具有立式圆形结构炉膛的锅炉的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种燃油（气）锅炉，其包含炉膛和对流受热面，还包含燃烧器和节能器，其中所述炉膛具有立式圆形结构，炉膛四周为膜式水冷壁结构，U型烟气流程与水流程呈逆流布置，对流受热面采用烟管结构，顶部布置有扰流子，加强烟气扰动。该燃油（气）锅炉可增加烟气与水的换热温压，降低了排烟温度，增加了锅炉的热效率，耐热合金制成的扰流子的布置可加强烟气的扰动，破坏阻碍换热的边界层，减小对流换热的热阻，强化气水换热。
【专利说明】具有立式圆形结构炉膛的锅炉
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明属于锅炉领域，涉及一种具有立式圆形结构炉膛的锅炉，尤其涉及一种立式水冷圆形炉膛火管对流受热面燃油(气)锅炉，其可以用于集中供热。
[0003]
【背景技术】
[0004]环境保护在目前受到广泛关注，与同时使用多个小型锅炉进行热力生产相比，地区性的热力集中生产对环境保护更为有利，这是因为大型锅炉的热效率及燃料燃烧率均比小型锅炉高，因此采用大型锅炉进行热力生产对大中城市来说是十分重要的，它可以更积极有效地保护环境。目前国内外煤粉锅炉普遍采用主流的低NOx燃烧技术为空气分级技术，其能于炉膛中形成分级燃烧区。方形炉膛中燃烧区域内还原性气氛有利于还原NOx，但同时还原性气氛也容易导致炉膛水冷壁严重结渣以及发生高温腐蚀。
[0005]CN203454386U公开了一种大容量全膜式壁水管层燃锅炉，其特征是采用全膜式壁结构，在锅炉四周形成一个封闭的水冷结构，在锅炉的四周布置右侧膜式水冷壁、前侧膜式水冷壁、左侧膜式水冷壁和后侧膜式水冷壁，炉膛中布置水冷屏，炉膛外部设置炉墙和护板，炉膛后上部设有一锅筒，尾部竖井布置蛇形管省煤器，出口集箱在锅炉的左右侧，尾部布置立式空气预热器，锅炉底部设有炉排和落灰门。
[0006]CN203147742U公开了一种环状锅炉燃烧器贴壁风喷嘴的布置结构，包括煤粉层燃烧器箱壳，煤粉层燃烧器箱壳内设有一次风煤粉喷嘴，一次风煤粉喷嘴横截面的形状为圆形，其特征在于，所述的一次风煤粉喷嘴与煤粉层燃烧器箱壳之间设有贴壁风喷嘴，贴壁风喷嘴与一次风煤粉喷嘴相适配。
[0007]CN2180939Y公开了一种三炉膛常压热水锅炉，包括炉体、传热部分和炉膛部分，炉体呈立式方形结构，下部设置三个炉膛，左炉膛为一大炉膛，内布有辐射受热管，右炉膛中部增设一层水管炉排，形成上、下两个小炉膛，炉体顶部增设连体水箱。
[0008]CN2526682Y公开了一种节能环保型层燃锅炉，本发明包括给煤装置、燃烧设备、煤渣出口、炉膛、锅筒、锅炉管束、锅炉烟气出口等，炉膛由前墙、后墙、左侧墙、隔墙、锅筒、前拱、后拱、燃烧设备所构成的空间组成，炉膛下部的绝热燃烧室为燃烧设备、煤闸门前拱、后拱、前后拱两侧的撑墙所够成的空间，其特点是:在炉膛的右上侧沿锅炉纵向设有高温循环燃烬室，隔墙的后上部设有烟气进口，燃烬室为炉膛前墙、后墙、隔墙、右侧墙所构成的空间。
[0009]CN202281219U公开了一种低温等离子体直流煤粉炉炉内深度分级低NOx燃烧系统，包括锅炉以及呈四角布置在锅炉炉膛主燃区的四组低温等离子直流煤粉点火燃烧器，每组低温等离子直流煤粉点火燃烧器的一次风喷口均与炉膛主燃区相连，且炉膛主燃区与二次风主管道喷口连接，锅炉的炉膛燃尽区安装分段风喷嘴，二次风主管道配置二次风支管，分段风喷嘴与二次风支管连接，即其在燃料燃烧前对燃料进行热裂化处理，提高燃烧效果，在燃料炉内燃烧中采用分级配风，从而降低NOx生成。
[0010]CN203784993U公开一种扼制氮氧化物生成的七区段燃烧炉膛结构涉及燃煤工业锅炉【技术领域】，该结构利用氮气必须在高温和氧化环境下才能生成氮氧化物的特性，在炉膛内的前拱与后拱之间特制一“π ”形中拱，把炉膛分成了前、后、上三个区域共七个区段，并赋予了不同的功能，使之在不同的区段通过分段供风装置控制不同的风量和温度，从而达到扼制氮氧化物-NOx的生成量，实现减少污染排放的目的。
