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CN107091127A - 一种机炉紧凑布置的管道连接系统 - Google Patents

一种机炉紧凑布置的管道连接系统 Download PDF

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CN107091127A CN201710268345.9A CN201710268345A CN107091127A CN 107091127 A CN107091127 A CN 107091127A CN 201710268345 A CN201710268345 A CN 201710268345A CN 107091127 A CN107091127 A CN 107091127A
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Abstract

本发明公开了一种机炉紧凑布置的管道连接系统，至少包括具有锅炉受热面、锅炉出口联箱的锅炉、高位汽轮机以及连接锅炉出口联箱与高位汽轮机之间的管道系统，所述锅炉出口联箱贴靠所述高位汽轮机，与所述锅炉出口联箱相连接的所述锅炉受热面管束（受热面管排炉外段）布置成包括水平段和垂直段的L型。锅炉出口联箱机炉之间系统的热膨胀、热应力均由连接在锅炉出口联箱上的管束来吸收，可实现机炉之间高温高压蒸汽管道的短距离连接，实质性的减少高温高压管道材料和弯头等管件的使用量，真正意义上降低高温高压蒸汽管道系统的压力损失和散热损失，最终实现既节省管道系统的投资，又提高机组的经济性。

Description

一种机炉紧凑布置的管道连接系统
技术领域
本发明涉及一种机炉紧凑布置的管道连接系统，属于发电领域。
背景技术
随着材料技术的不断进步和热能动力理论的日臻完善，蒸汽的参数经历了低压、中压、高压、超高压、亚临界、超临界直至超超临界的发展过程。为进一步提高火力发电机组的效率，国际上，各国都相继研发更高参数的机组。然而要发展高参数的机组，相关材料价格也会大幅增加，尤其是机炉之间的高温高压蒸汽管道，例如主蒸汽管道、再热蒸汽管道等，若将参数由目前的600℃等级升至700℃等级，按照目前的材料价格来算，700℃等级的材料价格将近是 600℃等级材料的10倍，尤其是对于采用二次再热的机组，机炉之间的主要高温高压蒸汽管道系统除主蒸汽管道系统、一次再热蒸汽管道系统外，相对一次再热的机组，增加了二次再热蒸汽管道系统，因此投资会相对更大，并且长距离的高温高压蒸汽管道，其管道压力损失也更大，这在一定程度上会吞噬机组的经济性。因此，若能实现机炉紧凑布置，缩短机炉之间的高温高压蒸汽管道，则是突破目前机组高参数发展制约的较好途径。其中，中国专利“一种高低位分轴布置的汽轮发电机组”(专利号：ZL200710040128.0)提供了一种新型的汽轮发电机组布置方法，与常规的汽轮发电机组布置比较而言，是将高、低位轴系错落布置，使高置轴系尽量靠近锅炉出口联箱，这样使得锅炉出口联箱(例如锅炉末级过热器、末级一次再热器或末级二次再热器的出口联箱等)与汽轮机之间的直线距离大幅缩短，而现有的锅炉出口联箱的布置方式，无论是煤粉锅炉的塔式炉或π型炉、循环流化床锅炉或其它锅炉，均按照如图1、图7、图 10所示，即锅炉出口联箱的吊架或支撑平台是直接连接锅炉墙体，且锅炉受热面出炉墙的联箱管束一般非常短，此时，若直接将锅炉出口联箱与汽轮机采用管道进行短距离连接，管道刚性将特别大，机组运行时蒸汽温度提高而产生的系统膨胀和应力得不到吸收，最终会导致汽轮机所受的推力过大而无法正常运行并导致停机，甚至发生设备损坏。
为了解决机炉之间系统的膨胀和应力问题，目前常规的机炉管道系统设计技术，是根据机炉设备与管道接口的力、力矩和位移，通过设置一定的弯头使管道进行绕行，直至机组运行时蒸汽温度提高而产生的膨胀和应力能被设备所接受为止。显然，这种常规管道系统连接方法，未能发挥出高、低位布置方式的优势，与常规的汽轮发电机组布置方式比较，虽能大幅减少高温高压蒸汽管道的直管，但系统的弯头依然会较多，由于弯头的阻力系数远大于直管，若采用铸钢弯头，不但其弯曲半径小(约1.5D)，且其价格昂贵，约达直管的5～7 倍，因此大直径高温高压蒸汽管道系统的压降没有明显下降，机组运行的经济性变化不大，工程投资还是很大，这完全与高、低位布置以实现缩短高温高压蒸汽管道的初衷背道而驰。
