本發(fā)明屬于電站鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可降低煙溫偏差的塔式鍋爐。

背景技術(shù)：

四角切圓鍋爐燃燒器布置在鍋爐四角，四股氣流從燃燒器出口噴入爐內(nèi)，在爐膛中心形成假想切圓，使氣流在爐內(nèi)強(qiáng)烈旋轉(zhuǎn)。同時四股氣流互相沖擊、卷吸，因而爐內(nèi)火焰充滿度較好，空氣及煤粉混合均勻，能夠形成良好的著火及燃燒條件，旋轉(zhuǎn)氣流在爐內(nèi)呈螺旋狀上升一直到爐膛出口，延長了煤粉顆粒在爐內(nèi)的停留時間，有利于煤粉的燃盡。此外，低NO_x燃燒器技術(shù)、空氣分級技術(shù)等應(yīng)用也使得四角切圓鍋爐的污染物排放濃度較小。

目前的四角切圓鍋爐以π型布置方式居多，即鍋爐的煙氣流道呈π型，主要由上行煙道、水平煙道及下行煙道三部分組成，分別布置不同的受熱面。在上行煙道至水平煙道的轉(zhuǎn)彎處設(shè)有折焰角，以改善高溫?zé)煔鈿饬鬓D(zhuǎn)彎時的流場，使得各換熱器均能受到較強(qiáng)的輻射換熱和對流換熱。但由于π型鍋爐煙氣在上行煙道及水平煙道處仍具有將強(qiáng)的殘余旋轉(zhuǎn)，再加上煙氣的轉(zhuǎn)向，從而導(dǎo)致煙道左、右兩側(cè)煙氣流場分布不均，煙溫偏差較為嚴(yán)重，且隨著單機(jī)容量的增加而不斷擴(kuò)大，往往能夠達(dá)到200℃。較大的煙溫偏差不但會引起過熱器、再熱器管壁超溫，長期運行還會導(dǎo)致爆管等嚴(yán)重危害鍋爐安全運行的現(xiàn)象出現(xiàn)。

近年來很多大型機(jī)組，尤其是1000MW機(jī)組開始逐漸采用塔式布置方式。 塔式鍋爐的各受熱面均布置在一個上行煙道內(nèi)，與爐膛筆直相連，煙氣進(jìn)入對流煙道布置的受熱面時不存在煙氣的轉(zhuǎn)向。塔式鍋爐高度較高，屏底的煙氣溫度一般要低于同等容量的π型鍋爐，因而一定程度上減小了受熱面的結(jié)渣風(fēng)險。另一方面，由于煙氣在經(jīng)過受熱面時不轉(zhuǎn)向，也就不會產(chǎn)生二次渦，同時上行煙道內(nèi)布置的多層換熱器也能大大削弱煙氣在上升過程中的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度，使得煙氣在該區(qū)域分布均勻，受熱面受熱也更加均勻，能有效的降低煙溫偏差。

但由于塔式鍋爐前、后墻兩側(cè)結(jié)構(gòu)不對稱，且水平煙道入口面積較小，實際運行中在引風(fēng)機(jī)牽引力的作用下，上爐膛換熱器區(qū)域的煙氣會向后墻偏斜，導(dǎo)致上爐膛換熱器煙氣分布不均，從而引起爐膛前、后兩側(cè)出現(xiàn)煙溫偏差，另一方面，由于煙氣在爐內(nèi)順時針旋轉(zhuǎn)，靠近上爐膛換熱器左側(cè)的煙氣會直接進(jìn)入水平煙道，右側(cè)的煙氣則會由于殘余旋轉(zhuǎn)而先向爐膛前墻運動，再進(jìn)入水平煙道，這樣上爐膛換熱器區(qū)域左右側(cè)的煙氣停留時間不同，放熱量也會不同，最終會左、右兩側(cè)出現(xiàn)煙溫偏差。同時煙氣的偏斜也會加劇后墻附近換熱器管壁的磨損，不利于機(jī)組的安全運行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有塔式鍋爐的缺點，本發(fā)明提供一種可降低煙溫偏差的塔式鍋爐，其目的在于，使上爐膛換熱器區(qū)域煙氣必須經(jīng)過轉(zhuǎn)向才能進(jìn)入水平煙道，爐膛左、右兩側(cè)煙氣在爐內(nèi)的停留時間更加接近，同時能防止煙氣向后墻偏斜，煙氣分布也更加均勻，從而能夠大大降低上爐膛換熱器左、右側(cè)及前、后側(cè)的煙溫偏差，換熱器受熱更加均勻，同時也減弱了煙氣中灰顆粒對后墻附近換熱器管壁的磨損，有利于機(jī)組的安全運行。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出了一種可降低煙溫偏差的塔式鍋爐，包括爐體、位于爐體上端且與爐體連通的水平煙道以及與水平煙道相連通的下行煙道，所述爐體包括由下往上依次安裝的冷灰斗、主燃區(qū)和上爐膛換熱器區(qū)域，所述上爐膛換熱器區(qū)域與水平煙道之間設(shè)有內(nèi)折導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，所述上爐膛換熱器區(qū)域的煙氣經(jīng)過內(nèi)折導(dǎo)流結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向后才能進(jìn)入水平煙道。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)折導(dǎo)流結(jié)構(gòu)包括相接的水平板和斜板，所述上爐膛換熱器區(qū)域的后墻與斜板、水平板與斜板之間的夾角均為40°～50°。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)折導(dǎo)流結(jié)構(gòu)包括相接的水平板和斜板，后墻與斜板、水平板與斜板之間的夾角均為45°。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)折導(dǎo)流結(jié)構(gòu)布置在所述上爐膛換熱器區(qū)域與水平煙道的相接處。

