一種機爐緊湊布置的管道連接系統的製作方法
2023-10-09 07:55:44 1
本發明涉及一種機爐緊湊布置的管道連接系統，屬於發電領域。
背景技術：
隨著材料技術的不斷進步和熱能動力理論的日臻完善，蒸汽的參數經歷了低壓、中壓、高壓、超高壓、亞臨界、超臨界直至超超臨界的發展過程。為進一步提高火力發電機組的效率，國際上，各國都相繼研發更高參數的機組。然而要發展高參數的機組，相關材料價格也會大幅增加，尤其是機爐之間的高溫高壓蒸汽管道，例如主蒸汽管道、再熱蒸汽管道等，若將參數由目前的600℃等級升至700℃等級，按照目前的材料價格來算，700℃等級的材料價格將近是600℃等級材料的10倍，尤其是對於採用二次再熱的機組，機爐之間的主要高溫高壓蒸汽管道系統除主蒸汽管道系統、一次再熱蒸汽管道系統外，相對一次再熱的機組，增加了二次再熱蒸汽管道系統，因此投資會相對更大，並且長距離的高溫高壓蒸汽管道，其管道壓力損失也更大，這在一定程度上會吞噬機組的經濟性。因此，若能實現機爐緊湊布置，縮短機爐之間的高溫高壓蒸汽管道，則是突破目前機組高參數發展制約的較好途徑。其中，中國專利「一種高低位分軸布置的汽輪發電機組」(專利號：zl200710040128.0)提供了一種新型的汽輪發電機組布置方法，與常規的汽輪發電機組布置比較而言，是將高、低位軸系錯落布置，使高置軸系儘量靠近鍋爐出口聯箱，這樣使得鍋爐出口聯箱(例如鍋爐末級過熱器、末級一次再熱器或末級二次再熱器的出口聯箱等)與汽輪機之間的直線距離大幅縮短，而現有的鍋爐出口聯箱的布置方式，無論是煤粉鍋爐的塔式爐或π型爐、循環流化床鍋爐或其它鍋爐，均按照如圖1、圖7、圖10所示，即鍋爐出口聯箱的吊架或支撐平臺是直接連接鍋爐牆體，且鍋爐受熱面出爐牆的聯箱管束一般非常短，此時，若直接將鍋爐出口聯箱與汽輪機採用管道進行短距離連接，管道剛性將特別大，機組運行時蒸汽溫度提高而產生的系統膨脹和應力得不到吸收，最終會導致汽輪機所受的推力過大而無法正常運行並導致停機，甚至發生設備損壞。
為了解決機爐之間系統的膨脹和應力問題，目前常規的機爐管道系統設計技術，是根據機爐設備與管道接口的力、力矩和位移，通過設置一定的彎頭使管道進行繞行，直至機組運行時蒸汽溫度提高而產生的膨脹和應力能被設備所接受為止。顯然，這種常規管道系統連接方法，未能發揮出高、低位布置方式的優勢，與常規的汽輪發電機組布置方式比較，雖能大幅減少高溫高壓蒸汽管道的直管，但系統的彎頭依然會較多，由於彎頭的阻力係數遠大於直管，若採用鑄鋼彎頭，不但其彎曲半徑小(約1.5d)，且其價格昂貴，約達直管的5～7倍，因此大直徑高溫高壓蒸汽管道系統的壓降沒有明顯下降，機組運行的經濟性變化不大，工程投資還是很大，這完全與高、低位布置以實現縮短高溫高壓蒸汽管道的初衷背道而馳。
技術實現要素：
針對上述情況，為達到既能大幅縮短機爐之間的管道系統，同時又能解決系統的膨脹和應力問題，確保系統設備的安全運行，本發明提供了一種機爐緊湊布置的管道連接系統。
本發明提供的一種機爐緊湊布置的管道連接系統，至少包括具有鍋爐受熱面、鍋爐出口聯箱的鍋爐、高位汽輪機以及連接鍋爐出口聯箱與高位汽輪機之間的管道系統，其特徵在於，所述鍋爐出口聯箱靠近所述高位汽輪機布置，所述與鍋爐出口聯箱相連接的所述鍋爐受熱面的管束(受熱面管排爐外段)布置成包括水平段和垂直段的l型。
優選地，所述鍋爐出口聯箱中的末級再熱器出口聯箱或末級過熱器出口聯箱與所述高位汽輪機的平臺貼靠布置。
優選地，所述鍋爐出口聯箱中的末級再熱器出口聯箱與所述高位汽輪機在同一水平高度對齊布置。
優選地，針對所述高位汽輪機與所述連接鍋爐出口聯箱、高位汽輪機之間的管道系統之間的接口預設冷拉力。
