应用于锅炉的过热器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种锅炉，特别是公开一种应用于锅炉的过热器。
【背景技术】
[0002]在现有的锅炉结构中，过热器包括集箱、过热器管子；集箱包括进口集箱和出口集箱，其作用是对过热器管子中换热前后的蒸汽进行分配和收集。过热器的过热器管子直接从锅炉炉壁的外部进入炉腔，炉壁与过热器的连接通常为固定式连接，即过热器的过热器管子直接焊接在锅炉的炉壁上，过热器管子与炉壁相连的一端受炉壁约束，跟随炉壁膨胀的方向移动，过热器管子与集箱联接的一端，跟随集箱膨胀方向移动。集箱位于炉壁外部，以免受到炉内介质的直接接触(集箱在炉腔内部的情况通常是在低温状态下使用的结构，其使用范围以及与炉壁之间的连接结构与本发明有着本质的不同，因此不在本发明讨论的范围内)。
[0003]通常，根据锅炉热力计算、水动力计算的要求，炉壁管子按一定规律排列，过热器管子按一定规律排列，过热器管子排列要适应炉壁管子的排列规律。例如，当炉壁管子之间的空间足以通过一根过热器管子时，过热器管子对应的在炉壁两管子之间穿出，炉壁管鳍片上开孔或炉壁附属物盒体上开孔形成多孔盒体，该开孔仅考虑过热器管子通过并符合管子与炉壁密封焊接的要求。
[0004]通常根据锅炉炉壁的结构不同，过热器管子与炉壁的连接方式略有不同，但相同的是过热器管子都与炉壁进行固定连接，过热器管子在受热膨胀时会受到炉壁的影响，典型的结构如下:
I)、如图1、图2所示，炉壁I为膜式壁结构，过热器管子3横向穿过炉壁I的鳍片101，过热器管子3与鳍片101之间直接焊接密封、或者为了方便焊接在过热器管子3上固定设置管套4，再将管套4通过焊接的方式与鳍片101连接固定。该连接方式的过热器管子3受到炉壁I约束。
[0005]如图3所示，也可以在炉壁I的外侧设置带有膨胀结构6的多孔盒体5，过热器管子3从外部穿过多孔盒体5后再穿过炉壁I的鳍片101进入炉腔2，过热器管子3通过管套4与多孔盒体5焊接在一起进行密封。该连接方式在过热器管子3受到炉壁I以及多孔盒体5的约束。
[0006]2)、如图4所示，炉壁I为膜式壁结构，过热器管子3竖向穿过炉壁I的鳍片101，过热器管子3的周围焊连有支撑封板8，支撑封板8通过焊接的方式固定在炉壁I上。该连接方式的过热器管子3受到支撑封板8的约束。
[0007]3)、如图5所示，炉壁I为膜式壁结构，过热器管子3竖向穿过鳍片101，炉壁I外设有膨胀节9，过热器管子3通过膨胀节9与炉壁I相连。该结构炉壁I与过热器管子3没有固定联接，过热器管子3与集箱7在过热器管子3的轴线方向上自由膨胀，但是当集箱7的膨胀路径位于集箱7的轴线方向或集箱的侧向时，所述过热器3的管子的移动受到所述膨胀节9或炉壁I的约束。
[0008]4)、如图6所示，炉壁I由从内向外依次相连的耐火壁面104、保温壁面105、钢板106组成，过热器管子3穿过炉壁I进入炉腔2内，过热器管子3通过焊接的方式固定在钢板106上。该连接方式的过热器管子3受到钢板106的约束。
[0009]以上这几种方式都通过焊接直接固定或增加附件的结构将过热器管子与炉壁进行固定连接，受热时过热器管子跟随炉壁膨胀的方向移动。在锅炉工作时，炉腔2内介质加热炉壁1，过热器管子3与炉壁I的连接处，或过热器管子3与其他附件如支撑封板8、膨胀节9等，亦有局部热量传递，炉壁管子102内侧有工质通过，吸收炉腔2内介质或过热器管子3放出的热量，炉壁I的温度受炉壁管子102内的工质温度主导，由于炉壁1、多孔盒体
