專利名稱：上升或下降受熱管循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鍋爐的回路設(shè)計，特別是涉及用于在爐中吸熱的一種新穎的、實用的受熱管循環(huán)系統(tǒng)。
從爐中接受熱量、并使流體從低位流到高位的回路稱之為“上升回路”，而接受熱量、并使流體從高位流到低位的回路稱之為“下降回路”。一個回路由一根管子或一組管子組成，這組管子從一個公共點，如聯(lián)箱或蒸汽鍋筒引出，終止于同樣為聯(lián)箱或鍋筒這樣的公共點。
在大多數(shù)自然循環(huán)鍋爐設(shè)計中，構(gòu)成蒸發(fā)部分的受熱管一般供流體向上流動，但在多鍋筒鍋爐中，蒸發(fā)管束的下降受熱管則不然。在這種類型的鍋爐中，下降受熱管提供爐內(nèi)和蒸發(fā)管束部分的上升管的全部循環(huán)流量。
圖1表示了一種典型的工業(yè)鍋爐的循環(huán)流程。在此流程中，過冷水從鍋筒10進(jìn)入爐內(nèi)排煙道20中受熱蒸發(fā)管束的下降管12內(nèi)。水在管束的管子中向下流動，并被收集在管束的下鍋筒14中。由于管束中每根管12吸收了熱量，所以進(jìn)到下鍋筒14中的水的焓值增加了。根據(jù)所吸收熱量的多少，下鍋筒14中的水可以是過冷的或者飽和的。離開下鍋筒14的混合物或者向上流入蒸發(fā)管束的上升管16中，或者向下流到稱為下降管的粗大管子18中。向上流入上升管16的液體吸熱并進(jìn)入鍋筒10。向下流入下降管18的液體或者通過直接連接下降管18和進(jìn)口聯(lián)箱19的下降管18到達(dá)爐膛進(jìn)口聯(lián)箱19，或者通過用來將液體供到特定的進(jìn)口聯(lián)箱的中間供給管22到達(dá)爐膛進(jìn)口聯(lián)箱19。進(jìn)到一個進(jìn)口聯(lián)箱19的液體分布到與該進(jìn)口聯(lián)箱19相連的各爐管24中。爐管由爐膛燃燒室30中燃料的燃燒來加熱。由爐管24吸收的熱量使?fàn)t管24中的液體沸騰，由此生成水和汽的兩相混合物。爐管24中的兩相混合物或者通過與鍋筒10直接連接的爐管24到達(dá)鍋筒10，或者通過中間上升管26到達(dá)鍋筒10，中間上升管26將兩相混合物從爐膛回路的出口聯(lián)箱28傳送到鍋筒10。鍋筒10內(nèi)的內(nèi)部分離裝置將兩相混合物分開而成汽和水。從鍋筒10中的供水管(未示出)放出的過冷水和從分離裝置中放出的飽和液體混合在一起形成過冷液體，過冷液體流出鍋筒10進(jìn)入下降管12，按照這樣的流程就完成了一個流動循環(huán)。
對于蒸汽鍋爐的蒸發(fā)管束、選定的受到燃燒氣流沖刷的爐膛爐壁和對流爐壁來說，要求保證一個臨界輸入熱量，以使流體在管束和對流爐壁回路中所有的管子內(nèi)充分向上環(huán)流而又不致產(chǎn)生流動的不穩(wěn)定性。在這里，對流爐壁是指由輸送流體的管子構(gòu)成的各種結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)主要是通過煙氣流和管子之間的對流傳熱來吸取熱量，并至少部分地構(gòu)成了鍋爐的排煙道或一些通道。對于某些設(shè)計來說，如果不改用更貴的管束或改變對流爐壁的幾何構(gòu)形(如為提高管內(nèi)流速而加厚管子，增加管束或爐壁的高度，通過增設(shè)循環(huán)系統(tǒng)壓力裝置來減小系統(tǒng)中的流動阻力等)，就不可能使蒸發(fā)管束或?qū)α鳡t壁中所有管子內(nèi)的流體都向上環(huán)流。
在大多數(shù)自然循環(huán)鍋爐的設(shè)計中，作為取代較昂貴的蒸發(fā)管束的一種方案，可增設(shè)省煤(或油)器，用來進(jìn)一步吸取熱量，以使鍋爐出口的煙氣溫度達(dá)到要求。當(dāng)增設(shè)省煤器時，省煤器出口水溫就可相應(yīng)地提高。省煤器的出口水被供入鍋筒。如果省煤器出口水溫達(dá)到鍋筒中液體的飽和溫度，則鍋爐的循環(huán)系統(tǒng)將不會從進(jìn)入鍋筒的給水中取得過冷的作用。給水系統(tǒng)對鍋筒的過冷作用提供了一部分“泵壓”頭，這種“泵壓”頭是使循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)所必需的。當(dāng)由于省煤器出口水溫達(dá)到或接近飽和溫度而無法獲得過冷時，要實現(xiàn)鍋爐充分的循環(huán)和所需的鍋爐效率(出口煙氣溫度)，就需增加鍋爐的成本，因為這時就必須降低省煤器的出口水溫(例如使用蛇形水管空氣加熱器)或增設(shè)循環(huán)系統(tǒng)壓力裝置(這就要另外增加費(fèi)用)。
