锅炉顶棚及后竖井膜式壁工质流程布置结构及其控制方法与流程

本发明涉及利用电站锅炉的技术领域，更具体地讲，涉及一种锅炉顶棚及后竖井膜式壁工质流程布置结构及其控制方法。

背景技术：

国际上已投运的大容量煤电机组最高参数为620℃(锅炉出口过热蒸汽参数33.6mpa.a、605℃，再热蒸汽623℃)，高效清洁发电技术是未来煤电发展的必由之路，更高参数超超临界发电技术无疑是其重要发展方向之一。目前中国正在开展更高参数的630℃(锅炉出口过热蒸汽参数36.75mpa.a、620℃，再热蒸汽633℃)二次再热国家电力示范项目应用研究，其过热器出口压力、温度与再热器出口蒸汽温度均有了进一步的提升和变化。由于锅炉内工质温度的提高，成熟材料规格及常规方案已不能完全满足设计、运行要求，其中锅炉顶棚及竖井膜式壁就是确保锅炉安全、经济运行的关键部件之一。

典型的一次再热π型锅炉尾部后竖井由膜式壁形成两个烟道，在两个烟道内布置相应的低再、低过、省煤器及烟气调节挡板，如图1a所示。然而对于二次再热锅炉来说，为了满足各系统吸热及再热蒸汽温度调节，典型的布置为尾部三烟道形式，在三个烟道内布置高压低再、低压低再、低过、省煤器及烟气调节挡板，如图1b所示。

对于采用典型尾部三烟道布置的630℃二次再热π型锅炉来说，首先需要形成一个由膜式壁包覆的尾部三烟道通道；其次由于工质压力、温度的提高，需要合理的顶棚及尾部竖井各膜式壁内工质流程优化，以控制膜式壁壁温及工质流动阻力，形成安全、经济的尾部三通道结构尤为重要。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种能够形成壁温及工质流动阻力可控的顶棚及后竖井膜式壁工质流程布置结构及其控制方法，保障尾部三烟道二次再热锅炉安全、经济和可靠运行。

本发明的一方面提供了一种锅炉顶棚及后竖井膜式壁工质流程布置结构，所述布置结构包括设置在汽水分离器与顶棚之间的第一连接管和设置在汽水分离器与水平烟道之间的旁通管，所述旁通管与第一连接管并联设置，其中，汽水分离器通过第一连接管与顶棚的入口集箱相连并且通过旁通管与水平烟道的入口集箱相连。

根据本发明锅炉顶棚及后竖井膜式壁工质流程布置结构的一个实施例，所述布置结构还包括汽水分离器、顶棚、水平烟道、前烟道、中烟道和后烟道，水平烟道与前烟道之间设置有前包墙，前烟道与中烟道之间设置有第一中隔墙，中烟道与后烟道之间设置有第二中隔墙，后烟道还设置有后包墙；

所述汽水分离器通过旁通管分别与水平烟道左右侧墙的入口集箱和前包墙的入口集箱相连，所述顶棚的出口集箱通过第二连接管分别与第一中隔墙的入口集箱、第二中隔墙的入口集箱、后包墙的入口集箱、前烟道左右侧墙的入口集箱、中烟道左右侧墙的入口集箱和后烟道左右侧墙的入口集箱相连。

根据本发明锅炉顶棚及后竖井膜式壁工质流程布置结构的一个实施例，所述水平烟道左右侧墙的出口集箱通过第三连接管与前包墙的出口集箱相连，所述后包墙的入口集箱、前烟道左右侧墙的入口集箱、中烟道左右侧墙的入口集箱和后烟道左右侧墙的出口集箱分别通过第三连接管与第一中隔墙的出口集箱和/或第二中隔墙的出口集箱相连。

根据本发明锅炉顶棚及后竖井膜式壁工质流程布置结构的一个实施例，所述前包墙的出口集箱、第一中隔墙的出口集箱、第二中隔墙的出口集箱和后包墙的出口集箱分别通过第四连接管与汇集集箱相连。

根据本发明锅炉顶棚及后竖井膜式壁工质流程布置结构的一个实施例，所述汇集集箱设置有2～4组，所述汇集集箱分别通过汇集管与低温过热器相连。

本发明的另一方面提供了上述锅炉顶棚及后竖井膜式壁工质流程布置结构的控制方法，以质量百分比计，控制旁通管的入口工质流量占所述汽水分离器的出口工质流量的25～35％。

根据本发明锅炉顶棚及后竖井膜式壁工质流程布置结构的控制方法的一个实施例，将汽水分离器的出口工质分别通过第一连接管引入顶棚并通过旁通管引入水平烟道左右侧墙与前包墙，将顶棚的出口工质分别通过第二连接管引入前烟道左右侧墙、中烟道左右侧墙、后烟道左右侧墙、第一中隔墙、第二中隔墙以及后包墙；

将水平烟道左右侧墙的出口工质通过第三连接管引至前包墙，将前烟道左右侧墙、中烟道左右侧墙和后烟道左右侧墙的出口工质均通过第三连接管引至第一中隔墙11和/或第二中隔墙12；

