专利名称：直流式锅炉及起动直流式锅炉的方法
技术领域：
本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述的直流式锅炉。由EP0308728A1已知此类锅炉。
在直流式锅炉中，加热一些共同构成燃烧室气密外墙的蒸发管，导致在一通道内的蒸发管中的流动介质完全蒸发。流动介质(通常是水)在其蒸发后供入连接在蒸发管下游的过热管并在那里过热。与自然循环式锅炉相反，直流式锅炉不受压力限制，所以新汽压力可能远大于水的临界压力(Pkrit＝221bar)，在临界压力下类似液体与类似蒸汽的介质之间的密度差别很小。新汽压力高有利于提高热效率，并因而使烧矿物燃料的电厂CO2的排放量较低。
此类直流式锅炉可设计为单烟道结构型式或也可设计为双烟道结构型式。在按单烟道结构型式的直流式锅炉中，通常用于构成唯一的烟道外墙的蒸汽发生器管互相气密地焊接，其中此烟道垂直设置。构成烟道外墙的蒸汽发生器管道通常既包括蒸发管也包括连接在蒸发管下游流动介质侧的过热管。在烟道的下部空间内通常设一个具有一些矿物燃料燃烧器的燃烧室。
在按双烟道结构型式的直流式锅炉中，用于构成垂直设置的第一烟道外墙的蒸汽发生器管通常同样互相气密地焊接。然而在这种结构型式中在第一烟道下游燃气侧通过一水平烟道连接第二个垂直设置的烟道，它的外墙同样由蒸汽发生器管构成，燃气通常自上至下流过第二烟道。与按单烟道结构型式的直流式锅炉相比，按双烟道结构型式的直流式锅炉通常有较低的结构高度以及在设计参数的数量上也与之不同。
在按双通道结构型式的直流式锅炉中，构成第一烟道的蒸汽发生器管的外墙通常设计为蒸发管，反之，设计为过热管的蒸汽发生器管是第二烟道外墙的一部分和/或是水平烟道壁加热面的一部分。换句话说，属于水平烟道和属于第二烟道的蒸汽发生器管通常连接在属于第一烟道的蒸汽发生器管下游流动介质侧。此外，属于第一烟道的蒸汽发生器管出口侧通入一根对它们为公共的出口集汽管内，在出口集汽管下游通过水-蒸汽分离器和通过一些设置在水平烟道内的加热面，连接一根用于属于第二烟道的蒸汽发生器管的进口集汽管。
在由EP 0308728A1已知的直流式锅炉中，一些用于流过流动介质并联的蒸汽发生器管互相连接成蒸发加热面，它是第一烟道外墙的一部分。其中构成蒸发加热面的蒸汽发生器管出口侧通入一根对它们公共的设在一个与水平烟道下边缘相比高度较低处的出口集汽管内。
在此类装置中，尤其在较短的停车时间后在也称为热态起动的起动时燃烧器点火前，在仍然热的直流式锅炉的蒸汽发生器管加注冷的给水时，会在属于第一烟道的蒸汽发生器管与属于水平烟道外墙的蒸汽发生器管之间产生很大的温度差。这种温度差尤其可能在第一烟道的外墙与水平烟道的壁焊接的连接部位引起不可允许的热应力。由于这种热应力，尤其在频繁起动的情况下，使此类直流式锅炉的寿命在高的交变应力影响下受到限制。在直流式锅炉只是短暂停车后亦即例如在夜间停机后产生的热应力特别严重，因为此直流式锅炉通常仍有一个与给水温度相比为高的温度。
因此本发明的目的是提供一种按双烟道结构型式设计的直流式锅炉，它即使频繁起动也有特别长的寿命。为此提供一种为起动此类直流式锅炉的特别有利的方法。
有关前言所述类型的直流式锅炉方面的目的按本发明采取这样的措施达到，即，在出口集汽管下游流动介质侧紧接着连接一屏形加热面。
屏形加热面指的是一些用于流过流动介质并联的与一公共进口集汽管和一公共出口集汽管连通的蒸汽发生器管，这些蒸汽发生器管紧密并列地位于一个平面内并因而构成一些平板状的加热面，它们悬挂在烟道的内部。
