CN109163320B - 高压锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压锅炉，包括燃烧室，具有输出高温烟气或工业气体的燃烧室出口；过热器，过热器上壳具有上进口和上出口，过热器下壳具有下进口和下出口，下进口与燃烧室出口相连接；汽包，包括汽包外壳、混合蒸汽进口和蒸汽出口、设置在汽包内腔中且出口端与蒸汽出口相连接的分离器、蒸汽出口与上进口相连接；废锅，包括废锅外壳、分别与废锅外壳的两端相连接的废锅进口和废锅出口、设置在废锅内腔中并且两端分别与废锅进口和废锅出口相连通的多个换热管、分别与废锅内腔和汽包内腔相连通而使废锅与汽包之间形成水循环的上升管和下降管，废锅进口与下出口相连接。本发明高压锅炉，达到结构更加紧凑，加工制造难度相对较低，运行效率高。

Description

高压锅炉

技术领域

本发明涉及一种高压锅炉，属于高压锅炉领域，适用于煤化工行业及精细化工、炼油、制药、制冷剂、有机硅，多晶硅、石油炼化下游精细化工、电厂、热电厂、采暖、供热等行业。

背景技术

目前，国内对中、低压废锅系统的设计、制造比较成熟，而对高压废锅的研究还停留在低压和中压的阶段，也没有形成相应的、可执行的关于高压废锅炉的技术标准或规范。因而在高压锅炉的设计、制造和检验验收方面，都是遵循中、低压废锅的相关标准，必然存在某些亟待解决的问题。例如，因换热管布置问题产生的气阻、管板应力集中、分离器内件大导致汽包体积过大、分离效果差造成的疏水损失等问题。特别是随着压力的提高，蒸发量的增加，汽包的设计难度也会增加，如果采用常规的设计方法，系统的热效率、安全性都无法达到预期的设计要求。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种高压锅炉。

为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：一种高压锅炉，它包括

燃烧室，具有输出高温烟气或工业气体的燃烧室出口；

过热器，包括相连接的过热器上壳和过热器下壳、连接在过热器上壳和过热器下壳之间的过热器管板，过热器上壳具有上进口和上出口，过热器下壳具有下进口和下出口，下进口与燃烧室出口相连接，过热器的内腔中具有一端与下进口相连通且另一端与下出口相连通的第一换热通道、一端与上进口相连通且另一端与上出口相连通的第二换热通道；

汽包，包括内侧形成汽包内腔的汽包外壳、设置在汽包外壳上的给水口结构、混合蒸汽进口和蒸汽出口、设置在汽包内腔中且出口端与蒸汽出口相连接的分离器、有用于排出汽包内腔中液体表层污物的除污装置，蒸汽出口与上进口相连接；

废锅，它包括内侧形成废锅内腔的废锅外壳、分别通过废锅管板与废锅外壳的两端相连接的废锅进口和废锅出口、设置在废锅内腔中并且两端分别与废锅进口和废锅出口相连通的多个换热管、分别与废锅内腔和汽包内腔相连通而使废锅与汽包之间形成水循环的上升管和下降管，废锅进口与下出口相连接，上升管与混合蒸汽进口相连接。

进一步地，过热器上壳与过热器管板之间形成上腔体，上腔体内具有与上进口相连通的上外通道和与上出口相连通的上内通道；过热器下壳与过热器管板之间形成下腔体，下腔体内设置有多个U形管、上端与过热器管板相连接的外导流筒、自下而上插入外导流筒的内导流筒，内导流筒的外壁与外导流筒的内壁之间形成下内通道，内导流筒的下端与下进口相连接且上端与下内通道相连通，外导流筒的外壁与过热器下壳的内壁之间形成下外通道，该下外通道的上部与下出口相连通，下内通道的底部与下外通道的底部相连通；U形管具有底部相连通的内段和外段，内段位于下内通道中且内段的上端穿过过热器管板而与上内通道相连通，内段与内导流筒之间连接有多个上下分布的第一内折流板，内段与外导流筒之间连接有多个上下分布的第二内折流板，第一内折流板与第二内折流板在上下方向上交错设置，外段位于下外通道中且外段的上端穿过过热器管板而与上外通道相连通，外段与外导流筒之间连接有多个上下分布的第一外折流板，外段与过热器下壳之间连接有多个上下分布的第二外折流板，第一外折流板与第二外折流板在上下方向上交错设置；上外通道、U形管、上内通道构成第一换热通道，内导流筒、下内通道、下外通道构成第二换热通道。

