具有立式圓形結(jié)構(gòu)爐膛的鍋爐的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有立式圓形結(jié)構(gòu)爐膛的鍋爐，其包含爐膛和對流受熱面，還包含燃燒器和節(jié)能器，其中所述爐膛具有立式圓形結(jié)構(gòu)，爐膛四周為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，U型煙氣流程與水流程呈逆流布置，對流受熱面采用煙管結(jié)構(gòu)，頂部布置有擾流子，加強煙氣擾動。該鍋爐可增加煙氣與水的換熱溫壓，降低了排煙溫度，增加了鍋爐的熱效率，耐熱合金制成的擾流子的布置可加強煙氣的擾動，破壞阻礙換熱的邊界層，減小對流換熱的熱阻，強化氣水換熱。
【專利說明】具有立式圓形結(jié)構(gòu)爐膛的鍋爐

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于鍋爐領(lǐng)域，涉及一種具有立式圓形結(jié)構(gòu)爐膛的鍋爐，尤其涉及一種立式水冷圓形爐膛火管對流受熱面燃油(氣)鍋爐，其可以用于集中供熱。

【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境保護在目前受到廣泛關(guān)注，與同時使用多個小型鍋爐進行熱力生產(chǎn)相比，地區(qū)性的熱力集中生產(chǎn)對環(huán)境保護更為有利，這是因為大型鍋爐的熱效率及燃料燃燒率均比小型鍋爐高，因此采用大型鍋爐進行熱力生產(chǎn)對大中城市來說是十分重要的，它可以更積極有效地保護環(huán)境。目前國內(nèi)外煤粉鍋爐普遍采用主流的低NOx燃燒技術(shù)為空氣分級技術(shù)，其能于爐膛中形成分級燃燒區(qū)。方形爐膛中燃燒區(qū)域內(nèi)還原性氣氛有利于還原NOx，但同時還原性氣氛也容易導致爐膛水冷壁嚴重結(jié)渣以及發(fā)生高溫腐蝕。
[0003]CN203454386U公開了一種大容量全膜式壁水管層燃鍋爐，其特征是采用全膜式壁結(jié)構(gòu)，在鍋爐四周形成一個封閉的水冷結(jié)構(gòu)，在鍋爐的四周布置右側(cè)膜式水冷壁、前側(cè)膜式水冷壁、左側(cè)膜式水冷壁和后側(cè)膜式水冷壁，爐膛中布置水冷屏，爐膛外部設(shè)置爐墻和護板，爐膛后上部設(shè)有一鍋筒，尾部豎井布置蛇形管省煤器，出口集箱在鍋爐的左右側(cè)，尾部布置立式空氣預熱器，鍋爐底部設(shè)有爐排和落灰門。
[0004]CN203147742U公開了一種環(huán)狀鍋爐燃燒器貼壁風噴嘴的布置結(jié)構(gòu)，包括煤粉層燃燒器箱殼，煤粉層燃燒器箱殼內(nèi)設(shè)有一次風煤粉噴嘴，一次風煤粉噴嘴橫截面的形狀為圓形，其特征在于，所述的一次風煤粉噴嘴與煤粉層燃燒器箱殼之間設(shè)有貼壁風噴嘴，貼壁風噴嘴與一次風煤粉噴嘴相適配。
[0005]CN2180939Y公開了一種三爐膛常壓熱水鍋爐，包括爐體、傳熱部分和爐膛部分，爐體呈立式方形結(jié)構(gòu)，下部設(shè)置三個爐膛，左爐膛為一大爐膛，內(nèi)布有輻射受熱管，右爐膛中部增設(shè)一層水管爐排，形成上、下兩個小爐膛，爐體頂部增設(shè)連體水箱。
[0006]CN2526682Y公開了一種節(jié)能環(huán)保型層燃鍋爐，本實用新型包括給煤裝置、燃燒設(shè)備、煤渣出口、爐膛、鍋筒、鍋爐管束、鍋爐煙氣出口等，爐膛由前墻、后墻、左側(cè)墻、隔墻、鍋筒、前拱、后拱、燃燒設(shè)備所構(gòu)成的空間組成，爐膛下部的絕熱燃燒室為燃燒設(shè)備、煤閘門前拱、后拱、前后拱兩側(cè)的撐墻所夠成的空間，其特點是:在爐膛的右上側(cè)沿鍋爐縱向設(shè)有高溫循環(huán)燃燼室，隔墻的后上部設(shè)有煙氣進口，燃燼室為爐膛前墻、后墻、隔墻、右側(cè)墻所構(gòu)成的空間。
[0007]CN202281219U公開了一種低溫等離子體直流煤粉爐爐內(nèi)深度分級低NOx燃燒系統(tǒng)，包括鍋爐以及呈四角布置在鍋爐爐膛主燃區(qū)的四組低溫等離子直流煤粉點火燃燒器，每組低溫等離子直流煤粉點火燃燒器的一次風噴口均與爐膛主燃區(qū)相連，且爐膛主燃區(qū)與二次風主管道噴口連接，鍋爐的爐膛燃盡區(qū)安裝分段風噴嘴，二次風主管道配置二次風支管，分段風噴嘴與二次風支管連接，即其在燃料燃燒前對燃料進行熱裂化處理，提高燃燒效果，在燃料爐內(nèi)燃燒中采用分級配風，從而降低NOx生成。
[0008]CN203784993U公開一種扼制氮氧化物生成的七區(qū)段燃燒爐膛結(jié)構(gòu)涉及燃煤工業(yè)鍋爐【技術(shù)領(lǐng)域】，該結(jié)構(gòu)利用氮氣必須在高溫和氧化環(huán)境下才能生成氮氧化物的特性，在爐膛內(nèi)的前拱與后拱之間特制一“Π ”形中拱，把爐膛分成了前、后、上三個區(qū)域共七個區(qū)段，并賦予了不同的功能，使之在不同的區(qū)段通過分段供風裝置控制不同的風量和溫度，從而達到扼制氮氧化物-NOx的生成量，實現(xiàn)減少污染排放的目的。
