CN1211308A - 锅炉 - Google Patents

Abstract

只有悬挂型过热器(52)和(53)设在炉子的出口。这些过热器的热交换表面的大小使得当锅炉处在最大负载时在过热器的下游的排气温度为1000摄氏度到1100摄氏度。沿着排气流把在这些过热器(52)和(53)的下游的排气通道分成分通道,在每个分通道的出口处设置一个气流调节器,用来控制通过各自分通道的排气流速。把一个横放型再加热器(41)设置在分通道中。因为围绕再加热器(41)流动的排气的温度(1000摄氏度到1100摄氏度)与流过该再加热器(41)的蒸汽温度之间的温差大,即使热交换面积小,也可以以高效率进行热交换。因此,这一构形使得可以防止该再加热器(41)的热交换面积加大,或锅炉的整个尺寸加大。

Description

锅炉

本发明涉及一种锅炉，更具体地说，涉及用于电力工业有一个再加热器并有中等容量或大容量的锅炉，此种锅炉的最大连续蒸发速率至少为500吨/小时。

在发电厂中，蒸汽在高压汽轮机中作功之后变成相对较低的压力，由高压汽轮机中排出，被再加热，并供应给中压汽轮机和低压汽轮机，在其中作功，从而提高汽轮机整体的热效率。上述锅炉例如被用在发电厂中。

在这样的锅炉中，在上游侧排气通道中设置了用来产生相对较高温度和相对较高压力蒸汽的过热器和用来产生相对较高温度和相对较低压力的蒸汽的再加热器，在炉子中由于燃料燃烧产生的排气通过上述排气通道。具体地说，在有中等或大容量的锅炉(这类锅炉的最大连续蒸发速率为至少500吨/小时，这种锅炉被用于发电厂)中，在温度相对较高的上游侧排气通道中设置了再加热器，比如过热器，以便得到高温蒸汽。

有一种锅炉，在此种锅炉中把下游侧排气通道沿着排气的气流分成两个或更多的分通道，在这些分通道的下游部分设有用来调整通过各分通道的排气的流速的气流调节器。JP-A-59-60103和JP-A-58-217104公布了一些结构，在这些结构中，再加热器被分别设置在剩余的分通道中。JP-A-62-33204公布了一种结构，其中在分通道之一中设置了一个过热器和一个预热器，并在另一个分通道中设置了一个蒸发器和一个预热器，在与炉子的出口连通的上游侧排气通道(温度相对较高的排气通过该通道)中，设置了一个悬挂型高温侧过热器，在高温侧过热器的下游也设置了一个悬挂型高温侧再加热器。与在下游侧排气通道中相比，在上游侧排气通道中可以更有效地进行热交换。这是因为在上游侧排气通道中排气的温度比在下游侧排气通道中的温度高，并且存在来自炉子中的燃烧火焰的辐射的加热。因为高温侧过热器被设置在上游侧排气通道中，在该通道中进行有效的热交换，所以，可以防止过热器的热交换部分的面积增加，即可以减小过热器整体的尺寸，同时获得较高的热交换效率。结果，可以防止锅炉整体的尺寸和重量的增加。

借助于把高温侧再加热器设置在上游侧排气通道中可以减小再加热器整体的尺寸，温度相对较高的排气就通过该排气通道(或者说，在该排气通道中热交换的速率高)，从而使高温侧再加热器在高温侧过热器的后面，就像高温侧过热器的功能那样。然而，因为高温侧过热器和设置在上游侧排气通道中的高温侧再加热器的尺寸减小，所以仅只借助于这些减小了的高温侧过热器和高温侧再加热器很难获得对于高温侧过热器和高温侧再加热器整体所要求的热交换面积。因此，需要提供附加的过热器和再加热器。分别有横放型低温侧过热器和低温侧再加热器，它们设在悬挂型高温侧过热器和高温侧再加热器的下游的下游侧排气通道的各自的分通道中。从热效率来看，悬挂型高温侧再加热器要优先于其它装置设置在上游侧排气通道中的上游侧。因此，高温侧再加热器必须被设置在上游侧排气通道中的一个有限空间中，在这个高温侧过热器的下游侧。这意谓着：不可能对高温侧再加热器提供足够的空间。因为高温侧再加热器可能不是足够地大，所以需要在下游侧排气通道的该分通道中另外设置一个横放型低温侧再加热器，此再加热器可能会占有对于再加热器整体所需要的热交换面积的大部分。在低温侧过热器和低温侧再加热器中的蒸汽由于对流而被加热，并随后供应到锅炉的外面，例如通过高温侧过热器和高温侧再加热器供应给发电汽轮机。在每个分通道中设置了一个气流调节器，低温侧过热器和低温侧再加热器就分别设置在这些分通道中，以便调节与低温侧过热器或低温侧再加热器接触的排气的流速。通过控制这些气流调节器把在低温侧过热器和低温侧再加热器中的蒸汽加热到一个预定的温度，并把这些蒸汽分别供应给高温侧过热器和高温侧再加热器。

