應(yīng)用于鍋爐的過熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種鍋爐，特別是公開一種應(yīng)用于鍋爐的過熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的鍋爐結(jié)構(gòu)中，過熱器包括集箱、過熱器管子;集箱包括進口集箱和出口集箱，其作用是對過熱器管子中換熱前后的蒸汽進行分配和收集。過熱器的過熱器管子直接從鍋爐爐壁的外部進入爐腔，爐壁與過熱器的連接通常為固定式連接，即過熱器的過熱器管子直接焊接在鍋爐的爐壁上，過熱器管子與爐壁相連的一端受爐壁約束，跟隨爐壁膨脹的方向移動，過熱器管子與集箱聯(lián)接的一端，跟隨集箱膨脹方向移動。集箱位于爐壁外部，以免受到爐內(nèi)介質(zhì)的直接接觸(集箱在爐腔內(nèi)部的情況通常是在低溫狀態(tài)下使用的結(jié)構(gòu)，其使用范圍以及與爐壁之間的連接結(jié)構(gòu)與本實用新型有著本質(zhì)的不同，因此不在本實用新型討論的范圍內(nèi))。
[0003]通常，根據(jù)鍋爐熱力計算、水動力計算的要求，爐壁管子按一定規(guī)律排列，過熱器管子按一定規(guī)律排列，過熱器管子排列要適應(yīng)爐壁管子的排列規(guī)律。例如，當(dāng)爐壁管子之間的空間足以通過一根過熱器管子時，過熱器管子對應(yīng)的在爐壁兩管子之間穿出，爐壁管鰭片上開孔或爐壁附屬物盒體上開孔形成多孔盒體，該開孔僅考慮過熱器管子通過并符合管子與爐壁密封焊接的要求。
[0004]通常根據(jù)鍋爐爐壁的結(jié)構(gòu)不同，過熱器管子與爐壁的連接方式略有不同，但相同的是過熱器管子都與爐壁進行固定連接，過熱器管子在受熱膨脹時會受到爐壁的影響，典型的結(jié)構(gòu)如下:
[0005]1)、如圖1、圖2所示，爐壁1為膜式壁結(jié)構(gòu)，過熱器管子3橫向穿過爐壁1的鰭片101，過熱器管子3與鰭片101之間直接焊接密封、或者為了方便焊接在過熱器管子3上固定設(shè)置管套4，再將管套4通過焊接的方式與鰭片101連接固定。該連接方式的過熱器管子3受到爐壁1約束。
[0006]如圖3所示，也可以在爐壁1的外側(cè)設(shè)置帶有膨脹結(jié)構(gòu)6的多孔盒體5，過熱器管子3從外部穿過多孔盒體5后再穿過爐壁1的鰭片101進入爐腔2，過熱器管子3通過管套4與多孔盒體5焊接在一起進行密封。該連接方式在過熱器管子3受到爐壁1以及多孔盒體5的約束。
[0007]2)、如圖4所示，爐壁1為膜式壁結(jié)構(gòu)，過熱器管子3豎向穿過爐壁1的鰭片101，過熱器管子3的周圍焊連有支撐封板8，支撐封板8通過焊接的方式固定在爐壁1上。該連接方式的過熱器管子3受到支撐封板8的約束。
[0008]3)、如圖5所示，爐壁1為膜式壁結(jié)構(gòu)，過熱器管子3豎向穿過鰭片101，爐壁1外設(shè)有膨脹節(jié)9，過熱器管子3通過膨脹節(jié)9與爐壁1相連。該結(jié)構(gòu)爐壁1與過熱器管子3沒有固定聯(lián)接，過熱器管子3與集箱7在過熱器管子3的軸線方向上自由膨脹，但是當(dāng)集箱7的膨脹路徑位于集箱7的軸線方向或集箱的側(cè)向時，所述過熱器3的管子的移動受到所述膨脹節(jié)9或爐壁1的約束。
[0009]4)、如圖6所示，爐壁1由從內(nèi)向外依次相連的耐火壁面104、保溫壁面105、鋼板106組成，過熱器管子3穿過爐壁1進入爐腔2內(nèi)，過熱器管子3通過焊接的方式固定在鋼板106上。該連接方式的過熱器管子3受到鋼板106的約束。
[0010]以上這幾種方式都通過焊接直接固定或增加附件的結(jié)構(gòu)將過熱器管子與爐壁進行固定連接，受熱時過熱器管子跟隨爐壁膨脹的方向移動。在鍋爐工作時，爐腔2內(nèi)介質(zhì)加熱爐壁1，過熱器管子3與爐壁1的連接處，或過熱器管子3與其他附件如支撐封板8、膨脹節(jié)9等，亦有局部熱量傳遞，爐壁管子102內(nèi)側(cè)有工質(zhì)通過，吸收爐腔2內(nèi)介質(zhì)或過熱器管子3放出的熱量，爐壁1的溫度受爐壁管子102內(nèi)的工質(zhì)溫度主導(dǎo)，由于爐壁1、多孔盒體5、支撐封板8、膨脹節(jié)9、過熱器管子3的受熱膨脹量各不相同，因此在焊接處會造成過熱器管子3的膨脹受爐壁1或多孔盒體5、支撐封板8、膨脹節(jié)9等的限制，不能在多個方向上自由移動，(一方面集箱沿集箱軸線方向膨脹，另一方面集箱可能受到聯(lián)接管道膨脹的影響而在集箱側(cè)向產(chǎn)生位移，)而過熱器管子3與集箱7之間同樣為固定連接，過熱器管子3跟隨集箱7膨脹位移的方向移動，這就造成過熱器管子3在爐壁1與集箱7之間的兩端受到爐壁1與集箱7的約束，兩端的位移量不同，過熱器管子3遭受彎曲應(yīng)力，一旦彎曲應(yīng)力過大會造成過熱器管子3的損壞，為了防止這一損壞，通常需要增長過熱器管子3在爐壁1與集箱7之間的長度(以下稱過熱器管子3在爐壁1與集箱7之間的部分為為爐外管子)，以抵消彎曲應(yīng)力造成的損壞。例如圖7、8，為了使過熱器管子3所受彎曲應(yīng)力范圍不超過過熱器管子3材料的許用應(yīng)力，需將過熱器管子3的爐外管子長度設(shè)計的足夠長，過熱器管子3的爐外管子長度可以通過以下公式計算，本實用新型僅舉一例現(xiàn)有技術(shù)中的計算方法進行說明:
