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CN1119555C - 废气管内通向热交换单元的入口管处的装置 - Google Patents

废气管内通向热交换单元的入口管处的装置 Download PDF

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CN1119555C CN96192871A CN96192871A CN1119555C CN 1119555 C CN1119555 C CN 1119555C CN 96192871 A CN96192871 A CN 96192871A CN 96192871 A CN96192871 A CN 96192871A CN 1119555 C CN1119555 C CN 1119555C
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Abstract

一种用于从圆柱型蒸汽锅炉的废气中回收热量的热交换单元(13)，所述热交换单元包括一废气管(14)和一热交换管(16)，该热交换管由从废气管(14)的周壁的下部开口(20)延伸至热交换管(16)的下部向外凸出的端壁(22)上的入口(21)的弯曲入口管(19)以及一从热交换管(16)的圆周壁的上部的出口(24)延伸至废气管(14)的周壁的上部开口(25)的出口管(23)同心支承于废气管(14)内。入口管(19)有水平平直的第一端部(19A)、指向上的直立的第二端部(19B)和一中间弯曲部分(19C)。弯曲部分的弯角(α)超过90°，另一端部(19B)以一由弯角(α)界定的倾斜度朝向热交换管(16)的下端壁(22)的部分球形部分的曲率中心延伸，其中入口(21)相对于热交换管(16)的中心纵轴线偏心设置于热交换管壁上。