優選地，所述鍋爐為煤粉鍋爐的塔式爐或π型爐、循環流化床鍋爐、高爐煤氣鍋爐。
優選地，所述高位汽輪機與所述鍋爐(從爐右往爐左看)在水平方向上呈平行或垂直布置。
本發明的基本原理在於通過將鍋爐出口聯箱貼靠高位布置的汽輪機，且鍋爐出口聯箱與鍋爐受熱面之間的管束布置成具有一定長度的水平段和垂直段，這樣，鍋爐出口聯箱與高位汽輪機之間的高溫高壓蒸汽管道(諸如主蒸汽管道、再熱蒸汽管道等)的長度就可設計成最短，鍋爐在運行過程中，隨著鍋爐溫度的上升，水冷壁會向下膨脹。對於塔式鍋爐，水冷壁向下膨脹量由與聯箱相連接的水平段管束補償，機爐連接管道水平方向的膨脹量和鍋爐水冷壁向外的膨脹量由與鍋爐出口聯箱相連接的垂直段管束吸收。
本發明突破了傳統採用機爐之間管道繞行連接來滿足管道系統應力計算要求的方式，開創性將鍋爐出口聯箱貼靠汽輪機，使機爐之間系統的熱膨脹、熱應力由連接在鍋爐出口聯箱上的管束來吸收，實現機爐之間高溫高壓蒸汽管道的短距離直接連接(不需繞行)，可充分發揮出高低位布置的優勢，突破管道系統應力計算的重大難關，實質性的減少工程高溫高壓管道材料和彎頭等管件的使用量，真正意義上降低高溫高壓蒸汽管道系統的壓力損失和散熱損失，最終實現既節省管道系統的投資，又提高機組的經濟性。
以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特徵和效果。
附圖說明
圖1是塔式鍋爐、汽輪機高位布置後的傳統聯箱管道連接系統的示意圖；
圖2是本發明的連接在聯箱上的受熱面管束補償原理圖；
圖3、3a、3b是本發明的實施例1的系統示意圖；
圖4、4a、4b是本發明的實施例2的系統示意圖；
圖5、5a、5b是本發明的實施例3的系統示意圖；
圖6、6a、6b是本發明的實施例4的系統示意圖；
圖7是π型鍋爐、汽輪機高位布置後的傳統聯箱管道連接系統的示意圖；
圖8、8a、8b是本發明的實施例5的系統示意圖；
圖9、9a是本發明的實施例6的系統示意圖；
圖10是循環流化床鍋爐、汽輪機高位布置後的傳統聯箱管道連接系統的示意圖；
圖11、11a、11b是本發明的實施例7的系統示意圖；
圖12、12a是本發明的實施例8的系統示意圖；
圖中標記：1—高位汽輪機；2—末級再熱器出口聯箱；2』、2」—熱再蒸汽管道；3—鍋爐爐架；4—鍋爐爐牆；5—末級再熱器；5』—末級一次再熱器；6—垂直段管束；7—水平段管束；8—末級過熱器出口聯箱；8』、8」—主蒸汽管道；9—末級過熱器；10—高壓缸；11—中壓缸；12—末級一次再熱器出口聯箱；12』、12」—一次熱再蒸汽管道。
具體實施方式
實施例1
如圖3所示，它是本發明的一種機爐緊湊布置的管道連接系統的具體實施例1示意圖。其中，鍋爐採用塔式爐，高位汽輪機與鍋爐(從爐右往爐左看)平行布置。
本實施例主要包括末級再熱器5、末級過熱器9、末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8、高位汽輪機1以及連接末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8與高位汽輪機1之間的管道系統。
其中，末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8均貼靠高位汽輪機1，末級再熱器出口聯箱2與末級再熱器受熱面5之間的管束布置成包括具有水平段管束7、垂直段管束6，同理，末級過熱器出口聯箱8與末級過熱器受熱面9之間的管束布置也包括具有水平段管束、垂直段管束。