[0011]L=(3 y E D / S)1/2，(導(dǎo)向-固支模型，如圖7);
[0012]L=(1.5 y E D / S)1/2，(鉸支-固支模型，如圖8);
[0013]其中:L:需要的爐外管子長度;y:爐外管子兩端的位移差;E:過熱器管子材料的彈性模量;D:過熱器管子直徑;S:過熱器管子材料的許用應(yīng)力。
[0014]爐外管子的長度隨集箱與爐壁的溫度差成正比，溫差越大，爐外管子的長度L越長。
[0015]爐外管子的長度L與集箱的總長度稱正比，集箱越長，爐外管子的長度L越長。
[0016]隨著現(xiàn)代鍋爐技術(shù)的不斷發(fā)展，鍋爐參數(shù)(蒸汽溫度、壓力、容量)也不斷提高，使得過熱器管子的爐外管子的長度不斷增長。而過熱器管子的爐外管子由于裝設(shè)在爐腔外偵I爐外管子內(nèi)的工質(zhì)不與爐內(nèi)介質(zhì)有任何熱交換，從鍋爐的功能來說，該段爐外管子是無效的，反而增加了過熱器管子管內(nèi)工質(zhì)流動的阻力，約占蒸汽流程阻力的10?20%，使水栗電耗增加。該段爐外管子需要使用大量的優(yōu)質(zhì)合金鋼管子，消耗大量原材料成本與加工成本，約占過熱器成本的10?20%。該段爐外管子延伸在爐腔外側(cè)，占用很大的空間，使鍋爐鋼結(jié)構(gòu)占地面積增加，使鋼結(jié)構(gòu)的各類梁、平臺的長度增加，鋼結(jié)構(gòu)成本增加，約占鋼結(jié)構(gòu)成本的3
?6% ο
[0017]在傳統(tǒng)鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，由于爐壁與過熱器管子之間為固定連接，爐壁對過熱器管子具有支撐限制作用，集箱、過熱器管子、爐壁之間相互聯(lián)接，爐壁與集箱之間必然相互牽制。爐壁管子根據(jù)爐壁結(jié)構(gòu)的規(guī)律，因熱膨脹而移動，而集箱受聯(lián)接管道的牽制作用，不可能完全跟隨爐壁移動；因為過熱器管子的熱膨脹，而使集箱與爐壁之間產(chǎn)生相對位移，導(dǎo)致集箱與爐壁之間的距離發(fā)生改變。那么，在集箱與爐壁之間發(fā)生距離變化的方向上，集箱的固定必須采用變力或恒力彈簧、阻尼器之類的元件來支撐，成本較高;如果采用剛性支吊裝置如剛性吊桿、剛性支撐、間隙設(shè)為0的限位裝置、導(dǎo)向裝置等，雖然成本低廉，但會導(dǎo)致過熱器管子失效、承受額外的應(yīng)力，使過熱器管子使用壽命降低、或者為了降低管子應(yīng)力而不得不增加管子長度，從而增加成本。因此集箱不可能在垂直于爐壁平面方向采用剛性支吊裝置。所以，為了支撐集箱及過熱器管子的重量等重力方向載荷，通常需要設(shè)置變力或恒力支吊架，成本高;或者設(shè)置非0間隙的限位裝置，以支撐地震、風(fēng)等水平載荷;而非0間隙的限位裝置，因有間隙，必使過熱器管子承受額外載荷。如有對集箱在垂直于爐壁平面方向采用剛性支吊裝置，此時過熱器管子因承受額外的應(yīng)力，從而使用壽命降低或失效，或者使過熱器管子的需要長度增加，而成本增加，造成不合理或錯誤設(shè)計。
[0018]對于如圖9所示的屏式過熱器18與爐壁1的連接結(jié)構(gòu)，屏式過熱器18的下端固定在所述爐壁1上，所述屏式過熱器18的上端穿過爐壁1，屏式過熱器18上端的集箱7必然因熱膨脹而移動，集箱7必然會在重力方向上發(fā)生位移，因此在集箱7的重力方向上須設(shè)置變力或恒力支吊架19，而不能采用剛性聯(lián)接裝置的固定方式固定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種實現(xiàn)過熱器的過熱器管子不受爐壁約束、自由膨脹，從而縮短過熱器爐外管子長度，節(jié)約成本，降低過熱器管子的應(yīng)力水平，延長使用壽命的應(yīng)用于鍋爐的過熱器。
[0020]本實用新型是這樣實現(xiàn)的:一種應(yīng)用于鍋爐的過熱器，所述鍋爐包括爐腔、爐壁，所述過熱器包括過熱器管子、與聯(lián)接管道相連的集箱，所述過熱器管子的一端與所述集箱相連，所述過熱器管子的另一端從所述鍋爐的外部穿過爐壁進入所述爐腔內(nèi)形