[0011]CN101055075A公开了一种降低锅炉NOx排放的方法，组织多段主煤粉燃烧器缺氧燃烧，然后在主燃烧器下游的火焰中心喷入分级燃料，分级燃料在高温缺氧条件下迅速分解生成大量CH1基团，CH1基团随之将主燃烧器区域生成的NOx还原成N2,同时在火焰平均温度为850?1150°C的截面上用氮基进行NOx的选择性非催化还原，可用碱金属盐进行增效，最后用燃尽风使未燃燃料燃尽。
[0012]CN2641471Y公开了一种燃烧室明显分段的具有曲线往复运动炉排结构和高效除尘器的新型锅筒式机械炉排散煤蒸汽锅炉，其结构由上煤机、锅炉本体、炉排、炉座、炉拱、除尘器、除渣机、烟囱所组成；加煤斗下方的进煤口入口处连接有送煤活塞机构，与加煤斗共同组成自动加煤机构；燃烧室分为气化干馏区和焦碳燃烧区；若干个固定炉排和若干个与偏心机构相连的活动炉排纵向间隔排列，共同组成曲线往复运动炉排；除尘器与锅炉本体上部相连通；底座下端与除渣机连接。
[0013]CN1584396A公开了一种多级再燃控制大容量燃煤锅炉NOx生成的方法，在现有发电厂燃煤锅炉主燃烧器顶部一次风喷口与燃尽风喷口之间设置多级分段再燃燃烧喷口，各再燃燃烧喷口的再燃燃料按一定比例多级分段供给，同时调整各层喷口风量的配比，使炉膛主燃烧器最上部形成再燃燃尽区，延长污染物氮氧化物在此被还原的时间。再燃喷口沿主燃烧器顶部一次风喷口开始从下而上设置多级，燃煤喷口煤粉燃烧产生的氮氧化物经过下层第一级再燃区时，已生成的部分氮氧化物被还原生成N2和一些中间体，在经过上一层第二级再燃区时氮氧化物被再次还原成N2。
[0014]W02010037088A2公开了一种用于锅炉的燃烧旋转系统，利用该燃烧旋转系统，将不平衡的燃油喷射流导向到燃烧器的燃料喷射动力锅炉中，如煤粉，燃油或燃气锅炉，实现内侧/外侧(I/O)燃烧物或其它类型的燃烧质量的混合旋转，使得燃料喷射燃烧的旋转系统也可以控制，并通过主控制系统自动地控制锅炉操作，使得燃烧物更高效和有效地发生多涡流旋转。
[0015]JP2006132826A公开了一种多燃烧器的烧结机点火炉与应对烧结机的操作波动的方法，便于流量调节阀的调整作业，消除在烧结机的两侧加热的不足，并且减少维护和维修成本，其中将多个双层管燃烧器的每个喷嘴与设置有旋转叶片同心布置在燃料喷射管2的外周的主排气管3中，其呈直线地布置或锯齿状布置，使得燃料喷射管向主空气供给管的内径D与间距P的比值为2.2-3.5，提供直缝形状的二次空气排气口，以容纳在每个喷嘴之间，和二次空气与比主排气速度高的速度供给。
[0016]US2004244367A1公开了一种燃烧容器，它包含:燃烧区；位于燃烧区下游的燃烧中止区；位于燃烧中止区旁的容器壁板上的空气舱，其中所述空气舱包含上游喷射器和下游喷射器，和至少一个用来将选择性还原剂喷射到燃烧中止区中的还原剂喷射器，其中所述喷射器贯穿下游空气喷射器。
[0017]“参数自寻优模糊控制技术在锅炉送风控制系统中的应用”，冯严冰，工业设计，2012年第2期，公开了一种提高锅炉燃烧效率的方法，认为该方法的关键在于保证最优的风煤比，并且应用模糊自寻优控制技术在线调整风煤最佳配比，设计了一种适合我国国产中小型电站锅炉特点的模糊自寻优控制器，运用在锅炉送风控制系统中，以实现锅炉经济燃烧的目的。
[0018]“提升锅炉送风机出力的节能改造”，闵浩等，第八届长三角电机、电力科技分论坛论文集，2011年11月上海，公开了一种提升锅炉送风机出力的节能改造的方法，其中针对两台125丽机组存在的锅炉送风机出力不足问题，通过大量现场试验、性能测试以及理论计算，分析出了造成送风机出力不足的原因，并制定了可行的技术改造方案。
[0019]“假想圆对六角燃烧器区域气流旋转特性的影响”，赵玉晓，哈尔滨工业大学学报，第37卷第2期，2005年2月，针对某六角切圆燃烧煤粉锅炉存在的受热面结渣问题，应用激光多普勒测速仪(PDA)，对燃烧器出口区域气流的旋转特性进行了三维冷态试验研究，采用标准的二双方程湍流模型进行了数值模拟研究，安排了原始设计工况和加大上层燃烧器二次风假想切圆直径的改进工况，研究结果表明，燃烧器六角布置的锅炉，炉内气流旋转较弱，炉膛角部出现二次旋涡，主旋转气流呈动态椭圆形.适当地采用一、二次风同心双切圆布置形式，能够有效地改善炉内气流的旋转特性，从而抑制受热面结渣现象的发生。
