650℃超超临界卧式增压锅炉及循环系统

技术领域：

本发明涉及大型电站高效超超临界煤粉锅炉技术领域，具体涉及一种650℃超超临界卧式增压锅炉及循环系统。

背景技术：

随着国家提出构建清洁低碳安全高效的能源体系，燃煤发电企业面临着资源、环境和双碳目标的挑战，煤粉锅炉的高效燃烧开始得到重视与发展，开发并大规模采用新一代更高参数超超临界发电技术必将是未来我国火力发电厂的主要发展方向，对节约能源、减少污染具有重要意义；

现有技术650℃超超临界锅炉发电技术中，锅炉运行时炉膛内存在煤粉着火、稳燃特性差，锅炉热效率低和达汽温能力弱等问题，同时存在锅炉结构高度过高、占地面积大、钢构架耗材量大、高等级材料大、小口径管道用量高、管道系统布置复杂等众多问题导致常规布置650℃超超临界锅炉造价过于昂贵，投资回收期长的弊端；

目前国内外研究机构已分别对卧式锅炉系统和舰船增压锅炉系统开展了研究工作，已公开的研究成果表明，卧式锅炉系统与常规π型锅炉、塔式锅炉相比，能够明显降低锅炉高度，减少锅炉框架结构钢材、节省锅炉与汽轮机的连接管道，大大节约工程投资；增压锅炉系统能够增强锅炉的燃烧效率，强化炉膛内传热，减小锅炉体积和炉膛内受热面钢材用量，然而这两种技术在650℃高参数等级锅炉系统上的研究和应用几乎没有。

发明内容：

本发明的目的是提供一种650℃超超临界卧式增压锅炉及循环系统，该循环系统中锅炉本体采用新型卧式布置结构，锅炉本体四周采用承压锅壳进行密封，配备涡轮增压系统，锅炉增压装置利用锅炉排烟驱动烟气涡轮机直接带动压气机工作，从而提高了锅炉壳体内燃料燃烧和传热的强度，提高锅炉热效率和达汽温能力。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种650℃超超临界卧式增压锅炉及循环系统，其组成包括：650℃超超临界卧式增压锅炉，所述的650℃超超临界卧式增压锅炉采用卧式布置结构，并在锅炉本体四周采用承压锅壳密封结构，水平烟道的对流受热面沿烟气流向垂直布置，燃烧器布置在两侧墙，所述的燃烧器区的空气通过管路分别与压气机、启动风机连接，所述的压气机通过管路与涡轮机连接，所述的涡轮机一端通过管路与锅炉的尾部烟道连接，所述的涡轮机另一端通过管路风机连接，所述的风机通过管路与烟囱连接；

所述的650℃超超临界卧式增压锅炉及循环系统，在系统刚启动时，由启动风机将空气升压，输送至炉膛使燃烧器在低负荷下工作燃烧，产生的烟气进入涡轮机推动涡轮压缩空气，待涡轮机、压气机系统工作稳定后关闭启动风机；

卧式增压锅炉及循环系统运行时，从尾部烟道抽取部分烟气，抽取的烟气用来推动涡轮机，涡轮机带动压气机压缩空气，被压缩的空气沿空气通道输送至锅炉壳体，经过锅炉壳体之间的导向装置进入炉膛与燃料混合，实现炉膛中燃料在高压力下与空气充分混合，提高燃料在炉膛内的燃烧强度和容积热负荷，提高烟气流动速度，强化炉膛内辐射和对流传热，保证燃料在炉膛内高质量燃烧，锅炉蒸汽参数达到650℃；

锅炉本体四周采用承压锅壳进行密封，对流受热面在水平烟道中沿烟气流向布置，配备涡轮增压系统，锅炉增压装置利用锅炉排烟驱动烟气涡轮机直接带动压气机工作，进入压气机的空气被压缩到一定压力，沿着空气通道进入锅炉壳体，炉膛中燃料在较高的压力下与空气混合燃烧。

有益效果：

1.本发明是一种650℃超超临界卧式增压锅炉及循环系统，该锅炉循环系统通过改变650℃超超临界锅炉常规布置结构，采用新型卧式布置结构的基础上，在锅炉本体四周设计了密封承压锅壳，增设了涡轮机和压气机系统，在降低锅炉高度的同时，利用尾部烟气残余能量，推动涡轮机带动压气机压缩空气供入炉膛，大幅度提高炉膛内助燃空气压力，使得炉膛中燃料与空气充分混合，避免了炉膛在高压力燃烧的状态下由于密封不严导致的烟气外漏问题，提高了锅炉的燃烧效率和达汽温能力，大幅度降低工程成本。

