CN1111667C - 变节距式过热器与再热器 - Google Patents
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Abstract
本发明在炉膛出口后的对流烟道内，在过热器和再热器的分配集箱和汇集集箱轴向采用变节距方式布置并联管屏(圈)，使各片管屏(圈)之间的烟气流道截面沿烟气流动方向逐渐增大或逐渐缩小，进而通过控制烟气对各管屏(圈)间的烟气流速来控制烟气对各管屏(圈)的传热，最终达到控制并联管组出口蒸汽沿集箱轴向的焓值偏差。本发明在锅炉领域内具有很好的工作效果和使用价值，提高了锅炉、发电机组等设备运行的可靠性。
Description
本发明涉及的是一种过热器和再热器，尤其是一种控制并联管组沿(集箱轴向)烟道宽度烟气流速偏差和热偏差的变节距式过热器与再热器，属于机械工程中的锅炉领域。
过热器与再热器是动力锅炉的重要组成部分，随着现代锅炉向超大容量和超高参数方向发展，过热器、再热器的出口蒸汽温度已接近其使用材料的耐温极限。过热器、再热器由同屏多管圈并联管组组成，其沿烟道宽度或沿集箱轴向历来采用等节距布置方式。由于沿烟道宽度烟气侧热负荷分布的不均匀、烟气流速分布的不均匀、蒸汽侧流量分布不均匀、管组结构的不均匀，或四种因素对并联管组内蒸汽焓增偏差的影响不能相互抵消，因此造成过热器，再热器管组蒸汽焓增偏差，严重时局部管组发生超温爆管，并直接影响设备运行的安全性、可靠性和经济性，经对背景技术的检索了解到目前专业人员针对造成过热器和再热器热偏差的烟气侧和蒸汽侧都采取了一些技术措施，对烟气侧，主要为削弱炉膛内四角切圆射流形成的旋流强度，也有在炉膛燃烧室上部将大片的辐射屏偏折一定角度，构成所谓的导流屏；对蒸汽侧采用的技术措施有：增大分配集箱的内径，尤其是增大汇集集箱的内径；采用同侧进出的U型集箱连接方式；采用多点引入、多点引出集箱的连接方式；在流量偏大的管组内加节流管圈；放大流量偏小管组的管子内径；采用最新技术：即基于控制各并联管组两端集箱内静压沿集箱长度不变原理，而设计出控制集箱内流量分配和汇集均匀的导流板结构，以及采用基于控制各并联管组两端集箱内静压沿集箱长度适当变化，使并联管组流量满足特定分布以抵消烟气侧热负荷分布不均匀引起的热偏差影响，而设计出控制并联管组流量按需分配的集箱预流器结构，这些技术和设计对于解决所针对类型的问题及在一定范围内都具有显著的效果，但也还各有不足，尤其是在大容量锅炉中，如果要继续保持直流燃烧器四角切圆燃烧方式，则必须解决对流过热器和再热器的热偏差问题，而四角布置直流燃烧方式锅炉中水平烟道左右侧烟速偏差甚至达到平均值的两倍以上，这样，若单纯地从对流过热器和再热器前的炉膛(燃烧室)内采用稀疏的大屏偏斜导流或在蒸汽侧采用上述各种技术方案，其效果就受到局限，或不够经济(如在流量偏大的管组内加节流管圈，使减少的流量调节到原来流量偏小的管组，这对再热器会因并联管组流动阻力的显著增大而降低发电机组的效率)。
本发明的目的在于克服现有技术中的不足和缺陷，提出了一种沿烟道宽度(或沿集箱轴向)变节距式的过热器与再热器，可提高锅炉运行的安全性，可靠性和经济性。
