专利名称：制造直流式锅炉的方法和直流式锅炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种制造直流式锅炉的方法，该直流式锅炉有一个由互相气密地焊接的蒸汽发生器管构成的环壁，该环壁在工厂内预制成模块，它们在最终装配时互相焊接。本发明还涉及一种特别适用于通过这种方法制造的直流式锅炉。
在直流式锅炉内，加热一定数量的共同构成燃烧室气密环壁的蒸汽发生器管，导致在蒸汽发生器管内的流动介质通过时完全蒸发。通常为水的流动介质在其蒸发后输往蒸汽发生器管下游的过热管并在那里过热。直流式锅炉的蒸汽发生器管可以垂直或螺旋形并因而倾斜地排列。
与自然循环式锅炉相反，直流式锅炉不存在压力限制，所以它可以设计用于新汽压力远高于水的临界压力(P临界＝221bar)，在临界压力时水相与汽相没有差别并因而也不可能分相。高的新汽压力有利于提高热效率并因而有利于降低燃烧矿物燃料的发电厂的CO2排放。
大型燃烧室(例如用于设计功率高于100MWel的直流式锅炉的)环壁，出自于运输的原因不能在工厂制成整体。确切地说，在这种情况下需要在实际上的使用地点最终装配，在最终装配时，规定用于构成燃烧室环壁的分段或模块直接就地互相焊接。为了便于生产可以采用一种模块式结构方式，其中，环壁预制成模块，它们在最终装配时必须互相焊接。然而这种结构方式导致在可使用的材料的选择方面受到严格的限制，因为恰恰在涉及热负荷和机械负荷比较高的材料时，在焊接时可能强制性地需要在后热处理或焊缝去应力处理。
焊缝的在后热处理需要高的技术性付出并因而通常只能在工厂和不能在最终装配时直接在当地进行。因此，迄今在制造直流式锅炉的大型燃烧室环壁时，只考虑使用那些焊缝不需要在后热处理的材料。
当然，为了提高效率并因而减少矿物燃料加热的发电厂的CO2排放，值得追求的是设计新汽压力和温度特别高的直流式锅炉。为了制造这种直流式锅炉，需要一些能忍受高热流密度引起的高蒸汽温度并因而高的材料温度造成的负荷的材料。但这些材料恰恰要求焊缝的在后热处理。
这些材料的一种可能的替换是镍基材料，它们尽管有高的承热负荷能力，却不需要焊缝的在后热处理，当然它们的应用导致制造的高度复杂化和高成本。
因此本发明的目的是，提供一种上述类型的适用于制造一种能在高蒸汽压力下运行的直流式锅炉的方法，这种方法不会导致不成比例地昂贵或复杂的技术。此外，应提供一种适用于通过这种方法制造的直流式锅炉。
按本发明为达到有关方法方面的目的采取的措施是，将一定数量的规定用于构成蒸汽发生器管的用第一种材料类型的材料制的管段组合成一定数量的模块，以及，每个模块在一定数量的规定与另一个模块联接的连接点处分别配设有一个用第二种材料类型的材料制的过渡段。
在这里，本发明考虑问题的出发点是，在制造直流式锅炉时能简化技术和保持低的成本，为此将直流式锅炉设计为在其制造时始终加工传统的材料，而不是昂贵和难以加工的镍基材料。在这里，要制造的直流式锅炉应设计为适合于承受高的新汽压力及温度负荷。考虑到这一要求，在这里，构成环壁的蒸汽发生器管其主要的组成部分用一种为此恰当选择的材料制成。
为了仍然保持低的制造成本，直流式锅炉应在工厂内特别高程度地预制，因此，尤其是可能需要的焊缝在后热处理，可以在比较简单的条件下以及物力有充分准备的情况下实施。因此，预制的模块可以由一种适用于高的新汽压力和温度的材料制的管段构成。
为了允许最终装配在这些准则方面适用的预制的模块时，始终避免需要再处理，这些模块应设有相应的过渡段，它们允许在最终装配时的焊接不作焊缝的在后热处理。为此，与管段相反，过渡段用一种有相应地不同特性的材料制成。
本发明有利的设计是从属权利要求的对象。
管段的材料选择和过渡段或由其构成的过渡单元的材料选择，优选地针对下述准则进行，即焊缝是否要求在后热处理。一项特别适用的用于判别是否需要在后热处理焊缝的准则是所谓的维氏硬度(DIN 50133)。
