专利名称：蒸汽发生装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及超临界压力变压运行的蒸汽发生装置。
安装在燃烧重油、煤、天然气等矿物燃料、利用其燃烧热产生蒸汽的蒸汽发生装置(锅炉)中的燃烧器，若蒸汽发生装置大型化其个数也要增加，其配置方式大致可以分为如
图14(a)、(b)中所示的在锅炉前壁进行燃烧的前侧燃烧式，如图15(a)、(b)中所示的在锅炉前后方燃烧的对向燃烧式，以及如图16(a)、(b)中所示的从锅炉角部向锅炉中央吹入的回旋燃烧式。
其中的回旋燃烧方式，如图16(b)所示，由于是把燃料与燃烧空气对准锅炉中心的假想圆沿切线方向吹入而在锅炉中央形成旋转的火焰除了燃烧稳定以外，还能使锅炉负载比较均匀，而且NOx生成量也少。在这种情况下，燃烧器的风箱是如图16(a)与图17中所示地铅直地沿纵向配置的。
一方面，用翅片把许多蒸发管焊接成板状，并把此蒸发管铅直地配置成图18所示状态而组装成锅炉，锅炉水在此蒸发管中上升而吸收锅炉内产生的热。
可是，在高负荷时以超临界压力运行、低负荷时以亚临界压力运行的变压运行锅炉中，在低负荷时，在高热负荷区中蒸发管内成为水、蒸气共存的气液二相流状态，其结果会产生使管壁温度不稳定的膜状沸腾现象，从而会损伤蒸发管。为此，在过去则采用下列方法，即，使用内部有图19所示螺旋状突起的特殊结构管即所谓来复膛线管作为高热负荷区的垂直蒸发管，在低负荷时对管内流体进行搅拌而稳定管壁温度的方法；或者如图20中所示地使高热负荷区的锅炉蒸发管相对于水平成大约30°地倾斜配置，减少此部分的蒸发管数提高管内流速而使管壁温度稳定的方法。
在图18中所示的现有的锅炉中，由于燃料、锅炉负荷、使用燃烧器的位置等的不同，锅炉内热负荷分布是时常变化的，其结果就使得配置在锅炉周壁上的各垂直管的吸热分布会如图11中虚线所示地产生从60％到140％的极大差异，就可能产生锅炉壁出口的金属温度的极大的不均衡。其倾向并不因其在锅炉内的高度而有多大的不同。
另外，在使用图20中所示倾斜蒸发管的锅炉的场合中，由于倾斜的蒸发管是成螺线，盘旋上升而构成炉壁的，虽能使锅炉内热负荷分布的变动趋于均匀，但由于不能靠炉壁管本身支持锅壁的重量，故需要使用特殊的吊装板。又由于从倾斜蒸发管转向垂直管的部位管的数量增加到两倍，要使用图21中所示的叉管或通过连接头进行连接，使结构变得复杂。
而在现有技术中把燃烧器风箱铅直地沿纵向配置时，由于在燃烧器部分或特定的蒸发管的全长上常常不能接收炉内燃气的辐射热量或者在其它特定的蒸发管上总是承受高的热负荷，就会如图12所示地在锅炉出口处产生大的吸热差异，由于在构成锅炉壁的管间的温度不均衡，在锅炉壁上就会作用有相当大的热应力而往往导致其损坏。
本发明人为了解决上述的现有技术中的问题，而提出的蒸汽发生装置是在超临界压力与亚临界压力力两方面运行的蒸汽发生装置中采用如下解决方案，其第1解决方案的特征是使构成锅炉壁的蒸发管在上部与下部取铅直方向，而在中央部分则取相对于铅直线成10°至35°倾斜的方向；其第2解决方案的特征是除了上述特征之外，还使燃烧器风箱顺着上述蒸发管的斜度倾斜并上下分割成多段。
在上述第1解决方案中，由于使构成炉壁的蒸发管在上下方向的中央部位上是朝向相对于铅直线只有10°至35°倾斜的方向的，就能横跨吸热多的炉壁宽度方向中央部与吸热少的角部地配置各蒸发管，从而使各蒸发管吸热趋于均匀，减轻锅炉壁出口的温度不均衡。
由于其倾斜角较小，故不需要像现有的螺旋盘管锅炉那样地要改变炉壁上部、下部与中央部上的管数，只要变更管距即可。因而也不必使用叉管与连接管插件。又由于倾斜角小，倾斜蒸发管的自重可由自身支持而不需要特殊的悬吊具等。
