CN102149968A - 直流式锅炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直流式锅炉(1)，有一个包括一些矿物燃料燃烧器的燃烧室(2)，在上部区(4)内，在其就燃气而言的下游，通过水平烟道(6)连接垂直烟道(8)，其中，燃烧室(2)的外壁(12)在下部区(10)由互相气密焊接的、就流动介质而言连接在汽水分离系统上游的汽化器管构成，以及在上部区(4)由互相气密焊接的、就流动介质而言连接在汽水分离系统下游的过热管构成。本发明的目的是提供这种直流式锅炉(1)，它在结构方式比较简单的同时，应当有特别长的使用寿命。为此，在汽化器管区域与过热管区域之间的边界(22)，基本上水平环绕燃烧室(2)地设在水平烟道(6)的底部(18)区内。

Description

直流式锅炉
技术领域
本发明涉及一种直流式锅炉，有一个包括一些矿物燃料燃烧器的燃烧室，在上部区内，在其就燃气而言的下游，通过水平烟道连接垂直烟道，其中，燃烧室外壁在下部区由互相气密焊接的、就流动介质而言连接在汽水分离系统上游的汽化器管构成，以及在上部区由互相气密焊接的、就流动介质而言连接在汽水分离系统下游的过热管构成。
背景技术
在燃烧矿物燃料的锅炉中，利用矿物燃料的能量产生过热蒸汽，过热蒸汽接着可例如输入用于发电的汽轮机电厂中。尤其对于在电站环境中常见的蒸汽温度和压力，锅炉通常设计为水管式锅炉，也就是说，供给的水流入一些管内，这些管子吸收燃烧器火焰辐射热形式的能量和/或通过与在燃烧时产生的烟气对流获得的能量。
在燃烧器区域内，锅炉管通常构成燃烧室壁，为此它们气密地互相焊接。此外，就烟气而言连接在燃烧室下游的区域，也可以设置安装在废气通道内的锅炉管。
燃烧矿物燃料的锅炉可借助多项准则分类：锅炉通常可以设计为自然循环式、强制循环式或直流式锅炉。在直流式锅炉中，加热多个汽化器管导致在汽化器管内的流动介质在一次通过时完全汽化。通常为水的流动介质在其汽化后输入连接在汽化器管下游的过热管并在那里过热。这种说明仅准确地适用于在锅炉内水有亚临界压力时(PKri ≈221bar)的部分负荷，此时在没有温度时水和蒸汽可以同时出现，并因而也可以不分相。然而为了清楚易懂，在以下的说明中完全使用这种描述。汽化终点的位置，亦即流动中水的份额完全汽化的地点，是可变的并与运行类型有关。在这种直流式锅炉全负荷运行时，汽化终点例如在汽化器管的端部区内，所以汽化的流动介质的过热在汽化器管内已经开始。
与自然循环或强制循环式锅炉不同，直流式锅炉不受压力限制，所以它可以将新汽压力设计为远高于水的临界压力。
在低负荷运行或在起动时，这种直流式锅炉通常以在汽化器管内流动介质的最小流量运行，以保证汽化器管可靠冷却。为此，正是在例如小于设计负荷40％的低负荷时，通过汽化器的纯连续质量流一般不再足够用于冷却锅炉管，所以在循环中流过汽化器的流动介质流量上叠加附加的流动介质流量。因此在汽化器管内流动介质按运行规定的最小流量，在起动或在低负荷运行时在锅炉管内没有完全汽化，从而在这种运行类型时在汽化器管的端部存在未汽化的流动介质，尤其水汽混合物。
但由于通常在流过燃烧室壁后才在直流式锅炉的汽化器管下游连接的过热管并不是针对流过未汽化的流动介质设计的，所以通常将直流式锅炉设计为，即使在起动和在低负荷运行时也能可靠避免水进入过热管内。为此，汽化器管通常经由汽水分离系统与连接在其下游的过热管连接。在这里，汽水分离器促使在起动和在低负荷运行时从锅炉管排出的水汽混合物分离为水和蒸汽。蒸汽输入连接在汽水分离器下游的过热管，而分离出来的水则例如借助旋转泵可重新输入锅炉管，或可通过减压器引出。
此外，根据气流的流动方向，锅炉还例如可以分为垂直和水平的结构类型。对于采用垂直结构类型的燃烧矿物燃料的锅炉而言，通常区分为单流式锅炉和双流式锅炉。
在单流式锅炉或塔式锅炉中，通过在燃烧室内燃烧产生的烟气始终从下向上垂直流动。所有设在烟气通道内的加热面，就烟气而言位于燃烧室上方。塔式锅炉具有比较简单的结构和便于控制由于管道热膨胀产生的应力。此外，设在烟气通道内的锅炉管所有加热面是水平的，并因而可以彻底排水，在有冰冻危险的环境中这应是期望的。
