带有支撑构造的锅炉系统的制作方法

本发明涉及一种锅炉系统，该锅炉系统包括根据权利要求1的前序部分的炉和支撑构造。更特别地，本发明涉及一种锅炉系统，该锅炉系统包括支撑构造和炉，该炉在其中部部段处支撑到所述支撑构造，该炉由水管壁包围，水管壁包括两个侧壁和两个端壁、顶部和底部，侧壁具有从底部到顶部的总高度h，其中，两个侧壁中的每一者包括从顶部延伸到高度h的30-70%的水平的竖直上部部分、从底部延伸到高度h的30-70%的水平且具有竖直上部部分的下部部分、以及在侧壁的上部部分和侧壁的下部部分的竖直上部部分之间的水平处沿向下方向向外弯曲的中间部分。

背景技术：

相对大的锅炉常规地被布置成顶部支撑的，即它们被支撑成使得锅炉的炉被布置成从在炉的周围和上方延伸的通常是刚性支撑钢结构的支撑构造悬置。相对小的锅炉常规地布置成底部支撑的，其中，炉的竖直负载通过布置在锅炉下方的支撑构造来平衡。顶部支撑的构造和底部支撑的构造之间的主要区别在于，当炉温度升高时，顶部支撑的锅炉的热膨胀主要向下发生，而底部支撑的锅炉的热膨胀主要向上发生。在相对小的锅炉的情况下，底部支撑的锅炉一般比顶部支撑的锅炉更简单且经济上更有利，因为它们不需要在炉的周围和上方延伸的单独支撑构造。底部支撑的构造的缺点在于，炉壁必须足够坚固以承受炉的竖直压缩负载。

第三种替代方案在炉的中部部段处将炉支撑到刚性支撑构造。因此，炉的位于中部部段下方的下部部分是顶部支撑的，而炉的位于中部部段上方的上部部分是底部支撑的。中部支撑的构造对于一些应用是有利的，同时它减小了支撑钢结构的尺寸，使其与顶部支撑的锅炉的炉周围所需的尺寸相比更小。同时，这种中部支撑的构造消除了如大型底部支撑的锅炉对非常坚固的炉壁的需求。例如，在美国专利号2,583,599、美国专利号2,856,906、欧洲专利公开号0073851a1和美国专利申请公开号2015/0241054中示出了不同的中部支撑的锅炉构造。

美国专利号4,428,329公开了一种中部支撑的锅炉构造，其具有包括位于锅炉的中间高度处的多个固定悬臂的臂的支撑钢结构。为了吸收水平热膨胀，炉的管壁从多个杆件悬置，这些杆件通过数个竖直连杆柔性地连接到悬臂的臂，这些连杆附接到管壁的沿向下方向向外弯曲的部段。

设计中部支撑的锅炉的一个问题是找到一种简单且有利的方法来将炉的中部部段附接到炉周围的刚性支撑构造，并且同时考虑水平热膨胀的影响。

本发明的目的是提供一种具有用于中部支撑的炉的有利支撑构造的锅炉系统。

技术实现要素：

根据一个方面，本发明提供了一种锅炉系统，该锅炉系统包括支撑构造和炉，该炉在炉的竖直中部部段处支撑到支撑构造，炉被水管壁包围，水管壁包括两个侧壁和两个端壁、顶部和底部，侧壁具有从底部到顶部的总高度h，其中两个侧壁中的每一者包括从顶部延伸到高度h的30-70%的水平的竖直上部部分、从底部延伸到高度h的30-70%的水平且具有竖直上部部分的下部部分、以及在侧壁的上部部分和侧壁的下部部分的竖直上部部分之间的水平处沿向下方向向外弯曲的中间部分，其中，支撑构造包括水平壁支撑梁，该水平壁支撑梁平行于侧壁布置在炉顶部下方且在两个侧壁的下部部分的竖直上部正上方的水平处，并且该炉通过使侧壁的中间部分连接到相邻的水平壁支撑梁而被支撑到支撑构造，以便平衡炉的竖直负载。

为了能够高效且可靠地支撑炉（例如流化床锅炉的炉），在炉的中间高度处、在炉侧壁的竖直中部部段处布置有沿向下方向向外弯曲的中间部分。由于侧壁的向外弯曲的中间部分，有可能将水平支撑梁（下文中称为水平壁支撑梁）布置在侧壁的下部部分的竖直上部部分的正上方，并将侧壁竖直地支撑到水平壁支撑梁。