将前包墙、第一中隔墙11和/或第二中隔墙12和后包墙的出口工质通过第四连接管引入汇集集箱后再引至低温过热器。

根据本发明锅炉顶棚及后竖井膜式壁工质流程布置结构的控制方法的一个实施例，将前包墙、第一中隔墙和第二中隔墙中的工质流速控制在1750～1850kg/(m².s)，将前烟道左右侧墙、中烟道左右侧墙、后烟道左右侧墙和后包墙中的工质流速控制在1250～1350kg/(m².s)。

与现有的常规尾部三烟道二次再热锅炉相比，本发明旨在通过顶棚及尾部竖井各膜式壁内工质流程结构及控制方法的创新设计，以控制膜式壁的壁温及工质流动阻力，形成安全、经济、可靠的尾部三通道结构，保障尾部三烟道二次再热锅炉的高质量运行。

附图说明

图1a示出了现有技术中典型的一次再热π型锅炉尾部后竖井的结构示意图，图1b示出了现有技术中典型的二次再热π型锅炉尾部后竖井的结构示意图。

图2a示出了现有技术中典型的一次再热π型锅炉顶棚及尾部后竖井工质流程布置结构的结构示意图，图2b示出了图2a的工质流程示意图。

图3示出了根据本发明示例性实施例的锅炉顶棚及尾部后竖井工质流程布置结构的结构示意图，图4示出了图3的工质流程示意图。

附图标记说明：

1-顶棚、2-水平烟道左侧墙、3-水平烟道右侧墙、4-前烟道左侧墙、5-前烟道右侧墙、6-中烟道左侧墙、7-中烟道右侧墙、8-后烟道左侧墙、9-后烟道右侧墙、10-前包墙、11-第一中隔墙、12-第二中隔墙、13-后包墙、14-第一汇集集箱、15-第二汇集集箱、16-第三汇集集箱、17-汽水分离器、18-水平烟道、19-前烟道、20-中烟道、21-后烟道、22-第一连接管、23-旁通管、24-第二连接管、25-第三连接管、26-第四连接管。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

先对现有技术中典型的一次再热π型锅炉顶棚及尾部后竖井工质流程进行描述。

图2a示出了现有技术中典型的一次再热π型锅炉顶棚及尾部后竖井工质流程布置结构的结构示意图，图2b示出了图2a的工质流程示意图。

如图2a和图2b所示，汽水分离器引出的工质通过连接管全部进入顶棚1＇，顶棚引出的工质分别进入水平烟道左右侧墙2＇,3＇、前烟道左右侧墙4＇、5＇、后烟道左右侧墙6＇,7＇、前包墙8＇、中隔墙9＇以及后包墙10＇，水平烟道左右侧墙2＇,3＇的出口工质引至前包墙8＇的出口集箱。各烟道的侧墙4＇,5＇,6＇,7＇出口集箱工质通过连接管均流引至中隔墙9＇的出口集箱。前包墙8＇、中隔墙9＇及后包墙10＇的出口集箱工质通过连接管引至汇集集箱11＇,12＇，而后进入低温过热器的入口集箱。

但是，若采用该流程按常规思路组织630℃二次再热π型锅炉尾部三烟道布置的锅炉顶棚及尾部后竖井工质流程，则主要存在以下问题：

1)由于630℃锅炉内的工质压力与温度大幅提升，顶棚采用管子壁厚进一步增加，若工质全部通过顶棚，势必导致阻力有加大幅度增加。

2)水平烟道侧墙及前包墙的工质来自于顶棚出口时，工质温度较高，则其必须增加管子壁厚或采用更高等级材料来满足强度需求，致使要么阻力增加要么成本增加。

因此，本发明通过顶棚及尾部竖井各膜式壁内的工质流程创新设计，以控制膜式壁壁温及工质流动阻力，形成安全、经济的尾部三通道结构，保障尾部三烟道二次锅炉高质量运行。

下面结合附图对本发明的锅炉顶棚及后竖井膜式壁工质流程布置结构及其控制方法进行具体描述和说明。

图3示出了根据本发明示例性实施例的锅炉顶棚及尾部后竖井工质流程布置结构的结构示意图。

如图3所示，根据本发明的示例性实施例，所述锅炉顶棚及后竖井膜式壁工质流程布置结构包括设置在汽水分离器17与顶棚1之间的第一连接管22和设置在汽水分离器17与水平烟道18之间的旁通管23，旁通管23与第一连接管22并联设置，其中，汽水分离器17通过第一连接管22与顶棚1的入口集箱相连并且通过旁通管23与水平烟道18的入口集箱相连。也即，本发明通过设置顶棚的工质旁路来降低系统阻力，从而确保顶棚及后竖井膜式壁的性能指标经济运行。

具体地，本发明的布置结构还包括汽水分离器17、顶棚1、水平烟道18、前烟道19、中烟道20和后烟道21，水平烟道18与前烟道19之间设置有前包墙10，前烟道19与中烟道20之间设置有第一中隔墙11，中烟道20与后烟道21之间设置有第二中隔墙12，后烟道21还设置有后包墙13。其中，各烟道的侧墙、隔墙、包墙等均是由膜式壁包覆形成，其中通有工质，本领域技术人员均了解其构造和功能，在此不再赘述。

