集箱式高压加热器

摘要

本发明涉及换热设备。一种集箱式高压加热器，包括进水室、进水管板、出水室、出水管板和若干换热管，所述换热管的两端分别和所述进水管板和出水管板连接在一起，其特征在于，还包括兼具水室和管板作用的一对集箱，所述集箱为圆筒形；所述一对集箱，一个集箱的集箱内部空间构成所述进水室、集箱周壁构成所述进水管板，另一个集箱的集箱内部空间构成所述出水室、集箱周壁构成所述出水管板。本发明提供了一种集箱式高压加热器，解决了现有的高压加热器应用在大于750MW(兆瓦)的火电机组中时必需具有厚的管板和封头所导致的制作不便、应用风险大、品质风险大、不能适应变负荷运行和调峰运行的问题。

权利要求

1.一种集箱式高压加热器，包括进水室、进水管板、出水室、出水管板和若干换热管，所述换热管的两端分别和所述进水管板和出水管板连接在一起，其特征在于，包括一对集箱，所述集箱为圆筒形；所述一对集箱，一个集箱的集箱内部空间构成所述进水室、集箱圆周壁构成所述进水管板，另一个集箱的集箱内部空间构成所述出水室、集箱圆周壁构成所述出水管板，所述进出水管板上设有用于连通水室和换热管的水孔，所述水孔的外端连接有管座，所述换热管和所述管座连接在一起，所述管座和所述进出水管板之间、所述管座和所述换热管之间都通过焊接的方式固定在一起，所述水孔内穿设有内管，所述内管的内端设有钩接在所述集箱内表面的凸缘，所述内管穿设在所述管座和换热管内，所述内管外端的外周面和换热管内周面之间设有金属密封环，所述密封环轴向远离所述集箱的一端设有环形胀开槽，所述胀开槽沿密封环的周向延伸，所述胀开槽和所述内管的内部空间连通，所述管座、内管和换热管三者的交汇处设有由焊缝形成的密封环，所述水孔分布在所述集箱圆周壁的周向和轴向。

2.根据权利要求1所述的集箱式高压加热器，其特征在于，所述换热管包括依次设置的进口段、主体段和出口段，所述进口段和所述进水管板连接在一起，所述出口段和所述出水管板连接在一起，所述主体段为由3个以上分段依次首尾连接在一起而构成的折返结构。

3.根据权利要求2所述的集箱式高压加热器，其特征在于，所述主体段为由三个分段构成的“S”形折返结构或由四个分段构成的“M”形折返结构。

4.根据权利要求1或2或3所述的集箱式高压加热器，其特征在于，所述水孔的轴线沿所述集箱的径向延伸。

5.根据权利要求4所述的集箱式高压加热器，其特征在于，所述水孔、所述管座和所述换热管端部三者同轴。

说明书

集箱式高压加热器

技术领域

[0001] 本发明涉及换热设备，尤其涉及一种集箱式高压加热器。

背景技术

[0002] 高压加热器是在电厂给水回热系统中、位于给水泵与省煤器或蒸发器之间，采用汽轮机抽气对高压给水进行加热的设备。在中国专利申请号为2011104206739、公开日为2013年5月2日、名称为“核电卧式高压给水加热器及其加热方法”的专利文件中公开了一种高压加热器。

[0003] 现有的高压加热器的结构都如上述专利中的一样，包括外壳、设置在外壳一端的平板结构的管板、连接在管板一侧的半球形或其它形状封头和连接在管板另一侧的“U”形换热管，封头和管板之间设置有分程隔板而使得封头和管板之间围成进水室和出水室，与管板围成进水室的部分构成进行管板区、与管板围成出水室的部分构成出水管板区，换热管的一端连接在进水管板区、另一端连接在出水管板区。现有的高压加热器存在以下不足：由于管板厚且为了提高结构紧凑性和降低体积、换热管是以密布方式布置在管板上的，使得管板和换热管之间只能采用角焊接和胀接复合连接，导致不能进行射线探伤，只能渗透或磁粉探伤，容易产生泄漏，这种连接方式对于750MW(兆瓦)以下的火电机组，因管板薄、容易控制、可以适应需要，但是对大于750MW(兆瓦)的火电机组，因设计压力达到38MPa（兆帕），以1000 MW级单列高压加热器为例，管板厚度将达到800毫米才能满足强度设计要求、同时单重45吨，给锻造工业带来巨大品质压力，并且给管板800毫米深度钻孔的机床钻力、钻杆、钻头、冷却、退铁屑等也带来严重挑战，一个高压加热器中有约4500根U形换热管，单个管板上需要钻9000个孔，单个管板仅钻孔就需要近1个月才能完成，1台机组有3只高加和1只蒸汽冷却器（和高加结构相同，体积稍小一些），需要至少3-5个月/机床；同时由于高压加热器管板两侧的温差达到近300℃，800毫米厚的平管板存在巨大的温差应力，存在巨大风险；同时水室封头厚度达到200毫米、给钢板轧制、热处理、焊接、探伤均带来严峻品质挑战，风险非同小可；因现有结构在大功率机组的高压加热器中的平管板厚度厚、封头厚度厚，使得给水温度变化率应小于2.5℃/分钟，不能适应变负荷运行和调峰运行；由于平管板工作时是弯曲变形,会产生弯曲应力，弯曲应力加温度激励会使管板老化产生裂纹，导致现有的加热器寿命仅12-15年。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种集箱式高压加热器，解决了现有的高压加热器应用在大于750MW(兆瓦)的火电机组中时必需具有厚的管板和封头所导致的制作不便、品质风险大、不能适应变负荷运行和调峰运行的问题。

