一种受热面全部强制上升流动的角管水循环结构

摘要

一种受热面全部强制上升流动的角管水循环结构，由置在炉排之上的炉膛、膜式水冷壁受热面和与其毗邻的对流竖井膜式壁受热面组成，锅炉本体由布置在结构四角的大直径钢管、锅炉和集箱构成的自支撑的框架式结构，避免了引起爆管、低负荷运行和停电保护的缺陷，实现了节省钢架、气密性好、漏风少、不会引起爆管、燃烧效率高、确保该系统在任何负荷下都可以安全可靠地工作、具有超强的停电保护功能以及有效地降低了烟气中硫酸结露引起的低温腐蚀和堵灰的危险工况。

权利要求

1.一种受热面全部强制上升流动的角管水循环结构，其特征在于：包括竖直贴附于带有前后相靠的炉膛（103）和对流竖井（101）的锅炉的前墙（102）外壁且两侧角嵌卡合于该前墙（102）外壁两侧棱的前墙并两侧墙角管（4），前墙并两侧墙角管（4）与前墙上部的锅筒（10）导通，前墙并两侧墙角管（4）通过连通管（9）同竖直贴附于锅炉的对流竖井（101）后墙且两侧角嵌卡合于该对流竖井（101）后墙两侧棱的对流竖井并两侧墙角管（30）相导通，前墙并两侧墙角管（4）和对流竖井并两侧墙角管（30）分别与前墙（102）外壁下部的前墙膜式水冷壁下集箱（2）和炉膛（103）后方外壁下部的炉膛后墙膜式水冷壁下集箱（40）导通，对流竖井（101）前方相靠的炉膛（103）的上方按前后顺序依次设置有炉膛前墙膜式水冷壁上集箱（18）和炉膛后墙膜式水冷壁上集箱（19），炉膛前墙膜式水冷壁上集箱（18）和炉膛后墙膜式水冷壁上集箱（19）分别通过管道同各自上方的前水平连通管（17）和后水平连通管（21）相导通，而前水平连通管（17）和后水平连通管（21）分别同分布在锅炉的左右侧墙前部的前垂直连通管（15）和左右侧墙后部的后垂直连通管（26）相导通，该左右侧墙上带有对流竖井并两侧墙角管（30），前垂直连通管（15）和后垂直连通管（26）同左右侧墙下方设置的侧墙膜式水冷壁下集箱（1）连通，而在锅炉的左右侧墙上方设置的侧墙膜式水冷壁上集箱（14）与锅筒（10）相连通，锅筒（10）的上部与对流竖井（101）后墙下方的对流竖井后墙膜式壁下集箱（38）依次通过上水平连通管（13）和上垂直连通管（33）导通连接，在对流竖井（101）后墙下方的对流竖井后墙膜式壁下集箱（38）与对流竖井后墙膜式水冷壁（29）相连通，对流竖井后墙膜式水冷壁（29）上串联连通布置了第一级省煤器（31）、第二级省煤器（34）和第三级省煤器（36），对流竖井后墙膜式水冷壁（29）也同锅炉顶部的炉顶出口集箱（20）连通。

2.根据权利要求1所述的受热面全部强制上升流动的角管水循环结构，其特征在于：

所述的第一级省煤器（31）、第二级省煤器（34）和第三级省煤器（36）的受热面均为旗式结构受热面。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的受热面全部强制上升流动的角管水循环结构，其特征在于：所述的前墙并两侧墙角管（4）、对流竖井并两侧墙角管（30）以及对流竖井（101）后墙构成自支撑结构，它们的内部水的流向为全部下降流动。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的受热面全部强制上升流动的角管水循环结构，其特征在于：所述的锅炉内的炉膛前墙膜式水冷壁（6）的上端和下端分别同炉膛前墙膜式水冷壁上集箱（18）和前墙膜式水冷壁下集箱（2）相连通，炉膛后墙膜式水冷壁（28）的上端和下端分别同炉膛后墙膜式水冷壁上集箱（19）和炉膛后墙膜式水冷壁下集箱（40）导通，侧墙膜式水冷壁（7）的上端和下端分别同侧墙膜式水冷壁上集箱（14）和侧墙膜式水冷壁下集箱（1）导通，对流竖井后墙膜式水冷壁（29）分别同炉顶出口集箱（20）和对流竖井后墙膜式壁下集箱（38）导通，炉膛前墙膜式水冷壁（6）的受热面、炉膛后墙膜式水冷壁（28）的受热面、侧墙模式水冷壁（7）的受热面以及对流竖井后墙膜式水冷壁（29）的受热面全部上升流动。

