CN102418915B - 高效率锅炉 - Google Patents

Abstract

一种高效率竖火管锅炉大体上由锅壳、炉胆、炉胆顶、内置上烟室、直立烟火管、下烟室及锅炉底座等几部分组成。在上下管板之间是排列整齐的烟火管束，由若干个直立金属管组成，在烟火管束的上方是上管板和内置上烟室，上烟室的上面是可以开启的带保温层的密封盖板，在第一行程烟火管束下管板的下面是燃烧室，其它行程烟火管束下管板的下面是下烟室，上下烟室内隔板的有无及隔板的数量决定烟气的走向和行程，根据烟火管束内烟气的走向可以把锅炉分为两行程、三行程、多行程吸热结构。上烟室上端与锅壳上端的封顶处采用吸收热膨胀应力的结构。多行程直立金属管组成的烟火管束方便清积碳和清水垢，可以有效降低排烟温度，提高锅炉热效率；局部高温和热膨胀应力的解决，提高了锅炉的整体耐用性能，延长了使用年限。

Description

高效率锅炉

技术领域：

本发明涉及一种高效率锅炉，属于锅炉技术领域。

背景技术：

立式横水管锅炉是立式锅炉中结构最简单的一种，主要由锅壳、封头、炉胆、炉胆顶、横水管和冲天管等六个部件组成。立式横水管锅炉具有通风良好、结构紧凑等优点，但也有其缺点，底层横水管处于局部高温的环境中，热膨胀应力在整个燃烧状态中无时不在从负面影响着锅炉的整个受热面，此外单行程吸热结构锅炉的排烟热损失多，还有锅炉受热面水垢、灰垢的生成和累积不可避免地降低整个吸热结构的传热速度。

传统弯火管锅炉的缺点是：尽管说弯火管可以吸收热膨胀应力，但较大的热膨胀应力还是存在的，传统的弯火管锅炉最大的难题就是火管内的积碳和积灰难以轻易清除，尤其是民用的小容量锅炉，没有吹灰条件，所以不得不选用大口径无缝管作为烟火管，这样就算减轻一点点灰堵的现象，但是热效率低却是不得不面对的事实。

发明内容：

为了克服立式横水管锅炉和传统的弯火管锅炉在耐用性能和热效率方面技术上的不足，本发明提供一种竖火管锅炉，该锅炉大体上由炉胆，炉胆顶，内置上烟室、直立烟火管、下烟室、锅壳、锅炉底座等几部分组成。该锅炉应用合理的结构可以将热膨胀应力以及局部高温对锅炉潜在的危害降到最低；可以通过另外的专用工具轻易清除灰垢和水垢，维持吸热面的清洁度，多行程的吸热结构将会大幅度降低锅炉低温烟气出烟口的排烟温度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

在上下管板之间是排列整齐的烟火管束，由若干个直立金属管组成，其中整齐排列的目的是方便清水垢，直立的目的是方便清积炭，烟火管束多行程的目的是降低排烟温度。在烟火管束的上方是上管板和内置上烟室，上烟室的上面是可以开启的带有保温层的密封盖板，在第一行程烟火管束下管板的下面是燃烧室，其它行程烟火管束下管板的下面是下烟室。上下烟室内隔板的有无及隔板的数量决定烟气的走向和行程，根据烟火管束内烟气的走向可以把锅炉分为两行程、三行程、多行程吸热结构。两行程吸热结构原理是：在炉箅子上燃烧的燃料产生的高温烟气向上通过第一行程烟火管束进入上烟室，之后通过第二行程烟火管束进入下烟室，最后从下烟室的出烟口通往烟囱。三行程吸热结构原理是：在炉箅子上燃烧的燃料产生的高温烟气通过第一行程烟火管束进入上烟室，之后通过第二行程烟火管束进入下烟室，再之后通过第三行程烟火管束进入被隔板隔开的上烟室的另一部分，最后从另一部分上烟室出烟口通往烟囱。根据锅炉功率的不同，下烟室的位置和结构是可以有所不同的。低成本小功率锅炉的下烟室位于炉胆顶无管区的上方，属于水冷结构，因为该下烟室占据炉胆顶的一部分空间，所以整个炉胆顶的结构不在一个水平面上，可以分为高位置炉胆顶和低位置炉胆顶。当下烟室向上提升，其它行程烟火管束的高度相对降低时，内置下烟室下面的炉胆顶与第一烟火管束的下管板也可以在一个水平面上。为了满足高成本大容量锅炉检修和更换烟火管的需要，可以把下烟室设计在锅炉燃烧室旁面的底部，其下面是可以开启的保温型的密封结构，该下烟室的侧面也有清积灰手孔。在多行程吸热结构锅炉中，第一行程烟火管束的烟火管可以用相对的大口径厚壁金属管，而其它行程烟火管束的烟火管则可以用相对的小口径薄壁管。