[0020]“关于WNS系列锅炉膜式水冷壁的结构设计与改造”，黄凯，工业锅炉，2002年第2期(总第72期)，26-27公开了 WNS系列锅炉膜式水冷壁的结构设计方法和改造措施，所述锅炉膜式水冷壁结构手工焊的数量较大，膜式水冷壁受热不均匀，导致热膨胀量差别很大，在膜式壁与后管板的焊接处，经常发生焊缝撕裂，严重时，I个月左右就有一处裂纹产生。
[0021]然而，然而，目前市场上的锅炉产品，通常采用的是立式方形炉膛，结构比较单一，不利于开发产品的多样化，并且锅炉各部位材料的使用不具有针对性，导致锅炉热效率、可靠性和安全性较低。因此，本领域需要一种能够有效提热效率高、并且可靠性和安全性高锅炉。
[0022]
【发明内容】
[0023]为解决现有技术中存在的上述问题，本发明人经过深入研究和大量实验，提出了如下技术方案:
在一方面，提供了一种燃油(气)锅炉，其包含炉膛和对流受热面。
[0024]优选地，所述燃油(气)锅炉还可以包含燃烧器和节能器。
[0025]优选地，所述炉膛具有立式圆形结构。本领域知晓的是，现有的锅炉通常采用的是立式方形炉膛，结构比较单一，不利于开发产品的多样化。在本发明中，所述炉膛结构简化了结构设计，解决了加工难题，改善炉膛的密封性，提高了锅炉的热效率，同时减轻炉墙及构架的重量，从而减少了锅炉成本。
[0026]炉膛四周可以为膜式水冷壁结构，U型烟气流程与水流程可以呈逆流布置。
[0027]另外，对流受热面优选采用烟管结构，顶部可以布置有扰流子，加强烟气扰动。
[0028]上述设计增加了烟气与水的换热温压，降低了排烟温度，增加了锅炉的热效率。对流受热面采用烟管结构，在烟管顶部布置有扰流子，加强了烟气的扰动，破坏了阻碍换热的边界层，减小了对流换热的热阻，因此强化了气水换热。垂直布置的对流受热面有利于锅炉检修时清洗水的排放。由于炉膛、中间烟道、对流换热部分相对独立，再加上水火管相互结合，使锅炉安装起来非常方便。
[0029]在一个优选方案中，所述扰流子由耐热合金制成。进一步优选地，所述扰流子经过回火与低温连续处理。
[0030]在炉膛内，对扰流子的热冲击非常大，而通常的铁质或钢质扰流子难以满足要求，往往寿命较短。在本发明中，为了满足所述苛刻要求，通过大量研究，研制出一种耐热合金扰流子。所述耐热合金包含:基于该耐热合金的总重量计，1.5-2.5质量％的Mn, 0.05质fi% -0.15 质量% 的 Ti，1.5-2.5 质量 % 的 Fe，0.2-0.4 质量 % 的 Ni，0.2-0.4 质量 % 的 Si，0.01-0.15质量％的P，并且V含量限制在0.0020%以下，其中Fe与P的质量之比满足关系Fe/P=15-20，余量为Cu和不可避免的杂质。
[0031]在该耐热合金中，Ti的加入可以非常有效地提高扰流子的抗热冲击性，这是先前所未曾预料到的。通过限制可能存在的V的含量在一定限度内，可以降低V元素对耐高温强度的不利影响。Fe的加入可以抑制加热过程中合金晶粒粗化，使得可以极大地提高合金的热传导率。Mn的加入可以使合金获得良好的固溶强化。适量P的加入可以有效弥补Fe的加入对合金强度的不利影响。本发明人经过深入研究，出人意料地发现，Fe与P的质量之比必须满足关系Fe/P=15-20，才能够实现强度和热传导率之间的良好性能平衡。
[0032]经过检测发现，由所述耐热合金制成的扰流子在使用时，其寿命是本领域常规铁质或钢质(如碳钢)扰流子寿命的16倍以上。
[0033]优选地，本发明人还对用所述耐热合金制成的扰流子(即扰流子制件)进行了回火与低温连续处理，所述回火与低温连续处理包括如下依次步骤:
步骤(I):将扰流子进行回火处理；步骤(2):将扰流子进行低温处理；步骤(3):将扰流子进行再次回火处理；和步骤(4):将扰流子进行再次低温处理；其中:
步骤(I)的回火处理为低温回火，处理温度为90?150°C，处理时间为I?5h，优选I?4h ;步骤(2)的低温处理温度为-40°C?_75°C，处理时间为1min?5h，优选30min?Ih ；步骤(3)的回火处理为高温回火，处理温度为400?600°C，处理时间为I?6h，优选2_4h ；步骤(4)的低温处理温度为_190°C?-210°C，处理时间为20min?4h，优选30min?Ih ；并且，其中:在步骤(2)的低温处理后，控制扰流子回温至室温，升温速率为5?8°C /min ;在步骤(4)的低温处理后，控制扰流子回温至室温，升温速率为I?2°C / min ;并且重复上述步骤(I)至(4 )至少2个循环，优选3个以上的循环。
