一种可降低烟温偏差的塔式锅炉的制作方法

本发明属于电站锅炉技术领域，具体涉及一种可降低烟温偏差的塔式锅炉。

背景技术：

四角切圆锅炉燃烧器布置在锅炉四角，四股气流从燃烧器出口喷入炉内，在炉膛中心形成假想切圆，使气流在炉内强烈旋转。同时四股气流互相冲击、卷吸，因而炉内火焰充满度较好，空气及煤粉混合均匀，能够形成良好的着火及燃烧条件，旋转气流在炉内呈螺旋状上升一直到炉膛出口，延长了煤粉颗粒在炉内的停留时间，有利于煤粉的燃尽。此外，低NO_x燃烧器技术、空气分级技术等应用也使得四角切圆锅炉的污染物排放浓度较小。

目前的四角切圆锅炉以π型布置方式居多，即锅炉的烟气流道呈π型，主要由上行烟道、水平烟道及下行烟道三部分组成，分别布置不同的受热面。在上行烟道至水平烟道的转弯处设有折焰角，以改善高温烟气气流转弯时的流场，使得各换热器均能受到较强的辐射换热和对流换热。但由于π型锅炉烟气在上行烟道及水平烟道处仍具有将强的残余旋转，再加上烟气的转向，从而导致烟道左、右两侧烟气流场分布不均，烟温偏差较为严重，且随着单机容量的增加而不断扩大，往往能够达到200℃。较大的烟温偏差不但会引起过热器、再热器管壁超温，长期运行还会导致爆管等严重危害锅炉安全运行的现象出现。

近年来很多大型机组，尤其是1000MW机组开始逐渐采用塔式布置方式。 塔式锅炉的各受热面均布置在一个上行烟道内，与炉膛笔直相连，烟气进入对流烟道布置的受热面时不存在烟气的转向。塔式锅炉高度较高，屏底的烟气温度一般要低于同等容量的π型锅炉，因而一定程度上减小了受热面的结渣风险。另一方面，由于烟气在经过受热面时不转向，也就不会产生二次涡，同时上行烟道内布置的多层换热器也能大大削弱烟气在上升过程中的旋转强度，使得烟气在该区域分布均匀，受热面受热也更加均匀，能有效的降低烟温偏差。

但由于塔式锅炉前、后墙两侧结构不对称，且水平烟道入口面积较小，实际运行中在引风机牵引力的作用下，上炉膛换热器区域的烟气会向后墙偏斜，导致上炉膛换热器烟气分布不均，从而引起炉膛前、后两侧出现烟温偏差，另一方面，由于烟气在炉内顺时针旋转，靠近上炉膛换热器左侧的烟气会直接进入水平烟道，右侧的烟气则会由于残余旋转而先向炉膛前墙运动，再进入水平烟道，这样上炉膛换热器区域左右侧的烟气停留时间不同，放热量也会不同，最终会左、右两侧出现烟温偏差。同时烟气的偏斜也会加剧后墙附近换热器管壁的磨损，不利于机组的安全运行。

技术实现要素：

针对现有塔式锅炉的缺点，本发明提供一种可降低烟温偏差的塔式锅炉，其目的在于，使上炉膛换热器区域烟气必须经过转向才能进入水平烟道，炉膛左、右两侧烟气在炉内的停留时间更加接近，同时能防止烟气向后墙偏斜，烟气分布也更加均匀，从而能够大大降低上炉膛换热器左、右侧及前、后侧的烟温偏差，换热器受热更加均匀，同时也减弱了烟气中灰颗粒对后墙附近换热器管壁的磨损，有利于机组的安全运行。

为实现上述目的，本发明提出了一种可降低烟温偏差的塔式锅炉，包括炉体、位于炉体上端且与炉体连通的水平烟道以及与水平烟道相连通的下行烟道，所述炉体包括由下往上依次安装的冷灰斗、主燃区和上炉膛换热器区域，所述上炉膛换热器区域与水平烟道之间设有内折导流结构，所述上炉膛换热器区域的烟气经过内折导流结构转向后才能进入水平烟道。

进一步地，所述内折导流结构包括相接的水平板和斜板，所述上炉膛换热器区域的后墙与斜板、水平板与斜板之间的夹角均为40°～50°。

进一步地，所述内折导流结构包括相接的水平板和斜板，后墙与斜板、水平板与斜板之间的夹角均为45°。

进一步地，所述内折导流结构布置在所述上炉膛换热器区域与水平烟道的相接处。

由于内折导流结构的存在，上炉膛换热器区域烟气必须经过转向才能进入水平烟道，炉膛左侧的烟气在炉内的停留时间相应增加，缩小了与炉膛右侧烟气停留时间的差距，同时有效地防止了气流向后墙偏斜，烟气在上炉膛换热器的分布也更加均匀，这样一方面可以大大降低上炉膛换热器区域的烟温偏差，使得换热器受热更加均匀，另一方面也减小了烟气内灰颗粒对换热器管壁的磨损，有利于机组的安全运行。

本发明与现有技术相比，其有益技术效果体现在：

(1)相比于现有的塔式锅炉，增加内折导流结构后，烟气必须要经过转向才能进入水平烟道，炉膛左侧的烟气在炉内的停留时间就会相应增加，缩小了与炉膛右侧烟气停留时间的差距，有效改善了左、右两侧的烟温偏差。

(2)由于烟气必须经过转向，而不会直接进入水平烟道，因而烟气在上炉膛换热器区域的分布更加均匀，有效降低了前、后两侧的烟温偏差。换热器的受热也更加均匀，可以有效减少管壁由于热应力过大、热疲劳、超温等引起的爆管现象。