由于內(nèi)折導(dǎo)流結(jié)構(gòu)的存在，上爐膛換熱器區(qū)域煙氣必須經(jīng)過轉(zhuǎn)向才能進(jìn)入水平煙道，爐膛左側(cè)的煙氣在爐內(nèi)的停留時間相應(yīng)增加，縮小了與爐膛右側(cè)煙氣停留時間的差距，同時有效地防止了氣流向后墻偏斜，煙氣在上爐膛換熱器的分布也更加均勻，這樣一方面可以大大降低上爐膛換熱器區(qū)域的煙溫偏差，使得換熱器受熱更加均勻，另一方面也減小了煙氣內(nèi)灰顆粒對換熱器管壁的磨損，有利于機(jī)組的安全運行。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益技術(shù)效果體現(xiàn)在：

(1)相比于現(xiàn)有的塔式鍋爐，增加內(nèi)折導(dǎo)流結(jié)構(gòu)后，煙氣必須要經(jīng)過轉(zhuǎn)向才能進(jìn)入水平煙道，爐膛左側(cè)的煙氣在爐內(nèi)的停留時間就會相應(yīng)增加，縮小了與爐膛右側(cè)煙氣停留時間的差距，有效改善了左、右兩側(cè)的煙溫偏差。

(2)由于煙氣必須經(jīng)過轉(zhuǎn)向，而不會直接進(jìn)入水平煙道，因而煙氣在上爐膛換熱器區(qū)域的分布更加均勻，有效降低了前、后兩側(cè)的煙溫偏差。換熱器的受熱也更加均勻，可以有效減少管壁由于熱應(yīng)力過大、熱疲勞、超溫等引起的爆管現(xiàn)象。

(3)防止了煙氣向后墻偏斜，煙氣流速也有所降低，相比于現(xiàn)有的塔式鍋爐，可以大大降低煙氣內(nèi)灰顆粒對后墻附近換熱器管壁的磨損。

附圖說明

圖1(a)為現(xiàn)有的塔式鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖，圖1(b)為本發(fā)明可降低煙溫偏差的塔式鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明內(nèi)折導(dǎo)流結(jié)構(gòu)夾角示意圖；

圖3為兩種塔式鍋爐下沿爐膛寬度方向中心截面的溫度分布對比圖。

圖4為兩種塔式鍋爐下沿爐膛深度方向中心截面的溫度分布對比圖。

圖5(a)、5(b)分別為兩種塔式鍋爐下某兩層煤粉顆粒在爐內(nèi)的運行軌跡圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

結(jié)合圖1(a)、(b)說明現(xiàn)有的塔式鍋爐及一種可降低煙溫偏差的塔式鍋爐。兩種鍋爐均包括冷灰斗1，主燃區(qū)2，上爐膛換熱器區(qū)域3，水平煙道4和下行煙道5。實例中，爐膛深、寬、高分別為23.16m、23.16m、113.6m。 主燃區(qū)采用低NO_x同軸燃燒系統(tǒng)(LNCFS)，配備了12層共48只強(qiáng)化著火(EI)煤粉噴嘴。上爐膛換熱器區(qū)域由下至上分別布置了一級過熱器3-1、三級過熱器3-2、二級再熱器3-3、二級過熱器3-4、一級再熱器3-5和省煤器3-6。水平煙道在省煤器上方與下行煙道相連，長度較短，實例中通流面積為爐膛橫截面面積的30％。

圖1(a)現(xiàn)有的塔式鍋爐中，水平煙道與爐膛夾角約為90°。由于爐膛前、后兩側(cè)結(jié)構(gòu)不對稱，且水平煙道及下行煙道通流面積較小，因而上爐膛換熱器區(qū)域煙氣會因引風(fēng)機(jī)的牽引力會向后墻嚴(yán)重偏斜，導(dǎo)致煙氣分布不均。

圖1(b)中一種可降低煙溫偏差的塔式鍋爐保持現(xiàn)有爐膛主體結(jié)構(gòu)不變，在上爐膛換熱器區(qū)域3與水平煙道4之間增加了一個內(nèi)折導(dǎo)流結(jié)構(gòu)6，將上爐膛換熱器區(qū)域3的后墻向爐內(nèi)偏轉(zhuǎn)一個角度，再與水平煙道相連，。實例中，內(nèi)折導(dǎo)流結(jié)構(gòu)深度約為5.8m。由于內(nèi)折導(dǎo)流結(jié)構(gòu)與水平煙道之間夾角同樣為45°，因而爐膛高度并未增加太多。

