應(yīng)用于鍋爐的過(guò)熱器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種鍋爐，特別是公開(kāi)一種應(yīng)用于鍋爐的過(guò)熱器。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的鍋爐結(jié)構(gòu)中，過(guò)熱器包括集箱、過(guò)熱器管子;集箱包括進(jìn)口集箱和出口集箱，其作用是對(duì)過(guò)熱器管子中換熱前后的蒸汽進(jìn)行分配和收集。過(guò)熱器的過(guò)熱器管子直接從鍋爐爐壁的外部進(jìn)入爐腔，爐壁與過(guò)熱器的連接通常為固定式連接，即過(guò)熱器的過(guò)熱器管子直接焊接在鍋爐的爐壁上，過(guò)熱器管子與爐壁相連的一端受爐壁約束，跟隨爐壁膨脹的方向移動(dòng)，過(guò)熱器管子與集箱聯(lián)接的一端，跟隨集箱膨脹方向移動(dòng)。集箱位于爐壁外部，以免受到爐內(nèi)介質(zhì)的直接接觸(集箱在爐腔內(nèi)部的情況通常是在低溫狀態(tài)下使用的結(jié)構(gòu)，其使用范圍以及與爐壁之間的連接結(jié)構(gòu)與本實(shí)用新型有著本質(zhì)的不同，因此不在本實(shí)用新型討論的范圍內(nèi))。
[0003]通常，根據(jù)鍋爐熱力計(jì)算、水動(dòng)力計(jì)算的要求，爐壁管子按一定規(guī)律排列，過(guò)熱器管子按一定規(guī)律排列，過(guò)熱器管子排列要適應(yīng)爐壁管子的排列規(guī)律。例如，當(dāng)爐壁管子之間的空間足以通過(guò)一根過(guò)熱器管子時(shí)，過(guò)熱器管子對(duì)應(yīng)的在爐壁兩管子之間穿出，爐壁管鰭片上開(kāi)孔或爐壁附屬物盒體上開(kāi)孔形成多孔盒體，該開(kāi)孔僅考慮過(guò)熱器管子通過(guò)并符合管子與爐壁密封焊接的要求。
[0004]通常根據(jù)鍋爐爐壁的結(jié)構(gòu)不同，過(guò)熱器管子與爐壁的連接方式略有不同，但相同的是過(guò)熱器管子都與爐壁進(jìn)行固定連接，過(guò)熱器管子在受熱膨脹時(shí)會(huì)受到爐壁的影響，典型的結(jié)構(gòu)如下:
[0005]1)、如圖1、圖2所示，爐壁1為膜式壁結(jié)構(gòu)，過(guò)熱器管子3橫向穿過(guò)爐壁1的鰭片101，過(guò)熱器管子3與鰭片101之間直接焊接密封、或者為了方便焊接在過(guò)熱器管子3上固定設(shè)置管套4，再將管套4通過(guò)焊接的方式與鰭片101連接固定。該連接方式的過(guò)熱器管子3受到爐壁1約束。
[0006]如圖3所示，也可以在爐壁1的外側(cè)設(shè)置帶有膨脹結(jié)構(gòu)6的多孔盒體5，過(guò)熱器管子3從外部穿過(guò)多孔盒體5后再穿過(guò)爐壁1的鰭片101進(jìn)入爐腔2，過(guò)熱器管子3通過(guò)管套4與多孔盒體5焊接在一起進(jìn)行密封。該連接方式在過(guò)熱器管子3受到爐壁1以及多孔盒體5的約束。
[0007]2)、如圖4所示，爐壁1為膜式壁結(jié)構(gòu)，過(guò)熱器管子3豎向穿過(guò)爐壁1的鰭片101，過(guò)熱器管子3的周?chē)高B有支撐封板8，支撐封板8通過(guò)焊接的方式固定在爐壁1上。該連接方式的過(guò)熱器管子3受到支撐封板8的約束。
[0008]3)、如圖5所示，爐壁1為膜式壁結(jié)構(gòu)，過(guò)熱器管子3豎向穿過(guò)鰭片101，爐壁1外設(shè)有膨脹節(jié)9，過(guò)熱器管子3通過(guò)膨脹節(jié)9與爐壁1相連。該結(jié)構(gòu)爐壁1與過(guò)熱器管子3沒(méi)有固定聯(lián)接，過(guò)熱器管子3與集箱7在過(guò)熱器管子3的軸線方向上自由膨脹，但是當(dāng)集箱7的膨脹路徑位于集箱7的軸線方向或集箱的側(cè)向時(shí)，所述過(guò)熱器3的管子的移動(dòng)受到所述膨脹節(jié)9或爐壁1的約束。