发明内容
针对上述情况，为达到既能大幅缩短机炉之间的管道系统，同时又能解决系统的膨胀和应力问题，确保系统设备的安全运行，本发明提供了一种机炉紧凑布置的管道连接系统。
本发明提供的一种机炉紧凑布置的管道连接系统，至少包括具有锅炉受热面、锅炉出口联箱的锅炉、高位汽轮机以及连接锅炉出口联箱与高位汽轮机之间的管道系统，其特征在于，所述锅炉出口联箱靠近所述高位汽轮机布置，所述与锅炉出口联箱相连接的所述锅炉受热面的管束(受热面管排炉外段)布置成包括水平段和垂直段的L型。
优选地，所述锅炉出口联箱中的末级再热器出口联箱或末级过热器出口联箱与所述高位汽轮机的平台贴靠布置。
优选地，所述锅炉出口联箱中的末级再热器出口联箱与所述高位汽轮机在同一水平高度对齐布置。
优选地，针对所述高位汽轮机与所述连接锅炉出口联箱、高位汽轮机之间的管道系统之间的接口预设冷拉力。
优选地，所述锅炉为煤粉锅炉的塔式炉或π型炉、循环流化床锅炉、高炉煤气锅炉。
优选地，所述高位汽轮机与所述锅炉(从炉右往炉左看)在水平方向上呈平行或垂直布置。
本发明的基本原理在于通过将锅炉出口联箱贴靠高位布置的汽轮机，且锅炉出口联箱与锅炉受热面之间的管束布置成具有一定长度的水平段和垂直段，这样，锅炉出口联箱与高位汽轮机之间的高温高压蒸汽管道(诸如主蒸汽管道、再热蒸汽管道等)的长度就可设计成最短，锅炉在运行过程中，随着锅炉温度的上升，水冷壁会向下膨胀。对于塔式锅炉，水冷壁向下膨胀量由与联箱相连接的水平段管束补偿，机炉连接管道水平方向的膨胀量和锅炉水冷壁向外的膨胀量由与锅炉出口联箱相连接的垂直段管束吸收。
本发明突破了传统采用机炉之间管道绕行连接来满足管道系统应力计算要求的方式，开创性将锅炉出口联箱贴靠汽轮机，使机炉之间系统的热膨胀、热应力由连接在锅炉出口联箱上的管束来吸收，实现机炉之间高温高压蒸汽管道的短距离直接连接(不需绕行)，可充分发挥出高低位布置的优势，突破管道系统应力计算的重大难关，实质性的减少工程高温高压管道材料和弯头等管件的使用量，真正意义上降低高温高压蒸汽管道系统的压力损失和散热损失，最终实现既节省管道系统的投资，又提高机组的经济性。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是塔式锅炉、汽轮机高位布置后的传统联箱管道连接系统的示意图；
图2是本发明的连接在联箱上的受热面管束补偿原理图；
图3、3A、3B是本发明的实施例1的系统示意图；
图4、4A、4B是本发明的实施例2的系统示意图；
图5、5A、5B是本发明的实施例3的系统示意图；
图6、6A、6B是本发明的实施例4的系统示意图；
图7是π型锅炉、汽轮机高位布置后的传统联箱管道连接系统的示意图；
图8、8A、8B是本发明的实施例5的系统示意图；
图9、9A是本发明的实施例6的系统示意图；
图10是循环流化床锅炉、汽轮机高位布置后的传统联箱管道连接系统的示意图；
图11、11A、11B是本发明的实施例7的系统示意图；
图12、12A是本发明的实施例8的系统示意图；
图中标记：1—高位汽轮机；2—末级再热器出口联箱；2’、2”—热再蒸汽管道；3—锅炉炉架；4—锅炉炉墙；5—末级再热器；5’—末级一次再热器；6—垂直段管束；7—水平段管束；8—末级过热器出口联箱；8’、8”—主蒸汽管道； 9—末级过热器；10—高压缸；11—中压缸；12—末级一次再热器出口联箱；12’、 12”—一次热再蒸汽管道。
具体实施方式
实施例1
如图3所示，它是本发明的一种机炉紧凑布置的管道连接系统的具体实施例1示意图。其中，锅炉采用塔式炉，高位汽轮机与锅炉(从炉右往炉左看) 平行布置。
本实施例主要包括末级再热器5、末级过热器9、末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8、高位汽轮机1以及连接末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8与高位汽轮机1之间的管道系统。