该支撑构造有利地包括两个水平壁支撑梁，一个邻近于侧壁中的一者。因此，水平壁支撑梁的长度一般地至少与侧壁的宽度一样长。在一些应用中，还可以有可能使用分段水平壁支撑梁，由此，例如，与每个侧壁相邻地布置有一个接一个的两个水平壁支撑梁。对侧壁的支撑有利地通过连接在侧壁的向外弯曲的中间部分和相应的水平壁支撑梁之间的多个短竖直吊杆实现。

本发明的主要特征在于，炉是中部支撑的，即影响炉的竖直负载（诸如重力和地震力）被平衡到在炉底部和顶部之间的中间高度处的刚性支撑构造。由于中部支撑，炉的位于中部部段下方的下部部分是顶部支撑的，并且炉的位于中部部段上方的上部部分是底部支撑的。因此，当炉的温度从环境温度升高到正常操作温度（诸如850摄氏度）时，炉的上部部分向上膨胀通常超过10厘米，而炉的下部部分类似地向下膨胀。然而，炉的热膨胀自然也沿水平方向发生。因此，必须对中部支撑的炉执行支撑，以便也能够吸收水平热膨胀。

在美国专利号4,428,329中也示出了位于中部支撑的炉的侧壁的上部部分和下部部分之间的类似的沿向下方向向外弯曲的中间部分。然而，在美国专利号4,428,329所示的解决方案中，侧壁的水管组由竖直连杆经由多个水平热膨胀吸收杆件支撑到对应的固定悬臂的臂。美国专利号4,428,329没有教导将管壁支撑到在侧壁的竖直下部部分正上方平行于侧壁布置的水平壁支撑梁。

为了使得在炉的中间高度处对炉进行简单且可靠的水平热膨胀吸收支撑成为可能，支撑构造有利地包括第一部分和第二部分，第一部分具有支撑到锅炉系统的底座的多个竖直柱和牢固地支撑到竖直柱的多个固定水平梁，第二部分可移动地连接到第一部分并且包括水平壁支撑梁。根据本发明的优选实施例，每个水平壁支撑梁被可移动地支撑到至少两个所述固定水平梁，所述至少两个固定水平梁平行于炉的端壁布置。

水平壁支撑梁优选地布置在炉顶部下方的水平处，更优选地布置在距离炉底部高度h的30-70%的水平处，甚至更优选地在40-60%的水平处。水平壁支撑梁有利地连接到支撑构造的固定水平梁，所述固定水平梁与水平壁支撑梁几乎位于同一水平处，在水平壁支撑梁的下方，抑或稍微在水平壁支撑梁的上方。因此，本发明的支撑布置结构使得使用简单且经济上有利的固定支撑构造成为可能，该固定支撑构造的高度明显小于顶部支撑的炉的常规支撑构造的高度，常规支撑构造延伸到明显高于炉顶部的水平。

在本发明的一些实施例中，有可能通过柔性辅助顶部支撑或底部支撑来补充上述炉的中部支撑，但是在任何情况下，根据本发明，炉的大部分竖直负载都通过中部支撑来平衡。根据本发明的优选实施例，炉的竖直负载仅由水平壁支撑梁来平衡。炉仅由水平壁支撑梁支撑的表述并不意味着不存在与周围结构的连接，而是这种其他连接（诸如用于将烟气从炉或水输送到水管的装置，或者用于将空气和燃料供给到炉的装置）不提供对炉的竖直负载的任何基本平衡。

如上文所提到的，支撑构造有利地包括支撑到锅炉系统的底座的多个竖直柱、牢固地支撑到竖直柱的多个固定水平梁以及可移动地支撑到至少两个所述多个固定水平梁的水平壁支撑梁，所述多个固定水平梁平行于炉的端壁布置。所述至少两个固定水平梁有利地包括布置在炉端壁外侧的一个或多个水平梁中的至少两个，以及朝向炉侧壁的中心部分突出的一个或多个悬臂梁。