本發(fā)明的一個目的是將選定的下降回路和上升回路結(jié)合起來，使得用于選定的各組下降回路或上升回路的循環(huán)系統(tǒng)彼此是獨立的。這個原理可用于多種類型的鍋爐設(shè)計中(例如輻射式鍋爐、斯特林(Stirling)動力鍋爐、循環(huán)流化床鍋爐、過程再生鍋爐、城市固體廢料鍋爐以及渦輪排氣鍋爐)。
本發(fā)明的下降蒸發(fā)管束和下降對流爐壁回路，可以解決以最低的設(shè)備成本實現(xiàn)所需的鍋爐效率這一經(jīng)濟(jì)問題，即不必為使蒸汽鍋爐蒸發(fā)管束或?qū)α鳡t壁中流體向上流動而增加設(shè)備成本，或者不必象先有技術(shù)那樣增設(shè)省煤器而增加費(fèi)用。
根據(jù)本發(fā)明，來自鍋筒的水由下降管供到上升蒸發(fā)管束的下進(jìn)口聯(lián)箱和下降蒸發(fā)管束的上進(jìn)口聯(lián)箱。此外，如果需要的話，下降對流爐壁回路也可由下降管將水供到其上進(jìn)口聯(lián)箱，將過冷水從中向下傳送。根據(jù)確定的鍋爐的要求，本發(fā)明必要時能被選用到所有或其中某些蒸發(fā)管束和(或)所有或其中某些對流爐壁回路中。
進(jìn)入上升蒸發(fā)管束下聯(lián)箱的水沿著管束中的管子向上流動，沿路吸收熱量。這樣，由于水吸收了熱量，就在管子內(nèi)生成兩相混合物。兩相混合物從管子中流出并進(jìn)入上升蒸發(fā)管束的出口聯(lián)箱。然后，兩相混合物由上升管傳送到鍋筒中。
進(jìn)入下降蒸發(fā)管束上部進(jìn)口聯(lián)箱的水分布到構(gòu)成這些管束回路的管子中。水在這些管束的管子中向下流動，并被收集在管束的下部出口聯(lián)箱中。類似地，進(jìn)入下降對流爐壁回路上部進(jìn)口聯(lián)箱的水，分布到構(gòu)成這些回路的管子中。水沿著下降對流爐壁回路的管子向下流動，并被收集在下降對流爐壁回路的下部出口聯(lián)箱中。在此出口聯(lián)箱中的水由于沿路吸熱而焓值升高。然而，此出口聯(lián)箱中的水通常是過冷的，原因是從下降管束或下降對流爐壁回路吸收的熱量不足以將水加熱到飽和溫度。
如果設(shè)置上升蒸發(fā)管束，則通常將它安置在下降蒸發(fā)管束的上游(相對于燃燒氣體的流向來說)。當(dāng)燃燒氣體中的熱量足以超過使管束中的流體既能充分向上環(huán)流又能防止流動不穩(wěn)定所需熱輸入量的臨界值時，就要采用這種布置。然而，如果某一確定位置處的熱輸入量低于此臨界值，從此位置起所有蒸發(fā)管束都應(yīng)被配置成下降蒸發(fā)管束。這樣，如果所有蒸發(fā)管束的上游輸入量低于此臨界值時，所有的蒸發(fā)管束都將配置為下降蒸發(fā)管束。
從下降蒸發(fā)管束的出口聯(lián)箱和從下降對流爐壁回路的出口聯(lián)箱，引出下部下降管和供給管，用于給鍋爐的爐膛回路供水。在爐膛回路中產(chǎn)生的兩相混合物由上升管傳送到鍋筒中。
鍋筒中的內(nèi)部分離裝置將兩相混合物分成蒸汽和水。從鍋筒中供給管放出的過冷水和從分離裝置放出的飽和液體混合在一起，以形成過冷液體，并由下降管引出鍋筒，這樣就完成了本發(fā)明的流動循環(huán)。
為更好地理解本發(fā)明、它的工作優(yōu)點以及具體的應(yīng)用，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例加以詳細(xì)說明。
在附圖中圖1是用于常規(guī)工業(yè)鍋爐的受熱管回路的示意性流程圖;
圖2是根據(jù)本發(fā)明的爐中受熱管回路的正視圖;
圖3是本發(fā)明的另一個實施例的類似于圖2的視圖;
圖4是根據(jù)本發(fā)明的爐中受熱管回路的正視圖，其中為清楚起見，省略了蒸發(fā)管束，此圖表示了本發(fā)明應(yīng)用到典型的下降對流爐壁回路中的情況。