圖3a是針對高位汽輪機1的俯視示意圖。圖3b是針對高位汽輪機1的側視示意圖。本實施例中，考慮到熱再管道直徑大，相對主蒸汽管道價格昂貴，因此布置上，較佳地，可將末級再熱器出口聯箱2與高位汽輪機1對齊，以儘量縮短兩者之間的連接管道2』、2」，而末級過熱器出口聯箱8與高位汽輪機1的管道則從高位汽輪機1的下方連接至高壓缸兩側的進汽閥門處。
通過以上布置，根據汽輪機、鍋爐出口聯箱設備接口的力、力矩和位移，將連接在聯箱上的受熱面管束長度，垂直與水平方向各設置一定長度，例如6-10米(具體長度可根據機爐之間管道系統應力計算的需求而定)，這樣便可確保所有管束、管束與聯箱接口、管束與水冷壁接觸點的應力均在許可範圍內。圖2為連接在鍋爐出口聯箱上的受熱面管束補償原理圖，鍋爐在運行過程中，隨著鍋爐溫度的上升，水冷壁會向下膨脹，水冷壁向下膨脹量由聯箱的水平段管束補償，機爐連接管道水平方向的膨脹量和鍋爐水冷壁向外的膨脹量由鍋爐出口聯箱的垂直段管束吸收。一般來說，通過調整鍋爐出口聯箱與受熱面之間的水平段管束和垂直段管束的長度，便可吸收系統的熱膨脹、應力。若尚不能完全吸收，則可針對汽輪機與管道的接口預設一定冷拉力，以進一步減少對設備接口的熱應力，直至達到應力計算的允許值。
實施例2
如圖4所示，它是本發明的一種機爐緊湊布置的管道連接系統的具體實施例2示意圖。其中，鍋爐採用塔式爐，高位汽輪機與鍋爐(從爐右往爐左看)在水平方向上為垂直布置。
本實施例主要包括末級再熱器5、末級過熱器9、末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8、高位汽輪機1以及連接末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8與高位汽輪機1之間的管道系統。
其中，末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8均貼靠高位汽輪機1，末級再熱器出口聯箱2與末級再熱器受熱面5之間的管束布置成包括具有水平段管束7、垂直段管束6，同理，末級過熱器出口聯箱8與末級過熱器受熱面9之間的管束布置也包括具有水平段管束、垂直段管束。
該方案與實施例1的主要區別在於高位汽輪機與鍋爐在水平方向上為垂直布置，同理，本實施例中，考慮到熱再管道直徑大，相對主蒸汽管道價格昂貴，因此布置上，較佳地，可將末級再熱器出口聯箱2與高位汽輪機1對齊，以儘量縮短兩者之間的連接管道2』、2」，而末級過熱器出口聯箱8與高位汽輪機1的管道則從高位汽輪機1的下方連接至高壓缸兩側的進汽閥門處。具體可見圖4a，圖4b，分別是針對高位汽輪機1的俯視示意圖及側視示意圖。
其餘均和實施例1相同，此處不再贅述。
實施例3
如圖5所示，是本發明的一種機爐緊湊布置的管道連接系統的具體實施例3示意圖。以二次再熱機組為例，鍋爐為塔式鍋爐，高位汽輪機與鍋爐(從爐右往爐左看)平行布置，它主要包括末級過熱器9、末級一次再熱器5』、末級過熱器出口聯箱8、末級一次再熱器出口聯箱12、高位汽輪機1、連接末級過熱器出口聯箱8與高位汽輪機1的高壓缸10之間的主蒸汽管道系統、連接末級一次再熱器出口聯箱5』與高位汽輪機1的中壓缸11之間的一次再熱蒸汽管道系統。
其中，末級一次再熱器出口聯箱12貼靠高位汽輪機1，末級一次再熱器出口聯箱12與末級一次再熱器5』之間的管束布置成包括具有水平段管束7、垂直段管束6。
同理，末級過熱器出口聯箱8與末級過熱器9之間的管束也布置成包括具有水平段管束、垂直段管束，並且，將末級一次再熱器出口聯箱與高位汽輪機貼靠對齊，以儘量縮短末級一次再熱器出口聯箱2』與高位汽輪機1之間的距離，從而可使得大直徑昂貴的一次熱再管道12』、12」大幅縮短，而末級過熱器出口聯箱8與高位汽輪機1的管道則從高位汽輪機1的下方連接至高壓缸兩側的進汽閥門處。具體可見圖5a，圖5b，分別是針對高位汽輪機1的俯視示意圖及側視示意圖。