[0034]研究发现，在上述方法中，通过先进行低温回火和低温处理、再进行高温回火和更低温度的低温处理这样的有机协同组合，有效克服了扰流子制件材料组织结构可能由于使用过程中温差较大而劣化的可能。同时，通过大量繁复的试验，严格筛选、优化并控制低温回火、低温处理、高温回火和更低温度的低温处理所采用的温度，以及每次低温处理后回温至室温的速率，既有效、充分地减少了残余奥氏体，使残余应力得到更好的消除从而改善尺寸稳定性，避免在热冲击情况下变形，析出超细微碳化物，硬度增加，而且还由于低温回火和低温处理与高温回火和更低温度的低温处理的有机协同作用和多个循环，非常有效地控制了扰流子的第二类残余应力和第三类残余应力，避免使扰流子中发生残余内应力的松弛，极大提高抗热冲击并且有效避免了宏观裂纹等缺陷。
[0035]同时，本发明人经过大量研究还发现，必须仔细控制步骤(2)和步骤(4)低温处理后扰流子制件回温至室温的升温速率在上述适当范围内，以及控制步骤(4)低温处理后扰流子制件回温至室温的升温速率小于步骤(2)低温处理后扰流子制件回温至室温的升温速率，只有如此才能够获得扰流子抗热冲击性、冲击韧性和强度的良好综合改善。步骤(2)和步骤(4)低温处理后扰流子金属件回温至室温的升温速率优选呈直线升温形式。
[0036]在本发明的一个优选方面，所述膜式水冷壁为带有焊接角度Θ (即焊缝的倾角)的鳍片膜式水冷壁，Θ为40-50°，优选45°，并且所述水冷壁的材料满足A=51.5-0.01835t的关系式，其中k为水冷壁导热系数，t为以。C计的水冷壁最高温度。本发明人研究发现，当焊接角度为40-50°，优选45°时，与本领域常规使用的无焊接角度的矩形鳍片膜式水冷壁或者焊接角度不在所述范围内的膜式水冷壁相比，温度梯度小，热流密度分布均匀，较不易引起局部密度过高而影响水冷壁管寿命和危及锅炉安全。并且还发现，当水冷壁的材料满足所述关系式时，导热效果最佳。
[0037]在本发明的另一个优选方面，水冷壁材料为马氏体不锈钢。本发明人发现，本领域一般采用的碳钢水冷壁的外表由于壁温而容易形成氧化皮，并且由于热应力限制，要求壁温不能超过一定值，这严重限制了锅炉的使用范围。本发明人经过研究，首次开发了一种马氏体不锈钢，该马氏体不锈钢的组成以重量百分比计为:0.2% 彡 Mn 彡 1.0% ； 10% ^ Cr ^ 12% ； 1.5% ^ Mo ^ 3% ；9% ^ Ni ^ 14% ; 1.2% ^ Al ^ 2% ；0.5% 彡 Ti 彡 1.5%,其中 Al+Ti 彡 2.30% ；0.0001% ^ Co ^ 2% ；0.0001% ^ W ^ 1%，其中Mo+ (ff/2) ( 3% ；0.0001% 彡 P 彡 0.02% ；0.0001% 彡 S 彡 0.0050% ；0.0001% 彡 N 彡 0.0060% ；0.0001% 彡 C 彡 0.025% ；0.0001% 彡 Cu 彡 0.5% ；0.0001% ^ Mn ^ 3% ；0.0001% 彡 Si 彡 0.25 ;0.0001% 彡 O 彡 0.0050%,余量为 Fe ;并且使得:Ms (°C ) =1302-42Cr-63N1-30Mo+20Al-15ff-33Mn-28S1-30Cu-13Co+10Ti ^ 50, Cr eq/Ni eq 彡 1.05，其中 Cr eq(%) =Cr+2Si+Mo+l.5Τ?+5
?5A1+0.6ff, Ni eq(%)=2Ni+0.5Mn+30C+25N+Co+0.3Cu。
[0038]本发明的水冷壁可以由所述合金材料通过如下方法制得:
(O由铸锭制成半制成产品；
(2)在860-940°C下将所述半制成产品熔融来进行热处理，紧接着在转变点Ms以下并且在足够的时间期间，连续快速冷却至低于或等于-75°C的温度来进行深冷处理；
(3)在500-550°C时效退火，保持5-30小时的等温时间。
