专利名称：包括固定支持结构的塔式锅炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如独立权利要求的前序所述的锅炉设备。本发明涉及一种锅炉设备，其包括燃烧部分、热交换部分和固定支持结构，所述热交换部分位于所述燃烧部分之上并且包括热交换表面，所述热交换部分具有从底部向上的烟气的流动方向。
背景技术：
锅炉设备的热交换部分中的热交换表面通常至少包括不同过热阶段的过热器管和节约器。水或蒸汽的温度在这些不同的热交换表面上逐渐升高。为达到尽可能高的最终温度，根据它们期望的最终温度按顺序将不同的热交换表面最有利地布置到热交换部分，以这样一种方式从燃烧部分进入的热烟气首先遇到具有最高结束温度的热交换表面。
热交换表面通常是大体上水平的、数次来回弯曲的管子的组合件。当朝着较低温度移动时，管子的直径以及管子之间的距离减小。例如，为达到足够的热交换效率，节约器管相互之间的距离通常小于过热器组合件管子之间的距离。
离开燃烧室的烟气将可附着在热交换表面上的灰烬以及其它颗粒带走。由此产生的沉积物减小了热交换系数，由此还降低了热交换效率。厚的沉积物还可能扰乱在热交换管之间的气体的流动，这进一步降低了热交换效率。
当灰烬沉积层变得太厚时，灰烬沉积层可能通过自身从热交换管的表面落下，或者通过一些合适的吹灰方法被移走。移开的灰烬落回到燃烧部分或者落回到热交换部分的底部，例如，在这里它可能被引导到该设备的出灰系统。
为避免落下的灰烬粘在低处的热交换表面上，尤其是当燃烧具有难燃灰烬的燃料例如褐煤时，优选采用一种所谓的塔式锅炉结构。塔式锅炉中的热交换部分以这样一种方式布置在燃烧部分之上烟气的流动方向在热交换部分中是从底部向上。因此，从热交换部分的上部热交换表面落下或移走的灰烬朝着稀疏管组合件下落，并且落下的灰烬粘在低处组合件上的可能性很小。
大型锅炉结构通常以这样一种方式以顶部支承的方式建造围绕锅炉设立固定支持结构，锅炉被装配成从在支持结构的上部的支持平面悬伸在结实的悬索上。如上所述建造的塔式锅炉的问题涉及到这一事实即整体结构的高度变得非常大。在大型发电厂中的塔式锅炉的高度可能超过100m。
当锅炉被启动时，锅炉主体的温度上升数百度。从上方悬伸的锅炉的上部保持固定，但其下部降低数十厘米。这样强烈的热运动对锅炉塔下部所要设置的连接提出非常高的弹性要求。例如，用于燃料的入口系统以及用于底部灰烬的出口系统必须能够允许在系统的固定部分与连接到锅炉部分之间进行这一运动。
锅炉的装配通常以这样一种方式逐渐进行首先最高的部分被连接到固定支持结构。只有在上面的部分装配完之后，才可能将下面的部分连接到那里。由于塔式锅炉通常是非常高的整体结构，其装配是非常耗时的。这减缓了锅炉设备的建造并且增加了建造费用。
发明内容
本发明的目的是提供一种锅炉，其中现有技术的上述缺点被减至最小或被消除。
具体而言，本发明的目的是提供一种塔式锅炉，其中锅炉的下部的热运动被减至最小。
此外，本发明的目的是提供一种塔式锅炉，与现有的塔式锅炉的装配相比，其装配可以在更短的时间内完成。
为了解决现有技术的上述问题，本发明提供了一种锅炉，其特征限定在设备的独立权利要求的特征部分。因此，根据本发明的锅炉设备的特征在于其燃烧部分和热交换部分是以柔性方式互相连接的分离的室，并且每个室独立地从其上部悬伸到固定支持结构。
本发明尤其涉及一种所谓的塔式锅炉，在其热交换部分中，烟气的主要流动方向是从底部向上。通常，燃烧部分和热交换部分的高度都大约是锅炉总高度的一半。由于根据本发明的锅炉的燃烧部分是从其上部悬伸到固定支持结构，在其下部显著的热运动大约仅仅是在相应的整体塔式锅炉的下部的热运动的一半。这大大减少了热运动所带来的在燃烧部分的下部与其固定外围物之间所设置不同连接的问题。因此，例如，用于燃料的入口系统和用于底部灰烬的出口系统被简化。同时，其费用减低并且操作可靠性提高。
