一种挠性薄管板立式废热锅炉的制作方法

1.本发明涉及废热锅炉技术领域，尤其涉及一种挠性薄管板立式废热锅炉。


背景技术：

2.废热锅炉又称余热锅炉，是一种利用生产过程中的高温物流作为热源来生产蒸汽的换热设备。在立式火管式废热锅炉工作过程中，壳程筒体下端到筒体上端，蒸汽含量逐渐增加，水含量逐渐降低，使得在靠近上管板处，如若设计不当容易出现只有蒸汽而几乎没有水的现象，即废热锅炉上端集汽现象。一旦出现集汽现象，该区域的换热效率将急剧下降，同时换热管和上端管板温度急剧升高，易造成管板坏损和爆管，导致废热锅炉坏损。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种挠性薄管板立式废热锅炉，用于提高废热锅炉的使用寿命及可靠性。
4.为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种挠性薄管板立式废热锅炉，包括管箱、管板、壳程筒体及位于管箱内的第一上升管，第一上升管一端贯穿管板，并与管板和壳程筒体围设的空间连通，第一上升管的另一端贯穿管箱并伸出至管箱，通过第一上升管将壳程筒体内的水汽导出；第一上升管与管箱之间盘根密封或通过挠性件连接，和/或，第一上升管与管板之间盘根密封或通过挠性件连接；通过盘根密封的密封件或挠性件承载管箱、第一上升管和管板至少一个的膨胀形变。
6.与现有技术相比，本发明提供的挠性薄管板立式废热锅炉中，第一上升管一端贯穿管板，并与管板和壳程筒体围设的空间连通，另一端贯穿管箱伸出至管箱，使得壳程筒体内部的水汽能够通过第一上升管排出，防止壳程筒体内部集汽时造成管板坏损和爆管，提高废热锅炉的使用寿命；其次，由于水汽会在热虹吸的作用下向上运动，采用上述结构时，第一上升管一端与管板相连，另一端开口朝上，使得壳程筒体内的水汽能够在热虹吸的作用下，沿第一上升管内部向上运动，进一步提高水汽的排出速率，有效解决废热锅炉的集汽问题。
7.基于上述结构，第一上升管与管箱之间盘根密封或通过挠性件连接，和/或，第一上升管与管板之间盘根密封或通过挠性件连接时，可以通过盘根密封的密封件或挠性件承载管箱、第一上升管和管板至少一个的膨胀形变，防止管箱、第一上升管和管板受热膨胀后发生变形损坏，进一步提高废热锅炉的使用寿命及可靠性。
8.可选的，在上述挠性薄管板立式废热锅炉中，第一上升管的数量为一个，第一上升管位于管板的中心位置；
9.或，第一上升管的数量为多个，多个第一上升管设置在管板的中心位置周围。如此设置，能够提高壳程筒体内水汽的排出速率。
10.可选的，在上述挠性薄管板立式废热锅炉中，当第一上升管的数量为多个时，多个第一上升管均匀分布在管板的中心位置周围。如此设置，能够进一步提高壳程筒体内水汽
的排出速率。
11.可选的，在上述挠性薄管板立式废热锅炉中，挠性件包括第一部分和第二部分，第一部分与第一上升管相连，第二部分一端与第一部分相连，另一端与管箱或管板相连，第一部分和第二部分之间存在夹角。如此设置，可以进一步提高挠性件承载形变的能力，防止管箱、第一上升管和管板受热膨胀后发生变形损坏。
12.可选的，在上述挠性薄管板立式废热锅炉中，第二部分为弧形结构件。如此设置，利用弧形结构承载形变的能力强的特点，能够进一步提高挠性件承载形变的能力。
13.可选的，在上述挠性薄管板立式废热锅炉中，第一上升管的在其迎火面位置设置有挡板，以通过挡板阻挡高温介质对第一上升管的冲刷。如此设置，可以通过挡板阻挡高温介质对第一上升管的冲刷，进一步提高第一上升管的使用寿命。
14.可选的，在上述挠性薄管板立式废热锅炉中，管箱上设置有用于高温介质进入管箱内部的高温介质入口，高温介质入口的开口方向垂直于挡板表面。如此设置，挡板正对高温介质入口设置，能够充分阻挡高温介质对第一上升管的冲刷。
15.可选的，在上述挠性薄管板立式废热锅炉中，壳程筒体上靠近管板一端设置有第二上升管，以通过第二上升管将壳程筒体内的水汽导出。如此设置，通过第二上升管能够进一步排出壳程筒体内水汽，提高壳程筒体内水汽的排出速率。
