锅炉构造的制作方法

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的锅炉构造。更具体地，本发明涉及一种锅炉构造，其包括：锅炉压力主体，该锅炉压力主体具有底部和在距底部为高度h处的顶部以及形成带至少四个角隅区段的多边形水平截面的至少四个平面水管壁；以及刚性支撑钢结构，该锅炉压力主体在底部和顶部之间的高度处被支撑到刚性支撑钢结构。锅炉压力主体有利地是炉，但是其可以替代性地是由平面水管壁形成的锅炉的另一结构部件，诸如颗粒分隔件、对流笼或者空通道。

背景技术：

相对地大的锅炉通常被设置成顶部支撑，即它们被支撑成使得锅炉的炉或者更一般地锅炉压力主体被设置成从常规刚性支撑钢结构悬置，该钢结构在锅炉压力主体周围和上方延伸。相对较小的锅炉通常被设置成底部支撑，其中锅炉压力主体的竖直负载仅由被设置在锅炉压力主体下方的刚性支撑钢结构平衡。顶部支撑的构造与底部支撑的构造之间的主要差别在于，当锅炉的温度升高时，顶部支撑的锅炉的热膨胀主要向下发生，而在底部支撑的锅炉中，热膨胀主要向上发生。底部支撑锅炉在相对较小的锅炉的情况下通常比顶部支撑的锅炉更加简单且更具有经济益处，因为它们不需要在锅炉压力主体周围和上方延伸的单独的刚性支撑钢结构。底部支撑的构造的缺点在于，锅炉压力主体的壁必须足够坚固以承受压力主体的竖直压缩负载。

第三种替代方案是在其中间区段处将锅炉压力主体支撑到刚性支撑钢结构。从而，锅炉压力主体的在中间区段下方的下部部分是顶端支撑的，并且锅炉压力主体的在中间区段上方的上部是底部支撑的。中间支撑构造对于一些应用是有利的，其减小了顶部支撑的锅炉的压力主体周围所需的支撑钢结构的大小。同时，这样的中间支撑构造不需要如大的底部支撑锅炉中那样的非常坚固的锅炉压力主体壁。例如在美国专利no.2,583,599、美国专利no.2,856,906、欧洲专利申请公开ep0073851a1和美国专利申请公开no.2015/0241054中示出了不同的中间支撑锅炉构造。

美国专利no.4,428,329公开了一种中间支撑锅炉构造，其具有包括在锅炉的中间高度处的多个悬桁臂的支撑钢结构。为了吸收水平热膨胀，炉的管壁和锅炉的后通道从多个杆悬置，所述杆通过被附接到管壁的向内弯曲区段的大量竖直连杆被柔性连接到悬桁臂。

设计中间支撑锅炉的问题在于，寻找将锅炉压力主体的中间区段附接到在炉周围的刚性支撑钢结构且同时考虑到热膨胀影响的简单且有利的方式。

本发明的目标是提供一种用于中间支撑锅炉的有利构造。

技术实现要素：

根据一个方面，本发明提供一种锅炉构造，其包括：锅炉压力主体，该锅炉压力主体具有底部和在距底部为高度h处的顶部以及形成带至少四个角隅区段的多边形水平截面的至少四个平面水管壁；以及刚性支撑钢结构，该锅炉压力主体在底部和顶部之间的高度处被支撑到刚性支撑钢结构，其中竖直角隅立柱在底部和顶部之间的高度区域处在外部附接到所述至少四个角隅区段中的至少四个，并且通过在距底部从0.1h到0.9h的高度处将每个竖直角隅立柱支撑到刚性支撑钢结构以便平衡锅炉压力主体的竖直负载来提供对锅炉压力主体的支撑。

术语锅炉压力主体在此大体指的是由平面水管壁形成的蒸汽发生设施的结构部分，即大体竖直管的结构部分，其输送高压水或蒸汽并通过焊接在管之间的翅片以常规方式连接在一起。根据本发明的实施例，锅炉压力主体是流化床锅炉的炉，不过锅炉压力主体可以替代性地是另一类型的压力主体，诸如任意类型的蒸汽发生器（诸如例如鼓泡床锅炉或pc锅炉）的炉、对流笼或者空通道。当下文描述中提到炉时，应该理解的是，只要适合，则压力主体可以替代性地是另一锅炉压力主体。锅炉压力主体通常具有由水管壁形成的带有四个角隅区段的矩形水平截面，不过通常锅炉压力主体可以具有带甚至多于四个角隅区段的多边形水平截面。

