CN101311624B - 用于蒸汽发生器的节能装置 - Google Patents

Abstract

一种尤其适用于新型蒸汽发生器或对现有蒸汽发生器翻新应用的节能装置设置，该设置提供可适应具有不同特性的宽泛范围的燃料在蒸汽发生器内点燃的水冷却纵向支承管系统。根据本发明的节能装置设置尤其适于翻新大型超临界蒸汽发生器的应用。使用水冷却纵向管支承件与常规非冷却机械节能装置支承件相比允许较高的废气温度。可将这些装置设置在装配在蒸汽发生器的现有节能装置封套内的设计方案中。

Description

用于蒸汽发生器的节能装置

技术领域

本发明一般地涉及生产用于电力生产的蒸汽所用的蒸汽发生器，且更具体地涉及用于改进现有蒸汽发生器以适应具有显著不同燃烧特性(诸如当煤炭燃烧时所产生的废气温度)的不同煤的点燃的方法和装置。

背景技术

对于用在工业或实际应用的蒸汽生产中的锅炉或蒸汽发生器的总体说明，读者可参见巴布考克&威尔考克斯公司(Babcock& Wilcox Company)版权

2005，Kitto和Stultz编辑的第41版的Steam/its generation and use，其内容如在此完全阐述那样以参见的方式纳入本文。

图1示出由巴布考克&威尔考克斯公司(Babcock& Wilcox Company)设计和制造的、1300MW的超临界压力的UP

蒸汽发生器。简要地说，将煤粉碎成所要求的细度并通过将煤与空气在燃烧过程中混合的燃烧器传送到熔炉。在燃烧过程中产生的热废气向上流过熔炉。熔炉壁是焊接的隔膜管壁构造。形成这些壁的管子传输穿过其中的作业流体，该作业流体从燃烧过程吸收热量来产生蒸汽。废气从熔炉流出并跨过由多个管子组成的加热表面的各种管簇。二级过热器和再加热过热器(悬垂物)位于蒸汽发生器的上部。加热表面的这些管簇从穿过这里流动的废气吸收热量，增加在这些管道内传输的作业流体的温度，同时废气的温度逐渐降低。然后废气行进到对流通道，并从该处向下穿过也由传输作业流体的多个管子组成的加热表面的另外的管簇，即主级过热器、再加热过热器(水平的)和节能装置。然后废气从蒸汽发生器流出并传输到空气加热器，空气加热器从废气吸收附加热量，该热量用来预加热用进行燃烧的进入空气。一些用于进行燃烧的空气用来干燥粉煤并将粉煤从粉碎机运送至燃烧器，这些空气称为主要空气；燃烧平衡的空气通常称为二级空气并通过压力通风机传输到燃烧器。在所示蒸汽发生器中，示出旧式蒸汽发生器控制器，该控制器利用气体调节端口和气体回流风机的组合来将燃烧废气分配到各适当的位置。如本领域的普通技术人员所已知的那样，还已知不利用气体调节和气体回流的其它蒸汽温度控制方法，但是这种蒸汽发生器的其它方式的基本运行原理保持不变。

因此，应当理解，在电力生产中，需要各种设备。锅炉或蒸汽发生器是多种设备的组合，多种设备在组合时使用由矿物燃料释放的热量来加热作业流体(通常是水)并产生过热蒸汽。该蒸汽具有大量的能量，该能量用于使涡轮的叶片旋转。锅炉点燃诸如煤之类的矿物燃料，该燃料产生穿越几个不同类型热交换器的高温废气，热交换器将热量从废气传递到水和蒸汽系统。水从废气中吸收热量的第一热交换器是节能装置。