5.根据权利要求1或权利要求2所述的受热面全部强制上升流动的角管水循环结构，其特征在于：所述的对流竖井后墙膜式壁下集箱（38）的两端均与对流竖井（101）后墙和对流竖井并两侧墙角管（30）相非导通式连接。

6.根据权利要求1或权利要求2所述的受热面全部强制上升流动的角管水循环结构，其特征在于：所述的炉膛（103）和对流竖井（101）内的膜式水冷壁内的工质水全部上升流动，而其所有的受热面管保持无下降流动。

说明书

一种受热面全部强制上升流动的角管水循环结构

技术领域

[0001] 本发明涉及热能工程技术领域，具体涉及一种受热面全部强制上升流动的角管水循环结构。

背景技术

[0002] 2000年以来，伴随着我国工业化和城市化的发展以及节能环保要求的提高、城市供热需求的巨幅增大，大容量层燃燃煤集中供热锅炉进入了快速发展时期。层燃锅炉大型化是我国新形势下节能减排推广应用的主要成功经验。根据对市场上大容量层燃燃煤集中供热锅炉运行状况的调研，水火管锅炉是锅炉发展过程中由内燃转变为外燃的过渡产品，不适宜进一步大型化；水管锅炉是层燃热水锅炉大型化和参数提高的必由之路，而在水管锅炉结构中，角管式热水锅炉结构合理，原材料消耗少，长周期运行安全可靠，高效节能，减排环保，必将成为我国集中供热站大容量热水锅炉的首选炉型。

[0003] 目前，已经生产的角管式锅炉是我国在1992年通过GEF项目从国外众多的工业锅炉产品中经过专家遴选之后引进的技术产品，主要有自然循环和强制循环两种结构，运行多年来，相继出现一些问题，一直没有获得市场认可，经过市场调研发现，引进技术除燃烧系统中的开式炉膛和炉拱技术不适合我国煤种外，现有角管技术在长周期运行安全方面存在如下隐患：

[0004] (1)现有自然循环的角管式热水锅炉全部采用膜式水冷壁制造，鉴于膜式水冷壁采用光管和扁钢组焊而成，一旦发生膜式水冷壁爆管事故，维修难度非常大，维修周期长，现场维修时的对接焊质量难以保证，容易留下焊接隐患，成为新的爆管诱因。由于热水锅炉供热负荷极不稳定，热水流量随时间变动较大，自然循环时，经常会发生停滞或倒流的非正常水动力工况，恶化传热能力，造成壁温飞升，以致引起爆管的悲剧。

[0005] (2)另外，热水锅炉在供热过程中具有很大的负荷变动性，循环水量在50％～100％之间变动，负荷变动时，自然循环和强制循环的热水锅炉的最低安全水速难以保持，炉膛水冷壁向下流动的管束中可能因水流速过低引起水循环的停滞和倒流等危险工况，现有的强制循环角管式热水锅炉的低负荷运行和停电保护颇受质疑。市场上运行的强制循环的热水锅炉，多数情况下，膜式水冷壁的上、下集箱内部布置了隔板，把整个水冷壁受热面分割成了向上和向下流动的循环回路，向下流动的循环回路在低负荷运行和突然停电时，势必会出现水循环的停滞和倒流的水动力工况，这种工况的存在严重威胁到热水锅炉运行管理安全，因此，现有强制循环方式可能发生的低负荷和停电保护问题影响了先进技术产品的推广应用。