本发明的技术方案在于以并联管组的焓增与并联管组结构布置、烟气侧的流动和传热关系为基础，提出了在炉膛出口后的对流烟道内，在过热器分配集箱和过热器汇集集箱以及再热器分配集箱和再热器汇集集箱轴向采用变节距方式布置并联管屏(圈)，使各片管屏(圈)之间的烟气流道截面沿烟气流动方向逐渐增大或逐渐缩小，进而通过控制烟气对各管屏(圈)间的烟气流速来控制烟气对各管屏(圈)的传热，最终达到控制并联管组出口蒸汽沿集箱轴向的焓值偏差。在过热器分配集箱和过热器汇集集箱以及再热器分配集箱和再热器汇集集箱上轴向管屏间节距分布或烟道内过热器、再热器沿烟气流动方向横截面上管屏(圈)节距的分布，可按照给定烟道入口烟速分布、热负荷分布，满足并联管组出口工质沿集箱轴向焓值基本均匀所要求的各屏间烟速的条件确定。例如，在过热器，再热器入口烟道截而烟气温度(热负荷)基本均匀，而烟速沿烟道宽度存在严重不均匀时，处于来流高烟速区域的过热器，再热器管组，其上游管屏间的节距应取较小值，下游管屏间的节距应取较大值；而处于来流低烟速区域的过热器、再热器管组，其上游管屏间的节距应取较大值，下游管屏间的节距应取较小值。这样，使进口烟速高的管屏间流道逐渐放大，烟速逐渐降低；而进口烟速低的管屏间流道逐渐缩小，烟速逐渐增大，从而使各管屏间的平均烟速趋向一致，传热亦接近均匀。当过热器、再热器的入口烟速均匀，入口烟温沿烟道宽度存在较严重偏差时，流道内横向的管屏(圈)节距分布的设计原则与上述相同。当入口烟速和烟温分布不均匀性同时存在时，可根据传热条件提出的对管屏(圈)间烟速要求，设计管屏(圈)间通道截面，并据此确定在过热器分配集箱和过热器汇集集箱以及再热器分配集箱和再热器汇集集箱上管屏(圈)间的节距分布或烟道上游、下游管屏(圈)间的节距分布。
本发明在锅炉领域内具有很好的工作效果和使用价值，提高了锅炉、发电机组等设备运行的可靠性，解决了专业人员长期未解决的技术难题。本发明也可广泛应用于公用事业、石油化工以及核发电领域，具有十分可观的经济效益。
以下将结合附图对本发明进一步描述：
图1 锅炉整体结构示意图
图2 本发明屏间流道疏密布置呈N型(或Z型)示意图
图3 N型(或Z型)A-A截面示意图
图4 本发明屏间流道疏密布置呈M型示意图
图5 M型A-A截面示意图
图6 本发明屏间流道疏密布置呈W型示意图
图7 W型A-A截面示意图
如图1-7所示，当过热器分配集箱3和过热器汇集集箱4以及再热器分配集箱5和再热器汇集集箱6上分别采用变节距时，使管屏间的各烟气流道呈渐扩形或渐缩形布置。本发明以并联管组的焓增与并联管组结构布置、烟气侧的流动和传热关系为基础，提出了在炉膛出口后的对流烟道内，过热器分配集箱3和过热器汇集集箱4以及再热器分配集箱5和再热器汇集集箱6轴向采用变节距方式布置并联管屏(圈)，使各片管屏(圈)之间的烟气流道截面沿烟气流动方向逐渐增大或逐渐缩小，进而通过控制烟气对各管屏(圈)间的烟气流速来控制烟气对各管屏(圈)的传热，最终达到控制并联管组出口蒸汽沿集箱轴向的焓值偏差。过热器分配集箱3和过热器汇集集箱4以及再热器分配集箱5和再热器汇集集箱6上轴向节距分布或烟道内过热器2和再热器1沿烟气流动方向横截面上管屏(圈)节距的分布，可按照给定烟道入口烟速分布，热负荷分布，满足并联管组出口工质沿水平烟道宽度方向焓值基本均匀所要求的各屏间烟速的条件确定，利用本发明的三组可以充分说明通过改变过热器2和再热器1烟道内各并联管屏(圈)间流道面积来调节各屏间烟速，进而通过控制各流道烟气对两侧管屏的传热，消除各并联管屏(圈)的焓增偏差。本发明对并联管屏(圈)与过热器分配集箱3和过热器汇集集箱4以及再热器分配集箱5和再热器汇集集箱6连接的节距按变节距设计，在过热器分配集箱3和过热器汇集集箱4以及再热器分配集箱5和再热器汇集集箱6上，同组管屏(圈)引出平面垂直于过热器分配集箱3和过热器汇集集箱4以及再热器分配集箱5和再热器汇集集箱6轴线；过热器2和再热器1的第一排和最后一排管屏在顶棚管下扭转一角度与(蛇形)管屏(圈)中间部分所处平面相过渡。而沿烟道宽度，在烟气流向上，各组烟道总体形状布置呈典型的N(或Z)，M、W形及其组合形。
