專利名稱：用于蒸汽發(fā)生器的節(jié)能裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及生產(chǎn)用于電力生產(chǎn)的蒸汽所用的蒸汽發(fā)生器，且更具體 地涉及用于改進現(xiàn)有蒸汽發(fā)生器以適應具有顯著不同燃燒特性(諸如當煤炭燃 燒時所產(chǎn)生的廢氣溫度)的不同煤的點燃的方法和裝置。
背景技術(shù)：
對于用在工業(yè)或?qū)嶋H應用的蒸汽生產(chǎn)中的鍋爐或蒸汽發(fā)生器的總體說明，
讀者可參見巴布考克&威爾考克斯公司(Babcock& Wilcox Company)版權(quán) 2005， Kitto和Stultz編輯的第41版的Steam/its generation and use,其內(nèi)容如 在此完全闡述那樣以參見的方式納入本文。
圖1示出由巴布考克&威爾考克斯公司(Babcock& Wilcox Company)設(shè) 計和制造的、1300MW的超臨界壓力的UP⑧蒸汽發(fā)生器。簡要地說，將煤粉 碎成所要求的細度并通過將煤與空氣在燃燒過程中混合的燃燒器傳送到熔爐。 在燃燒過程中產(chǎn)生的熱廢氣向上流過熔爐。熔爐壁是焊接的隔膜管壁構(gòu)造。形 成這些壁的管子傳輸穿過其中的作業(yè)流體，該作業(yè)流體從燃燒過程吸收熱量來 產(chǎn)生蒸汽。廢氣從熔爐流出并跨過由多個管子組成的加熱表面的各種管簇。二 級過熱器和再加熱過熱器(懸垂物)位于蒸汽發(fā)生器的上部。加熱表面的這些 管簇從穿過這里流動的廢氣吸收熱量，增加在這些管道內(nèi)傳輸?shù)淖鳂I(yè)流體的溫 度，同時廢氣的溫度逐漸降低。然后廢氣行進到對流通道，并從該處向下穿過 也由傳輸作業(yè)流體的多個管子組成的加熱表面的另外的管簇，即主級過熱器、 再加熱過熱器(水平的)和節(jié)能裝置。然后廢氣從蒸汽發(fā)生器流出并傳輸?shù)娇?氣加熱器，空氣加熱器從廢氣吸收附加熱量，該熱量用來預加熱用進行燃燒的 進入空氣。 一些用于進行燃燒的空氣用來干燥粉煤并將粉煤從粉碎機運送至燃 燒器，這些空氣稱為主要空氣；燃燒平衡的空氣通常稱為二級空氣并通過壓力 通風機傳輸?shù)饺紵?。在所示蒸汽發(fā)生器中，示出舊式蒸汽發(fā)生器控制器，該控制器利用氣體調(diào)節(jié)端口和氣體回流風機的組合來將燃燒廢氣分配到各適當 的位置。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所已知的那樣，還已知不利用氣體調(diào)節(jié)和氣 體回流的其它蒸汽溫度控制方法，但是這種蒸汽發(fā)生器的其它方式的基本運行 原理保持不變。
因此，應當理解，在電力生產(chǎn)中，需要各種設(shè)備。鍋爐或蒸汽發(fā)生器是多 種設(shè)備的組合，多種設(shè)備在組合時使用由礦物燃料釋放的熱量來加熱作業(yè)流體 (通常是水)并產(chǎn)生過熱蒸汽。該蒸汽具有大量的能量，該能量用于使渦輪的 葉片旋轉(zhuǎn)。鍋爐點燃諸如煤之類的礦物燃料，該燃料產(chǎn)生穿越幾個不同類型熱 交換器的高溫廢氣，熱交換器將熱量從廢氣傳遞到水和蒸汽系統(tǒng)。水從廢氣中 吸收熱量的第一熱交換器是節(jié)能裝置。
