CN102245966A - 直流式锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直流式锅炉(1)，包括燃烧室(2)，它有一些用于矿物燃料的燃烧器和一个由互相气密焊接的锅炉管(20)构成的外围壁(12)，其中，在燃烧室(2)上部区(4)就燃气而言的下游通过水平烟道(6)连接垂直烟道(8)，以及，在水平烟道(6)下方，外围壁(12)的面朝垂直烟道(8)的部分向内倾斜，由此与毗邻的水平烟道(6)底部(16)一起形成一个伸入燃烧室(2)中的凸起(14)，这种直流式锅炉(1)在运行可靠性特别高的同时，应当有简单的结构。为此，在凸起(14)的至少一部分锅炉管(20)就流动介质而言的下游，在其上端连接一些支承管(26)，这些支承管基本上垂直于凸起(14)的下端延伸。

Description

直流式锅炉

技术领域

本发明涉及一种直流式锅炉，包括燃烧室，它有一些用于矿物燃料的燃烧器和一个由互相气密焊接的锅炉管构成的外围壁，其中，在燃烧室上部区就燃气而言的下游通过水平烟道连接垂直烟道，以及，在水平烟道下方，外围壁的面朝垂直烟道的部分向内倾斜，由此与毗邻的水平烟道底部一起形成一个伸入燃烧室中的凸起。

背景技术

在燃烧矿物燃料的锅炉中，矿物燃料的能量用于产生过热蒸汽，过热蒸汽接着例如在电厂中可以供给汽轮机发电。尤其在电厂环境中常见的蒸汽温度和压力下，锅炉通常设计为水管锅炉，亦即供给的水流入一些管子中，它们吸收形式上为燃烧器火焰辐射热的能量和/或通过与燃烧时形成的烟气对流来吸收能量。

在燃烧器的区域内，锅炉管通常构成燃烧室壁，为此它们互相气密焊接。在就烟气而言连接在燃烧室下游的另一些区域内，也可以采用设在排气通道内的锅炉管。

燃烧矿物燃料的锅炉可借助多项准则分类：锅炉一般可设计为自然循环式、强制循环式或直流式锅炉。在直流式锅炉中，加热多个锅炉管导致锅炉管内的流动介质在一次通过时完全蒸发。通常为水的流动介质，在其蒸发后供给连接在锅炉管下游的过热器管并在那里被过热。这种表述只是在锅炉内水处于亚临界压力(P_Kri≈221bar)的部分负荷时才认为是准确的。但为了清楚易懂在下面的说明中始终采用这种说法。在这种情况下蒸发终点的位置，亦即流动中水的份额在这里完全汽化的地点，是可变的和与运行类型有关。在这种直流式锅炉全负荷运行时，蒸发终点例如位于锅炉管的一个端部区内，所以汽化的流动介质在锅炉管内已经开始过热。

与自然循环、强制循环锅炉不同，直流式锅炉不受压力限制，所以它可以设计为使新汽压力远高于水的临界压力。

在低负荷运行时或起动时，这种直流式锅炉通常以在锅炉管内流动介质的最小流量运行，以确保锅炉管可靠冷却。为此，正好在例如小于设计负荷40％的低负荷时，单纯通过锅炉的连续质量流量通常不再足以冷却锅炉管，所以在循环时在通过锅炉的流动介质流量上，叠加一个附加的流动介质流量。因此，在起动或在低负荷运行时，在锅炉管内根据运行规定的流动介质最小流量在锅炉管内没有完全汽化，从而在这种运行类型的情况下，在锅炉管末端还存在未蒸发的流动介质，尤其水汽混合物。

然而因为通常只是在流过燃烧室壁后才连接在直流式锅炉的锅炉管下游的过热器管，并不针对未蒸发的流动介质流设计，所以一般将直流式锅炉设计为，即便在起动或在低负荷运行时，也能可靠避免水进入过热器管内。为此，锅炉管通常经由汽水分离系统与连接在其下游的过热器管连接。汽水分离器在这里促使在起动或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。蒸汽供给连接在汽水分离器下游的过热器管，而分离出来的水则例如可借助循环泵重新输入锅炉管，或通过减压器排出。

此外，基于气流的流动方向，锅炉还例如分为垂直和水平的结构类型。其中对于燃烧矿物燃料的立式锅炉，通常还区分单通道和双通道式锅炉。

在单通道或塔式锅炉的情况下，通过在燃烧室内燃烧产生的烟气始终垂直地从下向上流动。配置在烟气通道中的所有加热面就烟气而言处于燃烧室上方。塔式锅炉提供一种比较简单的结构和易于控制由于管子热膨胀产生的应力。此外，配置在烟气通道中的锅炉管所有的加热面是水平的并因而可以完全排水，这在有冰冻危险的环境中应是期望的。

在双通道锅炉的情况下，在燃烧室上部区就烟气而言的下游连接水平烟道，它汇入垂直烟道内。气体通常垂直地从上向下流入此第二垂直烟道内。因此在双通道锅炉中烟气进行多次转向。这种结构方式的优点例如在于结构高度低和由此导致较低的生产成本。

