本發(fā)明公開了一種適用于水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)的窯頭鍋爐設(shè)計(jì)，屬于水泥廠余熱回收利用技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前市場(chǎng)上水泥窯余熱發(fā)電項(xiàng)目的窯頭鍋爐基本采用上進(jìn)風(fēng)式，并設(shè)置了外置式沉降室。經(jīng)過(guò)多年的運(yùn)行表明，此類上進(jìn)風(fēng)式鍋爐系統(tǒng)均存在著散熱損失及阻力過(guò)大、受熱面磨損積灰嚴(yán)重等弊端，影響了余熱發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

下進(jìn)風(fēng)式窯頭鍋爐取消了外置式沉降室，沉降室與鍋爐一體化設(shè)計(jì)，具有系統(tǒng)散熱損失和阻力小，受熱面不易磨損等突出優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)通過(guò)許多項(xiàng)目得到了驗(yàn)證。但是，如何將這種窯頭鍋爐應(yīng)用在已有的采用上進(jìn)風(fēng)式鍋爐的水泥窯余熱發(fā)電項(xiàng)目中，還有許多需要改造和解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上進(jìn)風(fēng)式鍋爐存在的出力不足、發(fā)電量低的問(wèn)題，本發(fā)明提出一種水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)的窯頭鍋爐，通過(guò)對(duì)上進(jìn)風(fēng)式窯頭鍋爐進(jìn)行合理的改造，將此應(yīng)用到以前采用上進(jìn)風(fēng)鍋爐的項(xiàng)目上，在不更換鍋爐的條件下，達(dá)到提升發(fā)電量，提高余熱電站經(jīng)濟(jì)效益的目的。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)的窯頭鍋爐，為立式布置，煙氣出口設(shè)置在鍋爐頂部，所述鍋爐底部設(shè)有內(nèi)置式沉降室，內(nèi)置式沉降室的上部設(shè)有煙氣進(jìn)口；所述鍋爐內(nèi)部從上而下依次設(shè)有省煤器、蒸發(fā)器和過(guò)熱器。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)置式沉降室與過(guò)熱器之間布置有假管。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)置式沉降室內(nèi)部設(shè)有均流板。

進(jìn)一步地，所述內(nèi)置式沉降室的上部布置有擋灰角鋼。

進(jìn)一步地，所述省煤器、蒸發(fā)器、過(guò)熱器之間設(shè)置有隔板。

進(jìn)一步地，所述省煤器的數(shù)量為兩個(gè)，所述蒸發(fā)器的數(shù)量為兩個(gè)，所述過(guò)熱器的數(shù)量為一個(gè)。

進(jìn)一步地，所述省煤器、蒸發(fā)器和過(guò)熱器均采用由螺旋翅片管組成的管箱式結(jié)構(gòu)，翅片的厚度為0.8～1.0mm，間距在6～12mm，翅片的高度不超過(guò)管子直徑的一半。

進(jìn)一步地，所述省煤器、蒸發(fā)器和過(guò)熱器均采用懸吊式結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步地，所述省煤器、蒸發(fā)器和過(guò)熱器的手孔采用焊接式。

進(jìn)一步地，所述省煤器、蒸發(fā)器和過(guò)熱器均單獨(dú)通過(guò)鋼架承重。

本發(fā)明對(duì)已有的水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)窯頭鍋爐進(jìn)行改造，具有以下特點(diǎn)：

(1)本發(fā)明的窯頭鍋爐沉降室與鍋爐一體化設(shè)計(jì)，煙氣下進(jìn)上出。與上進(jìn)風(fēng)式鍋爐相比，本發(fā)明的窯頭鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，散熱損失少，煙風(fēng)阻力小。

(2)窯頭鍋爐的受熱面均采用螺旋翅片管，管箱式出廠，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝方便。

(3)各省煤器、蒸發(fā)器和過(guò)熱器受熱面管箱重量單獨(dú)通過(guò)鋼架承重，熱膨脹自由，膨脹量不累積，對(duì)鍋爐本體的影響小。

(4)本發(fā)明從磨損的機(jī)理出發(fā)，采取沉降—低流速—均流—降動(dòng)能等措施，減少受熱面磨損泄露，可有效防止窯頭鍋爐管子磨損泄露的頑疾：

①采用大容積沉降室將大部分熟料顆粒分離下來(lái)，減少煙氣飛灰濃度；

②整個(gè)鍋爐本體煙風(fēng)系統(tǒng)低流速設(shè)計(jì)，因流速與磨損量成三次方關(guān)系；

③沉降室內(nèi)部設(shè)置均流板，優(yōu)化煙氣進(jìn)入鍋爐的流場(chǎng)，防止煙氣局部流場(chǎng)惡化而產(chǎn)生磨損；

④沉降室上部布置擋灰角鋼，進(jìn)一步防止少量大顆粒熟料進(jìn)入受熱面；

⑤沉降室與過(guò)熱器之間布置假管，進(jìn)一步降低飛灰進(jìn)入受熱面的慣性動(dòng)能，減輕后續(xù)受熱面磨損；

⑥省煤器、蒸發(fā)器和過(guò)熱器之間設(shè)置隔板防止煙氣短路，杜絕受熱面局部因煙氣沖刷強(qiáng)烈而磨損管子。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)窯頭鍋爐。1-煙氣出口；2-過(guò)熱器；3-蒸發(fā)器ⅰ；4-蒸發(fā)器ⅱ；5-省煤器??；6-省煤器ⅱ；7-灰斗；8-原煙氣出口。

