專利名稱：包括固定支持結(jié)構(gòu)的塔式鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如獨(dú)立權(quán)利要求的前序所述的鍋爐設(shè)備。本發(fā)明涉及一種鍋爐設(shè)備，其包括燃燒部分、熱交換部分和固定支持結(jié)構(gòu)，所述熱交換部分位于所述燃燒部分之上并且包括熱交換表面，所述熱交換部分具有從底部向上的煙氣的流動方向。
背景技術(shù)：
鍋爐設(shè)備的熱交換部分中的熱交換表面通常至少包括不同過熱階段的過熱器管和節(jié)約器。水或蒸汽的溫度在這些不同的熱交換表面上逐漸升高。為達(dá)到盡可能高的最終溫度，根據(jù)它們期望的最終溫度按順序?qū)⒉煌臒峤粨Q表面最有利地布置到熱交換部分，以這樣一種方式從燃燒部分進(jìn)入的熱煙氣首先遇到具有最高結(jié)束溫度的熱交換表面。
熱交換表面通常是大體上水平的、數(shù)次來回彎曲的管子的組合件。當(dāng)朝著較低溫度移動時(shí)，管子的直徑以及管子之間的距離減小。例如，為達(dá)到足夠的熱交換效率，節(jié)約器管相互之間的距離通常小于過熱器組合件管子之間的距離。
離開燃燒室的煙氣將可附著在熱交換表面上的灰燼以及其它顆粒帶走。由此產(chǎn)生的沉積物減小了熱交換系數(shù)，由此還降低了熱交換效率。厚的沉積物還可能擾亂在熱交換管之間的氣體的流動，這進(jìn)一步降低了熱交換效率。
當(dāng)灰燼沉積層變得太厚時(shí)，灰燼沉積層可能通過自身從熱交換管的表面落下，或者通過一些合適的吹灰方法被移走。移開的灰燼落回到燃燒部分或者落回到熱交換部分的底部，例如，在這里它可能被引導(dǎo)到該設(shè)備的出灰系統(tǒng)。
為避免落下的灰燼粘在低處的熱交換表面上，尤其是當(dāng)燃燒具有難燃灰燼的燃料例如褐煤時(shí)，優(yōu)選采用一種所謂的塔式鍋爐結(jié)構(gòu)。塔式鍋爐中的熱交換部分以這樣一種方式布置在燃燒部分之上煙氣的流動方向在熱交換部分中是從底部向上。因此，從熱交換部分的上部熱交換表面落下或移走的灰燼朝著稀疏管組合件下落，并且落下的灰燼粘在低處組合件上的可能性很小。
大型鍋爐結(jié)構(gòu)通常以這樣一種方式以頂部支承的方式建造圍繞鍋爐設(shè)立固定支持結(jié)構(gòu)，鍋爐被裝配成從在支持結(jié)構(gòu)的上部的支持平面懸伸在結(jié)實(shí)的懸索上。如上所述建造的塔式鍋爐的問題涉及到這一事實(shí)即整體結(jié)構(gòu)的高度變得非常大。在大型發(fā)電廠中的塔式鍋爐的高度可能超過100m。
當(dāng)鍋爐被啟動時(shí)，鍋爐主體的溫度上升數(shù)百度。從上方懸伸的鍋爐的上部保持固定，但其下部降低數(shù)十厘米。這樣強(qiáng)烈的熱運(yùn)動對鍋爐塔下部所要設(shè)置的連接提出非常高的彈性要求。例如，用于燃料的入口系統(tǒng)以及用于底部灰燼的出口系統(tǒng)必須能夠允許在系統(tǒng)的固定部分與連接到鍋爐部分之間進(jìn)行這一運(yùn)動。
鍋爐的裝配通常以這樣一種方式逐漸進(jìn)行首先最高的部分被連接到固定支持結(jié)構(gòu)。只有在上面的部分裝配完之后，才可能將下面的部分連接到那里。由于塔式鍋爐通常是非常高的整體結(jié)構(gòu)，其裝配是非常耗時(shí)的。這減緩了鍋爐設(shè)備的建造并且增加了建造費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種鍋爐，其中現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)被減至最小或被消除。
具體而言，本發(fā)明的目的是提供一種塔式鍋爐，其中鍋爐的下部的熱運(yùn)動被減至最小。
此外，本發(fā)明的目的是提供一種塔式鍋爐，與現(xiàn)有的塔式鍋爐的裝配相比，其裝配可以在更短的時(shí)間內(nèi)完成。