本发明的主要特征在于，锅炉压力主体被中间支撑，即影响锅炉压力主体的竖直负载（诸如重力和地震力）在锅炉压力主体的在底部和顶部之间的中间高度处被平衡到刚性支撑钢结构。更具体地，当锅炉压力主体从其底部到顶部的高度是h时，锅炉压力主体优选地在距底部从0.1h至0.9h的高度处、更优选地距底部从0.3h至0.7h且甚至更优选地在距底部从0.4h至0.6h的高度处被支撑到刚性支撑钢结构。通过上文提到的支撑高度，在之后意味着锅炉压力主体的高度不由于锅炉压力主体的热膨胀而在竖直方向上运动。根据本发明的另一主要特征，通过在外部或外侧附接到由锅炉压力主体的水管壁形成的角隅区段的竖直角隅立柱来提供对锅炉压力主体的支撑、或者更精确地锅炉压力主体的竖直负载的平衡。

刚性支撑钢结构有利地包括被支撑到锅炉的地面或者地基的多个竖直主要支撑立柱，并且锅炉压力主体被支撑到被附接到竖直主要支撑立柱的多个水平主要支撑梁。水平主要支撑梁优选地在距底部从0.1h至0.9h的高度处、更优选地在距底部从0.3h至0.7h的高度处且甚至更优选地在距底部从0.4h至0.6h的高度处被附接到竖直主要支撑立柱。因此，根据本发明的水平主要支撑梁与常规顶部支撑锅炉（其中它们通常处于距底部大约1.1h的高度处）相比处于明显更低的高度。

在具有带四个角隅区段的矩形截面的常规锅炉压力主体中，竖直角隅立柱自然被附接到所有四个角隅区段。甚至在具有带四个以上角隅区段的多边形截面的锅炉压力主体中，竖直角隅立柱有利地被附接到适当的四个选定的角隅区段。竖直角隅立柱可以替代性地被附接到具有多个角隅区段的锅炉压力主体（诸如多边形颗粒分隔器）的四个以上的角隅区段，诸如六个或八个角隅区段。

在本发明的一些实施例中，可以通过柔性辅助顶部支撑或底部支撑来补充锅炉压力主体的上述中间支撑，但是在任何情况下，根据本发明，锅炉压力主体的大部分竖直负载通过中间支撑来平衡。根据本发明的优选实施例，锅炉压力主体的竖直负载仅通过被附接到角隅区段的竖直角隅立柱来平衡。表述锅炉压力主体仅通过其角隅区段被支撑不意味着在角隅区域外侧不存在至周围结构的连接，而是诸如运输来自炉的烟气或将水运输至水管的装置或用于将空气和燃料馈送至炉的装置等这样的其他连接不能对锅炉压力主体的竖直负载提供任何必要的平衡。

由于常规水管壁提供的相对高的剪切力能力的原因，仅通过竖直角隅立柱支撑锅炉压力主体是可能的。锅炉压力主体的水管壁在实际中可以仅通过附接到它们的角隅区段高达大约20米或甚至更大的宽度的竖直角隅立柱被支撑，由此它们适于支撑例如高达50-100mwe或甚至更高容量循环流化床锅炉的炉。

由于常规锅炉压力主体的高度和宽度的比的原因，锅炉压力主体的平面水管壁的热膨胀通常主要发生在竖直方向上。然而，热膨胀大体上还沿水平方向发生，虽然通常发生较小的量。如上所述，因为锅炉压力主体在其中间区段处被支撑，所以在竖直方向上的热膨胀在中间区段上方向上且在中间区段下方向下地发生。仅在距底部从0.1h至0.9h的高度处通过角隅立柱将锅炉压力主体支撑至刚性支撑钢结构提供了可能实现对水平热膨胀的简单且有效的吸收的有利构造。

为了允许水平热膨胀，在竖直角隅立柱和刚性支撑钢结构之间的连接必须在所有或者至少在除一个之外的所有水平方向上自适应。可以通过设置锅炉压力主体通过竖直角隅立柱的支撑、通过从上方悬置抑或从下方支撑来提供这样的自适应连接。在从上方支撑构造的中间，竖直角隅立柱被设置成从刚性支撑钢结构或者刚性支撑钢结构的水平主要支撑梁悬置。在从下方支撑构造的中间，竖直角隅立柱通过适当滑动连接被支撑到水平主要支撑梁。

