CN104791749B - 带埋管及蒸发盘管直流与自然循环耦合cfb注汽锅炉 - Google Patents

Abstract

带埋管及蒸发盘管直流与自然循环耦合CFB注汽锅炉，属于油田注汽锅炉技术领域。为解决现有自然循环的循环流化床油田注汽锅炉存在水冷壁管内壁容易结盐垢，长期下去会导致传热恶化而爆管的问题。与炉体前后墙固定的多根埋管的下端均与固定于炉体前后墙外侧面的埋管下集箱连通，与炉体前后墙固定的多根埋管的上端均与固定于炉体前后墙外侧面的埋管上集箱连通，两个埋管上集箱出水口与下汇集集箱连通，下汇集集箱与连接管五的一端连通，蒸发盘管环绕炉体的内周侧壁由下至上缠绕构成炉膛水冷壁，蒸发盘管一端与连接管五的另一端连通，蒸发盘管另一端与上汇集集箱连通，上汇集集箱与汽包内的汽水分离器一连通。本发明用于油田注汽。

Description

带埋管及蒸发盘管直流与自然循环耦合CFB注汽锅炉

技术领域

本发明涉及一种循环流化床注汽锅炉，属于油田注汽锅炉技术领域。

背景技术

现有油田注汽锅炉绝大部分为燃油、燃气直流注汽锅炉，为了节约运行成本，也有单位开发了燃煤层燃直流注汽锅炉，但随着国家环保标准的日益严格，特别是锅炉大气污染物排放标准GB13271-2014的实施，使得层燃注汽锅炉失去了市场的青睐，这是因为层燃注汽锅炉NOx排放浓度远高于现有排放标准，而且炉内不能脱硫，使得环保投资甚至高于锅炉本体的投资。于是人们把目光投向循环流化床锅炉，因为循环流化床锅炉的NOx排放浓度低于现行环保排放标准，而且炉内添加石灰石在Ca/S摩尔比为2左右时，床温在850~880℃时脱硫效率达到80~90%，具有显著的优越性。

但是，现有的循环流化床燃煤注汽锅炉为自然循环锅炉，如授权公告号为CN202709071U、授权公告日为2013年01月30日的实用新型专利，公开了一种《循环流化床油田注汽锅炉》，该注汽锅炉在运行过程中出现炉膛水冷壁爆管，因为油田注汽锅炉的给水仅仅是软化水，不是除盐水，给水含盐量高达2300mg/kg。采用自然循环，当排污率定为5%时，锅筒内炉水含盐浓度为48300mg/kg，即通过下降管进入水冷壁管的炉水含盐浓度为48300mg/kg。自然循环超高压（14~18MPa）锅炉的循环倍率为5~8，由于油田注汽锅炉容量小（20~-130t/h），高度低，所以取循环倍率为5时，锅炉水冷壁管出口的含盐浓度高达60375mg/kg，这样水冷壁管内近壁面区域因锅水的蒸发导致含盐浓度更高，当含盐浓度超过盐的溶解度时，盐就会在管壁上析出而结垢，久而久之，盐垢越结越厚，导致传热恶化而爆管。

发明内容

本发明的目的是为解决现有自然循环的循环流化床油田注汽锅炉存在水冷壁管内壁容易结盐垢，长期下去会导致传热恶化而爆管的问题，进而提供一种带埋管及蒸发盘管直流与自然循环耦合CFB注汽锅炉。它可以燃烧劣质燃料，热值介于1500~3000Kcal/kg之间。

本发明中，循环流化床炉膛底部为带埋管的高速床与低速床组合，上部炉膛水冷壁采用直流蒸发盘管沿炉膛四周内侧壁由下至上缠绕构成，尾部低温区布置蒸发器（即蒸发受热面），采用自然循环。