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，本發(fā)明提供了一種鍋爐，其特征限定在設(shè)備的獨(dú)立權(quán)利要求的特征部分。因此，根據(jù)本發(fā)明的鍋爐設(shè)備的特征在于其燃燒部分和熱交換部分是以柔性方式互相連接的分離的室，并且每個(gè)室獨(dú)立地從其上部懸伸到固定支持結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明尤其涉及一種所謂的塔式鍋爐，在其熱交換部分中，煙氣的主要流動方向是從底部向上。通常，燃燒部分和熱交換部分的高度都大約是鍋爐總高度的一半。由于根據(jù)本發(fā)明的鍋爐的燃燒部分是從其上部懸伸到固定支持結(jié)構(gòu)，在其下部顯著的熱運(yùn)動大約僅僅是在相應(yīng)的整體塔式鍋爐的下部的熱運(yùn)動的一半。這大大減少了熱運(yùn)動所帶來的在燃燒部分的下部與其固定外圍物之間所設(shè)置不同連接的問題。因此，例如，用于燃料的入口系統(tǒng)和用于底部灰燼的出口系統(tǒng)被簡化。同時(shí)，其費(fèi)用減低并且操作可靠性提高。
根據(jù)本發(fā)明的鍋爐包括在燃燒部分的上部與熱交換部分的下部之間的通道。熱煙氣沿著所述通道從燃燒部分引導(dǎo)至熱交換部分。因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明布置的燃燒部分是從頂部懸伸到固定支持結(jié)構(gòu)，燃燒部分的上部保持固定。因?yàn)榱硪环矫鏌峤粨Q部分是從其上部懸伸到固定支持結(jié)構(gòu)，由于熱膨脹，其下部移動。因此，連接燃燒部分的上部和熱交換部分的下部的通道必須是柔性的。
由于熱交換部分的高度一般大約是鍋爐總高度的一半，在熱交換部分的下部與燃燒部分的上部之間的熱運(yùn)動相對微小。在塔式鍋爐的燃燒部分與熱交換部分之間沒有需要大型結(jié)構(gòu)的大塊固體流流動。因此，通道可以相對簡單地被制成柔性的，例如，借助于波紋管或足夠柔軟的彎曲元件。
常規(guī)的塔式鍋爐通常是懸燃(suspension-fired)鍋爐，其中粉末燃料(例如煤)通過燃燒器被提供到爐，在這里它在高溫下迅速燃燒。整體塔式鍋爐的冷卻燃燒部分必須足夠高，以便在煙氣沖擊第一熱交換表面之前，煙氣有時(shí)間充分冷卻。在此要求煙氣夾帶的灰燼不包含可以在熱交換表面上凝固的熔融或部分熔融顆粒。
在燃燒粉煤的鍋爐的燃燒部分與熱交換部分之間的通道可以依照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例被冷卻。因此煙氣也在通道中冷卻，并且在沒有熔融飛灰沖擊熱交換部分的熱交換表面的情況下，燃燒部分的高度可以小于常規(guī)塔式鍋爐。
在常規(guī)的塔式鍋爐中，熱交換部分直接在燃燒部分之上，因此從熱交換表面移走的灰燼沉積物落回到燃燒部分。在一些情況中，不希望將灰燼沉積物返回到燃燒部分，而且將灰燼從熱交換部分直接移去是有利的。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，用于煙氣的通道具有至少一個(gè)彎曲部分，所述通道將燃燒部分連接到熱交換部分或連接到通道與熱交換部分的接合點(diǎn)，集灰漏斗被設(shè)置到所述彎曲部分。從熱交換表面帶走的灰燼從而可以優(yōu)選地聚集到所述斗，從這里灰燼可以被引導(dǎo)到設(shè)備的排灰系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，鍋爐是循環(huán)流化床鍋爐，其上部連接至少一個(gè)顆粒分離器，所述顆粒分離器將固體顆粒從煙氣中分離。分離的固體材料返回到燃燒部分的下部并且清潔后的煙氣被引導(dǎo)到設(shè)在燃燒部分之上的熱交換部分。根據(jù)本發(fā)明，燃燒部分和熱交換部分是獨(dú)立地從上方懸伸的室，并且從分離器通往熱交換部分的通道是柔性的。煙氣在熱交換部分的熱交換表面上釋放熱量給在熱交換管中流動的水或蒸汽。
