專(zhuān)利名稱(chēng):鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種鍋爐,更具體地說(shuō),涉及用于電力工業(yè)有一個(gè)再加熱器并有中等容量或大容量的鍋爐,此種鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)速率至少為500噸/小時(shí)。
在發(fā)電廠中,蒸汽在高壓汽輪機(jī)中作功之后變成相對(duì)較低的壓力,由高壓汽輪機(jī)中排出,被再加熱,并供應(yīng)給中壓汽輪機(jī)和低壓汽輪機(jī),在其中作功,從而提高汽輪機(jī)整體的熱效率。上述鍋爐例如被用在發(fā)電廠中。
在這樣的鍋爐中,在上游側(cè)排氣通道中設(shè)置了用來(lái)產(chǎn)生相對(duì)較高溫度和相對(duì)較高壓力蒸汽的過(guò)熱器和用來(lái)產(chǎn)生相對(duì)較高溫度和相對(duì)較低壓力的蒸汽的再加熱器,在爐子中由于燃料燃燒產(chǎn)生的排氣通過(guò)上述排氣通道。具體地說(shuō),在有中等或大容量的鍋爐(這類(lèi)鍋爐的最大連續(xù)蒸發(fā)速率為至少500噸/小時(shí),這種鍋爐被用于發(fā)電廠)中,在溫度相對(duì)較高的上游側(cè)排氣通道中設(shè)置了再加熱器,比如過(guò)熱器,以便得到高溫蒸汽。
有一種鍋爐,在此種鍋爐中把下游側(cè)排氣通道沿著排氣的氣流分成兩個(gè)或更多的分通道,在這些分通道的下游部分設(shè)有用來(lái)調(diào)整通過(guò)各分通道的排氣的流速的氣流調(diào)節(jié)器。JP-A-59-60103和JP-A-58-217104公布了一些結(jié)構(gòu),在這些結(jié)構(gòu)中,再加熱器被分別設(shè)置在剩余的分通道中。JP-A-62-33204公布了一種結(jié)構(gòu),其中在分通道之一中設(shè)置了一個(gè)過(guò)熱器和一個(gè)預(yù)熱器,并在另一個(gè)分通道中設(shè)置了一個(gè)蒸發(fā)器和一個(gè)預(yù)熱器,在與爐子的出口連通的上游側(cè)排氣通道(溫度相對(duì)較高的排氣通過(guò)該通道)中,設(shè)置了一個(gè)懸掛型高溫側(cè)過(guò)熱器,在高溫側(cè)過(guò)熱器的下游也設(shè)置了一個(gè)懸掛型高溫側(cè)再加熱器。與在下游側(cè)排氣通道中相比,在上游側(cè)排氣通道中可以更有效地進(jìn)行熱交換。這是因?yàn)樵谏嫌蝹?cè)排氣通道中排氣的溫度比在下游側(cè)排氣通道中的溫度高,并且存在來(lái)自爐子中的燃燒火焰的輻射的加熱。因?yàn)楦邷貍?cè)過(guò)熱器被設(shè)置在上游側(cè)排氣通道中,在該通道中進(jìn)行有效的熱交換,所以,可以防止過(guò)熱器的熱交換部分的面積增加,即可以減小過(guò)熱器整體的尺寸,同時(shí)獲得較高的熱交換效率。結(jié)果,可以防止鍋爐整體的尺寸和重量的增加。
借助于把高溫側(cè)再加熱器設(shè)置在上游側(cè)排氣通道中可以減小再加熱器整體的尺寸,溫度相對(duì)較高的排氣就通過(guò)該排氣通道(或者說(shuō),在該排氣通道中熱交換的速率高),從而使高溫側(cè)再加熱器在高溫側(cè)過(guò)熱器的后面,就像高溫側(cè)過(guò)熱器的功能那樣。然而,因?yàn)楦邷貍?cè)過(guò)熱器和設(shè)置在上游側(cè)排氣通道中的高溫側(cè)再加熱器的尺寸減小,所以?xún)H只借助于這些減小了的高溫側(cè)過(guò)熱器和高溫側(cè)再加熱器很難獲得對(duì)于高溫側(cè)過(guò)熱器和高溫側(cè)再加熱器整體所要求的熱交換面積。