一种新型超临界二氧化碳锅炉双室炉的制作方法

本发明涉及锅炉领域，具体涉及一种新型超临界二氧化碳锅炉双室炉。

背景技术：

以超临界二氧化碳为工质的布雷顿循环具有广阔的发展前景，未来能够应用于航空航天、发电等诸多行业。超临界二氧化碳锅炉具有进口工质温度高的特点，同时由于超临界二氧化碳作为气体在相同质量流速下与管壁换热系数显著低于水，小容量的超临界二氧化碳锅炉由于工质流量小对金属壁面冷却能力更差，采用常规室燃炉结构尤其在变负荷运行时存在较大的风险，容易引起超温爆管事故。

技术实现要素：

本发明的目的：为了解决超临界二氧化碳锅炉进口工质温度高，超临界二氧化碳作为气体在相同质量流速下与管壁换热系数显著低于水，小容量的超临界二氧化碳锅炉工质流量小对金属壁面冷却能力更差，采用常规室燃炉结构在变负荷运行时存在较大的风险，容易引起超温爆管事故的问题，本发明提出一种新型超临界二氧化碳锅炉双室炉。

发明内容：一种新型超临界二氧化碳锅炉双室炉，它包括燃烧室、烟气辐射冷却室、烟道、末级受热面、超临界二氧化碳入口集箱和超临界二氧化碳出口集箱；

所述烟气辐射冷却室竖向设置，烟气辐射冷却室的底端与燃烧室的排烟端连接，烟气辐射冷却室的上端与烟道的入口端连接，烟气辐射冷却室的下部设有超临界二氧化碳入口集箱，烟气辐射冷却室的上部设有超临界二氧化碳出口集箱；

烟道由入口端至出口端向下设置，烟道内部设有末级受热面。

进一步地，所述燃烧室、烟气辐射冷却室之间设有膨胀节一。

再进一步地，所述膨胀节一为耐高温膨胀节。

进一步地，所述烟气辐射冷却室和烟道之间设有膨胀节二。

进一步地，所述烟道为浇筑料烟道。

再进一步地，所述烟气辐射冷却室上端的侧部与烟道的入口端连接。

进一步地，所述烟气辐射冷却室由超临界二氧化碳冷却的金属膜式壁构成。

有益效果：设计了一种能够适应变负荷运行小容量超临界二氧化碳双室炉布置方案，能够实现烟气高热负荷区与超临界二氧化碳工质低温区耦合，确保炉膛换热的同时安全可靠密封，同时烟气冷却室烟气进出口均设置有膨胀节能够吸收烟气冷却室自身膨胀，方便后续烟道自由布置。

附图说明

图1是发明产品结构示意图；

图2是图1的a-a向示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：一种新型超临界二氧化碳锅炉双室炉，它包括燃烧室1、烟气辐射冷却室3、烟道5、末级受热面6、超临界二氧化碳入口集箱7和超临界二氧化碳出口集箱8；

所述烟气辐射冷却室3竖向设置，烟气辐射冷却室3的底端与燃烧室1的排烟端连接，烟气辐射冷却室3的上端与烟道5的入口端连接，烟气辐射冷却室3的下部设有超临界二氧化碳入口集箱7，烟气辐射冷却室3的上部设有超临界二氧化碳出口集箱8；

烟道5由入口端至出口端向下设置，烟道5内部设有末级受热面6。

燃烧室1包含有燃烧器、点火枪、火检、耐火料砌筑空腔等部件,负责燃烧空间构建；烟气辐射冷却室3对燃烧室1产生的烟气进行辐射降温，同时，由超临界二氧化碳入口集箱7进入低温超临界二氧化碳，进入锅炉的烟气也从烟气辐射冷却室3底部进入，这样高热负荷区与低超临界二氧化碳气温区匹配，能够有效减少冷却室壁面温度过高而导致的超温失效，低温超临界二氧化碳加热后由超临界二氧化碳出口集箱8排出，烟气通过烟气辐射冷却室3后，进入烟道5，最终与末级受热面6换热。

具体实施方式二:所述燃烧室1、烟气辐射冷却室3之间设有膨胀节一2。

其他实施方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：所述膨胀节一2为耐高温膨胀节。

其他实施方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式四；所述烟气辐射冷却室3和烟道5之间设有膨胀节二4。

其他实施方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：所述烟道5为浇筑料烟道。

其他实施方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：所述烟气辐射冷却室3上端的侧部与烟道5的入口端连接。

其他实施方式与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：所述烟气辐射冷却室3由超临界二氧化碳冷却的金属膜式壁构成。