更具体地，竖直角隅立柱在从上方支撑布置结构的中间被至少一个悬挂杆有利地支撑到水平主要支撑梁，该悬挂杆通过至少一个支撑凸耳附接到竖直角隅立柱。每个竖直角隅立柱通常在实际中被至少两个悬挂杆支撑到水平主要支撑梁。这样的悬挂杆使得能够通过悬挂杆的稍稍倾斜以便允许角隅区段具有相对小的水平运动来吸收水平热膨胀。根据本发明的特别优选的实施例，每个竖直角隅立柱从被水平主要支撑梁中的两个相邻梁支撑的至少一个水平辅助支撑梁悬置。

相应地，竖直角隅立柱在从下方支撑布置结构的中间通过在刚性支撑钢结构的水平主要支撑梁上设置适当的滑动连接（诸如滑动轴承）被有利地支撑到刚性支撑钢结构。滑动连接使得能够通过允许角隅区段的相对小的水平运动来吸收水平热膨胀。根据本发明的优选实施例，滑动连接包括通过竖直延伸肋或支撑凸耳附接到竖直角隅立柱的钢基板。基板则被钢滑动表面或者滑动轴承有利地支撑到两个相邻的彼此垂直设置的水平主要支撑梁。

竖直角隅立柱要在至少足够高度的区域中被附接到相应角隅区段以提供所需强度。在一些应用中，高度是锅炉压力主体的高度的至少5%、甚至更优选地至少15%。也可能的是，竖直角隅立柱在明显更大高度的区域中被附接到相应角隅区段，诸如在锅炉压力主体的高度的至少30%或者甚至贯穿大部分或全部高度。竖直角隅立柱被至少一个连续金属条有利地附接到角隅区段，以便在竖直方向上提供刚性接头。通过至至少一个角隅管或者在形成角隅区段的水管壁的最外侧水管之间的角隅翅片的连续焊接，有利地产生至角隅区段的附接。

为了避免在竖直角隅立柱和锅炉压力主体之间的热应力，角隅立柱被有利地维持在至少几乎与锅炉压力主体相同的温度。因此，将角隅立柱连接到角隅区段的金属条被有利地定尺寸为使得其除了所需刚度之外还提供在角隅区段和竖直立柱之间的良好热接触。竖直角隅立柱也通常被设置在与锅炉压力主体共同的隔热件内部。

根据本发明的优选实施例，竖直立柱中的至少一个或者优选地每个是锅炉管。锅炉管有利地是锅炉的降液管，但在一些应用中，它们例如可以为蒸汽管。通过将降液管用作竖直立柱，最大程度地减小了对降液管的特殊支撑的需要。由于降液管中的水与水壁管中的水几乎处于相同温度下，在水管壁与附接到水管壁的降液管之间没有任何显著的热应力。

根据降液管或其它适合的锅炉管不可用时尤其适用的本发明的另一优选实施例，多个竖直角隅立柱不是锅炉管，或者多个竖直立柱中的至少一个不是锅炉管。这样的竖直立柱可以例如是具有正方形截面的单独的中空竖直梁，或者具有任意形状的中空梁或者甚至实心杆。专门用作竖直立柱的这种单独的竖直梁具有其大小可以更自由地进行选择的优点。当将这种单独的梁用作竖直立柱时，最大程度地减小水管壁与竖直立柱之间的温差必须通过在水管壁与竖直立柱之间使用特别好的导热性、提供金属条来确保。为了最大程度地减小温差，竖直立柱（不论例如是锅炉管或是中空竖直梁）中的每个都优选地被设置在与锅炉压力主体共同的隔热件内。

本发明还使得如下成为可能：锅炉的特别直接的设计；与通过使用常规方法相比，锅炉的竖立明显更快；并且在许多情况下显著减少了所需钢结构的数量。

参照在结合附图考虑时的根据本发明的目前优选但为说明性的实施例的以下具体实施方式，将更完整地认识到以上简要描述和本发明的其它目的、特征和优点。

附图说明

图1示意性示出根据本发明的第一优选实施例的锅炉的侧视图。

图2a和图2b示意性地示出了根据本发明的锅炉的细节的两个实施例。

图3a和图3b示意性示出根据本发明的实施例的锅炉的其他细节。

图4示意性示出根据本发明的另外实施例的锅炉的细节。

图5示意性示出根据本发明的优选实施例的锅炉的侧视图。

图6示意性示出根据本发明的另一优选实施例的锅炉的细节。

具体实施方式

图1的示图示意性地示出了流化床锅炉构造10的侧视图，其呈现了本发明的实施例。流化床锅炉构造10包括炉12，其具有底部14和在距底部为高度h处的顶部16以及四个平面水管壁18，图1中仅看到其中一个水管壁。水管壁是常规类型的且由通过翅片连接在一起的竖直水管构成。水管壁18形成具有四个角隅区段20的矩形截面，图1中看到其中两个角隅区段。炉包括常规设备，诸如入口和出口集管22、24、烟气导管26和用于将燃料28和主要空气30馈送到炉的装置。因为这样的设备与理解本发明无关，因此这里不详细描述它们。