在锅炉燃烧状态中，燃烧室和烟火管以及上烟室与外部结构存在温度差，尤其是升炉阶段，温度差更大，这样，处于相对高温区域的金属会相对延长的多一些，因而会产生热膨胀应力，为了降低热膨胀应力对锅炉的影响，需要有吸收热膨胀的结构。锅炉对热膨胀应力的吸收部位设在锅壳与内置上烟室的封顶连接处，当吸热结构与外围结构产生膨胀差的时候，炉胆和烟火管束在延长，所产生的热膨胀应力最终被传到盆形管板的边沿，因为该盆形管板的边沿稍向内凹，而且也相对宽些，所以让它吸收金属因热膨胀而延长了几毫米所产生的应力还是可以实现的。

此外低温烟气出烟口和下烟室清灰口与外围锅壳的连接处也同样有较小的热膨胀应力存在，解决的办法是，下烟室出口采用波节管或橡胶管来吸收膨胀，波节管或异径橡胶管大口径端固定在清灰口(出烟口)处锅壳向外连接的一小段短圆管上，小口径端固定在从下烟室引出的出烟短管上。

锅炉的炉胆顶和第一行程烟火管束的烟火管下管端处于局部高温的环境中，解决的办法是降低该高温区域吸热结构的热导率，为了降低传热速度，可以在第一行程烟火管束的火管下管端增设套管，在炉胆顶部位增设耐火层。

在火管束外围锅壳上设有清水垢法兰盘手孔，可以对有序排列的烟火管中下端和下管板水侧面的水垢进行定期检测和清除。

本发明的有益效果是：

吸热器由多行程直立无缝管组成的烟火管束方便清积碳和清水垢，可以有效降低排烟温度，提高锅炉热效率；局部高温和热膨胀应力的解决，提高了锅炉的整体耐用性能，延长了使用年限。

附图说明

图1是双行程吸热结构锅炉的纵切面图。图2是两行程吸热结构锅炉第一烟火管束下管板所在位置的锅炉横截面图图3是三行程吸热结构锅炉的纵切面图。图4是三行程吸热结构锅炉第一烟火管束下管板所在位置的锅炉横截面图。图5是第二、第三行程烟火管束的下烟室处于最低端位置的锅炉纵切面图。图6是第二、第三行程烟火管束下管板处于最低位置的三行程吸热结构锅炉第一烟火管束下管板所在位置的锅炉横截面图。

图中1.第一行程烟火管束，2.第二行程烟火管束，3.第三行程烟火管束，4.盆形管板，5.第一行程烟火管束下管板，6.第二、第三行程烟火管束下管板，7.燃烧室，8.公共上烟室9.第三行程烟火管束上烟室，10.上烟室隔板，11.上烟室密封盖板，12.下烟室，13.低温烟气出口，14.吸收热膨胀应力的类盆形结构，15.炉胆顶处的保温钉，16.炉胆顶处的耐火层，17.第一行程烟火管束烟火管下管端内的耐高温套管，18.下烟室与炉胆顶之间的水膜层。19.U形下脚圈，20.锅炉底座，21.锅壳，22.波节管或橡胶管，23.出烟短管，24.锅壳上的短圆管。

