CN1016887B - 锅炉的流体流动回路 - Google Patents

Abstract

用于具有燃烧室和排烟道的锅炉的流体流动回路，包括排烟道中的上升管束和位于其下游的下降管束。上部下降管与锅筒相连并将水供到上升管束的下联箱和下降管束的上联箱，上部下降管也可将水供到对流炉壁回路的上进口联箱。下部下降管连到下降管束的下联箱和对流炉壁回路下出口联箱，并将水供到燃烧室中的炉膛回路中，炉膛回路上端接到与锅筒相连的上升管。上升管束的上联箱通过上升管连接锅筒，以构成完整的回路。

Description

本发明涉及锅炉的回路设计，特别是涉及用于在炉中吸热的一种新颖的、实用的受热管循环系统。

从炉中接受热量、并使流体从低位流到高位的回路称之为“上升回路”，而接受热量、并使流体从高位流到低位的回路称之为“下降回路”。一个回路由一根管子或一组管子组成，这组管子从一个公共点，如联箱或蒸汽锅筒引出，终止于同样为联箱或锅筒这样的公共点。

在大多数自然循环锅炉设计中，构成蒸发部分的受热管一般供流体向上流动，但在多锅筒锅炉中，蒸发管束的下降受热管则不然。在这种类型的锅炉中，下降受热管提供炉内和蒸发管束部分的上升管的全部循环流量。

图1表示了一种典型的工业锅炉的循环流程。在此流程中，过冷水从锅筒10进入炉内排烟道20中受热蒸发管束的下降管12内。水在管束的管子中向下流动，并被收集在管束的下锅筒14中。由于管束中每根管12吸收了热量，所以进到下锅筒14中的水的焓值增加了。根据所吸收热量的多少，下锅筒14中的水可以是过冷的或者饱和的。离开下锅筒14的混合物或者向上流入蒸发管束的上升管16中，或者向下流到称为下降管的粗大管子18中。向上流入上升管16的液体吸热并进入锅筒10。向下流入下降管18的液体或者通过直接连接下降管18和进口联箱19的下降管18到达炉膛进口 联箱19，或者通过用来将液体供到特定的进口联箱的中间供给管22到达炉膛进口联箱19。进到一个进口联箱19的液体分布到与该进口联箱19相连的各炉管24中。炉管由炉膛燃烧室30中燃料的燃烧来加热。由炉管24吸收的热量使炉管24中的液体沸腾，由此生成水和汽的两相混合物。炉管24中的两相混合物或者通过与锅筒10直接连接的炉管24到达锅筒10，或者通过中间上升管26到达锅筒10，中间上升管26将两相混合物从炉膛回路的出口联箱28传送到锅筒10。锅筒10内的内部分离装置将两相混合物分开而成汽和水。从锅筒10中的供水管（未示出）放出的过冷水和从分离装置中放出的饱和液体混合在一起形成过冷液体，过冷液体流出锅筒10进入下降管12，按照这样的流程就完成了一个流动循环。

对于蒸汽锅炉的蒸发管束、选定的受到燃烧气流冲刷的炉膛炉壁和对流炉壁来说，要求保证一个临界输入热量，以使流体在管束和对流炉壁回路中所有的管子内充分向上环流而又不致产生流动的不稳定性。在这里，对流炉壁是指由输送流体的管子构成的各种结构，这些结构主要是通过烟气流和管子之间的对流传热来吸取热量，并至少部分地构成了锅炉的排烟道或一些通道。对于某些设计来说，如果不改用更贵的管束或改变对流炉壁的几何构形（如：为提高管内流速而加厚管子，增加管束或炉壁的高度，通过增设循环系统压力装置来减小系统中的流动阻力等），就不可能使蒸发管束或对流炉壁中所有管子内的流体都向上环流。

在大多数自然循环锅炉的设计中，作为取代较昂贵的蒸发管束的一种方案，可增设省煤（或油）器，用来进一步吸取热量，以使锅炉出口的烟气温度达到要求。当增设省煤器时，省煤器出口水温就可相 应地提高。省煤器的出口水被供入锅筒。如果省煤器出口水温达到锅筒中液体的饱和温度，则锅炉的循环系统将不会从进入锅筒的给水中取得过冷的作用。给水系统对锅筒的过冷作用提供了一部分“泵压”头，这种“泵压”头是使循环系统运转所必需的。当由于省煤器出口水温达到或接近饱和温度而无法获得过冷时，要实现锅炉充分的循环和所需的锅炉效率（出口烟气温度），就需增加锅炉的成本，因为这时就必须降低省煤器的出口水温（例如使用蛇形水管空气加热器）或增设循环系统压力装置（这就要另外增加费用）。