根据本发明的锅炉包括在燃烧部分的上部与热交换部分的下部之间的通道。热烟气沿着所述通道从燃烧部分引导至热交换部分。因为根据本发明布置的燃烧部分是从顶部悬伸到固定支持结构，燃烧部分的上部保持固定。因为另一方面热交换部分是从其上部悬伸到固定支持结构，由于热膨胀，其下部移动。因此，连接燃烧部分的上部和热交换部分的下部的通道必须是柔性的。
由于热交换部分的高度一般大约是锅炉总高度的一半，在热交换部分的下部与燃烧部分的上部之间的热运动相对微小。在塔式锅炉的燃烧部分与热交换部分之间没有需要大型结构的大块固体流流动。因此，通道可以相对简单地被制成柔性的，例如，借助于波纹管或足够柔软的弯曲元件。
常规的塔式锅炉通常是悬燃(suspension-fired)锅炉，其中粉末燃料(例如煤)通过燃烧器被提供到炉，在这里它在高温下迅速燃烧。整体塔式锅炉的冷却燃烧部分必须足够高，以便在烟气冲击第一热交换表面之前，烟气有时间充分冷却。在此要求烟气夹带的灰烬不包含可以在热交换表面上凝固的熔融或部分熔融颗粒。
在燃烧粉煤的锅炉的燃烧部分与热交换部分之间的通道可以依照本发明的优选实施例被冷却。因此烟气也在通道中冷却，并且在没有熔融飞灰冲击热交换部分的热交换表面的情况下，燃烧部分的高度可以小于常规塔式锅炉。
在常规的塔式锅炉中，热交换部分直接在燃烧部分之上，因此从热交换表面移走的灰烬沉积物落回到燃烧部分。在一些情况中，不希望将灰烬沉积物返回到燃烧部分，而且将灰烬从热交换部分直接移去是有利的。根据本发明的优选实施例，用于烟气的通道具有至少一个弯曲部分，所述通道将燃烧部分连接到热交换部分或连接到通道与热交换部分的接合点，集灰漏斗被设置到所述弯曲部分。从热交换表面带走的灰烬从而可以优选地聚集到所述斗，从这里灰烬可以被引导到设备的排灰系统。
根据本发明的另一优选实施例，锅炉是循环流化床锅炉，其上部连接至少一个颗粒分离器，所述颗粒分离器将固体颗粒从烟气中分离。分离的固体材料返回到燃烧部分的下部并且清洁后的烟气被引导到设在燃烧部分之上的热交换部分。根据本发明，燃烧部分和热交换部分是独立地从上方悬伸的室，并且从分离器通往热交换部分的通道是柔性的。烟气在热交换部分的热交换表面上释放热量给在热交换管中流动的水或蒸汽。
常规的整体塔式锅炉的支持结构的上部具有水平主支持平面，借助悬索使整个整体塔式锅炉装配成悬伸到上述水平主支持平面。塔式锅炉的装配从顶部向下进行，由此锅炉的不同部分的装配大部分按特定顺序相继进行。因此，不同的装配阶段互相依赖，并且将锅炉装配成一个整体需要较长时间，通常是15-20个月。
根据本发明的塔式锅炉的支持结构优选包括两个分离的水平支持平面，其第一个安装在第二个下面。当装配根据本发明的塔式锅炉时，在热交换部分被装配到上支持平面的同时，其燃烧部分可以被装配到下支持平面。这极大地减少了在塔式锅炉以及与此连接的设备的装配中所消耗的时间。
在下面通过例子参照附图描述本发明，在附图中图1示意性地显示了根据本发明的第一优选实施例的锅炉；和图2示意性地显示了根据本发明的第二优选实施例的锅炉。
具体实施例方式
图1公开了根据第一优选实施例的锅炉设备10，其包括悬燃锅炉12。锅炉12是所谓的塔式锅炉，包括垂直燃烧部分14和设置在此之上的垂直热交换部分16。
燃烧部分14和垂直热交换器部分16是由壁限制的分离的室，所述壁优选是至少部分地冷却的水管壁。燃烧部分14的上部18和热交换部分16的下部20通过通道22互相连接。
当用锅炉12的燃烧器24燃烧燃料(例如煤)时，产生含灰烟气。烟气从燃烧部分14的上部18通过通道22流至热交换部分16。锅炉蒸汽发生循环的热交换表面例如节约器26、第一过热器28和最终过热器30被设置于热交换部分16。
由烟气夹带的部分灰烬在热交换部分16的热交换器26、28、30的表面上堆积。当灰烬层变得太厚时，灰烬落下或者从热交换器被移走，从而灰烬向下落在热交换部分16中。
在锅炉12的热交换部分16中流动的热烟气对在热交换器26、28、30的管子中流动的水或蒸汽进行加热，由此，烟气冷却下来并且水温上升。冷却的烟气通常从热交换部分16移到用于烟气的清洁设备，进而通过烟囱流向外部环境，其在图1中未显示。