更进一步地，上腔体内设置有环形分隔板，该环形分隔板的外壁与过热器上壳的内壁之间形成上外通道，环形分隔板的内壁围绕形成上内通道。

进一步地，给水口结构包括一端部穿过汽包外壳而插入汽包内腔中的管体，管体包括管壁、位于管壁内侧的中心给水通道、自管壁的外侧向外凸出并与汽包外壳相连接的环形的凸台，管壁的内部开设有围绕中心给水通道设置的环形槽，该环形槽的一端与汽包内腔相连通。

进一步地，废锅管板的至少一侧具有从该侧的端面沿着废锅的轴向向外凸出的凸肩，该凸肩呈环形，废锅管板上开设有与多个换热管相一一连通的多个通孔，多个通孔位于凸肩在废锅径向上的内侧。

更进一步地，凸肩位于废锅管板的与废锅外壳相连接的一侧，凸肩与废锅外壳的端部相焊接。

更进一步地，废锅管板的周侧外缘沿径向向外延伸形成法兰，废锅进口/废锅出口通过该法兰与废锅管板相连接。

更进一步地，废锅管板的与废锅进口/废锅出口相连接的一侧也具有凸肩，废锅进口/废锅出口通过该凸肩与废锅管板相焊接。

进一步地，相邻两个换热管之间的间距为换热管直径的1.3-1.8倍。

进一步地，先进行加热使换热管处于预伸长状态，再在该预伸长状态下将换热管与废锅管板连接。

通过采用上述技术方案，本发明高压锅炉，设计出高压废锅的新型结构，达到结构更加紧凑，加工制造难度相对较低，运行效率高，增加汽包的运行安全性强的目的。

附图说明

附图1为本发明高压锅炉的结构示意图；

附图2为本发明高压锅炉中过热器的结构示意图；

附图3为本发明高压锅炉中汽包的结构示意图；

附图4为本发明高压锅炉中汽包的给水口结构示意图

附图5为本发明高压锅炉中废锅的结构示意图；

附图6为本发明高压锅炉中废锅的废锅管板与废锅外壳和换热管的连接结构示意图；

附图7为废锅管板的另一种结构示意图。

图中标号为：

100、汽包；101、汽包外壳；102、蒸汽进口；103、蒸汽出口；110、除污装置；111、横管；112、污物进管；113、污物排管；120、管体；121、管壁；122、中心给水通道；123、凸台；124、环形槽；

200、分离器；

300、废锅；301、废锅外壳；302、废锅进口；303、废锅出口；304、废锅管板；305、换热管；306、下降管；307、上升管；308、凸肩；309、通孔；310、法兰；

400、过热器；401、过热器上壳；402、过热器下壳；403、上进口；404、上出口；405、环形分隔板；406、上外通道；407、上内通道；408、过热器管板；409、下进口；410、下出口；411、内导流筒；412、外导流筒；413、U形管；4131、内段；4132、外段；414、下内通道；415、下外通道；416、第一内折流板；417、第二内折流板；418、第一外折流板；419、第二外折流板；

500、燃烧室。

实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解。

参照附图1至附图7，本实施例中的高压锅炉，它包括燃烧室500、过热器400、汽包100、废锅300。

燃烧室500，具有输出高温烟气或工业气体的燃烧室出口501。

过热器400，包括相连接并过热器上壳401和过热器下壳402、连接在过热器上壳401和过热器下壳402之间的过热器管板408。过热器上壳401与过热器管板408之间形成上腔体，过热器下壳402与过热器管板408之间形成下腔体。

过热器上壳401具有上进口403和上出口404，具体地，上进口403设置在过热器上壳401的侧部，上出口404设置在过热器上壳401的顶部。上腔体内设置有环形分隔板405，具体地，环形分隔板405的上端与过热器上壳401相连接且下端与过热器管板408相连接。环形分隔板405的外壁与过热器上壳401的内壁之间形成与上进口403相连通的上外通道406，环形分隔板405的内壁围绕形成与上出口404相连通的上内通道407。具体地，上出口位于上内通道407的上端。

过热器下壳402具有下进口409和下出口410，下进口409与燃烧室出口501相连接，具体地，下进口409设置在过热器下壳402的底部，下出口410位于过热器下壳402的上部。下腔体内设置有多个U形管413、上端与过热器管板408相连接的外导流筒412、自下而上插入外导流筒412的内导流筒411。