因此,需要提供附加的過(guò)熱器和再加熱器。分別有橫放型低溫側(cè)過(guò)熱器和低溫側(cè)再加熱器,它們?cè)O(shè)在懸掛型高溫側(cè)過(guò)熱器和高溫側(cè)再加熱器的下游的下游側(cè)排氣通道的各自的分通道中。從熱效率來(lái)看,懸掛型高溫側(cè)再加熱器要優(yōu)先于其它裝置設(shè)置在上游側(cè)排氣通道中的上游側(cè)。因此,高溫側(cè)再加熱器必須被設(shè)置在上游側(cè)排氣通道中的一個(gè)有限空間中,在這個(gè)高溫側(cè)過(guò)熱器的下游側(cè)。這意謂著不可能對(duì)高溫側(cè)再加熱器提供足夠的空間。因?yàn)楦邷貍?cè)再加熱器可能不是足夠地大,所以需要在下游側(cè)排氣通道的該分通道中另外設(shè)置一個(gè)橫放型低溫側(cè)再加熱器,此再加熱器可能會(huì)占有對(duì)于再加熱器整體所需要的熱交換面積的大部分。在低溫側(cè)過(guò)熱器和低溫側(cè)再加熱器中的蒸汽由于對(duì)流而被加熱,并隨后供應(yīng)到鍋爐的外面,例如通過(guò)高溫側(cè)過(guò)熱器和高溫側(cè)再加熱器供應(yīng)給發(fā)電汽輪機(jī)。在每個(gè)分通道中設(shè)置了一個(gè)氣流調(diào)節(jié)器,低溫側(cè)過(guò)熱器和低溫側(cè)再加熱器就分別設(shè)置在這些分通道中,以便調(diào)節(jié)與低溫側(cè)過(guò)熱器或低溫側(cè)再加熱器接觸的排氣的流速。通過(guò)控制這些氣流調(diào)節(jié)器把在低溫側(cè)過(guò)熱器和低溫側(cè)再加熱器中的蒸汽加熱到一個(gè)預(yù)定的溫度,并把這些蒸汽分別供應(yīng)給高溫側(cè)過(guò)熱器和高溫側(cè)再加熱器。
如上所述,通過(guò)調(diào)節(jié)氣流調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)低溫側(cè)過(guò)熱器和低溫側(cè)再加熱器中蒸汽的溫度的控制。然而,因?yàn)楦邷貍?cè)過(guò)熱器和高溫側(cè)再加熱器設(shè)置在這些分通道的上游,所以無(wú)法借助于氣流調(diào)節(jié)器在這些高溫側(cè)熱交換裝置中實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸汽的溫度的控制。因此,在低溫側(cè)過(guò)熱器和低溫側(cè)再加熱器中的蒸汽溫度的控制不直接作用到汽輪機(jī)入口處的蒸汽溫度上。換句話(huà)說(shuō),在低溫側(cè)過(guò)熱器的出口處的蒸汽溫度的變化與高溫側(cè)過(guò)熱器出口處的蒸汽溫度的變化之間以及在低溫側(cè)再加熱器的出口處的蒸汽溫度的變化與高溫側(cè)再加熱器出口處或在汽輪機(jī)的入口處的蒸汽溫度的變化之間有一個(gè)時(shí)間延遲,或有一個(gè)空載時(shí)間。
在為了縮短空載時(shí)間而提高氣流調(diào)節(jié)器的控制增益的情況下,鍋爐系統(tǒng)將變得不穩(wěn)定或發(fā)生偏離,從而降低了可控性。特別是,在再加熱器方面,因?yàn)榭赡苷加脤?duì)再加熱器整體所要求的熱交換面積的大部分的再加熱器被設(shè)置在該分通道中,所以可控性受到損害。
因此,本發(fā)明的主要目的是提供一種鍋爐,它有改進(jìn)了的蒸汽溫度可控性,而不會(huì)無(wú)益地增加每個(gè)再加熱器的熱交換面積。