图2是已知节能装置的立体图，总体标以标号10，包括入口管簇12和出口管簇14，且该节能装置通常位于蒸汽发生器对流通道的下部。根据特定蒸汽发生器的需要，还可紧接着入口和出口管簇设置节能装置的其它管簇。节能装置10包括以蜿蜒形式设置的几百根管子16。节能装置入口集管接收水并将水分配到各管子16。多个管子16将水向上传输，与燃烧废气流动的方向相反(如图所示)，从废气吸收热量。在节能装置出口管簇14的水出口(废气入口)处，紧邻的集管20收集来自各个管子16的加热的水，混合掉热吸收中的任何不平衡。紧接的集管20又连接到节能装置纵向管22，纵向管22将加热的水通过(在其中)管子向上传输，管子包括其它类型加热表面的管簇。如图2所示，水平主级过热器入口管簇30直接位于节能装置10的上方。中间集管20用作几个目的。首先，它们用作消除在水通过节能装置10期间已被加热的水的温度的不平衡的混合点。其次，纵向管22的侧到侧的间距选择成精确地与它们穿过的以上定位的加热表面的侧到侧间距相适应；在所示情况下，是主级过热器30的侧到侧间距。此外，中间集管20可按要求定位，使得纵向管22、从纵向管22悬挂的附连的机械支承件24以及非冷却机械阶梯杆支承件26可按要求设置。

如上述Steam 41^st参考文献所述，根据气体温度，节能装置位于管壁铸件内或位于铸件壁内。一般而言，铸件铸件用在850F(454C)或以下，并可使用廉价碳钢。如果使用铸件铸件，不能支承节能装置。但是，管壁铸件可用作支承件。

通过分析各管子和管组件中可允许偏差确定支承点的数量。偏差对于管子排水能力是很重要的。图2、3、4和5示出其它节能装置支承设置。

如图3所示，壁或端部支承件通常选择成跨距相对短并需要焊接到或附连到管壁铸件44的桥接铸件40或各个凸片42。可在各管管簇上设置减震器46以降低废气流动产生的振动。如图4所示，如果铸件壁(通常是主级过热回路)集管、诸如下部对流通道铸件壁集管50位于节能装置10上方，则也存在其它可能性。在该情况下，支承机构又经由非冷却支承机构，这次是与形成节能装置10的管簇12、14的管子16的端部配合的端部支承杆52的形式。

四分之一点纵向条支承件用于超过用于端部支承件的限制的跨度；图5中示出了这种情况。纵向件22在标号24处机械连接到节能装置部分14等，该节能装置部分14等由阶梯形支承件26保持。暴露于热入口气体的支承件可由不锈钢制成，而低级别材料通常用于制成暴露于温度降低气体的下部管簇。在B&W设计中，纵向管22通常还将其它水平对流表面支承在节能装置10上方。如果离开最下部节能装置管簇12的气体温度足够低，有时也使用底部支承件。

因此根据围绕节能装置的铸件，通常以两种方式之一来支承节能装置。如果铸件是管壁铸件且节能装置的跨距不是太长，则通过桥接铸件和支承拉片从管壁支承节能装置。如果铸件是铸件且主级或再加热过热集管位于节能装置上方，则可使用非冷却机械支承阶梯杆进行支承。

过去巴布考克&威尔考克斯公司(Babcock& Wilcox Company)(B&W)使用称为纵梁支承的节能装置。但是，在这些设计中，纵向管并未行进穿过节能装置。而是，如上述图2和5中所示，节能装置10的管簇12、14的实际支承使用通过机械支承件24连接到节能装置中间集管20的非冷却机械阶梯杆支承件26。然后节能装置中间集管20由纵向管22支承在废气温度较高的对流通道区域的上部。

对于许多供电行业，经济和排放规则使发电厂业主改变初始设计燃料。蒸汽发生器一般设计成适应特定类型的煤，这就设定了熔炉尺寸和热输入参数、造渣和污垢指标、煤炭粉碎机和相关燃烧器、空气加热器等。对于给定的熔炉尺寸和点燃条件，燃料的选择还确定了离开熔炉的废气的熔炉出口气体温度，且还采用该温度、以及气体重量、气体特性和其它热传递参数设计将要设置的过热器、再加热器和节能装置表面的特定布置。不同的煤在起初不是为这种煤设计的蒸汽发生器中燃烧通常会产生不同的性能。在很多情况下，这种煤的变换通常导致从熔炉排出的较高的燃料气体温度，且这种增加的温度曲线遍及整个辐射和对流气体路径，包括进入节能装置的气体温度。这些较高温度可使常规非冷却机械支承系统变得体积庞大且成本昂贵。因而，可提供这种适应性的翻新现有蒸汽发生器的成本低廉的有燃料适应性的蒸汽发生器装置和方法在工业领域会受欢迎的。