[0005] 以上技术问题是通过下列技术方案解决的：一种集箱式高压加热器，包括进水室、进水管板、出水室、出水管板和若干换热管，所述换热管的两端分别和所述进水管板和出水管板连接在一起，其特征在于，包括一对集箱，所述集箱为圆筒形；所述一对集箱，一个集箱的集箱内部空间构成所述进水室、集箱圆周壁构成所述进水管板，另一个集箱的集箱内部空间构成所述出水室、集箱圆周壁构成所述出水管板。通过开拓性地设置圆筒形集箱构成水室并以集箱的圆周壁构成管板，进水室和出水室分开布置，进水室设置在进口集箱中，出水室设置在出口集箱中，使得每个集箱的圆周面各处的水压一致性好，不会产生周向水压不一致而导致的管板变形，在周向受力一致的情况下，圆形结构的管板受力越大时会更圆，因此压力的提升不会产生管板变形、此时只需要保证管板厚度满足不被高压水击穿即可，经试验获知在同样应用于1000MW的发电机组中时，集箱圆周壁（也即管板壁）厚度只需要80毫米即能满足要求。

[0006] 作为优选，所述换热管包括依次设置的进口段、主体段和出口段，所述进口段和所述进水管板连接在一起，所述出口段和所述出水管板连接在一起，所述主体段为由3个以上分段依次首位连接在一起而构成的折返结构。这样能够提高换热管的弹性、提高换热管的抗热胀能力，起到延长换热管的使用寿命的作用。

[0007] 作为优选，所述主体段为由三个分段构成的“S”形折返结构或由四个分段构成的“M”形折返结构。能够兼顾制作和布局时的方便性和使用寿命。

[0008] 作为优选，所述进出水管板上设有用于连通水室和换热管的水孔，所述水孔的外端连接有管座，所述换热管和所述管座连接在一起，所述管座和所述进出水管板之间、所述管座和所述换热管之间都通过焊接的方式固定在一起。能够通过射线探伤。便于发现品质不良点。

[0009] 作为优选，所述水孔的轴线沿所述集箱的径向延伸。能够使集箱周壁受到的水压力方向都为沿集箱的径向，集箱中流过高压水时管板更加不容易产生变形。

[0010] 作为优选，所述水孔、所述管座和所述换热管端部三者同轴。水室中的水能够更加通畅地在水室和换热管之间流通，能够降低换热管和集箱的连接处的受力，使得连接处不容易产生泄漏现象。

[0011] 作为优选，所述水孔内穿设有内管，所述内管的内端设有钩接在所述集箱内表面的凸缘，所述内管穿设在所述管座和换热管内，所述内管外端的外周面和换热管内周面之间设有金属密封环，所述密封环轴向远离所述集箱的一端设有环形胀开槽，所述胀开槽沿密封环的周向延伸，所述胀开槽和所述内管的内部空间连通，所述管座、内管和换热管三者的交汇处设有由焊缝形成的密封环。能够有效地提高换热管和管板之间的连接强度和密封可靠性。

[0012] 作为优选，所述进出水管板上设有水孔，所述水孔分布在所述集箱圆周壁的周向和轴向。能够更加有效地避免管板受到水的压力时产生形变。

[0013] 本发明具有下述优点：设计一对圆筒形集箱，以集箱的内部空间构成水室，集箱的圆周壁构成管板，使得集箱兼具水室和管板作用，在承受同样的水压和满足变形要求时管板的厚度显著变小，以1000MW级水压为38MPa的单列高压加热器为例，管板厚度由800毫米降低到80毫米，即为现有厚度的十分之一，避免了现有的厚管板、厚封头结构所导致的锻造压力、钻孔压力和品质压力，单个管板钻孔长度减少23000米，工期能够缩短2个月左右；进水和出水分别位于两个集箱中且两个集箱分开，使得每一个集箱都处于均温区，避免了现有结构所存在的温差变形风险，真正安全可靠；给水温度变化率可达30℃/分钟，能适应变负荷运行和调峰运行，能够可靠保证超临界机组的安全运行；由于管板形变应力小，使用寿命可达35-50年。

