阅读说明：本技术 一种屏式过热器系统 (Screen type superheater system ) 是由 李铁 莫春鸿 李维成 黎懋亮 冉燊铭 陈灿 潘绍成 李旭升 陈红 徐启明 于 2020-07-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种屏式过热器系统,包括进口集箱、若干屏U形管屏和出口集箱；进口集箱和出口集箱均包括大集箱和安装在大集箱上的若干个小集箱；若干屏U形管屏沿着锅炉的炉宽方向布置,每屏U形管屏包括沿着锅炉的炉深方向并联布置的前排管屏和后排管屏,每屏U形管屏的前排管屏和后排管屏与同一进口小集箱和同一出口小集箱分别相连；进口集箱与出口集箱在高度方向上呈上下部布置且进口大集箱与出口大集箱布置在U形管屏的同一侧。本发明通过优化现有屏式过热器大集箱布置位置,优化工质在进、出口小集箱中的流动方向,使前、后排管屏各管在进、出口小集箱的压差偏差更小,工质流量更均匀,实现减小工质侧出口壁温存在较大系统性偏差的目的。(The invention discloses a platen superheater system, which comprises an inlet header, a plurality of platen U-shaped tube platens and an outlet header; the inlet header and the outlet header both comprise a large header and a plurality of small headers arranged on the large header; the U-shaped tube panels are arranged along the width direction of the boiler, each U-shaped tube panel comprises a front tube panel and a rear tube panel which are arranged in parallel along the depth direction of the boiler, and the front tube panel and the rear tube panel of each U-shaped tube panel are respectively connected with a same inlet small header and a same outlet small header; the inlet header and the outlet header are arranged at the upper part and the lower part in the height direction, and the inlet large header and the outlet large header are arranged at the same side of the U-shaped tube panel. The invention optimizes the arrangement position of the large header of the existing platen superheater and the flowing direction of the working medium in the small headers at the inlet and the outlet, so that the pressure difference deviation of the pipes of the front and the rear tube panel at the small headers at the inlet and the outlet is smaller, the flow of the working medium is more uniform, and the purpose of reducing the large systematic deviation of the wall temperature of the outlet at the side of the working medium is realized.)

一种屏式过热器系统

技术领域

本发明涉及锅炉设计的技术领域，更具体地讲，涉及一种能够减小壁温偏差并预防壁温超温的屏式过热器系统。

背景技术

锅炉受热面热偏差主要取决于受热面热负荷不均匀系数、结构不均匀系数及流量不均匀系数，现有超临界煤粉锅炉的屏式过热器布置在炉膛上方，沿炉宽方向数量为多屏，沿炉膛深度方向布置一屏，包括前、后排管屏，管屏管子并联呈U形布置，屏式过热器进、出口集箱分别包括大、小集箱，呈梳形结构，大集箱平行于锅炉前、后墙，小集箱垂直安装在大集箱上，进、出口集箱沿高度方向呈上下布置。早期进、出口大集箱沿炉深度方向位置，一个在U形管屏炉前方向，一个在U形管屏炉后方向，U形管屏在中间，具体如图1所示。

工质流程：进口大集箱、进口小集箱、U形管屏、出口小集箱、出口大集箱，即相对进、出口小集箱工质流向呈“Z”形，经对屏式过热器工质出口壁温(近似代表工质温度)实际测量，这样布置的屏式过热器，前、后排管屏工质出口壁温值存在约20℃左右的系统性偏差。

经分析，原因主要是：受工质在小集箱中流向及流量影响，进、出口小集箱内静压分布不同，使前、后排管屏对应进、出口小集箱的压差偏差较大，前排管屏进、出口小集箱压差大，后排管屏进、出口小集箱压差小，导致后排管屏工质流量低，流量不均匀系数大，造成壁温偏差大。

发明内容

针对现有技术屏式过热器系统中管屏单管的前、后排进、出口小集箱间压差偏差大导致工质流量偏差大以及前、后排管屏工质出口壁温出现20℃左右的系统性偏差而易造成屏式过热器管子壁温在运行中超温(特别是在中低负荷，深度调峰工况)的问题，本发明提出了一种通过优化现有屏式过热器大集箱布置位置、优化工质在进、出口小集箱中的流动方向进而减小壁温偏差并预防壁温超温的屏式过热器系统。

本发明提供了一种屏式过热器系统，包括进口集箱、若干屏U形管屏和出口集箱；

进口集箱和出口集箱均包括大集箱和安装在大集箱上的若干个小集箱；

若干屏U形管屏沿着锅炉的炉宽方向布置，每屏U形管屏包括沿着锅炉的炉深方向并联布置的前排管屏和后排管屏，每屏U形管屏的前排管屏和后排管屏与同一进口小集箱和同一出口小集箱分别相连；