參照附圖，特別見圖2，圖2所示本發(fā)明實施例包括一個用于鍋爐的流體流動回路，該鍋爐具有一個燃燒室30和一條排煙道20。本發(fā)明的流體流動回路包括一個采用常規(guī)設(shè)計的鍋筒40。第一和第二上部下降管42和44連接到鍋筒40上，用來接收過冷水。如果需要的話，還可采用另外的上部下降管。類似地，第一和第二組上升管58和60與鍋筒40相連，用于將飽和水和蒸汽的兩相混合物返送到鍋筒40中。如果需要也可采用另外的上升管束。
一個單一的上升蒸發(fā)管束46設(shè)置在排煙道20中，并且具有一個與上部下降管42相連的下進(jìn)口聯(lián)箱52，和一個與第一組上升管58相連的上出口聯(lián)箱50。
一對下降蒸發(fā)管束48也安置在排煙道20中，并位于上升管束46的下游(相對于由箭頭所示的燃燒氣體的流向來說)。每個下降流管束48具有一個上進(jìn)口聯(lián)箱54和一個下出口聯(lián)箱56。每個下降管束的進(jìn)口聯(lián)箱54都與接收來自鍋筒40的過冷水的第二上部下降管44相連。過冷水在排煙道20中被進(jìn)一步加熱，并作為給水供到一對下部下降管62。如果需要，還可采用另外的下部下降管。下部下降管62與由標(biāo)號66總體表示的各組供給管相連，這些供給管組構(gòu)成多爐膛回路64的下端，爐膛回路64沿燃燒室30延伸，用來吸收燃燒室30中產(chǎn)生的熱量。爐膛回路64的上端與上升管組58和60相連，用于將水和蒸汽的兩相混合物供到鍋筒40中。
圖3表示了本發(fā)明的另一個實施例，其中相同的標(biāo)號表示相同或類似的部件。在圖3中，兩個上升管束46安置在排煙道20中的上游位置，而一個單一的下降管束48安置在排煙道20中的上升管束46的下游。其它連接與圖2所示的實施例相同。
圖4表示了根據(jù)發(fā)明爐中受熱管回路的正視圖，其中為清楚起見，省略了上升和下降管束46和48，并表示了將本發(fā)明應(yīng)用到典型的下降對流爐壁回路68中。在圖4中，表示出了三個這種下降對流爐壁回路68，它們安置在排煙道20中，并部分地限定了排煙道20，每個回路都有一個上聯(lián)箱70和一個下聯(lián)箱72。給下降管束48供水的上部下降管44，也用于將過冷水供入下降對流爐壁回路68。類似地，如上所述的與下出口聯(lián)箱56相連并從下降管束48接收加熱的水的下部下降管62，也用來連接到對流爐壁回路的下聯(lián)箱72上以接收來自回路68的水。其它連接與圖2和圖3所示的實施例相同。
應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明可以不應(yīng)用到對流爐壁回路而應(yīng)用于所有或其中某些蒸發(fā)管束，或者僅僅應(yīng)用于對流爐壁回路而不應(yīng)用于蒸發(fā)管束，或者僅僅有選擇地應(yīng)用于某些以任何方式組合這兩種回路而成的回路中。也可以理解，盡管圖中所示對流爐壁回路68是作為部分地限定排煙道20的側(cè)壁，但是本發(fā)明也同樣可應(yīng)用到所有或其中某些對流爐壁回路中，例如頂壁、底壁、擋板壁面、隔墻、或其它將煙氣流分成多股流路的結(jié)構(gòu)上，這些構(gòu)件部分地構(gòu)成排煙道20，而且這種回路的出口聯(lián)箱72的位置低于其進(jìn)口聯(lián)箱70。
因此可以看到，本發(fā)明可使鍋爐中分立的各流動回路產(chǎn)生充分的自然循環(huán)，而不必使用價格昂貴的管束或爐壁幾何構(gòu)形。這樣，本發(fā)明能簡易地適用于現(xiàn)有的或新型的結(jié)構(gòu)中，使各組獨立的下降或上升回路滿足設(shè)計對自然流動特性的要求。