[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，它具有用于矿物燃料的燃烧室，在燃烧室热烟气一侧的下游通过水平烟道连接一垂直烟道，燃烧室外壁由互相气密焊接垂直排列的蒸发管构成。

在设有锅炉的电站设备中，燃料的能量含量被利用来蒸发锅炉内的流动介质。流动介质通常在蒸发循环中运行。由锅炉制备好的蒸汽又可规定例如用于驱动汽轮机和/或所连接的外部过程。若蒸汽驱动一汽轮机，则通常通过汽轮机透平轴推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馈入联合电网和/或孤立电网中。

锅炉可设计为直流式锅炉。由J.Franke、W.Koehler和E.Wittchow发表在VGB发电厂工程技术73(1993)第4期352-360页上的论文“本生锅炉的蒸发器原理”已知一种直流式锅炉。在直流式锅炉中，加热用作蒸发管的蒸汽发生器管，导致流动介质在蒸汽发生器管内一次性通过时蒸发。

直流式锅炉通常按垂直的结构方式设计燃烧室。这意味着，燃烧室设计为让加热用介质或热烟气大体沿垂直的方向流过。沿热烟气方向，在燃烧室下游可连接水平烟道，在这种情况下在从燃烧室向水平烟道过渡时，热烟气流通过一次转向变成沿基本上水平的方向流动。但这种燃烧室通常由于温度引起的燃烧室的长度变化，需要一个将燃烧室悬挂在它上面的机架。这就在生产和装配这种直流式锅炉时带来很大的工程费用，直流式锅炉的结构高度越大则费用越高。这尤其发生在直流式锅炉设计用于全负荷时蒸汽生产能力大于80kg/s的情况下。

直流式锅炉没有压力限制，所以新汽压力可以远高于水的临界压力(Pkri＝221bar)，在水的临界压力下在类似液体与类似蒸汽的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减少矿物燃料加热的电厂的CO₂排放，这种电厂作为燃料例如可以燃烧固体状的烟煤或褐煤。

在直流式锅炉的烟道或燃烧室外壁的设计方面，鉴于在那里出现的管壁或材料温度，因而存在一个特殊的问题。在约达200bar的亚临界压力范围内，若能保证蒸发管内表面润湿，则燃烧室外壁的温度基本上取决于水饱和温度的大小。这例如通过采用其内侧有一种表面结构的蒸发管达到。为此尤其考虑有内肋的蒸发管，它们在直流式锅炉内的使用例如由上面已援引的论文可知。这些所谓的肋管，亦即具有带肋内表面的管，从管内壁向流动介质有特别好的热量传递。

经验证明，在直流式锅炉运行时，不同温度的相邻管壁只要它们是互相焊接的，便不可避免地会在它们之间产生热应力。这种情况尤其在燃烧室与设在其下游的水平烟道的连接段中，亦即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发生。由于这种热应力会明显地缩短直流式锅炉的使用寿命，在极端情况下甚至会发生管子断裂。

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，它只需特别低的制造和装配费用，此外，在其运行时，在燃烧室与在燃烧室下游的水平烟道的连接处保持低的温度差。尤其对于互相直接或间接相邻的燃烧室蒸发管与在燃烧室下游的水平烟道的蒸汽发生器管来说应当是这种情况。

本发明的目的这样来实现，令直流式锅炉有一个具有一些排列在水平烟道所在高度处的烧嘴的燃烧室，往多根蒸发管中可平行地加入流动介质，以及，在包括燃烧室出口区与水平烟道进口区的连接段内环回地导引一些可平行地加入流动介质的蒸发管。

本发明考虑问题的出发点是，可用特别低的制造和装配费用制成的直流式锅炉应当有可采取简单手段实施的悬挂结构。用较低的工程费用制造用于悬挂燃烧室的机架可随着直流式锅炉特别低的结构高度来实现。通过按水平的结构方式设计燃烧室可以使直流式锅炉具有特别低的结构高度。为此将烧嘴安装在水平烟道所在高度位置的燃烧室壁内。因此在直流式锅炉运行时热烟气沿基本上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，在燃烧室与水平烟道的连接处温度差特别小，以便可靠避免因热应力造成的材料早期疲劳。尤其在互相直接或间接相邻的燃烧室蒸发管与水平烟道蒸汽发生器管之间，这种温度差应特别低，以便在燃烧室出口区和在水平烟道进口区内特别可靠地防止因热应力引起材料疲劳。

现在当直流式锅炉运行时蒸发管加入流动介质的进口段有比连接在燃烧室下游的水平烟道的蒸汽发生器管进口段低的温度。也就是说，与在水平烟道的蒸汽发生器管内进入的热流动介质相反，在蒸发管内进入的是比较冷的流动介质。因此在直流式锅炉运行时，蒸发管进口段比水平烟道进口段中的蒸汽发生器管冷。这样，在燃烧室与水平烟道之间的连接处因热应力引起材料疲劳便是在预料之中的事。