常規(guī)的整體塔式鍋爐的支持結(jié)構(gòu)的上部具有水平主支持平面，借助懸索使整個(gè)整體塔式鍋爐裝配成懸伸到上述水平主支持平面。塔式鍋爐的裝配從頂部向下進(jìn)行，由此鍋爐的不同部分的裝配大部分按特定順序相繼進(jìn)行。因此，不同的裝配階段互相依賴，并且將鍋爐裝配成一個(gè)整體需要較長時(shí)間，通常是15-20個(gè)月。
根據(jù)本發(fā)明的塔式鍋爐的支持結(jié)構(gòu)優(yōu)選包括兩個(gè)分離的水平支持平面，其第一個(gè)安裝在第二個(gè)下面。當(dāng)裝配根據(jù)本發(fā)明的塔式鍋爐時(shí)，在熱交換部分被裝配到上支持平面的同時(shí)，其燃燒部分可以被裝配到下支持平面。這極大地減少了在塔式鍋爐以及與此連接的設(shè)備的裝配中所消耗的時(shí)間。


在下面通過例子參照附圖描述本發(fā)明，在附圖中圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例的鍋爐；和圖2示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例的鍋爐。
具體實(shí)施例方式
圖1公開了根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施例的鍋爐設(shè)備10，其包括懸燃鍋爐12。鍋爐12是所謂的塔式鍋爐，包括垂直燃燒部分14和設(shè)置在此之上的垂直熱交換部分16。
燃燒部分14和垂直熱交換器部分16是由壁限制的分離的室，所述壁優(yōu)選是至少部分地冷卻的水管壁。燃燒部分14的上部18和熱交換部分16的下部20通過通道22互相連接。
當(dāng)用鍋爐12的燃燒器24燃燒燃料(例如煤)時(shí)，產(chǎn)生含灰煙氣。煙氣從燃燒部分14的上部18通過通道22流至熱交換部分16。鍋爐蒸汽發(fā)生循環(huán)的熱交換表面例如節(jié)約器26、第一過熱器28和最終過熱器30被設(shè)置于熱交換部分16。
由煙氣夾帶的部分灰燼在熱交換部分16的熱交換器26、28、30的表面上堆積。當(dāng)灰燼層變得太厚時(shí)，灰燼落下或者從熱交換器被移走，從而灰燼向下落在熱交換部分16中。
在鍋爐12的熱交換部分16中流動的熱煙氣對在熱交換器26、28、30的管子中流動的水或蒸汽進(jìn)行加熱，由此，煙氣冷卻下來并且水溫上升。冷卻的煙氣通常從熱交換部分16移到用于煙氣的清潔設(shè)備，進(jìn)而通過煙囪流向外部環(huán)境，其在圖1中未顯示。
熱交換器26、28、30通常由來回彎曲的且大體水平的水管或蒸汽管形成。為獲得過熱到足夠溫度的蒸汽，在煙氣的流動方向上將過熱器28、30設(shè)置到熱交換部分16的第一末端32。相應(yīng)地，在煙氣的流動方向上將節(jié)約器26設(shè)置到熱交換部分16的最后末端34。
為達(dá)到足夠的熱交換效率，在節(jié)約器26中水管的直徑以及其間的距離通常比過熱器28、30中小。如果煙氣在熱交換部分中向下流動，從過熱器28、30的表面落下的灰燼沉積物有粘在節(jié)約器26的管子之間的風(fēng)險(xiǎn)，從而節(jié)約器的熱交換效率可能顯著降低。該塔式鍋爐12的構(gòu)思是讓煙氣在熱交換部分16中向上流動，由此，節(jié)約器26的自然位置是在熱交換部分16的上部34中，并且上述風(fēng)險(xiǎn)被消除。
根據(jù)本發(fā)明，鍋爐的燃燒部分14和熱交換部分16是分離的室，它們都分別地懸伸到鍋爐設(shè)備的支持結(jié)構(gòu)36。根據(jù)本發(fā)明的鍋爐設(shè)備的支持結(jié)構(gòu)36優(yōu)選包括兩個(gè)支持平面38、40。下支持平面38安裝在燃燒部分14的高度之上，并且上支持平面40安裝在熱交換部分16和燃燒部分14的總高度之上。燃燒部分或燃燒室14從其上部從索纜42懸伸，所述索纜42裝接到下支持平面38。相應(yīng)地，熱交換部分或熱交換室16從其上部從索纜44懸伸，所述索纜44裝接到上支持平面40。