本发明以下列看法为出发点，即，为了使直流式锅炉即使频繁起动也能有特别长的寿命，应当使第一烟道的外墙与水平烟道的壁之间的热应力保持处于特别低的水平。为此，在燃烧器即将点火前加冷的给水的配属于第一烟道的蒸汽发生器管与在热态起动时仍较热的水平烟道的壁之间的温度差应保持为特别低。
为此，一方面将属于第一烟道的蒸汽发生器管的出口集汽管设在一个按这样的方式确定尺寸的高度上，即，避免在起动前加注冷的给水的蒸汽发生器管与在热态起动时仍然是热的水平烟道壁直接接触。另一方面为了在起动中就能特别有效地冷却属于水平烟道的蒸汽发生器管，将为蒸发所设的加热面尺寸设计得特别大。此外，在构成蒸发加热面的蒸汽发生器管的下游连接屏形加热面作为附加的用于蒸发的加热面。
本发明有利的设计是从属权利要求的内容。
合乎目的的是将屏形加热面设置在第一烟道内部，设在第一烟道内的燃烧室上方的一个空间区域内。因此，此屏形加热面设在一个即使在直流式锅炉起动时也能得到特别强烈地加热的空间区域内，并有助于产生特别大量的蒸汽。所以即使在直流式锅炉起动时就已经产生了大的蒸汽量，这有助于特别有效地冷却连接在作为蒸发管的蒸汽发生器管下游、设计为过热管的蒸汽发生器管。
为了使第一烟道的壁加热面与水平烟道的壁加热面之间热应力特别小，在设在第一烟道内的燃烧器上方和烟道下边缘下方的空间区域内，最好在起动时加水的和在起动时加蒸汽的蒸汽发生器管之间设置一条近似水平的分界线。这条分界线在结构上可以这样设计，即，使得在这一位置产生的热应力特别小。从而可靠地避免了在从第一烟道到水平烟道的过渡区内同时存在起动时冷却状况差别很大的加热面。
此外，按一项有利的设计在屏形加热面的下游流动介质侧连接一个在运行过程中使流过正在汽化的流动介质的蒸发管与流过已汽化的流动介质的过热管脱开的水-蒸汽分离器。按另一项有利的设计，水-蒸汽分离器蒸汽侧出口连接在用于其他一些规定作为过热管的蒸汽发生器管的进口集汽管上，这些蒸汽发生器管构成第一烟道外墙的上部，以及此进口集汽管设在一个与水平烟道的下边缘相比高度更低的地方。
为达到前面提到的有关起动这种按双烟道结构型式的直流式锅炉的方法方面的目的，采取的措施是，在从构成蒸发加热面的蒸汽发生器管开始排水后使它们的流动介质流量暂时降低。
也就是说，在起动直流式锅炉时包含在蒸发管内的部分未蒸发的流动介质或水被蒸汽替代。这一过程在起动时进行并导致在蒸发管出口处短时提高流动介质流量，也称排水(Wasserausstoβ)。此排水通常须从直流式锅炉引出并因而对直流式锅炉引起热损失。
因此在一种用于起动直流式锅炉的特别有利的方法中此排水量应保持得特别低。对于上述直流式锅炉这一点可以这样来实现，即，在燃烧器点火前属于第一烟道外墙的蒸汽发生器管首先被未蒸发的流动介质加注至连接在它们下游的出口集汽管的高度。多余的未蒸发流动介质或水可在绕过屏形加热面的情况下经由旁通阀直接导向水-蒸汽分离器。随着燃烧器点火，向设计为蒸发管的蒸汽发生器管首先供入起始质量流量的流动介质或给水。此流动介质在通入出口集汽管内的蒸汽发生器管中部分蒸发，在这种情况下未被蒸发的流动介质进入连接在出口集汽器下游的屏形加热面内。因为它同样设计作为蒸发加热面并因而可供入未蒸发的流动介质，所以到达那里的未蒸发流动介质可以在无有害作用的情况下在那里继续蒸发。因此可靠保证了全部蒸汽发生器管的充分冷却，在这种情况下，在开始排水后为了使排水量特别小，首先暂时减少了给水的质量流量。