為此目的,按照本發(fā)明提供了一種鍋爐。它包括一個(gè)爐子,通過(guò)它的一端與爐子的出口連通的一個(gè)上游側(cè)排氣通道,與此上游側(cè)排氣通道的另一端連通并沿著排氣流被分成分通道的一個(gè)下游側(cè)排氣通道,設(shè)在上游側(cè)排氣通道中的懸掛型熱交換裝置,所有這些熱交換裝置是過(guò)熱器,并且,這些熱交換裝置的熱交換表面的大小使得當(dāng)鍋爐處在最大負(fù)載時(shí)在下游側(cè)排氣通道的入口處的排氣溫度變成1000攝氏度到1100攝氏度,設(shè)在下游側(cè)排氣通道中的橫放型熱交換裝置,它們包括一個(gè)再加熱器,以及設(shè)在每個(gè)分通道的出口處的用來(lái)控制通過(guò)各自分通道的排氣流速的裝置。
按照本發(fā)明,因?yàn)榕c傳統(tǒng)的鍋爐相比,在下游側(cè)排氣通道的入口處的排氣溫度高,所以通過(guò)再加熱器的蒸汽與排氣之間的溫度差變大,從而使得不必要增加再加熱器的熱交換面積。
還有,因?yàn)樗性偌訜崞髟O(shè)在下游側(cè)排氣通道的分通道中,所以可以減小空載時(shí)間。再有,所有再加熱器成為控制對(duì)象,所以可以以較高的精度控制在再加熱器出口處的蒸汽溫度,即,可以以較高的精度控制在汽輪機(jī)入口處的蒸汽溫度。
現(xiàn)在,將在下面參考著附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖1為一個(gè)側(cè)視圖,示出了按照本發(fā)明的鍋爐;以及圖2為一個(gè)側(cè)視圖,示出了一個(gè)傳統(tǒng)的鍋爐。
在圖1中,鍋爐包括一個(gè)爐子1,下游側(cè)排氣通道2和把爐子1的上段與下游側(cè)排氣通道2連通的上游側(cè)排氣通道3。該鍋爐例如為一個(gè)燒煤的鍋爐。
來(lái)自設(shè)在爐子1的下段的多個(gè)燃燒器11的高溫燃?xì)庠跔t子1中向上通過(guò)。燃?xì)馔ㄟ^(guò)上游側(cè)排氣通道3和下游側(cè)排氣通道游側(cè)排氣通道2,并作為一種低溫的排氣通過(guò)出口210由鍋爐排出。在爐子1中設(shè)有一個(gè)下部水冷壁12,一個(gè)上部水冷壁13和一個(gè)鼻形壁15。下部水冷壁12由多根管道構(gòu)成,每根管道在爐子中由爐子的下段螺旋形地向上伸展。上部水冷壁12也由多根管道構(gòu)成,每根管道在爐子中在豎直方向上直著伸展。鼻形壁15也由多根管道構(gòu)成。
下游側(cè)排氣通道2由壁21形成,壁21由多根管道構(gòu)成。沿著排氣流伸展的一個(gè)分配壁24把下游側(cè)排氣通道2分成兩個(gè)分通道22和23。氣流調(diào)節(jié)器25用來(lái)控制通過(guò)各分通道的燃?xì)獾牧魉?,此氣流調(diào)節(jié)器設(shè)置在每個(gè)分通道的出口處。分配壁24也有多根管道。
橫放型再加熱器41設(shè)在下游側(cè)排氣通道2的分通道之一22中,而橫放型初級(jí)過(guò)熱器51和一個(gè)橫放型預(yù)熱器61沿著燃?xì)饬鞔?lián)地設(shè)在另一個(gè)分通道23中。如果必要,也可以在分通道23中設(shè)置一個(gè)蒸發(fā)器。
由多根管道構(gòu)成的頂壁31和幾個(gè)側(cè)壁形成了上游側(cè)排氣通道3。在上游側(cè)排氣通道3中沿著燃?xì)饬鞔?lián)地設(shè)置了懸掛型次級(jí)過(guò)熱器52和懸掛型第三級(jí)過(guò)熱器53。這些過(guò)熱器52和53的總熱交換面積被設(shè)定為使得當(dāng)鍋爐處在最大負(fù)載時(shí)在上游側(cè)排氣通道的入口處的燃?xì)鉁囟茸兂?000攝氏度到1100攝氏度。
