[发明专利]直流式锅炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流式锅炉，包括燃烧室，它有一些用于矿物燃料的燃烧器和一个由互相气密焊接的锅炉管构成的外围壁，其中，在燃烧室上部区就燃气而言的下游通过水平烟道连接垂直烟道，以及，在水平烟道下方，外围壁的面朝垂直烟道的部分向内倾斜，由此与毗邻的水平烟道底部一起形成一个伸入燃烧室中的凸起。

背景技术

在燃烧矿物燃料的锅炉中，矿物燃料的能量用于产生过热蒸汽，过热蒸汽接着例如在电厂中可以供给汽轮机发电。尤其在电厂环境中常见的蒸汽温度和压力下，锅炉通常设计为水管锅炉，亦即供给的水流入一些管子中，它们吸收形式上为燃烧器火焰辐射热的能量和/或通过与燃烧时形成的烟气对流来吸收能量。

在燃烧器的区域内，锅炉管通常构成燃烧室壁，为此它们互相气密焊接。在就烟气而言连接在燃烧室下游的另一些区域内，也可以采用设在排气通道内的锅炉管。

燃烧矿物燃料的锅炉可借助多项准则分类：锅炉一般可设计为自然循环式、强制循环式或直流式锅炉。在直流式锅炉中，加热多个锅炉管导致锅炉管内的流动介质在一次通过时完全蒸发。通常为水的流动介质，在其蒸发后供给连接在锅炉管下游的过热器管并在那里被过热。这种表述只是在锅炉内水处于亚临界压力(P_Kri≈221bar)的部分负荷时才认为是准确的。但为了清楚易懂在下面的说明中始终采用这种说法。在这种情况下蒸发终点的位置，亦即流动中水的份额在这里完全汽化的地点，是可变的和与运行类型有关。在这种直流式锅炉全负荷运行时，蒸发终点例如位于锅炉管的一个端部区内，所以汽化的流动介质在锅炉管内已经开始过热。

与自然循环、强制循环锅炉不同，直流式锅炉不受压力限制，所以它可以设计为使新汽压力远高于水的临界压力。

在低负荷运行时或起动时，这种直流式锅炉通常以在锅炉管内流动介质的最小流量运行，以确保锅炉管可靠冷却。为此，正好在例如小于设计负荷40％的低负荷时，单纯通过锅炉的连续质量流量通常不再足以冷却锅炉管，所以在循环时在通过锅炉的流动介质流量上，叠加一个附加的流动介质流量。因此，在起动或在低负荷运行时，在锅炉管内根据运行规定的流动介质最小流量在锅炉管内没有完全汽化，从而在这种运行类型的情况下，在锅炉管末端还存在未蒸发的流动介质，尤其水汽混合物。

然而因为通常只是在流过燃烧室壁后才连接在直流式锅炉的锅炉管下游的过热器管，并不针对未蒸发的流动介质流设计，所以一般将直流式锅炉设计为，即便在起动或在低负荷运行时，也能可靠避免水进入过热器管内。为此，锅炉管通常经由汽水分离系统与连接在其下游的过热器管连接。汽水分离器在这里促使在起动或在低负荷运行时从锅炉管排出的水汽混合物分离为水和蒸汽。蒸汽供给连接在汽水分离器下游的过热器管，而分离出来的水则例如可借助循环泵重新输入锅炉管，或通过减压器排出。

此外，基于气流的流动方向，锅炉还例如分为垂直和水平的结构类型。其中对于燃烧矿物燃料的立式锅炉，通常还区分单通道和双通道式锅炉。

在单通道或塔式锅炉的情况下，通过在燃烧室内燃烧产生的烟气始终垂直地从下向上流动。配置在烟气通道中的所有加热面就烟气而言处于燃烧室上方。塔式锅炉提供一种比较简单的结构和易于控制由于管子热膨胀产生的应力。此外，配置在烟气通道中的锅炉管所有的加热面是水平的并因而可以完全排水，这在有冰冻危险的环境中应是期望的。

在双通道锅炉的情况下，在燃烧室上部区就烟气而言的下游连接水平烟道，它汇入垂直烟道内。气体通常垂直地从上向下流入此第二垂直烟道内。因此在双通道锅炉中烟气进行多次转向。这种结构方式的优点例如在于结构高度低和由此导致较低的生产成本。

在设计为双通道锅炉的锅炉中，壁通常悬挂地安装在锅炉骨架内，所以它们在运行中受热时可以向下自由膨胀。在这里双通道锅炉一般包括每个通道四个壁，对此应当注意的是，各通道的壁应均匀膨胀，因为要不然会在各壁的连接处产生不允许的应力。

此外，这种双通道锅炉往往还包括所谓的燃烧室凸起。所述凸起是一个凸块，它由在通向水平烟道的过渡处向里倾斜的燃烧室壁和水平烟道的底部构成。这种燃烧室凸起改善在通向水平烟道的过渡处烟气的流动。

然而与此同时存在的缺点是，由于这种燃烧室凸起，将燃烧室后壁，亦即面朝水平烟道和第二垂直烟道的壁的管系截断。因此，后壁的重量通常必须通过在凸起上端与下端之间特殊的结构传入锅炉骨架内，从而在加热或受载时，例如由于内压、灰渣沉积物或自重，后壁以与其他壁相同的量运动。为了解决这一问题，迄今存在不同的方案：