在上述第2解决方案中，由于燃烧器风箱顺着上述蒸发管的斜度倾斜，在水平方向上分散了燃烧器的安装位置，故能使热负荷均匀，还由于把其燃烧器风箱分为2或3段，故能使配置在燃烧器位置上的蒸发管也被分散，可使各蒸地管的吸热更加均匀。
图1是表示本发明第1实施例锅炉的侧视图。
图2是图1的水平剖视图。
图3是图1的局部放大图。
图4是表示本发明第2实施例锅炉的侧视图。
图5是图4的局部放大图。
图6是图4的水平剖视图。
图7是沿图5中VII-VII线的剖视图。
图8是上述第2实施例中的燃烧器立体图。
图9是使上述燃烧器倾斜时的回旋圆的俯视图。
图10是表示锅炉蒸发管的铅垂方向吸热分布图。
图11是与现有技术进行比较的上述第1实施例的锅炉壁的水平方向吸热分布图。
图12表示过去的回旋燃烧式燃烧器的平面图及锅炉热吸收率图。
图13是上述第2实施例的回旋燃烧器的平面图及锅炉热吸收率图。
图14表示过去的前侧燃烧式燃烧器部的一个例子，(a)为正视图，(b)为平面图。
图15表示过去的对向燃烧式燃烧器部的一个例子，(a)为正视图，(b)为平面图。
图16表示过去的回旋燃烧式燃烧器部的一个例子，(a)为正视图，(b)为平面图。
图17是图16(a)中局部的详图。
图18是表示过去的垂直管锅炉壁一个例子的侧视图。
图19是表示过去的在垂直管壁的高热负荷部上使用的特殊管之一例的局部剖切立体图。
图20是表示过去的螺旋盘管炉壁之一例的侧视图。
图21是表示在过去的螺旋盘管炉壁上使用的叉管之一例的图(图20中XXI部的详图)。
实施例图1是表示本发明第1实施例的锅炉侧视图，图2是其水平剖视图，图3是图1中局部放大图。
本实施例中，构成锅炉壁(1)的蒸发管，其下部蒸发管(2)与上部蒸发管(4)是沿铅直方向而中央部的蒸发管(3)是沿相对于铅直线仅成15°倾斜的方向配置的。锅炉内的铅直方向吸热分布如图10中所示，从最下段燃烧器位置到最上段燃烧器的上方为高热负荷带。在本实施例中，把从吸热率低的锅炉上部与底部到燃烧器风箱之下的蒸发管(4)、(2)铅直地配置，而在高吸热的燃烧器区则以约15°的倾角配置蒸发管(3)。
下面，依据图3来说明本实施例的蒸发管间距、管径及翅片宽度。下部的蒸发管(2)，由于管内流体的比容积小，管外径为28.6mm、管间距为44.5mm。翅片宽度为15.9mm。中央部的蒸发管(3)具有相同的外径28.6mm，而管距为43.0mm(44.5mm×COS15°)，翅片宽度为14.4mm，上部蒸发管(4)中，由于管内蒸汽含有率增加压力损失变大，管外径增大到31.8mm。管距与下部相同为44.5mm，翅片宽度为12.7mm，其结果使全体流量分配更容易调节。
本实施例中，热负荷最高的高燃烧器区(炉壁高度方向中央部)是以相对于铅直线约15°倾斜的蒸发管构成的，使锅炉吸热累计显著地趋于均匀，即，如图11中实线所示，为最大120％，最少80％，对过去的大约有1/2的不均衡的情况进行模拟计算的结果判明，证实它有相当大的抑制温度不均衡的效果。
锅炉的吸热模式，自锅炉下部直到燃烧器上部附近大体具有同一倾向，这已由实际所证实。至于炉壁的宽度方向，对于角部燃烧的燃烧器来说是成为各炉壁的中央部分吸热最多而左右角部吸热最少地大体对称地分布的，当用相对于铅直线只倾斜15°的蒸发管构成炉壁时，各蒸发管成为从锅炉的下部至上部横向移动只约为炉壁宽度的1/2状态。即，1根蒸发管通过吸热大与吸热小的两个区域，故使吸热均匀。
在本实施例中的把上下方向中央部分的蒸发管相对于铅直线倾斜15°的情况下，在上述尺寸的例中，其倾斜部与铅直部的管距之差仅仅为3.4％，故不使用叉管与连接管插件也可以将倾斜与铅直管连接起来。与相对水平成30°倾斜的图20所示的过去的倾斜蒸发管相比，由于在本实施例中对垂直荷重的应力减低到约1/2，故可以不用过去的为降低作用在炉壁管上的应力而使用的特殊悬吊板。
