CN116481008A - 一种高温受热结构及换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于换热器技术领域，具体涉及一种高温受热结构及换热器，高温受热结构包括多个受热体，多个受热体沿着预设方向间隔布置，受热体包括至少一个受热管，受热管回绕呈预设形状，受热管的进口与用于承装冷却介质的第一箱体连通，受热管的出口与用于承装冷却介质的第二箱体连通，多个受热体的长度和宽度相同，高度值从第一个受热体开始呈递增趋势。本发明提供的结构整体呈现阶梯式分布，能减小与高温高速烟气进行热量交换的受热体面积，增大与低温低速烟气进行热量交换的受热体面积，使烟气与各受热体的换热量趋于一致，从而减小高温受热体内的汽温偏差，使得高温受热体的超温爆管现象发生的概率降低。
Description
技术领域
本发明属于换热器技术领域，具体涉及一种高温受热结构及换热器。
背景技术
随着我国大容量火电机组技术的发展，锅炉蒸汽温度逐渐逼近高温受热体的钢材的允许使用温度上限。
大容量火电机组中，最常用的就是四角切圆燃煤锅炉，四角切圆燃煤锅炉的燃烧器布置于炉膛四角，一次风包裹煤粉于炉内四角射入炉膛形成切圆。四角切圆燃煤锅炉炉膛内的火焰充满度好，燃尽率高，煤种适应性强，因而得到了大力推广。
四角切圆燃煤锅炉的使用过程中，利用布置在水平烟道内的第一个高温受热结构和第二个高温受热结构与烟气对流换热，然而切向燃烧形成的旋转气流经由炉膛出口流入后面各级受热体仍存在左右侧以及上下侧不同程度的烟速、烟温偏差，烟温偏差引发管屏两侧的吸热不均，进而导致过热器和再热器系统的汽温偏差。因此，烟温偏差过大容易造成高温受热体的超温爆管，严重影响电厂的安全性和经济性。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种高温受热结构及换热器，以便解决现有技术中烟温偏差过大容易造成高温受热体的超温爆管的问题。
本发明的技术方案是：
一种高温受热结构，包括多个受热体，多个所述受热体沿着预设方向间隔布置，所述受热体包括至少一个受热管，所述受热管回绕呈预设形状，所述受热管的进口与用于承装冷却介质的第一箱体连通，所述受热管的出口与用于承装冷却介质的第二箱体连通，多个所述受热体的长度和宽度相同，高度值从第一个受热体开始呈递增趋势。
优选的，所述预设形状是矩型或者U型。
优选的，所述预设形状是U型时，两个支腿的高度有高度差。
一种换热器，包括两个间隔布置的如上所述的高温受热结构，且第一个高温受热结构上高度值最大的受热体和第二个高温受热结构上高度值最小的受热体相邻。
优选的，所述第一个高温受热结构上高度值最大的受热体1的面积为高度值最小的受热体的面积的1.5-2倍。
优选的，所述第一个高温受热结构上高度值最大的受热体1的面积为高度值最小的受热体的面积的1.75倍。
优选的，所述第二个高温受热结构上高度值最大的受热体1的面积为高度值最小的受热体的面积的1.2-1.5倍。
优选的，所述第二个高温受热结构上高度值最大的受热体1的面积为高度值最小的受热体的面积的1.35倍。
与现有技术相比，本发明提供的一种高温受热结构及换热器，充分考虑水平烟道内烟温偏差的特征，结合水平烟道结构特点，提出差异化阶梯分布式的高温受热结构，能够均匀各受热管的总吸热量，提升受热体间的水动力稳定性，进而大幅降低各受热管内汽温的不均匀程度，可大幅降低水平烟道内高温受热体的汽温偏差，减小爆管的可能性，实用性强，值得推广。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的局部结构示意图1。
图3为本发明的局部结构示意图2。
图4为本发明的使用状态的示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种高温受热结构及换热器，下面结合图1到图4的结构示意图，对本发明进行说明。
实施例1
本发明提供的一种高温受热结构，如图1所示，包括多个受热体1，多个受热体1沿着一条直线排列间隔布置，多个受热体1的长度和宽度相同，高度值从第一个受热体1开始呈递增趋势。
如图2所示，受热体1的结构包括多个受热管11，多个受热管11回绕在一起整体结构呈U型，受热管11的进口与用于承装冷却介质的第一箱体2连通，受热管11的出口与用于承装冷却介质的第二箱体3连通。
进一步的，作为受热体1的另一种形式，多个受热管11回绕在一起整体结构呈矩型，受热管11的进口与用于承装冷却介质的第一箱体2连通，受热管11的出口与用于承装冷却介质的第二箱体3连通。
进一步的，如图3所示，作为受热体1的另一种形式，多个受热管11回绕在一起整体结构呈U型时，两个支腿的高度有高度差。
一种换热器，包括两个间隔布置的如上所述的高温受热结构，且第一个高温受热结构上高度值最大的受热体1和第二个高温受热结构上高度值最小的受热体1相邻。
进一步的，第一个高温受热结构上高度值最大的受热体1的面积为高度值最小的受热体1的面积的1.5-2倍。
进一步的，第二个高温受热结构上高度值最大的受热体1的面积为高度值最小的受热体1的面积的1.2-1.5倍。