[0039]通过上述方法获得的本发明的水冷壁在高温下具有良好的抗断裂性和韧性，并且在高温下不易于产生表面氧化腐蚀(不起氧化皮)。
[0040]在本发明的进一步优选方面，焊接部分使用专用焊接钢材，该焊接钢材包含，以质量％计:
C 含量[C]为 0.010%?0.065% 的 C，
Si 含量[Si]为 0.08%?0.10%的 Si,
Mn 含量[Mn]为 1.55%?2.δ0% 的 Mn，
Ni 含量[Ni]为 0.15%?1.00%的 Ni，
Ti 含量[Ti]为 0.010%?0.015%的 Ti，
O 含量[O]为 0.0015%— 0.0050% 的 O, N 含量[N]为 0.001%?0.006% 的 N,
Mg 含量[Mg] % 0.0001%— 0.003%的 Mg，
Ca 含量[Ca]为 0.0001%— 0.003%的 Ca,
余量部分包含铁及不可避免的杂质；
将P含量[P]限制在0.005%以下，
将S含量[S]限制在0.005%以下，
将Al含量[Al]限制在0.003%以下，
将Nb含量[Nb]限制在0.010%以下，
将Cu含量[Cu]限制在0.30%以下，
将V含量[V]限制在0.020%以下；
在将钢组分函数Psm定义为下式(I)，且将钢组分硬度函数Ceqh定义为下式(2)时，所述Pscd为0.060%以下，且所述Ceqh为0.225%以下，
Pscd = [C] + [V] /3+ [Cu] /22+ [Ni]/67 (I)
Ceqh = [C] + [Si]/4.16+[Mn]/14.9+[Cu]/12.9+[Ni]/105 + 1.12 [Nb] + [V]/1.82⑵。
[0041]研究发现，只有当上述组分、含量和函数在上述范围内时，才能够最为有效地提高母材强度和韧性、改善母材的耐腐蚀性和热加工性、以及焊接部位的可靠性。
[0042]在本发明中，炉膛采用立式圆形结构，四周膜式水冷壁结构，U型烟气流程与水流程呈逆流布置，增加了烟气与水的换热温压，降低了排烟温度，增加了锅炉的热效率。对流受热面采用烟管结构，在烟管顶部布置有扰流子，加强了烟气的扰动，破坏了阻碍换热的边界层，减小了对流换热的热阻，垂直布置的对流受热面有利于锅炉检修时清洗水的排放。由于炉膛、中间烟道、对流换热部分相对独立，再加上水火管相互结合，使锅炉安装起来非常方便。另外，针对具体部位使用特定的材料，极大提高了锅炉的可靠性和安全性。
[0043]
【专利附图】
【附图说明】
[0044]图1是根据本发明的锅炉的纵截面示意图；
其中，1:燃烧器；2:圆形炉膛；3:对流受热面；4:节能器；5:烟气出口。
[0045]图2是根据本发明的带焊角鳍片膜式水冷壁的截面示意图；
其中，2-1:炉侧，2-2:墙侧，2-3:工质侧，Θ为焊接角的角度。
[0046]
【具体实施方式】
[0047]以下结合附图所示实施例对本发明作进一步的说明。
[0048]实施例1
如图1所示，一种燃油(气)锅炉，包含燃烧器1、圆形炉膛2、对流受热面3、节能器4、烟气出口 5，所述炉膛具有立式圆形结构，炉膛四周为膜式水冷壁结构，U型烟气流程与水流程呈逆流布置，对流受热面采用烟管结构，顶部布置有扰流子，加强烟气扰动，所述扰流子由碳钢制成，膜式水冷壁为带有焊接角度Θ的鳍片膜式水冷壁，Θ为45°。
[0049]本领域知晓的是，现有的锅炉通常采用的是立式方形炉膛，结构比较单一，不利于开发产品的多样化。在本发明中，所述炉膛结构简化了结构设计，解决了加工难题，改善炉膛的密封性，提高了锅炉的热效率，同时减轻炉墙及构架的重量，从而减少了锅炉成本。
[0050]炉膛四周可以为膜式水冷壁结构，U型烟气流程与水流程可以呈逆流布置。
[0051 ] 另外，对流受热面优选采用烟管结构，顶部可以布置有扰流子，加强烟气扰动。
[0052]上述设计增加了烟气与水的换热温压，降低了排烟温度，增加了锅炉的热效率。对流受热面采用烟管结构，在烟管顶部布置有扰流子，加强了烟气的扰动，破坏了阻碍换热的边界层，减小了对流换热的热阻，因此强化了气水换热。垂直布置的对流受热面有利于锅炉检修时清洗水的排放。由于炉膛、中间烟道、对流换热部分相对独立，再加上水火管相互结合，使锅炉安装起来非常方便。
[0053]对比例I