对于双流式锅炉，在燃烧室上部区内就烟气而言在下游连接一个水平烟道，它汇入一个垂直烟道内。气体在此第二个垂直烟道中通常从下向上垂直流动。因此在双流式锅炉中烟气进行多次转向。这种结构方式的优点是，例如结构高度小和由此导致较低的生产成本。
在设计为双流式锅炉的锅炉中，通常第一烟道的壁，亦即燃烧室壁完全用作汽化器。因此就流动介质而言连接在汽化器管下游的汽水分离系统布置在燃烧室的上端。
基于不仅在各管的几何结构方面而且在其加热方面的差异，当然会在平行的管道内形成流动介质的不同质量流量和温度。考虑到下述理由必须限制这些所谓的偏差(Schieflagen)：
其一，汽化器加热面必须在锅炉的整个负荷范围充分冷却。为冷却所需的质量流量必须确保输入各个管道内。此外，在相邻管道之间由于各个管道热膨胀产生的应力不可以超过容许值。流动介质温度的不仅绝对值大小而且相邻管道之间的差别均应加以限制，因为要不然可能引起损坏燃烧室壁。
为了减少在汽化器管内的温度偏差，例如可以在用作汽化器的燃烧室壁内置入混合点。此时从汽化器管引出流动介质，使之混合，并重新分配给其他汽化器管。这种系统在混合点之后必须针对均匀分配水和蒸汽的混合物设计。因此这种结构在技术上比较复杂并导致显著提高制造成本。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是，提供一种上述类型的直流式锅炉，它在结构方式比较简单的同时，应当有特别长的使用寿命。
按照本发明为上述技术问题而采取的措施是，在汽化器管区域与过热管区域之间的边界，基本上水平环绕燃烧室地设在水平烟道的底部区内。
在这方面本发明考虑问题的出发点在于，若可以在汽化器管内不配置附加混合点的情况下达到锅炉管内比较小的温度偏差，便能在结构方式比较简单的同时，达到比较长的使用寿命。
在锅炉中存在的汽水分离系统，在循环运行时还收集从汽化器管排出的水并将其与蒸汽分离。在连续运行时混合进入的蒸汽并分配给就流动介质而言连接在下游的过热管。在这种情况下显著减小温度偏差。从下述认识出发，亦即汽水分离系统由此基本上满足一个混合点的功能，因而通过将这一系统较深地定位在例如水平烟道的底部区内，便可以用作在燃烧室壁内部的混合点，无需附加的混合系统。
此外通过汽水分离系统的所述定位，达到将在汽化器管区域与过热管区域之间的边界，基本上水平环绕燃烧室地设在水平烟道的底部区内。
按有利的设计，在汽化器管区域与过热管区域之间的边界，基本上水平环绕燃烧室地设在由外壁和水平烟道底部形成的棱边所在高度。通过这种布局，燃烧室的所有与水平烟道壁的管道焊接的管道同样设计为过热管。在迄今燃烧室完全由汽化器管构成的结构方式中，汽化器管与过热管在此位置平行焊接。这尤其当锅炉热起动时带来问题，因为通过用冷的流动介质充填汽化器管，相对于未充填的过热管产生巨大的温度差。由于将汽水分离系统设置在由外壁和水平烟道底部形成的棱边所在高度，不再出现这种垂直的分界点，并可以在使用寿命比较长的同时实现锅炉在总体上更可靠地运行。
在双流式锅炉中，为了改善气流流动，外壁的面朝垂直烟道的部分在水平烟道下方向内倾斜，并由此与毗邻的水平烟道底部一起形成一个伸入燃烧室内的凸鼻。在这种锅炉中，在汽化器管区域与过热管区域之间的边界，基本上水平环绕燃烧室地直接设在该凸鼻上方。
按另一项有利的设计，水平烟道的底部由互相气密焊接的、就流动介质而言连接在汽水分离系统上游的汽化器管构成。也就是说，水平烟道的底部适合于设计为附加的汽化器加热面，因为它的管道不是平行地与水平烟道垂直管系的用作过热器的壁焊接，因而保持较低的因不同热膨胀产生的负荷。
采用本发明带来的优点尤其在于，通过在汽化器管区域与过热管区域之间的边界，基本上水平环绕燃烧室地布置在水平烟道的底部区内，可以双重利用汽水分离系统作为用于减小并联管道之间的温度差的混合点。此外克服了双流式锅炉的一个主要的缺点，亦即排除了在作为汽化器的壁加热面与用作过热器的壁加热面之间的垂直分界点。由此尤其在锅炉热起动时，此时当汽化器管内充填比较冷的流动介质时在这些分界点将产生大的温度差和应力，正是因为避免了这种应力，从而可以达到锅炉总体上更可靠地运行和有更长的使用寿命。