长度大于炉的侧壁宽度的水平壁支撑梁通常支撑到布置在炉端壁外侧的固定水平梁。在侧壁的宽度相对大的情况下，例如，如在具有并排的两个或多个颗粒分离器的流化床锅炉中，水平壁支撑梁有利地也支撑到朝向相应侧壁的中心部分突出的至少一个固定悬臂梁。通常每个侧壁上的悬臂数量比相邻颗粒分离器的数量少一，由此，在每对分离器之间存在一个悬臂梁。当使用一个接一个布置的分段壁支撑梁时，自然需要将分段壁支撑梁的至少内端支撑到朝向相应侧壁的中心部分突出的悬臂梁。

水平壁支撑梁的温度有利地遵循炉的温度。因此，根据本发明的优选实施例，水平壁支撑梁被布置在与炉共用的隔热件内。这种布置结构提供了这样的优点，即水平壁支撑梁在所有条件下都保持处于与炉几乎相同的温度，并且水平壁支撑梁的热膨胀与炉的热膨胀几乎相同。

由于水平壁支撑梁和炉的温度几乎相同，所以不需要水管壁与水平壁支撑梁的柔性连接。相反，有可能简单地通过连接到炉侧壁的多个相对短的吊杆将炉从两个水平壁支撑梁悬置。优选地，吊杆的长度至多为两米，甚至更优选至多为一米。

吊杆通过支撑凸耳有利地附接到两个侧壁。支撑凸耳有利地焊接到在侧壁的中间部分的下端和侧壁的下部部分的竖直上部部分的上端之间的边缘。凸耳被有利地设计成以便使吊杆与相应侧壁的下部部分的竖直上部部分对准。因为水平壁支撑梁在所有条件下都保持处于与炉接近相同的温度，所以吊杆实际上保持与侧壁下部部分的竖直上部部分对准。

吊杆的支撑耳彼此靠近地焊接到侧壁管壁的管或翅片。为了给炉提供几乎均匀的支撑，相邻吊杆之间的距离有利地是水管壁的相邻水管之间距离的小倍数。因此，吊杆的距离是水管壁的相邻水管之间距离的n倍，其中n是小整数。优选地，n至多为3，更优选至多为2，并且甚至更优选地，n为1。

另一方面，水平壁支撑梁不保持在与固定支撑构造相同的温度下。因此，有必要以允许不同水平热膨胀的方式将水平壁支撑梁连接到固定支撑构造。因此，根据本发明的有利实施例，每个水平壁支撑梁支撑在被布置在所述至少两个固定水平梁上的滑动表面上。

根据本发明的另一个有利实施例，每个水平壁支撑梁从平行于炉端壁布置的至少两个固定水平梁悬置支撑。有利的是，两个水平壁支撑梁中的每一者都由至少两个主吊杆从所述至少两个固定水平梁悬置支撑。主吊杆一般相对地长，以便使主吊杆能够充分倾斜，以吸收不同水平热膨胀引起的固定水平梁和水平壁支撑梁之间的相对移动。因此，主吊杆的长度优选地至少为三米，甚至更优选地至少五米。

本发明使得锅炉的特别简单的设计成为可能，与通过常规的方法相比，该锅炉的安装明显更快，并且在许多情况下所需钢结构的数量显著减少。

当结合附图考虑时，通过参考根据本发明的当前优选但仍然是说明性的实施例的以下详细描述，将更充分地理解本发明的上述简要描述以及进一步的目的、特征和优点。

附图说明

图1示意性地图示了根据本发明的优选实施例的锅炉系统的侧视图。

图2示意性地图示了图1的锅炉系统的水平俯视图。

图3示意性地图示了根据本发明的实施例的炉的悬置的细节。

图4示意性地图示了根据本发明的另一优选实施例的锅炉系统的侧视图。

图5示意性地图示了根据本发明的第三优选实施例的锅炉系统的侧视图。

图6示意性地图示了图5的锅炉系统的另一侧视图。

具体实施方式

图1的示图示意性地图示了根据本发明实施例的流化床锅炉系统10的侧视图。流化床锅炉系统10包括具有底部14和处于距离底部高度h处的顶部16的炉12、两个侧壁18和两个端壁20，其中只有一者在图1中可见。侧壁18和端壁20是常规类型，其由通过翅片连接在一起的竖直水管22组成。锅炉可以是鼓式锅炉抑或直流式锅炉。该炉还包括其他常规设备，诸如烟道气导管24和用于将燃料26和一次空气28供给到该炉的装置。因为这种设备与理解本发明无关，所以在此不对它们进行详细描述。