其中，进口集箱与出口集箱在高度方向上呈上下部布置，并且进口大集箱与出口大集箱布置在所述U形管屏的同一侧。

根据本发明屏式过热器系统的一个实施例，所述屏式过热器系统布置在锅炉炉膛上方，所述锅炉为亚临界参数或超临界参数下燃烧器布置在炉膛前后墙的对冲燃烧煤粉锅炉、亚临界参数或超临界参数下燃烧器布置在炉膛角部及炉墙上的切圆燃烧煤粉锅炉或者亚临界参数或超临界参数下燃烧器布置在炉膛前后墙炉拱上的“W”火焰燃烧煤粉锅炉。

根据本发明屏式过热器系统的一个实施例，所述进口集箱和出口集箱均呈梳形结构，大集箱平行于锅炉前墙或后墙水平布置，小集箱平行于锅炉侧墙水平布置并且垂直安装在大集箱上。

根据本发明屏式过热器系统的一个实施例，所述U形管屏平行于锅炉侧墙垂直布置，U形管屏的前排管屏和后排管屏均包括若干根并联设置并且两端分别与进口小集箱和出口小集箱相连的U形管，其中，U形管屏中的工质流向相对烟气流向设置为：前排管屏呈顺流，后排管屏呈逆流。

根据本发明屏式过热器系统的一个实施例，所述进口集箱与出口集箱在高度方向上呈上下部布置为所述进口集箱在上且出口集箱在下或者所述进口集箱在下且出口集箱在上。

根据本发明屏式过热器系统的一个实施例，所述进口大集箱与出口大集箱布置在所述U形管屏的同一侧为均布置在U形管屏的炉前侧或炉后侧。

根据本发明屏式过热器系统的一个实施例，所述屏式过热器系统的工质流程依次为：进口大集箱、进口小集箱、U形管屏、出口小集箱和出口大集箱，其中，工质相对进口小集箱和出口小集箱的流向呈水平U形。

根据本发明屏式过热器系统的一个实施例，所述进口小集箱上对应连接U形管屏的开孔位置处设置有多种直径的节流孔结构以精细调整U形管屏中前排管屏与后排管屏之间以及同管屏中不同U形管的工质流量。

根据本发明屏式过热器系统的一个实施例，所述U形管屏沿着锅炉的炉宽方向布置有7～30屏，每屏U形管屏中前排管屏和后排管屏的U形管数量各为10～30根。

根据本发明屏式过热器系统的一个实施例，沿着锅炉的炉宽方向布置的所述若干屏U形管屏的管屏长度相同或不相同，每屏U形管屏中前排管屏的长度和后排管屏的长度相同或不相同，前排管屏或后排管屏中U形管的长度、材质、直径和壁厚设置为相同或不相同。

与常规方案相比，本发明的屏式过热器系统通过优化现有屏式过热器大集箱布置位置，优化工质在进、出口小集箱中的流动方向，使前、后排管屏各管在进、出口小集箱的压差偏差更小，工质流量更均匀，实现减小工质侧出口壁温存在较大系统性偏差的目的，从而更好预防屏式过热器受热面壁温超温，保证受热面运行安全，延长使用寿命，保证运行参数(汽温)满足设计要求。

附图说明

图1示出了现有技术中屏式过热器系统的布置结构示意图。

图2示出了本发明中屏式过热器系统的应用结构示意图。

图3A和图3B分别示出了根据本发明示例性实施例屏式过热器系统中进口集箱和出口集箱的两种布置方式。

图4A示出了根据本发明示例性实施例屏式过热器系统的主视结构及工质流向示意图，图4B示出了根据本发明示例性实施例屏式过热器系统的左视结构及工质流向示意图，图4C示出了根据本发明示例性实施例屏式过热器系统的俯视结构及工质流向示意图。

附图标记说明：

1-进口大集箱、2-进口小集箱、3-前排管屏、4-后排管屏、5-出口小集箱、6-出口大集箱、7-燃烧器、8-炉膛、9-屏式过热器系统、10-高温过热器、11-低温过热器。