其餘均和實施例1相同，此處不再贅述。
實施例4
如圖6所示，是本發明的一種機爐緊湊布置的管道連接系統的具體實施例4示意圖。以二次再熱機組為例，鍋爐為塔式鍋爐，高位汽輪機與鍋爐(從爐右往爐左看)垂直布置，它主要包括末級過熱器9、末級一次再熱器5』、末級過熱器出口聯箱8、末級一次再熱器出口聯箱12、高位汽輪機1、連接末級過熱器出口聯箱8與高位汽輪機1的高壓缸10之間的主蒸汽管道系統、連接末級一次再熱器出口聯箱5』與高位汽輪機1的中壓缸11之間的一次再熱蒸汽管道系統。
其中，末級一次再熱器出口聯箱12貼靠高位汽輪機1，末級一次再熱器出口聯箱12與末級一次再熱器5』之間的管束布置成包括具有水平段管束7、垂直段管束6。
同理，末級過熱器出口聯箱8與末級過熱器9之間的管束也布置成包括具有水平段管束、垂直段管束，並且，將末級一次再熱器出口聯箱與高位汽輪機貼靠對齊，以儘量縮短末級一次再熱器出口聯箱2』與高位汽輪機1之間的距離，從而可使得大直徑昂貴的一次熱再管道12』、12」大幅縮短，而末級過熱器出口聯箱8與高位汽輪機1的管道則從高位汽輪機1的下方連接至高壓缸兩側的進汽閥門處。具體可見圖6a，圖6b，分別是針對高位汽輪機1的俯視示意圖及側視示意圖。
其餘均和實施例1相同，此處不再贅述。
實施例5
如圖8所示，是本發明的一種機爐緊湊布置的管道連接系統的具體實施例5示意圖。其中，鍋爐採用π型爐，高位汽輪機布置在鍋爐頂部，並且高位汽輪機與鍋爐方向(從爐右往爐左看)呈平行方向布置。
本實施例主要包括末級再熱器5、末級過熱器9、末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8、高位汽輪機1以及連接末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8與高位汽輪機1之間的管道系統。
其中，末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8均貼靠高位汽輪機1，末級再熱器出口聯箱2與末級再熱器受熱面5之間的管束布置成包括具有水平段管束7、垂直段管束6，同理，末級過熱器出口聯箱8與末級過熱器受熱面9之間的管束布置也包括具有水平段管束、垂直段管束。
圖8a，圖8b，分別是針對高位汽輪機1的俯視示意圖及側視示意圖。末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8具體的位置原則上只需滿足儘量貼靠高位汽輪機即可，以節省大直徑的高溫高壓蒸汽管道，管束的長度需滿足(包含水平段管束和垂直段管束)吸收系統膨脹的要求，其餘均和實施例1相同，此處不再贅述。
實施例6
如圖9所示，是本發明的一種機爐緊湊布置的管道連接系統的具體實施例5示意圖。其中，鍋爐採用π型爐，高位汽輪機布置在鍋爐頂部，並且高位汽輪機與鍋爐方向(從爐右往爐左看)呈垂直方向布置。
本實施例主要包括末級再熱器5、末級過熱器9、末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8、高位汽輪機1以及連接末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8與高位汽輪機1之間的管道系統。