[0009]CN101055075A公開了一種降低鍋爐NOx排放的方法，組織多段主煤粉燃燒器缺氧燃燒，然后在主燃燒器下游的火焰中心噴入分級燃料，分級燃料在高溫缺氧條件下迅速分解生成大量CH1基團，CH i基團隨之將主燃燒器區(qū)域生成的NO x還原成N 2，同時在火焰平均溫度為850?1150°C的截面上用氮基進行NOx的選擇性非催化還原，可用堿金屬鹽進行增效，最后用燃盡風使未燃燃料燃盡。
[0010]CN2641471Y公開了一種燃燒室明顯分段的具有曲線往復運動爐排結(jié)構(gòu)和高效除塵器的新型鍋筒式機械爐排散煤蒸汽鍋爐，其結(jié)構(gòu)由上煤機、鍋爐本體、爐排、爐座、爐拱、除塵器、除渣機、煙囪所組成；加煤斗下方的進煤口入口處連接有送煤活塞機構(gòu)，與加煤斗共同組成自動加煤機構(gòu)；燃燒室分為氣化干餾區(qū)和焦碳燃燒區(qū)；若干個固定爐排和若干個與偏心機構(gòu)相連的活動爐排縱向間隔排列，共同組成曲線往復運動爐排；除塵器與鍋爐本體上部相連通；底座下端與除渣機連接。
[0011]CN1584396A公開了一種多級再燃控制大容量燃煤鍋爐NOx生成的方法，在現(xiàn)有發(fā)電廠燃煤鍋爐主燃燒器頂部一次風噴口與燃盡風噴口之間設(shè)置多級分段再燃燃燒噴口，各再燃燃燒噴口的再燃燃料按一定比例多級分段供給，同時調(diào)整各層噴口風量的配比，使爐膛主燃燒器最上部形成再燃燃盡區(qū)，延長污染物氮氧化物在此被還原的時間。再燃噴口沿主燃燒器頂部一次風噴口開始從下而上設(shè)置多級，燃煤噴口煤粉燃燒產(chǎn)生的氮氧化物經(jīng)過下層第一級再燃區(qū)時，已生成的部分氮氧化物被還原生成N2和一些中間體，在經(jīng)過上一層第二級再燃區(qū)時氮氧化物被再次還原成N2。
[0012]W02010037088A2公開了一種用于鍋爐的燃燒旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，利用該燃燒旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，將不平衡的燃油噴射流導向到燃燒器的燃料噴射動力鍋爐中，如煤粉，燃油或燃氣鍋爐，實現(xiàn)內(nèi)側(cè)/外側(cè)(I/o)燃燒物或其它類型的燃燒質(zhì)量的混合旋轉(zhuǎn)，使得燃料噴射燃燒的旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)也可以控制，并通過主控制系統(tǒng)自動地控制鍋爐操作，使得燃燒物更高效和有效地發(fā)生多渦流旋轉(zhuǎn)。
[0013]JP2006132826A公開了一種多燃燒器的燒結(jié)機點火爐與應對燒結(jié)機的操作波動的方法，便于流量調(diào)節(jié)閥的調(diào)整作業(yè)，消除在燒結(jié)機的兩側(cè)加熱的不足，并且減少維護和維修成本，其中將多個雙層管燃燒器的每個噴嘴與設(shè)置有旋轉(zhuǎn)葉片同心布置在燃料噴射管2的外周的主排氣管3中，其呈直線地布置或鋸齒狀布置，使得燃料噴射管向主空氣供給管的內(nèi)徑D與間距P的比值為2.2-3.5，提供直縫形狀的二次空氣排氣口，以容納在每個噴嘴之間，和二次空氣與比主排氣速度高的速度供給。
[0014]US2004244367A1公開了一種燃燒容器，它包含:燃燒區(qū)；位于燃燒區(qū)下游的燃燒中止區(qū)；位于燃燒中止區(qū)旁的容器壁板上的空氣艙，其中所述空氣艙包含上游噴射器和下游噴射器，和至少一個用來將選擇性還原劑噴射到燃燒中止區(qū)中的還原劑噴射器，其中所述噴射器貫穿下游空氣噴射器。
[0015]“參數(shù)自尋優(yōu)模糊控制技術(shù)在鍋爐送風控制系統(tǒng)中的應用”，馮嚴冰，工業(yè)設(shè)計，2012年第2期，公開了一種提高鍋爐燃燒效率的方法，認為該方法的關(guān)鍵在于保證最優(yōu)的風煤比，并且應用模糊自尋優(yōu)控制技術(shù)在線調(diào)整風煤最佳配比，設(shè)計了一種適合我國國產(chǎn)中小型電站鍋爐特點的模糊自尋優(yōu)控制器，運用在鍋爐送風控制系統(tǒng)中，以實現(xiàn)鍋爐經(jīng)濟燃燒的目的。
[0016]“提升鍋爐送風機出力的節(jié)能改造”，閔浩等，第八屆長三角電機、電力科技分論壇論文集，2011年11月上海，公開了一種提升鍋爐送風機出力的節(jié)能改造的方法，其中針對兩臺125MW機組存在的鍋爐送風機出力不足問題，通過大量現(xiàn)場試驗、性能測試以及理論計算，分析出了造成送風機出力不足的原因，并制定了可行的技術(shù)改造方案。