16.可选的，在上述挠性薄管板立式废热锅炉中，管板上靠近第一上升管的位置设置有钢板，以通过钢板提高管板在第一上升管周围的刚度。如此设置，能够进一步提高管板的使用寿命。
17.可选的，在上述挠性薄管板立式废热锅炉中，钢板设置有多个，多个钢板绕第一上升管的轴线均匀分布；或，钢板为套设在第一上升管外侧的环形钢板。如此设置，能够进一步提高管板的刚度和使用寿命。
附图说明
18.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
19.图1为本发明实施例中采用挠性件的立式废热锅炉的示意图；
20.图2为图1在a处的放大示意图；
21.图3为本发明实施例中采用盘根密封时立式废热锅炉的示意图；
22.图4为图3在b处的放大示意图。
23.附图标记：
24.1-管箱，2-管板，3-壳程筒体，4-第一上升管，5-挠性件，6-挡板，7-第二上升管，8-下降管，9-换热管，10-高温介质入口，11-耐火衬里，12-钢板，13-密封件，14-压块，15-定位块。
具体实施方式
25.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
26.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
27.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.通常，立式火管式废热锅炉存在上端管板处集汽的问题，如果上端管板处集汽的问题不能得到妥善的解决，上端管板和临近管束处会产生膜状沸腾，导致上端管板和临近管束因超温而坏损。目前常用的解决方法包括倾斜炉壁、设置挠性管板且在炉壁上加装上升管，以及设置喷水口等；但是，采用倾斜炉壁的方法时仍然会形成高点的集汽，能够缓解集汽但不能完全解决问题；采用设置挠性管板且在炉壁上加装上升管的方法时，仅适用于体积较小的锅炉；采用设置喷水口的方法时，容易由于布管不均匀而导致管板易损坏；另外，当管箱内设置上升管，上升管与管板相连进行排气时，会由于上升管与管箱或管板的热膨胀方向不同，导致上升管与管箱或管板受热膨胀后发生变形，影响废热锅炉的使用寿命。
31.请参阅图1至图4，本发明实施例提供的挠性薄管板立式废热锅炉包括管箱1、管板2、壳程筒体3及位于管箱1内的第一上升管4，第一上升管4一端贯穿管板2，并与管板2和壳程筒体3围设的空间连通，第一上升管4的另一端贯穿管箱1并伸出，通过第一上升管4将壳程筒体3内的水汽导出；第一上升管4与管箱1之间盘根密封或通过挠性件5连接，和/或，第一上升管4与管板2之间盘根密封或通过挠性件5连接；通过盘根密封的密封件13或挠性件5承载管箱1、第一上升管4和管板2至少一个的膨胀形变。
32.需要说明的是，本实施例中的管箱1、管板2和壳程筒体3可以沿竖直方向依次相连，亦可以管箱1与壳程筒体3相连，管板2固定在管箱1或壳程筒体3内；第一上升管4可以与管板2为一体结构，亦可以分体设置；盘根密封也叫密封填料，通常由较柔软的线状物编织而成，通常截面积是正方形或长方形、圆形的条状物填充在密封腔体内，当第一上升管4与管箱1或管板2之间盘根密封时，既能够防止水汽从第一上升管4与管箱1之间或第一上升管4与管板2之间泄露出去，又能够使盘根密封的密封件13吸收第一上升管4与管箱1或第一上升管4与管板2受热膨胀后的形变，防止第一上升管4、管箱1和管板2发生损坏；本实施例管箱1上设置有用于高温介质进入管箱1内的高温介质入口10，壳程筒体3内设置有换热管9，管板2上设置有通孔，换热管9穿过通孔与管箱1内部连通。
33.具体实施时：高温介质从管箱1上的高温介质入口10进入，经过管板2上的孔流入到换热管9内，利用换热管9将热量传递至外部的水中，使得壳程筒体3内形成饱和的水和饱和的水蒸气，水蒸气向上运动浮至管板2处，然后经过第一上升管4排出到外部的汽包，从而防止管板2处水汽聚集，本实施例中的高温介质为高温气体。