Description

废气管内通向热交换单元的入口管处的装置
本发明涉及一种用于回收圆柱型蒸汽发生器的废气中的热量的热交换装置。
更具体而言，本发明涉及这样一种热交换装置，其包括一两端开口的废气管，该废气管安装在锅炉燃烧设备之上的压力容器的竖直位置处，以形成竖直贯穿的废气通道，该热交换装置还包括一两端封闭的热交换管，该热交换管一端由一从废气管圆周壁内第一下开口延伸至热交换管的下部向外凸出的端壁内的入口的弯形入口管支承，而另一端由一从热交换管的圆周壁的上部内的出口延伸至废气管的圆周壁的第二上开口的直出口管支承，从而同心地位于废气管内，入口管道有一水平的第一直端，入口管通过该端部连接到废气管道上，入口管道还有一向上的第二直端，和一连接上述这两端部的中间弯曲部分，入口管通过第二端部可连接到热交换管的下端壁上。
在上述早先已知的热交换器装置中，入口管的弯曲部分总是弯成90°角。并且入口管的另一端朝向入口垂直延伸，入口与热交换管的下部端壁内的热交换管的中心纵轴线同心设置。
这种已知的热交换装置的缺点在于在入口管和废气管之间的焊接处很容易发生断裂。这种断裂的原因在于在锅炉燃烧装置内产生的热废气使热交换管比废气管受到更明显的热影响，这意味着，锅炉工作时，热交换管比废气管承受更大的纵向膨胀。这点在下述情况时更为明显，例如热交换管有多个从交换管的管体径向伸出的销状外表面扩大元件。由于出口管一般比入口管短，并且直径较大，这种热交换管和废气管之间的纵向膨胀的差别会导致在入口管和废气管的接合点处产生的机械应力大于出口管和废气管的接合点处的机械应力。因此在前一种接合点处就会比后一种接合点处更容易产生疲劳裂纹。
本发明的目的就是生产一种改进的热交换装置，基中所述的出现疲劳裂纹的危险减小了，因此与前述的热交换装置相比有效寿命延长了。
本发明的热交换装置的重要特征在于入口管的中间弯曲部分的弯角超过90°，并且入口管的另一端以由上述弯角限定的倾斜度延伸，并朝向热交换管的下端壁的部分球形部分的曲率中心，在热交换管壁上的入口相对于热交换管的中心纵轴线偏心设置。
如果入口管的弯曲部分的弯角超过90°，就可使入口管的挠性增大。弯角的增加还会导致所述管道的总体长度以及管道的弯曲部分的长度增加，弯曲部分的刚性次于管道的平直部分的刚性，这是由于其壁厚较薄，以及当所述部分弯曲时所产生的椭圆状截面。
入口管道的另一端的定向和入口的设置能确使入口完全是圆形的，并且入口管与此开口相连的端部可以是垂直于其纵向的圆端面。这从而避免了入口管的弯曲部分的推荐弯曲角度的入口或是入口管道的相邻端面需要任何特殊的复杂形状，从而避免了制造热交换装置所需的任何增加的成本。
经计算已证实，即使在入口管的弯曲部分的弯曲角仅仅比90°大几度，在入口管和废气管之间的连接点处的疲劳强度也会明显增加。然而根据本发明，所述弯角最好至少为约100℃。
为确保根据本发明的热交换装置的实施例不会有任何断裂危险出现在热交换管的下端，使锅炉停止工作时不能通过入口管排气，热交换管的中心纵轴线最好通过热交换管的下端壁在入口的圆周边缘内侧延伸。
下面将参照附图详细描述本发明，其中：
图1示出具有多个已知类型的热交换装置的圆柱型蒸汽发生器的截面部分；
图2示出一种已知的热交换装置的放大的纵剖图；
图3是以举例方式选择的本发明的一热交换装置的实施例的纵剖图；
图4示出图3热交换装置下部的进一步放大的纵剖图。
图1中一个已知设计类型的圆柱型蒸汽发生器以10表示。其具有一个有压力容器12位于其上的燃烧装置11，压力容器构成锅炉的水和蒸汽室。多个热交换单元一般用13表示，位于压力容器12内，以从燃烧装置内产生的废气中回收热量。
每个热交换单元13包括一个在两端开口的废气管14，其两端固定到压力容器12的上端壁和下端壁上，并形成一竖直通过压力容器的通道，使废气从燃烧装置11排至设在压力容器12之上的废气出口。每个热交换单元13还包括一个一般以16表示的热交换管，其设在废气管内，并包括两端封闭的管体17，多个径向伸出的销18安置在所述管体的外侧以形成管体17上的外部表面放大元件。
热交换管16同心地支承在废气管14内，如图2中最清楚地看到的，其一端由从废气管的圆周壁的下部开口20延伸至热交换管的下部向下凸出的端壁22的入口21的入口管19支承，而另一端由从热交换管的圆周壁的上部的出口24延伸至废气管的圆周壁的上部开口25的出口管23支承。
圆柱型蒸汽发生器10的确切结构和功能可以是任意已知类型的，因此不需详细说明。应注意到，借助未示出的装置，水能连续地通过位于燃烧装置11周围的通道26循环，以将热量通过燃烧装置的周壁从燃烧装置传送至压力容器12内的水中。所述水同时从通过废气管14的废气中获得热量。一方面，由于通过废气管壁的热传导，另一方面，借助于有水不断循环通过的热交换管16。通过上述的热量供给，在压力容器12中会产生蒸汽，并通过未示出的适当装置排出。
从图2可以看出，已知交换单元中的入口管19有一水平平直的第一端部19A，入口管通过该第一端部连到废气管14上，入口管还有一指向上的直立的第二端部19B以及连接两个端部19A和19B的中间弯曲部分19C，入口管通过该第二端部连接到热交换管16的下端壁22上。弯曲部分19C的弯角刚巧为90°，入口管的另一端19B沿垂直方向延伸并与热交换管16的中心纵轴同心。
根据本发明的在图3和图4中所示的热交换单元不同于图2所示的已知的热交换单元之处仅仅在于入口管19的形状和在热交换管的下端壁22处与入口管相通的入口21的设置。
虽然图2所示热交换单元中入口管的弯曲部分刚巧以90°弯曲，但本发明图3和图4所示的热交换单元中的入口管19的弯曲部分19c以大于90°的角α弯曲，并且在图示实施例中为101°。
此外，图3和图4的入口管19的向上直立的端部19B，以一由弯曲角α界定的倾斜度，朝向热交换管16的下端壁22的在图4中以C表示的部分球形部分的曲率中心延伸，下端壁22中设有开口21。直立端部19B的纵轴线与热交换管16的中心纵轴线成一角β。壁22中的入口21相对于热交换管16的中心纵轴线偏心。角β的值对应于α角的值减去90°。在本发明实施例中角β为11°。
为确保在锅炉停止使用时，热交换管16与入口管19通风，入口21的位置应这样选择，使热交换管的中心纵轴线在开口21的周边内侧通过壁22。

Claims (3)

1.一种用于从圆柱型蒸汽锅炉的废气中回收热量的热交换装置，所述热交换装置包括一在两端开口的废气管，废气管置于锅炉燃烧装置之上的压力容器内的竖直位置、以形成废气竖直通道，所述热交换装置还包括一两端封闭同心支承于废气管内的热交换管，其一端由一从燃烧管周壁上的下部开口延伸至热交换管的下部向外凸出的端壁内的入口的弯曲入口管支承，而另一端由一从热交换管的周壁的上部的出口延伸至废气管的周壁的上部开口的直立的出口管支承，该入口管有水平平直的第一端部，入口管通过该第一端部连接到废气管上，以及指向上的直立的第二端部和一连接上述两端部的中间弯曲部分，入口管通过该第二端部与热交换管的下端壁相连，其特征在于，入口管的中间弯曲部分的弯角超过90°，而入口管的另一部分以一由所述弯角界定的倾斜度，朝向热交换管的下端壁的部分球形部分的曲率中心延伸，在热交换管壁上入口相对于热交换管的中心纵轴线偏心设置。
2.如权利要求1所述的热交换装置，其特征在于，所述弯角至少为约100℃。
3.如权利要求1或2所述的热交换装置，其特征在于，热交换管的中心纵轴线在入口的圆周边缘内侧通过热交换管的下端壁延伸。
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