水平螺旋管式锅炉的对流通道壳体设计

摘要

一种用于锅炉的对流通道壳体，它包括：设有用来接受来自锅炉的气体的一气体入口的一前壁；连接至前壁的右和左侧壁；具有一气体出口的一后壁，后壁在右和左侧壁之间连接；以及一炉顶，至少前壁、右侧壁、左侧壁以及后侧壁之一设有水平螺旋管组件形式的一热交换器表面。

说明书

技术领域

本发明总的涉及锅炉设计，特别是一种新式的有用的管式锅炉的对流通道壳体设计的结构。

背景技术

用于亚临界压力汽包锅炉和直流锅炉以及超临界压力直流锅炉的对流通道壳体的设计包括通常布置成沿向上或向下方向流动的竖向管壳体板。这些壳体的设计要求通常要求在所有负荷下都有足够的管内流体速度，以使在锅炉的正常使用寿命中不会出现管道过热、疲劳或破坏。

两通道类型的电站锅炉设有位于炉壳附近的对流通道壳体。悬垂式对流通道壳体将炉壳连接至水平对流通道壳体。悬垂式对流通道壳体是允许炉气从炉壳水平地横穿悬垂的热传递表面(蒸汽和/或水冷却管的垂直结构)流动的一壳体。水平对流通道包含水平设置的热传递表面(蒸汽和/或水冷却管)，热传递表面吸收来自在该壳体中沿向下方向流动的炉气的热量。

在所有两通道类型的电站锅炉中，对流通道壳体管必需设计成没有任何的滞留水或蒸汽残留成分(leg)，它们可能存在在启动过程中，或者可能在锅炉的任何操纵负荷下形成。在许多情况下，需要多流路、集管的小直径开孔和/或在壳体的回路中使用具有小内径的后壁管，以满足这样的要求。对于许多锅炉性能的状况，对流通道壳体内侧的热传递表面要求是一采用多流路的封闭表面区域。对于这些应用场合，多流路要求管子的尺寸和厚度会在整个系统设计中产生一很大的压降，这会损害装置的效率。为了获得一实际可行的设计，在较高的负荷下必须通过使用一流动旁通以降低在较高负荷下壳体管子中的速度来减小壳体的大压降。

1927年Benson研制出螺旋管式炉壳。这种技术被应用到炉壳设计的理由是与用于水平螺旋管式对流通道壳体的本说明书中所提出的理由不同的。现有技术的炉壳的思想是在炉壳中在保持横穿流动范围的一可消除由于临界热通量而造成的破坏的流动速度的同时，提供最小的温度和热函变化。本发明的思想与Benson的思想的不同之处在于，想要减小在较高负荷下穿过壳体的流体的压降，以致无需流动旁通和/或壁较厚的管子和小开孔。

还可参见美国专利第5,934,227号和第5,755,188号。

发明内容

本发明的一个目的是使用管的螺旋水平结构来取消在锅炉对流通道中的现有技术的多个流动通道、小开孔和/或较厚壁管。螺旋设计能灵活地确定围绕壳体的管子数量和螺旋圈数量，以获得最佳的速度，这将消除在启动和低负载操作过程中的任何水或蒸汽的残留成分，并同时在全负荷下仍产生可接受的压降，而无须使用壳体旁通。

该思想已经被用在锅炉的水平对流通道的三面壁上。如果需要改善性能，该思想也可以被用于锅炉的水平和悬垂的对流通道。本发明的水平螺旋管在本实施例中开始于两侧壁之一，并围绕在水平对流通道的下部中壳体外壁的任何组合。如果水平对流通道的所有四面壁都被使用，则水平对流通道的上段将仅围绕壳体的侧壁和后壁。

本发明的水平螺旋管式锅炉的对流通道壳体设计包括优于现有设计的五个优点：

1.可以确定对流通道壳体的一优化的管子尺寸、管子厚度和管子数量，所使某些锅炉负荷不要求额外的对流通道压降和围绕对流壳体的偏转流动。

2.通过使用较薄的管子来减轻对流通道壳体的材料重量。可以使用较薄的管子来满足在启动和最小负荷下消除水或蒸汽滞留成分的设计要求。

3.通过采用本发明的思想，使由于壳体设计的增加的压降而对性能效率造成的影响减到最小。

4.本发明的制造和构建成本比目前带有流动旁通的垂直管设计稍高一些，但本发明性能上的优越之处将使其所附加的成本在市场上是有竞争力的。

5.本发明既可应用于亚临界汽包锅炉，也可应用于亚临界和超临界的直流锅炉。

因此，本发明的另一目的是提供一种用于锅炉的对流通道壳体，它包括设有用来接受来自锅炉的气体的一气体入口的一前壁；连接至前壁的右和左侧壁；设有一气体出口的一后壁，后壁在右和左侧壁之间连接；以及一炉顶，至少前壁、右侧壁、左侧壁以及后侧壁之一设有水平螺旋管组件形式的一热交换器表面。

