CN103026137A - 锅炉和过热器以及方法 - Google Patents

Abstract

锅炉以及在产生热能的锅炉（1）中的方法，所述方法包括：在所述锅炉的由壁界定的炉膛（2）中使燃料和燃烧空气燃烧；通过置于所述炉膛的壁上并且具有至少一个换热表面（21）的蒸汽过热器（15）接收热能；以及将气体或气体混合物供应到所述换热表面的前部，以形成阻挡层（18），从而保护所述换热表面不受与燃烧相关产生的烟气（19）影响。将至少一个供应装置（17）设置在所述过热器中或设置成所述过热器直接相邻，用于将气体或气体混合物供应到所述换热表面的前部以形成阻挡层（18），从而保护所述换热表面不受所述锅炉中的烟气（19）影响。在一个例子中，供应装置阵列被设置在由所述过热器界定的区域中。

Description

锅炉和过热器以及方法

技术领域

本发明涉及用于产生热能的锅炉。本发明还涉及锅炉过热器。此外，本发明涉及在用于产生热能的锅炉中的方法。

背景技术

在锅炉中会形成许多对锅炉的换热表面材料有害的化合物。尤其当燃烧生物燃料和废弃物燃料时，已经检测到锅炉换热表面的腐蚀，尤其是过热器及其换热表面的腐蚀。此外，已经检测到燃烧期间产生的灰沉积在换热表面上，这减弱了热传递并由此降低了热能的回收。

上述生物燃料包括来自大自然的植物材料，诸如木屑、树皮、农业生物燃料、锯屑、黑液（black liquor）等。废弃物燃料包括，例如，分类的生活垃圾、工业废料和商业废料以及被拆除的木材。这些燃料包括大量的氯。这些氯与燃料中释放的钠和钾一起形成烟气形式的气态碱性氯化物，该气态碱性卤化物凝结并沉积在换热表面上，尤其是过热器表面上。当换热表面的表面温度在650℃以下时尤其容易发生沉积和凝结。当换热表面的表面温度在450℃以上时，碱性氯化物会导致碱性腐蚀。

已经建议向炉膛供应各种附加材料，以便消除由氯导致的腐蚀问题。出版物WO 2006/134227 A1公开了向蒸汽锅炉的过热器区域喷射含硫酸盐的液体，以抑制炉膛中形成碱性氯化物。根据出版物WO 02/059526 A1，是在过热器之前向烟气加入液体硫酸盐化合物或硫酸。

出版物EP 2071239 A2又公开了利用至少一个冷却管将防止腐蚀所需的附加材料馈送入锅炉烟气。

此外，已知通过向炉膛供应可减少燃烧期间所形成烟气中氧化氮的量的各种附加材料，从而减少不同类型锅炉排放的氧化氮。例如出版物WO 9813649 A1中提出了这种方案，其中将冷却管板表面安装在包括用于该附加材料的单独附加材料通道的炉膛中。

根据现有技术，锅炉的加热器不是被放置在锅炉炉膛中（通常在炉膛顶部）就是被放置在烟气从炉膛流向的炉膛下游的烟气管道中。过热器位于烟气流中，并且烟气的热能通过热辐射和热对流两种方式传递到过热器，在此情形中该过热器可被称作组合式过热器。还可使用专门的辐射式过热器和专门的对流式过热器，其中专门的辐射式过热器的应用主要是基于利用了火焰的热辐射，而专门的对流式过热器的应用主要是基于通过过热器与烟气之间的接触形成的热能对流。辐射式过热器通常位于炉膛顶部，例如悬挂在炉膛中，并且与火焰的热辐射直接接触。因此，在火焰和过热器之间存在直达视线。

过热器被用作热交换器，其通常包括彼此连接的管结构，利用过热器来将热能传递到管内流动的媒介物（其为蒸汽）。

提高蒸汽的过热温度非常有益，但是过热器材料耐腐蚀性的限制阻挡了所需的研发。

发明内容

因此，本发明的目的是要提供一种避免上述问题的系统，所述问题特别涉及明确由烟气导致的腐蚀和化学侵蚀。具体地，该目的是要提高过热器的耐腐蚀性。

权利要求1提出了根据本发明的用于产生热能的锅炉。权利要求7提出了根据本发明的锅炉过热器。权利要求9提出了根据本发明的在用于产生热能的锅炉中的方法。

本发明的原理是防止烟气对过热器的不利影响，其中该目的并不通过烟气对流来进行热传递。

本发明的另一原理在于，通过保护气帘来保护位于锅炉壁上的过热器不受烟气影响。

本发明一个实施例的原理在于，通过保护气帘来保护位于锅炉壁上的过热器不受烟气影响。该目的是要防止或强力限制烟气以及其所含有的有害化合物、腐蚀性或侵蚀性物质进入到过热器的换热表面上。