侧壁18包括竖直上部部分30和下部部分32，下部部分32具有向内倾斜的底部部分34和竖直上部部分36。在侧壁18的竖直上部部分30和下部部分32的竖直上部部分36之间，存在沿向下方向向外弯曲的中间部分38。

在流化床锅炉具有由两个较长壁和两个较短壁包围的矩形炉的情况下，一般竖直的较短壁通常被认为是端壁。因此，对根据本发明的炉的支撑是在被认为是侧壁的较长的壁上进行的。这种炉的横截面见图2。另一方面，带有仅一个颗粒分离器的循环流化床锅炉的炉通常具有至少接近正方形的横截面。在这种情况下，任何两个包围壁都可以被认为如本说明书中的侧壁，即对根据本发明的炉的支撑可以在包围壁的任何两个互相相对的壁上进行。

炉12通过支撑构造42支撑到地面40，支撑构造42包括支撑到地面40的多个竖直柱44和牢固地附接到竖直柱44的多个固定水平梁46。支撑构造42还包括平行于侧壁18布置的水平壁支撑梁48。除了靠近炉12的内部竖直柱44之外，通常还存在例如外部竖直柱44’，它们是为锅炉系统10的其他设备（诸如图1中未示出的汽包、燃料箱或颗粒分离器）提供支撑所需的。

水平壁支撑梁48通过使用合适的滑动表面50滑动地布置在平行于端壁20布置的两个固定水平梁46上。如从图2中可以看出，还可以存在朝向侧壁18的中心部段突出的悬臂梁58，以用于向水平壁支撑梁48提供额外的支撑。在所有图1-6中，相同的附图标记一般地用于相同或对应的元件。

水平壁支撑梁48在侧壁18的下部部分32的竖直上部部分36的正上方布置成靠近向外弯曲的中间壁部分38。炉12然后通过多个短吊杆52将炉的侧壁18从水平壁支撑梁48悬置而被支撑。

水平壁支撑梁48在竖直地位于锅炉的中部部段处的水平c处搁置在固定水平梁46上。当锅炉12从环境温度加热到操作温度（诸如850摄氏度）时，热膨胀使锅炉的高度和宽度伸长。当炉被中部支撑时，如图1所示，炉的中部部分保持在其原始高度处，并且炉12的上部部分从水平c向上膨胀，且炉的下部部分从水平c向下膨胀。除了竖直膨胀之外，炉还经历沿水平方向的热膨胀。下面将考虑水平热膨胀的影响和吸收。

水平c明显低于炉的顶部，优选在距离炉底部高度h的30-70%的水平处，甚至更优选地40-60%的水平处。因此，支撑构造42的总高度可以明显小于常规的顶部支撑的炉的总高度，在常规的顶部支撑的炉中，支撑构造明显延伸到炉顶部上方。

图2是图1的锅炉系统的水平俯视图。如图2中可以看到，炉12的端壁20短于侧壁18。除了在端壁20外侧且平行于端壁20的固定水平梁46之外，还存在在侧壁18外侧且平行于侧壁18的内部固定水平梁56和外部固定水平梁56’。还存在用以支撑内部和外部固定水平梁56、56’的额外的内部和外部竖直柱60、60’以及朝向侧壁18突出的悬臂梁58。实际上，具有布置在炉的侧壁上的多于一个颗粒分离器的流化床的炉在每对相邻的颗粒分离器之间具有悬臂梁58。

图3更详细地示出了炉12从水平壁支撑梁48的悬置。更特别地，图3示出了水平壁支撑梁48在悬臂梁58的位置中通过滑动表面50的滑动支撑，悬臂梁58终止于侧壁18的竖直上部部分30附近。水平壁支撑梁48对在端壁20外侧且平行于端壁20的固定水平装置46的支撑一般地类似于图3所示的支撑。吊杆52的下端通过支撑凸耳60附接到中间向外弯曲的壁部分38和侧壁18的下部部分32的竖直上部部分36之间的边缘62。为了将水平壁支撑梁48保持在与炉12相同的温度，它们被共用的隔热层64覆盖。