[0017]“假想圓對六角燃燒器區(qū)域氣流旋轉(zhuǎn)特性的影響”，趙玉曉，哈爾濱工業(yè)大學學報，第37卷第2期，2005年2月，針對某六角切圓燃燒煤粉鍋爐存在的受熱面結(jié)渣問題，應用激光多普勒測速儀(PDA)，對燃燒器出口區(qū)域氣流的旋轉(zhuǎn)特性進行了三維冷態(tài)試驗研究，采用標準的h 二雙方程湍流模型進行了數(shù)值模擬研究，安排了原始設(shè)計工況和加大上層燃燒器二次風假想切圓直徑的改進工況，研究結(jié)果表明，燃燒器六角布置的鍋爐，爐內(nèi)氣流旋轉(zhuǎn)較弱，爐膛角部出現(xiàn)二次旋渦，主旋轉(zhuǎn)氣流呈動態(tài)橢圓形.適當?shù)夭捎靡?、二次風同心雙切圓布置形式，能夠有效地改善爐內(nèi)氣流的旋轉(zhuǎn)特性，從而抑制受熱面結(jié)渣現(xiàn)象的發(fā)生。
[0018]“關(guān)于WNS系列鍋爐膜式水冷壁的結(jié)構(gòu)設(shè)計與改造”，黃凱，工業(yè)鍋爐，2002年第2期(總第72期)，26-27公開了 WNS系列鍋爐膜式水冷壁的結(jié)構(gòu)設(shè)計方法和改造措施，所述鍋爐膜式水冷壁結(jié)構(gòu)手工焊的數(shù)量較大，膜式水冷壁受熱不均勻，導致熱膨脹量差別很大，在膜式壁與后管板的焊接處，經(jīng)常發(fā)生焊縫撕裂，嚴重時，I個月左右就有一處裂紋產(chǎn)生。
[0019]然而，然而，目前市場上的鍋爐產(chǎn)品，通常采用的是立式方形爐膛，結(jié)構(gòu)比較單一，不利于開發(fā)產(chǎn)品的多樣化，并且鍋爐各部位材料的使用不具有針對性，導致鍋爐熱效率、可靠性和安全性較低。因此，本領(lǐng)域需要一種能夠有效提熱效率高、并且可靠性和安全性高鍋爐。
實用新型內(nèi)容
[0020]為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明人經(jīng)過深入研究和大量實驗，提出了如下技術(shù)方案:
[0021]本實用新型提供了一種具有立式圓形結(jié)構(gòu)爐膛的鍋爐，其包含爐膛、對流受熱面、燃燒器和節(jié)能器；所述爐膛具有立式圓形結(jié)構(gòu)；爐膛四周為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)。
[0022]對流受熱面采用煙管結(jié)構(gòu)，頂部布置有擾流子。
[0023]所述擾流子由耐熱合金制成。
[0024]所述擾流子經(jīng)過回火與低溫連續(xù)處理。
[0025]所述膜式水冷壁為帶有焊接角度Θ的鰭片膜式水冷壁，Θ為40-50°，所述水冷壁的材料滿足知51.5-0.01835t的關(guān)系式，其中k為水冷壁導熱系數(shù)，t為以。C計的水冷壁最高溫度。
[0026]其中水冷壁材料為鍋爐專用管材。
[0027]本領(lǐng)域知曉的是，現(xiàn)有的鍋爐通常采用的是立式方形爐膛，結(jié)構(gòu)比較單一，不利于開發(fā)產(chǎn)品的多樣化。在本實用新型中，所述爐膛結(jié)構(gòu)簡化了結(jié)構(gòu)設(shè)計，解決了加工難題，改善爐膛的密封性，提高了鍋爐的熱效率，同時減輕爐墻及構(gòu)架的重量，從而減少了鍋爐成本。
[0028]本實用新型增加了煙氣與水的換熱溫壓，降低了排煙溫度，增加了鍋爐的熱效率。對流受熱面采用煙管結(jié)構(gòu)，在煙管頂部布置有擾流子，加強了煙氣的擾動，破壞了阻礙換熱的邊界層，減小了對流換熱的熱阻，因此強化了氣水換熱。垂直布置的對流受熱面有利于鍋爐檢修時清洗水的排放。由于爐膛、中間煙道、對流換熱部分相對獨立，再加上水火管相互結(jié)合，使鍋爐安裝起來非常方便。
[0029]在爐膛內(nèi)，對擾流子的熱沖擊非常大，而通常的鐵質(zhì)或鋼質(zhì)擾流子難以滿足要求，往往壽命較短。在本實用新型中，為了滿足所述苛刻要求，通過大量研究，研制出一種耐熱合金擾流子。所述耐熱合金包含:基于該耐熱合金的總重量計，1.5-2.5質(zhì)量％的Mn, 0.05質(zhì)量％ -0.15質(zhì)量％的Ti，1.5-2.5質(zhì)量％的Fe，0.2-0.4質(zhì)量％的Ni，0.2-0.4質(zhì)量％的Si, 0.01-0.15質(zhì)量%的P，并且V含量限制在0.0020%以下，其中Fe與P的質(zhì)量之比滿足關(guān)系Fe/P=15-20，余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)。
[0030]在該耐熱合金中，Ti的加入可以非常有效地提高擾流子的抗熱沖擊性，這是先前所未曾預料到的。通過限制可能存在的V的含量在一定限度內(nèi)，可以降低V元素對耐高溫強度的不利影響。Fe的加入可以抑制加熱過程中合金晶粒粗化，使得可以極大地提高合金的熱傳導率。Mn的加入可以使合金獲得良好的固溶強化。適量P的加入可以有效彌補Fe的加入對合金強度的不利影響。本發(fā)明人經(jīng)過深入研究，出人意料地發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e與P的質(zhì)量之比必須滿足關(guān)系Fe/P=15-20，才能夠?qū)崿F(xiàn)強度和熱傳導率之間的良好性能平衡。