在一个例子中，气帘的气体或气体混合物是空气。在一个例子中，气帘的气体或气体混合物可以是已知用于减少腐蚀问题的现有技术的气体，或例如，是不受腐蚀性物质影响的气体。它还可以是来自锅炉的气体。

在一个例子中，可以将诸如二氧化硫或亚硫酸盐的抑制剂混入气体或气体混合物中，以防止腐蚀问题。

过热器位于锅炉的壁上，例如炉膛底部处。优选地，过热器及其换热表面还具有到炉膛中燃烧火焰的直达视线，以回收基于热辐射的热能。避免了经由烟气产生的热对流。

在一个例子中，在被过热器覆盖的区域中设置了大量的供应装置，以使得可以将气体供应到过热器换热表面的前部。所述供应装置可以是延伸穿过过热器的孔口，通过所述孔口供应气体，或者是单独的管或管道，或者是附接到过热器的喷嘴。在一个例子中，将喷嘴被布置成平行于过热器的换热表面引导气流，优选是向上引导气流。

至供应装置的气体供应例如是通过单独的管或管道来执行的。

通过利用管来形成锅炉的炉膛壁，以传送媒介物，从而通过辐射和/或对流从炉膛回收热能。

附图说明

下面将参照附图更详细地描述本发明，附图中：

图1示出了从侧面观察的、设置有过热器的流化床锅炉的示意图，

图2示出了位于流化床锅炉中过热器另一例子的示意图，以及

图3示出了根据一个实施例的过热器的示意性剖视图。

具体实施方式

图1示出了应用上述过热器结构的蒸汽锅炉的例子。对于蒸汽锅炉以及用于过热器结构的位置，可以应用基于流化床燃烧的锅炉，尤其是如图1所示的鼓泡流化床锅炉（BFB），或循环流化床锅炉（CFB）。在鼓泡流化床锅炉中，利用气流产生流化床。对于该位置，还可以应用基于黑液燃烧的碱回收锅炉，或燃料在炉栅之上燃烧的锅炉，或者是由于高温（除了其他因素外）使得还需要保护过热器的其它蒸汽锅炉。

图1示出了锅炉1，其包括由壁限制的炉膛2。炉膛的各个壁由通过翅片彼此附接的水冷管形成。在炉膛下部，设置有用于供应流化空气和燃烧空气（即从风箱4到炉膛2的一次空气）的喷嘴3。通过流化空气的作用，炉膛下部的流化床5被流化，即在炉膛2中连续移动。将燃料从燃料供应装置6供应到炉膛，并且从二次空气喷嘴7供应燃烧空气。在此锅炉中，还将燃烧空气从三次空气喷嘴8供应到炉膛。使用的燃料例如是生物和/或废弃物燃料。与燃料燃烧关联产生的火焰12位于流化床之上，并且例如在二次空气喷嘴7上方延伸并通常也向上达到三次空气喷嘴。在炉膛2的下部利用含氧气体进行的燃料燃烧是热能的主要来源。

炉膛上部包括过热器9和13，其作用是提供通常用于涡轮机（图中未示出）中的过热蒸汽。该图还示出了炉膛的后壁2b和前壁2a，包括用于导引烟气的突出部分10。在该图中，以简化方式绘出了过热器，以对媒介物的循环进行图解说明。

炉膛中形成的烟气19经由与炉膛连接的烟气管道11进一步前进。烟气管道可以设置有换热表面或换热器14。

在图1中，过热器15被固定或设置在后壁2b上，其中它是所谓的壁过热器15。在该图中，通过图解说明媒介物的循环，以简化方式绘出了过热器15，并且已知像这类的结构可应用于过热器。过热器15具有到火焰12的直达视线16，以利用燃烧中产生的热辐射。

被过热器15覆盖的区域也设置有多个供应装置17，使得可以将气体供应到过热器的换热表面前部。所述气体在过热器和上升烟气之间形成阻挡层18，以使过热器15尽可能好地且尽可能大面积地与烟气绝热。同时，阻挡层18导引烟气流。从供应装置17连续地供应气体。

气体从所需源例如沿图3或4所示的管道或管20导向供应装置17。所述管道或管20位于例如过热器的管22之间，或者从过热器的管之间传递到过热器的前表面。所述管通过例如一个或两个翅片彼此连接。通过利用从管道或管20供应的气体，阻挡层18形成在过热器的换热表面21之前。

图5示出了由换热器15形成的板结构的一部分。

供应装置17确定从哪儿供应所述气体的地点或位置。气体供应装置17是例如在换热器的换热表面21中的孔口24，管或管道20，或者单独的喷嘴23。通过利用该喷嘴，气体沿所需方向（优选沿平行于换热表面21限定的平面）扩散或吹动。喷嘴23可以沿一个或多个方向吹动气体。已知像这样的现有技术喷嘴可以用作供应装置17。