其中，末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8均贴靠高位汽轮机1，末级再热器出口联箱2与末级再热器受热面5之间的管束布置成包括具有水平段管束7、垂直段管束6，同理，末级过热器出口联箱8与末级过热器受热面9之间的管束布置也包括具有水平段管束、垂直段管束。
图3A是针对高位汽轮机1的俯视示意图。图3B是针对高位汽轮机1的侧视示意图。本实施例中，考虑到热再管道直径大，相对主蒸汽管道价格昂贵，因此布置上，较佳地，可将末级再热器出口联箱2与高位汽轮机1对齐，以尽量缩短两者之间的连接管道2’、2”，而末级过热器出口联箱8与高位汽轮机1的管道则从高位汽轮机1的下方连接至高压缸两侧的进汽阀门处。
通过以上布置，根据汽轮机、锅炉出口联箱设备接口的力、力矩和位移，将连接在联箱上的受热面管束长度，垂直与水平方向各设置一定长度，例如6-10 米(具体长度可根据机炉之间管道系统应力计算的需求而定)，这样便可确保所有管束、管束与联箱接口、管束与水冷壁接触点的应力均在许可范围内。图 2为连接在锅炉出口联箱上的受热面管束补偿原理图，锅炉在运行过程中，随着锅炉温度的上升，水冷壁会向下膨胀，水冷壁向下膨胀量由联箱的水平段管束补偿，机炉连接管道水平方向的膨胀量和锅炉水冷壁向外的膨胀量由锅炉出口联箱的垂直段管束吸收。一般来说，通过调整锅炉出口联箱与受热面之间的水平段管束和垂直段管束的长度，便可吸收系统的热膨胀、应力。若尚不能完全吸收，则可针对汽轮机与管道的接口预设一定冷拉力，以进一步减少对设备接口的热应力，直至达到应力计算的允许值。
实施例2
如图4所示，它是本发明的一种机炉紧凑布置的管道连接系统的具体实施例2示意图。其中，锅炉采用塔式炉，高位汽轮机与锅炉(从炉右往炉左看) 在水平方向上为垂直布置。
本实施例主要包括末级再热器5、末级过热器9、末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8、高位汽轮机1以及连接末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8与高位汽轮机1之间的管道系统。
其中，末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8均贴靠高位汽轮机1，末级再热器出口联箱2与末级再热器受热面5之间的管束布置成包括具有水平段管束7、垂直段管束6，同理，末级过热器出口联箱8与末级过热器受热面9之间的管束布置也包括具有水平段管束、垂直段管束。
该方案与实施例1的主要区别在于高位汽轮机与锅炉在水平方向上为垂直布置，同理，本实施例中，考虑到热再管道直径大，相对主蒸汽管道价格昂贵，因此布置上，较佳地，可将末级再热器出口联箱2与高位汽轮机1对齐，以尽量缩短两者之间的连接管道2’、2”，而末级过热器出口联箱8与高位汽轮机1的管道则从高位汽轮机1的下方连接至高压缸两侧的进汽阀门处。具体可见图4A，图4B，分别是针对高位汽轮机1的俯视示意图及侧视示意图。
其余均和实施例1相同，此处不再赘述。
实施例3
如图5所示，是本发明的一种机炉紧凑布置的管道连接系统的具体实施例3 示意图。以二次再热机组为例，锅炉为塔式锅炉，高位汽轮机与锅炉(从炉右往炉左看)平行布置，它主要包括末级过热器9、末级一次再热器5’、末级过热器出口联箱8、末级一次再热器出口联箱12、高位汽轮机1、连接末级过热器出口联箱8与高位汽轮机1的高压缸10之间的主蒸汽管道系统、连接末级一次再热器出口联箱5’与高位汽轮机1的中压缸11之间的一次再热蒸汽管道系统。
其中，末级一次再热器出口联箱12贴靠高位汽轮机1，末级一次再热器出口联箱12与末级一次再热器5’之间的管束布置成包括具有水平段管束7、垂直段管束6。
同理，末级过热器出口联箱8与末级过热器9之间的管束也布置成包括具有水平段管束、垂直段管束，并且，将末级一次再热器出口联箱与高位汽轮机贴靠对齐，以尽量缩短末级一次再热器出口联箱2’与高位汽轮机1之间的距离，从而可使得大直径昂贵的一次热再管道12’、12”大幅缩短，而末级过热器出口联箱8与高位汽轮机1的管道则从高位汽轮机1的下方连接至高压缸两侧的进汽阀门处。具体可见图5A，图5B，分别是针对高位汽轮机1的俯视示意图及侧视示意图。