圖2是已知節(jié)能裝置的立體圖，總體標以標號IO，包括入口管簇12和出 口管簇14，且該節(jié)能裝置通常位于蒸汽發(fā)生器對流通道的下部。根據(jù)特定蒸汽 發(fā)生器的需要，還可緊接著入口和出口管簇設(shè)置節(jié)能裝置的其它管簇。節(jié)能裝 置IO包括以蜿蜒形式設(shè)置的幾百根管子16。節(jié)能裝置入口集管接收水并將水 分配到各管子16。多個管子16將水向上傳輸，與燃燒廢氣流動的方向相反(如 圖所示)，從廢氣吸收熱量。在節(jié)能裝置出口管簇14的水出口 (廢氣入口) 處，緊鄰的集管20收集來自各個管子16的加熱的水，混合掉熱吸收中的任何 不平衡。緊接的集管20又連接到節(jié)能裝置縱向管22，縱向管22將加熱的水通 過(在其中)管子向上傳輸，管子包括其它類型加熱表面的管簇。如圖2所示， 水平主級過熱器入口管簇30直接位于節(jié)能裝置10的上方。中間集管20用作 幾個目的。首先，它們用作消除在水通過節(jié)能裝置IO期間已被加熱的水的溫 度的不平衡的混合點。其次，縱向管22的側(cè)到側(cè)的間距選擇成精確地與它們 穿過的以上定位的加熱表面的側(cè)到側(cè)間距相適應；在所示情況下，是主級過熱 器30的側(cè)到側(cè)間距。此外，中間集管20可按要求定位，使得縱向管22、從縱 向管22懸掛的附連的機械支承件24以及非冷卻機械階梯桿支承件26可按要 求設(shè)置。
如上述Steam 4^參考文獻所述，根據(jù)氣體溫度，節(jié)能裝置位于管壁鑄件 內(nèi)或位于鑄件壁內(nèi)。 一般而言，鑄件鑄件用在850F (454C)或以下，并可使 用廉價碳鋼。如果使用鑄件鑄件，不能支承節(jié)能裝置。但是，管壁鑄件可用作支承件。
通過分析各管子和管組件中可允許偏差確定支承點的數(shù)量。偏差對于管子
排水能力是很重要的。圖2、 3、 4和5示出其它節(jié)能裝置支承設(shè)置。
如圖3所示，壁或端部支承件通常選擇成跨距相對短并需要焊接到或附連 到管壁鑄件44的橋接鑄件40或各個凸片42。可在各管管簇上設(shè)置減震器46 以降低廢氣流動產(chǎn)生的振動。如圖4所示，如果鑄件壁(通常是主級過熱回路) 集管、諸如下部對流通道鑄件壁集管50位于節(jié)能裝置IO上方，則也存在其它 可能性。在該情況下，支承機構(gòu)又經(jīng)由非冷卻支承機構(gòu)，這次是與形成節(jié)能裝 置10的管簇12、 14的管子16的端部配合的端部支承桿52的形式。
四分之一點縱向條支承件用于超過用于端部支承件的限制的跨度；圖5 中示出了這種情況?？v向件22在標號24處機械連接到節(jié)能裝置部分14等， 該節(jié)能裝置部分14等由階梯形支承件26保持。暴露于熱入口氣體的支承件可 由不銹鋼制成，而低級別材料通常用于制成暴露于溫度降低氣體的下部管簇。 在B&W設(shè)計中，縱向管22通常還將其它水平對流表面支承在節(jié)能裝置10 上方。如果離開最下部節(jié)能裝置管簇12的氣體溫度足夠低，有時也使用底 部支承件。
因此根據(jù)圍繞節(jié)能裝置的鑄件，通常以兩種方式之一來支承節(jié)能裝置。如 果鑄件是管壁鑄件且節(jié)能裝置的跨距不是太長，則通過橋接鑄件和支承拉片從 管壁支承節(jié)能裝置。如果鑄件是鑄件且主級或再加熱過熱集管位于節(jié)能裝置上 方，則可使用非冷卻機械支承階梯桿進行支承。
過去巴布考克&威爾考克斯公司(Babcock& Wilcox Company) (B&W) 使用稱為縱梁支承的節(jié)能裝置。但是，在這些設(shè)計中，縱向管并未行進穿過節(jié) 能裝置。而是，如上述圖2和5中所示，節(jié)能裝置10的管簇12、 14的實際支 承使用通過機械支承件24連接到節(jié)能裝置中間集管20的非冷卻機械階梯桿支 承件26。然后節(jié)能裝置中間集管20由縱向管22支承在廢氣溫度較高的對流通 道區(qū)域的上部。