发明内容

根据本发明的节能装置设计是通过增加允许宽泛范围的燃料在蒸汽发生器中燃烧的装置来改进现有节能装置设计方案。

各种燃料形成锅炉部件设计中不同的问题——较高的锅炉出口废气温度、炉渣和污垢成分的不同趋向，这会恶化温度关系以及由于改变燃料灰分的特性而产生的不同的腐蚀率。

根据本发明的节能装置设置尤其适于翻新巴布考克&威尔考克斯公司(Babcock& Wilcox Company)的上述1300MW超临界蒸汽发生器。

根据本发明的节能装置设置通过使用水冷却(纵向管)支承件提供燃料适应性，这与常规和现有机械支承相比允许较高的废气温度；用较少的部分提供相当的性能--因此增加侧向间隔并用宽泛范围的燃料使造渣的问题最小；并还提供较少的腐蚀可能性。

这些装置设置在匹配现有部件的流量和效率性能的设计方案中。

此外，这些装置还设置在配合在蒸汽发生器的现有节能装置封套内的一个设计方案中。

体现本发明的各种新颖性特征尤其在所附的并形成本发发明一部分的权利要求书中指出。为了更好地理解本发明、其运行优点和通过其使用得到的具体好处而参见示出本发明较佳实施例的附图和说明书内容。

附图说明

在附图中：

图1是现有技术1300MW B&W蒸汽发生器的侧视图；

图2是采用机械支承件的已知节能装置的立体图；

图3是采用从壁管的机械支承的已知端部支承节能装置的剖视图；

图4是采用连接到铸件壁集管的端部支承杆的其它已知端部支承节能装置的剖视图；

图5是采用机械纵向条支承件的已知节能装置的局部剖视图；

图6是根据本发明的节能装置设置的剖视图；

图7是沿图6中箭头7-7方向看的节能装置设置的一部分的端视图；以及

图8是图7的节能装置设置的一部分的放大图。

具体实施方式

总的参见附图，其中相同的标号在整个几幅图中表示相同的或功能类似的构件，且尤其参见图6，示出具有入口管簇120、中间管簇130和出口管簇140的节能装置设置100。可如上所述设置减震器46。节能装置入口集管180接收水并将水传输穿过多个管子160和水冷却纵向管221。在节能装置140的水出口处设置两个节能装置中间集管200。水从节能装置中间集管200经过水冷却纵向管221流到出口集管(未示出)。

节能装置100包括从废气吸收热量并将热量传递到多个管子160内部的水的三个管簇的管子。这些管簇的深度和宽度随着封闭表面的尺寸和符合出口废气温度要求所需要的吸热量而变化。在图6所示的布置中，流体冷却封闭表面44仅围绕节能装置100的出口管簇140。流体冷却铸件表面在铸件集管500处终止。在该位置以下，铸件60限定对流通道铸件。在一种典型的节能装置中，机械支承件会从节能装置100的最下部管簇120向上延伸穿过节能装置100的所有管簇130、140。然后这些非冷却机械支承件连接到运送水的纵向管，从节能装置中间集管200向上穿过其余的水平对流通道(未示出)。

在很多现有蒸汽发生器中，经济和排放规定使业主转换初始设计燃料。这种转换通常导致较高的气体温度进入节能装置。这些较高温度可使常规非冷却机械支承系统变得庞大而昂贵。

机械支承件由于其简单性和适应性而通常用于针对宽泛范围蒸汽流的特定煤的特定蒸汽发生器设计。但是，改变燃料源意味着蒸汽发生器性能会受到影响而所产生的穿过加热表面的废气温度曲线会不同。例如，当点燃诸如粉状河床煤(Powder River Basin coal)之类的替代性燃料时，设计成用于东方烟煤的单元会看到废气温度增加几百度。这些增加的废气温度会导致蒸汽发生器输出减少。此外，由于需要更昂贵、更轻质的合金，用于这些机械支承件的材料可能变得不经济。