汽水分离器17通过旁通管23分别与水平烟道左右侧墙2,3的入口集箱和前包墙10的入口集箱相连，顶棚1的出口集箱通过第二连接管24分别与第一中隔墙11的入口集箱、第二中隔墙12的入口集箱、后包墙13的入口集箱、前烟道左右侧墙4,5的入口集箱、中烟道左右侧墙6,7的入口集箱和后烟道左右侧墙8,9的入口集箱相连。由此，来自汽水分离器17的工质分为两路，一路进入顶棚1且另一路进入水平烟道18，能够有效降低膜式壁内的阻力。

其中，水平烟道左右侧墙2,3的出口集箱通过第三连接管25与前包墙10的出口集箱相连，后包墙13的入口集箱、前烟道左右侧墙4,5的入口集箱、中烟道左右侧墙6,7的入口集箱和后烟道左右侧墙8,9的出口集箱分别通过第三连接管25与第一中隔墙11的出口集箱和/或第二中隔墙12的出口集箱相连。由此，将水平烟道左右侧墙2,3的出口工质与前包墙10的出口工质汇集到一起，并将后包墙13、前烟道左右侧墙4,5、中烟道左右侧墙6,7和后烟道左右侧墙8,9的出口工质与第一中隔墙11和/或第二中隔墙12的出口工质汇集到一起。

前包墙10的出口集箱、第一中隔墙11的出口集箱、第二中隔墙12的出口集箱和后包墙13的出口集箱分别通过第四连接管与汇集集箱相连。由此，将工质引入汇集集箱。

其中，本发明中的汇集集箱可以设置有2～4组，例如设置为3组，包括第一汇集集箱14、第二汇集集箱15和第三汇集集箱16，汇集集箱分别通过汇集管与低温过热器相连。

通过上述结构改进形成尾部竖井三烟道包覆，为二次再热锅炉受热面布置提供条件并确保安全。

图4示出了图3的工质流程示意图。

如图4所示，本发明还提供了上述锅炉顶棚及后竖井膜式壁工质流程布置结构的控制方法，具体地以质量百分比计控制旁通管23的入口工质流量占汽水分离器17的出口工质流量的25～35％，这样既能满足顶棚管得到足够冷却以控制壁温，又能将质量流速控制在合理范围内降低阻力。

具体地，将汽水分离器17的出口工质分别通过第一连接管22引入顶棚1并通过旁通管23引入水平烟道左右侧墙2,3与前包墙10，将顶棚1的出口工质分别通过第二连接管24引入前烟道左右侧墙3,4、中烟道左右侧墙6,7、后烟道左右侧墙8,9、第一中隔墙11、第二中隔墙12以及后包墙13；

将水平烟道左右侧墙2,3的出口工质通过第三连接管25引至前包墙10，将前烟道左右侧墙4,5、中烟道左右侧墙6,7和后烟道左右侧墙7,8的出口工质均通过第三连接管25引至第一中隔墙11和/或第二中隔墙12。

将前包墙10、第一中隔墙11和/或第二中隔墙12和后包墙13的出口工质通过第四连接管26引入汇集集箱后再引至低温过热器。

其中，由于前包墙10、第一中隔墙11和第二中隔墙12的双面受热相较各侧墙4,5,6,7,8,9及后包墙13单面吸热的热负荷高，优选地将前包墙、第一中隔墙和第二中隔墙中的工质流速控制在1750～1850kg/(m².s)，将前烟道左右侧墙、中烟道左右侧墙、后烟道左右侧墙和后包墙中的工质流速控制在1250～1350kg/(m².s)。由此，既控制了各墙管壁温度，又将阻力控制在0.8mpa的合理值，能够确保锅炉安全、经济运行。

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。

如图4所示，汽水分离器引出的工质通过第一连接管进入顶棚并通过旁通管进入水平烟道左右侧墙与前包墙，控制旁通管的入口工质占汽水分离器的出口工质流量的27％。顶棚引出的工质分别进入前烟道左右侧墙、中烟道左右侧墙、后烟道左右侧墙、第一中隔墙、第二中隔墙以及后包墙，水平烟道的出口工质引入前包墙的出口集箱。各烟道侧墙的出口集箱工质均通过第三连接管流引至第一中隔墙和第二中隔墙的入口集箱。前包墙、第一中隔墙、第二中隔墙及后包墙的出口集箱工质通过第四连接管引至汇集集箱，而后进入低温过热器入口集箱。其中，控制前包墙、第一中隔墙、第二中隔墙的工质质量流速控制在1800kg/(m².s)，各侧墙及后包墙的工质质量流速控制在1300kg/(m².s)。

综上所述，本发明通过合理设计顶棚及尾部竖井各膜式壁内工质流程，以控制膜式壁壁温及工质流动阻力，形成安全、经济尾部三通道结构，保障尾部三烟道二次锅炉安全可靠运行。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。