常規(guī)塔式鍋爐的燃燒部分和熱交換部分形成整體的結(jié)構(gòu)，其上部從鍋爐設(shè)備的支持結(jié)構(gòu)懸伸。由于連續(xù)塔式鍋爐常常很高，由鍋爐溫度變化所引起的燃燒部分的垂直熱運(yùn)動可能相當(dāng)顯著。根據(jù)本發(fā)明的鍋爐的燃燒部分14是直接懸伸到支持結(jié)構(gòu)36，這顯著地減少了鍋爐的燃燒部分14的下部46的垂直熱運(yùn)動。
燃燒部分14的下部46包括不同種類的設(shè)備，例如燃燒器24、排灰設(shè)備48以及空氣供應(yīng)設(shè)備50，其連接于鍋爐12的固定外圍物。這種設(shè)備的結(jié)構(gòu)必須包括柔性元件，所述柔性元件在不破裂的情況下承受鍋爐的熱運(yùn)動。例如，大量煤通過燃燒器24提供到燃燒部分，這對柔性元件結(jié)構(gòu)的耐久性帶來了很高的要求。根據(jù)本發(fā)明，在鍋爐12中燃燒部分14的下部46中的熱運(yùn)動的減少，這明顯有助于將這種設(shè)備組裝到鍋爐的下部。
由于燃燒部分14從其頂部直接裝接到下支持平面38，燃燒部分的上部18的熱運(yùn)動非常小。在另一方面，熱交換部分16從其上部34裝接到上支持平面40，因此當(dāng)熱交換部分的溫度改變時(shí)，例如當(dāng)鍋爐被加熱到操作溫度時(shí)，熱交換部分的下部20顯著移動。因此，從燃燒部分的上部18通到熱交換部分的下部20的通道22必須能夠根據(jù)這些部分的不同熱運(yùn)動進(jìn)行調(diào)節(jié)。在圖1中，連接于通道22的柔性元件是波紋管52。
在圖1的實(shí)施例中的通道22以這樣一種方式被冷卻通道壁面的一部分由水或蒸汽冷卻的管壁54形成。通道22的管壁54優(yōu)選地連接到鍋爐的蒸汽發(fā)生循環(huán)，由此熱量從燃燒部分流出的熱煙氣傳遞到鍋爐中生成的蒸汽。同時(shí)，煙氣變冷，由此，可能仍然存在于煙氣中的熔融或部分熔融的灰粒出現(xiàn)凝固，并且因此不能粘在熱交換室16的熱交換表面26、28、30上。
圖1中所示的通道22連接到略微高于熱交換室的最低點(diǎn)58的熱交換室16的側(cè)壁56上。因此，可能在室的底部形成漏斗60，從熱交換表面26、28、30落下的灰燼沉積物堆積在所述漏斗60的底部。堆積在漏斗60的灰可以沿著通道62傳送到灰燼冷卻器(在圖1中未示出)，進(jìn)而從鍋爐12排出。
通道22可以選擇性地連接到熱交換室16的最低點(diǎn)58。然后，通道可以優(yōu)選地設(shè)置一彎頭，所述彎頭連接到漏斗，在此可以聚集從熱交換室16落下的灰燼沉積物。與熱交換室相連的通道22還可以是直的，由此灰燼從熱交換部分16直接落回到燃燒部分14。
在一些應(yīng)用中，通過至少兩個(gè)通道22將燃燒部分14接合到熱交換部分16是有利的，所述通道優(yōu)選是對稱地連接到熱交換部分16的下部20的不同側(cè)。由此可以在熱交換部分16中提供均勻的煙氣流并且在不同熱交換器中提供最佳的熱交換效率。
圖2公開了依照本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，其中鍋爐設(shè)備110包括循環(huán)流化床鍋爐112。鍋爐的燃燒部分114和熱交換部分116是分離的室，它們都從其頂部懸伸到固定支持結(jié)構(gòu)136。
循環(huán)流化床鍋爐112燃燒室114的下部設(shè)有用于供給燃料和床材料(bedmaterial)(例如沙子)的設(shè)備166。燃燒部分的底部與空氣供給設(shè)備150連接，由此引入空氣用于燃燒燃料和流化床材料。
在熱交換室116中煙氣的流動方向是從底部向上。因此節(jié)約器126可以優(yōu)選地放置到室的上部134，并且避免了從過熱器管道系統(tǒng)128、130落下的灰燼沉積物粘在密集地連接于節(jié)約器126的熱交換管上。
從燃燒部分114離開的熱煙氣通過通道122被引至熱交換部分116。根據(jù)本發(fā)明，通道122包括柔性元件，例如波紋管152，其可以根據(jù)熱交換部分116的下部120的熱運(yùn)動調(diào)節(jié)。
依照圖2的循環(huán)流化床鍋爐112包括接合在燃燒部分114中的顆粒分離器170，其用于分離從燃燒部分114離開的煙氣所夾帶的固體材料。分離的固體沿著返回導(dǎo)管172返回到燃燒部分114的下部146。