比较有利的是在通过构成蒸发加热面的蒸汽发生器管的流动介质流量降低后，按与直流式锅炉的燃烧热功率成正比的方式调整该流动介质流量。
采用本发明获得的优点主要在于，通过设在属于第一烟道的燃烧器与水平烟道下边缘之间高度处的蒸发加热面的出口集汽管，成功地做到了在起动时加水的蒸汽发生器管与加蒸汽的蒸汽发生器管之间的一条近似水平的分界线处于一个对于避免热应力特别恰当的空间区域内。在这种情况下可靠避免了在从第一烟道到水平烟道的过渡区内产生热应力，所以此直流式锅炉即使频繁起动也能有特别长的寿命。此外，借助于屏形加热面保证在起动时有足够大的蒸发加热面提供利用，以便生产特别高的蒸汽质量流量，并因而保证可靠地冷却全部蒸汽发生器管。除此之外，通过屏形加热面还为起动时从蒸发加热面排出的未蒸发流动介质提供了一个中间存贮器。进入屏形加热面内的未蒸发流动介质在那里蒸发，所以起动时从直流式锅炉输出的水量由于此排水而特别小。
下面借助于附图进一步说明本发明的实施例，附图中
图1简略示出按双烟道结构型式的直流式锅炉；图2示出图1所示直流式锅炉外墙片段；图3示出图1所示直流式锅炉的进口集汽管和出口集汽管。
在所有的附图中相同的部分用同一个附图标记标示。
按图1的直流式锅炉1包括一些烧矿物燃料的燃烧器2，在图1中借助于它们的主轴线示意地表示。燃烧器2装在一燃烧室4内，燃烧室通过垂直设置的第一烟道8外墙6的外部构成。外墙6在通过它构成的第一烟道8的下端处过渡为漏斗状的底部10。
按图1的直流式锅炉1按双烟道结构型式设计。为此，在用于由燃烧矿物燃料产生的燃气的第一烟道8下游通过水平烟道12连接第二烟道14。在这里第二烟道14同样是竖直布置的。
第一烟道8的外墙6由蒸汽发生器管16、17构成，它们在其纵侧处互相气密连接，例如焊接。第二烟道14的外墙18按类似的结构方式同样由没有进一步表示的蒸汽发生器管构成，它们在其纵侧处互相气密连接。水平烟道12仍包括一些没有进一步表示的蒸汽发生器管，它们组合成设在其同样设计为气密的外墙内的加热面20。如图1所示，构成第一烟道8外墙6的蒸汽发生器管16、17垂直排列。按另一种可选用的方案，蒸汽发生器管16、17也可以按螺旋绕组的方式设置成绕第一烟道倾斜地上升。
在下部空间区内构成第一烟道8外墙6的蒸汽发生器管16设计为蒸发管并组合成一些蒸发加热面22，其中的每一个是第一烟道8外墙6的一部分。每个蒸发加热面22的蒸汽发生器管16为流过作为流动介质的水而并联，并以其进口端连接在没有表示的公共进口集汽管上，而以其出口端连接在一公共的出口集汽管24上。
在出口集汽管24下游流动介质侧连接一屏形加热面26。在这里，屏形加热面26由一些图中没有表示的用于流过流动介质并联的蒸汽发生器管构成，它们的进口侧连接在公共的进口集汽管28上，而出口侧连接在公共的出口集汽管30上。构成屏形加热面26的蒸汽发生器管紧密并列地位于一个平面内并构成一些平板状加热面，它们悬挂在第一烟道8或水平烟道12内部。
在屏形加热面26的下游流动介质侧连接一个水-蒸汽分离器34，它的蒸汽侧出口36连接在一根用于其他一些蒸汽发生器管17的进口集汽管38上，在图1中为了视图清晰起见蒸汽发生器管17仅示意性表示。其他的蒸汽发生器管17设计为过热管并组合成一些没有进一步表示的过热加热面，它们构成第一烟道8外墙6的上部空间32。在出口集汽管24与水-蒸汽分离器34之间的流动途径中，在绕过屏形加热面26的情况下还连接了一个可借助于旁通阀40截止的旁通管42。