对比例I与实施例1相同，不同之处仅在于膜式水冷壁为无焊接角度的矩形鳍片膜式水冷壁。
[0054]实施例2
实施例2与实施例1相同，不同之处仅在于扰流子由耐热合金制成，耐热合金的组分为:基于该耐热合金的总重量计，2.5质量％的Mn，0.10质量％的Ti，2.0质量％的Fe，0.3质量％的Ni，0.2质量％的Si，0.12质量％的P，V含量为0.0010%,余量为Cu和不可避免的杂质。
[0055]在炉膛内，对扰流子的热冲击非常大，而通常的铁质或钢质扰流子难以满足要求，往往寿命较短。在本发明中，为了满足所述苛刻要求，通过大量研究，研制出一种耐热合金扰流子。
[0056]在该耐热合金中，Ti的加入可以非常有效地提高扰流子的抗热冲击性，这是先前所未曾预料到的。通过限制可能存在的V的含量在一定限度内，可以降低V元素对耐高温强度的不利影响。Fe的加入可以抑制加热过程中合金晶粒粗化，使得可以极大地提高合金的热传导率。Mn的加入可以使合金获得良好的固溶强化。适量P的加入可以有效弥补Fe的加入对合金强度的不利影响。本发明人经过深入研究，出人意料地发现，Fe与P的质量之比必须满足关系Fe/P=15-20，才能够实现强度和热传导率之间的良好性能平衡。
[0057]经过检测发现，由所述耐热合金制成的扰流子在使用时，其寿命是本领域常规铁质或钢质(如碳钢)扰流子寿命的16倍以上。
[0058]优选地，本发明人还对用所述耐热合金制成的扰流子(即扰流子制件)进行了回火与低温连续处理，所述回火与低温连续处理包括如下依次步骤:
步骤(I):将扰流子进行回火处理；步骤(2):将扰流子进行低温处理；步骤(3):将扰流子进行再次回火处理；和步骤(4):将扰流子进行再次低温处理；其中:
步骤(I)的回火处理为低温回火，处理温度为90?150°C，处理时间为I?5h，优选I?4h ;步骤(2)的低温处理温度为-40°C?_75°C，处理时间为1min?5h，优选30min?Ih ；步骤(3)的回火处理为高温回火，处理温度为400?600°C，处理时间为I?6h，优选2_4h ；步骤(4)的低温处理温度为_190°C?-210°C，处理时间为20min?4h，优选30min?Ih ；并且，其中:在步骤(2)的低温处理后，控制扰流子回温至室温，升温速率为5?8°C /min ;在步骤(4)的低温处理后，控制扰流子回温至室温，升温速率为I?2°C / min ;并且重复上述步骤(I)至(4 )至少2个循环，优选3个以上的循环。
[0059]研究发现，在上述方法中，通过先进行低温回火和低温处理、再进行高温回火和更低温度的低温处理这样的有机协同组合，有效克服了扰流子制件材料组织结构可能由于使用过程中温差较大而劣化的可能。同时，通过大量繁复的试验，严格筛选、优化并控制低温回火、低温处理、高温回火和更低温度的低温处理所采用的温度，以及每次低温处理后回温至室温的速率，既有效、充分地减少了残余奥氏体，使残余应力得到更好的消除从而改善尺寸稳定性，避免在热冲击情况下变形，析出超细微碳化物，硬度增加，而且还由于低温回火和低温处理与高温回火和更低温度的低温处理的有机协同作用和多个循环，非常有效地控制了扰流子的第二类残余应力和第三类残余应力，避免使扰流子中发生残余内应力的松弛，极大提高抗热冲击并且有效避免了宏观裂纹等缺陷。
[0060]同时，本发明人经过大量研究还发现，必须仔细控制步骤(2)和步骤(4)低温处理后扰流子制件回温至室温的升温速率在上述适当范围内，以及控制步骤(4)低温处理后扰流子制件回温至室温的升温速率小于步骤(2)低温处理后扰流子制件回温至室温的升温速率，只有如此才能够获得扰流子抗热冲击性、冲击韧性和强度的良好综合改善。步骤(2)和步骤(4)低温处理后扰流子金属件回温至室温的升温速率优选呈直线升温形式。
[0061]在本发明的一个优选方面，所述膜式水冷壁为带有焊接角度Θ (即焊缝的倾角)的鳍片膜式水冷壁，Θ为40-50°，优选45°，并且所述水冷壁的材料满足A=51.5-0.01835t的关系式，其中k为水冷壁导热系数，t为以。C计的水冷壁最高温度。本发明人研究发现，当焊接角度为40-50°，优选45°时，与本领域常规使用的无焊接角度的矩形鳍片膜式水冷壁或者焊接角度不在所述范围内的膜式水冷壁相比，温度梯度小，热流密度分布均匀，较不易引起局部密度过高而影响水冷壁管寿命和危及锅炉安全。并且还发现，当水冷壁的材料满足所述关系式时，导热效果最佳。