在设计为双通道锅炉的锅炉中，壁通常悬挂地安装在锅炉骨架内，所以它们在运行中受热时可以向下自由膨胀。在这里双通道锅炉一般包括每个通道四个壁，对此应当注意的是，各通道的壁应均匀膨胀，因为要不然会在各壁的连接处产生不允许的应力。

此外，这种双通道锅炉往往还包括所谓的燃烧室凸起。所述凸起是一个凸块，它由在通向水平烟道的过渡处向里倾斜的燃烧室壁和水平烟道的底部构成。这种燃烧室凸起改善在通向水平烟道的过渡处烟气的流动。

然而与此同时存在的缺点是，由于这种燃烧室凸起，将燃烧室后壁，亦即面朝水平烟道和第二垂直烟道的壁的管系截断。因此，后壁的重量通常必须通过在凸起上端与下端之间特殊的结构传入锅炉骨架内，从而在加热或受载时，例如由于内压、灰渣沉积物或自重，后壁以与其他壁相同的量运动。为了解决这一问题，迄今存在不同的方案：

例如，凸起的上端和下端可以借助拉杆和弹簧或所谓恒定吊杆(尽管弹簧行程改变它们仍始终传递近似相同的力)实现。因此这种结构与壁不同的膨胀相适应。然而例如由于内压变化或由于灰渣沉积物造成的不同负荷，引起与侧壁的连接处高的应力。此外，这些恒定吊杆成本很高。

另一种可能性在于，下部燃烧室的管沿垂直方向干脆进一步延伸到在锅炉骨架内的悬挂点。由此从凸起下端到锅炉骨架的连接处有与侧壁和前壁近似相同的温度。当然，凸起的管系此时必须单独实现，这意味着附加的连接管费用。

另一种可能性在于，燃烧室后壁的管在凸起下端就流动介质而言分割，从而一部分管导入凸起的管系内，另一部分与凸起平行地垂直于锅炉骨架。但由此仅一部分管和流动介质可供凸起使用，这在有些情况下会导致凸起不能充分地冷却，因为凸起由于其在燃烧室内突出的位置因而被加入比较大的热量。与之相比，对于引用的垂直向上延伸的支承管的加热量比较小，这会引起有关质量流量分配的问题。在凸起上方的所有壁管和支承管，在出口处应尽可能有相同的蒸汽温度。此外，在凸起的管系内例如由于改变管的分割或不同的管几何尺寸需要复杂的过渡。

发明内容

因此本发明要解决的技术问题是，提供一种前言所述类型的直流式锅炉，它在运行可靠性特别高的同时，有简单的结构。

按本发明为达到此目的采取的措施是，在凸起的至少一部分锅炉管就流动介质而言的下游，在其上端连接一些支承管，它们基本上垂直于凸起的下端延伸。

本发明在这里考虑问题的出发点在于，若后壁尤其在凸起区内的悬挂能通过垂直配置的支承管实现并因而无需附加的弹簧或恒定吊杆，则按双通道结构形式的直流式锅炉可以实现一种特别简单的技术结构。在这里为了运行安全应当注意，基于高的加入热量对凸起本身应进行充分的冷却。由于这一背景，应将燃烧室后壁下部区的管尽可能大部分引入凸起内，从而几乎全部质量流量可提供用于凸起的冷却。此时当然管不再用作后壁的支承管。凸起复杂的分配系统或单独的管系，这些作为补救办法当然又意味着技术上附加的结构费用。

因此为了达到这些看上去矛盾的设计目的，首先在凸起的上端至少一部分管应逆燃烧室管系要不然通常的流动方向从上向下延伸。然后这些管可以在与凸起下端连接时用作后壁的支承管。

按有利的设计，在凸起另一部分锅炉管就流动介质而言的下游，在它们的上端连接一些支承管，这些支承管基本上垂直于燃烧室的顶盖延伸。由此也提供支承管，它们将凸起和燃烧室的与凸起连接的下部与顶盖连接，从而保证可靠悬挂。因为这些支承管流过流动介质，所以它们与燃烧室的其余部分一样膨胀，这导致所有四个燃烧室壁均匀地膨胀，以及在壁的连接处不产生不允许的应力。

按另一项有利的设计，外围壁的面朝垂直烟道的部分的所有锅炉管就流动介质而言的下游连接凸起的锅炉管。由此保证，来自燃烧室后壁或其下部锅炉管的全部流动介质流入凸起内，并因而确保凸起的充分冷却。也就是说，凸起基于其在燃烧室内部突出的位置，所以加入特别大的热量。

有利地，在向凸起下端延伸的支承管下游连接一个设在凸起下端区域内的收集器。这种收集器因而可以收集支承管分路的流动介质，并通过相应的其他管道提供系统继续使用。

此外，在向凸起下端延伸的支承管下游连接一些连接管，它们汇入连接在燃烧室上部区的锅炉管下游的管子内。因此支承管分路的流动介质与燃烧室上部区其他锅炉管并联以及重新输入系统。由此可以充分利用支承管的介质流。