在本发明结构下，使用两级阶梯分布的第一个高温受热结构和第二个高温受热结构。当炉膛内气流为顺时针旋转时，依靠换热面积从右至左依次减小的受热体1布置方式；当炉膛内气流为逆时针旋转时，依靠换热面积从左至右依次减小的受热体1布置方式，降低第一个高温受热结构和第二个高温受热结构各片受热体1吸热量的不均匀程度。而在单级第一个高温受热结构、两级第二个高温受热结构的常规结构下，受热体1的吸热量在炉膛宽度方向上的分布不均匀性高。采用两段式高温受热体1不仅能够增加换热面积，维持换热换热器出口蒸汽温度；还能逐级减少烟气在水平烟道宽度方向上的温度偏差，有利于降低受热体1内的汽温偏差。
使用中，如图4所示，第一个高温受热结构和第二个高温受热结构垂直式悬吊布置在水平烟道内，沿炉膛宽度方向均匀分布，这里的炉膛宽度为炉膛左墙和炉膛右墙之间的距离，各受热体1的长度和宽度相同，高度值从第一个受热体1开始呈递增趋势，整体呈现阶梯式分布，在逆时针四角切圆燃煤锅炉内，受热体1的高度值从左墙到右墙方向依次递减，呈现“左长右短”；在顺时针四角切圆燃煤锅炉内，受热体1的高度值从右墙到左墙方向依次递减，呈现“左短右长”。受热体1包括至少一个受热管11，受热管11的进口与用于承装冷却介质的第一箱体2连通，受热管11的出口与用于承装冷却介质的第二箱体3连通，形成烟气的冷却回路。
应用在四角切圆燃烧锅炉中时，由于炉膛内气流螺旋式上升，带有残余涡旋的高温烟气进入水平烟道。炉膛内切圆为顺时针时，炉膛上部左侧的烟气直接流入水平烟道，右侧的烟气倾向于朝前墙流动，这导致水平烟道内烟气的流量、速度、温度呈现“左高右低”的趋势，左侧烟气流量大、速度快、温度高，切圆为逆时针的炉膛内的烟气情况则与之相反。
本发明提供的一种高温受热结构及换热器，为弥补面积减小导致的总吸热量下降，第一个高温受热结构和第二个高温受热结构可以均采用两段式结构，在逆时针四角切圆燃煤锅炉内，受热体1的高度值从左墙到右墙方向依次递减，呈现“左长右短”；在顺时针四角切圆燃煤锅炉内，受热体1的高度值从右墙到左墙方向依次递减，呈现“左短右长”，整体结构呈现非对称阶梯式的分布规律，与高温高速烟气接触的受热体1换热面积小，与低温低速烟气接触的受热体1换热面积大，能够有效降低受热体1内的汽温偏差。
选取某600MW四角切圆燃煤锅炉建立CFD数值模型，采用FLUENT软件对100％BMCR工况下的炉膛流动传热进行模拟计算，得到不同第一个高温受热结构和第二个高温受热结构的汽温偏差如下表所示。
多个不同结构的第一个高温受热结构和第二个高温受热结构的汽温偏差表
由上表可知，第一个高温受热结构上高度值最大的受热体1的面积为高度值最小的受热体1的面积的1.75倍，第二个高温受热结构上高度值最大的受热体1的面积为高度值最小的受热体1的面积的1.35倍时，气温差最小，此时效果最佳。
与现有技术相比，本发明提供的一种高温受热结构及换热器，充分考虑水平烟道内烟温偏差的特征，结合水平烟道结构特点，提出差异化阶梯分布式的高温受热结构，能够均匀各受热管11的总吸热量，提升受热体1间的水动力稳定性，进而大幅降低各受热管11内汽温的不均匀程度，可大幅降低水平烟道内高温受热体1的汽温偏差，减小爆管的可能性，实用性强，值得推广。
以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种高温受热结构，包括多个受热体(1)，多个所述受热体(1)沿着预设方向间隔布置，所述受热体(1)包括至少一个受热管(11)，所述受热管(11)回绕呈预设形状，所述受热管(11)的进口与用于承装冷却介质的第一箱体(2)连通，所述受热管(11)的出口与用于承装冷却介质的第二箱体(3)连通，其特征在于，多个所述受热体(1)的长度和宽度相同，高度值从第一个受热体(1)开始呈递增趋势。
2.如权利要求1所述的一种高温受热结构，其特征在于，所述预设形状是矩型或者U型。
3.如权利要求2所述的一种高温受热结构，其特征在于，所述预设形状是U型时，两个支腿的高度有高度差。
4.一种换热器，其特征在于，包括两个间隔布置的如权利要求1、2或者3所述的高温受热结构，且第一个高温受热结构上高度值最大的受热体(1)和第二个高温受热结构上高度值最小的受热体(1)相邻。
5.根据权利要求4所述的一种换热器，其特征在于，所述第一个高温受热结构上高度值最大的受热体(1)的面积为高度值最小的受热体(1)的面积的1.5-2倍。
6.根据权利要求5所述的一种换热器，其特征在于，所述第一个高温受热结构上高度值最大的受热体(1)的面积为高度值最小的受热体(1)的面积的1.75倍。
7.根据权利要求4所述的一种换热器，其特征在于，所述第二个高温受热结构上高度值最大的受热体(1)的面积为高度值最小的受热体(1)的面积的1.2-1.5倍。
8.根据权利要求7所述的一种换热器，其特征在于，所述第二个高温受热结构上高度值最大的受热体(1)的面积为高度值最小的受热体(1)的面积的1.35倍。
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