因此，恰当的是直流式锅炉燃烧室壁因高热流密度导致负荷大的部分用第一种材料类型的材料制成，它的维氏硬度高于燃烧室壁负荷不太大的部分的维氏硬度。后者恰当地用第二种材料类型的材料制成，其中，第二种材料类型的材料的维氏硬度HV10优选地低于约350至400。
相邻的为流过一种流动介质并联的蒸汽发生器管有利地通过鳍板互相连接，这尤其是为了保证在蒸汽发生器管内高的单位供热。这些鳍板有利地用第二种材料类型的材料制成。如已说明的那样，鳍板作为直流式锅炉不通流的结构部分由于没有内压因而不遭受高的负荷，所以与此有关的材料要求比较低。这种低的材料要求也可以由第二种材料类型的材料来满足。通过这种鳍板，对于直流式锅炉的垂直管系，也可以在最终装配时没有困难地沿水平方向联接各个模块。为此优选地在模块上规定与其他模块联接的地方已经在工厂分别焊接半宽的鳍板，在最终装配时通过它们完成联接。
各模块沿垂直方向的联接恰当地通过过渡单元进行，过渡单元由一定数量的过渡段以及在需要时由附加的连接弧组成。在这里，例如在用第一种材料类型的材料制的管段上，在工厂中焊接一个用第二种材料类型的材料制的过渡段并对焊缝进行在后热处理。在最终装配时，两个以此方式制成的管段例如直接或通过一个同样用第二种材料类型的材料制的连接弧连接。在最终装配时施加的焊缝不必在后热处理，因为所采用的材料不要求在后热处理。
为达到所述有关直流式锅炉的目的采取的措施是，至少有几根蒸汽发生器管分别由一定数量的沿流动介质流向串联的管段构成，以及，蒸汽发生器管沿流动方向相继的管段总是通过一个用第二种材料类型的材料制的过渡单元互相连接。
在这里，过渡单元有利地由一定数量的过渡段和必要时一个连接弧组成，以及排列为使一条为将一个过渡段与另一个结构部分连接所施加的焊缝位于一个由管段铺开的壁面之外。
相邻的蒸汽发生器管恰当地通过鳍板气密地互相连接，其中鳍板同样用第二种材料类型的材料制成。
采用本发明获得的优点主要在于，通过在燃烧室环壁内，亦即一方面对于管段以及另一方面对于过渡段及由过渡段构成的过渡单元，采用不同的有适应蒸汽发生器管具体热负荷性质的材料，可以特别简单地保证此制造方法用于制造高蒸汽压力的直流式锅炉。使用和组合不同类的材料可尤其这样实施，即，用第一种材料类型的材料在工厂预制成蒸汽发生器管，将它们焊接成模块、在后热处理和在规定用于在装配时与其他模块联接的地方设置用第二种材料类型的材料制的过渡段，这种材料不需要在后热处理。通过将这些过渡段恰当地布置在遭受高热流密度的区域之外，避免了材料过载。在装配时通过各模块的互相焊接形成的焊缝不需要在后热处理，因为在最终装配时还只须焊接第二种材料类型的材料。
下面借助附图详细说明本发明的实施例。其中
图1示意表示具有垂直排列的蒸汽发生器管的一直流式锅炉；图2表示两个通过一个过渡单元互相连接的管段；图3表示两个通过另一种设计的过渡单元互相连接的管段；图4表示两个通过又一种设计的过渡单元互相连接的管段；以及图5表示通过借助鳍板互相连接的蒸汽发生器管的横截面。
在所有的图中相同的部分采用同样的附图标记表示。
图1示意表示直流式锅炉1，它的垂直的气道被环壁4围绕以及构成燃烧室，燃烧室在下端过渡成漏斗状底部6。底部6包括一个图中没有详细表示的烟灰的排出口8。
在气道的区域A，在燃烧室由垂直排列的蒸汽发生器管12构成的环壁中安装一定数量的燃烧器10，图中只表示其中之一。垂直延伸地排列的蒸汽发生器管12通过鳍板14互相焊接为气密的环壁4。
在直流式锅炉1运行时，一个在燃烧矿物燃料时形成的火焰体16处于燃烧室内。通过此燃烧体16，直流式锅炉1用“A”表示的区域在其运行时遭受很高的热流密度。火焰体16有一个从燃烧器的区域出发沿垂直方向减小的温度剖面。一远离火焰的区域B处于区域A下方，另一个远离火焰的区域C处于区域A上方，它们基于所形成的温度剖面所以遭受较小的加热。
