塔式鍋爐簡介

塔式鍋爐，是下部為爐膛、上部為對流煙道的塔型結構鍋爐。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，即將空氣預熱器及送引風機布置在零米地面。

中文名稱

塔式鍋爐

英文名稱

tower boiler

定　　義

下部為爐膛、上部為對流煙道，呈塔形結構的鍋爐。

應用學科

電力（一級學科），鍋爐（二級學科）

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專利優(yōu)秀獎。 2100433B

一種具有兩次再熱器的塔式鍋爐專利目的

《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，它的過熱器、一次再熱器、二次再熱器的出口溫度都能夠達到600攝氏度-695攝氏度范圍內，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熱器、一次再熱器、二次再熱器；過熱器包括低溫過熱器、高溫過熱器；主汽系統(tǒng)流程為：給水進入前、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入水冷壁，水冷壁出口連接分離器，分離器出口蒸汽依次進入低溫過熱器和高溫過熱器中，最終進入汽機做功；一次再熱器的蒸汽來自汽機排汽，從蒸汽側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；最后該蒸汽進入汽機中做功；一次再熱器的蒸汽在汽機做功后，即成為汽機的排汽；二次再熱器的蒸汽來自該汽機的排汽，從蒸汽側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；最后該蒸汽進入汽機做功；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；低溫過熱器從蒸汽流向看，包括低溫過熱器懸吊進口管，低溫過熱器垂直段受熱面和低溫過熱器屏管段；一、二次再熱高溫再熱器冷段提前布置，即放在高溫過熱器下方布置，處在輻射特性強的區(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熱器上方布置；爐膛上部垂直煙道沿煙氣流向依次串聯(lián)布置有低溫過熱器屏管段，一、二次再熱高溫再熱器冷段，高溫過熱器，一、二次再熱高溫再熱器熱段，一、二次再熱低溫再熱器，省煤器及低溫過熱器懸吊進口管；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，低溫過熱器屏管段，屏與屏之間的距離較大，能夠透過熱輻射；低溫過熱器垂直段受熱面還可懸吊在低溫過熱器屏管段上方的省煤器、再熱器、高溫過熱器上；一、二次再熱高溫再熱器冷段設計成屏管式，部分布置在低溫過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設置在垂直煙道內的垂直段受熱面連接。

優(yōu)選的，煙氣流過一、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，并在此處設置煙氣擋板用于調節(jié)前后煙道煙氣流量；分隔煙道隔墻由懸吊管膜式壁構成，該懸吊管膜式壁作為低溫過熱器的一部分，從低溫過熱器進口集箱引出，回到低溫過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，過熱器、一次再熱器和二次再熱器出口蒸汽溫度達到600攝氏度至695攝氏度；二次再熱鍋爐過熱器和一次再熱器和二次再熱器的吸熱百分比為，過熱器吸熱量為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，過熱器內的蒸汽壓力為28兆帕-35兆帕；一次再熱器內的蒸汽壓力為5兆帕-14兆帕；二次再熱器內的蒸汽壓力為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；給水進入前、后煙道省煤器之后，然后依次進入爐膛下部螺旋圍繞管圈、進入中間混合集箱、爐膛上部垂直管屏、分離器、低溫過熱器和高溫過熱器，最后蒸汽進入汽機高壓缸做功。

優(yōu)選的，過熱器汽溫通過煤水比調節(jié)和兩級噴水來控制；一、二次再熱器汽溫同步采用燃燒器擺動調節(jié)，通過煙氣擋板調節(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，從而達到用較少面積獲得足夠溫升的目的。同時，再熱器具有輻射受熱面特性對負荷降低時保證再熱器出口額定溫度也有益處。

由于輻射熱量在穿過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就是增加了一路要求達到600攝氏度以上的蒸汽，就是說一般的，鍋爐燃燒產(chǎn)生煙氣溫度不變，要多一個高溫的受熱面來吸熱，如何布置。因為傳熱是要有一定溫差的，一般連續(xù)串聯(lián)放兩個出口溫度達到600攝氏度的受熱面，其后的煙氣溫度就不足以將第三個受熱面加熱到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，二是為了擺動燃燒器這個調溫手段有較高的靈敏性。但提前再熱器也不是簡單的提前就可以的，而是有風險的。在常規(guī)超超臨界常用材料的選擇范圍內，為保證安全性，受輻射熱的再熱器的蒸汽溫度不能太高，否則金屬壁溫會很高，導致沒有可選擇的材料。至于低溫過熱器更靠前卻不存在安全性問題，這是因為過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，就要精確地計算受熱面布置，既滿足達到溫度又達到安全可靠。

再熱器的調溫特性由擺動燃燒器，調節(jié)過量空氣系數(shù)和煙氣擋板調節(jié)結合完成。通過燃燒器的擺動使爐膛內火焰中心抬高或降低，具有輻射特性的再熱器出口溫度會因此升高或降低。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是相同的。增大過量空氣系數(shù)使通過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煙道，兩個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熱器的一部分，是從低溫過熱器進口集箱引出的，回到低溫過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，并在此處設置兩個煙氣流量調節(jié)擋板。其目的在于通過調節(jié)擋板的開度來控制前后兩個煙道的煙氣流量，以達到調節(jié)前后兩個煙道內一、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。結合擺動燃燒器、調節(jié)過量空氣系數(shù)和煙氣擋板的調節(jié)幾種手段，可保證低負荷或燃料變化時，兩次再熱器都達到額定溫度。

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》的二次再熱鍋爐過熱器和一次再熱器和二次再熱器的吸熱百分比為，過熱器吸熱量為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，各個比例數(shù)在正負1內浮動，各個比例數(shù)之和為100。過熱器內的蒸汽壓力為30兆帕-35兆帕，一次再熱器內的蒸汽壓力為5兆帕-13兆帕，二次再熱器內的蒸汽壓力為2兆帕-5兆帕。一、二次再熱器的材料相同，均為高等級不銹鋼，牌號例如為：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。