采用本发明获得的优点尤其是，通过就流动介质而言在下游连接一些基本上垂直于凸起下端延伸的支承管，在凸起的至少一部分锅炉管的上端，可以在锅炉有高运行可靠性的同时，实现一种技术上特别简单的结构。一方面为了由锅炉骨架承受负荷而完全使用锅炉管，不采用单独结构，例如恒定吊杆，另一方面通过所述结构使后壁的全部水汽流量可供凸起使用，并保证燃烧室凸起充分冷却。此外在锅炉管壁内形成基本相同的温度，不需要凸起单独和昂贵的管系或通过改变管的几何结构复杂地过渡。

附图说明

下面借助附图详细说明本发明的一种实施例。其中：

图1示意表示矿物燃料加热的双通道结构形式的直流式锅炉；以及

图2示意表示燃烧室壁的各锅炉管的连接法。

在这两个图中相同部分采用同样的附图标记。

具体实施方式

按图1的直流式锅炉1包括一个设计为垂直烟道的燃烧室2，在它下游的一个上部区4内连接水平烟道6。另一个垂直烟道8与水平烟道6相连。

在燃烧室2的下部区10内设一些没有详细表示的燃烧器，它们在燃烧室2内燃烧液体或固体燃料。燃烧室2的外围壁12由互相气密焊接的锅炉管构成，通过没有详细表示的泵将一种流动介质，通常为水，泵入锅炉管内，并被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。螺旋形的布局需要比较高的结构费用，对此产生的缺陷，亦即在并联管内流动介质质量流量和温度的差异，比垂直管系的燃烧室小。

此外，为了改善烟气导引，直流式锅炉1还包括一个凸起14，它直接过渡为水平烟道6的底部16和伸入燃烧室2内。由于它在燃烧室2内部突出的位置，凸起14有特别大的加热量，因此应当有特别大的流动介质流量，以保证凸起14的充分冷却。

锅炉1的这些烟道悬挂地安装在骨架18上，所以锅炉1的这些烟道在加热时可以无阻碍地向下膨胀。为了使尤其锅炉1的燃烧室2的所有壁进行尽可能均匀膨胀，燃烧室2的所有外围壁12应有大体相同的温度，从而实现均匀加热和膨胀。通过整个支承结构由锅炉管组成，

可以最简单地实现这一点。

为了一方面能实现尤其燃烧室2的外围壁12面朝水平烟道6的部分的一种支承结构，以及另一方面保证凸起14充分冷却，如图2所表示的那样连接燃烧室2面朝水平烟道6的外围壁12的锅炉管。

首先，燃烧室2后壁下部区的锅炉管20在点A(有关点A至D的几何位置也表示在图中)汇入收集器22以及进一步导向点B。在这里起先全部质量流从A引入凸起14的管系内。因此来自燃烧室后壁锅炉管20的全部质量流可提供使用于冷却凸起14。

质量流在点C分配，一部分管作为支承管24向在锅炉顶盖上的点D延伸，另一部分从点C出发作为支承管26向下导向点B。因此支承管24、26构成由锅炉管组成的用于燃烧室后壁连续的支承结构。支承管26在点B汇入收集器28，以及介质流通过连接管30供给连接在点B下游的管子或水汽分离系统。因此也可以利用来自支承管26的介质流。

Claims (5)

1.一种直流式锅炉(1)，包括燃烧室(2)，它有一些用于矿物燃料的燃烧器和一个由互相气密焊接的锅炉管(20)构成的外围壁(12)，其中，在燃烧室(2)上部区(4)就燃气而言的下游通过水平烟道(6)连接垂直烟道(8)，以及，在水平烟道(6)下方，外围壁(12)的面朝垂直烟道(8)的部分向内倾斜，由此与毗邻的水平烟道(6)底部(16)一起形成一个伸入燃烧室(2)中的凸起(14)，以及，在所述凸起(14)的至少一部分锅炉管(20)就流动介质而言的下游，在其上端连接一些支承管(26)，这些支承管基本上垂直于凸起(14)的下端延伸。

2.按照权利要求1所述的直流式锅炉(1)，其中，在所述凸起(14)的另一部分锅炉管(20)就流动介质而言的下游，在它们的上端连接一些支承管(24)，这些支承管(24)基本上垂直于燃烧室(2)的顶盖延伸。

3.按照权利要求1或2所述的直流式锅炉(1)，其中，在外围壁(12)的面朝垂直烟道(8)的部分的所有锅炉管(20)就流动介质而言的下游连接凸起(14)的锅炉管。

4.按照权利要求1至3之一所述的直流式锅炉(1)，其中，在向凸起(14)下端延伸的支承管(26)下游连接一个设在凸起(14)下端区域内的收集器(28)。

5.按照权利要求1至4之一所述的直流式锅炉(1)，其中，在向凸起(14)下端延伸的支承管(26)下游连接一些连接管(30)，它们汇入连接在燃烧室(2)上部区的锅炉管下游的管子内。

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