用於鍋爐孔口的冷卻系統的製作方法
2023-11-04 12:38:02
專利名稱：用於鍋爐孔口的冷卻系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於鍋爐壁中的孔口的冷卻系統，一般的孔口是用於為鍋爐爐膛供給空氣的空氣口。除了空氣口之外，在鍋爐壁上還有許多開口、小孔、孔或通道，用於供給諸如燃料或氣體或化學製品這樣的物質，或者用於諸如控制裝置這樣的不同儀表、裝置或部件。這些結構在本發明中稱之為孔口。具體說，本發明涉及黑液回收鍋爐的空氣口和的其他孔口。
背景技術：
在紙漿製造中產生的黑液在回收鍋爐中被燃燒，該回收鍋爐是硫酸鹽和其他Na基製漿法的化學回收循環中的基本設備。來自蒸煮器的蒸煮的化學物質轉化為適合於回收過程的形態。在硫酸鹽法中，大多數重要的化學物質是鈉和硫。一方面，在蒸煮過程中溶解在黑液中的有機物質在鍋爐內燃燒產生可利用的熱，另一方面，在將包含在廢液中的無機化合物逆向轉換成在蒸煮中使用的化學物質的過程中，產生蒸氣。該廢液中的無機物在鍋爐的高溫下熔化並且在熔化時向下流到爐膛的底部。
該熔體沿著冷卻的熔體輸送管從鍋爐的底部取出到溶解槽，在溶解槽被溶解成水或稀薄的白液以生產氫氧化鈉，即綠液。在硫酸鹽法中該熔體的主要化合物因此也是綠液的主要化合物是亞硫酸納和碳酸鈉。該綠液然後輸送到苛化車間用於白液生產。
在黑液中的有機物的燃燒中所需要的空氣從圍繞爐膛設置在各種高度上的空氣分配通道，通過爐膛壁上的空氣口供給該回收鍋爐的爐膛。空氣口的開口通過向外彎曲水壁管並相互離開形成。空氣通常在三個高度上引進爐膛中。最低的是第一空氣高度，在其之上的第二空氣高度，以及最高的，在液體噴嘴之上的第三空氣高度。在鍋爐中也可以有多於三個的空氣高度。
通常噴嘴設置在鍋爐壁中的空氣口開口中，以便將空氣引導進爐膛中。噴嘴通常用不同的金屬板材通過焊接製造。該噴嘴例如通過焊接或以其他的機械方法連接於爐膛的管座(tube panel)壁。空氣口也可以用鑄造材料製造，密封焊接於形成開口的壁管上。
助燃空氣從圍繞鍋爐的空氣導管導入該空氣口中。該空氣口和其附近的結構由流動的助燃空氣冷卻並且傳導給爐壁。助燃空氣的溫度通常為20-200℃，根據該溫度估量該助燃空氣。通常最下面的空氣流，也叫做第一次空氣，具有最高的溫度，而位於爐膛最高處的空氣流具有最低的溫度。在黑液供給高度之上(供液槍之上)供給的空氣(例如第三次空氣)通常沒有被預熱。當經由流過該空氣口的空氣流發生冷卻時，冷卻效果明顯比水冷卻的效率低，無論是用沸騰的或未沸騰的水。這是由於兩種介質(空氣對水)的熱動態性質和熱傳輸性質所致。而且，經由從空氣口到由沸騰水冷卻的爐壁管的傳導的冷卻，與水直接與空氣口接觸相比效率低得多。這是由於從爐管內表面到該空氣口未冷卻的前面末端的距離相當長，並且該鑄造空氣口和冷卻爐壁管之間的熱傳輸效率不是很高。為了使經由爐壁管的冷卻更加有效，已經使用套筒式空氣口。在這種結構中，空氣口用板料製造，該板料被彎曲成正確的形狀並且焊接於爐壁管。相對於這種鍋爐結構和運行而言這種結構潛在的缺點是，其引起熔體或黑液濺射到該口中。在硫酸鹽法中的熔體的主要成分是碳酸鈉和亞硫酸鈉。在空氣口外面的熔體濺射將該空氣口的結構快速加熱到該熔體的熔點，因而，該鹽引起空氣口的腐蝕和侵蝕。溫度的迅速變化在該空氣口結構中並且甚至在爐膛的循環管中產生熱磨損和應力腐蝕裂紋。特別有害的是改變該壁管和空氣口套筒材料之間，特別是與其固定焊接之間的溫度差。