发明内容

[0006] 为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种受热面全部强制上升流动的角管水循环结构，避免了引起爆管、低负荷运行和停电保护的缺陷，实现了节省钢架、气密性好、漏风少、不会引起爆管、燃烧效率高、确保该结构在任何负荷下都可以安全可靠地工作、具有超强的停电保护功能以及有效地降低了烟气中硫酸结露引起的低温腐蚀和堵灰的危险工况。

[0007] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

[0008] 一种受热面全部强制上升流动的角管水循环结构，包括竖直贴附于带有前后相靠的炉膛103和对流竖井101的锅炉的前墙102外壁且两侧角嵌卡合于该前墙102外壁两侧棱的前墙并两侧墙角管4，前墙并两侧墙角管4与前墙上部的锅筒10导通，前墙并两侧墙角管4通过连通管9同竖直贴附于锅炉的对流竖井101后方外壁且两侧角嵌卡合于该对流竖井101后方外壁两侧棱的对流竖井并两侧墙角管30相导通，前墙并两侧墙角管4和对流竖井并两侧墙角管30分别与前墙102外壁下部的前墙膜式水冷壁下集箱2和炉膛103后方外壁下部的炉膛后墙膜式水冷壁下集箱40导通，对流竖井101前方相靠的炉膛103的上方按前后顺序依次设置有炉膛前墙膜式水冷壁上集箱18和炉膛后墙膜式水冷壁上集箱19，炉膛前墙膜式水冷壁上集箱18和炉膛后墙膜式水冷壁上集箱19分别通过管道同各自上方的前水平连通管17和后水平连通管21相导通，而前水平连通管17和后水平连通管21分别同分布在锅炉的左右侧墙前部的前垂直连通管15和左右侧墙后部的后垂直连通管26相导通，该左右侧墙上带有侧墙角板30，前垂直连通管15和后垂直连通管26同左右侧墙下方设置的侧墙膜式水冷壁下集箱1连通，而在锅炉的左右侧墙上方设置的侧墙膜式水冷壁上集箱14与锅筒10相连通，锅筒10的上部与对流竖井101后墙下方的对流竖井后墙膜式壁下集箱38依次通过上水平连通管13和上垂直连通管33导通连接，在对流竖井101的后方外壁下方的对流竖井后墙膜式壁下集箱38与对流竖井后墙膜式水冷壁29相连通，对流竖井后墙膜式水冷壁29上串联连通布置了第一级省煤器31、第二级省煤器34和第三级省煤器36，对流竖井后墙膜式水冷壁29也同锅炉顶部的炉顶出口集箱20连通。

[0009] 所述的第一级省煤器31、第二级省煤器34和第三级省煤器36的受热面均为旗式结构受热面。

[0010] 所述的前墙并两侧墙角管4、侧墙角板30以及对流竖井101后墙构成自支撑结构，它们的内部水的流向为全部下降流动。

[0011] 所述的锅炉内的炉膛前墙模式水冷壁6的上端和下端分别同炉膛前墙膜式水冷壁上集箱18和前墙膜式水冷壁下集箱2相连通，后墙膜式水冷壁28的上端和下端分别同炉膛后墙膜式水冷壁上集箱19和炉膛后墙膜式水冷壁下集箱40导通，侧墙模式水冷壁7的上端和下端分别同侧墙膜式水冷壁上集箱14和侧墙膜式水冷壁下集箱1导通，对流竖井膜式水冷壁29分别同炉顶出口集箱20和对流竖井后墙膜式壁下集箱38导通，炉膛前墙模式水冷壁6的受热面、后墙膜式水冷壁28的受热面、侧墙模式水冷壁7的受热面以及对流竖井膜式水冷壁29的受热面全部上升流动。

