角管式锅炉旗式对流受热面复合等流速设计方法技术

本发明专利技术公开了一种角管式锅炉旗式对流受热面复合等流速设计方法，它采用改变各级旗式对流受热面管束直径，优化各级受热面传热温压和传热面积，直接减小末级旗式管束长度和流通面积等复合设计方法，实现各级旗式对流受热面的等烟气流速优化设计，使各级受热面的平均烟气流速达到８ｍ／ｓ以上。增大烟气流速对减少受热面积灰和增强传热极为有利，更重要的是，本发明专利技术在实现等流速设计的同时，不增加膜式壁焊接和管屏制造工艺的复杂性。复合等流速设计方法，有效提高烟气流速，减少飞灰沉积；增大传热系数，减小对流受热面积，实现原材料和运行维护的双效节能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于热能工程应用
，涉及一种。
技术介绍
角管式锅炉具有自支撑，水循环好，耗钢量小等突出的结构优势和整体节能优势，如图1所示。图中所示的标号为1、炉排；2、前拱；3、炉膛；4、锅筒；5、凝渣管束；6、转向室；7、第一级旗式受热面；8、中间分割屏；9、尾部竖井后墙；10、第二级旗式受热面；11、后拱；12、第三级旗式受热面。角管式锅炉整体结构为“∏形”布置，左侧为炉膛，右侧为尾部竖井，以中间分割屏8作为炉膛和尾部竖井的分界面。因为角管式锅炉炉膛辐射受热面采用全膜式水冷壁结构，炉膛出口烟气温度低，尾部竖井旗式对流受热面一般采用三级或四级布置，温度下降梯度大。常规角管式锅炉方案设计时，因为膜式水冷壁装配、制造工艺复杂，对流竖井横截面积一般保持不变，由本专利技术说明书中的公式(1)可知，烟气流速和温度成正比，随着烟气温度的下降，各级受热面烟气流速依次下降，末级旗式受热面的烟气流速经常低于5m/s，某些设计欠佳的锅炉甚至低于4.7m/s。长期以来，烟气流速过低，受热面传热系数大大下降，影响锅炉的有效出力；而且，烟气流速过低，造成旗式受热面出现严重的飞灰沉积，特别是角管式热水锅炉，受热面水温低，管壁金属温度低，尤其是硫酸蒸汽结露冷凝后，低温粘积灰积结得更为严重。一些锅炉每天需进行吹灰操作，长时间不吹灰可能造成烟气闷塞，引风机负荷增加，锅炉运行维护工作量大，吹灰操作浪费能源，严重影响角管式锅炉的安全运行。长期以来，角管式锅炉旗式对流受热面烟气流速偏低的现象一直没有得到有效地解决。近几年，研究人员提出了一些提高旗式对流受热面烟气流速，改善飞灰沉积和对解决流通道运行时闷塞状况的措施，这些措施在实施以后都未获得比较理想的效果，关键的问题在于研究人员只是简单地采用单一措施，很难收到实效；还有，采用变截面方法后，角管式锅炉的对流竖井后墙膜式壁或中间分割屏就会出现弯管段，而且，锅炉容量增大到29MW(40t/h)以后，无论是后墙还是分割屏都需要分拆成2～3块小屏整装出厂，弯管段现场对接装配的施工难度大，增加了膜式壁装配、制造工艺的复杂性，很难两全其美，已有的改进技术有两种方案，如图2和图3所示(1)采用后墙一次转弯的变截面设计。如图2所示。将尾部竖井进入第三级旗式对流受热面之前的后墙膜式壁向内折转形成弯管段，减小第三级旗式管束长度和流通面积，第一级受热面因烟气温度高，烟气流速可达9m/s以上，第三级受热面因烟气流通面积小，烟气流速可达8m/s以上；而第二级受热面流通面积未变，烟气流速达只在6m/s以上，第二级烟气流速偏低；(2)采用后墙二次转弯的变截面设计。如图3所示，为避免(1)出现的第二级烟气流速偏低的现象，将尾部竖井进入第二、第三级旗式对流受热面之前的后墙膜式壁依次向内折转形成两个弯管段，分别根据等流速设计理念减小第二和第三级旗式管束长度和流通面积，可以实现三级旗式受热面的等流速设计，各级烟气流速均可达到8m/s以上。但是，尾部竖井的后墙膜式壁本来由中间一个直管段管屏和两端的两个弯管段组成，而改进设计后，后墙膜式壁将由中间三个直管段管屏，中间的两个弯管段管屏和两端两个弯管段组成，焊接和装配工艺异常复杂，从未在生产中使用过。和以上(1)、(2)类似的技术方案是将炉膛和尾部竖井之间的分割屏(图1，序号8)向后折转一次或二次形成弯管段，其对流速的提升效果和引起的问题和(1)、(2)方案相同。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种角管式锅炉旗式对流受热面复合等流速设计的方法，采用改变各级受热面的管径，优化各级受热面传热温压和传热面积，改变末级受热面的流通面积等三种复合设计方法实现角管式锅炉旗式对流受热面的等流速高效传热，有效防止飞灰在受热面上的沉积堵塞。