本发明的倾斜蒸发管相对于铅直线的倾斜角，实用时可在10°到35°的范围内取值。不足10°时会失去其纠正热负荷分布不均的效果，在超过35°时倾斜管将不能支持其自重。
图4是本发明第2实施例的锅炉侧视图，图5是图4的局部放大图，图6是图4的水平剖面图，图7是图5中的VII-VII线剖视图，图8是第2实施例中的燃烧装置的立体图。
本实施例也和第1实施例一样，构成炉壁(1)的蒸发管中，下部蒸发管(2)及上部蒸发管(4)顺着铅直方向，中央部的蒸发管(3)相对铅直线仅倾斜15°。在本实施例中，还使燃烧器风箱(5)顺上述蒸发管(3)的倾斜方向而倾斜，并且上下分为3段，各分割出的燃烧器风箱(5)的中心设置在大致同一铅直线上，因而各燃烧器水平方向位置虽然不同，也能把燃料与燃烧用空气从各燃烧器喷向水平断面内假想圆(6)的切线方向，而且能使燃料与空气喷嘴成为沿约15°倾斜的平面上下倾斜30°的结构。
在如上所述的实施例中，由于燃烧器风箱(5)上下地分为3段，并相对于铅垂线倾斜15°，故燃烧器的安装位置在炉壁的水平方向上是各不相同的，燃烧器高度的热负荷，在燃烧器吹出口附近较高，喷出部移动热负荷也就处于趋于平均的方向。
而在燃烧部附近，不受炉内产生的热辐射的管与受较大热辐射的管靠近，在这些管上会产生温度差，但在本实施例中，由于把分为多段的各风箱(5)的中心配置在离炉壁侧端的同一距离上，并相对于铅直线倾斜15°，使得承受较多的各风箱部辐射热的蒸发管与不受辐射热的蒸发管(3a)各不相同，结果使锅炉壁出口的温度差变小。即，在过去如图12中所示的锅炉出口的炉幅方向上存在有60～140％的相当大的不均匀，但在本实施例中则如图13中所示地为85～120％，得到了大幅度地改善。从而，进一步地减少了炉壁出口金属温度的不均衡，大幅度地降低了锅炉壁的应力。
此外，在本实施例中，如上所述，使风箱(5)按照蒸发管(3)的斜度而倾斜，其结果，使燃烧器部管的弯折变得容易。
又由于本实施例的燃料与空气喷嘴能上下倾斜30°，当锅炉在高负荷时，使燃烧器为水平或向下，当低负荷时，为控制蒸汽温度使其向上。当使燃烧器向上时，假想圆(6)就会如图9所示地变小，使回旋增强，即使在低负荷时也能稳定地燃烧。
使用本发明能使锅炉蒸发管在炉壁宽度方向的吸热分布格外地均匀，能大幅度地减少锅炉蒸发管出口管相互间的温度差。从而减少由于此温度差而造成的锅炉壁的应力，使之能长期安全地连续运转。而且也不需要像过去的螺旋盘管锅炉中那样的叉管与连接管插件，也不需要特别的增强件等。
权利要求
1.一种蒸汽发生装置，能在超临界压力和亚临界压力两种情况下运转，其特征在于，构成锅炉壁(1)的蒸发管(2、3、4)的上部及下部取铅直方向，中央部分则分别朝向相对于铅直线仅为10°至35°倾斜的方向。
2.如权利要求1中所述的蒸汽发生装置，其特征在于，燃烧器风箱(5)顺着上述蒸发管(3)的斜度而倾斜，并上下分成多段。
全文摘要
一种超临界压力变压运行的蒸汽发生装置，它能抑制因锅炉内热负荷分布不匀而造成的炉壁蒸发管出口温度的不均衡，降低炉壁的热应力。吸热率大的燃烧器附近高度的蒸发管(3)相对于铅直线约倾斜15°，燃烧器风箱(5)也与之相应地倾斜，并上下分割成2、3段，锅炉上部、下部的蒸发管(4)、(2)则铅直配置。由于各蒸发管(3)横跨炉壁宽度方向中央部与角部地配置而使各蒸发管吸热均匀，由于蒸发管(3)的倾角小，故不必像过去的螺旋盘管式那样地在上、下部与中央部改变管的数目，还由于可用倾斜蒸发管本身支持自重，使结构简单，因燃烧器风箱(5)也倾斜并被上下分割，燃烧器安装位置分散到各蒸发管上，使热负荷均匀。
文档编号F22B29/02GK1168458SQ9610228
公开日1997年12月24日 申请日期1996年6月14日 优先权日1996年6月14日
发明者甲斐德亲, 佐藤进, 福田恒夫, 金子祥三 申请人:三菱重工业株式会社