在本文件中使用的"橫放型"這個(gè)詞意謂著這樣的狀態(tài)其中熱交換裝置比如再加熱器的熱交換管道相對(duì)于豎直的氣流基本上水平地伸展。還有,"懸掛型"這個(gè)詞意謂著這樣的狀態(tài)其中熱交換裝置比如過(guò)熱器的熱交換管道相對(duì)于水平的氣流基本上豎直地伸展,并在豎直方向上的上部設(shè)有入口和出口。
現(xiàn)在,將描述鍋爐的水供應(yīng)系統(tǒng)。
通過(guò)一根水供應(yīng)管100把水供應(yīng)給設(shè)在分通道23中的預(yù)熱器61。水由預(yù)熱器61的一個(gè)入口集流管611流到一個(gè)出口集流管612,并由燃?xì)?排氣)吸收熱量。把因此而被加熱的水由出口集流管612通過(guò)一根向下伸展的管道101分配到爐子1的下部水冷壁12的多個(gè)下部集流管121。
水在爐子的內(nèi)部吸收熱量,并由下部的集流管121通過(guò)下部水冷壁12的各自管道向上流動(dòng)。水被加熱到接近它的飽和溫度。在管道中的水的溫度在下部水冷壁的出口處是不平衡的,這是因?yàn)椴煌墓艿牢詹煌瑪?shù)量的熱量。高溫水由下部水冷壁12的各自管道流進(jìn)一個(gè)中間的混合集流管14,為的是使它的溫度均勻。
來(lái)自混合集流管14的高溫水在爐子的內(nèi)部進(jìn)一步吸收熱量,并通過(guò)上部的水冷壁13和鼻形壁15向上流動(dòng),變成液相的高溫水和氣相的蒸汽。來(lái)自上部水冷壁13和鼻形壁15的管道的高溫水和蒸汽的混合物分別通過(guò)一個(gè)水冷壁集流管131和鼻形壁集流管151進(jìn)入一個(gè)上部集流管16,為的是使它的溫度均勻,隨后流進(jìn)一個(gè)蒸汽分離器17。
在該蒸汽分離器17中,混合物被分離成高溫水和蒸汽,一個(gè)循環(huán)泵18把高溫水通過(guò)一個(gè)排水罐19供應(yīng)給供水管100,而蒸汽流進(jìn)頂壁31的管道的入口集流管311。當(dāng)鍋爐進(jìn)行一次通過(guò)的運(yùn)行時(shí),把由流進(jìn)蒸汽分離器17的所有流體組成的蒸汽供應(yīng)給入口集流管311。
來(lái)自入口集流管311的蒸汽通過(guò)頂壁31的管道流向出口集流管312,在爐子的內(nèi)部吸收熱量,變成過(guò)熱蒸汽。此過(guò)熱蒸汽由出口分配集流管312通過(guò)一根向下伸展的管道201和一根連通管道202流進(jìn)一個(gè)入口分配集流管203,此集流管203與下游側(cè)排氣通道2的壁21和分配壁24的管道連通。過(guò)熱蒸汽在爐子的內(nèi)部吸收熱量,并通過(guò)下游側(cè)排氣通道2的壁21和分配壁24的管道向上流動(dòng)。過(guò)熱蒸汽直接流進(jìn)一個(gè)出口集流管511,或通過(guò)一個(gè)出口分配集流管204和一根連通管205流進(jìn)集流管511。
過(guò)熱蒸汽由出口集流管511通過(guò)一根連通管512流進(jìn)初級(jí)過(guò)熱器51。接著,過(guò)熱蒸汽被加熱到一個(gè)預(yù)定的過(guò)熱蒸汽溫度,同時(shí)流過(guò)次級(jí)過(guò)熱器52和第三級(jí)過(guò)熱器53,并把它們供應(yīng)給高壓汽輪機(jī)HP。
在高壓汽輪機(jī)HP中作完功的蒸汽通過(guò)一根蒸汽管道401流進(jìn)再加熱器41的一個(gè)入口集流管411中。在該再加熱器41中,蒸汽由分通道22中的排氣吸收熱量,并被加熱到預(yù)定的再加熱溫度,隨后供應(yīng)給中等壓力汽輪機(jī)IP。通過(guò)用氣流調(diào)節(jié)器25調(diào)整流過(guò)該分通道的排氣的數(shù)量,控制被再加熱器41中的蒸汽吸收的熱量的數(shù)量或控制被再加熱蒸汽的溫度是可能的。