如上所述，通过调节气流调节器实现低温侧过热器和低温侧再加热器中蒸汽的温度的控制。然而，因为高温侧过热器和高温侧再加热器设置在这些分通道的上游，所以无法借助于气流调节器在这些高温侧热交换装置中实现对蒸汽的温度的控制。因此，在低温侧过热器和低温侧再加热器中的蒸汽温度的控制不直接作用到汽轮机入口处的蒸汽温度上。换句话说，在低温侧过热器的出口处的蒸汽温度的变化与高温侧过热器出口处的蒸汽温度的变化之间以及在低温侧再加热器的出口处的蒸汽温度的变化与高温侧再加热器出口处或在汽轮机的入口处的蒸汽温度的变化之间有一个时间延迟，或有一个空载时间。

在为了缩短空载时间而提高气流调节器的控制增益的情况下，锅炉系统将变得不稳定或发生偏离，从而降低了可控性。特别是，在再加热器方面，因为可能占用对再加热器整体所要求的热交换面积的大部分的再加热器被设置在该分通道中，所以可控性受到损害。

因此，本发明的主要目的是提供一种锅炉，它有改进了的蒸汽温度可控性，而不会无益地增加每个再加热器的热交换面积。

为此目的，按照本发明提供了一种锅炉。它包括：一个炉子，通过它的一端与炉子的出口连通的一个上游侧排气通道，与此上游侧排气通道的另一端连通并沿着排气流被分成分通道的一个下游侧排气通道，设在上游侧排气通道中的悬挂型热交换装置，所有这些热交换装置是过热器，并且，这些热交换装置的热交换表面的大小使得当锅炉处在最大负载时在下游侧排气通道的入口处的排气温度变成1000摄氏度到1100摄氏度，设在下游侧排气通道中的横放型热交换装置，它们包括一个再加热器，以及设在每个分通道的出口处的用来控制通过各自分通道的排气流速的装置。

按照本发明，因为与传统的锅炉相比，在下游侧排气通道的入口处的排气温度高，所以通过再加热器的蒸汽与排气之间的温度差变大，从而使得不必要增加再加热器的热交换面积。

还有，因为所有再加热器设在下游侧排气通道的分通道中，所以可以减小空载时间。再有，所有再加热器成为控制对象，所以可以以较高的精度控制在再加热器出口处的蒸汽温度，即，可以以较高的精度控制在汽轮机入口处的蒸汽温度。

现在，将在下面参考着附图描述本发明的优选实施例。

图1为一个侧视图，示出了按照本发明的锅炉；以及

图2为一个侧视图，示出了一个传统的锅炉。

在图1中，锅炉包括一个炉子1，下游侧排气通道2和把炉子1的上段与下游侧排气通道2连通的上游侧排气通道3。该锅炉例如为一个烧煤的锅炉。

来自设在炉子1的下段的多个燃烧器11的高温燃气在炉子1中向上通过。燃气通过上游侧排气通道3和下游侧排气通道游侧排气通道2，并作为一种低温的排气通过出口210由锅炉排出。在炉子1中设有一个下部水冷壁12，一个上部水冷壁13和一个鼻形壁15。下部水冷壁12由多根管道构成，每根管道在炉子中由炉子的下段螺旋形地向上伸展。上部水冷壁12也由多根管道构成，每根管道在炉子中在竖直方向上直着伸展。鼻形壁15也由多根管道构成。

下游侧排气通道2由壁21形成，壁21由多根管道构成。沿着排气流伸展的一个分配壁24把下游侧排气通道2分成两个分通道22和23。气流调节器25用来控制通过各分通道的燃气的流速，此气流调节器设置在每个分通道的出口处。分配壁24也有多根管道。