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。

下面先对本发明屏式过热器系统的原理和结构进行详细说明。

本发明将如图1所示现有技术中的屏式过热器受热面出口壁温数据进行测试，综合分析引起锅炉受热面壁温热偏差的热负荷不均匀系数、结构不均匀系数和流量不均匀系数。在前、后排管屏热负荷不均匀系数、结构不均匀系数相差不大情况下，对前、后排管屏进、出口小集箱中的静分布进行分析，同屏管各管的压差进行分析，可计算出同屏管的流量不均匀系数，通过优化现有屏式过热器中大集箱的布置位置并优化工质在小集箱中的流动方向，将图1所示原进、出口大集箱分别布置在U形管屏靠炉前侧与靠炉后侧且U形管屏布置在中间的布置方式优化为进、出口大集箱在“U”形管屏同一侧(包括靠炉前或靠炉后)的布置方式，由此使得工质在屏式过热器系统中的流向由呈“Z”形变为呈水平“U”形，使屏式过热器前、后排管屏各管在进、出口小集箱的压差更接近、工质流量更均匀、工质焓增加更均匀且管间壁温偏差更小。

图2示出了本发明中屏式过热器系统的应用结构示意图。如图2所示，本发明的屏式过热器系统1布置在锅炉炉膛8上方，锅炉中还布置有高温过热器10，尾部烟道中布置有低温过热器11，具体应用结构将在实施例1中具体说明。

其中本发明应用的锅炉可以为亚临界参数或超临界参数下燃烧器7布置在炉膛前后墙的对冲燃烧煤粉锅炉，如300MW(350MW)等级、600MW(660MW)等级、1000MW等级及更高容量的对冲燃烧锅炉；锅炉还可以为亚临界参数或超临界参数下燃烧器7布置在炉膛角部及炉墙上的切圆燃烧煤粉锅炉或者亚临界参数或超临界参数下燃烧器7布置在炉膛前后墙炉拱上的“W”火焰燃烧煤粉锅炉，如600MW等级超临界“W”火焰锅炉等。由此，可减小屏式过热器受热面前、后排管屏工质侧出口壁温存在的系统性偏差，更好预防屏式过热器受热面壁温超温，保证运行参数(汽温)，提高锅炉深度调峰能力。

图3A和图3B分别示出了根据本发明示例性实施例屏式过热器系统中进口集箱和出口集箱的两种布置方式。图4A示出了根据本发明示例性实施例屏式过热器系统的主视结构及工质流向示意图，图4B示出了根据本发明示例性实施例屏式过热器系统的左视结构及工质流向示意图，图4C示出了根据本发明示例性实施例屏式过热器系统的俯视结构及工质流向示意图。

如图3A至图4C所示，根据本发明的示例性实施例，所述屏式过热器系统包括进口集箱、若干屏U形管屏和出口集箱。其中，进口集箱和出口集箱均包括大集箱和安装在大集箱上的若干个小集箱，即进口集箱包括进口大集箱1和进口小集箱2，出口集箱包括出口大集箱6和出口小集箱5。

如图4A至图4C所示，进口集箱和出口集箱均呈梳形结构，大集箱平行于锅炉前墙或后墙水平布置，小集箱平行于锅炉侧墙水平布置并且垂直安装在大集箱上。

若干屏U形管屏沿着锅炉的炉宽方向布置，每屏U形管屏包括沿着锅炉的炉深方向并联布置的前排管屏3和后排管屏4，每屏U形管屏的前排管屏3和后排管屏4与同一进口小集箱和同一出口小集箱分别相连。其中，锅炉前墙与后墙之间为炉深方向，两侧墙之间为炉宽方向。

本发明的U形管屏平行于锅炉侧墙垂直布置，U形管屏的前排管屏3和后排管屏4均包括若干根并联设置并且两端分别与进口小集箱和出口小集箱相连的U形管，U形管呈U形布置。其中，U形管屏中的工质流向相对烟气流向设置为：前排管屏呈顺流，后排管屏呈逆流。由于锅炉烟气是从炉前流向炉后，而前排管屏中的工质也是从炉前流向炉后，二者方向相同呈顺流；而后排管屏中的工质是从炉后流向炉前，二者方向相反呈逆流。

其中，进口集箱与出口集箱在高度方向上呈上下部布置，并且进口大集箱1与出口大集箱6布置在U形管屏的同一侧。具体地，进口集箱与出口集箱在高度方向上呈上下部布置为进口集箱在上且出口集箱在下或者进口集箱在下且出口集箱在上，可以根据实际情况调整。

进口大集箱1与出口大集箱6布置在U形管屏的同一侧为均布置在U形管屏的炉前侧或炉后侧，具体如图3A和图3B所示。

由此，本发明屏式过热器系统的工质流程依次为：进口大集箱1、进口小集箱2、U形管屏、出口小集箱5和出口大集箱6，其中，工质相对进口小集箱和出口小集箱的流向呈水平U形，使屏式过热器前、后排管屏各管在进、出口小集箱的压差更接近、工质流量更均匀、工质焓增加更均匀且管间壁温偏差更小。