其他实施方式与具体实施方式一相同。

工作原理：将燃烧与换热这两个过程分离开，将锅炉分为三部分：燃烧室1、烟气辐射冷却室3及末级受热面6。燃烧室1包含有燃烧器、点火枪、火检、耐火料砌筑空腔等部件,负责燃烧空间构建。燃烧室1通过膨胀节2(耐高温膨胀节)与烟气辐射冷却室3。烟气辐射冷却室3为由超临界二氧化碳冷却的金属膜式壁形成的空腔。烟气辐射冷却室3与烟道5(尾部浇注料烟道)通过膨胀节4(非金属膨胀节)连接，烟道5内布置末级受热面6。燃料(燃气、燃油)在燃烧室1内完成燃烧，燃烧产生的高温烟气进入烟气辐射冷却室3以热辐射方式进行换热，在烟气辐射冷却室3中进入锅炉超临界二氧化碳进行初步加热的同时，燃烧后的高温烟气温度降低。由于烟气自烟气辐射冷却室3进入，因此整个冷却室壁面热负荷趋势沿烟气流动方向基本呈现线性降低，进入锅炉的低温超临界二氧化碳也从烟气辐射冷却室3进入，这样高热负荷区与低超临界二氧化碳气温区匹配，能够有效减少冷却室壁面温度过高而导致的超温失效，提高锅炉变负荷下安全性。烟气自烟气冷却室出口进入尾部浇筑料烟道5与末级受热面6对流换热，二氧化碳将被加热到额定所需的设计温度后排出。

技术特征：

1.一种新型超临界二氧化碳锅炉双室炉，其特征在于：它包括燃烧室(1)、烟气辐射冷却室(3)、烟道(5)、末级受热面(6)、超临界二氧化碳入口集箱(7)和超临界二氧化碳出口集箱(8)；

所述烟气辐射冷却室(3)竖向设置，烟气辐射冷却室(3)的底端与燃烧室(1)的排烟端连接，烟气辐射冷却室(3)的上端与烟道(5)的入口端连接，烟气辐射冷却室(3)的下部设有超临界二氧化碳入口集箱(7)，烟气辐射冷却室(3)的上部设有超临界二氧化碳出口集箱(8)；

烟道(5)由入口端至出口端向下设置，烟道(5)内部设有末级受热面(6)。

2.根据权利要求1所述的一种新型超临界二氧化碳锅炉双室炉，其特征在于：所述燃烧室(1)、烟气辐射冷却室(3)之间设有膨胀节一(2)。

3.根据权利要求2所述的一种新型超临界二氧化碳锅炉双室炉，其特征在于：所述膨胀节一(2)为耐高温膨胀节。

4.根据权利要求1所述的一种新型超临界二氧化碳锅炉双室炉，其特征在于：所述烟气辐射冷却室(3)和烟道(5)之间设有膨胀节二(4)。

5.根据权利要求1所述的一种新型超临界二氧化碳锅炉双室炉，其特征在于：所述烟道(5)为浇筑料烟道。

6.根据权利要求1所述的一种新型超临界二氧化碳锅炉双室炉，其特征在于：所述烟气辐射冷却室(3)上端的侧部与烟道(5)的入口端连接。

7.根据权利要求1所述的一种新型超临界二氧化碳锅炉双室炉，其特征在于：所述烟气辐射冷却室(3)由超临界二氧化碳冷却的金属膜式壁构成。

技术总结
本发明涉及锅炉领域，具体涉及一种新型超临界二氧化碳锅炉双室炉,为了解决超临界二氧化碳锅炉进口工质温度高，采用常规室燃炉结构在变负荷运行时存在较大的风险，容易引起超温爆管事故的问题，烟气辐射冷却室竖向设置，烟气辐射冷却室的底端与燃烧室的排烟端连接，烟气辐射冷却室的上端与烟道的入口端连接，烟气辐射冷却室的下部设有超临界二氧化碳入口，烟气辐射冷却室的上部设有超临界二氧化碳出口；烟道的出口端内部设有末级受热面，能够实现烟气高热负荷区与超临界二氧化碳工质低温区耦合，确保炉膛换热的同时安全可靠密封，同时烟气冷却室烟气进出口均设置有膨胀节能够吸收烟气冷却室自身膨胀，方便后续烟道自由布置。

技术研发人员：黄莺;苏宏亮;殷亚宁;王婷;徐彦辉;李冲;苗闪闪;王禹朋
受保护的技术使用者：哈尔滨锅炉厂有限责任公司
技术研发日：2020.07.21
技术公布日：2020.10.23