横放型再加热器41设在下游侧排气通道2的分通道之一22中，而横放型初级过热器51和一个横放型预热器61沿着燃气流串联地设在另一个分通道23中。如果必要，也可以在分通道23中设置一个蒸发器。

由多根管道构成的顶壁31和几个侧壁形成了上游侧排气通道3。在上游侧排气通道3中沿着燃气流串联地设置了悬挂型次级过热器52和悬挂型第三级过热器53。这些过热器52和53的总热交换面积被设定为使得当锅炉处在最大负载时在上游侧排气通道的入口处的燃气温度变成1000摄氏度到1100摄氏度。

在本文件中使用的＂横放型＂这个词意谓着这样的状态：其中热交换装置比如再加热器的热交换管道相对于竖直的气流基本上水平地伸展。还有，＂悬挂型＂这个词意谓着这样的状态：其中热交换装置比如过热器的热交换管道相对于水平的气流基本上竖直地伸展，并在竖直方向上的上部设有入口和出口。

现在，将描述锅炉的水供应系统。

通过一根水供应管100把水供应给设在分通道23中的预热器61。水由预热器61的一个入口集流管611流到一个出口集流管612，并由燃气(排气)吸收热量。把因此而被加热的水由出口集流管612通过一根向下伸展的管道101分配到炉子1的下部水冷壁12的多个下部集流管121。

水在炉子的内部吸收热量，并由下部的集流管121通过下部水冷壁12的各自管道向上流动。水被加热到接近它的饱和温度。在管道中的水的温度在下部水冷壁的出口处是不平衡的，这是因为不同的管道吸收不同数量的热量。高温水由下部水冷壁12的各自管道流进一个中间的混合集流管14，为的是使它的温度均匀。

来自混合集流管14的高温水在炉子的内部进一步吸收热量，并通过上部的水冷壁13和鼻形壁15向上流动，变成液相的高温水和气相的蒸汽。来自上部水冷壁13和鼻形壁15的管道的高温水和蒸汽的混合物分别通过一个水冷壁集流管131和鼻形壁集流管151进入一个上部集流管16，为的是使它的温度均匀，随后流进一个蒸汽分离器17。

在该蒸汽分离器17中，混合物被分离成高温水和蒸汽，一个循环泵18把高温水通过一个排水罐19供应给供水管100，而蒸汽流进顶壁31的管道的入口集流管311。当锅炉进行一次通过的运行时，把由流进蒸汽分离器17的所有流体组成的蒸汽供应给入口集流管311。

来自入口集流管311的蒸汽通过顶壁31的管道流向出口集流管312，在炉子的内部吸收热量，变成过热蒸汽。此过热蒸汽由出口分配集流管312通过一根向下伸展的管道201和一根连通管道202流进一个入口分配集流管203，此集流管203与下游侧排气通道2的壁21和分配壁24的管道连通。过热蒸汽在炉子的内部吸收热量，并通过下游侧排气通道2的壁21和分配壁24的管道向上流动。过热蒸汽直接流进一个出口集流管511，或通过一个出口分配集流管204和一根连通管205流进集流管511。

过热蒸汽由出口集流管511通过一根连通管512流进初级过热器51。接着，过热蒸汽被加热到一个预定的过热蒸汽温度，同时流过次级过热器52和第三级过热器53，并把它们供应给高压汽轮机HP。

在高压汽轮机HP中作完功的蒸汽通过一根蒸汽管道401流进再加热器41的一个入口集流管411中。在该再加热器41中，蒸汽由分通道22中的排气吸收热量，并被加热到预定的再加热温度，随后供应给中等压力汽轮机IP。通过用气流调节器25调整流过该分通道的排气的数量，控制被再加热器41中的蒸汽吸收的热量的数量或控制被再加热蒸汽的温度是可能的。