在圖2中所示的傳統(tǒng)鍋爐中(與在圖1中所示的相同或類(lèi)似的部件用相同的標(biāo)號(hào)表示,并且不作特別的描述),除了次級(jí)過(guò)熱器52到第四級(jí)過(guò)熱器54以外,在上游側(cè)排氣通道3中設(shè)置了第二再加熱器43。就熱效率而言,過(guò)熱器52-54被設(shè)置在上游側(cè)排氣通道3中,優(yōu)先于其它裝置,所以用于第二再加熱器43的空間就不太大了。因此,對(duì)于第二再加熱器43來(lái)說(shuō),難以包括對(duì)于再加熱器整體所需要的熱交換面積。因此,如后面所描述的那樣,必須設(shè)置一個(gè)附加的再加熱器42,來(lái)補(bǔ)足所需要的熱交換面積。借助于沿著排氣流伸展的分配板24把下游側(cè)排氣通道2分成兩個(gè)分通道22和23。在每個(gè)分通道的出口設(shè)有一個(gè)氣流調(diào)節(jié)器25。在分通道之一22中設(shè)置了再加熱器42,而在另一個(gè)分通道23中設(shè)置了一個(gè)初級(jí)過(guò)熱器51,一個(gè)蒸發(fā)器71和一個(gè)預(yù)熱器61。當(dāng)鍋爐處在最大負(fù)載時(shí),在下游側(cè)排氣通道2的入口處燃?xì)?排氣)的溫度大約為800攝氏度。因?yàn)榕艢?800攝氏度)和所想要再加熱的蒸汽(通常560攝氏度到600攝氏度)之間的溫度差小,必須加大第二再加熱器43的熱交換面積。因此,第二再加熱器43的尺寸大,從而使得無(wú)法防止鍋爐整體的尺寸加大。
相反,在圖1所示的實(shí)施例中,當(dāng)鍋爐處在最大負(fù)載時(shí),在下游側(cè)排氣通道2的入口處燃?xì)?排氣)的溫度大約為1000攝氏度。因?yàn)榕艢?1000攝氏度)和所想要被再加熱的蒸汽(560攝氏度到600攝氏度)之間的溫度差大,再加熱器41可以有較小的熱交換面積,從而使得防止鍋爐整體的尺寸加大成為可能。為了當(dāng)鍋爐處在最大負(fù)載時(shí),使在下游側(cè)排氣通道2的入口處燃?xì)?排氣)的溫度大約為1000攝氏度,與在傳統(tǒng)的鍋爐(在這種鍋爐中,在上游側(cè)排氣通道中設(shè)置了過(guò)熱器和再加熱器)中相比,要把上游側(cè)排氣通道中的過(guò)熱器的熱交換面積增加一些。即,過(guò)熱器的尺寸要加大一些,但是這一增加基本上不會(huì)使鍋爐的尺寸加大。順便說(shuō)一下,在附圖中,再加熱器或類(lèi)似物的尺寸比被改變了。
還有,因?yàn)槭褂昧藛我坏脑偌訜崞?1而不是分開(kāi)的再加熱器42和43(圖2),進(jìn)一步使得只有在再加熱器41中蒸汽的熱吸收是氣流調(diào)節(jié)器25控制的對(duì)象成為可能,從而可以提高控制增益。因此,被再加熱的蒸汽的溫度可以提高。再有,在控制響應(yīng)上沒(méi)有空載時(shí)間。
還有,因?yàn)闅饬髡{(diào)節(jié)器25對(duì)排氣的流速控制直接作用到在再加熱器41中蒸汽的熱吸收上,所以沒(méi)有擺動(dòng)現(xiàn)象。
當(dāng)只有一個(gè)再加熱器設(shè)在下游側(cè)排氣通道的分通道之一中時(shí),可控性的這種提高特別有效,并且,只有一個(gè)過(guò)熱器和一個(gè)預(yù)熱器設(shè)在另一個(gè)分通道中,像在本發(fā)明的實(shí)施例中那樣。