热交换器26、28、30通常由来回弯曲的且大体水平的水管或蒸汽管形成。为获得过热到足够温度的蒸汽，在烟气的流动方向上将过热器28、30设置到热交换部分16的第一末端32。相应地，在烟气的流动方向上将节约器26设置到热交换部分16的最后末端34。
为达到足够的热交换效率，在节约器26中水管的直径以及其间的距离通常比过热器28、30中小。如果烟气在热交换部分中向下流动，从过热器28、30的表面落下的灰烬沉积物有粘在节约器26的管子之间的风险，从而节约器的热交换效率可能显著降低。该塔式锅炉12的构思是让烟气在热交换部分16中向上流动，由此，节约器26的自然位置是在热交换部分16的上部34中，并且上述风险被消除。
根据本发明，锅炉的燃烧部分14和热交换部分16是分离的室，它们都分别地悬伸到锅炉设备的支持结构36。根据本发明的锅炉设备的支持结构36优选包括两个支持平面38、40。下支持平面38安装在燃烧部分14的高度之上，并且上支持平面40安装在热交换部分16和燃烧部分14的总高度之上。燃烧部分或燃烧室14从其上部从索缆42悬伸，所述索缆42装接到下支持平面38。相应地，热交换部分或热交换室16从其上部从索缆44悬伸，所述索缆44装接到上支持平面40。
常规塔式锅炉的燃烧部分和热交换部分形成整体的结构，其上部从锅炉设备的支持结构悬伸。由于连续塔式锅炉常常很高，由锅炉温度变化所引起的燃烧部分的垂直热运动可能相当显著。根据本发明的锅炉的燃烧部分14是直接悬伸到支持结构36，这显著地减少了锅炉的燃烧部分14的下部46的垂直热运动。
燃烧部分14的下部46包括不同种类的设备，例如燃烧器24、排灰设备48以及空气供应设备50，其连接于锅炉12的固定外围物。这种设备的结构必须包括柔性元件，所述柔性元件在不破裂的情况下承受锅炉的热运动。例如，大量煤通过燃烧器24提供到燃烧部分，这对柔性元件结构的耐久性带来了很高的要求。根据本发明，在锅炉12中燃烧部分14的下部46中的热运动的减少，这明显有助于将这种设备组装到锅炉的下部。
由于燃烧部分14从其顶部直接装接到下支持平面38，燃烧部分的上部18的热运动非常小。在另一方面，热交换部分16从其上部34装接到上支持平面40，因此当热交换部分的温度改变时，例如当锅炉被加热到操作温度时，热交换部分的下部20显著移动。因此，从燃烧部分的上部18通到热交换部分的下部20的通道22必须能够根据这些部分的不同热运动进行调节。在图1中，连接于通道22的柔性元件是波纹管52。
在图1的实施例中的通道22以这样一种方式被冷却通道壁面的一部分由水或蒸汽冷却的管壁54形成。通道22的管壁54优选地连接到锅炉的蒸汽发生循环，由此热量从燃烧部分流出的热烟气传递到锅炉中生成的蒸汽。同时，烟气变冷，由此，可能仍然存在于烟气中的熔融或部分熔融的灰粒出现凝固，并且因此不能粘在热交换室16的热交换表面26、28、30上。
图1中所示的通道22连接到略微高于热交换室的最低点58的热交换室16的侧壁56上。因此，可能在室的底部形成漏斗60，从热交换表面26、28、30落下的灰烬沉积物堆积在所述漏斗60的底部。堆积在漏斗60的灰可以沿着通道62传送到灰烬冷却器(在图1中未示出)，进而从锅炉12排出。
通道22可以选择性地连接到热交换室16的最低点58。然后，通道可以优选地设置一弯头，所述弯头连接到漏斗，在此可以聚集从热交换室16落下的灰烬沉积物。与热交换室相连的通道22还可以是直的，由此灰烬从热交换部分16直接落回到燃烧部分14。
在一些应用中，通过至少两个通道22将燃烧部分14接合到热交换部分16是有利的，所述通道优选是对称地连接到热交换部分16的下部20的不同侧。由此可以在热交换部分16中提供均匀的烟气流并且在不同热交换器中提供最佳的热交换效率。
图2公开了依照本发明的另一优选实施例，其中锅炉设备110包括循环流化床锅炉112。锅炉的燃烧部分114和热交换部分116是分离的室，它们都从其顶部悬伸到固定支持结构136。