内导流筒411的外壁与外导流筒412的内壁之间形成下内通道414，内导流筒411的下端与下进口409相连接且上端与下内通道414相连通。具体地，内导流筒411的上端与下内通道414的上部相连通。

外导流筒412的外壁与过热器下壳402的内壁之间形成下外通道415，该下外通道415的上部与下出口410相连通，下内通道414的底部与下外通道415的底部相连通。

多个U形管413绕过热器的轴心线均匀分布。每个U形管413具有底部相连通的内段4131和外段4132，内段4131位于下内通道414中且内段4131的上端穿过过热器管板408而与上内通道407相连通，内段4131与内导流筒411之间连接有多个上下分布的第一内折流板416，内段4131与外导流筒412之间连接有多个上下分布的第二内折流板417，第一内折流板416与第二内折流板417在上下方向上交错设置。外段4132位于下外通道415中且外段4132的上端穿过过热器管板408而与上外通道406相连通，外段4132与外导流筒412之间连接有多个上下分布的第一外折流板418，外段4132与过热器下壳402之间连接有多个上下分布的第二外折流板419，第一外折流板418与第二外折流板419在上下方向上交错设置。

过热器工作原理：

上进口403为蒸汽进口，上出口为蒸汽出口，下进口409为高温的烟气或工艺气体进口，下出口410为烟气或工艺气体出口。饱和蒸汽通过上进口403进入过热器，经由上内通道406进入U形管413而与高温烟气或高温工艺气体进行热交换，先从上至下流经U形管413的外段4132，再从下至上流经U形管413的内段4131，然后进入上内通道407，从上出口404流出。焚烧炉或者工艺系统中过来的高温烟气或工艺气体，经下进口409进入过热器，从内导流筒411流到过热器管板408处，进入下内通道414，在第一内折流板416和第二内折流板417的作用下，高温烟气或工业气体在下内通道414内从上往下呈S形流动，横向冲刷U形管413的内段4131，对管程的蒸汽进行加热，到达下内通道414的底部后再从底部进入下外通道415，在第一外折流板418和第二外折流板419的作用下，呈S形向上流动，横向冲刷U形管413的外段4132，对管程的蒸汽进行加热，然后从下出口410流出，完成对蒸汽的过热段的加热。

汽包100，包括形成内侧汽包内腔的汽包外壳101、设置在汽包外壳101上的给水口结构、混合蒸汽进口102和蒸汽出口103、设置在汽包内腔中的分离器200。分离器200的出口端与蒸汽出口103相连接。蒸汽出口103与过热器400的上进口403相连接。

给水口结构包括一端部穿过汽包外壳101而插入汽包内腔中的管体120。管体120包括管壁121、位于管壁121内侧的中心给水通道122、自管壁121的外侧向外凸出并与汽包外壳101相连接的环形的凸台123。管壁121的内部开设有围绕中心给水通道122设置的环形槽124，该环形槽124的一端与汽包内腔相连通。凸台123设置在管壁121的中部。管壁121的下部插入汽包内腔中。汽包外壳上101开设有通孔，凸台123位于该通孔内并与通孔的孔壁相连接。具体地，凸台123的外缘与通孔的孔壁相焊接。环形槽124的另一端延伸至管壁121的上部。

汽包内腔中设置有用于排出汽包内腔中液体表层污物的除污装置110，该除污装置110包括横管111、连接在横管111上的多个污物进管112、一端与横管111相连接且另一端伸出汽包外壳101的污物排管113。具体地，污物进管112的下端与横管111相连接，且上端与位于汽包内腔中液体的液面以下。

废锅300，包括内侧形成废锅内腔的废锅外壳301、分别通过废锅管板304与废锅外壳301的两端相连接的废锅进口302和废锅出口303、设置在废锅内腔中并且两端分别与废锅进口302和废锅出口303相连通的多个换热管305、分别与废锅内腔和汽包内腔相连通而使废锅与汽包之间形成水循环的上升管307和下降管306，废锅进口302与下出口410相连接，上升管307与混合蒸汽进口102相连接。

废锅管板304的至少一侧具有从该侧的端面沿着废锅的轴向向外凸出的凸肩308，该凸肩308呈环形。如附图2所示，本实施例中的凸肩308位于废锅管板304的与废锅外壳301相连接的一侧。如附图6所示的实施例中，凸肩308的端面为与废锅外壳301进行焊接的焊接面，该端面倾斜设置。废锅管板304的周侧外缘沿径向向外延伸形成法兰310，废锅进口302/废锅出口303通过该法兰310与废锅管板304相连接。在附图7所示的实施例中，废锅进口302/废锅出口303与废锅管板304不是通过法兰310相连接的，而是：废锅管板304的与废锅进口302/废锅出口303相连接的一侧也具有凸肩308，废锅进口302/废锅出口303通过该凸肩308与废锅管板304相焊接。