本发明的另一目的是在对流通道壳体的诸壁中的多面壁上设置水平螺旋管热交换器。

在权利要求书中特别地指出了为本发明特征的各种新颖的特征，所附权利要求书构成本发明内容的一部分。为了更好地理解本发明及通过其应用所获得的操作上的优点和所实现的特殊的目的，可参见其中示出和说明本发明较佳实施例的附图和说明材料。

附图简述

在诸附图中：

图1是一根据本发明的包含水平螺旋管结构的对流通道壳体的左、后及右壁的示意性的侧面展开正视图；

图2是本发明另一实施例的示意性立体图；

图3是图2所示实施例的右侧壁的示意性侧面正视图；

图4是图2所示实施例的后壁的正视图；

图5是图2所示实施例的左侧壁的正视图；

图6是本发明另一实施例的前壁的正视图；

图7是图6所示实施例的右侧壁的正视图；

图8是图6所示实施例的左侧壁的正视图；

图9是图6所示实施例的后壁的正视图；

图10是本发明的又一实施例的前壁的正视图；

图11是图10所示实施例的右侧壁的正视图；

图12是图10所示实施例的左侧壁的正视图；

图13是本发明的又一个实施例的后壁的正视图；

图14是图13所示实施例的右侧壁的正视图；

图15是图13所示实施例的左侧壁的正视图；

图16是本发明的又一个实施例的后壁的正视图；

图17是图16所示实施例的右侧壁的正视图；以及

图18是本发明的又一个实施例的正视图。

具体实施方式

现在请总的地参见诸附图，其中，在所有这些附图中，相同的标号标示相同或相似的零件或部分，图1中的实施例包括用于锅炉的对流通道壳体的热交换表面，该壳体包括示意性地示出和展开的左侧侧壁区域10、后壁12以及右侧侧壁14。

每一侧壁及后壁装有水平螺旋管结构形式的热交换表面，或者总的标示为20的锅炉包括用来接受冷却水供应的一入口集管22和在一管板24中多个管子，诸管在一第一弯曲面处弯成45度，水平地延伸横穿部分的左侧壁、所有的后壁以及部分的右侧壁，直至管板遇到一第二弯曲面28，并在该第二弯曲面28处管子和管子间的板向上弯曲，直至它们到达另一弯曲面30，然后，水平地穿过两侧壁和后壁。诸水平运行段的该蜿蜒的路线由弯曲部分和垂直连接部分连接至在上集管40处的下一运行段终端，已经从对流通道壳体吸取了热量的水或水加上蒸汽或过热蒸汽在该集管40处被排出。

图2示出了本发明的另一实施例。在所有这些附图中，使用相同的标号来标示功能相同或相近的零件或部分。入口集管22连接水平螺旋管组件的诸管板，诸管板都弯曲以开始它们横穿诸侧壁之一的水平行进，由在一角部42处延伸横穿后壁，然后在另一角部44处弯曲绕到相对的侧壁。在图2的实施例中，入口集管22和出口集管40设置在相同的壁上，而在图1所示的实施例中，入口集管设置在与出口集管相对的侧壁上。

图2还示出了从总的标示为60的锅炉出来的废气出口50和从对流通道壳体20出来的气体入口70。图3、4及5用大箭头示出了分别横穿右侧壁、后壁以及左侧壁的穿过水平螺旋管组件的流体的大体路线。图6、7、8及9分别示出了一个对流通道壳体的前、后、左和后壁，该对流通道壳体使用一公共的入口集管122来为一对相对且呈镜像图案的水平螺旋管组件124和126服务，该组件124和126用作对流通道壳体20的相对的一半。同样用箭头示出了穿过两螺旋管结构的热交换流体的路线。

图10、11、12及13示出了本发明另一个相似的实施例，它使用用作对流通道壳体的相对的一半的一对水平螺旋管组件。这对于悬垂式对流通道结构是尤为有用的。图14、15及16示出了应用于悬垂式对流通道壳体的本发明的另一实施例，其中，入口集管设在右侧侧壁上，出口集管设置在左侧侧壁上，两集管都位于壳体的底部处。

图17示出了本发明的一实施例，其中，一悬垂式对流通道壳体的侧壁装有用于螺旋管组件的入口和出口集管。

图18示出了应用于一水平的对流通道壳体的侧壁的、本发明的一相似的实施例。

尽管已经示出并详细描述了本发明的特定的实施例，用以说明本发明原理的应用，但应予理解的是，可以以其它的方式来实现本发明，而不脱离这些基本原理。