[0012] 所述的对流竖井后墙膜式壁下集箱38的两端均与对流竖井101后墙和侧墙角板30相非导通式连接。

[0013] 所述的炉膛103和对流竖井101内的膜式水冷壁内的工质水全部上升流动，而其所有的受热面管保持无下降流动。

[0014] 利用大直径角管构成框架系统，兼做支撑和工质水的下降和循环连通管，省却钢架；全部采用膜式水冷壁受热面，省却耐火材料和隔热、保温材料，气密性好，漏风少，燃烧效率高；所有受热面中的工质水全部上升流动，所有受热面管无下降流动，下降流动均为非受热面管，完全杜绝了常规自然循环或常规强制循环回路设计中因为存在部分水冷壁管下降流动可能出现的停滞或倒流的非正常水动力工况，膜式水冷壁中的工质水全部上升流动确保工质水具有较高的质量流速，有效地消除过冷沸腾发生时可能出现的水冷壁管壁温升高而引起爆管的危险工况；更为有效的是，水循环结构采用单锅筒辅助的强制循环方式，增大了水容量，确保该系统在任何负荷下都可以安全可靠地工作；该循环系统在突然停电后，自动放气阀打开，锅筒、下降管和上升管又可构成自然循环回路，具有超强的停电保护功能；工质水被各级受热面不断加热后进入烟气温度最低的第一级省煤器，提高了省煤器受热面金属壁面温度，有效地降低了烟气中硫酸结露引起的低温腐蚀和堵灰的危险工况。

附图说明

[0015] 附图是本发明的侧视透明结构示意图。

具体实施方式

[0016] 下面结合附图对本发明作更详细的说明。

[0017] 如附图所示，受热面全部强制上升流动的角管水循环结构，包括竖直贴附于带有前后相靠的炉膛103和对流竖井101的锅炉的前墙102外壁且两侧角嵌卡合于该前墙102外壁两侧棱的前墙并两侧墙角管4，前墙并两侧墙角管4与前墙上部的锅筒10导通，前墙并两侧墙角管4通过连通管9同竖直贴附于锅炉的对流竖井101后方外壁且两侧角嵌卡合于该对流竖井101后方外壁两侧棱的对流竖井并两侧墙角管30相导通，前墙并两侧墙角管4和对流竖井并两侧墙角管30分别与前墙102外壁下部的前墙膜式水冷壁下集箱2和炉膛103后方外壁下部的炉膛后墙膜式水冷壁下集箱40导通，对流竖井101前方相靠的炉膛
103的上方按前后顺序依次设置有炉膛前墙膜式水冷壁上集箱18和炉膛后墙膜式水冷壁上集箱19，炉膛前墙膜式水冷壁上集箱18和炉膛后墙膜式水冷壁上集箱19分别通过管道同各自上方的前水平连通管17和后水平连通管21相导通，而前水平连通管17和后水平连通管21分别同分布在锅炉的左右侧墙前部的前垂直连通管15和左右侧墙后部的后垂直连通管26相导通，该左右侧墙上带有侧墙角板30，前垂直连通管15和后垂直连通管26同左右侧墙下方设置的侧墙膜式水冷壁下集箱1连通，而在锅炉的左右侧墙上方设置的侧墙膜式水冷壁上集箱14与锅筒10相连通，锅筒10的上部与对流竖井101后墙下方的对流竖井后墙膜式壁下集箱38依次通过上水平连通管13和上垂直连通管33导通连接，在对流竖井
101的后方外壁下方的对流竖井后墙膜式壁下集箱38与对流竖井后墙膜式水冷壁29相连通，对流竖井后墙膜式水冷壁29上串联连通布置了第一级省煤器31、第二级省煤器34和第三级省煤器36，对流竖井后墙膜式水冷壁29也同锅炉顶部的炉顶出口集箱20连通。所述的第一级省煤器31、第二级省煤器34和第三级省煤器36的受热面均为旗式结构受热面。所述的前墙并两侧墙角管4、侧墙角板30以及对流竖井101后墙构成自支撑结构，它们的内部水的流向为全部下降流动。所述的锅炉内的炉膛前墙模式水冷壁6的上端和下端分别同炉膛前墙膜式水冷壁上集箱18和前墙膜式水冷壁下集箱2相连通，后墙膜式水冷壁28的上端和下端分别同炉膛后墙膜式水冷壁上集箱19和炉膛后墙膜式水冷壁下集箱40导通，侧墙模式水冷壁7的上端和下端分别同侧墙膜式水冷壁上集箱14和侧墙膜式水冷壁下集箱
1导通，对流竖井膜式水冷壁29分别同炉顶出口集箱20和对流竖井后墙膜式壁下集箱38导通，炉膛前墙模式水冷壁6的受热面、后墙膜式水冷壁28的受热面、侧墙模式水冷壁7的受热面以及对流竖井膜式水冷壁29的受热面全部上升流动。所述的对流竖井后墙膜式壁下集箱38的两端均与对流竖井101后墙和侧墙角板30相非导通式连接。所述的炉膛103和对流竖井101内的膜式水冷壁内的工质水全部上升流动，而其所有的受热面管保持无下降流动。