[0062]在本发明的另一个优选方面，水冷壁材料为马氏体不锈钢。本发明人发现，本领域一般采用的碳钢水冷壁的外表由于壁温而容易形成氧化皮，并且由于热应力限制，要求壁温不能超过一定值，这严重限制了锅炉的使用范围。本发明人经过研究，首次开发了一种马氏体不锈钢，该马氏体不锈钢的组成以重量百分比计为:0.2% 彡 Mn 彡 1.0% ； 10% ^ Cr ^ 12% ； 1.5% ^ Mo ^ 3% ；9% ^ Ni ^ 14% ; 1.2% ^ Al ^ 2% ；0.5% 彡 Ti 彡 1.5%,其中 Al+Ti 彡 2.30% ；0.0001% ^ Co ^ 2% ；0.0001% ^ W ^ 1%，其中Mo+ (ff/2) ( 3% ；0.0001% 彡 P 彡 0.02% ；0.0001% 彡 S 彡 0.0050% ；0.0001% 彡 N 彡 0.0060% ；0.0001% 彡 C 彡 0.025% ；0.0001% 彡 Cu 彡 0.5% ；0.0001% ^ Mn ^ 3% ；0.0001% 彡 Si 彡 0.25 ;0.0001% 彡 O 彡 0.0050%,余量为 Fe ;并且使得:Ms (°C ) =1302-42Cr-63N1-30Mo+20Al-15ff-33Mn-28S1-30Cu-13Co+10Ti ^ 50, Cr eq/Ni eq 彡 1.05，其中 Cr eq(%) =Cr+2Si+Mo+l.5Τ?+5
?5A1+0.6ff, Ni eq(%)=2Ni+0.5Mn+30C+25N+Co+0.3Cu。
[0063]本发明的水冷壁可以由所述合金材料通过如下方法制得:
(O由铸锭制成半制成产品；
(2)在860-940°C下将所述半制成产品熔融来进行热处理，紧接着在转变点Ms以下并且在足够的时间期间，连续快速冷却至低于或等于-75°C的温度来进行深冷处理；
(3)在500-550°C时效退火，保持5-30小时的等温时间。
[0064]通过上述方法获得的本发明的水冷壁在高温下具有良好的抗断裂性和韧性，并且在高温下不易于产生表面氧化腐蚀(不起氧化皮)。
[0065]在本发明的进一步优选方面，焊接部分使用专用焊接钢材，该焊接钢材包含，以质量％计:
C 含量[C]为 0.010%?0.065% 的 C，
Si 含量[Si]为 0.08%?0.10%的 Si,
Mn 含量[Mn]为 1.55%?2.δ0% 的 Mn，
Ni 含量[Ni]为 0.15%?1.00%的 Ni，
Ti 含量[Ti]为 0.010%?0.015%的 Ti，
O 含量[O]为 0.0015%— 0.0050% 的 O,
N 含量[N]为 0.001%?0.006% 的 N,
Mg 含量[Mg] % 0.0001%— 0.003% 的 Mg，
Ca 含量[Ca]为 0.0001%— 0.003% 的 Ca,
余量部分包含铁及不可避免的杂质；
将P含量[P]限制在0.005%以下，
将S含量[S]限制在0.005%以下，
将Al含量[Al]限制在0.003%以下，
将Nb含量[Nb]限制在0.010%以下，
将Cu含量[Cu]限制在0.30%以下，
将V含量[V]限制在0.020%以下；
在将钢组分函数Psm定义为下式(I)，且将钢组分硬度函数Ceqh定义为下式(2)时，所述Pscd为0.060%以下，且所述Ceqh为0.225%以下，
Pscd = [C] + [V] /3+ [Cu] /22+ [Ni]/67 (I)
Ceqh = [C] + [Si]/4.16+[Mn]/14.9+[Cu]/12.9+[Ni]/105 + 1.12 [Nb] + [V]/1.82⑵。
[0066]研究发现，只有当上述组分、含量和函数在上述范围内时，才能够最为有效地提高母材强度和韧性、改善母材的耐腐蚀性和热加工性、以及焊接部位的可靠性。