附图说明

[0014] 图1为本发明实施例一的示意图。

[0015] 图2为实施例一中的换热管和集箱的连接结构示意图。

[0016] 图3为实施例二中的换热管和集箱的连接结构示意图。

[0017] 图4为实施例三中的换热管和集箱的连接结构示意图。

[0018] 图5为实施例四中的换热管和集箱的连接结构示意图。

[0019] 图6为图5的A处的局部放大示意图。

[0020] 图中：外壳1、集箱2、进水集箱21、出水集箱22、水孔23、管座24、换热管3、进口段31、主体段32、分段321、出口段33、进水室4、进水管板5、出水室6、出水管板7、焊缝8、内管9、凸缘91、密封环92、胀开槽921、水孔的轴线L。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

[0022] 实施例一，参见图1，一种集箱式高压加热器，包括外壳1、一对集箱2和若干换热管3。

[0023] 外壳1为卧式结构。当然立式结构也可以。

[0024] 集箱2为圆筒形。一对集箱2中的两个集箱分别为进水集箱21和出水集箱22。一对集箱2位于外壳1内。一对集箱2中的两个集箱分布在外壳1的沿轴线方向的两端。集箱2的壁厚为80毫米（按材料计算、不同材料厚度有差异，本实施例中为采用和现有管板相同材料时的厚度）。集箱2的圆周壁上设有水孔23。每一个集箱2上的水孔23的数量约为2100个（根据选用的换热管直径计算，不同管径数量有差异，本实施例为换热管开口面积之同现有高压加热器换热管开口面积之和略大时的换热管的数量，因此管径越小、管数越大（以及水孔数量越多），反之亦然）。集箱2上的水孔23按集箱圆周壁的周向和周向分布。水孔23均匀分布在集箱2圆周壁上（当然不要求一定要均匀分布，至少均匀分布时抗变形能力最佳）。进水集箱21的内部空间构成进水室4。进水集箱21的圆周壁构成进水管板5。
出水集箱22的内部空间构成出水室6。出水集箱22的圆周壁构成出水管板7。

[0025] 换热管3约为2100个（现有的1000MW级单列高压加热器中的换热管直径为16毫米、数量为4500根，本实施例中的换热管直径为25毫米、数量为2100根）。换热管3包括依次设置的进口段31、主体段32和出口段33。2100根换热管3中的2100个进口段31的自由端一一对应地和进水管板5上的2100个水孔23连接在一起。主体段32为由3个分段321依次首位连接在一起而构成的“S”形折返结构。2100根换热管3中的2100个出口段33的自由端一一对应地和出水管板7上的2100个水孔23连接在一起。

[0026] 参见图2，换热管和集箱的具体连接方式为：水孔23的外端对接有管座24。管座24和集箱2的周壁焊接在一起而形成密封连接。换热管3和管座24对接在一起。管座24和换热管3之间以焊接相连形成焊缝8。焊缝8为对接焊缝。焊缝8将管座24和换热管3密封固接在一起。水孔23、管座24和换热管3端部三者同轴。水孔23、管座24和换热管
3三者的内径相似即可（本实施例中为相等）。水孔的轴线L沿集箱2的径向延伸。

[0027] 参见图1，使用时，高压水输入进水集箱21后经进水管板5上的水孔23分流到换热管3，换热管3中的水经出水管板7上的水孔23进入出水集箱22中，然后流出壳体1。进水管板5和出水管板7在水的压力（水压约为38MPa）下几乎不产生变形。水流过换热管
3时，首先流过疏水冷却区与换热管3外高温疏水进行对流换热，吸收疏水热量而第一次被升温；然后进入凝结区而吸收换热管3外蒸汽凝结放出的热而被第二次升温，最后进入过热蒸汽冷却区与换热管3外过热蒸汽进行对流换热而被第三次升温，第三次升温后进入出水室6。

[0028] 实施例二，参见图3，同实施例一的不同之处为：换热管3的端部插接在管座24内。焊缝8为角焊缝。

[0029] 实施例三，参见图4，同实施例一的不同之处为：换热管3的端部插接在水孔23内。换热管8和集箱2焊接在一起。

[0030] 实施例四，参见图5，同实施例一的不同之处为：水孔23内穿设有内管9。内管9的内端设有凸缘91。凸缘91钩接在集箱2内周面上。凸缘91和集箱2内周面仅通过抵接的方式连接在一起。内管9穿设在管座24和换热管3内。焊缝8还将内管9密封固接在一起，也即焊缝8起到将管座24、内管9和换热管2三者的交汇处密封连接在一起的密封环的作用。

[0031] 参见图6，内管9外端的外周面和换热管3内周面之间设有金属密封环92。密封环92轴向远离集箱的一端设有环形胀开槽921。胀开槽921沿密封环92的周向延伸。胀开槽921和内管9的内部空间连通。