实现上述目的，本发明的技术方案是：

带埋管及蒸发盘管直流与自然循环耦合CFB注汽锅炉，包括炉体、连接管一、给煤口、省煤器出水总管、低速床风室、一次风道、二次风道、二次风管、旋风分离器、下降管、蒸汽连接管、连接管四、过热器、蒸发器、省煤器、二次风空气预热器、一次风空气预热器、回料阀、高速床风室、排污口、汽包、尾部烟道、排渣管、低速床布风板、高速床布风板、两根连接管二及两根连接管三；所述的炉体为循环流化床，所述的汽包内设有汽水分离器一和汽水分离器二，所述的汽包的底部设有排污口，所述的炉体的底部设有高速床风室，炉体的底部位于高速床风室两侧各设有一个低速床风室，所述的高速床风室的上部设有高速床布风板，每个所述的低速床风室的上部均设有一个低速床布风板，所述的排渣管的上端穿过高速床风室安装在高速床布风板上，炉体的侧墙下部位于高速床风室上方布置给煤口，炉体上位于给煤口上方布置二次风管，炉体的炉膛出口与旋风分离器连通，所述的旋风分离器底部通过回料阀与炉体下部连通，旋风分离器的出口与尾部烟道连通，所述的尾部烟道内自上而下依次布置过热器、蒸发器、省煤器、二次风空气预热器和一次风空气预热器，所述的一次风空气预热器通过一次风道与所述的高速床风室连通，所述的二次风空气预热器通过二次风道分别与两个低速床风室以及二次风管连通；所述的蒸发器倾斜设置，且蒸发器的进水口一端低于蒸发器的汽水混合物出口一端；所述的省煤器与省煤器出水总管一端连通，省煤器出水总管另一端与两根连接管二的一端连通，所述的带埋管及蒸发盘管直流与自然循环耦合CFB注汽锅炉还包括下汇集集箱、上汇集集箱、至少一根蒸发盘管、两个埋管下集箱、多根埋管、两个埋管上集箱、至少一根连接管五及多个隔板；

所述的两根连接管二另一端各与一个埋管下集箱连通，两个埋管下集箱分别固定于炉体前、后墙外侧面下方，所述的多根埋管布置在炉体内的低速床内，且多根埋管分别固定于炉体的前墙和后墙上，与炉体前墙固定的多根埋管的下端均与固定于炉体前墙外侧面的埋管下集箱连通，与炉体后墙固定的多根埋管的下端均与固定于炉体后墙外侧面的埋管下集箱连通，与炉体前墙固定的多根埋管的上端均与固定于炉体前墙外侧面的埋管上集箱连通，与炉体后墙固定的多根埋管的上端均与固定于炉体后墙外侧面的埋管上集箱连通，每个埋管下集箱以及每个埋管上集箱内分别间隔固定有竖直设置的多个隔板，且位于同侧的埋管上集箱和埋管下集箱内的多个隔板分别错位设置，两个埋管上集箱出水口各与一根连接管三的一端连通，两根连接管三的另一端均与下汇集集箱连通，下汇集集箱与至少一根连接管五的一端连通，所述的连接管五的另一端与蒸发盘管的一端连通，连接管五与蒸发盘管的数量相同，至少一根蒸发盘管环绕炉体的内周侧壁由下至上缠绕构成炉膛水冷壁，所有蒸发盘管的另一端与上汇集集箱连通，上汇集集箱通过连接管一与汽包内的汽水分离器一连通；进入汽包内的汽水混合物经汽水分离器一进行汽水分离，分离出的水进入汽包的水空间，经汽水分离器一分离出的蒸汽进入汽包的汽空间，汽包的水空间通过下降管与蒸发器的进水口连通，蒸发器的汽水混合物出口通过连接管四与所述的汽水分离器二连通；经汽水分离器二分离出的蒸汽进入汽包的汽空间，汽包的汽空间通过蒸汽连接管与过热器连通。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

1、由于炉内埋管及蒸发盘管采用直流，埋管及蒸发盘管再也不会爆管。这是因为给水含盐浓度为2300mg/kg时，当炉膛水冷壁出口质量含气率为90%时，炉水中的含盐浓度为23000mg/kg，而实际运行的直流注汽锅炉给水含盐浓度最高为7000mg/kg，炉膛水冷壁内位于炉膛出口处的质量含气率为80%时运行正常，从没有爆管，这时炉水含盐浓度为35000mg/kg （7000/0.2 mg/kg =35000 mg/kg），由此可以证明，炉内埋管及炉膛水冷壁采用直流是安全可靠的。

2、位于尾部的蒸发器布置在低于550℃的温区内，蒸发器的管材采用12Cr1MoVG，由于该材料允许壁温为580℃，所以，蒸发器管内部即使部分被盐垢堵死，也不会发生爆管，这样就彻底解决受热面爆管问题，保证锅炉安全稳定运行。