炉12经由被设置在锅炉周围的刚性支撑钢结构34被支撑到地面32。支撑钢结构34包括多个竖直主要支撑立柱36（实际上至少四个竖直主要支撑立柱）和被附接在竖直主要支撑立柱之间的多个水平主要支撑梁38。如图1中所见，水平主要支撑梁38处于高度l，其明显地在炉的顶部16下方，例如距底部从0.3h至0.7h。

根据本发明，竖直角隅立柱40有利地通过连续金属条42被附接到每个角隅区段20的竖直中间部分。竖直角隅立柱与相应角隅区段的附接必须足够坚固以便使得能够承载炉的重量。因此，竖直角隅立柱优选在锅炉压力主体的高度h的至少5%、甚至更优选地至少15%的高度区域中被附接至相应角隅区段。竖直角隅立柱40可以是将锅炉水从蒸汽鼓46循环到入口集管22的降液管44的部分或者适于支撑炉的其他立柱。

根据图1中所示的实施例，炉12被悬挂杆48支撑到支撑钢结构34。悬挂杆48的上边缘被附接到水平主要支撑梁38，并且悬挂杆的下边缘通过被附接到竖直角隅立柱的两侧的凸耳50被附接到竖直角隅立柱40。因此，竖直角隅立柱在凸耳50的高度c处被支撑到悬挂杆48并且通过它们被支撑到支撑钢结构34，其中该高度c低于水平主要支撑梁38的高度l。

当炉12从周围温度升温到操作温度时，热膨胀延长了炉的高度和宽度。假设悬挂杆48停留在周围温度，但是竖直角隅立柱40跟随炉的温度，则在凸耳50的高度c处的炉的中间部分保持在其原始高度。从高度c向上的炉12的上部部分向上膨胀，并且从高度c向下的炉的下部部分向下膨胀。悬挂杆可以实际上也部分变热，当考虑炉的精确竖直运动时这应该被考虑在内。除了竖直膨胀之外，炉还经历在水平方向上的膨胀。通过使得悬挂杆48的下端向外倾斜，使得由于水平膨胀导致的水平运动成为可能。为了避免过大的倾斜角度，悬挂杆必须具有足够长度，诸如至少大约三米。较长的悬挂杆通过较少的倾斜来吸收热膨胀，但是它们的缺点在于可能会增加在特定高度处支撑锅炉压力主体所需的刚性钢构造的高度。

图1至图6示出本发明的不同实施例的视图和细节。在所有图1-6的不同实施例中，同样的附图标记通常用于相同或类似的元件。也应该理解的是，图1至图6仅示出了本发明的示例性实施例，并且不同实施例中示出的特征可以改变成其他实施例中的对应特征或者基于对本描述的一般理解的特征（当在技术上可行时）。

图2a和图2b更详细地示意性示出了通过坚固的竖直延伸金属条42将竖直角隅立柱40、40'附接到两个水管壁18的角隅区段20的两个示例的水平截面。在图2a中，竖直角隅立柱40是厚壁锅炉管，优选地锅炉的降液管，而在图2b中竖直角隅立柱40'是具有正方形截面形状的中空竖直梁。实际上，竖直角隅立柱也可以具有任意其他合适的截面形状。金属条42优选地通过连续焊接52被附接到竖直角隅立柱40、40'并且在形成角隅区段20的水管壁18的最外侧水管56之间被附接到角隅翅片54、54'。图2a作为示例示出角隅状角隅翅片54，而图2b作为另一示例示出斜角角隅翅片54'。

在角隅区段20与竖直角隅立柱40之间的温差必须在任何操作条件下都相对较小，以便避免不需要的热疲劳。因此，金属条42有利地被成尺寸为，除了提供所需强度外，还提供在角隅区段20与相应竖直角隅立柱40、40'之间的足够的热传导性。竖直角隅立柱40、40'和炉的水管壁18也有利地被共同的绝缘体层58覆盖，如图2b示意性所示。

图3a和图3b分别以水平截面和侧视图示意性示出了竖直角隅立柱40从支撑钢结构34的水平主要支撑梁38悬置的示例性方式。在这种实施例中，一对支撑凸耳50被附接到竖直角隅立柱40的两个相对侧面中的每个，并且悬挂杆48被螺母52附接在成对支撑凸耳50中的每个的外端处。悬挂杆48的上端借助于适当手段被锁定到水平主要支撑梁38，如图1中所示。