此外，本发明在进口小集箱1上对应连接U形管屏的开孔位置处设置有多种直径的节流孔结构以精细调整U形管屏中前排管屏与后排管屏之间以及同管屏中不同U形管的工质流量，使受热面管间的壁温偏差更小(从20℃左右减小至5℃左右)，更好预防屏式过热器受热面壁温超温。

优选地，本发明中U形管屏沿着锅炉的炉宽方向布置有7～30屏，每屏U形管屏中前排管屏和后排管屏的U形管数量各为10～30根，技术人员可以根据实际工况调整。

此外，本发明中沿着锅炉的炉宽方向布置的若干屏U形管屏的管屏长度可以设置为相同或不相同，每屏U形管屏中前排管屏的长度和后排管屏的长度也可以设置为相同或不相同，前排管屏或后排管屏中U形管的长度、材质、直径和壁厚可以根据U形管所处烟温与工质温度的不同也可以设置为相同或不相同，由此整体屏式过热器更灵活且更具备可调性。

通过本发明的应用，在不增加锅炉制造成本且不产生任何负面影响的情况下，能够显著减小屏式过热器工质侧出口壁温偏差并避免受热面超温，更好地保证运行参数(汽温)达到设计值，提高锅炉深度调峰的能力。

并且，有试验数据表明：现有技术中的屏式过热器和本发明中的屏式过热器前、后排管屏工质出口壁温差值(后排管屏壁温减去前排管屏壁温)分别为23.3℃与5.3℃，壁温偏差减小效果非常明显。

按一个项目二台1000MW机组，年负荷率80％，入厂煤价700元/吨，1.0℃主汽温影响煤耗0.088g/KWh，本发明的应用可提高主汽温2.0℃，项目可节省燃煤2466吨/年，减少支出172.6万元/年；三年锅炉减少一次非停，一次非停经济损失按900万元(较保守)，即300万元/年，共计减少项目运行成本472.6万元/年，同时能降低NOx、SO₂及灰尘的排放，保护了环境。另外，本发明的应用还有利于设备质保金回收(主汽温每偏离保证值1.0℃罚款200万人民币)，提高锅炉制造单位产品声誉及市场竞争力。

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

本实施例应用于1000MW等级超(超)临界对冲燃烧煤粉锅炉，屏式过热器布置在炉膛上方，U形管屏沿炉膛的炉宽方向设置为多屏，沿炉膛的炉深方向布置为两排管屏(前排管屏和后排管屏)，每片管屏中的U形管并联呈U形布置，屏式过热器的进、出口集箱呈梳形结构，其中大集箱平行于锅炉前后墙垂直设置，小集箱垂直安装在大集箱上，进、出口集箱在高度方向上呈上下部布置，本实施例中进口集箱在下且出口集箱在上，过热蒸汽从低温过热器通过蒸汽连接管进入屏式过热器的进口集箱→进口小集箱→并联的前、后排U形管屏(相对烟气前排顺流，后排逆流)→出口小集箱→出口大集箱→连接管道交叉后进入高温过热器入口集箱。在屏式过热器系统中，相对进、出口小集箱工质流向呈水平U形。燃烧器6～7层呈对冲布置在炉膛前、后墙上(也包括一层不对冲)，具体如图2所示。

实施例2：

本实施例应用于600MW等级超(超)临界对冲燃烧煤粉锅炉，屏式过热器的布置方式与实施例1相同，包括不限于U形管屏的数量，每屏中U形管的数量、尺寸，以及炉膛尺寸数量有所不同。燃烧器5～6层呈对冲布置在炉膛前、后墙上(也包括一层不对冲)。

实施例3：

本实施例应用于350MW超(超)临界对冲燃烧煤粉锅炉，屏式过热器的布置方式与实施例1相同，包括不限于U形管屏的数量，每屏中U形管的数量、尺寸，以及炉膛尺寸数量有所不同。燃烧器4～6层呈对冲布置在炉膛前、后墙上(也包括一层不对冲)。

实施例4：

本实施例应用于600MW等级超(超)临界“W”火焰燃烧煤粉锅炉，炉膛为前后墙上设置有炉拱，燃烧器布置在炉拱上，一次风喷口向下形成“W”火焰。屏式过热器的布置方式与实施例1相同，包括不限于U形管屏的数量，每屏中U形管的数量、尺寸有所不同。

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。