其余均和实施例1相同，此处不再赘述。
实施例4
如图6所示，是本发明的一种机炉紧凑布置的管道连接系统的具体实施例4 示意图。以二次再热机组为例，锅炉为塔式锅炉，高位汽轮机与锅炉(从炉右往炉左看)垂直布置，它主要包括末级过热器9、末级一次再热器5’、末级过热器出口联箱8、末级一次再热器出口联箱12、高位汽轮机1、连接末级过热器出口联箱8与高位汽轮机1的高压缸10之间的主蒸汽管道系统、连接末级一次再热器出口联箱5’与高位汽轮机1的中压缸11之间的一次再热蒸汽管道系统。
其中，末级一次再热器出口联箱12贴靠高位汽轮机1，末级一次再热器出口联箱12与末级一次再热器5’之间的管束布置成包括具有水平段管束7、垂直段管束6。
同理，末级过热器出口联箱8与末级过热器9之间的管束也布置成包括具有水平段管束、垂直段管束，并且，将末级一次再热器出口联箱与高位汽轮机贴靠对齐，以尽量缩短末级一次再热器出口联箱2’与高位汽轮机1之间的距离，从而可使得大直径昂贵的一次热再管道12’、12”大幅缩短，而末级过热器出口联箱8与高位汽轮机1的管道则从高位汽轮机1的下方连接至高压缸两侧的进汽阀门处。具体可见图6A，图6B，分别是针对高位汽轮机1的俯视示意图及侧视示意图。
其余均和实施例1相同，此处不再赘述。
实施例5
如图8所示，是本发明的一种机炉紧凑布置的管道连接系统的具体实施例5 示意图。其中，锅炉采用π型炉，高位汽轮机布置在锅炉顶部，并且高位汽轮机与锅炉方向(从炉右往炉左看)呈平行方向布置。
本实施例主要包括末级再热器5、末级过热器9、末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8、高位汽轮机1以及连接末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8与高位汽轮机1之间的管道系统。
其中，末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8均贴靠高位汽轮机1，末级再热器出口联箱2与末级再热器受热面5之间的管束布置成包括具有水平段管束7、垂直段管束6，同理，末级过热器出口联箱8与末级过热器受热面9之间的管束布置也包括具有水平段管束、垂直段管束。
图8A，图8B，分别是针对高位汽轮机1的俯视示意图及侧视示意图。末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8具体的位置原则上只需满足尽量贴靠高位汽轮机即可，以节省大直径的高温高压蒸汽管道，管束的长度需满足(包含水平段管束和垂直段管束)吸收系统膨胀的要求，其余均和实施例1相同，此处不再赘述。
实施例6
如图9所示，是本发明的一种机炉紧凑布置的管道连接系统的具体实施例5 示意图。其中，锅炉采用π型炉，高位汽轮机布置在锅炉顶部，并且高位汽轮机与锅炉方向(从炉右往炉左看)呈垂直方向布置。
本实施例主要包括末级再热器5、末级过热器9、末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8、高位汽轮机1以及连接末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8与高位汽轮机1之间的管道系统。
其中，末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8均贴靠高位汽轮机1，末级再热器出口联箱2与末级再热器受热面5之间的管束布置成包括具有水平段管束7、垂直段管束6，同理，末级过热器出口联箱8与末级过热器受热面9之间的管束布置也包括具有水平段管束、垂直段管束。
图9A是针对高位汽轮机1的俯视示意图。末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8具体的位置原则上只需满足尽量贴靠高位汽轮机即可，以节省大直径的高温高压蒸汽管道，管束的长度需满足(包含水平段管束和垂直段管束) 吸收系统膨胀的要求，本实施例与实施例5的唯一区别在于高位汽轮机与锅炉方向是呈垂直方向，其余均相同，此处不再赘述。
