一种超临界二氧化碳锅炉炉膛的制作方法

本发明涉及一种锅炉炉膛结构，具体涉及一种超临界二氧化碳锅炉炉膛。

背景技术：

以超临界二氧化碳为工质的布雷顿循环具有广阔的发展前景，未来能够应用于航空航天、发电等诸多行业。现有超临界二氧化碳锅炉设计方案均针对大容量锅炉，对于小型超临界二氧化碳锅炉由于工质流量低难以冷却较大的炉膛空间，导致炉膛尺寸与被包裹的火焰尺寸匹配困难，因此一直缺乏小容量超临界二氧化碳锅炉设计方案。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有锅炉设计方案基本针对用于发电的大容量电站锅炉，小容量锅炉炉膛尺寸与被包裹的火焰尺寸匹配困难，缺乏小容量锅炉设计方案的问题。进而提供一种超临界二氧化碳锅炉炉膛。

本发明的技术方案是：一种超临界二氧化碳锅炉炉膛，包括燃烧器，它还包括四面墙气冷壁包裹形成的炉膛本体、三根入口集箱和炉底四根集箱，炉膛本体的炉顶部开设喷口，炉膛本体的四面墙分别为前墙、后墙、左墙和右墙，燃烧器从喷口伸入并安装在炉膛本体上，炉膛本体的内燃料燃烧后的烟气进入与炉膛本体下部出烟口连接的水平烟道；三根入口集箱安装在炉膛本体的炉顶；炉底四根集箱的安装在炉膛本体的炉底；工质超临界二氧化碳从炉膛本体的炉顶三根入口集箱进入，在炉膛与火焰及燃烧产物换热后下行自炉底四根集箱引出。

进一步地，三根入口集箱包括前后墙入口集箱、炉顶右墙入口集箱和炉顶左墙入口集箱，前后墙入口集箱安装在炉膛本体炉顶部的前墙和后墙的交汇处，炉顶右墙入口集箱安装在炉膛本体的炉顶和右墙的交汇处，炉顶左墙入口集箱安装在炉膛本体的炉顶和右墙的交汇处。

进一步地，炉底四根集箱包括右墙出口集箱、前墙出口集箱、后墙出口集箱和炉底左墙出口集箱；前墙出口集箱安装在炉膛本体前墙的底部，工质由前后墙入口集箱进入到达前墙出口集箱形成第一回路；右墙出口集箱安装在炉膛本体右墙的底部，工质由炉顶右墙入口集箱进入到达右墙出口集箱形成第二回路；后墙出口集箱安装在炉膛本体后墙的中下部，工质由前后墙入口集箱进入到达后墙出口集箱形成第三回路；炉底左墙出口集箱安装在炉膛本体的左墙底部，工质由炉顶左墙入口集箱进入到达炉底左墙出口集箱形成第四回路。

进一步地，炉膛本体的四个回路均为金属直管焊接扁钢形成的膜式壁管屛。

进一步地，它还包括非金属膨胀节，炉膛本体的下部设有烟气排出口，燃料燃烧后的烟气进入与炉膛本体下部出烟口连接的水平烟道，炉膛本体下部出烟口与水平烟道通过非金属膨胀节连接。

发明原理：

由于超临界二氧化碳作为气体在相同质量流速下与管壁换热系数显著低于水，因此设计上采用较小的炉膛周界提高二氧化碳对炉膛壁面的冷却效果，这种空间限制适合利用炉膛高度空间在炉顶或炉底布置燃烧器。炉底布置燃烧器在停炉过程中底部可能存在积灰和积水，而炉顶布置燃烧器高热负荷区则与常规工质上行高温区重叠，容易引起超温爆管事故。因此，本发明提出一种方案将炉膛顶部布置燃烧器同时将工质从炉膛上方集箱引入，从而使燃烧器火焰与工质均下行，避开高温区重叠，能够保证炉膛安全，制造出小型超临界二氧化碳锅炉。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明的气冷壁是包裹炉膛同时吸收燃料燃烧放热的锅炉受热面，本发明在炉顶布置燃烧器基础上提出一种工质下行的超临界二氧化碳锅炉气冷壁布置方案，炉膛四壁紧密包裹燃烧器火焰，吸收燃烧放热并将燃烧产生的烟气冷却至1100～1300℃，能够与后续烟道可靠连接。

2、本发明能够实现燃烧器燃烧高热负荷区与超临界二氧化碳工质低温区耦合，确保炉膛换热的同时安全可靠密封，同时炉膛出口设置有非金属膨胀节能够吸收炉膛自身膨胀，方便后续烟道自由布置。