3、蒸发盘管向火侧表面覆盖一层60~80mm的耐火耐磨材料，蒸发盘管因磨损而发生爆管问题就彻底消除。

附图说明

图1是本发明的整体结构主视图；

图2是埋管进出水示意图；

图3是图2的K向视图；

图4是给水循环路径示意图；

图5是图1的A局部放大图。

图中，炉体1、连接管一2、蒸发盘管3、连接管二4、给煤口5、连接管三6、省煤器出水总管7、埋管下集箱8、埋管9、埋管上集箱10、低速床风室11、一次风道12、二次风道13、二次风管14、旋风分离器15、下降管16、蒸汽连接管17、连接管四18、过热器19、蒸发器20、省煤器21、二次风空气预热器22、一次风空气预热器23、回料阀24、高速床风室25、下汇集集箱26、排污口27、汽水分离器一28a、汽水分离器二28b、汽包29、尾部烟道30、排渣管31、连接管五32、竖直隔板33、耐火耐磨材料34、上汇集集箱35、低速床布风板36和高速床布风板37。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1~图5所示，带埋管及蒸发盘管直流与自然循环耦合CFB注汽锅炉，包括炉体1、连接管一2、给煤口5、省煤器出水总管7、低速床风室11、一次风道12、二次风道13、二次风管14、旋风分离器15、下降管16、蒸汽连接管17、连接管四18、过热器19、蒸发器20、省煤器21、二次风空气预热器22、一次风空气预热器23、回料阀24、高速床风室25、排污口27、汽包29、尾部烟道30、排渣管31、低速床布风板36、高速床布风板37、两根连接管二4及两根连接管三6；所述的炉体1为循环流化床，所述的汽包29内设有汽水分离器一28a和汽水分离器二28b，所述的汽包29的底部设有排污口27，所述的炉体1的底部设有高速床风室25，炉体1的底部位于高速床风室25两侧各设有一个低速床风室11（即炉体1的底部设有高速床和低速床组合），所述的高速床风室25的上部设有高速床布风板37，每个所述的低速床风室11的上部均设有一个低速床布风板36，所述的排渣管31的上端穿过高速床风室25安装在高速床布风板37上（这一结构及运行参数已在公开号为CN 102901212B、公开日为2015年03月11日的发明专利《一种燃劣质燃料低倍率循环流化床热水锅炉及其燃烧方法》中公开），炉体1的侧墙下部位于高速床风室25上方布置给煤口5，炉体1上位于给煤口5上方布置二次风管14，炉体1的炉膛出口与旋风分离器15连通，所述的旋风分离器15底部通过回料阀24与炉体1下部连通，旋风分离器15的出口与尾部烟道30连通，所述的尾部烟道30内自上而下依次布置过热器19、蒸发器20、省煤器21、二次风空气预热器22和一次风空气预热器23，所述的一次风空气预热器23通过一次风道12与所述的高速床风室25连通，所述的二次风空气预热器22通过二次风道13分别与两个低速床风室11以及二次风管14连通；所述的蒸发器20倾斜设置，且蒸发器20的进水口一端低于蒸发器20的汽水混合物出口一端；所述的省煤器21与省煤器出水总管7一端连通，省煤器出水总管7另一端与两根连接管二4的一端连通，所述的带埋管及蒸发盘管直流与自然循环耦合CFB注汽锅炉还包括下汇集集箱26、上汇集集箱35、至少一根蒸发盘管3、两个埋管下集箱8、多根埋管9、两个埋管上集箱10、至少一根连接管五32及多个隔板33；

所述的两根连接管二4另一端各与一个埋管下集箱8连通，两个埋管下集箱8分别固定于炉体1前、后墙外侧面下方，所述的多根埋管9布置在炉体1内的低速床内，且多根埋管9分别固定于炉体1的前墙和后墙上，与炉体1前墙固定的多根埋管9的下端均与固定于炉体1前墙外侧面的埋管下集箱8连通，与炉体1后墙固定的多根埋管9的下端均与固定于炉体1后墙外侧面的埋管下集箱8连通，与炉体1前墙固定的多根埋管9的上端均与固定于炉体1前墙外侧面的埋管上集箱10连通，与炉体1后墙固定的多根埋管9的上端均与固定于炉体1后墙外侧面的埋管上集箱10连通，每个埋管下集箱8以及每个埋管上集箱10内分别间隔固定有竖直设置的多个隔板33，且位于同侧的埋管上集箱10和埋管下集箱8内的多个隔板33分别错位设置（作用是保证埋管9内水的质量流速大于1000kg/m².s），两个埋管上集箱10出水口各与一根连接管三6的一端连通，两根连接管三6的另一端均与下汇集集箱26连通，下汇集集箱26与至少一根连接管五32的一端连通，所述的连接管五32的另一端与蒸发盘管3的一端连通，连接管五32与蒸发盘管3的数量相同，至少一根蒸发盘管3环绕炉体1的内周侧壁由下至上缠绕构成炉膛水冷壁，所有蒸发盘管3的另一端与上汇集集箱35连通，上汇集集箱35通过连接管一2与汽包29内的汽水分离器一28a连通；进入汽包29内的汽水混合物经汽水分离器一28a进行汽水分离，分离出的水进入汽包29的水空间，经汽水分离器一28a分离出的蒸汽进入汽包29的汽空间，汽包29的水空间通过下降管16与蒸发器20的进水口连通，蒸发器20的汽水混合物出口通过连接管四18与所述的汽水分离器二28b连通；经汽水分离器二28b分离出的蒸汽进入汽包29的汽空间，汽包29的汽空间通过蒸汽连接管17与过热器19连通。