[0031]經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)，由所述耐熱合金制成的擾流子在使用時，其壽命是本領(lǐng)域常規(guī)鐵質(zhì)或鋼質(zhì)(如碳鋼)擾流子壽命的16倍以上。
[0032]本發(fā)明人還對用所述耐熱合金制成的擾流子(即擾流子制件)進行了回火與低溫連續(xù)處理，所述回火與低溫連續(xù)處理包括如下依次步驟:
[0033]步驟(I):將擾流子進行回火處理；步驟(2):將擾流子進行低溫處理；步驟(3):將擾流子進行再次回火處理；和步驟(4):將擾流子進行再次低溫處理；其中:
[0034]步驟(I)的回火處理為低溫回火，處理溫度為90?150°C，處理時間為I?5h，優(yōu)選I?4h ;步驟(2)的低溫處理溫度為-40°C?-75°C，處理時間為1min?5h，優(yōu)選30min?Ih ;步驟(3)的回火處理為高溫回火，處理溫度為400?600°C，處理時間為I?6h，優(yōu)選2-4h ;步驟(4)的低溫處理溫度為-190°C?-210°C，處理時間為20min?4h，優(yōu)選30min ?Ih ；
[0035]并且，其中:在步驟(2)的低溫處理后，控制擾流子回溫至室溫，升溫速率為5?8°C / min ;在步驟(4)的低溫處理后，控制擾流子回溫至室溫，升溫速率為I?2°C / min ；并且重復上述步驟(I)至(4)至少2個循環(huán)，優(yōu)選3個以上的循環(huán)。
[0036]研究發(fā)現(xiàn)，在上述方法中，通過先進行低溫回火和低溫處理、再進行高溫回火和更低溫度的低溫處理這樣的有機協(xié)同組合，有效克服了擾流子制件材料組織結(jié)構(gòu)可能由于使用過程中溫差較大而劣化的可能。同時，通過大量繁復的試驗，嚴格篩選、優(yōu)化并控制低溫回火、低溫處理、高溫回火和更低溫度的低溫處理所采用的溫度，以及每次低溫處理后回溫至室溫的速率，既有效、充分地減少了殘余奧氏體，使殘余應力得到更好的消除從而改善尺寸穩(wěn)定性，避免在熱沖擊情況下變形，析出超細微碳化物，硬度增加，而且還由于低溫回火和低溫處理與高溫回火和更低溫度的低溫處理的有機協(xié)同作用和多個循環(huán)，非常有效地控制了擾流子的第二類殘余應力和第三類殘余應力，避免使擾流子中發(fā)生殘余內(nèi)應力的松弛，極大提高抗熱沖擊并且有效避免了宏觀裂紋等缺陷。
[0037]同時，本發(fā)明人經(jīng)過大量研究還發(fā)現(xiàn)，必須仔細控制步驟(2)和步驟(4)低溫處理后擾流子制件回溫至室溫的升溫速率在上述適當范圍內(nèi)，以及控制步驟(4)低溫處理后擾流子制件回溫至室溫的升溫速率小于步驟(2)低溫處理后擾流子制件回溫至室溫的升溫速率，只有如此才能夠獲得擾流子抗熱沖擊性、沖擊韌性和強度的良好綜合改善。步驟(2)和步驟(4)低溫處理后擾流子金屬件回溫至室溫的升溫速率優(yōu)選呈直線升溫形式。
[0038]在本實用新型的一個優(yōu)選方面，所述膜式水冷壁為帶有焊接角度Θ (即焊縫的傾角)的鰭片膜式水冷壁，Θ為40-50°，優(yōu)選45°，并且所述水冷壁的材料滿足^=51.5-0.01835t的關(guān)系式，其中k為水冷壁導熱系數(shù)，t為以。C計的水冷壁最高溫度。本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，當焊接角度為40-50°，優(yōu)選45°時，與本領(lǐng)域常規(guī)使用的無焊接角度的矩形鰭片膜式水冷壁或者焊接角度不在所述范圍內(nèi)的膜式水冷壁相比，溫度梯度小，熱流密度分布均勻，較不易引起局部密度過高而影響水冷壁管壽命和危及鍋爐安全。并且還發(fā)現(xiàn)，當水冷壁的材料滿足所述關(guān)系式時，導熱效果最佳。
[0039]在本實用新型的另一個優(yōu)選方面，水冷壁材料為馬氏體不銹鋼。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，本領(lǐng)域一般采用的碳鋼水冷壁的外表由于壁溫而容易形成氧化皮，并且由于熱應力限制，要求壁溫不能超過一定值，這嚴重限制了鍋爐的使用范圍。本發(fā)明人經(jīng)過研究，首次開發(fā)了一種馬氏體不銹鋼，該馬氏體不銹鋼的組成以重量百分比計為:0.2% 彡 Mn 彡 1.0% ； 10% ^ Cr ^ 12% ； 1.5% ^ Mo ^ 3% ；9% ^ Ni ^ 14% ; 1.2% ^ Al ^ 2% ；0.5% 彡 Ti 彡 1.5%,其中 Al+Ti 彡 2.30% ；0.0001% ^ Co ^ 2% ；0.0001% ^ W ^ 1%，其中Mo+ (ff/2) ( 3% ；0.0001% 彡 P 彡 0.02% ；0.0001% 彡 S 彡 0.0050% ；0.0001% 彡 N 彡 0.0060% ；0.0001% 彡 C 彡 0.025% ；0.0001% 彡 Cu 彡 0.5% ；0.0001% ^ Mn ^ 3% ；0.0001% 彡 Si 彡 0.25 ;0.0001% 彡 O 彡 0.0050%,余量為 Fe ;并且使得:Ms (°C ) =1302-42Cr-63N1-30Mo+20Al-15ff-33Mn-28S1-30Cu-13Co+10Ti ^ 50, Cr eq/Ni eq 彡 1.05，其中 Cr eq(%) =Cr+2Si+Mo+l.5Τ?+5