(3)防止了烟气向后墙偏斜，烟气流速也有所降低，相比于现有的塔式锅炉，可以大大降低烟气内灰颗粒对后墙附近换热器管壁的磨损。

附图说明

图1(a)为现有的塔式锅炉结构示意图，图1(b)为本发明可降低烟温偏差的塔式锅炉结构示意图。

图2为本发明内折导流结构夹角示意图；

图3为两种塔式锅炉下沿炉膛宽度方向中心截面的温度分布对比图。

图4为两种塔式锅炉下沿炉膛深度方向中心截面的温度分布对比图。

图5(a)、5(b)分别为两种塔式锅炉下某两层煤粉颗粒在炉内的运行轨迹图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

结合图1(a)、(b)说明现有的塔式锅炉及一种可降低烟温偏差的塔式锅炉。两种锅炉均包括冷灰斗1，主燃区2，上炉膛换热器区域3，水平烟道4和下行烟道5。实例中，炉膛深、宽、高分别为23.16m、23.16m、113.6m。 主燃区采用低NO_x同轴燃烧系统(LNCFS)，配备了12层共48只强化着火(EI)煤粉喷嘴。上炉膛换热器区域由下至上分别布置了一级过热器3-1、三级过热器3-2、二级再热器3-3、二级过热器3-4、一级再热器3-5和省煤器3-6。水平烟道在省煤器上方与下行烟道相连，长度较短，实例中通流面积为炉膛横截面面积的30％。

图1(a)现有的塔式锅炉中，水平烟道与炉膛夹角约为90°。由于炉膛前、后两侧结构不对称，且水平烟道及下行烟道通流面积较小，因而上炉膛换热器区域烟气会因引风机的牵引力会向后墙严重偏斜，导致烟气分布不均。

图1(b)中一种可降低烟温偏差的塔式锅炉保持现有炉膛主体结构不变，在上炉膛换热器区域3与水平烟道4之间增加了一个内折导流结构6，将上炉膛换热器区域3的后墙向炉内偏转一个角度，再与水平烟道相连，。实例中，内折导流结构深度约为5.8m。由于内折导流结构与水平烟道之间夹角同样为45°，因而炉膛高度并未增加太多。

内折导流结构6可采用坡面式、阶梯式或多级阶梯式。本发明提供了一种较佳实施方式，转向和阻力综合效果最优。如图2所示，内折导流结构6的较佳实施方式为：包括相接的水平板和斜板，水平板与斜板之间的夹角为40°～50°，所述上炉膛换热器区域3的后墙与斜板的夹角为40°～50°，优选45°，设置在所述上炉膛换热器区域3与水平烟道4相接处。

运用数值模拟方法对两种塔式锅炉炉膛的温度、颗粒轨迹分布进行了研究。图3和图4分别为两种塔式锅炉下沿炉膛宽度方向和深度方向中心 截面的温度分布。可以看到，冷灰斗区域仅有少量煤粉燃烧，温度较低，不到1000K。进入主燃区后，大量煤粉开始剧烈燃烧，温度迅速升高，最高温度超过1800K，随后由于煤粉的逐渐燃尽和换热器的大量吸热，烟气温度逐渐下降，在炉膛出口处已下降到1000K以下。对比图3和图4可以看到，两种塔式锅炉下冷灰斗及主燃区域的温度分布基本一致，炉膛前、后侧及左、右侧具有很好的对称性。而在主燃区上方，现有的塔式锅炉高温区明显出现了偏斜，炉膛后墙及左墙附近的烟气温度要高于前墙和右墙，虽然管内工质的流动可在一定程度上改善换热器前、后两侧的受热不均，但长期运行仍可能会出现热疲劳，热应力过大等现象。而左、右侧的烟温偏差则会引起管壁内水蒸汽吸热不均，最终可能导致壁面超温，爆管等严重威胁机组安全运行的现象出现。

一种可降低烟温偏差的塔式锅炉下炉膛前、后侧及左、右侧温度分布均较为对称，并未出现明显的烟温偏差。这是因为增加内折导流结构后，上炉膛换热器的烟气不会从靠近后墙这一侧直接进入水平烟道，而是要经过转向后才能进入水平烟道，从而有效的防止了烟气向后墙偏斜，减小了前、后侧的烟温偏差；另一方面，在现有塔式锅炉下，由于烟气是顺时针在炉内旋转，因而靠近上炉膛换热器左侧的烟气会直接进入水平烟道，右侧的烟气则会由于残余旋转而先向炉膛前墙运动，再进入水平烟道，这样炉膛上炉膛换热器左侧的烟气停留时间就会小于右侧的烟气，放热量也会减小，相应的烟气温度就更高，最终左、右两侧出现了烟温偏差。增加内折导流结构后，烟气在上炉膛换热器的分布更加均匀，左侧烟气在进入水平烟道前也必须经过转向，从而增加了其在炉内的停留时间，即增加了放热量，因而左、右两侧的烟温偏差得到了显著的改善。

图5(a)、5(b)分别为两种塔式锅炉下某两层煤粉颗粒在炉内的运行轨迹图。可以看到，煤粉颗粒进入炉膛后呈螺旋状向上运动，进入换热器区域后旋转强度逐渐减弱。现有塔式锅炉下颗粒的运动明显向后墙偏斜，前墙附近几乎没有颗粒经过。由于后墙附近烟气流速较快，大量灰颗粒向后墙偏斜会导致后墙附近换热器的管壁严重磨损，大大减小了换热器的使用寿命。一种可降低烟温偏差的塔式锅炉下，颗粒进入上炉膛换热器区域后并未出现明显的偏斜，其分布较为均匀，因而可以大大减轻灰颗粒对管壁的磨损。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。