對于許多供電行業(yè)，經(jīng)濟和排放規(guī)則使發(fā)電廠業(yè)主改變初始設(shè)計燃料。蒸 汽發(fā)生器一般設(shè)計成適應特定類型的煤，這就設(shè)定了熔爐尺寸和熱輸入?yún)?shù)、 造渣和污垢指標、煤炭粉碎機和相關(guān)燃燒器、空氣加熱器等。對于給定的熔爐尺寸和點燃條件，燃料的選擇還確定了離開熔爐的廢氣的熔爐出口氣體溫度， 且還采用該溫度、以及氣體重量、氣體特性和其它熱傳遞參數(shù)設(shè)計將要設(shè)置的 過熱器、再加熱器和節(jié)能裝置表面的特定布置。不同的煤在起初不是為這種煤 設(shè)計的蒸汽發(fā)生器中燃燒通常會產(chǎn)生不同的性能。在很多情況下，這種煤的變 換通常導致從熔爐排出的較高的燃料氣體溫度，且這種增加的溫度曲線遍及整 個輻射和對流氣體路徑，包括進入節(jié)能裝置的氣體溫度。這些較高溫度可使常 規(guī)非冷卻機械支承系統(tǒng)變得體積龐大且成本昂貴。因而，可提供這種適應性的 翻新現(xiàn)有蒸汽發(fā)生器的成本低廉的有燃料適應性的蒸汽發(fā)生器裝置和方法在 工業(yè)領(lǐng)域會受歡迎的。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的節(jié)能裝置設(shè)計是通過增加允許寬泛范圍的燃料在蒸汽發(fā)生 器中燃燒的裝置來改進現(xiàn)有節(jié)能裝置設(shè)計方案。
各種燃料形成鍋爐部件設(shè)計中不同的問題一一較高的鍋爐出口廢氣溫度、 爐渣和污垢成分的不同趨向，這會惡化溫度關(guān)系以及由于改變?nèi)剂匣曳值奶匦?而產(chǎn)生的不同的腐蝕率。
根據(jù)本發(fā)明的節(jié)能裝置設(shè)置尤其適于翻新巴布考克&威爾考克斯公司
(Babcock& Wilcox Company)的上述1300MW超臨界蒸汽發(fā)生器。
根據(jù)本發(fā)明的節(jié)能裝置設(shè)置通過使用水冷卻(縱向管)支承件提供燃料適
應性，這與常規(guī)和現(xiàn)有機械支承相比允許較高的廢氣溫度；用較少的部分提供
相當?shù)男阅芤灰灰虼嗽黾觽?cè)向間隔并用寬泛范圍的燃料使造渣的問題最??；并
還提供較少的腐蝕可能性。
這些裝置設(shè)置在匹配現(xiàn)有部件的流量和效率性能的設(shè)計方案中。
此外，這些裝置還設(shè)置在配合在蒸汽發(fā)生器的現(xiàn)有節(jié)能裝置封套內(nèi)的一個
設(shè)計方案中。
體現(xiàn)本發(fā)明的各種新穎性特征尤其在所附的并形成本發(fā)發(fā)明一部分的權(quán) 利要求書中指出。為了更好地理解本發(fā)明、其運行優(yōu)點和通過其使用得到的具 體好處而參見示出本發(fā)明較佳實施例的附圖和說明書內(nèi)容。


在附圖中
圖1是現(xiàn)有技術(shù)1300MWB&W蒸汽發(fā)生器的側(cè)視圖； 圖2是采用機械支承件的已知節(jié)能裝置的立體圖； 圖3是采用從壁管的機械支承的已知端部支承節(jié)能裝置的剖視圖； 圖4是采用連接到鑄件壁集管的端部支承桿的其它已知端部支承節(jié)能裝 置的剖視圖5是采用機械縱向條支承件的已知節(jié)能裝置的局部剖視圖； 圖6是根據(jù)本發(fā)明的節(jié)能裝置設(shè)置的剖視圖7是沿圖6中箭頭7-7方向看的節(jié)能裝置設(shè)置的一部分的端視圖；以及 圖8是圖7的節(jié)能裝置設(shè)置的一部分的放大圖。