?5A1+0.6ff, Ni eq(%)=2Ni+0.5Mn+30C+25N+Co+0.3Cu。
[0040]本實用新型的水冷壁可以由所述合金材料通過如下方法制得:
[0041](I)由鑄錠制成半制成產(chǎn)品；
[0042](2)在860_940°C下將所述半制成產(chǎn)品熔融來進行熱處理，緊接著在轉(zhuǎn)變點Ms以下并且在足夠的時間期間，連續(xù)快速冷卻至低于或等于-75°C的溫度來進行深冷處理；
[0043](3)在500_550°C時效退火，保持5_30小時的等溫時間。
[0044]通過上述方法獲得的本實用新型的水冷壁在高溫下具有良好的抗斷裂性和韌性，并且在高溫下不易于產(chǎn)生表面氧化腐蝕(不起氧化皮)。
[0045]在本實用新型的進一步優(yōu)選方面，焊接部分使用專用焊接鋼材，該焊接鋼材包含，以質(zhì)量％計:
[0046]C 含量[C]為 0.010% ?0.065% 的 C，
[0047]Si 含量[Si]為 0.08%?0.10%的 Si，
[0048]Mn 含量[Mn]為 1.55%?2.50%的 Mn，
[0049]Ni 含量[Ni]為 0.15%?1.00%的 Ni，
[0050]Ti 含量[Ti]為 0.010%?0.015%的 Ti，
[0051]O 含量[O]為 0.0015% ?0.0050% 的 0，
[0052]N 含量[N]為 0.001% ?0.006% 的 N，
[0053]Mg 含量[Mg]為 0.0001% ?0.003% 的 Mg，
[0054]Ca 含量[Ca]為 0.0001 % ?0.003% 的 Ca，
[0055]余量部分包含鐵及不可避免的雜質(zhì)；
[0056]將P含量[P]限制在0.005%以下，
[0057]將S含量[S]限制在0.005%以下，
[0058]將Al含量[Al]限制在0.003%以下，
[0059]將Nb含量[Nb]限制在0.010%以下，
[0060]將Cu含量[Cu]限制在0.30%以下，
[0061 ] 將V含量[V]限制在0.020 %以下；
[0062]在將鋼組分函數(shù)Psm定義為下式(I)，且將鋼組分硬度函數(shù)Ceqh定義為下式(2)時，所述Psm為0.060%以下，且所述Ceqh為0.225%以下，
[0063]Pscd= [C] + [V] /3+ [Cu] /22+ [Ni] /67 (I)
[0064]Ceqh = [C] + [Si] /4.16+ [Mn]/14.9+ [Cu]/12.9+ [Ni]/105+1.12 [Nb] +[V]/1.82 (2)。
[0065]研究發(fā)現(xiàn)，只有當上述組分、含量和函數(shù)在上述范圍內(nèi)時，才能夠最為有效地提高母材強度和韌性、改善母材的耐腐蝕性和熱加工性、以及焊接部位的可靠性。
[0066]在本實用新型中，爐膛采用立式圓形結(jié)構(gòu)，四周膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，U型煙氣流程與水流程呈逆流布置，增加了煙氣與水的換熱溫壓，降低了排煙溫度，增加了鍋爐的熱效率。對流受熱面采用煙管結(jié)構(gòu)，在煙管頂部布置有擾流子，加強了煙氣的擾動，破壞了阻礙換熱的邊界層，減小了對流換熱的熱阻，垂直布置的對流受熱面有利于鍋爐檢修時清洗水的排放。由于爐膛、中間煙道、對流換熱部分相對獨立，再加上水火管相互結(jié)合，使鍋爐安裝起來非常方便。另外，針對具體部位使用特定的材料，極大提高了鍋爐的可靠性和安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0067]圖1是根據(jù)本實用新型的鍋爐的縱截面示意圖；
[0068]其中，1:燃燒器；2:圓形爐膛；3:對流受熱面；4:節(jié)能器；5:煙氣出口。
[0069]圖2是根據(jù)本實用新型的帶焊角鰭片膜式水冷壁的截面示意圖；
[0070]其中，2-1:爐側(cè)，2-2:墻側(cè)，2-3:工質(zhì)側(cè)，Θ為焊接角的角度。

【具體實施方式】
[0071]以下結(jié)合附圖所示實施例對本實用新型作進一步的說明。
[0072]實施例1
[0073]如圖1所示，一種燃油(氣)鍋爐，包含燃燒器1、圓形爐膛2、對流受熱面3、節(jié)能器4、煙氣出口 5，所述爐膛具有立式圓形結(jié)構(gòu)，爐膛四周為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，U型煙氣流程與水流程呈逆流布置，對流受熱面采用煙管結(jié)構(gòu)，頂部布置有擾流子，加強煙氣擾動，所述擾流子由碳鋼制成，膜式水冷壁為帶有焊接角度Θ的鰭片膜式水冷壁，Θ為45°。