3、本发明将燃烧器设置在炉膛的顶部，有效的避免了炉底布置燃烧器时，在停炉过程中底部可能存在积灰和积水的问题。

附图说明

图1是本发明的主视图；图2是本发明的侧视图；图3是图2沿a-a处的剖视图；图4是图2沿b-b处的剖视图；图5是四个回路的膜式壁管屛结构示意图；图6是图2在c-c处的剖视图；图7是图6的d向视图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式的一种超临界二氧化碳锅炉炉膛包括燃烧器11，它还包括四面墙气冷壁包裹形成的炉膛本体10、三根入口集箱和炉底四根集箱，炉膛本体10的炉顶部开设喷口8，炉膛本体10的四面墙分别为前墙、后墙、左墙和右墙，燃烧器11从喷口8伸入并安装在炉膛本体10上，炉膛本体10的燃料燃烧后的烟气进入与炉膛本体10下部出烟口连接的水平烟道；三根入口集箱安装在炉膛本体10的炉顶；炉底四根集箱的安装在炉膛本体10的炉底；工质超临界二氧化碳从炉膛本体10的炉顶三根入口集箱进入，在炉膛与火焰及燃烧产物换热后下行自炉底四根集箱引出。

具体实施方式二：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的三根入口集箱包括前后墙入口集箱1、炉顶右墙入口集箱2和炉顶左墙入口集箱6，前后墙入口集箱1安装在炉膛本体10炉顶部的前墙和后墙的交汇处，炉顶右墙入口集箱2安装在炉膛本体10的炉顶和右墙的交汇处，炉顶左墙入口集箱6安装在炉膛本体10的炉顶和右墙的交汇处。便于工质的进入。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的炉底四根集箱包括右墙出口集箱3、前墙出口集箱4、后墙出口集箱5和炉底左墙出口集箱7；前墙出口集箱4安装在炉膛本体10前墙的底部，工质由前后墙入口集箱1进入到达前墙出口集箱4形成第一回路；右墙出口集箱3安装在炉膛本体10右墙的底部，工质由炉顶右墙入口集箱2进入到达右墙出口集箱3形成第二回路；后墙出口集箱5安装在炉膛本体10后墙的中下部，工质由前后墙入口集箱1进入到达后墙出口集箱5形成第三回路；炉底左墙出口集箱7安装在炉膛本体10的左墙底部，工质由炉顶左墙入口集箱6进入到达炉底左墙出口集箱7形成第四回路。形成多个回路，便于工质的流出。其它组成和连接关系与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的炉膛本体10的四个回路均为金属直管焊接扁钢形成的膜式壁管屛。膜式壁管屛为气冷壁，吸收燃烧放热并将燃烧产生的烟气冷却至1100～1300℃。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式还包括非金属膨胀节9，炉膛本体10的下部设有烟气排出口，燃料燃烧后的烟气进入与炉膛本体10下部出烟口连接的水平烟道，炉膛本体10下部出烟口与水平烟道通过非金属膨胀节9连接。连接简单、可靠。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式的前后墙入口集箱1上至少开设三个工质入口。便于第一回路和第二回路共用一个前后墙入口集箱1。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

本发明的工作原理：

本发明建立一套工质下行的兆瓦级小型超临界二氧化碳锅炉气冷壁布置方案。燃烧布置布置在炉顶，从喷口8伸入炉膛，燃气(或燃油)燃烧室由四面墙气冷壁包裹形成炉膛。燃料燃烧后的烟气在炉底进入水平烟道，炉膛通过非金属膨胀节9与水平烟道连接。工质超临界二氧化碳从炉顶三根入口集箱进入，在炉膛与火焰及燃烧产物换热后下行自炉底四根集箱引出。超临界二氧化碳在形成的炉膛分为四个回路，每个回路均由金属直管焊接扁钢形成的膜式壁构成。前墙和炉底为一个回路，顶棚和后墙为一个回路，两个形成共用一个前后墙入口集箱1，第一回路形成前墙和炉底，到达前墙出口集箱4；第二个回路形成炉顶和后墙，到达后墙出口集箱5；第三个回路从炉顶右侧入口集箱2进入形成右侧墙，到达右墙出口集箱3引出；第四个回路与第三个回路类似，从炉顶左墙入口集箱6进入，从炉底左墙出口集箱7流出。四个出口集箱引出的超临界二氧化碳最终汇集混合后进入下级受热面。