本发明的一个目的是将选定的下降回路和上升回路结合起来，使得用于选定的各组下降回路或上升回路的循环系统彼此是独立的。这个原理可用于多种类型的锅炉设计中（例如：辐射式锅炉、斯特林动力锅炉、循环流化床锅炉、过程再生锅炉、城市固体废料锅炉以及涡轮排气锅炉）。

本发明的下降蒸发管束和下降对流炉壁回路，可以解决以最低的设备成本实现所需的锅炉效率这一经济问题，即不必为使蒸汽锅炉蒸发管束或对流炉壁中流体向上流动而增加设备成本，或者不必象先有技术那样增设省煤器而增加费用。

根据本发明，来自锅筒的水由下降管供到上升蒸发管束的下进口联箱和下降蒸发管束的上进口联箱。此外，如果需要的话，下降对流炉壁回路也可由下降管将水供到其上进口联箱，将过冷水从中向下传送。根据确定的锅炉的要求，本发明必要时能被选用到所有或其中某些蒸发管束和（或）所有或其中某些对流炉壁回路中。

进入上升蒸发管束下联箱的水沿着管束中的管子向上流动，沿路吸收热量。这样，由于水吸收了热量，就在管子内生成两相混合物。 两相混合物从管子中流出并进入上升蒸发管束的出口联箱。然后，两相混合物由上升管传送到锅筒中。

进入下降蒸发管束上部进口联箱的水分布到构成这些管束回路的管子中。水在这些管束的管子中向下流动，并被收集在管束的下部出口联箱中。类似地，进入下降对流炉壁回路上部进口联箱的水，分布到构成这些回路的管子中。水沿着下降对流炉壁回路的管子向下流动，并被收集在下降对流炉壁回路的下部出口联箱中。在此出口联箱中的水由于沿路吸热而焓值升高。然而，此出口联箱中的水通常是过冷的，原因是从下降管束或下降对流炉壁回路吸收的热量不足以将水加热到饱和温度。

如果设置上升蒸发管束，则通常将它安置在下降蒸发管束的上游（相对于燃烧气体的流向来说）。当燃烧气体中的热量足以超过使管束中的流体既能充分向上环流又能防止流动不稳定所需热输入量的临界值时，就要采用这种布置。然而，如果某一确定位置处的热输入量低于此临界值，从此位置起所有蒸发管束都应被配置成下降蒸发管束。这样，如果所有蒸发管束的上游热输入量低于此临界值时，所有的蒸发管束都将配置为下降蒸发管束。

从下降蒸发管束的出口联箱和从下降对流炉壁回路的出口联箱，引出下部下降管和供给管，用于给锅炉的炉膛回路供水。在炉膛回路中产生的两相混合物由上升管传送到锅筒中。

锅筒中的内部分离装置将两相混合物分成蒸汽和水。从锅筒中供给管放出的过冷水和从分离装置放出的饱和液体混合在一起，以形成过冷液体，并由下降管引出锅筒，这样就完成了本发明的流动循环。

为更好地理解本发明、它的工作优点以及具体的应用，下面结合 附图对本发明的优选实施例加以详细说明。

在附图中：

图1是用于常规工业锅炉的受热管回路的示意性流程图;

图2是根据本发明的炉中受热管回路的正视图;

图3是本发明的另一个实施例的类似于图2的视图;

图4是根据本发明的炉中受热管回路的正视图，其中为清楚起见，省略了蒸发管束，此图表示了本发明应用到典型的下降对流炉壁回路中的情况。

参照附图，特别见图2，图2所示本发明实施例包括一个用于锅炉的流体流动回路，该锅炉具有一个燃烧室30和一条排烟道20。本发明的流体流动回路包括一个采用常规设计的锅筒40。第一和第二上部下降管42和44连接到锅筒40上，用来接收过冷水。如果需要的话，还可采用另外的上部下降管。类似地，第一和第二组上升管58和60与锅筒40相连，用于将饱和水和蒸汽的两相混合物返送到锅筒40中。如果需要也可采用另外的上升管束。