[0074]本領(lǐng)域知曉的是，現(xiàn)有的鍋爐通常采用的是立式方形爐膛，結(jié)構(gòu)比較單一，不利于開發(fā)產(chǎn)品的多樣化。在本實用新型中，所述爐膛結(jié)構(gòu)簡化了結(jié)構(gòu)設(shè)計，解決了加工難題，改善爐膛的密封性，提高了鍋爐的熱效率，同時減輕爐墻及構(gòu)架的重量，從而減少了鍋爐成本。
[0075]爐膛四周可以為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，U型煙氣流程與水流程可以呈逆流布置。
[0076]另外，對流受熱面優(yōu)選采用煙管結(jié)構(gòu)，頂部可以布置有擾流子，加強煙氣擾動。
[0077]上述設(shè)計增加了煙氣與水的換熱溫壓，降低了排煙溫度，增加了鍋爐的熱效率。對流受熱面采用煙管結(jié)構(gòu)，在煙管頂部布置有擾流子，加強了煙氣的擾動，破壞了阻礙換熱的邊界層，減小了對流換熱的熱阻，因此強化了氣水換熱。垂直布置的對流受熱面有利于鍋爐檢修時清洗水的排放。由于爐膛、中間煙道、對流換熱部分相對獨立，再加上水火管相互結(jié)合，使鍋爐安裝起來非常方便。
[0078]對比例I
[0079]對比例I與實施例1相同，不同之處僅在于膜式水冷壁為無焊接角度的矩形鰭片膜式水冷壁。
[0080]實施例2
[0081]實施例2與實施例1相同，不同之處僅在于擾流子由耐熱合金制成，耐熱合金的組分為:基于該耐熱合金的總重量計，2.5質(zhì)量％的Mn, 0.10質(zhì)量％的Ti, 2.0質(zhì)量％的Fe,0.3質(zhì)量％的Ni，0.2質(zhì)量％的Si，0.12質(zhì)量％的P，V含量為0.0010%,余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)。
[0082]在爐膛內(nèi)，對擾流子的熱沖擊非常大，而通常的鐵質(zhì)或鋼質(zhì)擾流子難以滿足要求，往往壽命較短。在本實用新型中，為了滿足所述苛刻要求，通過大量研究，研制出一種耐熱合金擾流子。
[0083]在該耐熱合金中，Ti的加入可以非常有效地提高擾流子的抗熱沖擊性，這是先前所未曾預料到的。通過限制可能存在的V的含量在一定限度內(nèi)，可以降低V元素對耐高溫強度的不利影響。Fe的加入可以抑制加熱過程中合金晶粒粗化，使得可以極大地提高合金的熱傳導率。Mn的加入可以使合金獲得良好的固溶強化。適量P的加入可以有效彌補Fe的加入對合金強度的不利影響。本發(fā)明人經(jīng)過深入研究，出人意料地發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e與P的質(zhì)量之比必須滿足關(guān)系Fe/P=15-20，才能夠?qū)崿F(xiàn)強度和熱傳導率之間的良好性能平衡。
[0084]經(jīng)過檢測發(fā)現(xiàn)，由所述耐熱合金制成的擾流子在使用時，其壽命是本領(lǐng)域常規(guī)鐵質(zhì)或鋼質(zhì)(如碳鋼)擾流子壽命的16倍以上。
[0085]優(yōu)選地，本發(fā)明人還對用所述耐熱合金制成的擾流子(即擾流子制件)進行了回火與低溫連續(xù)處理，所述回火與低溫連續(xù)處理包括如下依次步驟:
[0086]步驟(I):將擾流子進行回火處理；步驟(2):將擾流子進行低溫處理；步驟(3):將擾流子進行再次回火處理；和步驟(4):將擾流子進行再次低溫處理；其中:
[0087]步驟(I)的回火處理為低溫回火，處理溫度為90?150°C，處理時間為I?5h，優(yōu)選I?4h ;步驟(2)的低溫處理溫度為-40°C?-75°C，處理時間為1min?5h，優(yōu)選30min?Ih ;步驟(3)的回火處理為高溫回火，處理溫度為400?600°C，處理時間為I?6h，優(yōu)選2-4h ;步驟(4)的低溫處理溫度為-190°C?-210°C，處理時間為20min?4h，優(yōu)選30min ?Ih ；
[0088]并且，其中:在步驟(2)的低溫處理后，控制擾流子回溫至室溫，升溫速率為5?8°C / min ;在步驟(4)的低溫處理后，控制擾流子回溫至室溫，升溫速率為I?2°C / min ；并且重復上述步驟(I)至(4)至少2個循環(huán)，優(yōu)選3個以上的循環(huán)。
[0089]研究發(fā)現(xiàn)，在上述方法中，通過先進行低溫回火和低溫處理、再進行高溫回火和更低溫度的低溫處理這樣的有機協(xié)同組合，有效克服了擾流子制件材料組織結(jié)構(gòu)可能由于使用過程中溫差較大而劣化的可能。同時，通過大量繁復的試驗，嚴格篩選、優(yōu)化并控制低溫回火、低溫處理、高溫回火和更低溫度的低溫處理所采用的溫度，以及每次低溫處理后回溫至室溫的速率，既有效、充分地減少了殘余奧氏體，使殘余應力得到更好的消除從而改善尺寸穩(wěn)定性，避免在熱沖擊情況下變形，析出超細微碳化物，硬度增加，而且還由于低溫回火和低溫處理與高溫回火和更低溫度的低溫處理的有機協(xié)同作用和多個循環(huán)，非常有效地控制了擾流子的第二類殘余應力和第三類殘余應力，避免使擾流子中發(fā)生殘余內(nèi)應力的松弛，極大提高抗熱沖擊并且有效避免了宏觀裂紋等缺陷。