[0009]4)、如圖6所示，爐壁1由從內(nèi)向外依次相連的耐火壁面104、保溫壁面105、鋼板106組成，過(guò)熱器管子3穿過(guò)爐壁1進(jìn)入爐腔2內(nèi)，過(guò)熱器管子3通過(guò)焊接的方式固定在鋼板106上。該連接方式的過(guò)熱器管子3受到鋼板106的約束。
[0010]以上這幾種方式都通過(guò)焊接直接固定或增加附件的結(jié)構(gòu)將過(guò)熱器管子與爐壁進(jìn)行固定連接，受熱時(shí)過(guò)熱器管子跟隨爐壁膨脹的方向移動(dòng)。在鍋爐工作時(shí)，爐腔2內(nèi)介質(zhì)加熱爐壁1，過(guò)熱器管子3與爐壁1的連接處，或過(guò)熱器管子3與其他附件如支撐封板8、膨脹節(jié)9等，亦有局部熱量傳遞，爐壁管子102內(nèi)側(cè)有工質(zhì)通過(guò)，吸收爐腔2內(nèi)介質(zhì)或過(guò)熱器管子3放出的熱量，爐壁1的溫度受爐壁管子102內(nèi)的工質(zhì)溫度主導(dǎo)，由于爐壁1、多孔盒體5、支撐封板8、膨脹節(jié)9、過(guò)熱器管子3的受熱膨脹量各不相同，因此在焊接處會(huì)造成過(guò)熱器管子3的膨脹受爐壁1或多孔盒體5、支撐封板8、膨脹節(jié)9等的限制，不能在多個(gè)方向上自由移動(dòng)，(一方面集箱沿集箱軸線方向膨脹，另一方面集箱可能受到聯(lián)接管道膨脹的影響而在集箱側(cè)向產(chǎn)生位移，)而過(guò)熱器管子3與集箱7之間同樣為固定連接，過(guò)熱器管子3跟隨集箱7膨脹位移的方向移動(dòng)，這就造成過(guò)熱器管子3在爐壁1與集箱7之間的兩端受到爐壁1與集箱7的約束，兩端的位移量不同，過(guò)熱器管子3遭受彎曲應(yīng)力，一旦彎曲應(yīng)力過(guò)大會(huì)造成過(guò)熱器管子3的損壞，為了防止這一損壞，通常需要增長(zhǎng)過(guò)熱器管子3在爐壁1與集箱7之間的長(zhǎng)度(以下稱(chēng)過(guò)熱器管子3在爐壁1與集箱7之間的部分為為爐外管子)，以抵消彎曲應(yīng)力造成的損壞。例如圖7、8，為了使過(guò)熱器管子3所受彎曲應(yīng)力范圍不超過(guò)過(guò)熱器管子3材料的許用應(yīng)力，需將過(guò)熱器管子3的爐外管子長(zhǎng)度設(shè)計(jì)的足夠長(zhǎng)，過(guò)熱器管子3的爐外管子長(zhǎng)度可以通過(guò)以下公式計(jì)算，本實(shí)用新型僅舉一例現(xiàn)有技術(shù)中的計(jì)算方法進(jìn)行說(shuō)明:
[0011]L=(3 y E D / S)1/2，(導(dǎo)向-固支模型，如圖7);
[0012]L=(1.5 y E D / S)1/2，(鉸支-固支模型，如圖8);
[0013]其中:L:需要的爐外管子長(zhǎng)度;y:爐外管子兩端的位移差;E:過(guò)熱器管子材料的彈性模量;D:過(guò)熱器管子直徑;S:過(guò)熱器管子材料的許用應(yīng)力。
[0014]爐外管子的長(zhǎng)度隨集箱與爐壁的溫度差成正比，溫差越大，爐外管子的長(zhǎng)度L越長(zhǎng)。
[0015]爐外管子的長(zhǎng)度L與集箱的總長(zhǎng)度稱(chēng)正比，集箱越長(zhǎng)，爐外管子的長(zhǎng)度L越長(zhǎng)。