一个单一的上升蒸发管束46设置在排烟道20中，并且具有一个与上部下降管42相连的下进口联箱52，和一个与第一组上升管58相连的上出口联箱50。

一对下降蒸发管束48也安置在排烟道20中，并位于上升管束46的下游（相对于由箭头所示的燃烧气体的流向来说）。每个下降流管束48具有一个上进口联箱54和一个下出口联箱56。每个下降管束的进口联箱54都与接收来自锅筒40的过冷水的第二上部下降管44相连。过冷水在排烟道20中被进一步加热，并作为给水供到一对下部下降管62。如果需要，还可采用另外的下部下降管。下 部下降管62与由标号66总体表示的各组供给管相连，这些供给管组构成多炉膛回路64的下端，炉膛回路64沿燃烧室30延伸，用来吸收燃烧室30中产生的热量。炉膛回路64的上端与上升管组58和60相连，用于将水和蒸汽的两相混合物供到锅筒40中。

图3表示了本发明的另一个实施例，其中相同的标号表示相同或类似的部件。在图3中，两个上升管束46安置在排烟道20中的上游位置，而一个单一的下降管束48安置在排烟道20中的上升管束46的下游。其它连接与图2所示的实施例相同。

图4表示了根据发明炉中受热管回路的正视图，其中为清楚起见，省略了上升和下降管束46和48，并表示了将本发明应用到典型的下降对流炉壁回路68中。在图4中，表示出了三个这种下降对流炉壁回路68，它们安置在排烟道20中，并部分地限定了排烟道20，每个回路都有一个上联箱70和一个下联箱72。给下降管束48供水的上部下降管44，也用于将过冷水供入下降对流炉壁回路68。类似地，如上所述的与下出口联箱56相连并从下降管束48接收加热的水的下部下降管62，也用来连接到对流炉壁回路的下联箱72上以接收来自回路68的水。其它连接与图2和图3所示的实施例相同。

应当理解，本发明可以不应用到对流炉壁回路而应用于所有或其中某些蒸发管束，或者仅仅应用于对流炉壁回路而不应用于蒸发管束，或者仅仅有选择地应用于某些以任何方式组合这两种回路而成的回路中。也可以理解，尽管图中所示对流炉壁回路68是作为部分地限定排烟道20的侧壁，但是本发明也同样可应用到所有或其中某些对流炉壁回路中，例如：顶壁、底壁、挡板壁面、隔墙、或其它将烟 气流分成多股流路的结构上，这些构件部分地构成排烟道20，而且这种回路的出口联箱72的位置低于其进口联箱70。

因此可以看到，本发明可使锅炉中分立的各流动回路产生充分的自然循环，而不必使用价格昂贵的管束或炉壁几何构形。这样，本发明能简易地适用于现有的或新型的结构中，使各组独立的下降或上升回路满足设计对自然流动特性的要求。虽然为表明本发明原理的应用，已经图示并详细地说明了本发明的具体实施例，但在不超出本发明原理的条件下，还可设计出本发明的其它实施例。

Claims (19)

1、一种用于具有燃烧室(30)和排烟道(20)的锅炉的流体流动回路，包括：

一个使蒸汽和水分离的锅筒(40)，

连接在锅筒(40)上用于从中接收水的第一和第二上部下降管(42，44)，

至少一个上升蒸发管束(46)，它具有一个上出口联箱(50)和一个下进口联箱(52)，并设置在排烟道(20)中用来吸热，第一上部下降管(42)与上升管束(46)的下进口(52)相连，以接收第一部分水，

其特征是还包括：

至少一个下降蒸发管束(48)，它具有一个上进口联箱(54)和一个下出口联箱(56)，并设置在排烟道(20)中用来吸热，第二上部下降管(44)与下降蒸发管束(48)的上进口联箱(54)相连，以接收第二部分水，