圖2是本發(fā)明的水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)窯頭鍋爐。9-改造后煙氣進(jìn)口；10-內(nèi)置式沉降室；11-鋼架；12-假管；13-均流板；14-擋灰角鋼；15-手孔。

圖3是本發(fā)明的水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)窯頭鍋爐的另一實(shí)施結(jié)構(gòu)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明對(duì)圖1現(xiàn)有的水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)窯頭鍋爐進(jìn)行改造，包括對(duì)系統(tǒng)煙風(fēng)管道、外置式沉降室、爐內(nèi)受熱面、鋼結(jié)構(gòu)、本體管路以及保溫層的設(shè)計(jì)及改造。改造后的爐室受熱面沿?zé)煔饬飨蛞来螢檫^(guò)熱器、蒸發(fā)器、省煤器。具體為：

1)煙風(fēng)管道的改造主要是對(duì)原窯頭鍋爐出風(fēng)管的改造，將原出風(fēng)管改造為含內(nèi)置式沉降室10窯頭鍋爐的進(jìn)風(fēng)管道，原進(jìn)風(fēng)管道不改動(dòng)；原煙氣出口8撤銷，在內(nèi)置式沉降室10的上面增加煙氣進(jìn)口9，煙氣下進(jìn)上出。

2)撤銷原外置式沉降室，將原鍋爐出口灰斗7改為含有沉降分離作用的灰斗，內(nèi)置式沉降室10與窯頭鍋爐一體化設(shè)計(jì)，并可設(shè)置鋼架11支撐內(nèi)置式沉降室10。

3)爐內(nèi)受熱面順序發(fā)生變化，改造后的窯頭鍋爐受熱面布置沿?zé)煔饬飨?溫度梯度方向)依次布置過(guò)熱器、蒸發(fā)器、省煤器，如此可以大大提升發(fā)電量。過(guò)熱器、蒸發(fā)器和省煤器均采用由螺旋翅片管組成的管箱式結(jié)構(gòu)，翅片的厚度為0.8～1.0mm，間距在6～12mm，翅片的高度不超過(guò)管子直徑的一半。過(guò)熱器、蒸發(fā)器、省煤器的重量均單獨(dú)通過(guò)鋼架承重，各個(gè)受熱面通過(guò)采用懸吊式結(jié)構(gòu)，可以自由膨脹，避免焊縫產(chǎn)生應(yīng)力疲勞破壞，導(dǎo)致焊口泄露。在過(guò)熱器、蒸發(fā)器、省煤器各受熱面之間設(shè)置隔板防止煙氣短路。

在實(shí)際改造過(guò)程中有兩種實(shí)施方式：(1)圖2的改造實(shí)施中，原蒸發(fā)器ⅱ4的位置不動(dòng)，其余過(guò)熱器2、蒸發(fā)器i3、省煤器ⅰ5、省煤器ⅱ6抽出來(lái)根據(jù)下進(jìn)風(fēng)煙氣流向重新排序安裝。(2)圖3的改造實(shí)施中，原蒸發(fā)器i3、蒸發(fā)器ⅱ4管箱位置不動(dòng)，將原省煤器ⅰ5的位置改為過(guò)熱器2，原過(guò)熱器2的位置改為省煤器ⅰ5，原鋼架頂部增高2米，并將原省煤器ⅱ6移到最上部。

4)本體管路以及保溫層的改造依據(jù)鍋爐汽水管路循環(huán)原理進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)和改造。

本發(fā)明的鍋爐為立式布置，從水泥線篦冷機(jī)中部抽取的熱煙氣由連接管道從煙氣進(jìn)口9進(jìn)入鍋爐下部?jī)?nèi)置式沉降室10分離煙道，去除大部分熟料顆粒以后，煙氣從下往上依次通過(guò)過(guò)熱器2、蒸發(fā)器i3、蒸發(fā)器ⅱ4、省煤器ⅰ5、省煤器ⅱ6進(jìn)行熱交換，最后由上部煙道的煙氣出口1排出。蒸發(fā)器不管煙氣流向如何，總處于各受熱面中間位置，因此，蒸發(fā)器的位置盡量不動(dòng)，但要核算上升管及下降管的流速，以滿足水循環(huán)的可靠性。

本實(shí)施例中，內(nèi)置式沉降室10內(nèi)部設(shè)置均流板13，沉降室10上部布置擋灰角鋼14，沉降室10與過(guò)熱器2之間布置兩排假管12。此外，過(guò)熱器、蒸發(fā)器、省煤器的手孔15均采用焊接式，杜絕泄露。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種水泥窯余熱發(fā)電系統(tǒng)的窯頭鍋爐，屬于水泥廠余熱回收利用技術(shù)領(lǐng)域。該窯頭鍋爐為立式布置，煙氣出口設(shè)置在鍋爐頂部，鍋爐底部設(shè)有內(nèi)置式沉降室，內(nèi)置式沉降室的上部設(shè)有煙氣進(jìn)口；鍋爐內(nèi)部從上而下依次設(shè)有省煤器、蒸發(fā)器和過(guò)熱器。本發(fā)明提出的窯頭鍋爐，通過(guò)對(duì)原上進(jìn)風(fēng)式窯頭鍋爐進(jìn)行合理的改造，將此應(yīng)用到以前采用上進(jìn)風(fēng)鍋爐的項(xiàng)目上，在不更換鍋爐的條件下，達(dá)到提升發(fā)電量，提高余熱電站經(jīng)濟(jì)效益的目的。

技術(shù)研發(fā)人員：侯賓才;楊宏宜;方明;陳慧;王陽(yáng);劉亞雷;孫新紅
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京凱盛開能環(huán)保能源有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.18
技術(shù)公布日：2017.07.11