循环流化床锅炉112燃烧室114的下部设有用于供给燃料和床材料(bedmaterial)(例如沙子)的设备166。燃烧部分的底部与空气供给设备150连接，由此引入空气用于燃烧燃料和流化床材料。
在热交换室116中烟气的流动方向是从底部向上。因此节约器126可以优选地放置到室的上部134，并且避免了从过热器管道系统128、130落下的灰烬沉积物粘在密集地连接于节约器126的热交换管上。
从燃烧部分114离开的热烟气通过通道122被引至热交换部分116。根据本发明，通道122包括柔性元件，例如波纹管152，其可以根据热交换部分116的下部120的热运动调节。
依照图2的循环流化床锅炉112包括接合在燃烧部分114中的颗粒分离器170，其用于分离从燃烧部分114离开的烟气所夹带的固体材料。分离的固体沿着返回导管172返回到燃烧部分114的下部146。
颗粒分离器170作为一个单独的单元可选择地布置，其通过通道连接到燃烧部分114。依照图2的循环流化床锅炉112只设有一个颗粒分离器170，但是大型循环流化床锅炉可以优选地设有至少两个颗粒分离器。
清洁后的气体离开颗粒分离器170，沿着通道122至热交换部分116。通道122优选地连接到热交换部分116的侧壁156的下部，由此可以在热交换部分的底部设置漏斗160。堆积到漏斗160的灰烬可以沿着排灰通道162从热交换室116移出。
虽然在这里通过目前认为是优选实施例的例子描述了本发明，但是可以理解本发明不限于所公开的实施例，而是试图覆盖其特征的各种组合和/或修改以及在所附的权利要求中限定的本发明的范围内的其它应用。
权利要求
1.一种锅炉设备，其包括燃烧部分、热交换部分和固定支持结构，所述热交换部分包括热交换表面，并布置在所述燃烧部分之上，并且具有从底部向上的流动方向，其特征在于所述燃烧部分和所述热交换部分是以柔性方式互相连接的分离的室，并且每个所述室独立地从其上部悬伸到该固定支持结构。
2.根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，燃烧部分和热交换部分的高度近似相等。
3.根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，热交换部分的高度大约是锅炉设备高度的25-60％。
4.根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，该支持结构包括燃烧部分悬伸到其上的水平下支持平面和热交换部分悬伸到其上的上支持平面。
5.根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，燃烧部分和热交换部分通过可柔性通道互相连接。
6.根据权利要求5所述的锅炉，其特征在于，通道被冷却。
7.根据权利要求5所述的锅炉，其特征在于，热交换部分的通道或底部设有漏斗，从热交换表面落下的灰烬积聚到该漏斗中。
8.根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，该锅炉是燃烧粉煤的锅炉。
9.根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，该锅炉是循环流化床锅炉，并且该通道包括颗粒分离器。
全文摘要
本发明涉及一种锅炉设备，例如燃烧粉煤的设备或循环流化床锅炉设备，包括燃烧部分、热交换部分和固定支持结构，所述热交换部分布置在燃烧部分之上并且包含热交换表面，在该热交换部分中烟气的流动方向是从底部向上。在该锅炉设备中，燃烧部分和热交换部分是以柔性方式连接的分离的室，并且每个室独立地从顶部悬伸到固定支持结构，优选地悬伸到其水平支持平面。
文档编号F24H9/18GK1717564SQ200380104148
公开日2006年1月4日 申请日期2003年11月26日 优先权日2002年11月26日
发明者P·金努宁 申请人:福斯特韦勒能源股份公司