在图2中所示的传统锅炉中(与在图1中所示的相同或类似的部件用相同的标号表示，并且不作特别的描述)，除了次级过热器52到第四级过热器54以外，在上游侧排气通道3中设置了第二再加热器43。就热效率而言，过热器52-54被设置在上游侧排气通道3中，优先于其它装置，所以用于第二再加热器43的空间就不太大了。因此，对于第二再加热器43来说，难以包括对于再加热器整体所需要的热交换面积。因此，如后面所描述的那样，必须设置一个附加的再加热器42，来补足所需要的热交换面积。借助于沿着排气流伸展的分配板24把下游侧排气通道2分成两个分通道22和23。在每个分通道的出口设有一个气流调节器25。在分通道之一22中设置了再加热器42，而在另一个分通道23中设置了一个初级过热器51，一个蒸发器71和一个预热器61。当锅炉处在最大负载时，在下游侧排气通道2的入口处燃气(排气)的温度大约为800摄氏度。因为排气(800摄氏度)和所想要再加热的蒸汽(通常560摄氏度到600摄氏度)之间的温度差小，必须加大第二再加热器43的热交换面积。因此，第二再加热器43的尺寸大，从而使得无法防止锅炉整体的尺寸加大。

相反，在图1所示的实施例中，当锅炉处在最大负载时，在下游侧排气通道2的入口处燃气(排气)的温度大约为1000摄氏度。因为排气(1000摄氏度)和所想要被再加热的蒸汽(560摄氏度到600摄氏度)之间的温度差大，再加热器41可以有较小的热交换面积，从而使得防止锅炉整体的尺寸加大成为可能。为了当锅炉处在最大负载时，使在下游侧排气通道2的入口处燃气(排气)的温度大约为1000摄氏度，与在传统的锅炉(在这种锅炉中，在上游侧排气通道中设置了过热器和再加热器)中相比，要把上游侧排气通道中的过热器的热交换面积增加一些。即，过热器的尺寸要加大一些，但是这一增加基本上不会使锅炉的尺寸加大。顺便说一下，在附图中，再加热器或类似物的尺寸比被改变了。

还有，因为使用了单一的再加热器41而不是分开的再加热器42和43(图2)，进一步使得只有在再加热器41中蒸汽的热吸收是气流调节器25控制的对象成为可能，从而可以提高控制增益。因此，被再加热的蒸汽的温度可以提高。再有，在控制响应上没有空载时间。

还有，因为气流调节器25对排气的流速控制直接作用到在再加热器41中蒸汽的热吸收上，所以没有摆动现象。

当只有一个再加热器设在下游侧排气通道的分通道之一中时，可控性的这种提高特别有效，并且，只有一个过热器和一个预热器设在另一个分通道中，像在本发明的实施例中那样。

在燃煤锅炉的情况下，在燃气中通常包括大量的煤灰。这些煤灰的最低软化温度大约为1100摄氏度。当煤灰软化并粘附到热交换装置的热交换表面上时，煤灰被冷却，并变硬。所谓结块就是由重复地软化和粘附造成的，这降低了热交换效率。因此，传统上需要定期地除去煤灰。当把本发明用于燃煤锅炉时，像在实施例中那样，横放型热交换装置例如初级再加热器41，初级过热器51和预热器61使得一旦煤灰粘到装置上除去这些煤灰比悬挂型热交换装置更困难。

然而，按照本发明，在横放型热交换装置上游的排气温度为1000摄氏度到1100摄氏度。因为这比煤的软化温度低，防止结块是可能的。还有，因为这一温度比所要求的被再加热的蒸汽的温度(560摄氏度到600摄氏度)明显地高，在下游侧排气通道中增加热交换装置是不必要的，从而防止了整个锅炉尺寸增大。如上所述，本发明在燃煤锅炉中特别有效。

按照本发明的锅炉可以用于大容量的发电厂。

Claims (3)

1．一种锅炉，包括：

一个炉子；

在它的一端与所述炉子的出口连通的一个上游侧排气通道；

与所述上游侧排气通道的另一端连通并沿着排气流被分成分通道的一个下游侧排气通道；

设在所述上游侧排气通道中的悬挂型热交换装置，所有这些热交换装置是过热器，所述热交换装置的热交换表面的大小使得当所述锅炉处在最大负载时在所述下游侧排气通道的入口处的排气温度变成1000摄氏度到1100摄氏度；

设在所述下游侧排气通道中的横放型热交换装置；以及

设在每个所述分通道的出口处的用来控制通过各自分通道的排气流速的装置。

2．按照权利要求1所述的锅炉，其特征在于，所述横放型热交换装置包括再加热器。

3．按照权利要求1或2所述的锅炉，其特征在于，一个横放型再加热器设置在所述分通道之一中，在所述过热器，蒸发器和所述预热器中的至少一个过热器和一个预热器设在另一个分通道中。

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