[0090]同時，本發(fā)明人經(jīng)過大量研究還發(fā)現(xiàn)，必須仔細控制步驟(2)和步驟(4)低溫處理后擾流子制件回溫至室溫的升溫速率在上述適當范圍內(nèi)，以及控制步驟(4)低溫處理后擾流子制件回溫至室溫的升溫速率小于步驟(2)低溫處理后擾流子制件回溫至室溫的升溫速率，只有如此才能夠獲得擾流子抗熱沖擊性、沖擊韌性和強度的良好綜合改善。步驟(2)和步驟(4)低溫處理后擾流子金屬件回溫至室溫的升溫速率優(yōu)選呈直線升溫形式。
[0091]在本實用新型的一個優(yōu)選方面，所述膜式水冷壁為帶有焊接角度Θ (即焊縫的傾角)的鰭片膜式水冷壁，Θ為40-50°，優(yōu)選45°，并且所述水冷壁的材料滿足^=51.5-0.01835t的關(guān)系式，其中k為水冷壁導熱系數(shù)，t為以。C計的水冷壁最高溫度。本發(fā)明人研究發(fā)現(xiàn)，當焊接角度為40-50°，優(yōu)選45°時，與本領(lǐng)域常規(guī)使用的無焊接角度的矩形鰭片膜式水冷壁或者焊接角度不在所述范圍內(nèi)的膜式水冷壁相比，溫度梯度小，熱流密度分布均勻，較不易引起局部密度過高而影響水冷壁管壽命和危及鍋爐安全。并且還發(fā)現(xiàn)，當水冷壁的材料滿足所述關(guān)系式時，導熱效果最佳。
[0092]在本實用新型的另一個優(yōu)選方面，水冷壁材料為馬氏體不銹鋼。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，本領(lǐng)域一般采用的碳鋼水冷壁的外表由于壁溫而容易形成氧化皮，并且由于熱應力限制，要求壁溫不能超過一定值，這嚴重限制了鍋爐的使用范圍。本發(fā)明人經(jīng)過研究，首次開發(fā)了一種馬氏體不銹鋼，該馬氏體不銹鋼的組成以重量百分比計為:0.2% 彡 Mn 彡 1.0% ； 10% ^ Cr ^ 12% ； 1.5% ^ Mo ^ 3% ；9% ^ Ni ^ 14% ; 1.2% ^ Al ^ 2% ；0.5% 彡 Ti 彡 1.5%,其中 Al+Ti 彡 2.30% ；0.0001% ^ Co ^ 2% ；0.0001% ^ W ^ 1%，其中Mo+ (ff/2) ( 3% ；0.0001% 彡 P 彡 0.02% ；0.0001% 彡 S 彡 0.0050% ；0.0001% 彡 N 彡 0.0060% ；0.0001% 彡 C 彡 0.025% ；0.0001% 彡 Cu 彡 0.5% ；0.0001% ^ Mn ^ 3% ；0.0001% 彡 Si 彡 0.25 ;
0.0001% 彡 O 彡 0.0050%,余量為 Fe ;并且使得:Ms (°C ) =1302-42Cr-63N1-30Mo+20Al-15ff-33Mn-28S1-30Cu-13Co+10Ti ^ 50, Cr eq/Ni eq 彡 1.05，其中 Cr eq(%) =Cr+2Si+Mo+l.5Τ?+5
?5A1+0.6ff, Ni eq(%)=2Ni+0.5Mn+30C+25N+Co+0.3Cu。
[0093]本實用新型的水冷壁可以由所述合金材料通過如下方法制得:
[0094](I)由鑄錠制成半制成產(chǎn)品；
[0095](2)在860_940°C下將所述半制成產(chǎn)品熔融來進行熱處理，緊接著在轉(zhuǎn)變點Ms以下并且在足夠的時間期間，連續(xù)快速冷卻至低于或等于-75°C的溫度來進行深冷處理；
[0096](3)在500_550°C時效退火，保持5_30小時的等溫時間。
[0097]通過上述方法獲得的本實用新型的水冷壁在高溫下具有良好的抗斷裂性和韌性，并且在高溫下不易于產(chǎn)生表面氧化腐蝕(不起氧化皮)。
[0098]在本實用新型的進一步優(yōu)選方面，焊接部分使用專用焊接鋼材，該焊接鋼材包含，以質(zhì)量％計:
[0099]C 含量[C]為 0.010% ?0.065% 的 C，
[0100]Si 含量[Si]為 0.08%?0.10%的 Si，
[0101]Mn 含量[Mn]為 1.55%?2.5O% 的 Mn，
[0102]Ni 含量[Ni]為 0.15%?1.00%的 Ni，
[0103]Ti 含量[Ti]為 0.010%?0.015%的 Ti，
[0104]O 含量[O]為 0.0015%?0.0050% 的 O,
[0105]N 含量[N]為 0.001%?0.006% 的 N，
[0106]Mg 含量[Mg]為 0.0001% ?0.003% 的 Mg，
[0107]Ca 含量[Ca]為 0.0001%?0.003% 的 Ca，
[0108]余量部分包含鐵及不可避免的雜質(zhì)；
[0109]將P含量[P]限制在0.005%以下，
[0110]將S含量[S]限制在0.005%以下，