本发明解决了对适应由于燃料供应的改变、诸如从东方烟煤到次烟煤煤(例如粉状河床煤)的变化而在节能装置出口管簇140处发生的较高废气温度的新支承系统的需要。

本发明使消费者能够点燃多种燃料，而不必增加对流通道的尺寸。本发明可通过使用水冷却纵向条支承件来消除通常用在节能装置上的庞大、昂贵的机械支承件。

再参见图6，节能装置100是具有附加平行回路的传统的三流道设计。该平行回路包括流体连接到节能装置入口集管180并向上延伸穿过节能装置入口、中间和出口管簇120、130、140的水冷却纵向条支承件221。本发明中水冷却纵向条支承件221的应用场合，它们是连接到平行回路中节能装置入口集管180的，不同于集管连接到中间节能装置集管200的传统的纵向支承节能装置布置。由于水的出口流动必须在，由水冷却纵向条支承系统形成的多个平行路径之间分开，所以它也与典型的三流道节能装置不同。

在该设计中，水进入节能装置入口集管180。然后水主要流过形成节能装置100的管簇的多根管子160。流入节能装置入口集管180的水的一部分在平行路径中分开传输，该平行路径包括水冷却纵向回路221。保持流过水冷却纵向回路221的最小流量以将构成该回路的金属温度保持在设计极限内是很重要的。流过水冷却纵向条支承系统221的最大流量必须也限制成将节能装置性能保持在设计极限内。这通过确定流过形成节能装置100的主管管簇和通过水冷却纵向条支承系统221的水流量来实现，该水流量满足性能要求并符合整个所要求负载范围上的整体性支承。流率一旦确定了，就形成了沿各流路的所要求的具体压降。这可通过在节能装置入口集管180处的差分孔来实现，以给予通过纵向条支承系统221所需要的流率。或者可采用有肋的、热加工的或另外设有不同压降相对于流动特性的、不同内径支承管或管道，诸如插入流路的焊接环。

这些水冷却纵向条支承系统管221从节能装置入口集管180向上延伸穿过节能装置入口、中间和出口管簇120、130、140，穿过节能装置的管子之间存在的间隙。如本领域所已知的那样，节能装置管簇包括连续部分70(见图7)的以预定侧向间距设置并排布置的、其中流过废气的管道。在本发明中，这些水冷却支承件221设有每行管子160之间的支承件510(见图8)。较佳的是，带圈520围绕两相邻部分70，且这些系捆部分搁置在焊接到水冷却纵向管221的铸件530上。如图7和8所示，为一对相邻部分70设有纵向支承管221。通过将铸件530焊接到纵向管221，铸件还被水冷却，这允许使用低级别材料。

本发明实现几个优点，最大的优点是能够提供可对现有蒸汽发生器进行翻新的经济的节能装置布置。这些支承件消除了对昂贵、基于高合金的机械支承系统的需要。该节能装置设计能够用多种煤给予与现有节能装置相同的节能装置性能，而不必移动对流通道(即入口或中间集管)内的任何设备。还通过增加节能装置的可靠性并由于节能装置的间隔增大而使灰分生成减少从而有助于进行维修。

尽管详细地示出和描述了本发明的具体实施例以示出本发明原理的应用，但是应当理解，本发明可体现为其它方式而不背离这些原理。例如，本发明可应用于新型锅炉或蒸汽发生器构造，或更换、修理或改进现有锅炉或蒸汽发生器。在本发明的一些实施例中，有时使用本发明的某些装置而不使用其它装置是有利的。因而，所有这些更改和实施例都理应落入以下权利要求书的范围内。

Claims (4)

1.一种改进被设计成用于燃烧有限范围煤的现有蒸汽发生器的方法，熔炉用于燃烧煤并产生废气，对流通道用于接收所述废气，传热表面位于所述熔炉的气流方向的下游，传热表面包括位于所述对流通道中的机械支承的节能装置，所述方法包括以下步骤：

翻新现有蒸汽发生器以使之能燃烧更大范围的煤，所述翻新包括用完全水冷却纵向管支承的节能装置来代替现有的、机械支承的节能装置，其中水冷却纵向管支承的节能装置中的水冷却纵向管焊接到铸件，从而使得所述铸件作为水冷却的铸件操作。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：设置通过所述节能装置和支承纵向管的多个平行水流路。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：提供沿每个所述平行水流路的所要求的具体压降来实现通过所选路径内的所要求的流率。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，提供所要求的具体压降的步骤包括：提供不同内径的支承管、有肋管、热加工管、或插入所述流路的孔焊接环中的一个。

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