐膛上部垂直管屏、分離器、低溫過(guò)熱器和高溫過(guò)熱器，最后蒸汽進(jìn)入汽機(jī)高壓缸做功。

優(yōu)選的，過(guò)熱器汽溫通過(guò)煤水比調(diào)節(jié)和兩級(jí)噴水來(lái)控制；一、二次再熱器汽溫同步采用燃燒器擺動(dòng)調(diào)節(jié)，通過(guò)煙氣擋板調(diào)節(jié)一、二次再熱器間吸熱平衡；低溫再熱器出口連接管道上設(shè)置微量噴水。

因此，《一種具有兩次再熱器的塔式鍋爐》將部分再熱器受熱面置于靠近爐膛部分的煙道中，借以吸收部分爐膛的輻射熱量，從而達(dá)到用較少面積獲得足夠溫升的目的。同時(shí)，再熱器具有輻射受熱面特性對(duì)負(fù)荷降低時(shí)保證再熱器出口額定溫度也有益處。

由于輻射熱量在穿過(guò)受熱面后有很大的下降。為使兩次出口溫度在600攝氏度以上的再熱器都能吸收部分輻射熱，且保證都能獲得較高的傳熱溫差。《一種具有兩次再熱器的塔式鍋爐》不采用通常采用的串聯(lián)形式，而采用將兩次再熱器并聯(lián)布置的方式。

該二次再熱方案與常規(guī)一次再熱方案的不同點(diǎn)就是增加了一路要求達(dá)到600攝氏度以上的蒸汽，就是說(shuō)一般的，鍋爐燃燒產(chǎn)生煙氣溫度不變，要多一個(gè)高溫的受熱面來(lái)吸熱，如何布置。因?yàn)閭鳠崾且幸欢夭畹?，一般連續(xù)串聯(lián)放兩個(gè)出口溫度達(dá)到600攝氏度的受熱面，其后的煙氣溫度就不足以將第三個(gè)受熱面加熱到600攝氏度了，所以《一種具有兩次再熱器的塔式鍋爐》采用了并聯(lián)的方案，讓兩個(gè)受熱面共享比較高的煙溫。再熱器部分提前的目的一是為了提高傳熱效率，二是為了擺動(dòng)燃燒器這個(gè)調(diào)溫手段有較高的靈敏性。但提前再熱器也不是簡(jiǎn)單的提前就可以的，而是有風(fēng)險(xiǎn)的。在常規(guī)超超臨界常用材料的選擇范圍內(nèi)，為保證安全性，受輻射熱的再熱器的蒸汽溫度不能太高，否則金屬壁溫會(huì)很高，導(dǎo)致沒(méi)有可選擇的材料。至于低溫過(guò)熱器更靠前卻不存在安全性問(wèn)題，這是因?yàn)檫^(guò)熱器的壓力比再熱器高的多，蒸汽傳熱特性更好，蒸汽的特性決定了同樣的蒸汽溫度下，再熱器的金屬管壁溫度比過(guò)熱器要更高，所以再熱器不能盲目提前。而高參數(shù)二次再熱方案，就要精確地計(jì)算受熱面布置，既滿足達(dá)到溫度又達(dá)到安全可靠。

再熱器的調(diào)溫特性由擺動(dòng)燃燒器，調(diào)節(jié)過(guò)量空氣系數(shù)和煙氣擋板調(diào)節(jié)結(jié)合完成。通過(guò)燃燒器的擺動(dòng)使?fàn)t膛內(nèi)火焰中心抬高或降低，具有輻射特性的再熱器出口溫度會(huì)因此升高或降低。由于兩次再熱器并聯(lián)布置，并處于同樣的煙溫區(qū)域，所以它們的變化趨勢(shì)是相同的。增大過(guò)量空氣系數(shù)使通過(guò)受熱面的煙氣流速增大，也具有提高再熱器換熱的作用。上部煙道由懸吊管膜式壁中間隔墻分隔為前后兩個(gè)煙道，兩個(gè)煙道中分別布置有一次再熱器的低溫段和二次再熱器的低溫段，該懸吊管膜式壁作為低溫過(guò)熱器的一部分，是從低溫過(guò)熱器進(jìn)口集箱引出的，回到低溫過(guò)熱器出口集箱或者回到中間混合集箱。中間隔墻一直延伸到尾部煙道入口處，并在此處設(shè)置兩個(gè)煙氣流量調(diào)節(jié)擋板。其目的在于通過(guò)調(diào)節(jié)擋板的開(kāi)度來(lái)控制前后兩個(gè)煙道的煙氣流量，以達(dá)到調(diào)節(jié)前后兩個(gè)煙道內(nèi)一、二次低溫再熱器的蒸汽溫升的目的。一次再熱低溫段溫升提高，則二次再熱低溫段溫升降低，反之依然。結(jié)合擺動(dòng)燃燒器、調(diào)節(jié)過(guò)量空氣系數(shù)和煙氣擋板的調(diào)節(jié)幾種手段，可保證低負(fù)荷或燃料變化時(shí)，兩次再熱器都達(dá)到額定溫度。

優(yōu)選的，一次再熱器靠近前墻布置，二次再熱器靠近后墻布置，由于后墻煙道靠近水平煙道，流速相對(duì)于前墻煙道快一些，而二次再熱器的蒸汽壓力要比一次再熱器壓力小，傳熱特性要差一些，因此二次再熱器布置在靠近后墻，有利于吸熱，使得一、二次再熱器吸熱平衡。

《一種具有兩次再熱器的塔式鍋爐》的二次再熱鍋爐過(guò)熱器和一次再熱器和二次再熱器的吸熱百分比為，過(guò)熱器吸熱量為65%-75%，一次再熱器吸熱量為15%-25%，二次再熱器吸熱量為10%-15%，三者之和為100%，優(yōu)選比例約為71:17:12，各個(gè)比例數(shù)在正負(fù)1內(nèi)浮動(dòng)，各個(gè)比例數(shù)之和為100。過(guò)熱器內(nèi)的蒸汽壓力為30兆帕-35兆帕，一次再熱器內(nèi)的蒸汽壓力為5兆帕-13兆帕，二次再熱器內(nèi)的蒸汽壓力為2兆帕-5兆帕。一、二次再熱器的材料相同，均為高等級(jí)不銹鋼，牌號(hào)例如為：SA-213TP347HFG、SA-213TP310HcbN、SA-213S304H、SA-335pg1、15CrMoG、12Cr1MoVG、SA213T12、SA213T23、SA-335T91、SA210C。

《一種具有兩次再熱器的塔式鍋爐》涉及一種用于電力工業(yè)的有兩次再熱器的鍋爐。