直流式锅炉1在限制制造费用的情况下也适合于设计为能在高新汽压力和温度下运行并因而有特别高的效率。为此，蒸汽发生器管12尤其在高热流密度和高材料温度的区域内，用一种能承受高热流密度引起的负荷的材料制成。为了在这种情况下保持低的制造费用和成本，燃烧室环壁4在工厂里预制成模块17。在工厂里预制模块17时有目的地利用在那里可供使用的多种多样物力而无需其他花费，所以尤其可以加工高热强度的材料，尽管尤其在焊缝在后热处理时有与之相关联的花费。
因此为了制造模块，将用第一种材料类型的一种尤其有高热强度的材料制的管段18互相焊接在一起。管段18在这里设计为，在最终装配后多个沿流动介质流向串联的管段18构成一根蒸汽发生器管12。
为了在模块17最终装配时能避免在后热处理，它们接着(仍在工厂中)在规定与另一个模块17联接的连接点设置一个用第二种材料类型的材料制的过渡段19。在这里，第二种材料类型的材料选择为它适用于无需在后热处理的焊接。当安装在各配属的管段18上后(同样仍在工厂里)，实施此焊缝的在后热处理，以满足构成各管段18的材料的要求。第二种材料类型的材料与第一种材料类型的材料相比有较小的维氏硬度。
最后，在现场最终装配时，各模块17在水平分界处20和垂直分界处21分别通过过渡段19互相焊接，在这里仅实施由第二种材料类型的材料制成的结构部分的相互连接，所以在那里不需要在后热处理。
在垂直分界处21，连接通过鳍板14进行，以及在水平分界处20连接通过由多个互相焊接的过渡段19构成的过渡单元22进行。
图2表示在水平分界处20的过渡区的一种实施例，它尤其适合在近火焰区A中使用。在那里，两根规定使用于热流密度特别高的区域A内的蒸汽发生器管12，通过过渡单元22沿流动方向互相连接。在这里，过渡单元22由两个过渡段19和一个连接弧23组成，它们分别用第二种材料类型的材料制成。用第一种材料类型的材料制的两个连接段24用于将过渡单元22与蒸汽发生器管12连接起来。
在管段18与连接段24之间的焊缝25在工厂里实施，因为它基于管段18材料的特性要求在后热处理；这同样适用于连接段24与过渡段19之间的焊缝26。反之，过渡段19与连接弧23之间的焊缝27可以在最终装配时实施，因为它基于过渡段19和连接弧23的材料特性不需要在后热处理。
鳍板14不遭受流动介质引起的内压并因此可以用第二种材料类型的材料制成，即便当它们处于区域A内时也可如此。因此鳍板14之间的焊缝28可以没有疑问地在最终装配时实施。
图3表示过渡单元22的另一种设计，它同样用在区域A中并由两个用第二种材料类型的材料制的过渡段19组成。在这里，管段18在规定用于在最终装配时焊接的位置弯曲成，使它们从由组合成模块17的管段18构成的面弯出。因此在本实施例中不需要单独的连接段24。在管段18与过渡段19之间的焊缝26在工厂中实施，因为它需要在后热处理，而两个过渡段19之间的焊缝27可以在最终装配时实施。鳍板14在这里也可以在最终装配时无困难地在焊缝28处互相焊接，因为它们由于没有流动介质的内压所以可以用第二种材料类型的材料制成，这种材料不需要在后热处理。
图4表示两个管段18，它们通过一个可以安装在区域B和C内的过渡单元22互相连接。在这里，过渡单元22由两个用第二种材料类型的材料制的过渡段19组成。管段18与过渡段19之间的焊缝26在工厂里实施，而焊缝27可以在最终装配时完成，因为它处于两个第二种材料类型的材料之间，而它们不需要在后热处理。在本实施例中没有将过渡单元22为了过渡段19的互相焊接设计在一个处于由管段18铺开的壁面之外的平面中，因为在远离火焰的区域B和C内供热较小并因而允许将用第二种材料类型的材料制的结构部分设置在原本的壁面内。