5、支撑封板8、膨胀节9、过热器管子3的受热膨胀量各不相同，因此在焊接处会造成过热器管子3的膨胀受炉壁I或多孔盒体5、支撑封板8、膨胀节9等的限制，不能在多个方向上自由移动，(一方面集箱沿集箱轴线方向膨胀，另一方面集箱可能受到联接管道膨胀的影响而在集箱侧向产生位移，)而过热器管子3与集箱7之间同样为固定连接，过热器管子3跟随集箱7膨胀位移的方向移动，这就造成过热器管子3在炉壁I与集箱7之间的两端受到炉壁I与集箱7的约束，两端的位移量不同，过热器管子3遭受弯曲应力，一旦弯曲应力过大会造成过热器管子3的损坏，为了防止这一损坏，通常需要增长过热器管子3在炉壁I与集箱7之间的长度(以下称过热器管子3在炉壁I与集箱7之间的部分为为炉外管子)，以抵消弯曲应力造成的损坏。例如图7、8，为了使过热器管子3所受弯曲应力范围不超过过热器管子3材料的许用应力，需将过热器管子3的炉外管子长度设计的足够长，过热器管子3的炉外管子长度可以通过以下公式计算，本发明仅举一例现有技术中的计算方法进行说明:
L= (3 y E D / S)1/2，(导向-固支模型，如图7);
L=(1.5 y E D / S)1/2，(铰支-固支模型，如图8);
其中:L:需要的炉外管子长度；y:炉外管子两端的位移差；E:过热器管子材料的弹性模量；D:过热器管子直径；S:过热器管子材料的许用应力。
[0010]炉外管子的长度随集箱与炉壁的温度差成正比，温差越大，炉外管子的长度L越长。
[0011]炉外管子的长度L与集箱的总长度称正比，集箱越长，炉外管子的长度L越长。
[0012]随着现代锅炉技术的不断发展，锅炉参数(蒸汽温度、压力、容量)也不断提高，使得过热器管子的炉外管子的长度不断增长。而过热器管子的炉外管子由于装设在炉腔外侦U，炉外管子内的工质不与炉内介质有任何热交换，从锅炉的功能来说，该段炉外管子是无效的，反而增加了过热器管子管内工质流动的阻力，约占蒸汽流程阻力的10~20%，使水栗电耗增加。该段炉外管子需要使用大量的优质合金钢管子，消耗大量原材料成本与加工成本，约占过热器成本的10~20%。该段炉外管子延伸在炉腔外侧，占用很大的空间，使锅炉钢结构占地面积增加，使钢结构的各类梁、平台的长度增加，钢结构成本增加，约占钢结构成本的3?6%0
[0013]在传统锅炉技术领域，由于炉壁与过热器管子之间为固定连接，炉壁对过热器管子具有支撑限制作用，集箱、过热器管子、炉壁之间相互联接，炉壁与集箱之间必然相互牵制。炉壁管子根据炉壁结构的规律，因热膨胀而移动，而集箱受联接管道的牵制作用，不可能完全跟随炉壁移动；因为过热器管子的热膨胀，而使集箱与炉壁之间产生相对位移，导致集箱与炉壁之间的距离发生改变。那么，在集箱与炉壁之间发生距离变化的方向上，集箱的固定必须采用变力或恒力弹簧、阻尼器之类的元件来支撑，成本较高；如果采用刚性支吊装置如刚性吊杆、刚性支撑、间隙设为O的限位装置、导向装置等，虽然成本低廉，但会导致过热器管子失效、承受额外的应力，使过热器管子使用寿命降低、或者为了降低管子应力而不得不增加管子长度，从而增加成本。因此集箱不可能在垂直于炉壁平面方向采用刚性支吊装置。所以，为了支撑集箱及过热器管子的重量等重力方向载荷，通常需要设置变力或恒力支吊架，成本高；或者设置非O间隙的限位装置，以支撑地震、风等水平载荷；而非O间隙的限位装置，因有间隙，必使过热器管子承受额外载荷。如有对集箱在垂直于炉壁平面方向采用刚性支吊装置，此时过热器管子因承受额外的应力，从而使用寿命降低或失效，或者使过热器管子的需要长度增加，而成本增加，造成不合理或错误设计。
[0014]对于如图9所示的屏式过热器18与炉壁I的连接结构，屏式过热器18的下端固定在所述炉壁I上，所述屏式过热器18的上端穿过炉壁1，屏式过热器18上端的集箱7必然因热膨胀而移动，集箱7必然会在重力方向上发生位移，因此在集箱7的重力方向上须设置变力或恒力支吊架19，而不能采用刚性联接装置的固定方式固定。
【发明内容】
[0015]本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种实现过热器的过热器管子不受炉壁约束、自由膨胀，从而缩短过热器炉外管子长度，节约成本，降低过热器管子的应力水平，延长使用寿命的应用于锅炉的过热器。
[0016]本发明是这样实现的:一种应用于锅炉的过热器，所述锅炉包括炉腔、炉壁，所述过热器包括过热器管子、与联接管道相连的集箱，所述过热器管子的一端与所述集箱相连，所述过热器管子的另一端从所