[0016]隨著現(xiàn)代鍋爐技術(shù)的不斷發(fā)展，鍋爐參數(shù)(蒸汽溫度、壓力、容量)也不斷提高，使得過(guò)熱器管子的爐外管子的長(zhǎng)度不斷增長(zhǎng)。而過(guò)熱器管子的爐外管子由于裝設(shè)在爐腔外偵I爐外管子內(nèi)的工質(zhì)不與爐內(nèi)介質(zhì)有任何熱交換，從鍋爐的功能來(lái)說(shuō)，該段爐外管子是無(wú)效的，反而增加了過(guò)熱器管子管內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)的阻力，約占蒸汽流程阻力的10?20%，使水栗電耗增加。該段爐外管子需要使用大量的優(yōu)質(zhì)合金鋼管子，消耗大量原材料成本與加工成本，約占過(guò)熱器成本的10?20%。該段爐外管子延伸在爐腔外側(cè)，占用很大的空間，使鍋爐鋼結(jié)構(gòu)占地面積增加，使鋼結(jié)構(gòu)的各類(lèi)梁、平臺(tái)的長(zhǎng)度增加，鋼結(jié)構(gòu)成本增加，約占鋼結(jié)構(gòu)成本的3
?6% ο
[0017]在傳統(tǒng)鍋爐技術(shù)領(lǐng)域，由于爐壁與過(guò)熱器管子之間為固定連接，爐壁對(duì)過(guò)熱器管子具有支撐限制作用，集箱、過(guò)熱器管子、爐壁之間相互聯(lián)接，爐壁與集箱之間必然相互牽制。爐壁管子根據(jù)爐壁結(jié)構(gòu)的規(guī)律，因熱膨脹而移動(dòng)，而集箱受聯(lián)接管道的牽制作用，不可能完全跟隨爐壁移動(dòng)；因?yàn)檫^(guò)熱器管子的熱膨脹，而使集箱與爐壁之間產(chǎn)生相對(duì)位移，導(dǎo)致集箱與爐壁之間的距離發(fā)生改變。那么，在集箱與爐壁之間發(fā)生距離變化的方向上，集箱的固定必須采用變力或恒力彈簧、阻尼器之類(lèi)的元件來(lái)支撐，成本較高;如果采用剛性支吊裝置如剛性吊桿、剛性支撐、間隙設(shè)為0的限位裝置、導(dǎo)向裝置等，雖然成本低廉，但會(huì)導(dǎo)致過(guò)熱器管子失效、承受額外的應(yīng)力，使過(guò)熱器管子使用壽命降低、或者為了降低管子應(yīng)力而不得不增加管子長(zhǎng)度，從而增加成本。因此集箱不可能在垂直于爐壁平面方向采用剛性支吊裝置。所以，為了支撐集箱及過(guò)熱器管子的重量等重力方向載荷，通常需要設(shè)置變力或恒力支吊架，成本高;或者設(shè)置非0間隙的限位裝置，以支撐地震、風(fēng)等水平載荷;而非0間隙的限位裝置，因有間隙，必使過(guò)熱器管子承受額外載荷。如有對(duì)集箱在垂直于爐壁平面方向采用剛性支吊裝置，此時(shí)過(guò)熱器管子因承受額外的應(yīng)力，從而使用壽命降低或失效，或者使過(guò)熱器管子的需要長(zhǎng)度增加，而成本增加，造成不合理或錯(cuò)誤設(shè)計(jì)。
[0018]對(duì)于如圖9所示的屏式過(guò)熱器18與爐壁1的連接結(jié)構(gòu)，屏式過(guò)熱器18的下端固定在所述爐壁1上，所述屏式過(guò)熱器18的上端穿過(guò)爐壁1，屏式過(guò)熱器18上端的集箱7必然因熱膨脹而移動(dòng)，集箱7必然會(huì)在重力方向上發(fā)生位移，因此在集箱7的重力方向上須設(shè)置變力或恒力支吊架19，而不能采用剛性聯(lián)接裝置的固定方式固定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種實(shí)現(xiàn)過(guò)熱器的過(guò)熱器管子不受爐壁約束、自由膨脹，從而縮短過(guò)熱器爐外管子長(zhǎng)度，節(jié)約成本，降低過(guò)熱器管子的應(yīng)力水平，延長(zhǎng)使用壽命的應(yīng)用于鍋爐的過(guò)熱器。
[0020]本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)的:一種應(yīng)用于鍋爐的過(guò)熱器，所述鍋爐包括爐腔、爐壁，所述過(guò)熱器包括過(guò)熱器管子、與聯(lián)接管道相連的集箱，所述過(guò)熱器管子的一端與所述集箱相連，所述過(guò)熱器管子的另一端從所述鍋爐的外部穿過(guò)爐壁進(jìn)入所述爐腔內(nèi)形