具體實施例方式
總的參見附圖，其中相同的標號在整個幾幅圖中表示相同的或功能類似的
構(gòu)件，且尤其參見圖6，示出具有入口管簇120、中間管簇130和出口管簇140 的節(jié)能裝置設(shè)置IOO?？扇缟纤鲈O(shè)置減震器46。節(jié)能裝置入口集管180接收 水并將水傳輸穿過多個管子160和水冷卻縱向管221。在節(jié)能裝置140的水出 口處設(shè)置兩個節(jié)能裝置中間集管200。水從節(jié)能裝置中間集管200經(jīng)過水冷卻 縱向管221流到出口集管(未示出)。
節(jié)能裝置IOO包括從廢氣吸收熱量并將熱量傳遞到多個管子160內(nèi)部的水 的三個管簇的管子。這些管簇的深度和寬度隨著封閉表面的尺寸和符合出口廢 氣溫度要求所需要的吸熱量而變化。在圖6所示的布置中，流體冷卻封閉表面 44僅圍繞節(jié)能裝置100的出口管簇140。流體冷卻鑄件表面在鑄件集管500處 終止。在該位置以下，鑄件60限定對流通道鑄件。在一種典型的節(jié)能裝置中， 機械支承件會從節(jié)能裝置100的最下部管簇120向上延伸穿過節(jié)能裝置100的 所有管簇130、 140。然后這些非冷卻機械支承件連接到運送水的縱向管，從 節(jié)能裝置中間集管200向上穿過其余的水平對流通道(未示出)。
在很多現(xiàn)有蒸汽發(fā)生器中，經(jīng)濟和排放規(guī)定使業(yè)主轉(zhuǎn)換初始設(shè)計燃料。這 種轉(zhuǎn)換通常導致較高的氣體溫度進入節(jié)能裝置。這些較高溫度可使常規(guī)非冷卻機械支承系統(tǒng)變得龐大而昂貴。
機械支承件由于其簡單性和適應性而通常用于針對寬泛范圍蒸汽流的特 定煤的特定蒸汽發(fā)生器設(shè)計。但是，改變?nèi)剂显匆馕吨羝l(fā)生器性能會受到 影響而所產(chǎn)生的穿過加熱表面的廢氣溫度曲線會不同。例如，當點燃諸如粉狀
河床煤(Powder River Basin coal)之類的替代性燃料時，設(shè)計成用于東方煙煤 的單元會看到廢氣溫度增加幾百度。這些增加的廢氣溫度會導致蒸汽發(fā)生器輸 出減少。此外，由于需要更昂貴、更輕質(zhì)的合金，用于這些機械支承件的材料 可能變得不經(jīng)濟。
本發(fā)明解決了對適應由于燃料供應的改變、諸如從東方煙煤到次煙煤煤 (例如粉狀河床煤)的變化而在節(jié)能裝置出口管簇140處發(fā)生的較高廢氣溫度 的新支承系統(tǒng)的需要。
本發(fā)明使消費者能夠點燃多種燃料，而不必增加對流通道的尺寸。本發(fā)明 可通過使用水冷卻縱向條支承件來消除通常用在節(jié)能裝置上的龐大、昂貴的機 械支承件。
再參見圖6，節(jié)能裝置100是具有附加平行回路的傳統(tǒng)的三流道設(shè)計。該 平行回路包括流體連接到節(jié)能裝置入口集管180并向上延伸穿過節(jié)能裝置入 口、中間和出口管簇120、 130、 140的水冷卻縱向條支承件221。本發(fā)明中水 冷卻縱向條支承件221的應用場合，它們是連接到平行回路中節(jié)能裝置入口集 管180的，不同于集管連接到中間節(jié)能裝置集管200的傳統(tǒng)的縱向支承節(jié)能裝 置布置。由于水的出口流動必須在，由水冷卻縱向條支承系統(tǒng)形成的多個平行 路徑之間分開，所以它也與典型的三流道節(jié)能裝置不同。