废锅管板304上开设有与多个换热管305相一一连通的多个通孔309，多个通孔309位于凸肩308在废锅径向上的内侧。通孔309的与换热管305相连通一端相反的另一端与废锅进口302/废锅出口303相连通。

在高压废锅中，由于水在壳程吸热蒸发后，物态从水变成了气态，水蒸汽的体积巨增，导致流体流动的通透性差，容易发生气阻。为了增加蒸发面流体流动的通透性，防止气阻的发生，本申请中，相邻两个换热管305之间的间距为换热管305直径的1.3-1.8倍。

废锅工作原理：

废锅进口302为烟气或工艺气体进口，废锅出口303为烟气或工艺气体出口。烟气或工艺气体从高压锅炉的废锅的废锅进口302经过换热管305，从废锅出口303流出；高压锅炉的汽包中的炉水经过下降管306进入废锅的废锅内腔，与换热管305中的烟气或工艺气体进行热交换，烟气或工艺气体的热量传递给炉水，炉水被加热呈汽水混合物后，经过上升管307进入汽包进行汽水分离，成为饱和蒸汽。

本高压锅炉工作原理：

燃烧室500产生的高温烟气或工艺气体从燃烧室出口501流出，从下进口409进入过热器400，与U形管413中的饱和蒸汽进行热交换，将饱和蒸汽加热为过热蒸汽，进一步提高蒸汽的做功能力。在过热器400中完成热交换的低端烟气或工艺气体从下出口410流出并从废锅进口302进入废锅300，低端烟气或工艺气体在换热管305中与废锅内腔中的炉水进行热交换，将炉水加热而生成水气混合物（混合蒸汽），在废锅300中完成热交换的烟气或工艺气体从废锅出口303流出。

经过处理的炉水在除氧后经过给水泵从进水口结构120打到汽包100里，经过下降管306和上升管307而在废锅300和汽包100之间自然循环，废锅300中生成的混合蒸汽经上升管307进入汽包100而进行汽水分离，汽水分离主要通过分离器200完成。汽包100中汽水分离后产生的液体再从下降管306进入废锅300中进行加热；而汽水分离产生的饱和蒸汽从蒸汽出口103流出，从上进口403进入过热器400与高温烟气或工艺气体进行热交换而成为高压过热蒸汽，从上出口404流出，进入发电蒸汽管道，然后进入汽轮机，推动转子叶片做功发电。（过热器400和废锅300的具体工作原理见上文）

本高压锅炉，设计出高压废锅的新型结构，达到结构更加紧凑，加工制造难度相对较低，运行效率高，增加汽包的运行安全性强的目的。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种高压锅炉，其特征在于：它包括

燃烧室（500），具有输出高温烟气或工业气体的燃烧室出口（501）；

过热器（400），包括相连接的过热器上壳（401）和过热器下壳（402）、连接在所述过热器上壳（401）和过热器下壳（402）之间的过热器管板（408），所述的过热器上壳（401）具有上进口（403）和上出口（404），所述的过热器下壳（402）具有下进口（409）和下出口（410），所述的下进口（409）与所述燃烧室出口（501）相连接，所述过热器（400）的内腔中具有一端与所述下进口（409）相连通且另一端与所述下出口（410）相连通的第一换热通道、一端与所述上进口（403）相连通且另一端与所述上出口（404）相连通的第二换热通道；

汽包（100），包括内侧形成汽包内腔的汽包外壳（101）、设置在所述汽包外壳（101）上的给水口结构、混合蒸汽进口（102）和蒸汽出口（103）、设置在所述汽包内腔中且出口端与所述蒸汽出口（103）相连接的分离器（200）、有用于排出汽包内腔中液体表层污物的除污装置（110），所述的蒸汽出口（103）与所述上进口（403）相连接；

废锅（300），它包括内侧形成废锅内腔的废锅外壳（301）、分别通过废锅管板（304）与所述废锅外壳（301）的两端相连接的废锅进口（302）和废锅出口（303）、设置在所述废锅内腔中并且两端分别与所述废锅进口（302）和废锅出口（303）相连通的多个换热管（305）、分别与所述废锅内腔和汽包内腔相连通而使废锅与汽包之间形成水循环的上升管（307）和下降管（306），所述废锅进口（302）与所述下出口（410）相连接，所述上升管（307）与所述混合蒸汽进口（102）相连接；