实施例7
如图11所示，是本发明的一种机炉紧凑布置的管道连接系统的具体实施例 5示意图。其中，锅炉为循环流化床式锅炉，高位汽轮机布置在锅炉顶部，并且高位汽轮机与锅炉方向(从炉右往炉左看)呈平行方向布置。
本实施例主要包括末级再热器5、末级过热器9、末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8、高位汽轮机1以及连接末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8与高位汽轮机1之间的管道系统。
其中，末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8均贴靠高位汽轮机1，末级再热器出口联箱2与末级再热器受热面5之间的管束布置成包括具有水平段管束7、垂直段管束6，同理，末级过热器出口联箱8与末级过热器受热面9之间的管束布置也包括具有水平段管束、垂直段管束。
图11A、图11B是针对高位汽轮机1的俯视示意图及侧视示意图。末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8具体的位置原则上只需满足尽量贴靠高位汽轮机即可，以节省大直径的高温高压蒸汽管道，管束的长度需满足(包含水平段管束和垂直段管束)吸收系统膨胀的要求，其余均和实施例1相同，此处不再赘述。
实施例8
如图12所示，是本发明的一种机炉紧凑布置的管道连接系统的具体实施例 5示意图。其中，锅炉为循环流化床式锅炉，高位汽轮机布置在锅炉顶部，并且高位汽轮机与锅炉方向(从炉右往炉左看)呈垂直方向布置。
本实施例主要包括末级再热器5、末级过热器9、末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8、高位汽轮机1以及连接末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8与高位汽轮机1之间的管道系统。
其中，末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8均贴靠高位汽轮机1，末级再热器出口联箱2与末级再热器受热面5之间的管束布置成包括具有水平段管束7、垂直段管束6，同理，末级过热器出口联箱8与末级过热器受热面9之间的管束布置也包括具有水平段管束、垂直段管束。
图12A是针对高位汽轮机1的俯视示意图。末级再热器出口联箱2、末级过热器出口联箱8具体的位置原则上只需满足尽量贴靠高位汽轮机即可，以节省大直径的高温高压蒸汽管道，管束的长度则需满足(包含水平段管束和垂直段管束)吸收系统膨胀的要求，其余均和实施例1相同，此处不再赘述。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种机炉紧凑布置的管道连接系统，至少包括具有锅炉受热面、锅炉出口联箱的锅炉、高位汽轮机以及连接锅炉出口联箱与高位汽轮机之间的管道系统，其特征在于，所述锅炉出口联箱靠近所述高位汽轮机布置，所述与锅炉出口联箱相连接的所述锅炉受热面的管束（受热面管排炉外段）布置成包括水平段和垂直段的L型。
2.根据权利要求1所述的机炉紧凑布置的管道连接系统，其特征在于，所述锅炉出口联箱中的末级再热器出口联箱或末级过热器出口联箱与所述高位汽轮机的平台贴靠布置。
3.根据权利要求1所述的机炉紧凑布置的管道连接系统，其特征在于，所述锅炉出口联箱中的末级再热器出口联箱与所述高位汽轮机在同一水平高度对齐布置。
4.根据权利要求1所述的机炉紧凑布置的管道连接系统，其特征在于，针对所述高位汽轮机与所述连接锅炉出口联箱、高位汽轮机之间的管道系统之间的接口预设冷拉力。
5.根据权利要求1所述的机炉紧凑布置的管道连接系统，其特征在于，所述锅炉为煤粉锅炉的塔式炉或π型炉、循环流化床锅炉、高炉煤气锅炉。
6.根据权利要求1所述的机炉紧凑布置的管道连接系统，其特征在于，所述高位汽轮机与所述锅炉在水平方向上呈平行或垂直布置。
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