專利名稱：強(qiáng)制直流鍋爐的制作方法
強(qiáng)制直流鍋爐本發(fā)明涉及一種強(qiáng)制直流鍋爐，具有一個由氣密焊接、可沿垂直方向通流的鍋爐管構(gòu)成的外壁，其中，在外壁內(nèi)部設(shè)直通收集器，就流動介質(zhì)而言，所述直通收集器將并聯(lián)的多個第一鍋爐管在出口側(cè)與串聯(lián)在第一鍋爐管下游的多個并聯(lián)的第二鍋爐管在進(jìn)口側(cè)連接起來。本發(fā)明還涉及一種電站設(shè)備，它具有這種鍋爐。鍋爐是一種由流動介質(zhì)產(chǎn)生蒸汽的設(shè)備。在這種設(shè)備中，流動介質(zhì)，典型地為水被加熱，并轉(zhuǎn)換為蒸汽。然后蒸汽使用于驅(qū)動機(jī)器或用于產(chǎn)生電能。鍋爐通常包括產(chǎn)生蒸汽的蒸發(fā)器和過熱器，蒸汽在過熱器內(nèi)加熱到用戶要求的溫度。往往在蒸發(fā)器上游連接用于利用廢熱的預(yù)熱器，它進(jìn)一步提高設(shè)備的總效率。工業(yè)鍋爐如今通常設(shè)計(jì)為水管式鍋爐，亦即流動介質(zhì)在鍋爐管內(nèi)流動。鍋爐管可以互相氣密焊接，并由此構(gòu)成外壁，供給熱量的高溫氣體在鍋爐管內(nèi)部流動。鍋爐的結(jié)構(gòu)方式可以或設(shè)計(jì)為立式或臥式，亦即高溫氣體沿垂直或水平方向流動。此外，鍋爐可以設(shè)計(jì)為強(qiáng)制直流鍋爐，其中，給水泵強(qiáng)制地使流動介質(zhì)直流。在這里，給水泵將流動介質(zhì)輸送到鍋爐內(nèi)，先后流過預(yù)熱器、蒸發(fā)器和過熱器。在流過時，連續(xù)實(shí)施給水加熱至飽和蒸汽溫度、汽化和過熱，從而，至少在滿負(fù)荷運(yùn)行時，不需要單獨(dú)的水與蒸汽的分離裝置。直流鍋爐也可以在超臨界壓力時運(yùn)行。預(yù)熱器、蒸發(fā)器和過熱器各加熱面的界定，嚴(yán)格地說對于這種運(yùn)行方式不再有意義，因?yàn)榘l(fā)生連續(xù)的相變。按一種垂直管系的直流鍋爐的方案，外壁的管系分成下段和上段，其中，下段包括多個并聯(lián)的第一鍋爐管，以及上段包括串聯(lián)在第一鍋爐管下游的多個并聯(lián)的第二鍋爐管。下段與上段通過直通收集器互相連接。由此一方面達(dá)到并聯(lián)的鍋爐管之間壓力平衡，另一方面還達(dá)到來自不同鍋爐管的流動介質(zhì)至少部分混合?，F(xiàn)在，在這種具有可沿垂直方向通流的鍋爐管和具有直通收集器的直流鍋爐中發(fā)現(xiàn)，外壁上段的各管可能承受不允許的高溫，這種高溫尤其可導(dǎo)致破壞管壁。在這里，這種高溫的出現(xiàn)與某些運(yùn)行參數(shù)有關(guān)聯(lián)。因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種上述類型的強(qiáng)制直流鍋爐，它應(yīng)與運(yùn)行狀態(tài)無關(guān)地有特別長的壽命和特別低的故障率。按本發(fā)明為達(dá)到上述目的采取的措施是，令連接在直通收集器下游的鍋爐管各有一個節(jié)流器。本發(fā)明考慮問題的出發(fā)點(diǎn)在于，各鍋爐管的過熱歸因于沒有充分排出通過流動介質(zhì)傳入的熱量。沒有充分散熱發(fā)生在所涉及的鍋爐管有過小的質(zhì)量流量時。在自然循環(huán)特性突出時，在很低的進(jìn)口蒸汽含量和很小的供熱量時，在這些管內(nèi)的流體靜壓降便已經(jīng)近似于如在鍋爐管進(jìn)口與出口之間的總壓差那么大或與之同樣大小。因此，余留的作為流動推進(jìn)力的壓差很小或完全消失，從而在最嚴(yán)重的情況下流動停滯。雖然直通收集器應(yīng)促使連接在其下游的管之間一定程度的平衡，以減弱上述效果。但人們認(rèn)識到，盡管直通收集器導(dǎo)致完全的壓力平衡，然而這并未引起進(jìn)入的流動介質(zhì)徹底混合，這種徹底的混合導(dǎo)致連接在其下游的鍋爐管內(nèi)水與蒸汽份額的平衡。