空氣口的上述問題對於爐膛的其他孔口和有散熱片的區域也同樣存在，在該散熱片區域未冷卻的區域太大。這些未冷卻的區域與各種端孔、開口、小孔或鍋爐爐膛壁中的長矛式連接有關。除了空氣口之外，還有用於輸送物質的在爐壁上的許多開口、小孔、孔，例如用於輸送燃料和氣體，或者用於諸如控制裝置的各種裝置。這些結構在本發明中稱之為孔口，並且在這些孔口中通常需要有效的冷卻。在回收鍋爐的下部爐膛中未冷卻區域的臨界寬度通常為15-25mm。而且在這些情況下，該結構可以通過引進特殊的冷卻來改進。
發明內容
考慮到腐蝕、溫度變化、裂紋和緊密度，本發明旨在確保空氣口或其他孔口和附近爐壁結構的溫度將不升高太多。這使得維修和停機費用明顯減少。特別是，最接近熔床的第一次空氣口暴露在熔體的有害影響下。此外，本發明提供一種裝置，其容易維護和修理。以這樣的方式，能夠明顯地減少修理和停機成本。而且，根據本發明的設置減少在爐膛管壁上引導的熱應力。
本發明消除(或至少減少)鍋爐的空氣口和其他孔口的冷卻問題，將有效的冷卻引進該孔口中。本發明能夠使用比空氣有效的冷卻介質。
根據本發明用於爐壁中的空氣口和其他孔口的冷卻系統包括冷卻介質(液體)泵送系統和孔口，該孔口具有(優選與鑄方法造相關)在金屬材料裡面的冷卻介質管道或通道。由冷卻介質系統產生的液流冷卻該孔口，使得空氣口和其他孔口的溫度保持足夠低，以延長該孔口和其附近結構的使用壽命。該孔口用鑄造材料製造並具有冷卻液流，該液流在該孔口的鑄造材料裡面的管道或通道中通過。該冷卻介質是液體，優選是水。該水的工作壓力可以從低於大氣壓力到稍高於大氣壓力變化。
整個冷卻系統包括通常用於冷卻循環系統的液體容器、冷卻液體泵、熱交換器、控制裝置、噴射器。燃燒鍋爐可以具有冷卻介質循環系統，根據本發明用於空氣口或其他孔口的冷卻系統可以優選與其連接。回收鍋爐具有用於從爐膛底部排放熔體的熔體輸送管。該輸送管通常由雙壁輸送槽(double wall trough)構成，其中連續的冷卻水流通過該內外壁之間。用於冷卻空氣口或其他孔口所用的冷卻介質流可以全部地或部分地連接於熔體輸送管冷卻系統。在冷卻水中回收的熱可以用於產生溫水，加熱鍋爐裝置或用於其他合適的目的。
根據本發明的一方面，冷卻液體管道與鑄造材料金屬連接，因而能夠獲得從該孔口到冷卻液體的有效熱傳輸。該冷卻液流在該孔口區是不滲漏的，因為冷卻液體管道在鑄造材料裡面。該孔口的材料和冷卻液體管道的材料可以根據運行條件適當地選擇。冷卻液體的流量和溫度可以根據該條件的腐蝕性、孔口的材料和結構選擇。優選該鑄造孔口用金屬製造。可以將金屬和陶瓷進行組合以使該鑄造孔口更加耐熱和抗腐蝕。
該孔口結構包括鑄造的孔口和可焊接於壁管的軸環部件。該軸環可以用鑄造或其他方法製造，例如用圓棒製造。可焊接的軸環部件在一些應用中可以省去，因此，鑄造孔口的較長的凸出部分補償它的作用。
在鑄造孔口中的管道或通道可以這樣設置，使得冷卻介質通過一個進口管引進該鑄造孔口中。該進口管具有一個或多個接頭，在該接頭處該進口管分成兩個或更多個管，這些管圍繞該孔口的開口分開地延伸。這些管子在剛繞該開口通過之後可以連接在一起，以便引導被加熱的介質通過一個出口管離開。