34.通过上述挠性薄管板立式废热锅炉的结构和具体实施过程可知，第一上升管4一端贯穿管板2，并与管板2和壳程筒体3围设的空间连通，另一端贯穿管箱1伸出至管箱1，使得壳程筒体3内部的水汽能够通过第一上升管4排出，防止壳程筒体3内部集汽时造成管板2坏损和爆管，提高废热锅炉的使用寿命；其次，由于水汽会在热虹吸的作用下向上运动，采用上述结构时，第一上升管4一端与管板2相连，另一端开口朝上，使得壳程筒体3内的水汽能够在热虹吸的作用下，沿第一上升管4内部向上运动，进一步提高水汽的排出速率，有效解决废热锅炉的集汽问题。
35.基于上述结构，第一上升管4与管箱1之间盘根密封或通过挠性件5连接，和/或，第一上升管4与管板2之间盘根密封或通过挠性件5连接时，可以通过盘根密封的密封件13或挠性件5承载管箱1、第一上升管4和管板2至少一个的膨胀形变，防止管箱1、第一上升管4和管板2受热膨胀后发生变形损坏，进一步提高废热锅炉的使用寿命及可靠性。
36.具体的，盘根密封的密封件13即为编织而成的线状物，第一上升管4与管箱1之间盘根密封时，盘根密封的密封件13位于第一上升管4与管箱1之间，第一上升管4和管箱1受热膨胀后会挤压密封件13，而密封件13受力后会自由形变，使得第一上升管4和管箱1受热后能够自由膨胀而不会相互挤压导致变形；第一上升管4与管箱1之间通过挠性件5相连时，能够利用挠性件5的柔性特点，使得第一上升管4与管箱1的膨胀能量能够传递至挠性件5上，并通过挠性件5的形变吸收第一上升管4与管箱1的膨胀，使得第一上升管4和管箱1受热后不会相互挤压而导致变形。第一上升管4与管板2之间盘根密封时，盘根密封的密封件13位于第一上升管4与管板2之间，第一上升管4和管板2受热膨胀后会挤压密封件13，而密封件13受力后会自由形变，使得第一上升管4和管板2受热后能够自由膨胀而不会相互挤压导致变形；第一上升管4与管板2之间通过挠性件5相连时，能够利用挠性件5的柔性特点，使得第一上升管4与管板2的膨胀能量能够传递至挠性件5上，并通过挠性件5的形变吸收第一上升管4与管板2的膨胀，使得第一上升管4和管板2受热后不会相互挤压而导致变形。
37.此外，由于第一上升管4中的介质为汽水混合物，当第一上升管4处在管箱1的高温环境中，热量经过第一上升管4的管壁传递至管内时，第一上升管4内会发生水转换为蒸汽的相变反应，实现热量的转换和传递，而由于管内发生的是相变反应，故而第一上升管4中的温度不会过高，使得第一上升管4不会因高温而损坏；其中，本实施例通过数值分析法可以计算出第一上升管4内的温度为仅高出饱和水温度50℃～80℃，数值分析法为利用计算机软件，通过数值模拟进行应力分析、流程分析和温度场分析以得出第一上升管4内的温度。
38.作为一种可能的实现方式，第一上升管4靠近管板2的中心位置设置，由于管板2中心位置的集汽最严重，当第一上升管4靠近管板2的中心位置设置时，能够提高水汽的排出速率，防止水汽聚集；具体的，如图1所示，当第一上升管4的数量为一个时，第一上升管4位于管板2的中心位置，当第一上升管4的数量为多个时，多个第一上升管4设置在管板2的中心位置周围。采用这种结构，能够充分提高壳程筒体3内水汽的排出速率，有效防止管板2处
集汽问题的发生，优选第一上升管4垂直与管板2表面设置，即在本实施例中优选第一上升管4竖直设置，以提高第一上升管4的排气效率。
39.在一种可选方式中，当第一上升管4的数量为多个时，多个第一上升管4均匀分布在管板2的中心位置周围，即多个第一上升管4沿周向方向均匀分布并形成环形结构，管板2的中心位置位于环形结构的中心，采用这种结构，通过多个上升管同时排气，且多个上升管能够均匀的将管板2附近的气体排出，使得能够进一步提高壳程筒体3内水汽的排出速率，有效防止水汽聚集在管板2处。
40.如图4所示，本实施例中管箱1上固定连接有定位块15，定位块15与第一上升管4的外壁之间设置有盘根密封的密封件13，定位块15底部设置有横向凸起，密封件13堆叠在横向凸起上，本实施例还包括压块14，压块14包括基座和顶杆，顶杆伸入至定位块15与第一上升管4的外壁之间且抵接密封件13，基座与定位块15之间可拆卸连接，优选螺钉连接，以通过压块14和横向凸起配合压紧密封件13，使得密封件13压紧在定位块15与第一上升管4的外壁之间实现良好密封。