因此，基于來自加熱較弱的下段鍋爐管低的蒸汽含量以及在收集器內(nèi)附加的局部分離現(xiàn)象，盡管如此仍能在進(jìn)入上部垂直管系的各管內(nèi)的進(jìn)口處，在某些運(yùn)行狀態(tài)蒸汽含量趨于零。由此應(yīng)通過足夠減弱自然循環(huán)特征避免所述現(xiàn)象。這可以通過提高各自鍋爐管內(nèi)的摩擦壓力損失達(dá)至IJ。為此目的，應(yīng)在連接在直通收集器下游的鍋爐管內(nèi)分別設(shè)置一個節(jié)流器。按有利的設(shè)計(jì)，各自的節(jié)流器設(shè)在外壁的上部出口處。如此配置可以使鍋爐的結(jié)構(gòu)特別簡單，與此同時還允許重新裝備現(xiàn)已建成但有上述問題的設(shè)備。有利的是將節(jié)流器設(shè)計(jì)為簡單的孔板。這樣做可以非常簡便地局部減小所涉及鍋爐管的額定寬度，并因而允許方便地提高摩擦壓力損失。采取這一措施還準(zhǔn)許特別簡單地裝備節(jié)流器，達(dá)到減小自然循環(huán)特征的目的。立式結(jié)構(gòu)的鍋爐外壁可以有不同的水平橫截面。若橫截面基本上是矩形，則可以是一種特別簡單的結(jié)構(gòu)。在這種鍋爐中，尤其設(shè)在角部的鍋爐管加熱特別弱，因?yàn)樗鼈冸x高溫氣體通道的中心最遠(yuǎn)，并與此同時供熱面積特別小。其結(jié)果是，垂直管系下段各角部管的蒸汽含量趨于零，從而在這里不均勻分布的水汽混合物進(jìn)入中間收集器內(nèi)。因?yàn)樵谶@里中間收集器也沒有造成充分的混合，所以可能導(dǎo)致連接在下游的角部管內(nèi)的質(zhì)量流休止并因而熱量不能充分傳出。因此，正是在這種鍋爐中，有利地令連接在直通收集器下游的鍋爐管有節(jié)流器。直通收集器可以連續(xù)水平地環(huán)形設(shè)置，也就是說，它將外壁的所有設(shè)在下部或上部的鍋爐管互相連接在一起。盡管在所有管內(nèi)壓力完全平衡，但仍會發(fā)生水與蒸汽部分分離。因此，這種強(qiáng)制直流鍋爐也有利地在連接在直通收集器下游的鍋爐管內(nèi)各有一個節(jié)流器。在直通收集器下方的管系可以螺旋形旋轉(zhuǎn)地配置。在這里，這些管環(huán)形地圍繞整個外壁延伸。雖然這造成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和在下部區(qū)內(nèi)數(shù)量較少的鍋爐管，但由此當(dāng)然可基本補(bǔ)償外壁不同區(qū)域內(nèi)加熱的差別。盡管如此仍認(rèn)識到，即使在這種結(jié)構(gòu)中也會導(dǎo)致在直通收集器中不規(guī)則的局部分離，其結(jié)果是帶來上述在連接在直通收集器下游的管內(nèi)質(zhì)量流量過小的問題。因此，即使在這種結(jié)構(gòu)中也有利地令連接在直通收集器下游的鍋爐管各有一個節(jié)流器。在燃燒礦物燃料的鍋爐中，熱量輸入燃燒室的鍋爐管內(nèi)不僅僅通過傳導(dǎo)進(jìn)行，而是將大部分熱量通過熱輻射加入鍋爐管內(nèi)。因此尤其在這種鍋爐中，在各鍋爐管加熱方面的差別特別大。因此有利地，包括一個具有一定數(shù)量礦物燃料燃燒器的燃燒室的鍋爐，在連接在直通收集器下游的鍋爐管內(nèi)有節(jié)流器。按有利的設(shè)計(jì)，就流動介質(zhì)而言在強(qiáng)制直流鍋爐下游連接汽輪機(jī)，例如用于發(fā)電。此外，電站設(shè)備有利地具有這種鍋爐。采用本發(fā)明獲得的優(yōu)點(diǎn)尤其在于，通過在強(qiáng)制直流鍋爐的連接在直通收集器下游的鍋爐管內(nèi)配置節(jié)流器，保證在每個管內(nèi)充分的熱量輸出，并由此避免不允許的會導(dǎo)致管壁損壞的高溫。在這里，所述措施基于以下認(rèn)識:即使在強(qiáng)制直流鍋爐內(nèi)也存在不可忽略的自然循環(huán)特征，這種自然循環(huán)特征通過配置節(jié)流器減弱。由此最終避免限制電站設(shè)備的運(yùn)行。下面借助附圖詳細(xì)說明本發(fā)明。其中:

圖1示意表示具有直通收集器的垂直管系的強(qiáng)制直流鍋爐；以及圖2表示有和沒有節(jié)流器的強(qiáng)制直流鍋爐加熱較弱的角部管的質(zhì)量流密度和其在出口處的流體溫度曲線圖。在所有的圖中相同的部分采用同樣的附圖標(biāo)記。圖1示意表示按本發(fā)明燃燒礦物燃料的垂直管系的強(qiáng)制直流鍋爐I。所述強(qiáng)制直流鍋爐I包括由氣密焊接的鍋爐管2構(gòu)成的外壁4。在這里外壁4有基本上矩形的水平橫截面6。在強(qiáng)制直流鍋爐I的下部區(qū)內(nèi)設(shè)燃燒室8，它有一些沒有詳細(xì)表示的用于燃燒礦物燃料的燃燒器，燃燒器為鍋爐管4提供熱量。外壁4分成上段10和下段12，其中分段10和12通過直通收集器14互相連接。在下段12內(nèi)的管系在這里垂直排布，但也可以螺旋形圍繞外壁環(huán)形排布。直通收集器14收集所有從下段12的鍋爐管2流出的流動介質(zhì)，并因而實(shí)現(xiàn)在并聯(lián)的鍋爐管2之間實(shí)現(xiàn)壓力平衡。接著，將來自直通收集器14的流動介質(zhì)引入上段10的鍋爐管2內(nèi)，流動介質(zhì)在那里進(jìn)一步加熱并必要時被過熱。在圖中未表示的加熱面內(nèi)進(jìn)一步過熱后，將過熱蒸汽輸入電站設(shè)備的圖中未詳細(xì)表不的汽輪機(jī)中。借助燃燒器產(chǎn)生的熱量基本上通過熱輻射由鍋爐管2吸收。尤其在下段12的角部管16內(nèi)，基于它們的位置離強(qiáng)制直流鍋爐I的中心有最遠(yuǎn)的距離，以及基于加入熱量的表面特別小的幾何布局，所以輸入的熱量小到，使從下段12的角部管16進(jìn)入直通收集器14中的流動介質(zhì)有比較小的蒸汽含量?，F(xiàn)在，直通收集器14雖然促使完全壓力平衡，但并沒有招致進(jìn)入的流動介質(zhì)完全混合。基于下段12的角部管16出口處所述低的蒸汽含量以及在直通收集器14中附加的局部分離現(xiàn)象，在上段10各鍋爐管2進(jìn)口處的蒸汽含量可能很小。根據(jù)強(qiáng)制直流鍋爐I的運(yùn)行狀態(tài)，在不利地設(shè)計(jì)上段10管系時，這可能導(dǎo)致各鍋爐管2通流的明顯間斷，直至停滯。其結(jié)果又會造成未將熱量充分傳出和導(dǎo)致不允許的高流體溫度，從而最終使管壁承受不允許的高溫而被破壞。為避免這種損壞，在本實(shí)施例中，在上部區(qū)10所有鍋爐管的出口設(shè)置節(jié)流器18，在這里為了簡化視圖只舉例表示了個別節(jié)流器18。節(jié)流器18分別設(shè)計(jì)為孔板，借此提高所有并聯(lián)管總的壓力損失。其結(jié)果是，在各自鍋爐管2內(nèi)，尤其在角部管16內(nèi)，靜液壓降相對而言減少。因此始終保持存在足夠的作為流動推動力的壓差。借助圖2說明這一效果:圖2用曲線圖表示，在比較小的供熱時和鍋爐I以部分負(fù)荷運(yùn)行，有和沒有節(jié)流器18時，上部區(qū)10的角部管16內(nèi)流動介質(zhì)的參數(shù)。左標(biāo)度表示角部管16內(nèi)質(zhì)量流密度，按每平方米和每秒千克(kg/m2s)，右標(biāo)度表示角部管16出口處流體溫度，按攝氏度(°C )，分別標(biāo)繪與管進(jìn)口處流動介質(zhì)蒸汽含量的關(guān)系。曲線軌跡20表示沒有單獨(dú)的節(jié)流器18時角部管16內(nèi)的質(zhì)量流密度。曲線20朝曲線圖左側(cè)的下降，清楚表明角部管16內(nèi)質(zhì)量流密度是如何隨蒸汽含量的減少而減小的。當(dāng)蒸汽含量為O時，質(zhì)量流密度降為值40kg/m2s，這實(shí)際上等同于管內(nèi)流動停滯。不再保證管內(nèi)的熱量充分傳出，以及相應(yīng)地流動介質(zhì)的溫度并因而角部管16的溫度，從蒸汽含量約