該鑄造孔口也可以具有兩個或更多個用於冷卻介質的進口管，這些管子通過該鑄造孔口分開地延伸，以便該冷卻介質從該鑄造孔口被引導通過若干個出口管。通過該鑄造孔口的管子全部在該鑄造材料的裡面，但是它們的某些部分可以在該鑄造材料的外面。自然，在該孔口裡面的管子越多，在冷卻介質和該孔口之間的熱傳輸越有效。
通過該鑄造孔口的冷卻介質流可以利用在鑄造期間製造成該鑄造孔口的通道設置。該一個或多個通道圍繞該孔口的開口通過。冷卻介質可以通過一個或多個進口管輸送進該通道，並且冷卻介質從該鑄造孔口通過一個或多個出口管輸送。該鑄造孔口具有用於將冷卻介質引進該鑄造孔口的一個或多個進口管以及一個或多個出口管。
該冷卻設置可以用於回收鍋爐中的第一次、第二次和第三次空氣口，並用於上部的空氣口。在這些情況下，空氣經由該空氣口的開口引進爐膛中。該冷卻設置可以用於回收鍋爐的噴液槍口。在這些情況下，液體噴槍設置在該孔口的開口中，或者液體通過該孔口的開口噴射進該爐膛中。
該冷卻設置可以用於回收鍋爐的起動、加載和氣味不好的氣體(未濃縮的氣體)燃燒器。在這些情況下，該燃燒器設置在該孔口的開口中。該孔口可以是燃燒器口。而且，該冷卻設置可以用於回收鍋爐的熔床攝像機口，儀表口以及檢測和觀察口。該冷卻設置可以用於回收鍋爐的入口門。
該冷卻設置可以用於回收鍋爐中的吹灰器開口，並且用於回收鍋爐中的熔體輸送管開口和熔體開口。孔口是該熔體輸送管的一部分，或輸送管是該孔口的一部分。該冷卻設置也可以用於回收鍋爐中的NOx還原劑噴口。該冷卻設置特別是可以用於燃燒在生產紙漿中產生的黑液的回收鍋爐中，但是它自然也可以用於其他相應的燃燒裝置。
下面參考附圖描述本發明的至少一個實施例，其中圖1以在該口中間高度上的剖面圖的形式示出空氣口。
圖2以沿著該口橫向剖視圖的形式示出空氣口。
圖3示出鑄造孔口結構一般的視圖。
圖4示出具有單個空氣高度的冷卻系統。
圖5示出具有三個空氣高度的冷卻系統。
具體實施例方式
圖1和圖2示出根據本發明的空氣口的結構。助燃空氣通過空氣口4流進鍋爐的爐膛5。該空氣口開口通過彎曲鄰近的水壁管1分開以便該口呈現細長形狀而形成。該空氣口4由設置在爐壁上的噴嘴狀結構2形成並通過鑄造製造。
在鑄造前，該鑄造口具有管環3或兩個分開的管。在鑄造階段，確保該管環組件3在該鑄造材料裡面的適當配合。軸環6通過焊接安裝在由壁管1形成的開口中。該軸環6可以通過鑄造或其他方法製造，例如用圓棒製造。該空氣噴嘴2和軸環6的面向表面是可配合的，以確保足夠的氣密性。
隔熱材料7可以用於該空氣噴嘴2和壁管1之間。該軸環6在側面上被焊接(在8)在該壁管1上，並且其頂部和底部焊接於散熱片9上。密封材料10可以用於該噴嘴2和該散熱片9之間的頂部和底部。該空氣噴嘴2以某些已知的機械方式連接，以便該噴嘴2和軸環6的面向表面緊密地接觸。
由於冷卻液流被分開進入該管環3的支管，該冷卻液體12從冷卻液體供給管11流進該管環3。該冷卻液的返回流14來自返回管13。
圖3示出整個鑄造孔口2。冷卻介質通過管道11引進。冷卻管3分離地圍繞該鑄造孔口的開口。被加熱的冷卻介質通過管道13排放。冷卻介質管不設置在該噴嘴狀孔口裡面也是可能的，但是有另一個鑄造件，其具有冷卻系統並且與該噴嘴部件緊密接觸。特別是該噴嘴的下部由另一個鑄造部件冷卻。