在燃煤鍋爐的情況下,在燃?xì)庵型ǔ0ù罅康拿夯?。這些煤灰的最低軟化溫度大約為1100攝氏度。當(dāng)煤灰軟化并粘附到熱交換裝置的熱交換表面上時(shí),煤灰被冷卻,并變硬。所謂結(jié)塊就是由重復(fù)地軟化和粘附造成的,這降低了熱交換效率。因此,傳統(tǒng)上需要定期地除去煤灰。當(dāng)把本發(fā)明用于燃煤鍋爐時(shí),像在實(shí)施例中那樣,橫放型熱交換裝置例如初級(jí)再加熱器41,初級(jí)過(guò)熱器51和預(yù)熱器61使得一旦煤灰粘到裝置上除去這些煤灰比懸掛型熱交換裝置更困難。
然而,按照本發(fā)明,在橫放型熱交換裝置上游的排氣溫度為1000攝氏度到1100攝氏度。因?yàn)檫@比煤的軟化溫度低,防止結(jié)塊是可能的。還有,因?yàn)檫@一溫度比所要求的被再加熱的蒸汽的溫度(560攝氏度到600攝氏度)明顯地高,在下游側(cè)排氣通道中增加熱交換裝置是不必要的,從而防止了整個(gè)鍋爐尺寸增大。如上所述,本發(fā)明在燃煤鍋爐中特別有效。
按照本發(fā)明的鍋爐可以用于大容量的發(fā)電廠。
權(quán)利要求
1.一種鍋爐,包括一個(gè)爐子;在它的一端與所述爐子的出口連通的一個(gè)上游側(cè)排氣通道;與所述上游側(cè)排氣通道的另一端連通并沿著排氣流被分成分通道的一個(gè)下游側(cè)排氣通道;設(shè)在所述上游側(cè)排氣通道中的懸掛型熱交換裝置,所有這些熱交換裝置是過(guò)熱器,所述熱交換裝置的熱交換表面的大小使得當(dāng)所述鍋爐處在最大負(fù)載時(shí)在所述下游側(cè)排氣通道的入口處的排氣溫度變成1000攝氏度到1100攝氏度;設(shè)在所述下游側(cè)排氣通道中的橫放型熱交換裝置;以及設(shè)在每個(gè)所述分通道的出口處的用來(lái)控制通過(guò)各自分通道的排氣流速的裝置。
2.按照權(quán)利要求1所述的鍋爐,其特征在于,所述橫放型熱交換裝置包括再加熱器。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的鍋爐,其特征在于,一個(gè)橫放型再加熱器設(shè)置在所述分通道之一中,在所述過(guò)熱器,蒸發(fā)器和所述預(yù)熱器中的至少一個(gè)過(guò)熱器和一個(gè)預(yù)熱器設(shè)在另一個(gè)分通道中。
全文摘要
只有懸掛型過(guò)熱器(52)和(53)設(shè)在爐子的出口。這些過(guò)熱器的熱交換表面的大小使得當(dāng)鍋爐處在最大負(fù)載時(shí)在過(guò)熱器的下游的排氣溫度為1000攝氏度到1100攝氏度。沿著排氣流把在這些過(guò)熱器(52)和(53)的下游的排氣通道分成分通道,在每個(gè)分通道的出口處設(shè)置一個(gè)氣流調(diào)節(jié)器,用來(lái)控制通過(guò)各自分通道的排氣流速。把一個(gè)橫放型再加熱器(41)設(shè)置在分通道中。因?yàn)閲@再加熱器(41)流動(dòng)的排氣的溫度(1000攝氏度到1100攝氏度)與流過(guò)該再加熱器(41)的蒸汽溫度之間的溫差大,即使熱交換面積小,也可以以高效率進(jìn)行熱交換。因此,這一構(gòu)形使得可以防止該再加熱器(41)的熱交換面積加大,或鍋爐的整個(gè)尺寸加大。
文檔編號(hào)F22G1/02GK1211308SQ97192285
公開(kāi)日1999年3月17日 申請(qǐng)日期1997年12月16日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月17日
發(fā)明者松田順一郎, 幸田文夫, 三村哲雄, 川瀨隆世, 森田茂樹(shù) 申請(qǐng)人:巴布考克日立株式會(huì)社