顆粒分離器170作為一個(gè)單獨(dú)的單元可選擇地布置，其通過通道連接到燃燒部分114。依照圖2的循環(huán)流化床鍋爐112只設(shè)有一個(gè)顆粒分離器170，但是大型循環(huán)流化床鍋爐可以優(yōu)選地設(shè)有至少兩個(gè)顆粒分離器。
清潔后的氣體離開顆粒分離器170，沿著通道122至熱交換部分116。通道122優(yōu)選地連接到熱交換部分116的側(cè)壁156的下部，由此可以在熱交換部分的底部設(shè)置漏斗160。堆積到漏斗160的灰燼可以沿著排灰通道162從熱交換室116移出。
雖然在這里通過目前認(rèn)為是優(yōu)選實(shí)施例的例子描述了本發(fā)明，但是可以理解本發(fā)明不限于所公開的實(shí)施例，而是試圖覆蓋其特征的各種組合和/或修改以及在所附的權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)的其它應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種鍋爐設(shè)備，其包括燃燒部分、熱交換部分和固定支持結(jié)構(gòu)，所述熱交換部分包括熱交換表面，并布置在所述燃燒部分之上，并且具有從底部向上的流動方向，其特征在于所述燃燒部分和所述熱交換部分是以柔性方式互相連接的分離的室，并且每個(gè)所述室獨(dú)立地從其上部懸伸到該固定支持結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐，其特征在于，燃燒部分和熱交換部分的高度近似相等。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐，其特征在于，熱交換部分的高度大約是鍋爐設(shè)備高度的25-60％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐，其特征在于，該支持結(jié)構(gòu)包括燃燒部分懸伸到其上的水平下支持平面和熱交換部分懸伸到其上的上支持平面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐，其特征在于，燃燒部分和熱交換部分通過可柔性通道互相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鍋爐，其特征在于，通道被冷卻。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鍋爐，其特征在于，熱交換部分的通道或底部設(shè)有漏斗，從熱交換表面落下的灰燼積聚到該漏斗中。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐，其特征在于，該鍋爐是燃燒粉煤的鍋爐。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍋爐，其特征在于，該鍋爐是循環(huán)流化床鍋爐，并且該通道包括顆粒分離器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種鍋爐設(shè)備，例如燃燒粉煤的設(shè)備或循環(huán)流化床鍋爐設(shè)備，包括燃燒部分、熱交換部分和固定支持結(jié)構(gòu)，所述熱交換部分布置在燃燒部分之上并且包含熱交換表面，在該熱交換部分中煙氣的流動方向是從底部向上。在該鍋爐設(shè)備中，燃燒部分和熱交換部分是以柔性方式連接的分離的室，并且每個(gè)室獨(dú)立地從頂部懸伸到固定支持結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地懸伸到其水平支持平面。
文檔編號F24H9/18GK1717564SQ200380104148
公開日2006年1月4日 申請日期2003年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月26日
發(fā)明者P·金努寧 申請人:福斯特韋勒能源股份公司