如图2所示，蒸汽发生器管16、 17在出口集汽管24和进口集汽管38所在高度的区域内按交错排列方式装在第一烟道8的外墙6内。为此在下部空间区域内构成第一烟道8外墙6的蒸汽发生器管16组成两组蒸汽发生器管16a和16b，其中属于第一组的蒸汽发生器管16a具有比属于第二组的蒸汽发生器管16b的长度大的长度。类似地，在上部空间区域内构成第一烟道8外墙6的蒸汽发生器管17组成两组蒸汽发生器管17a和17b，其中属于第一组的蒸汽发生器管17a具有比属于第二组的蒸汽发生器和17b的长度大的长度。
在这种情况下每根较短的蒸汽发生器管17b分别布置在一根较长的蒸汽发生器管16a的上方，每根较长的蒸汽发生器管17a分别布置在一根较短的蒸汽发生器管16b的上方。如图3所示，不仅较短的蒸汽发生器管16b而且较长的蒸汽发生器管16a均通入出口集汽管24内，其中为较长的蒸汽发生器管16a各设一导引管段16c。类似地，不仅较短的蒸汽发生器管17a而且较长的蒸汽发生器管17b均连接在进口集汽管38内。
由于蒸汽发生器管16、17在出口集汽管24及进口集汽管38所在区内交错排列，从而保证即使蒸汽发生器管16与其他蒸汽发生器管17相比被不同地加热和/或不同地冷却仍有均匀的温度。
由图1可见，在其他的蒸汽发生器管17下游流动介质侧经由设在水平烟道12内的加热面20连接构成第二烟道14外墙18的蒸汽发生器管。不论是构成水平烟道12加热面20的蒸汽发生器管还是构成第二烟道14外墙18的蒸汽发生器管均规定作为过热管，并在其设计方面与取决于其安装地点的燃气及流动介质参数相适应。
其中通入构成蒸发加热面22的蒸汽发生器管16的出口集汽管24，布置在一个与水平烟道12下边缘44相比为较低的高度处。连接在设计为过热管的其他蒸汽发生器管17的上游公共的进口集汽管38则不同，它设在出口集汽管24与水平烟道下边缘44之间的高度上，也就是说处于一个与出口集汽管24相比为较高的而与水平烟道12的下边缘44相比为较低的高度处。按另一种可供选择的方案，进口集汽管38也可以设在一个与出口集汽管24相比更低的高度上。
为了起动直流式锅炉1，在燃烧器2点火前属于第一烟道8在下部空间区内构成外墙6的蒸汽发生器管16加注未蒸发的流动介质亦即加水，水首先加到连接在它们下游的出口集汽管24的所在高度。在此工作状态旁通阀40打开。随着燃烧器2点火，首先向设计为蒸发管的蒸汽发生器管16供入起始质量流量的给水。此供入的给水在通入出口集汽管24内的蒸汽发生器16中部分蒸发，未蒸发的剩余给水进入连接在出口集汽管24下游的屏形加热面26内。屏形加热面同样设计为蒸发加热面，因而可供入未蒸发的给水并无有害的作用。因此未蒸发的剩余给水基本上在屏形加热面26内蒸发。从出口集汽器24流出的质量流的一部分，在需要时可经旁通管42直接供入水-蒸汽分离器34。
由于除了设计为蒸发管的蒸汽发生器管16外，还附加采用了作为蒸发加热面的屏形加热面26，所以提供用于发生蒸汽的总加热面特别大。因此即使输入只是少量质量流量的给水，也能保证有足够的蒸汽排出量，用于可靠冷却全部连接在水-蒸汽分离器34下游、设计为过热管的蒸汽发生器管。
为保持在起动时从屏形加热面26排出的又称为排水(Wasserausstoβ)的剩余的未蒸发给水特别少，输入蒸汽发生器管16的给水质量流量在起动过程的起始阶段从一个起始值出发首先暂时减少。在给水质量流量降低后，输入蒸汽发生器管16的给水质量流量正比于直流式锅炉1的燃烧热功率受到调整。