图5表示组合成模块17的各管段18的横截面，管段18通过鳍板14互相连接并构成蒸汽发生器管12。蒸汽发生器管12用第一种材料类型的材料制成，反之，鳍板14用第二种材料类型的材料制成。蒸汽发生器管12与鳍板14之间的焊缝29在工厂中实施，因为它们基于蒸汽发生器管12的材料性质需要在后热处理。将两个模块17在垂直分界处21互相连接起来的焊缝30则相反地可以在最终装配时完成，因为它们不需要在后热处理。在最终装配时，两个模块17在垂直分界处21通过半宽的鳍板13互相焊接。
权利要求
1.一种制造直流式锅炉(1)的方法，该直流式锅炉具有一个由互相气密地焊接的蒸汽发生器管(12)构成的环壁(4)，其中，用于构成蒸汽发生器管(12)的由第一种材料类型的材料制成的一定数量的管段(18)相互组合成一定数量的模块(17)，以及，每个模块(17)在一定数量的规定与另一个模块(17)联接的各连接点处分别配设有一个由第二种材料类型的材料制成的过渡段(19)。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，所述第一种材料类型的材料与第二种材料类型的材料相比有更高的维氏硬度。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述管段(18)以这样的方式组合成所述模块(17)，即，使得每个模块(17)分别构成一个面，各自的过渡段(19)从此面出发弯出，使得所述用于联接两个相邻模块(17)的过渡段(19)能在一个与各所述面错开的平面内互相焊接。
4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其中，相邻的蒸汽发生器管(12)通过鳍板(14)互相气密地焊接，其中，该鳍板(14)用第二种材料类型的材料制成。
5.一种直流式锅炉(1)，它包括一个由互相气密地焊接的、为了流过一种流动介质而相互并联的蒸汽发生器管(12)构成的环壁(4)，在此环壁中至少有一些蒸汽发生器管(12)分别由一定数量的沿流动介质流向串联的由第一种材料类型的材料制成的管段(18)构成，其中，一蒸汽发生器管(12)沿流动方向前后相继的管段(18)分别通过一由第二种材料类型的材料制成的过渡单元(22)互相连接。
6.按照权利要求5所述的直流式锅炉(1)，其中，第一种材料类型的材料与第二种材料类型的材料相比有更高的维氏硬度。
7.按照权利要求5或6所述的直流式锅炉(1)，其中，一定数量的分别由一定数量的用第二种材料类型的材料制的过渡段(19)组成的过渡单元(22)被布置为，使得为互相连接同一个过渡单元(22)的两个过渡段(19)所施加的焊缝位于一个由管段(18)铺开的壁面之外。
8.按照权利要求5至7之一所述的直流式锅炉(1)，它的燃烧室壁是垂直管系。
9.按照权利要求5至8之一所述的直流式锅炉(1)，其中，相邻蒸汽发生器管(12)通过鳍板(14)互相气密地焊接，其中，鳍板(14)用第二种材料类型的材料制成。
全文摘要
本发明的目的是提供一种适用于制造可在高蒸汽压力下运行的直流式锅炉(1)的方法，这种方法应成本低和技术上简单。为此，按本发明将一定数量的规定用于构成蒸汽发生器管(12)并由第一种材料类型的材料制的管段(18)组合成一定数量的模块(17)，以及，每个模块(17)在一定数量的规定与另一个模块(17)联接的连接点处分别配设有一个用第二种材料类型的材料制的过渡段(19)。
文档编号F22B37/04GK1732357SQ200380107835
公开日2006年2月8日 申请日期2003年11月3日 优先权日2002年12月2日
发明者鲁道夫·克拉尔, 乔基姆·弗兰克 申请人:西门子公司