具体实施方式：

图1中的烟火管束可分为高温烟气第一行程烟火管束(1)和高温烟气第二行程烟火管束(2)，它们位于上管板(4)和下管板之间，上管板为盆形结构管板，而下管板又分为第一行程烟火管束的下管板(5)和第二行程烟火管束的下管板(6)。第一行程烟火管束的下管板也是锅炉的高位置炉胆顶，其下面是燃烧室，第二行程烟火管束的下管板下面是下烟室，属于水冷结构，该下烟室位于低位置炉胆顶的上方。吸热结构的烟火管束由若干个直立金属管组成。与高温烟气第一行程烟火管束直接相通的，下面是燃烧室(7)，上面是公共上烟室(8)，与第二行程烟火管束直接相通的，上面是公共上烟室(8)，下面是相对独立的下烟室(12)。在公共上烟室(8)的上面有可以开启的带有保温层的密封盖(11)，在独立的内置下烟室侧面有低温烟气出烟口(13)。锅壳的下端通过U形下脚圈(19)与炉胆的底端相连接，U形下脚圈的下面是锅炉底座(20)。

图2中的烟火管束分为高温烟气第一行程烟火管束(1)、第二行程烟火管束(2)和第三行程烟火管束(3)，它们位于上管板(4)和下管板之间，上管板为盆形结构管板，而下管板又分为第一行程烟火管束的下管板(5)和第二、第三行程烟火管束公共下管板(6)。第一行程烟火管束的下管板同样是锅炉的高位置炉胆顶，位于燃烧室的上方，第二第三行程烟火管束的下管板与两行程吸热结构的锅炉一样，下面是属于水冷结构的下烟室，该燃烧室位于低位置炉胆顶的上方。吸热结构的烟火管束由若干个直立金属管组成。与高温烟气第一行程烟火管束直接相通的，下面是燃烧室(7)，上面是公共上烟室(8)，与第二行程烟火管束直接相通的，上面是公共上烟室(8)，下面是下烟室(12)，与第三行程烟火管束直接相通的，上面是被隔板(10)隔开的上烟室的另一部分(9)，下面是与第二行程烟火管束公共的下烟室(12)。在公共上烟室(8、9)的上面有可以开启的带有保温层的密封盖(11)，在下烟室侧面有清积灰手孔。三行程烟火管束吸热结构的低温烟气出烟口(13)在被隔板隔开的上烟室(9)的侧面。在锅壳的下端通过U形下脚圈(19)与炉胆的底端相连接，U形下脚圈的下面是锅炉底座(20)。

图3中的烟火管束分为高温烟气第一行程烟火管束(1)、第二行程烟火管束(2)和第三行程烟火管束(3)，第一行程烟火管束由相对的大口径厚壁金属管组成，第二、第三行程烟火管束由小口径薄壁金属管组成，它们位于上管板(4)和下管板之间，上管板为盆形结构管板，而下管板又分为第一行程烟火管束的下管板(5)和第二、第三行程烟火管束公共下管板(6)。第一行程烟火管束的下管板是锅炉的炉胆顶，其下面是燃烧室，第二第三行程烟火管束的下管板和下烟室在锅炉燃烧室旁边的底部。吸热结构的烟火管束由若干个直立金属管组成。与高温烟气第一行程烟火管束直接相通的，下面是燃烧室(7)，上面是公共上烟室(8)，与第二行程烟火管束直接相通的，上面是公共上烟室(8)，下面是下烟室(12)，与第三行程烟火管束直接相通的，上面是被隔板(10)隔开的上烟室的另一部分(9)，下面是与第二行程烟火管束公共的下烟室(12)。在公共上烟室(8、9)的上面有可以开启的带有保温层的密封盖(11)，在下烟室侧面有清积灰手孔。三行程烟火管束吸热结构的低温烟气出烟口(13)在被隔板隔开的上烟室(9)的侧面。锅壳的下端通过U形结构与炉胆的底边相连接，U形封底(19)的下面是锅炉底座(20)。该锅炉为方形卧式结构锅炉。

在不同行程的烟火管束吸热结构锅炉中，吸收热膨胀应力的结构主要设在上烟室的盆形管板外沿与锅壳顶端的封顶处，通常要求在盆形管板的外围再有一个口径相对大一些的类盆形结构(14)该结构与盆形管板有所不同，除了口径大之外，其高度较低，而且底部有空心结构。底部空心的类盆形结构下面与锅炉外壳(21)相连接，上面与盆形管板的外沿相连接，要求盆形管板的外沿最好是有一定的宽度，并且是向内倾斜的微斗形。在需要存水较多的情况下，锅壳的直径也相对大些，盆形结构的宽边沿也可以直接与锅壳顶端相连接。