此外，通过将汽水分离系统并因而在汽化器管与过热管之间的边界较深地布置在燃烧室内，可以在汽水分离系统处较少过热并因而可以在总体上更加保护材料地起动锅炉，由此可以进一步延长锅炉的使用寿命，而且还可以为制造锅炉采用更便宜的材料。
附图说明
下面借助附图详细说明本发明的一种实施例。图中示意表示一种双流结构方式的直流式锅炉。
具体实施方式
图示的直流式锅炉1包括一个设计为垂直烟道的燃烧室2，在它的下游，在上部区4连接一个水平烟道6。另一个垂直烟道8与水平烟道6连接。
在燃烧室2的下部区10设置一些图中没有表示的燃烧器，它们在燃烧室内燃烧液体或固体燃料。燃烧室2的外壁12由互相气密焊接的锅炉管构成，通过一台没有详细表示的泵在锅炉管内泵入通常为水的流动介质，它通过由燃烧器产生的热量加热。在燃烧室2的下部区10内，锅炉管可以或螺旋形或垂直定向。在螺旋形配置的情况下，需要比较高的结构性费用，由此在并联的管道之间产生的偏斜，比垂直管系的燃烧室小。
在燃烧室2的下部区10内的锅炉管设计为汽化器管。流动介质首先在汽化器管内汽化，以及经管道14输入图中没有详细表示的汽水分离系统。在汽水分离系统中收集并引出尚未汽化的水。产生的蒸汽引入燃烧室2的壁内，以及分配给那些设在上部区4内和水平烟道6壁内的过热管。这种分离尚未汽化的水尤其在起动工作时是必要的，此时为了可靠冷却汽化器管，必须泵入比在汽化器管内流过时能汽化的量更大的流动介质。
图示的直流式锅炉1为了改善对烟气的导引还包括一个凸鼻16，它直接过渡为水平烟道6的底部18并伸入燃烧室2内。此外，在从燃烧室2到水平烟道6的过渡区内，在烟气通道中设置由另一些过热管组成的格栅20。
尤其在垂直管系的燃烧室2中，现在可能导致并联的汽化器管之间的温度差，它们通过不同的热膨胀会危及锅炉的运行。为了达到不使用附加构件混合来自不同管道的流动介质并因而同化温度，在汽化器管与过热管之间的边界22直接设置在所述凸鼻16的上方。由此使汽水分离系统不仅在起动工作时起分离器的作用，而且还在连续运行时起混合点的作用，因为在汽水分离系统中聚集、混合来自汽化器管的全部流动介质，并将它们重新分配给过热管。
因为现在不仅燃烧室2的上部区4而且水平烟道6的壁用作过热管，所以也实现在平行焊接的汽化器管与过热管之间的格栅20的区域内没有垂直的分界点。确切地说，仅仅燃烧室2的下部区10和水平烟道的底部16用作汽化器管，由此在此区域内仅过热管互相平行焊接。

Claims (4)

1.一种直流式锅炉(1)，有一个包括一些矿物燃料燃烧器的燃烧室(2)，在上部区(4)内，在其就燃气而言的下游，通过水平烟道(6)连接垂直烟道(8)，其中，燃烧室(2)的外壁(12)在下部区(10)由互相气密焊接的、就流动介质而言连接在汽水分离系统上游的汽化器管构成，以及在上部区(4)由互相气密焊接的、就流动介质而言连接在汽水分离系统下游的过热管构成，以及，在汽化器管区域与过热管区域之间的边界(22)，基本上水平环绕燃烧室(2)地设在水平烟道(6)的底部(18)区内。
2.按照权利要求1所述的直流式锅炉(1)，其中，在汽化器管区域与过热管区域之间的边界(22)，基本上水平环绕燃烧室(2)地设在由外壁(12)和水平烟道(6)底部(18)形成的棱边所在高度。
3.按照权利要求1或2所述的直流式锅炉(1)，其中，所述外壁(12)的面朝垂直烟道(6)的部分在水平烟道(6)下方向内倾斜，并由此与毗邻的水平烟道(6)的底部(18)一起形成一个伸入燃烧室内的凸鼻(16)，以及，在汽化器管区域与过热管区域之间的边界(22)，基本上水平环绕燃烧室(2)地直接设在该凸鼻(22)上方。
4.按照权利要求1至3之一所述的直流式锅炉(1)，其中，水平烟道(6)的底部(18)由互相气密焊接的、就流动介质而言连接在汽水分离系统上游的汽化器管构成。
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