如图3中可以看到的，吊杆52的顶端通过合适的固定螺母54或其它合适的装置固定到水平壁支撑梁48。基于侧壁18的下部部分32的竖直上部部分36上方的固定螺母54，在图2中还可以看到水平壁支撑梁48上的吊杆52沿着侧壁18的位置。如图2所示，悬臂梁58可具有竖直孔，以使吊杆52在梁的位置处延伸穿过悬臂梁。替代地，可从悬臂梁的位置省略吊杆。

图2示出了甚至在悬臂梁58上也被布置在滑动表面50上的水平壁支撑梁48。替代地，水平壁支撑梁48可以在侧壁18的中心位置处固定到悬臂梁58。还有可能的是，水平壁支撑梁48分段延伸，例如在端壁20的外侧并与端壁20平行地从悬臂梁58延伸到固定水平梁46。这种分段水平壁支撑梁的各部分通常连接在一起，以确保分段壁支撑梁的期望的纵向热移动。

图4示意性地图示了如朝向侧壁18看到的另一个锅炉系统10’的侧视图。锅炉系统10’在其他方面对应于图1和2中所示的锅炉系统10，但是它具有较短的侧壁18，由此不需要在侧壁18的中心部分处通过悬臂梁对水平壁支撑梁48进行额外的支撑。图4特别地示出，为了给炉12的侧壁18提供几乎均匀的支撑，多个吊杆52彼此相距短的距离。有利地，相邻吊杆52之间的距离是水管壁的相邻水管22之间距离的小倍数。吊杆的距离因此有利地是水管壁的相邻水管22之间距离的n倍，其中n是小整数。优选地，n至多为3，更优选地至多为2，并且甚至更优选地，n为1。

根据本发明，特别是由于图3中所示的隔热层64，水平壁支撑梁有利地在所有操作条件下都处于与炉12相同或至少几乎相同的温度。因此，水平壁支撑梁48的热膨胀实际上与侧壁18的宽度的热膨胀相同。由于滑动表面50，水平壁支撑梁能够相对于固定水平梁46滑动，由此吊杆52在热膨胀期间保持彼此平行，并且沿平行于相邻侧壁18的竖直部分的平面方向保持竖直。沿垂直于相邻端壁18的竖直平面的方向，吊杆可均匀地倾斜至一小角度，在将吊杆固定到水平壁支撑梁48和凸耳60时要将这一小角度考虑在内。

图5示意性地图示了本发明的另一个实施例的侧视图。图5中所示的锅炉系统10”与图1中的锅炉系统的不同之处主要在于，水平壁支撑梁48’不是滑动地支撑在固定水平梁上，而是水平壁支撑梁48’通过主吊杆66从在固定水平梁46’悬置。如在图6中可以看到的，有利的是，存在在端壁20外侧且平行于端壁20连接到固定水平梁46’的单个主吊杆66。还有可能存在类似于如图2所示的悬臂梁，以在水平壁支撑梁48’的中心部分处布置额外的主吊杆。

水平壁支撑梁48’有利地位于与炉12共用的隔热层内，由此水平壁支撑梁48’保持处于与炉12相同的温度。水平壁支撑梁48’和固定水平梁46’之间的水平热膨胀差被主吊杆66的倾斜所吸收。为了避免过大的倾斜角度，吊杆必须具有足够的长度，诸如至少大约三米。较长的主吊杆通过较少的倾斜来吸收水平热膨胀，但是它们的缺点是可能增加将炉支撑在某一高度处所需的支撑构造的高度。

应当理解，图1-6仅示出了本发明的示例性实施例，并且每当技术上可能时，不同实施例中示出的特征就可以改变为其他实施例中示出的对应特征，或者改变为基于本说明书的一般教导的特征。

如从上面可以变得清楚的，提供了具有简单且可靠的支撑构造的锅炉系统的炉的不同实施例。应当理解，在可能时，结合实施例描述的元件也可以用于其他实施例。

虽然本发明在本文中已经通过结合目前被认为是最优选的实施例的示例进行了描述，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例，而是旨在覆盖其特征的各种组合或修改以及包括在如所附权利要求限定的本发明范围内的若干其他应用。

起点商标作为专业知识产权交易平台，可以帮助大家解决很多问题，如果大家想要了解更多知产交易信息请点击 【在线咨询】或添加微信 【19522093243】与客服一对一沟通，为大家解决相关问题。

此文章来源于网络,如有侵权,请联系删除