在不同行程的烟火管束吸热结构锅炉中，低温烟气出烟口和清积灰手孔布置在上烟室或下烟室的侧面，该结构与锅炉外壳之间同样有热膨胀应力存在，解决的办法是，在两行程或四行程吸热结构的下烟室侧面开设一个出烟口，之后焊接上一段出烟短管(23)，在外围相同位置的锅壳上开设一个口径较出烟短管口径再大一些的圆孔，该圆孔上焊一段短圆管(24)，选用波节管或异径橡胶管(22)，大口径端与锅壳上的圆管连接，小口径端直接连接在从下烟室引出的圆铁管。【因为为了施工的需要，从下烟室引出的出烟短管较短，还需要再连接一段同规格的出烟短管】该处的低温烟气出烟口也是清积灰手孔位置。烟火管三行程吸热锅炉的低温烟气出烟口设在被隔板隔开的上烟室的另一部分，该结构同样可以采用波节管或橡胶管来吸收热膨胀应力。

在不同行程的烟火管束吸热结构锅炉中，局部高温出现在高位置炉胆顶、低位置炉胆顶，还有第一行程烟火管束的下管端。解决的办法是：在第一行程烟火管束的每个烟火管的下管端预埋一段探出管外一小部分的耐高温合金套管，(17)炉胆顶部位布置保温钉(15)，增设耐火层(16)。烟火管内探出的套管管端要求与耐火层外表面呈水平状。

低成本小功率锅炉的下烟室位于炉胆顶无管区的上方，属于水冷结构，为了利于水循环，该下烟室的底板及其下面的低位置炉胆顶最好有不低于15度的向上倾斜角度，而且该处的水膜层(18)也应有一定的厚度。

在不同行程的烟火管束吸热结构锅炉中，在炉胆顶上方外侧的锅壳上，根据需要布置有若干个清水垢法兰盘手孔，其位置应在排列整齐的火管束的两端。

Claims (9)

1.一种高效率锅炉，主要由锅壳、炉胆、炉胆顶、下烟室、直立烟火管、上烟室及锅炉底座组成，其特征是：位于上管板和下管板之间的是若干个直立无缝管组成的烟火管束，上管板为盆形结构管板，盆形结构管板的上面是可以开启的密封盖板，下管板分为相对独立的第一行程烟火管束下管板和其它行程烟火管束下管板，第一行程烟火管束下管板的下面是燃烧室，其它行程烟火管束下管板的下面是下烟室；盆形结构管板与锅壳上端的封顶处通过类盆形结构采用宽边沿的形式连接以吸收热膨胀应力。

2.根据权利要求1所述的高效率锅炉，其特征是：上下烟室内隔板的有无及隔板的数量决定烟气的走向和行程，根据烟火管束内烟气的走向把锅炉分为两行程、三行程和多行程吸热结构。

3.根据权利要求2所述的高效率锅炉，其特征是：第一行程烟火管束中的烟火管用大口径厚壁管，其它行程烟火管束中的烟火管相对选小口径薄壁管。

4.根据权利要求1所述的高效率锅炉，其特征是：根据锅炉功率的不同，下烟室的位置和结构是有所不同的，其中小功率锅炉下烟室位于低位置炉胆顶的上方，属于水冷结构，大功率锅炉下烟室位于燃烧室旁面的底部。

5.根据权利要求1所述的高效率锅炉，其特征是：盆形结构上管板的宽边沿包括向内倾斜的微斗形。

6.根据权利要求5所述的高效率锅炉，其特征是：盆形结构上管板的宽边沿通过既无边沿、底部又有空心的类盆形结构与锅壳顶端相连接。

7.根据权利要求5所述的高效率锅炉，其特征是：在锅炉需要存水量相对较多的情况下，锅壳的直径也相对大些，盆形结构上管板的宽边沿直接与锅壳顶端相连接。

8.根据权利要求1所述的高效率锅炉，其特征是：第一行程烟火管束中烟火管的下管端内布置有一段耐高温套管，在炉胆顶部位布置保温钉，增设耐火层，对有烟火管的部位，烟火管内的耐高温套管要求探出一部分，探出的套管管端要求与耐火层的外表面呈水平状。

9.根据权利要求1所述的高效率锅炉，其特征是：在炉胆顶上方外侧的锅壳上布置有清水垢法兰盘手孔，其位置应在排列整齐的火管束的两端。

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