雖然為表明本發(fā)明原理的應(yīng)用，已經(jīng)圖示并詳細(xì)地說明了本發(fā)明的具體實施例，但在不超出本發(fā)明原理的條件下，還可設(shè)計出本發(fā)明的其它實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于具有燃燒室和排煙道的鍋爐的流體流動回路，包括一個使蒸汽和水分離的鍋筒；連接在鍋筒上、用于從中接收水的第一和第二上部下降管；至少一個上升蒸發(fā)管束，它具有一個上聯(lián)箱和一個下聯(lián)箱，并設(shè)置在排煙道中用來吸熱，第一上部下降管與上升管束的下聯(lián)箱相連，以接收第一部分水；至少一個下降蒸發(fā)管束，它具有一個上聯(lián)箱和一個下聯(lián)箱，并設(shè)置在排煙道中用來吸熱，第二上部下降管與下降管束的上聯(lián)箱相連，以接收第二部分水；連接在鍋筒上、用于將飽和蒸汽和水的混合物返送到鍋筒中的上升管，上升管束的上聯(lián)箱與上升管相連；至少一個連接在下降管束的下聯(lián)箱上的下部下降管；至少一個沿著燃燒室延伸、用于從中接收熱量的爐膛回路，它具有一個與下部下降管相連的下端和一個與上升管相連的上端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的流體流動回路，其特征是具有多個爐膛回路以及多個連接在所述至少一個下部下降管和多個爐膛回路之間的供給管組。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的流體流動回路，其特征是在排煙道中有兩個下降管束和一個上升管束，每個下降管束具有與第二上部下降管相連的上聯(lián)箱和與所述至少一個下部下降管相連的下聯(lián)箱。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的流體流動回路，其特征是所述至少一個下部下降管由一個與每個下降管束的下聯(lián)箱相連的分立的下部下降管構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的流體流動回路，其特征是在排煙道中有兩個上升管束和一個下降管束，每個上升管束具有一個與上升管相連的上聯(lián)箱和一個與第一上部下降管相連的下聯(lián)箱。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的流體流動回路，其特征是第一和第二上部下降管各由一個與每個上升流管束的下聯(lián)箱相連的分立的下降管構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的流體流動回路，其特征是上升管束相對于來自燃燒室的煙氣流向來說，設(shè)置在排煙道中下降管束的上游。
8.一種用于具有燃燒室和排煙道的鍋爐的流體流動回路，包括一個使蒸汽和水分離的鍋筒;連接在鍋筒上、用于從中接收水的上部下降管;至少一個下降對流爐壁回路，它具有一個上聯(lián)箱和一個下聯(lián)箱，它安置在排煙道中并部分地限定排煙道，以吸取熱量，所述至少一根上部下降管與其上聯(lián)箱相連，以接收一部分水;連接在鍋筒上、用于將飽和蒸汽和水的混合物返送進(jìn)鍋筒的上升管;一根與對流爐壁回路的下聯(lián)箱相連的下部下降管;至少一個沿著燃燒室延伸、用于從中接收熱量的爐膛回路，它具有一個與下部下降管相連的下端和一個與上升管相連的上端。
9.一種用于具有燃燒室和排煙道的鍋爐的流體流動回路，包括一個使蒸汽和水分離的鍋筒;連接在鍋筒上、用于從中接收水的上部下降管;至少一個上升蒸發(fā)管束，它具有一個上聯(lián)箱和一個下聯(lián)箱，并安置在排煙道中用來吸熱，一根上部下降管與上升管束的下聯(lián)箱相連，以接收第一部分水;至少一個下降蒸發(fā)管束，它具有一個上聯(lián)箱和一個下聯(lián)箱，并安置在排煙道中用來吸熱，一根上部下降管與下降管束的上聯(lián)箱相連，以接收第二部分水;至少一個下降對流爐壁回路，它具有一個上聯(lián)箱和一個下聯(lián)箱，它安置在排煙道中并部分地限定排煙道，以吸取熱量，一根上部下降管與對流爐壁回路的上聯(lián)箱相連，以接收第三部分水;連接在鍋筒上、用于將飽和蒸汽和水的混合物返送進(jìn)鍋筒的上升管，上升管束的上聯(lián)箱與至少一根上升管相連;與下降管束的下聯(lián)箱和對流爐壁回路的下聯(lián)箱相連的下部下降管;至少一個沿著燃燒室延伸、用于從中接收熱量的爐膛回路，它具有一個與下部下降管相連的下端和一個與上升管相連的上端。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的流體流動回路，其特征是具有多個爐膛回路和多個連接在下部下降管和多個爐膛回路之間的供給管組。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的流體流動回路，其特征是在排煙道中，具有兩個下降管束和一個上升管束，每個下降管束具有與上部下降管相連的上聯(lián)箱和與下部下降管相連的下聯(lián)箱。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的流體流動回路，其特征是下部下降管各由一個與每個下降管束的下聯(lián)箱和對流爐壁回路的下聯(lián)箱相連的分立的下降管構(gòu)成。