所述的给水口结构包括一端部穿过所述汽包外壳（101）而插入汽包内腔中的管体（120），所述的管体（120）包括管壁（121）、位于所述管壁（121）内侧的中心给水通道（122）、自所述管壁（121）的外侧向外凸出并与所述汽包外壳（101）相连接的环形的凸台（123），所述管壁（121）的内部开设有围绕所述中心给水通道（122）设置的环形槽（124），该环形槽（124）的一端与汽包内腔相连通；

所述废锅管板（304）的至少一侧具有从该侧的端面沿着废锅（300）的轴向向外凸出的凸肩（308），该凸肩（308）呈环形，所述废锅管板（304）上开设有与所述多个换热管（305）相一一连通的多个通孔（309），所述的多个通孔（309）位于所述凸肩（308）在废锅径向上的内侧。

2.根据权利要求1所述的高压锅炉，其特征在于：所述过热器上壳（401）与过热器管板（408）之间形成上腔体，所述的上腔体内具有与所述上进口（403）相连通的上外通道（406）和与所述上出口（404）相连通的上内通道（407）；所述过热器下壳（402）与过热器管板（408）之间形成下腔体，所述的下腔体内设置有多个U形管（413）、上端与所述过热器管板（408）相连接的外导流筒（412）、自下而上插入所述外导流筒（412）的内导流筒（411），所述内导流筒（411）的外壁与所述外导流筒（412）的内壁之间形成下内通道（414），所述内导流筒（411）的下端与所述下进口（409）相连接且上端与所述下内通道（414）相连通，所述外导流筒（412）的外壁与所述过热器下壳（402）的内壁之间形成下外通道（415），该下外通道（415）的上部与所述下出口（410）相连通，所述下内通道（414）的底部与下外通道（415）的底部相连通；所述U形管（413）具有底部相连通的内段（4131）和外段（4132），所述内段（4131）位于所述下内通道（414）中且所述内段（4131）的上端穿过所述过热器管板（408）而与所述上内通道（407）相连通，所述内段（4131）与内导流筒（411）之间连接有多个上下分布的第一内折流板（416），所述内段（4131）与外导流筒（412）之间连接有多个上下分布的第二内折流板（417），所述第一内折流板（416）与第二内折流板（417）在上下方向上交错设置，所述外段（4132）位于所述下外通道（415）中且所述外段（4132）的上端穿过所述过热器管板（408）而与所述上外通道（406）相连通，所述外段（4132）与外导流筒（412）之间连接有多个上下分布的第一外折流板（418），所述外段（4132）与过热器下壳（402）之间连接有多个上下分布的第二外折流板（419），所述第一外折流板（418）与第二外折流板（419）在上下方向上交错设置；所述的上外通道（406）、U形管（413）、上内通道（407）构成所述第一换热通道，所述的内导流筒（411）、下内通道（414）、下外通道（415）构成所述第二换热通道。

3.根据权利要求2所述的高压锅炉，其特征在于：所述的上腔体内设置有环形分隔板（405），该环形分隔板（405）的外壁与过热器上壳（401）的内壁之间形成所述上外通道（406），所述环形分隔板（405）的内壁围绕形成所述上内通道（407）。

4.根据权利要求1所述的高压锅炉，其特征在于：所述的凸肩（308）位于废锅管板（304）的与废锅外壳（301）相连接的一侧，所述凸肩（308）与所述废锅外壳（301）的端部相焊接。

5.根据权利要求4所述的高压锅炉，其特征在于：所述废锅管板（304）的周侧外缘沿径向向外延伸形成法兰（130），所述的废锅进口（302）/废锅出口（303）通过该法兰（130）与废锅管板（304）相连接。

6.根据权利要求4所述的高压锅炉，其特征在于：所述废锅管板（304）的与废锅进口（302）/废锅出口（303）相连接的一侧也具有所述凸肩（308），所述的废锅进口（302）/废锅出口（303）通过该凸肩（308）与废锅管板（304）相焊接。

7.根据权利要求1所述的高压锅炉，其特征在于：相邻两个所述换热管（305）之间的间距为换热管（305）直径的1.3-1.8倍。

8.根据权利要求1所述的高压锅炉，其特征在于：先进行加热使换热管（305）处于预伸长状态，再在该预伸长状态下将换热管（305）与废锅管板（304）连接。