其中，末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8均貼靠高位汽輪機1，末級再熱器出口聯箱2與末級再熱器受熱面5之間的管束布置成包括具有水平段管束7、垂直段管束6，同理，末級過熱器出口聯箱8與末級過熱器受熱面9之間的管束布置也包括具有水平段管束、垂直段管束。
圖9a是針對高位汽輪機1的俯視示意圖。末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8具體的位置原則上只需滿足儘量貼靠高位汽輪機即可，以節省大直徑的高溫高壓蒸汽管道，管束的長度需滿足(包含水平段管束和垂直段管束)吸收系統膨脹的要求，本實施例與實施例5的唯一區別在於高位汽輪機與鍋爐方向是呈垂直方向，其餘均相同，此處不再贅述。
實施例7
如圖11所示，是本發明的一種機爐緊湊布置的管道連接系統的具體實施例5示意圖。其中，鍋爐為循環流化床式鍋爐，高位汽輪機布置在鍋爐頂部，並且高位汽輪機與鍋爐方向(從爐右往爐左看)呈平行方向布置。
本實施例主要包括末級再熱器5、末級過熱器9、末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8、高位汽輪機1以及連接末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8與高位汽輪機1之間的管道系統。
其中，末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8均貼靠高位汽輪機1，末級再熱器出口聯箱2與末級再熱器受熱面5之間的管束布置成包括具有水平段管束7、垂直段管束6，同理，末級過熱器出口聯箱8與末級過熱器受熱面9之間的管束布置也包括具有水平段管束、垂直段管束。
圖11a、圖11b是針對高位汽輪機1的俯視示意圖及側視示意圖。末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8具體的位置原則上只需滿足儘量貼靠高位汽輪機即可，以節省大直徑的高溫高壓蒸汽管道，管束的長度需滿足(包含水平段管束和垂直段管束)吸收系統膨脹的要求，其餘均和實施例1相同，此處不再贅述。
實施例8
如圖12所示，是本發明的一種機爐緊湊布置的管道連接系統的具體實施例5示意圖。其中，鍋爐為循環流化床式鍋爐，高位汽輪機布置在鍋爐頂部，並且高位汽輪機與鍋爐方向(從爐右往爐左看)呈垂直方向布置。
本實施例主要包括末級再熱器5、末級過熱器9、末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8、高位汽輪機1以及連接末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8與高位汽輪機1之間的管道系統。
其中，末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8均貼靠高位汽輪機1，末級再熱器出口聯箱2與末級再熱器受熱面5之間的管束布置成包括具有水平段管束7、垂直段管束6，同理，末級過熱器出口聯箱8與末級過熱器受熱面9之間的管束布置也包括具有水平段管束、垂直段管束。
圖12a是針對高位汽輪機1的俯視示意圖。末級再熱器出口聯箱2、末級過熱器出口聯箱8具體的位置原則上只需滿足儘量貼靠高位汽輪機即可，以節省大直徑的高溫高壓蒸汽管道，管束的長度則需滿足(包含水平段管束和垂直段管束)吸收系統膨脹的要求，其餘均和實施例1相同，此處不再贅述。
以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護範圍內。