41.作为一种可能的实现方式，挠性件5包括第一部分和第二部分，第一部分与第一上升管4相连，第二部分一端与第一部分相连，另一端与管箱1或管板2相连，第一部分和第二部分之间存在夹角，优化挠性件5的结构，当第一上升管4与管箱1受热膨胀对挠性件5两端施加作用力，或第一上升管4与管板2受热膨胀对挠性件5两端施加作用力时，可以通过第一部分与第二部分形变缩小二者之间夹角的方式吸收热膨胀，从而能够进一步提高挠性件5承载形变的能力，防止管箱1、第一上升管4和管板2受热膨胀后发生变形损坏。
42.在一些实施例中，第二部分为弧形结构件，由于弧形结构承载弯曲形变的能力较强，使得当第一上升管4与管箱1受热膨胀对挠性件5两端施加作用力，或第一上升管4与管板2受热膨胀对挠性件5两端施加作用力时，第二部分可以通过弯曲性变的方式吸收热膨胀，进而进一步提高挠性件5承载形变的能力，防止管箱1、第一上升管4和管板2受热膨胀后发生变形损坏。
43.为了防止高温介质对第一上升管4的冲刷而导致第一上升管4损坏，本实施例第一上升管4的在其迎火面位置设置有挡板6，以通过挡板6阻挡高温介质对第一上升管4的冲刷。采用这种结构，挡板6设置于第一上升管4与管箱1的高温介质入口10之间，挡板6能够尽可能的让管箱1内的高温气体介质分部均匀，通过挡板6对中心管外表面的受热面进行保护，防止高温气体介质对第一上升管4进行冲刷，使得第一上升管4不至于换热过快，从而防止第一上升管4高温损坏吗，提高第一上升管4的使用寿命。
44.在一种可选方式中，管箱1上设置有用于高温介质进入管箱1内部的高温介质入口10，高温介质入口10的开口方向垂直于挡板6表面。采用这种结构，挡板6正对高温介质入口10设置，能够充分阻挡高温介质对第一上升管4的冲刷，本实施例优选高温介质入口10水平设置，挡板6沿竖直方向紧贴第一上升管4的外壁。
45.作为一种可能的实现方式，壳程筒体3上靠近管板2一端设置有第二上升管7，以通过第二上升管7将壳程筒体3内的水汽导出。采用这种结构，通过第二上升管7能够进一步排出壳程筒体3内水汽，提高壳程筒体3内水汽的排出速率，本实施例中壳程筒体3沿周向方向上设置有多个第二上升管7，以充分提高第二上升管7的排气效率；另外，由于第一上升管4一端与管板2相连，另一端与管箱1相连进行排气，使得第二上升管7不需要为了能排出水汽
而设置的尽可能的高，防止第二上升管7位置偏高时影响废热锅炉的结构稳定。
46.在一种可选方式中，壳程筒体3内设置有用于使汽水混合物局部位置流速增加的逆流组件。由于壳程筒体3内蒸汽会运动浮在上方的管板2处通过逆流组件使汽水混合物局部流速增加，避免形成蒸汽的死气层，防止受热面形成气膜而导致出现膜状沸腾，提高废热锅炉的使用寿命；同时，由于壳程筒体3内的汽水混合物局部流速增加，使得第二上升管7可以不需要为了能排出较多的水汽而设置的尽可能的高，进一步提高废热锅炉的安全性。
47.作为一种可能的实现方式，管板2上靠近第一上升管4的位置设置有钢板12，以通过钢板12提高管板2在第一上升管4周围的刚度，使得管板2受热膨胀时，管板2与第一上升管4相连位置的形变能够与管板2上第一上升管4周围的形变一致，防止管板2自身形变不均匀而发生破裂，从而进一步提高管板2的使用寿命。
48.在一些实施例中，钢板12设置有多个，多个钢板12绕第一上升管4的轴线均匀分布；或，钢板12为套设在第一上升管4外侧的环形钢板。采用这种结构，可以进一步增加管板2沿周向方向的强度，从而进一步提高管板2的刚度和使用寿命。
49.另外，壳程筒体3上还设置有下降管8，蒸汽从第二上升管7排出后可以冷凝形成水，然后将水从下降管8导入到壳程筒体3内进行再次利用，使得水汽能够实现循环利用，节约材料，降低成本；管箱1内壁设置有耐火衬里11，能够提高管箱1内壁的耐热防火能力。
50.以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。