2.本发明的循环系统既能降低锅炉高度，缩小锅炉体积，减少锅炉钢材用量以及与汽轮机的连接管道用量，节省锅炉制造成本和占地空间，能够避免炉膛的烟气外漏，充分利用尾部烟气能量，有效提高了锅炉的热效率和达汽温能力。

3.本发明的循环系统在于改变650℃超超临界锅炉常规布置结构，采用新型卧式结构布置，能够降低锅炉高度，缩小锅炉体积，可将锅炉主蒸汽管道出口标高降低至汽轮机平台标高，能够明显减少锅炉框架结构钢材以及与汽轮机的连接管道用量，节省锅炉制造成本和占地空间；同时在锅炉本体四周设计承压锅壳密封结构，能够避免炉膛在压力燃烧的状态下的烟气外漏问题。

4.本发明的循环系统中增设了涡轮机和压气机系统，利用尾部烟气残余能量，节省厂用电，推动涡轮机带动压气机压缩空气送入炉膛，实现了炉膛中燃料在高压力下与空气充分混合，大幅度提高了燃料在炉膛内的燃烧强度和容积热负荷，提高了烟气流动速度，强化了炉膛内辐射和对流传热，提高了锅炉的燃烧效率和热效率，提升了锅炉达到650℃汽温的能力，同时可以加快锅炉启动速度，节省受热面钢材用量。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图。

其中：1、650℃超超临界卧式增压锅炉，2、压气机，3、启动风机，4、涡轮机，5、风机，6、烟囱。

具体实施方式：

实施例1：

一种650℃超超临界卧式增压锅炉及循环系统，其组成包括：650℃超超临界卧式增压锅炉1，所述的650℃超超临界卧式增压锅炉采用卧式布置结构，并在锅炉本体四周采用承压锅壳密封结构，水平烟道的对流受热面沿烟气流向垂直布置，燃烧器布置在两侧墙，所述的燃烧器区的空气通过管路分别与压气机2、启动风机3连接，所述的压气机通过管路与涡轮机4连接，所述的涡轮机一端通过管路与锅炉的尾部烟道连接，所述的涡轮机另一端通过管路风机5连接，所述的风机通过管路与烟囱6连接；

所述的650℃超超临界卧式增压锅炉及循环系统，在系统刚启动时，由启动风机将空气升压，输送至炉膛使燃烧器在低负荷下工作燃烧，产生的烟气进入涡轮机推动涡轮压缩空气，待涡轮机、压气机系统工作稳定后关闭启动风机；

卧式增压锅炉及循环系统运行时，从尾部烟道抽取部分烟气，抽取的烟气用来推动涡轮机，涡轮机带动压气机压缩空气，被压缩的空气沿空气通道输送至锅炉壳体，经过锅炉壳体之间的导向装置进入炉膛与燃料混合，实现炉膛中燃料在高压力下与空气充分混合，提高燃料在炉膛内的燃烧强度和容积热负荷，提高烟气流动速度，强化炉膛内辐射和对流传热，保证燃料在炉膛内高质量燃烧，锅炉蒸汽参数达到650℃；

锅炉本体四周采用承压锅壳进行密封，对流受热面在水平烟道中沿烟气流向布置，配备涡轮增压系统，锅炉增压装置利用锅炉排烟驱动烟气涡轮机直接带动压气机工作，进入压气机的空气被压缩到一定压力，沿着空气通道进入锅炉壳体，炉膛中燃料在较高的压力下与空气混合燃烧。

本申请结合卧式锅炉系统和舰船增压锅炉系统的结构特点和技术优势，发明一种650℃超超临界卧式增压锅炉及循环系统，实现提升650℃高参数等级超超临界锅炉系统性能的同时大幅度降低工程成本；

本申请与常规的650℃常规π型炉、塔式炉相比，采用卧式结构布置，这种设计降低了锅炉高度，可将锅炉主蒸汽管道出口标高降低至汽轮机平台标高，能够明显减少锅炉框架结构钢材以及与汽轮机的连接管道用量，锅炉四周包裹承压密封锅壳，循环系统新增涡轮机和压气机，保证了炉膛中燃料在高压力下环境下与空气充分混合燃烧，燃烧的增强使炉膛容积热负荷大大提高，强化了辐射与对流换热，保证锅炉蒸汽参数达到650℃，提高了锅炉热效率，大幅度降低工程造价，适用于各种等级高参数燃煤锅炉系统；

本申请主要用于650℃超超临界高参数火电机组，与常规锅炉循环系统相比，能够节省钢材降低工程造价，同时炉膛增压环境能够保证燃料高质量的燃烧，强化炉膛内辐射及对流受热面的换热效果，节能降耗，提高锅炉热效率和达汽温能力。