在該設(shè)計中，水進入節(jié)能裝置入口集管180。然后水主要流過形成節(jié)能裝 置100的管簇的多根管子160。流入節(jié)能裝置入口集管180的水的一部分在平 行路徑中分開傳輸，該平行路徑包括水冷卻縱向回路221。保持流過水冷卻縱 向回路221的最小流量以將構(gòu)成該回路的金屬溫度保持在設(shè)計極限內(nèi)是很重要 的。流過水冷卻縱向條支承系統(tǒng)221的最大流量必須也限制成將節(jié)能裝置性能 保持在設(shè)計極限內(nèi)。這通過確定流過形成節(jié)能裝置100的主管管簇和通過水冷 卻縱向條支承系統(tǒng)221的水流量來實現(xiàn)，該水流量滿足性能要求并符合整個所 要求負載范圍上的整體性支承。流率一旦確定了，就形成了沿各流路的所要求的具體壓降。這可通過在節(jié)能裝置入口集管180處的差分孔來實現(xiàn)，以給予通 過縱向條支承系統(tǒng)221所需要的流率。或者可采用有肋的、熱加工的或另外設(shè) 有不同壓降相對于流動特性的、不同內(nèi)徑支承管或管道，諸如插入流路的焊接 環(huán)。
這些水冷卻縱向條支承系統(tǒng)管221從節(jié)能裝置入口集管180向上延伸穿過 節(jié)能裝置入口、中間和出口管簇120、 130、 140，穿過節(jié)能裝置的管子之間存 在的間隙。如本領(lǐng)域所已知的那樣，節(jié)能裝置管簇包括連續(xù)部分70 (見圖7) 的以預定側(cè)向間距設(shè)置并排布置的、其中流過廢氣的管道。在本發(fā)明中，這些 水冷卻支承件221設(shè)有每行管子160之間的支承件510 (見圖8)。較佳的是， 帶圈520圍繞兩相鄰部分70，且這些系捆部分擱置在焊接到水冷卻縱向管221 的鑄件530上。如圖7和8所示，為一對相鄰部分70設(shè)有縱向支承管221。通 過將鑄件530焊接到縱向管221，鑄件還被水冷卻，這允許使用低級別材料。
本發(fā)明實現(xiàn)幾個優(yōu)點，最大的優(yōu)點是能夠提供可對現(xiàn)有蒸汽發(fā)生器進行翻 新的經(jīng)濟的節(jié)能裝置布置。這些支承件消除了對昂貴、基于高合金的機械支承 系統(tǒng)的需要。該節(jié)能裝置設(shè)計能夠用多種煤給予與現(xiàn)有節(jié)能裝置相同的節(jié)能裝 置性能，而不必移動對流通道(即入口或中間集管)內(nèi)的任何設(shè)備。還通過增 加節(jié)能裝置的可靠性并由于節(jié)能裝置的間隔增大而使灰分生成減少從而有助 于進行維修。
盡管詳細地示出和描述了本發(fā)明的具體實施例以示出本發(fā)明原理的應用， 但是應當理解，本發(fā)明可體現(xiàn)為其它方式而不背離這些原理。例如，本發(fā)明可 應用于新型鍋爐或蒸汽發(fā)生器構(gòu)造，或更換、修理或改進現(xiàn)有鍋爐或蒸汽發(fā)生 器。在本發(fā)明的一些實施例中，有時使用本發(fā)明的某些裝置而不使用其它裝置 是有利的。因而，所有這些更改和實施例都理應落入以下權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種改進蒸汽發(fā)生器的方法，包括-用完全水冷卻縱向條支承的節(jié)能裝置來代替位于蒸汽發(fā)生器的對流通道 內(nèi)的現(xiàn)有的、機械支承的節(jié)能裝置。