[0111]將Al含量[Al]限制在0.003%以下，
[0112]將Nb含量[Nb]限制在0.010%以下，
[0113]將Cu含量[Cu]限制在0.30%以下，
[0114]將V含量[V]限制在0.020%以下；
[0115]在將鋼組分函數(shù)Psm定義為下式(I)，且將鋼組分硬度函數(shù)Ceqh定義為下式(2)時，所述Psm為0.060%以下，且所述Ceqh為0.225%以下，
[0116]Pscd= [C] + [V] /3+ [Cu] /22+ [Ni] /67 (I)
[0117]Ceqh= [C] + [Si]/4.16+[Mn]/14.9+[Cu]/12.9+[Ni]/105+1.12 [Nb] +[V]/1.82 (2)。
[0118]研究發(fā)現(xiàn)，只有當上述組分、含量和函數(shù)在上述范圍內(nèi)時，才能夠最為有效地提高母材強度和韌性、改善母材的耐腐蝕性和熱加工性、以及焊接部位的可靠性。
[0119]在本實用新型中，爐膛采用立式圓形結(jié)構(gòu)，四周膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，U型煙氣流程與水流程呈逆流布置，增加了煙氣與水的換熱溫壓，降低了排煙溫度，增加了鍋爐的熱效率。對流受熱面采用煙管結(jié)構(gòu)，在煙管頂部布置有擾流子，加強了煙氣的擾動，破壞了阻礙換熱的邊界層，減小了對流換熱的熱阻，垂直布置的對流受熱面有利于鍋爐檢修時清洗水的排放。由于爐膛、中間煙道、對流換熱部分相對獨立，再加上水火管相互結(jié)合，使鍋爐安裝起來非常方便。另外，針對具體部位使用特定的材料，極大提高了鍋爐的可靠性和安全性。
[0120]經(jīng)測試顯示，實施例1的鍋爐的熱效率比對比例I提高近12%，這表明帶有焊接角度Θ的鰭片膜式水冷壁對溫度場比較有利，可以改善熱流密度分布。另外，經(jīng)測試還顯示，實施例2的擾流子壽命是實施例1的16.5倍，從而可以有效延長設(shè)備壽命、節(jié)約設(shè)備成本。
[0121]本書面描述使用實例來公開本實用新型，包括最佳模式，且還使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠制造和使用本實用新型。本實用新型的可授予專利的范圍由權(quán)利要求書限定，且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實例。如果這種其它實例具有不異于權(quán)利要求書的字面語言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果這種其它實例包括與權(quán)利要求書的字面語言無實質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則這種其它實例旨在處于權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。在不會造成不一致的程度下， 通過參考將本文中參考的所有弓I用之處并入本文中。
【權(quán)利要求】
1.一種具有立式圓形結(jié)構(gòu)爐膛的鍋爐，其包含爐膛、對流受熱面、燃燒器和節(jié)能器；其特征在于:所述爐膛具有立式圓形結(jié)構(gòu)；爐膛四周為膜式水冷壁結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有立式圓形結(jié)構(gòu)爐膛的鍋爐，其特征在于:對流受熱面采用煙管結(jié)構(gòu)，頂部布置有擾流子。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有立式圓形結(jié)構(gòu)爐膛的鍋爐，其特征在于:所述擾流子由耐熱合金制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有立式圓形結(jié)構(gòu)爐膛的鍋爐，其特征在于:所述擾流子經(jīng)過回火與低溫連續(xù)處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的具有立式圓形結(jié)構(gòu)爐膛的鍋爐，其特征在于:所述膜式水冷壁為帶有焊接角度Θ的鰭片膜式水冷壁，Θ為40-50°，所述水冷壁的材料滿足知51.5-0.01835t的關(guān)系式，其中k為水冷壁導熱系數(shù)，t為以。C計的水冷壁最高溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的具有立式圓形結(jié)構(gòu)爐膛的鍋爐，其中水冷壁材料為鍋爐專用管材。
【文檔編號】C22C9/00GK204214132SQ201420646448
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年11月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月3日
【發(fā)明者】郭強 申請人:郭強