[发明专利]内强化传热外增加热阻的锅炉炉膛结构及超临界二氧化碳燃煤锅炉

说明书

本发明公开了一种内强化传热外增加热阻的锅炉炉膛结构，包括炉膛，所述炉膛包括冷却壁、覆盖设置在冷却壁外侧的外保温层和覆盖设置在冷却壁内侧的内隔热层；所述冷却壁包括冷却管和将冷却管连成整体的连接板，每根所述冷却管的内壁上均设置有内强化传热结构；所述内隔热层包括横向环绕炉膛设置的多条隔热带，多条所述隔热带沿壁面纵向间隔布置。本发明还公开了采用前述结构的超临界二氧化碳燃煤锅炉。本发明采用内强化传热外增加热阻的设计，可防止炉膛冷却壁超温，保证超临界二氧化碳燃煤锅炉安全稳定经济运行。

技术领域

本发明涉及一种超临界二氧化碳燃煤锅炉，特别是指一种内强化传热外增加热阻的锅炉炉膛结构及超临界二氧化碳燃煤锅炉。

背景技术

近年来，超临界二氧化碳动力循环(sCO₂循环)成为研究热点，由于超临界CO₂具有化学性质稳定、密度高、低成本、高温氧化性弱、循环系统简单、结构紧凑、效率高等优点，sCO₂循环有望突破现有动力循环技术发展的瓶颈，在火力发电领域具有良好的应用前景。

sCO₂循环可采用类似蒸汽轮机发电的方式，通过燃煤锅炉间接加热获得热能进行发电。有文献指出，在透平入口温度高于550℃时，sCO₂循环效率将高于蒸汽朗肯循环，且温度越高优势越明显，因此超临界二氧化碳燃煤锅炉通常选择较高的工质温度。加之超临界CO₂的布雷顿循环特性，进入超临界二氧化碳燃煤锅炉内工质温度较常规锅炉高100～200℃。

更高的工质温度对超临界二氧化碳燃煤锅炉炉膛的耐高温能力提出了挑战。由于超临界二氧化碳燃煤锅炉内工质传热性能较常规蒸汽锅炉低，现有材料难以布置超临界CO₂受热面。中国发明专利201510813308.2公开了一种700℃超超临界锅炉水冷壁用耐热合金及管材制造方法，能提高超临界二氧化碳燃煤锅炉受热面耐温能力，从而保证锅炉安全性。然而，采用这种水冷壁用耐热合金会大幅提高超临界二氧化碳燃煤锅炉成本，不利于推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够提高锅炉炉膛耐高温能力的内强化传热外增加热阻的锅炉炉膛结构及超临界二氧化碳燃煤锅炉。

为实现上述目的，本发明所设计的内强化传热外增加热阻的锅炉炉膛结构，包括炉膛，所述炉膛包括冷却壁、覆盖设置在冷却壁外侧的外保温层和覆盖设置在冷却壁内侧的内隔热层；所述冷却壁包括多根冷却管和将多根冷却管连成整体的连接板，每根所述冷却管的内壁上均设置有内强化传热结构，可采用内螺纹、内翅片、凹槽等常见的强化传热结构；所述内隔热层包括分别横向环绕炉膛设置的多条隔热带，多条所述隔热带沿炉膛纵向间隔布置。

优选地，每根所述冷却管的外壁面向内隔热层的一侧上均设置有外强化传热结构，可采用外螺纹、外翅片、凹槽等常见的强化传热结构。

优选地，所述外强化传热结构采用沿冷却管纵向设置并与管壁垂直的多个外翅片。

优选地，各所述外翅片的宽度W与其根部到内隔热层内壁的距离D正相关，即D较小时W较小，D较大时W较大。该结构能减少冷却壁与内隔热层由于厚度不均匀引起传热不均匀，使内层隔热层向火侧温度不均匀，进而导致易结焦夹渣的问题。

优选地，所述外保温层采用耐温800℃的保温砖砌筑，所述内隔热层采用耐温1200℃的耐火材料涂层。

本发明同时提供了一种超临界二氧化碳燃煤锅炉，包括具有炉膛的锅炉本体，所述炉膛采用前述锅炉炉膛结构。

优选地，所述外保温层和冷却壁设置在炉膛的全部区域，所述内隔热层设置在炉膛的高温区域——包括主燃烧区域的全部和燃尽区域与主燃烧区域的下部。