圖4示出在根據本發明的系統中用於一個空氣高度的冷卻介質循環(一個「空氣高度」系統)。該冷卻液體裝置包括冷卻液體容器15、管道16、閥17、泵18、閥19、管道20、管道21、集合管22、噴嘴專用供給管23、該供給管中的閥24、具有其管環25的噴嘴結構、返回管26、用於該返回管的閥27、匯集管28、管道29、空氣排放管30、用於該空氣排放管的閥31、返回管線閥31、返回管33、可以是液體/空氣或液體/液體型的熱交換器34、熱交換器的返回管35。
在液體/空氣熱交換器的情況下，風扇36冷卻該冷卻液體並且被加熱的空氣37可以引導進入該鍋爐室或進入大氣。
用於冷卻液體的加壓流藉助於泵18產生。該冷卻液體經由管道流進壁專用集合管22。從該集合管22，冷卻液體輸送管23通向每個空氣噴嘴25。對於每個噴嘴該液流可以通過閥24調節，該閥24可以是手動操作或自動操作的。該液流冷卻空氣噴嘴，並且該返回流經由返回管26引導到該返回管線。用於該噴嘴的冷卻液體返回流由壁專用匯集管道28和返回管29匯集在一起。經由公用返回管道33該冷卻液流通向熱交換器34，其中根據具體應用，熱能傳輸給空氣或液體。
該冷卻液體循環可以具有必要的裝置，用於測量壓力和溫度。圖4主要考慮到手動控制示出測量裝置的設置。如果使用用於流量控制的自動調節裝置，那末測量儀表的數目要多得多。
圖5示出在根據本發明另一個實施例的系統中的三個空氣高度的冷卻介質循環(三「空氣高度」系統)。該三空氣高度系統具有並聯的三個空氣高度39、40、41液體冷卻系統。該空氣高度可以是第一次、第二次和第三次空氣高度。該液體冷卻系統的主要原理與圖4的一個「空氣高度」系統是相同的。該系統的作用整體上通過選擇流量和組成部分來確保。
在根據本發明的冷卻介質中回收的熱可以用於產生溫水、熱水、蒸氣，或加熱其他熱傳輸介質、所述溫水、熱水、蒸氣或其他熱傳輸介質優選能夠用於冷凝液預熱、補充水預熱、供給水預熱、助燃空氣預熱、加熱鍋爐殼體；烘乾樹皮、廢木料和其他生物體；加熱或區域加熱；製漿廠的蒸煮車間；製漿廠的漂白車間；製漿廠的碎片的預處理；製漿廠的紙漿烘乾。
本領域的技術人員可以提出這裡公開的孔口設置的各種替換和修改。例如，孔口可以以不同於附圖所公開的另一種方式安裝在壁管，並且本發明不限於某些方式將孔口結構固定或安裝於鍋爐的壁管。作為不脫離本發明精神實質的這樣的修改旨在包括在權利要求的範圍內。
雖然已經結合當前認為是最實際、最佳的實施例描述了本發明，但是應當注意，本發明不限於所描述的實施例，而是相反，旨在覆蓋包含在權利要求範圍內的各種修改和等同的設置。
權利要求
1.一種設置在爐壁中並用於向鍋爐供給物質流或用於安置裝置或部件的孔口，其特徵在於該孔口具有冷卻系統。
2.如權利要求1所述的孔口，其特徵在於該冷卻系統的冷卻介質是液體。
3.如權利要求2所述的的孔口，其特徵在於該冷卻介質是水。
4.如權利要求3所述的的孔口，其特徵在於該冷卻水的工作壓力低於大氣壓。
5.如權利要求2所述的的孔口，其特徵在於用於冷卻該孔口的冷卻介質系統全部或部分地連接於該鍋爐的另一個冷卻系統。
6.如權利要求5所述的的孔口，其特徵在於該孔口是黑液回收鍋爐的空氣口，並且用於冷卻該空氣口的冷卻水系統全部或部分地連接於該回收鍋爐中的熔體輸送管冷卻系統。
7.如權利要求1所述的的孔口，其特徵在於該孔口用鑄造材料製造。
8.如權利要求7所述的的孔口，其特徵在於該孔口結構裝配在該鍋爐的壁管中。