0.2起顯著提高,如曲線軌跡22所示。然而，當(dāng)在角部管16內(nèi)在其出口配置節(jié)流器18時，摩擦壓力損失提高，并由此如上所述減小自然循環(huán)特性以及減少角部管16內(nèi)過度的相對靜液壓降。雖然曲線軌跡24也表示角部管16內(nèi)質(zhì)量流密度朝低的蒸汽含量方向減小。但其中質(zhì)量流密度的值，即使在蒸汽含量為O時，仍保持為比沒有配置節(jié)流器18時高得多的值(在這里是260kg/m2s)。如曲線軌跡26所示，這導(dǎo)致在任何蒸汽含量時均保證角部管16內(nèi)充分的熱量傳出，也就是說，溫度僅小量升高或保持不變。由此避免因溫度過高而損壞上部區(qū)10內(nèi)的外壁4，以及達(dá)到總體上延長強(qiáng)制直流鍋爐I的使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種強(qiáng)制直流鍋爐(I)，具有由氣密焊接的、可沿垂直方向通流的鍋爐管(2)構(gòu)成的外壁(4)，其中，在外壁(4)內(nèi)部設(shè)直通收集器(14)，就流動介質(zhì)而言，所述直通收集器(14)將并聯(lián)的多個第一鍋爐管(2)在出口側(cè)與串聯(lián)在第一鍋爐管(2)下游的多個并聯(lián)的第二鍋爐管(2)在進(jìn)口側(cè)連接起來，其中，連接在直通收集器(14)下游的鍋爐管(2)各有一個節(jié)流器(18)。
2.按照權(quán)利要求1所述的強(qiáng)制直流鍋爐(1)，其中，各自的節(jié)流器(18)設(shè)在外壁(4)的上部出口處。
3.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的強(qiáng)制直流鍋爐(I)，其中，節(jié)流器(18)設(shè)計(jì)為孔板。
4.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的強(qiáng)制直流鍋爐(I)，其中，外壁(4)具有基本上矩形的水平橫截面(6)。
5.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的強(qiáng)制直流鍋爐(I)，其中，直通收集器(14)水平地圍繞外壁(4)環(huán)形設(shè)置，以及包圍多個全部在下方設(shè)在外壁(4)內(nèi)并聯(lián)的第一鍋爐管(2)，以及包圍多個全部在上方設(shè)在外壁(4)內(nèi)的第二鍋爐管(2)。
6.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的強(qiáng)制直流鍋爐，其中，連接在直通收集器(14)上游的鍋爐管(2)螺旋形環(huán)繞地排布在外壁(4)內(nèi)。
7.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的強(qiáng)制直流鍋爐，具有包括一定數(shù)量的礦物燃料燃燒器的燃燒室⑶。
8.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的強(qiáng)制直流鍋爐，具有就流動介質(zhì)而言連接在下游的汽輪機(jī)。
9.一種電站設(shè)備，它具有按照前列諸權(quán)利要求之一所述的強(qiáng)制直流鍋爐(I)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種強(qiáng)制直流鍋爐(1)，具有由氣密焊接的、可沿垂直方向通流的鍋爐管(2)構(gòu)成的外壁(4)，其中，在外壁(4)內(nèi)部設(shè)直通收集器(14)，就流動介質(zhì)而言，所述直通收集器(14)將并聯(lián)的多個第一鍋爐管(2)在出口側(cè)與串聯(lián)在第一鍋爐管(2)下游的多個并聯(lián)的第二鍋爐管(2)在進(jìn)口側(cè)連接起來，應(yīng)與運(yùn)行狀態(tài)無關(guān)地有特別長的壽命和特別低的故障率。為此，連接在直通收集器(14)下游的鍋爐管(16)各有一個節(jié)流器(18)。
文檔編號F22B29/02GK103154611SQ201180048100
公開日2013年6月12日 申請日期2011年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月4日
發(fā)明者J·布羅德瑟, J·布魯克納, M·埃弗特, J·弗蘭克, T·舒爾策 申請人:西門子公司