內(nèi)折導(dǎo)流結(jié)構(gòu)6可采用坡面式、階梯式或多級階梯式。本發(fā)明提供了一種較佳實施方式，轉(zhuǎn)向和阻力綜合效果最優(yōu)。如圖2所示，內(nèi)折導(dǎo)流結(jié)構(gòu)6的較佳實施方式為：包括相接的水平板和斜板，水平板與斜板之間的夾角為40°～50°，所述上爐膛換熱器區(qū)域3的后墻與斜板的夾角為40°～50°，優(yōu)選45°，設(shè)置在所述上爐膛換熱器區(qū)域3與水平煙道4相接處。

運用數(shù)值模擬方法對兩種塔式鍋爐爐膛的溫度、顆粒軌跡分布進(jìn)行了研究。圖3和圖4分別為兩種塔式鍋爐下沿爐膛寬度方向和深度方向中心 截面的溫度分布?？梢钥吹剑浠叶穮^(qū)域僅有少量煤粉燃燒，溫度較低，不到1000K。進(jìn)入主燃區(qū)后，大量煤粉開始劇烈燃燒，溫度迅速升高，最高溫度超過1800K，隨后由于煤粉的逐漸燃盡和換熱器的大量吸熱，煙氣溫度逐漸下降，在爐膛出口處已下降到1000K以下。對比圖3和圖4可以看到，兩種塔式鍋爐下冷灰斗及主燃區(qū)域的溫度分布基本一致，爐膛前、后側(cè)及左、右側(cè)具有很好的對稱性。而在主燃區(qū)上方，現(xiàn)有的塔式鍋爐高溫區(qū)明顯出現(xiàn)了偏斜，爐膛后墻及左墻附近的煙氣溫度要高于前墻和右墻，雖然管內(nèi)工質(zhì)的流動可在一定程度上改善換熱器前、后兩側(cè)的受熱不均，但長期運行仍可能會出現(xiàn)熱疲勞，熱應(yīng)力過大等現(xiàn)象。而左、右側(cè)的煙溫偏差則會引起管壁內(nèi)水蒸汽吸熱不均，最終可能導(dǎo)致壁面超溫，爆管等嚴(yán)重威脅機(jī)組安全運行的現(xiàn)象出現(xiàn)。

一種可降低煙溫偏差的塔式鍋爐下爐膛前、后側(cè)及左、右側(cè)溫度分布均較為對稱，并未出現(xiàn)明顯的煙溫偏差。這是因為增加內(nèi)折導(dǎo)流結(jié)構(gòu)后，上爐膛換熱器的煙氣不會從靠近后墻這一側(cè)直接進(jìn)入水平煙道，而是要經(jīng)過轉(zhuǎn)向后才能進(jìn)入水平煙道，從而有效的防止了煙氣向后墻偏斜，減小了前、后側(cè)的煙溫偏差；另一方面，在現(xiàn)有塔式鍋爐下，由于煙氣是順時針在爐內(nèi)旋轉(zhuǎn)，因而靠近上爐膛換熱器左側(cè)的煙氣會直接進(jìn)入水平煙道，右側(cè)的煙氣則會由于殘余旋轉(zhuǎn)而先向爐膛前墻運動，再進(jìn)入水平煙道，這樣爐膛上爐膛換熱器左側(cè)的煙氣停留時間就會小于右側(cè)的煙氣，放熱量也會減小，相應(yīng)的煙氣溫度就更高，最終左、右兩側(cè)出現(xiàn)了煙溫偏差。增加內(nèi)折導(dǎo)流結(jié)構(gòu)后，煙氣在上爐膛換熱器的分布更加均勻，左側(cè)煙氣在進(jìn)入水平煙道前也必須經(jīng)過轉(zhuǎn)向，從而增加了其在爐內(nèi)的停留時間，即增加了放熱量，因而左、右兩側(cè)的煙溫偏差得到了顯著的改善。

圖5(a)、5(b)分別為兩種塔式鍋爐下某兩層煤粉顆粒在爐內(nèi)的運行軌跡圖?？梢钥吹?，煤粉顆粒進(jìn)入爐膛后呈螺旋狀向上運動，進(jìn)入換熱器區(qū)域后旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度逐漸減弱。現(xiàn)有塔式鍋爐下顆粒的運動明顯向后墻偏斜，前墻附近幾乎沒有顆粒經(jīng)過。由于后墻附近煙氣流速較快，大量灰顆粒向后墻偏斜會導(dǎo)致后墻附近換熱器的管壁嚴(yán)重磨損，大大減小了換熱器的使用壽命。一種可降低煙溫偏差的塔式鍋爐下，顆粒進(jìn)入上爐膛換熱器區(qū)域后并未出現(xiàn)明顯的偏斜，其分布較為均勻，因而可以大大減輕灰顆粒對管壁的磨損。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。