连接在锅筒(40)上，用于将饱和蒸汽和水的混合物返送到锅筒(40)中的上升管(58，60)，上升蒸发管束(46)的上出口联箱(50)与上升管(58，60)相连，

至少一个连接在下降蒸发管束(48)的下出口联箱(56)上的下部下降管(62)，

至少一个沿着燃烧室(30)延伸、用于从中接收热量的炉膛回路(64)，它具有一个与至少一个下部下降管(62)相连的下端和一个与上升管(58，60)相连的上端。

2、根据权利要求1的流体流动回路，其特处是：具有多个炉膛回路（64）以及多个连接在所述至少一个下部下降管（62）和多个炉膛回路（64）之间的供给管组（66）。

3、根据权利要求2的流体流动回路，其特征是：在排烟道（20）中有两个下降蒸发管束（48）和一个上升蒸发管束（46），每个下降蒸发（48）具有与第二上部下降管（44）相连的进口联箱（54）和与所述至少一个下部下降管（62）相连的下出口联箱（56）。

4、根据权利要求3的流体流动回路，其特征是：所述至少一个下部下降管（62）由一个与每个下降蒸发管束（48）的下出口联箱（56）相连的分立的下部下降管构成。

5、根据权利要求2的流体流动回路，其特征是：在排烟道（20）中有两个上升蒸发管束（46）和一个下降蒸发管束（48），每个上升蒸发管束（46）具有一个与上升管（58，60）相连的上出口联箱（50）和一个与第一上部下降管（42）相连的下进口联箱（52）。

6、根据权利要求5的流体流动回路，其特征是：第一和第二上部下降管（42，44）各由一个与每个上升蒸发管束（46）的下进口联箱（52）相连的分立的下降管构成。

7、根据权利要求1的流体流动回路，其特征是：上升蒸发管束（46）相对于来自燃烧室（30）的烟气流向来说，设置在排烟道（20）中下降蒸发管束（48）的上游。

8、一种用于具有燃烧室（30）和排烟道（20）的锅炉的流体流动回路，包括：

一个使蒸汽和水分离的锅筒（40），

连接在锅筒（40）上用于从中接收水的上部下降管（44），

其特征是还包括：

至少一个下降对流炉壁回路（68），它具有一个上联箱（70）和一个下联箱（72），它安置在排烟道（20）中并部分地限定排烟道（20），以吸取热量，所述至少一根上部下降管（44）与上联箱（70）相连，以接收一部分水，

连接在锅筒（40）上用于将饱和蒸汽和水的混合物返送进锅筒（40）的上升管（58，60），

一根与对流炉壁回路（68）的下联箱（72）相连的下部下降管（62），

至少一个沿着燃烧室（30）延伸用于从中接收热量的炉膛回路（64），它具有一个与下部下降管（62）相连的下端和一个与上升管（58，60）相连的上端。

9、根据权利要求8的流体流动回路，其特征是还包括至少一个上升蒸发管束（46），它具有一个上出口联箱（50）和一个下进口联箱（52），并设置在排烟道（20）中用于吸热，上部下降管（42，44）与上升蒸发管束（46）的下进口联箱（52）相连，以接收另一部分水。

10、一种用于具有燃烧室（30）和排烟道（20）的锅炉的流体流动回路，包括：

一个使蒸汽和水分离的锅筒（40），

连接在锅筒（40）上用于从中接收水的上部下降管（42，44），

至少一个上升蒸发管束（46），它具有一个上出口联箱（50）和一个下进口联箱（52），并安置在排烟道（20）中用来吸热，一根上部下降管（42，44）与上升蒸发管束（46）的下进口联箱（52）相连，以接收第一部分水，

其特征是还包括：

至少一个下降蒸发管束（48），它具有一个上进口联箱（54）和一个下出口联箱（56），并安置在排烟道（20）中用来吸热，一根上部下降管（42，44）与下降蒸发管束（48）的上进口联箱（54）相连，以接收第二部分水，

至少一个下降对流炉壁回路（68），它具有一个上联箱（70）和一个下联箱（72），它安置在排烟道（20）中并部分地限定排烟道（20），以吸取热量，一根上部下降管（42，44）与对流炉壁回路（68）的上联箱（70）相连，以接收第三部分水，

连接在锅筒（40）上用于将饱和蒸汽和水的混合物返送进锅筒（40）的上升管（58，60），上升蒸发管束（46）的上出口联箱（50）与至少一根上升管（58，60）相连，

