[发明专利]矿物燃料加热的直流式锅炉

说明书

本发明涉及一种直流式锅炉，它有一个用于矿物燃料的燃烧室，沿热烟气流向在其下游通过水平烟道连接垂直烟道，其中，燃烧室的外壁由互相气密焊接垂直排列的蒸发管构成。

在具有锅炉的电厂设备中，燃料中所含能量被用于蒸发在锅炉内的流动介质。流动介质通常在一个蒸发循环中流动。由锅炉制备好的蒸汽又可例如规定用于驱动汽轮机和/或用于所连接的一个外部过程。若蒸汽驱动一汽轮机，则通过汽轮机的透平轴通常带动发电机或加工机械。在发电机的情况下，由发电机产生的电流可规定用于馈入联合电网和/或孤立电网。

在这里锅炉可以设计为直流式锅炉。由论文“用于本生(Benson)锅炉的蒸发原理”(作者为J.Franke，W.Koehler和E.Wittchow，公开发表在VGBKraftwerkstechnik73(1993)第4期第352-360页上)已知一种直流式锅炉。在直流式锅炉中，从加热作为蒸发管的蒸汽发生器管到蒸汽发生器管内流动介质的蒸发在流动介质的一次性直流过程中完成。

直流式锅炉通常设计成具有垂直构造的燃烧室。这意味着供有待加热的介质或热烟气流过的燃烧室基本上按垂直的方向设计。沿热烟气流向可在燃烧室下游连接一水平烟道，在这种情况下，热烟气流在从燃烧室过渡到水平烟道时要实施一次转向，以便转到基本上水平的流动方向上来。但这类燃烧室由于温度引起的燃烧室长度改变通常需要一个支架，燃烧室被悬挂在此支架上。这样做在直流式锅炉的制造及装配时引起巨大的工程费用，而且此直流式锅炉的结构高度越大这种费用越高。尤其对于那些在满负荷时蒸汽产量大于80kg/s的直流式锅炉来说更是如此。

由于直流式锅炉不受压力限制，所以新汽压力允许远大于水的临界压力(P_kri＝221bar)，此时在液体状介质与蒸汽状介质之间只有微小的密度差。高的新汽压力有利于获得高的热效率并因而有利于让采用矿物燃料加热的电厂实现低的CO₂排放，这种电厂例如可用固体形式的烟煤或褐煤作为燃料加热。

基于在直流式锅炉的烟道或燃烧室外壁处出现的管壁或材料温度，对它们的设计存在特殊的困难。在低于大约200bar的亚临界压力范围内，若能保证蒸发管内表面润湿，燃烧室外壁的温度基本上取决于水饱和温度的大小。这例如通过使用在其内侧有某种表面结构的蒸发管达到。为此尤其考虑有内肋的蒸发管，这种蒸发管在直流式锅炉中的使用例如在上面援引的论文中就提到过。这种所谓的肋管，亦即具有加肋内表面的管，从管内壁到流动介质有特别有效的热传导。

经验表明，在直流式锅炉运行时，不同温度的相邻管壁如果它们互相焊接，则在它们之间的热应力是不可避免的。尤其在燃烧室与连接在其下游的水平烟道的连接段存在上述情况，也就是在燃烧室出口区的蒸发管与水平烟道进口区的蒸汽发生器管之间存在热应力。由于这些热应力，直流式锅炉的使用寿命可能显著缩短，在极端的情况下甚至可能发生管子断裂。

因此本发明的目的是提供一种上述类型的矿物燃料加热的直流式锅炉，它只需要特别低的制造和装配费用，而且在它运行时，在燃烧室与其下游的水平烟道连接处的温度差特别小。尤其对于互相直接或间接相邻的燃烧室蒸发管与连接在燃烧室下游的水平烟道的蒸汽发生器管而言更是如此。

本发明的目的这样来实现，即，直流式锅炉有一个燃烧室，而该燃烧室具有一定数量按水平烟道的高度布置的烧嘴，可分别平行地往多根蒸发管中加入流动介质，并且在燃烧室的出口区，一定数量可平行地加入流动介质的蒸发管在它们进入燃烧室相关的外壁前通过燃烧室导引。

本发明考虑问题的出发点是，能用特别低的制造和装配费用制成的直流式锅炉应当有一种可采取简单措施实现的悬挂结构。用较低工程费用制造的用于悬挂燃烧室的支架可与直流式锅炉特别低的结构高度同时实现。通过按水平的结构方式设计燃烧室，可以达到直流式锅炉特别低的结构高度。为此将烧嘴按水平烟道的高度装在燃烧室壁上。因此当直流式锅炉运行时热烟气基本上沿水平的主流方向流过燃烧室。

此外，在具有水平燃烧室的直流式锅炉运行时，应在燃烧室与水平烟道的连接处有特别小的温差，以可靠避免因热应力导致材料早期疲劳。这种温度差尤其在彼此直接或间接相邻的燃烧室蒸发管与水平烟道的蒸汽发生器管之间应当特别小，以便特别可靠地避免在燃烧室出口区和水平烟道进口区内因热应力造成材料疲劳。