具体实施方式二：如图1所示，具体实施方式一所述的带埋管及蒸发盘管直流与自然循环耦合CFB注汽锅炉，所述的蒸发器20与水平面之间的夹角为α，α=5~10°。

具体实施方式三：如图1所示，具体实施方式一所述的带埋管及蒸发盘管直流与自然循环耦合CFB注汽锅炉，所述的蒸发盘管3的数量为1根，蒸发盘管3的外管径（直径）为Φ51mm～Φ108mm。

具体实施方式四：如图1所示，具体实施方式一所述的带埋管及蒸发盘管直流与自然循环耦合CFB注汽锅炉，所述的蒸发盘管3的数量为2~6根，2~6根蒸发盘管3环绕炉体1的内周侧壁由下至上同步缠绕构成炉膛水冷壁，每根蒸发盘管3的外管径（直径）为Φ51mm～Φ108mm，以满足注汽锅炉容量在7～130t/h之间的需要。

具体实施方式五：如图1所示，具体实施方式一、二、三或四所述的带埋管及蒸发盘管直流与自然循环耦合CFB注汽锅炉，所述的蒸发盘管3朝向炉体1向火侧的外表面覆盖一层60~80mm厚的耐火耐磨材料34，目的是防止蒸发盘管3磨损。

工作过程是：如图1~图5所示，一次风经一次风空气预热器23预热后通过一次风道12送入炉体1的高速床风室25内，再进入炉体1的炉膛参与燃烧；二次风经二次风空气预热器22预热后通过二次风道13分别送入炉体1的低速床风室11和二次风管14内，实现分级燃烧。

工质侧：给水经省煤器21加热后通过省煤器出水总管7，分别进入两根连接管二4内，并经两个埋管下集箱8进入多根埋管9内，再经多根埋管9进入两个埋管上集箱10内，之后经两根连接管三6进入至下汇集集箱26内，再由连接管五32引入蒸发盘管3内，由于蒸发盘管3与上汇集集箱35均连通，则再经上汇集集箱35及连接管一2进入汽包29内，并经汽水分离器一28a汽水分离（汽水分离器一28a是旋风分离器，分离效率达到99.9%），分离出的蒸汽进入汽包29的汽空间，分离出的水进入汽包29的水空间，分离出的水通过下降管16进入蒸发器20内，蒸发器20产生的汽水混合物通过连接管三18引入汽包29内的汽水分离器二28b实现汽水分离，分离出的蒸汽进入汽包29的汽空间。所述的炉膛水冷壁及蒸发器20产生的蒸汽汇合后通过蒸汽连接管17进入过热器19加热至设定温度，向井下注汽。

所述的CFB即表示为循环流化床。

Claims (5)