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步驟設(shè)置通過所述 節(jié)能裝置的多個平行水流路，所述流路之一包括水冷卻縱向條支承件。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，包括以下步驟提供沿每個所 述平行水流路的所要求的具體壓降來實現(xiàn)每個路徑內(nèi)的所要求的流率。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，包括以下步驟提供不同內(nèi)徑 的支承管、有肋管、熱加工管、或插入所述流路的孔焊接環(huán)中的一個。
5. —種用于蒸汽發(fā)生器的節(jié)能裝置，包括 具有至少一個流路的至少一簇節(jié)能裝置部分； 具有至少一個流路的水冷卻縱向條支承系統(tǒng)；用于向所述節(jié)能裝置部分和所述水冷卻縱向條支承系統(tǒng)提供流體的集管 裝置；以及用于從所述節(jié)能裝置部分和所述水冷卻縱向條支承系統(tǒng)接收流體的集管 裝置。
6. 如權(quán)利要求5所述的設(shè)置，其特征在于，包括用于將所述節(jié)能裝置部分 的重量傳遞到所述水冷卻縱向條支承系統(tǒng)的裝置。
7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述傳遞裝置包括附連到所述 水冷卻縱向條支承系統(tǒng)的鑄件，所述水冷卻縱向條支承系統(tǒng)支承至少一個節(jié)能 裝置部分并使所述鑄件被冷卻。
8. 如權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于，包括圍繞形成所述節(jié)能裝置部 分的多個管子的帶圈。
9. 如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，包括用于調(diào)節(jié)所述節(jié)能裝置部 分和水冷卻縱向條支承系統(tǒng)的流路中至少一個內(nèi)壓降的裝置，以達到穿過所述 流路的所要求的流量。
10. 如權(quán)利要求9所述的裝置，其特征在于，所述壓降調(diào)節(jié)裝置包括不同內(nèi)徑的支承管、有肋管、熱加工管、或插入所述流路的孔焊接環(huán)中的至少一個。
全文摘要
一種尤其適用于新型蒸汽發(fā)生器或?qū)ΜF(xiàn)有蒸汽發(fā)生器翻新應用的節(jié)能裝置設(shè)置，該設(shè)置提供可適應具有不同特性的寬泛范圍的燃料在蒸汽發(fā)生器內(nèi)點燃的水冷卻縱向支承管系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的節(jié)能裝置設(shè)置尤其適于翻新大型超臨界蒸汽發(fā)生器的應用。使用水冷卻縱向管支承件與常規(guī)非冷卻機械節(jié)能裝置支承件相比允許較高的廢氣溫度。可將這些裝置設(shè)置在裝配在蒸汽發(fā)生器的現(xiàn)有節(jié)能裝置封套內(nèi)的設(shè)計方案中。
文檔編號F22B37/00GK101311624SQ20081009961
公開日2008年11月26日 申請日期2008年5月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月17日
發(fā)明者D·E·瑞安, G·G·希斯特羅斯, J·W·加亞特, P·W·旺德斯, R·M·麥克納特尼 申請人:巴布科克和威爾科克斯能量產(chǎn)生集團公司