13.一種用于具有燃燒室和排煙道的鍋爐的流體流動回路，包括一個使蒸汽和水分離的鍋筒;連接在鍋筒上、用于從中接收水的上部下降管;至少一個下降蒸發(fā)管束，它具有一個上聯(lián)箱和一個下聯(lián)箱，并安置在排煙道中用來吸熱，至少一根上部下降管與下降流管束的上聯(lián)箱相連，以接收第一部分水;至少一個下降對流爐壁回路，它具有一個上聯(lián)箱和一個下聯(lián)箱，它安置在排煙道中并部分地限定排煙道，以吸取熱量，至少一根上部下降管與對流爐壁回路相連，以接收第二部分水;連接在鍋筒上、用于將飽和蒸汽和水的混合物返送進(jìn)鍋筒的上升管;與下降管束的下聯(lián)箱和對流爐壁回路的下聯(lián)箱相連的下部下降管;至少一個沿著燃燒室延伸、用于從中接收熱量的爐膛回路，它具有一個與下部下降管相連的下端和一個與上升管相連的上端。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的流體流動回路，其特征是具有多個爐膛回路和多個連接在下部下降管和多個爐膛回路之間的供給管組。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的流體流動回路，其特征是具有多個分立的下降對流爐壁回路，并且在排煙道中具有多個下降管束，每個下降管束和對流爐壁回路都具有與上部下降管相連的上聯(lián)箱和與上部下降管相連的下聯(lián)箱。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的流體流動回路，其特征是下部下降管各由一個與每個下降管束的下聯(lián)箱和每個對流爐壁回路的下聯(lián)箱相連的分立的下部下降管構(gòu)成。
17.根據(jù)權(quán)利要求8的流體流動回路，其特征是具有至少一個上升蒸發(fā)管束，此上升管束具有一個上聯(lián)箱和一個下聯(lián)箱，并安置在排煙道中，以吸取熱量，上部下降管與上升管束的下聯(lián)箱相連，以接收另一部分水。
18.一種用于具有燃燒室和排煙道的鍋爐的流體流動回路，包括一個使蒸汽和水分離的鍋筒;連接在鍋筒上、用于從中接收水的上部下降管;至少一個下降蒸發(fā)管束，它具有一個上聯(lián)箱和一個下聯(lián)箱，并安置在排煙道中，用來吸取熱量，至少一根上部下降管與下降管束的上聯(lián)箱相連，以接收水;連接在鍋筒上，用于將飽和蒸汽和水的混合物返送進(jìn)鍋筒的上升管;與下降管束的下聯(lián)箱相連的下部下降管;至少一個沿著燃燒室延伸、用于從中吸取熱量的爐膛回路，它具有一個與下部下降管相連的下端和一個與上升管相連的上端。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的流體流動回路，其特征是具有多個爐膛回路和多個連接在下部下降管和多個爐膛回路之間的供給管組。
全文摘要
用于具有燃燒室和排煙道的鍋爐的流體流動回路，包括排煙道中的上升管束和位于其下游的下降管束。上部下降管與鍋筒相連并將水供到上升管束的下聯(lián)箱和下降管束的上聯(lián)箱。上部下降管也可將水供到對流爐壁回路的上進(jìn)口聯(lián)箱。下部下降管連到下降管束的下聯(lián)箱和對流爐壁回路下出口聯(lián)箱，并將水供到燃燒室中的爐膛回路中。爐膛回路上端接到與鍋筒相連的上升管。上升管束的上聯(lián)箱通過上升管連接鍋筒，以構(gòu)成完整的回路。
文檔編號F22B21/36GK1051076SQ9010442
公開日1991年5月1日 申請日期1990年6月16日 優(yōu)先權(quán)日1989年10月17日
發(fā)明者梅爾文·約翰·阿爾伯雷特 申請人:巴布考克和威爾科斯公司