为了实现上述任务，本专利技术采取如下的技术解决方案一种，其特征在于，该方法包括下列步骤改变角管式锅炉的三级旗式对流受热面的管束直径，使第一级旗式受热面管束直径小于第二级旗式受热面管束直径，而第二级旗式受热面管束直径和第三级旗式对流受热面管束直径相同；优化各级受热面传热温压、传热面积及其传热量，提高第二级对流受热面的烟气平均温度；直接减小第三级旗式受热面管束的长度和流通面积来提高烟气流速；使第一级旗式对流受热面烟气流速大于9.6m/s；第二级旗式对流受热面烟气流速大于8.0m/s；第三级旗式对流受热面烟气流速大于8.0m/s。本专利技术的方法，在设计或改进时，不改变尾部竖井烟道四周膜式壁的结构形状和尺寸，不改变尾部竖井烟道四周膜式壁的常规制造工艺。本专利技术提出的技术方案，即可应用于新产品的结构设计，又可以应用于在役工业和生活锅炉的节能改造，其改造成本低。该专利技术提出的技术原理除应用于角管式锅炉，也适应于所有的水管锅炉。该专利技术技术的推广应用可以显著提高受热面的传热系数，减少锅炉的原材料消耗，能有效提高现役运行锅炉的出力。更为重要的是，复合等流速设计能有效防止飞灰在受热面上的严重沉积，省却频繁吹灰带来的高额附加费用，确保锅炉的安全经济运行，而且复合等流速设计理念不以复杂的造工艺为代价，是值得推广的设计技术理念。附图说明图1是角管式锅炉全图；图2是尾部竖井后墙一次转弯结构图；图3是尾部竖井后墙二次转弯结构图； 图4是复合等速流设计方法说明图，其中(b)是(a)的A-A剖面图；图中所示的标号为41、后拱；42、中间分割屏；43、凝渣管束；44、尾部竖井的后墙；45、第一级旗式对流受热面；46、第二级旗式对流受热面；47、第三级旗式对流受热面；48、烟道分割板；49、侧墙膜式壁；50、后墙竖水管，51、扁钢；52、旗式水管管束。图5尾部多级受热面布置时温度节点确定与热量分配图其中θ4、θ3和θ2分别是三级旗式对流受热面的进口烟温；θ3、θ2和θ1分别是三级旗式对流受热面的出口烟温；θPY是指最尾部空气预热器出口的排烟温度；t3、t2和t1别是三级旗式对流受热面的进口水温；t4、t3和t2分别是三级旗式对流受热面的出口水温；tk0和tk1分别指最尾部空气预热器空气的进口和出口温度；以下结合附图和采用本方法得到的精细结构和计算结果对本专利技术作进一步的详细说明。具体实施例方式本专利技术的，采用改变各级旗式对流受热面水管直径，改变各级旗式对流受热面传热温压和优化传热面积，改变末级旗式对流受热面管束长度和流通面积的复合等流速设计方法，实现旗式对流受热面热工性能的优化设计，使烟温不同的三级受热面获得平均流速达到8m/s以上的等流速理想工况。更为重要的是，本专利技术在优化热工性能的同时，不以复杂的膜式壁受热面的焊接和管屏弯制工艺为代价。复合等流速设计方法，可有效地提高烟气流速，减少飞灰沉积；增大传热系数，减小金属耗量，实现原材料和运行维护的双重节能。采用本专利技术的方法设计或改进时，不改变尾部竖井烟道四周膜式壁的结构形状和尺寸，不改变尾部竖井烟道四周膜式壁的常规制造工艺。图4是复合等速流设计方法说明图，其中(b)是(a)的A-A剖面图；图中所示的标号为41、后拱；42、中间分割屏；43、凝渣管束；44、尾部竖井的后墙；45、第一级旗式对流受热面；46、第二级旗式对流受热面；47、第三级旗式对流受热面；48、烟道分割板；49、侧墙膜式壁；50、后墙水管，51、扁钢；52、旗式水管管束。直接减小第三级旗式对流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种角管式锅炉旗式对流受热面复合等流速设计方法，其特征在于，该方法包括下列步骤：改变角管式锅炉的各级旗式对流受热面的管束直径，使第一级旗式受热面管束直径小于第二级旗式受热面管束直径，而保持第二级旗式受热面管束直径和第三级旗式对流受热 面管束直径相同；优化第一、第二级受热面传热温压和传热面积，即改变传热量，提高第二级受热面的烟气平均温度；直接减小第三级旗式受热面管束的长度和流通面积来提高烟气流速；使第一级旗式对流受热面烟气流速大于９．６ｍ／ｓ；第二级旗式对 流受热面烟气流速大于８．０ｍ／ｓ；第三级旗式对流受热面烟气流速大于８．０ｍ／ｓ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵钦新，刘志起，刘春明，王化臣，姜世庆，王鹏，沈顺铭，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]