在图3a中所示的示例中，支撑凸耳50水平延伸足够远以便使得能够在支撑凸耳50的端部上方将悬挂杆48直接连接到水平主要支撑梁38。实际上，可能有用的是，将悬挂杆48的上端固定到适当的辅助水平梁（图3a中未示出），所述辅助水平梁例如设置在角隅立柱40的两个相对侧上方且被支撑到水平主要支撑梁38。图3a也示出了将角隅立柱40附接到角隅区段20的替代性方式。这里，角隅立柱40通过被连接到两个最外侧水管56的两个金属条42而附接到角隅区段20。通过使用两个金属条或者两个以上的金属条，自然地进一步增强了附接并且也改善了角隅立柱40与炉的热连接。

图4示意性示出了本发明的另一示例性实施例的细节，其中竖直角隅立柱40被竖直延伸金属条42附接到炉的两个水管壁18的角隅区段20，该金属条42平行于水管壁18的延伸部，而不是如图2a、图2b和图3a中所示成45度角度。金属条42的取向（如对于本领域技术人员而言可以是显而易见的，仍然可以具有与上文所描述的这些不同的可能性）影响凸耳50的最适当取向且也影响将悬挂杆48附接到水平主要支撑梁38的最适当方式。特别是当竖直角隅立柱40是锅炉的降液管的一部分时，可能需要将竖直角隅立柱设置成从水平主要支撑梁38悬置，例如通过使用辅助支撑梁，以避免降液管为了避开水平支撑梁而产生额外弯曲。

图4也示出了竖直角隅立柱可以有利地通过适当连结件58被连接到炉的支柱60。如上文已经解释的，竖直角隅立柱的主要功能是通过角隅使得炉12在其中间区段处能够得到简单且有效的支撑。由竖直角隅立柱提供给炉壳的附加强度也提供了减少所需支柱数量的附加优势，以避免炉壳鼓胀的风险。

图5示意性地示出了流化床锅炉构造10'的侧视图，其呈现了本发明的另一实施例。图5的构造与图1的构造的区别主要在于，竖直角隅立柱40不从水平主要支撑梁38悬置，而是竖直角隅立柱通过设置在主要支撑梁上的竖直延伸支撑凸耳50'从下方被支撑。因此，竖直角隅立柱40在支撑凸耳50'的高度c处被支撑到支撑钢结构34，其中该高度c高于水平主要支撑梁38的高度l。为了能够实现与炉12的水平热膨胀有关的运动，每个支撑凸耳50'被附接到基板62，该基板62能够在相应水平主要支撑梁38上或者在被附接到主要支撑梁的滑动轴承64上滑动。

支撑凸耳50'可以在水平方向上指向两个彼此垂直设置的水平主要支撑梁38的角隅，借此基板62有利地被附接到这两个水平主要支撑梁的滑动轴承64支撑。如图5中所示从下方支撑竖直角隅立柱40提供了在竖直角隅立柱上方不存在水平主要支撑梁38的效果。在竖直角隅立柱40是降液管44的一部分的情况下，图5的方案因此提供了如下优点，即降液管44能够更自由地向上延伸，而不需要绕水平主要支撑梁产生额外弯曲。

根据图6中示意性示出的有利实施例，每个支撑凸耳50'包括多个平行肋66，诸如三个肋，其被并排地附接到竖直角隅立柱40和在基板62上。图6也示出了另一特征，根据该特征，两个凸耳50'、50''或者两组肋66、66'以90度角度被附接到竖直角隅立柱40。这两个凸耳50'、50''和它们的基板62、62'从而被设置在单独的滑动轴承64、64'上，所述滑动轴承64、64'被设置在与形成相应角隅区段20的管壁18、18'平行的两个水平主要支撑梁38、38'上。图6的方案在如下情况下特别有利：当需要将水平主要支撑梁38、38'的交叉处的竖直主要支撑立柱36延伸至高于水平支撑梁38、38'的高度时。

如从上文变得清楚，提供了具有简单且可靠的支撑构造的流化床锅炉的炉的不同的实施例。应理解的是，在可能时，在其它实施例中也可使用结合实施例描述的元件。对应的支撑构造在许多其它应用中也是适用的，诸如动力锅炉的其他类型的炉、对流笼、空通道、固体分隔器或与动力锅炉相关的水平通道。

尽管本文通过与目前认作是最优选的实施例有关的示例描述了本发明，但将理解的是，本发明不限于所公开的实施例，而是旨在覆盖其特征的各种组合或变型，以及如所附权利要求中限定的本发明的范围内所包括的若干其它应用。