[0018] 本发明的工作原理是：当锅炉的回水被送入与锅筒导通的回水集箱11时，通过锅筒10中的水空间隔板12下部进行分配之后通过前墙中间下降管3、前墙并两侧墙角管4、连通管9、对流竖井后墙和侧墙角板30分别分配给前墙膜式水冷壁下集箱2和炉膛后墙膜式水冷壁下集箱40，然后通过炉膛前墙模式水冷壁6和墙膜式水冷壁28上升流动吸收炉膛103中高温烟气放出的热量，被加热到预设的温度后，分别进入炉膛前墙膜式水冷壁上集箱
18和炉膛后墙膜式水冷壁上集箱19，然后通过炉膛前墙膜式水冷壁上集箱18和炉膛后墙膜式水冷壁上集箱19的前水平连通管17和后水平连通管21分配给左右侧墙前部的垂直连通管15和左右侧墙后部的垂直连通管26在炉墙外不受热下降流动，均匀分配给左右侧墙膜式水冷壁下集箱1，通过侧墙模式水冷壁7吸收炉膛103中高温烟气放出的热量上升流动，被加热到更高的温度后，分别进入侧墙膜式水冷壁上集箱14，并汇入锅筒10的上部，在锅筒中混合后通过上水平连通管13和上垂直连通管33分配给对流竖井后墙膜式壁下集箱
38，经过对流竖井后墙膜式壁下集箱38分配给对流竖井膜式水冷壁29、第一级省煤器31、第二级省煤器34和第三级省煤器36，通过在布置三级省煤器的对流竖井后墙膜式水冷壁管内的中间位置焊接的垂直于水冷壁管中心线的非完全堵板，根据堵板的横截面积占管内流通面积的90％，只在水冷壁管的向火侧保留了10％的弓形面积以冷却对流竖井后墙上升的水冷壁管，以此确保了90％的水流经第一级省煤器31、第二级省煤器34和第三级省煤器36，对流竖井后墙膜式水冷壁29、第一级省煤器31、第二级省煤器34和第三级省煤器36吸热后上升流动至炉顶出口集箱20，并经垂直连通管22进入热水锅炉出口集箱23，回水经过各级受热面不断吸热，达到额定出口热水温度送入管网；而当煤或生物质或垃圾等固体燃料在锅炉底部的炉排105、前拱5以及后拱管束35组成的炉膛中引燃、燃烧和燃尽，除此之外，固体燃料干燥后分解出的挥发份和高温烟气携带的固体颗粒从炉膛103底部进入炉膛103进一步燃烧和燃尽，把燃料燃烧放出的热量通过辐射换热传递给侧墙模式水冷壁7，炉膛前墙模式水冷壁6、墙膜式水冷壁28以及炉膛后墙水冷凝渣管束27，经炉膛后墙水冷凝渣管束27的辐射和对流换热后，高温烟气通过转弯烟室转弯180°后进入对流竖井101，依次横向冲刷第一级省煤器31、第二级省煤器34和第三级省煤器36，烟气在本体完成换热后从锅炉的烟气出口39排出。