1.一种带埋管及蒸发盘管直流与自然循环耦合CFB注汽锅炉，包括炉体（1）、连接管一（2）、给煤口（5）、省煤器出水总管（7）、低速床风室（11）、一次风道（12）、二次风道（13）、二次风管（14）、旋风分离器（15）、下降管（16）、蒸汽连接管（17）、连接管四（18）、过热器（19）、蒸发器（20）、省煤器（21）、二次风空气预热器（22）、一次风空气预热器（23）、回料阀（24）、高速床风室（25）、排污口（27）、汽包（29）、尾部烟道（30）、排渣管（31）、低速床布风板（36）、高速床布风板（37）、两根连接管二（4）及两根连接管三（6）；所述的炉体（1）为循环流化床，所述的汽包（29）内设有汽水分离器一（28a）和汽水分离器二（28b），所述的汽包（29）的底部设有排污口（27），所述的炉体（1）的底部设有高速床风室（25），炉体（1）的底部位于高速床风室（25）两侧各设有一个低速床风室（11），所述的高速床风室（25）的上部设有高速床布风板（37），每个所述的低速床风室（11）的上部均设有一个低速床布风板（36），所述的排渣管（31）的上端穿过高速床风室（25）安装在高速床布风板（37）上，炉体（1）的侧墙下部位于高速床风室（25）上方布置给煤口（5），炉体（1）上位于给煤口（5）上方布置二次风管（14），炉体（1）的炉膛出口与旋风分离器（15）连通，所述的旋风分离器（15）底部通过回料阀（24）与炉体（1）下部连通，旋风分离器（15）的出口与尾部烟道（30）连通，所述的尾部烟道（30）内自上而下依次布置过热器（19）、蒸发器（20）、省煤器（21）、二次风空气预热器（22）和一次风空气预热器（23），所述的一次风空气预热器（23）通过一次风道（12）与所述的高速床风室（25）连通，所述的二次风空气预热器（22）通过二次风道（13）分别与两个低速床风室（11）以及二次风管（14）连通；所述的蒸发器（20）倾斜设置，且蒸发器（20）的进水口一端低于蒸发器（20）的汽水混合物出口一端；所述的省煤器（21）与省煤器出水总管（7）一端连通，省煤器出水总管（7）另一端与两根连接管二（4）的一端连通，其特征在于：所述的带埋管及蒸发盘管直流与自然循环耦合CFB注汽锅炉还包括下汇集集箱（26）、上汇集集箱（35）、至少一根蒸发盘管（3）、两个埋管下集箱（8）、多根埋管（9）、两个埋管上集箱（10）、至少一根连接管五（32）及多个隔板（33）；所述的两根连接管二（4）另一端各与一个埋管下集箱（8）连通，两个埋管下集箱（8）分别固定于炉体（1）前、后墙外侧面下方，所述的多根埋管（9）布置在炉体（1）内的低速床内，且多根埋管（9）分别固定于炉体（1）的前墙和后墙上，与炉体（1）前墙固定的多根埋管（9）的下端均与固定于炉体（1）前墙外侧面的埋管下集箱（8）连通，与炉体（1）后墙固定的多根埋管（9）的下端均与固定于炉体（1）后墙外侧面的埋管下集箱（8）连通，与炉体（1）前墙固定的多根埋管（9）的上端均与固定于炉体（1）前墙外侧面的埋管上集箱（10）连通，与炉体（1）后墙固定的多根埋管（9）的上端均与固定于炉体（1）后墙外侧面的埋管上集箱（10）连通，每个埋管下集箱（8）以及每个埋管上集箱（10）内分别间隔固定有竖直设置的多个隔板（33），且位于同侧的埋管上集箱（10）和埋管下集箱（8）内的多个隔板（33）分别错位设置，两个埋管上集箱（10）出水口各与一根连接管三（6）的一端连通，两根连接管三（6）的另一端均与下汇集集箱（26）连通，下汇集集箱（26）与至少一根连接管五（32）的一端连通，所述的连接管五（32）的另一端与蒸发盘管（3）的一端连通，连接管五（32）与蒸发盘管（3）的数量相同，至少一根蒸发盘管（3）环绕炉体（1）的内周侧壁由下至上缠绕构成炉膛水冷壁，所有蒸发盘管（3）的另一端与上汇集集箱（35）连通，上汇集集箱（35）通过连接管一（2）与汽包（29）内的汽水分离器一（28a）连通；进入汽包（29）内的汽水混合物经汽水分离器一（28a）进行汽水分离，分离出的水进入汽包（29）的水空间，经汽水分离器一（28a）分离出的蒸汽进入汽包（29）的汽空间，汽包（29）的水空间通过下降管（16）与蒸发器（20）的进水口连通，蒸发器（20）的汽水混合物出口通过连接管四（18）与所述的汽水分离器二（28b）连通；经汽水分离器二（28b）分离出的蒸汽进入汽包（29）的汽空间，汽包（29）的汽空间通过蒸汽连接管（17）与过热器（19）连通。

2.根据权利要求1所述的带埋管及蒸发盘管直流与自然循环耦合CFB注汽锅炉，其特征在于：所述的蒸发器（20）与水平面之间的夹角为α，α=5~10°。

3.根据权利要求1所述的带埋管及蒸发盘管直流与自然循环耦合CFB注汽锅炉，其特征在于：所述的蒸发盘管（3）的数量为1根，蒸发盘管（3）的外管径为Φ51mm～Φ108mm。

4.根据权利要求1所述的带埋管及蒸发盘管直流与自然循环耦合CFB注汽锅炉，其特征在于：所述的蒸发盘管（3）的数量为2~6根，2~6根蒸发盘管（3）环绕炉体（1）的内周侧壁由下至上同步缠绕构成炉膛水冷壁。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的带埋管及蒸发盘管直流与自然循环耦合CFB注汽锅炉，其特征在于：所述的蒸发盘管（3）朝向炉体（1）向火侧的外表面覆盖一层60~80mm厚的耐火耐磨材料（34）。