9.如權利要求7所述的的孔口，其特徵在於該孔口包括鑄造部件和可焊接於該鍋爐的壁管的軸環部件。
10.如前述任何一項權利要求所述的的孔口，其特徵在於該孔口具有用於冷卻液流的流動路徑。
11.如權利要求10所述的的孔口，其特徵在於該冷卻介質通過一個進口管引進該鑄造孔口並且被加熱的介質通過一個或多個出口管被排放。
12.如權利要求11所述的的孔口，其特徵在於該進口管具有一個或多個接頭，在該接頭處該進口管分成兩個或更多個管。
13.如權利要求12所述的的孔口，其特徵在於該管延伸通過該鑄造孔口。
14.如權利要求13所述的的孔口，其特徵在於該流動路徑全部或部分地在該孔口的鑄造材料的裡面。
15.如權利要求10所述的的孔口，其特徵在於該鑄造孔口具有用於冷卻介質的兩個或更多個進口管，該管分離地圍繞該鑄造孔口延伸。
16.如權利要求15所述的的孔口，其特徵在於該管在圍繞該孔口開口之後連接在一起。
17.如權利要求10所述的的孔口，其特徵在於該鑄造孔口具有用於將冷卻介質引進該鑄造孔口的的兩個或更多個進口管，並且具有一個或多個出口管。
18.如權利要求10至17中任何一項所述的的孔口，其特徵在於用於冷卻介質流動路徑的通道經由鑄造製造，並且用於冷卻介質的該一個或多個進口管連接進入所述通道，並且用於被加熱的冷卻介質的該一個或多個出口管連接進入所述通道。
19.如權利要求10至18中任何一項所述的的孔口，其特徵在於該孔口用於回收鍋爐內的第一次、第二次、第三次空氣口，並用於回收鍋爐的上部空氣口。
20.如權利要求10至18中任何一項所述的的孔口，其特徵在於該孔口用於回收鍋爐內的液體槍口。
21.如權利要求10至20中任何一項所述的的孔口，其特徵在於該孔口用於回收鍋爐中的起動、加載和氣味不好的氣體的燃燒。
22.如權利要求10至20中任何一項所述的的孔口，其特徵在於該孔口用於回收鍋爐中的熔床攝像機口，儀表口，並用作該回收鍋爐的檢測和觀察口。
23.如權利要求10至20中任何一項所述的的孔口，其特徵在於它用作回收鍋爐的入口門。
24.如權利要求10至20中任何一項所述的的孔口，其特徵在於該孔口用於回收鍋爐中的吹灰器開口。
25.如權利要求10至20中任何一項所述的的孔口，其特徵在於該孔口用於回收鍋爐中的熔體輸送管開口並用於回收鍋爐中的熔體開口。
26.如權利要求10至25中任何一項所述的的孔口，其特徵在於它用於回收鍋爐中的NOX還原劑噴射口。
27.如權利要求10至26中任何一項所述的的孔口，其特徵在於每個孔口的冷卻液流可以分離地或者手動或者自動調節。
28.如權利要求19所述的的孔口，其特徵在於用於冷卻空氣口的該冷卻劑介質流全部或部分地連接於回收鍋爐中的熔體輸送管冷卻系統。
全文摘要
一種用於爐壁(1)中的空氣口和其他孔口的冷卻系統，包括冷卻介質泵送系統和孔口，孔口具有在金屬孔口材料(2)裡面的冷卻介質管道(3)或通道。由冷卻介質系統產生的液流冷卻該孔口。該孔口用鑄造材料(2)製造並具有冷卻液流，該冷卻液流通過該孔口的鑄造材料裡面的管道或通道。
文檔編號F23M11/00GK101061351SQ200580036849
公開日2007年10月24日 申請日期2005年10月26日 優先權日2004年10月27日
發明者卡裡·薩維哈留, 約爾馬·西莫寧, 拉塞·科伊維斯託, 馬爾庫·坦圖 申請人:安德裡茲公司