[0067]在本发明中，炉膛采用立式圆形结构，四周膜式水冷壁结构，U型烟气流程与水流程呈逆流布置，增加了烟气与水的换热温压，降低了排烟温度，增加了锅炉的热效率。对流受热面采用烟管结构，在烟管顶部布置有扰流子，加强了烟气的扰动，破坏了阻碍换热的边界层，减小了对流换热的热阻，垂直布置的对流受热面有利于锅炉检修时清洗水的排放。由于炉膛、中间烟道、对流换热部分相对独立，再加上水火管相互结合，使锅炉安装起来非常方便。另外，针对具体部位使用特定的材料，极大提高了锅炉的可靠性和安全性。
[0068]经测试显示，实施例1的锅炉的热效率比对比例I提高近12%，这表明带有焊接角度Θ的鳍片膜式水冷壁对温度场比较有利，可以改善热流密度分布。另外，经测试还显示，实施例2的扰流子寿命是实施例1的16.5倍，从而可以有效延长设备寿命、节约设备成本。
[0069]本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域技术人员能够制造和使用本发明。本发明的可授予专利的范围由权利要求书限定，且可以包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这种其它实例具有不异于权利要求书的字面语言的结构元素，或者如果这种其它实例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这种其它实例旨在处于权利要求书的范围之内。在不会造成不一致的程度下，通过参考将本文中参考的所有引用之处并入本文中。
【权利要求】
1.一种燃油(气)锅炉，其包含炉膛和对流受热面。
2.根据权利要求1的燃油(气)锅炉，其还包含燃烧器和节能器。
3.根据权利要求1或2的燃油(气)锅炉，其中所述炉膛具有立式圆形结构。
4.根据权利要求3的燃油(气)锅炉，其中炉膛四周为膜式水冷壁结构，U型烟气流程与水流程呈逆流布置。
5.根据权利要求3或4的燃油(气)锅炉，其中对流受热面采用烟管结构，顶部布置有扰流子，加强烟气扰动。
6.根据权利要求5的燃油(气)锅炉，其中所述扰流子由耐热合金制成。
7.根据权利要求6的燃油(气)锅炉，其中所述扰流子经过回火与低温连续处理。
8.根据权利要求5-7中任一项的燃油(气)锅炉，其中所述膜式水冷壁为带有焊接角度Θ的鳍片膜式水冷壁，Θ为40-50°，优选45°，并且所述水冷壁的材料满足左=51.5-0.01835t的关系式，其中k为水冷壁导热系数，t为以。C计的水冷壁最高温度。
9.根据权利要求8的燃油(气)锅炉，其中水冷壁材料为锅炉专用管材。
10.根据权利要求8或9的燃油(气)锅炉，其中焊接部分使用焊接钢材，该焊接钢材包含，以质量％计: C 含量[C]为 0.010%?0.065%的 C， Si 含量[Si]为 0.08%?0.10%的 Si, Mn 含量[Mn]为 1.55%?2.δ0% 的 Mn， Ni 含量[Ni]为 0.15%?1.00%的 Ni， Ti 含量[Ti]为 0.010%?0.015%的 Ti， O 含量[O]为 0.0015%— 0.0050%的 O, N 含量[N]为 0.001%?0.006% 的 N,
Mg 含量[Mg] % 0.0001%— 0.003%的 Mg， Ca 含量[Ca]为 0.0001%— 0.003%的 Ca, 余量部分包含铁及不可避免的杂质； 将P含量[P]限制在0.005%以下， 将S含量[S]限制在0.005%以下， 将Al含量[Al]限制在0.003%以下， 将Nb含量[Nb]限制在0.010%以下， 将Cu含量[Cu]限制在0.30%以下， 将V含量[V]限制在0.020%以下； 在将钢组分函数Psm定义为下式(I)，且将钢组分硬度函数Ceqh定义为下式(2)时，所述Pscd为0.060%以下，且所述Ceqh为0.225%以下，
Pscd = [C] + [V] /3+ [Cu] /22+ [Ni]/67 (I)
Ceqh = [C] + [Si]/4.16+[Mn]/14.9+[Cu]/12.9+[Ni]/105 + 1.12 [Nb] + [V]/1.82⑵。
【文档编号】F24H9/18GK104374080SQ201410605072
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年11月3日 优先权日:2014年11月3日
【发明者】郭强 申请人:郭强