通过设在属于第一烟道8的燃烧器2与水平烟道12下边缘44之间的高度处的蒸发加热面22的出口集汽管24，成功地做到了在起动时加水的蒸汽发生器管16与加蒸汽的蒸汽发生器管17之间有一条大体水平的分界线。因此在烟道8、12、14相邻壁件之间的热应力主要能产生在此水平分界线附近，分界线通过出口集汽管24和通过进口集汽管38确定。在这种情况下可靠避免了在从第一烟道8到水平烟道12的过渡区内出现热应力，所以此直流式锅炉1即使频繁起动也具有特别长的寿命。此外，由于蒸汽发生器管16、17交错排列，所以保证在出口集汽管24及进口集汽管38区域内即使与其他的蒸汽发生器管17相比蒸汽发生器管16加热不同和/或冷却不同也仍有均匀的温度。因此产生的热应力保持特别低的水平。
此外，采用屏形加热面26，保证起动时提供足够大的蒸发加热面，以便也能可靠冷却连接在蒸汽发生器管16下游流动介质侧设计为过热管的其他蒸汽发生器管17。除此之外，通过屏形加热面26还为起动时从蒸发加热面22排出的未蒸发流动介质提供了一个中间存贮器。进入屏形加热面26内的未蒸发流动介质在那里蒸发，所以起动时直流式锅炉1的排水和与之相联系的热损失特别少。
权利要求
1.一种直流式锅炉(1)，其具有第一烟道(8)，在其下游燃气一侧通过一水平烟道(12)连接第二烟道(14)，其中一些用于流过流动介质的并联的蒸汽发生器管(16)互相连接成一个蒸发加热面(22)，它是第一烟道(8)外墙(6)的一部分，以及，构成蒸发加热面(22)的蒸汽发生器管(16)出口侧通入一根对它们为公共的布置在一个与水平烟道(12)的下边缘(44)相比为较低的高度处的出口集汽管(24)内，其特征在于在出口集汽管(24)下游流动介质侧直接连接一屏形加热面(26)。
2.按照权利要求1所述的直流式锅炉(1)，其中，屏形加热面(26)设置在第一烟道(8)内部燃烧室(4)上方的一个空间区域(32)内。
3.按照权利要求1或2所述的直流式锅炉(1)，其中，在屏形加热面(26)下游流动介质侧连接一个水-蒸汽分离器(34)。
4.按照权利要求3所述的直流式锅炉(1)，其中，水-蒸汽分离器(34)蒸汽侧出口(36)连接在其他一些导入第一烟道(8)外墙(6)内的蒸汽发生器管(17)用的进口集汽管(38)上，后者设在一个与水平烟道(12)下边缘(44)相比为较低的高度处。
5.一种用于起动按照权利要求1至4之一所述直流式锅炉(1)的方法，其中，在从构成蒸发加热面(22)的蒸汽发生器管(16)开始排水后降低它们的流动介质流量。
6.按照权利要求5所述的方法，其中，在通过构成蒸发加热面(22)的蒸汽发生器管(16)的流动介质流量降低后，与直流式锅炉(1)的燃烧热功率成比例地调整该流动介质流量。
全文摘要
本发明涉及一种直流式锅炉及起动直流式锅炉的方法,在按双烟道结构型式设计的直流式锅炉(1)中,在第一烟道(8)下游的燃气侧通过一水平烟道(12)连接第二烟道(14)。在此类即使经常起动亦应有特别长寿命的直流式锅炉(1)中,按本发明一些供流动介质流过的并联蒸汽发生器管(16)互相连接成一个蒸发加热面(22),它是第一道(8)外墙(6)的一部分,其中构成蒸发加热面(22)的蒸汽发生器管(16)出口侧通入一根对它们为公共的布置在一个与水平烟道(12)下边缘(44)相比为较低的高度处的出口集汽管(24)内,在出口集汽管下游流动介质侧连接一屏形加热面(26)。
文档编号F22B35/00GK1249807SQ98803130
公开日2000年4月5日 申请日期1998年4月14日 优先权日1997年4月23日
发明者埃博哈德·威特肖 申请人:西门子公司