与下降蒸发管束（48）的下出口联箱（56）和对流炉壁回路（68）的下联箱（72）相连的下部下降管（62），

至少一个沿着燃烧室（30）延伸、用于从中接收热量的炉膛回路（64），它具有一个与下部下降管（62）相连的下端和一个与上升管（58，60）相连的上端。

11、根据权利要求10的流体流动回路，其特征是具有多个炉膛回路（64）和多个连接在下部下降管（62）和多个炉膛回路（64）之间的供给管组（66）。

12、根据权利要求11的流体流动回路，其特征是：在排烟道（20）中具有两个下降蒸发管束（48）和一个上升蒸发管束（46），每个下降蒸发管束（48）具有与上部下降管（44）相连的上进口联箱（54）和与下部下降管（62）相连的下出口联箱（56）。

13、根据权利要求12的流体流动回路，其特征是：下部下降管（62）各由一个与每个下降蒸发管束（48）的下出口联箱（56）和对流炉壁回路（68）的下联箱（72）相连的分立的下降管构成。

14、一种用于具有燃烧室（30）和排烟道（20）的锅炉的流体流动回路，包括：

一个使蒸汽和水分离的锅筒（40），

连接在锅筒（40）上用于从中接收水的上部下降管（42，44），

其特征是还包括：

至少一个下降蒸发管束（48），它具有一个上进口联箱（54）和一个下出口联箱（56），并安置在排烟道（20）中用来吸热，至少一根上部下降管（42，44）与下降蒸发管束（48）的上进口联箱（54）相连，以接收第一部分水，

至少一个下降对流炉壁回路（68），它具有一个上联箱（70）和一个下联箱（72），它安置在排烟道（20）中并部分地限定排烟道（20），以吸取热量，至少一根上部下降管（42，44）与对流炉壁回路（68）相连，以接收第二部分水，

连接在锅筒（40）上用于将饱和蒸汽和水的混合物返送进锅筒（40）的上升管（58，60），

与下降蒸发管束（48）的下出口联箱（56）和对流炉壁回路（68）的下联箱（72）相连的下部下降管（62），

至少一个沿着燃烧室（30）延伸、用于从中接收热量的炉膛回路（64），它具有一个与下部下降管（62）相连的下端和一个与上升管（58，60）相连的上端。

15、根据权利要求14的流体流动回路，其特征是：具有多个炉膛回路（64）和多个连接在下部下降管（62）和多个炉膛回路（64）之间的供给管组（66）。

16、根据权利要求15的流体流动回路，其特征是：在排烟道（20）中具有多个下降蒸发管束（48）和多个分立的下降对流炉壁回路（68），每个下降蒸发管束（48）和对流炉壁回路（68）都具有与上部下降管（42，44）相连的上联箱（54，70）和与下部下降管（62）相连的下联箱（56，72）。

17、根据权利要求16的流体流动回路，其特征是：下部下降管（62）各由一个与每个下降蒸发管束（48）的下出口联箱（56）和每个对流炉壁回路（68）的下联箱（72）相连的分立的下部下降管构成。

18、一种用于具有燃烧室（30）和排烟道（20）的锅炉的流体流动回路，包括：

一个使蒸汽和水分离的锅筒（40），

连接在锅筒（40）上用于从中接收水的上部下降管（42，44），

其特征是还包括：

至少一个下降蒸发管束（48），它具有一个上进口联箱（54）和一个下出口联箱（56），并安置在排烟道（20）中用来吸取热量，至少一根上部下降管（42，44）与下降蒸发管束（48）的上进口联箱（54）相连，以接收水，

连接在锅筒（40）上用于将饱和蒸汽和水的混合物返送进锅筒（40）的上升管（58，60），

与下降蒸发管束（48）的下出口联箱（56）相连的下部下降管（62），

至少一个沿着燃烧室（30）延伸、用于从中吸取热量的炉膛回路（64），它具有一个与下部下降管（62）相连的下端和一个与上升管（58，60）相连的上端。

19、根据权利要求18的流体流动回路，其特征是：具有多个炉膛回路（64）和多个连接在下部下降管（62）和多个炉膛回路（64）之间的供给管组（66）。

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