实施例一：过热器2和再热器1前烟气来流速度沿烟道宽度一侧高、一侧低的过热器分配集箱3和过热器汇集集箱4以及再热器分配集箱5和再热器汇集集箱6上管屏节距布置和流道型式。如图2，图3所示，实现实施例一的这种集箱上管屏节距布置为：在烟道上游集箱上的节距，一侧密(位于来流高速区)，该侧下游集箱上的节距疏；另一侧疏(位于来流低速区)，该侧下游集箱上管屏的节距密。即在高烟速区一侧区域的各管屏(圈)间通道沿烟气流向逐渐放大，低烟速区一侧区域的各管屏(圈)间通道沿烟气流向逐渐缩小。亦即流道疏密布置呈N形(或Z型)。
实施例二：过热器2和再热器1前烟气来流速度沿烟道宽度中间高、两侧低的过热器分配集箱3和过热器汇集集箱4以及再热器分配集箱5和再热器汇集集箱6上管屏节距布置和流道型式。如图4、图5所示，实现实施例二的这种集箱上管屏节距布置为，在烟道上游集箱上管屏的节距，中间密(位于来流高速区)，下游集箱上中部管屏节距疏；两侧疏(位于来流低速区)，相应下游集箱上管屏的节距密。即在烟道中部区域的各管屏(圈)间通道沿烟气流向逐渐放大，烟道两侧区域的各管屏(圈)间通道沿烟气流向逐渐缩小。亦即流道疏密布置呈M型。
实施例三：过热器2和再热器1前烟气来流速度沿烟道宽度中间低，两侧高的过热器分配集箱3和过热器汇集集箱4以及再热器分配集箱5和再热器汇集集箱6上管屏节距布置和流道型式。如图6、图7所示，实现实施例三的这种集箱上管屏节距布置为：在烟道上游集箱上管屏的节距中间疏(位于来流低速区)，下游集箱上中部管屏节距密；两测密(位于来流高速区)，相应下游集箱上管屏的节距疏。即在烟道中部区域的各管屏(圈)间通道沿烟气流向逐渐缩小，烟道两侧区域的各管屏(圈)间通道沿烟气流向逐渐放大。亦即流道疏密布置呈W形。
Claims (2)
1、一种变节距式过热器与再热器，其特征在于在炉膛出口后的对流烟道内，过热器分配集箱(3)和过热器汇集集箱(4)以及再热器分配集箱(5)和再热器汇集集箱(6)轴向采用变节距方式布置并联管屏(圈)，使各片管屏(圈)之间的烟气流道截面沿烟气流动方向逐渐增大或逐渐缩小，进而通过控制烟气对各管屏(圈)间的烟气流速来控制烟气对各管屏(圈)的传热，最终达到控制并联管组出口蒸汽沿集箱轴向的焓值偏差。
2.根据权利要求1所述的这种变节距式过热器与再热器，其特征还在于其过热器分配集箱(3)和过热器汇集集箱(4)以及再热器分配集箱(5)和汇集集箱(6)上轴向管屏间节距分布及烟道内过热器(2)和再热器(1)沿烟气流动方向横截面上管屏(圈)节距的分布，可按照给定烟道入口烟速分布、热负荷分布，满足并联管组出口工质沿着集箱轴向焓值基本均匀所要求的各屏间烟速的条件确定，在过热器、再热器入口烟道截面烟气温度(热负荷)基本均匀，而烟速沿着烟道宽度存在严重不均匀时，处于来流高烟速区域的过热器、再热器管组，其上游管屏间的节距应取较小值，下游管屏间的节距应取较大值；而处于来流低烟速区域的过热器、再热器管组，其上游管屏间的节距应取较大值，下游管屏间的节距应取较小值；当入口烟速和烟温分布不均匀性同时存在时，可根据传热条件提出的对管屏(圈)间烟速要求，设计管屏(圈)间通道截面，并据此确定在过热器分配集箱(4)和过热器汇集集箱(3)以及再热器分配集箱(5)和再热器汇集集箱(6)上管屏(圈)间的节距分布或烟道上游、下游管屏(圈)间的节距分布。
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