过热器15可以位于炉膛的前壁2a或后壁2b上。图2示出了置于炉膛2侧壁上的过热器15和供应装置17。这些供应装置构成了供应装置阵列，该供应装置阵列包括例如两行或多行，每行具有两个或更多个供应装置。以此方式，形成了更大的均匀阻挡层18。供应装置阵列设置在过热器限定的区域中，并且如果需要的话，还可设置成与过热器直接相邻，从而使得包括气体或气体混合物的保护阻挡层可覆盖整个过热器。

给出的过热器结构还可应用于循环流化床锅炉以及碱回收锅炉或在炉栅上进行燃烧的锅炉。在循环流化床锅炉中，将可以是生物燃料、废弃物燃料或煤的来自燃料供应装置的燃料和来自空气喷嘴的燃烧空气供应到炉膛。

在回收锅炉中，所使用的燃料由纸浆制造中产生的蒸煮化学制品以及包含有从木材中溶出的成份的液体，即黑液。所述锅炉不具有流化床，但是具有炉膛，该炉膛被供应以来自燃料供应装置的黑液和来自不同高度处的空气喷嘴的燃烧空气。在液体燃烧期间，在炉膛底部产生熔炼物，从炉膛排出该熔炼物以进行进一步处理。在装备有炉栅的锅炉中，燃料在炉膛底部处在炉栅上燃烧，并且还例如通过炉栅供应燃烧空气。

本发明不受上面作为例子给出的实施例的限制，相反，本发明应在所附权利要求限定的特征的范围内被广泛地应用。

Claims (12)

1. 一种用于产生热能的锅炉，所述锅炉（1）包括：

· 由壁限制的炉膛（2）；

· 至少一个蒸汽过热器（15），其被设置在所述炉膛的壁上，并且具有用于接收热能的至少一个换热表面（21）；

其特征在于，所述锅炉还包括：

· 至少一个供应装置（17），其用于将气体或气体混合物供应到所述换热表面的前部，以形成阻挡层（18）来保护所述换热表面不受所述锅炉中烟气（19）的影响。

2. 根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述锅炉（1）进一步包括：

· 用于向所述炉膛供应燃料以进行燃烧的装置（6）；

· 用于向所述炉膛供应燃烧气体以进行燃烧的装置（3、7、8）；

· 一个或多个烟气管道（11），其被设置在所述炉膛的上部，并且从所述炉膛中排出燃烧期间形成的烟气。

3. 根据权利要求1或2所述的锅炉，其特征在于，所述锅炉是基于流化床燃烧的锅炉、碱回收锅炉或基于在炉栅上燃烧的锅炉。

4. 根据权利要求1至3之一所述的锅炉，其特征在于，所述供应装置包括孔口（24）、管或管道（20）、或孔口（23），其被配置在所述过热器中或被配置成与所述过热器直接相邻。

5. 根据权利要求1至4之一所述的锅炉，其特征在于，所述过热器包括彼此连接的管（22），在这些管的内部有蒸汽流动。

6. 根据权利要求1至7之一所述的锅炉，其特征在于，所述锅炉包括供应装置阵列，该供应装置阵列包括多个所述供应装置，其被提供以将气体或气体混合物供应到所述换热表面的前部以形成均匀的阻挡层（18）。

7. 一种锅炉过热器，被设置在用于产生热能的锅炉（1）的壁上，所述壁界定了所述锅炉的炉膛（2），并且所述过热器（15）包括用于接收热能的至少一个换热表面（21），其特征在于，将至少一个供应装置（17）设置在所述过热器中或设置成与所述过热器直接相邻，用于将气体或气体混合物供应到所述换热表面的前部以形成阻挡层（18），从而保护所述换热表面不受所述锅炉中烟气（19）的影响。

8. 根据权利要求7所述的过热器，其特征在于，将供应装置阵列设置在所述过热器限定的区域中，该阵列包括多个所述供应装置，其被提供以将气体或气体混合物供应到所述换热表面的前部以形成均匀的阻挡层（18）。

9. 一种在产生热能的锅炉（1）中的方法，所述方法包括：

· 在所述锅炉的由壁界定的炉膛（2）中使燃料和燃烧空气燃烧；

· 通过蒸汽过热器（15）接收热能，该蒸汽过热器设置在所述炉膛的壁上并且具有至少一个换热表面（21）；

其特征在于，所述方法还包括：

· 将气体或气体混合物供应到所述换热表面的前部，以形成阻挡层（18），从而保护所述换热表面不受与燃烧相关产生的烟气（19）影响。

10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述气体或气体混合物是空气或腐蚀抑制剂，特别是二氧化硫或硫化物。

11. 根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

· 将从多个不同位置进入过热器界定的区域中的气体或气体混合物供应到所述换热表面的前部，以形成均匀的阻挡层（18）。

12. 根据权利要求9至11之一所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：

· 通过利用位于所述过热器中或与所述过热器直接相邻的至少一个气体供应装置（17），或通过利用包括多个所述供应装置且位于由所述过热器界定的所述区域内的供应装置阵列，将气体或气体混合物供应到所述阻挡层。

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