專(zhuān)利名稱(chēng):連續(xù)蒸汽發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種連續(xù)蒸汽發(fā)生器,所述連續(xù)蒸汽發(fā)生器帶有多個(gè)用于化石燃料的 燃燒器,燃燒器的外周壁完全地或部分地由相互氣密地焊接的蒸汽發(fā)生器管形成,其中燃 燒器布置在燃燒室內(nèi),垂直煙道在燃?xì)夥矫嫱ㄟ^(guò)水平煙道接在所述燃燒器下游,其中蒸汽 發(fā)生器管的第一部分形成為在流動(dòng)介質(zhì)方面接在水分離系統(tǒng)上游的蒸發(fā)器管的系統(tǒng),且蒸 汽發(fā)生器管的第二部分形成為在流動(dòng)介質(zhì)方面接在水分離系統(tǒng)下游的過(guò)熱器管的系統(tǒng)。
背景技術(shù):
在燃燒化石燃料的蒸汽發(fā)生器中,化石燃料的能量用于生成過(guò)熱蒸汽,所述過(guò)熱 蒸汽然后例如在發(fā)電廠(chǎng)中可供給到蒸汽渦輪機(jī)以用于發(fā)電。特別地,在電廠(chǎng)環(huán)境中通常的 蒸汽溫度和蒸汽壓力下,蒸汽發(fā)生器通常設(shè)計(jì)為水管鍋爐,即所供給的水在多個(gè)管內(nèi)流動(dòng), 所述管接收具有燃燒火焰的輻射熱的形式的能量和/或通過(guò)燃燒中形成的煙氣的對(duì)流接 收能量。在燃燒器區(qū)域中,蒸汽發(fā)生器管通常通過(guò)相互氣密地焊接而形成燃燒室壁。另外, 在煙氣方面接在燃燒室下游的區(qū)域中也可設(shè)有布置在排氣道內(nèi)的蒸汽發(fā)生器管。燃燒化石燃料的蒸汽發(fā)生器可根據(jù)多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分類(lèi)基于氣體流的流動(dòng)方向,蒸汽 發(fā)生器例如可分為垂直構(gòu)造類(lèi)型和水平構(gòu)造類(lèi)型。在垂直構(gòu)造類(lèi)型的燃燒化石燃料的蒸汽 發(fā)生器中,通常分為單煙道鍋爐和雙煙道鍋爐。在單煙道或塔式鍋爐中,通過(guò)燃燒室內(nèi)的燃 燒生成的煙氣總是垂直地從下向上流動(dòng)。全部布置在煙氣通道內(nèi)的受熱面位于燃燒室上 方。塔式鍋爐提供了相對(duì)簡(jiǎn)單的構(gòu)造和對(duì)通過(guò)管的熱膨脹形成的應(yīng)力的簡(jiǎn)單控制。此外, 全部受熱面在煙氣通道內(nèi)水平布置,且因此可完全地脫水,這在存在冰凍風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境中可 能是希望的。在雙煙道鍋爐中,在上部區(qū)域內(nèi)水平煙道在煙氣方面接在燃燒室下游,所述水平 煙道開(kāi)口到垂直煙道內(nèi)。在此第二垂直煙道中,氣體通常垂直地從上向下流動(dòng)。在雙煙道 鍋爐中,因此實(shí)現(xiàn)了煙氣的多次轉(zhuǎn)向。此結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)例如是更低的結(jié)構(gòu)高度以及由此 導(dǎo)致的更低的制造成本。蒸汽發(fā)生器此外可設(shè)計(jì)為自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器、強(qiáng)制循環(huán)蒸汽發(fā)生器或連續(xù)蒸汽 發(fā)生器。在連續(xù)蒸汽發(fā)生器中,多個(gè)蒸發(fā)器管的加熱導(dǎo)致流動(dòng)介質(zhì)在蒸發(fā)器管內(nèi)一次通過(guò) 時(shí)就完全蒸發(fā)。流動(dòng)介質(zhì)(通常為水)在其蒸發(fā)后被供給到接在蒸發(fā)器管下游的過(guò)熱器 管,且在過(guò)熱器管處被過(guò)熱。此描述僅在蒸汽發(fā)生器內(nèi)的水具有次臨界壓力(Pkri = 221 巴)的部分負(fù)荷的情況下是嚴(yán)格成立的-在此,在任何溫度下都不能使水和蒸汽同時(shí)存在, 且因此也不可能出現(xiàn)相分離。為直觀(guān)起見(jiàn),此闡述在如下的描述中連續(xù)地使用。蒸發(fā)終點(diǎn)的位置,S卩,流中的水成分完全被蒸發(fā)的點(diǎn)在此是可變的且與運(yùn)行類(lèi)型 相關(guān)。在此類(lèi)連續(xù)蒸汽發(fā)生器的全負(fù)荷運(yùn)行時(shí),蒸發(fā)終點(diǎn)例如位于蒸發(fā)器管的結(jié)束區(qū)域內(nèi), 使得蒸發(fā)的流動(dòng)介質(zhì)的過(guò)熱已在蒸發(fā)器管內(nèi)開(kāi)始。連續(xù)蒸汽發(fā)生器與自然循環(huán)和強(qiáng)制循環(huán)蒸汽發(fā)生器的本質(zhì)區(qū)別在于不存在壓力界限,使得所述連續(xù)蒸汽發(fā)生器可構(gòu)造為用于遠(yuǎn)高于水的臨界壓力的新蒸汽壓力。在弱負(fù)荷運(yùn)行中或在啟動(dòng)時(shí),此類(lèi)連續(xù)蒸汽發(fā)生器通常以蒸發(fā)器管內(nèi)的最小流動(dòng) 介質(zhì)流量運(yùn)行,以保證蒸發(fā)器管的可靠冷卻。為此,在例如低于40%設(shè)計(jì)負(fù)荷的低負(fù)荷下, 通過(guò)蒸發(fā)器的純的連續(xù)質(zhì)量流通常不再足以冷卻蒸發(fā)器管,使得流動(dòng)介質(zhì)通過(guò)蒸發(fā)器的連 續(xù)流動(dòng)以循環(huán)的方式與附加的流動(dòng)介質(zhì)的通過(guò)量疊加。由運(yùn)行所決定的在蒸發(fā)器管內(nèi)的流 動(dòng)介質(zhì)的最小流量因此在啟動(dòng)或弱負(fù)荷運(yùn)行中在蒸發(fā)器管內(nèi)不完全地蒸發(fā),使得在此類(lèi)運(yùn) 行類(lèi)型中,在蒸發(fā)器管結(jié)束處仍存在未蒸發(fā)的流動(dòng)介質(zhì),特別是水-蒸汽混合物。因?yàn)橥ǔT诹鬟^(guò)燃燒室壁后才接在連續(xù)蒸汽發(fā)生器的蒸發(fā)器管下游的過(guò)熱器管 不針對(duì)未蒸發(fā)的流動(dòng)介質(zhì)的流過(guò)而設(shè)計(jì),所以連續(xù)蒸汽發(fā)生器通常設(shè)計(jì)為即使在啟動(dòng)和在 弱負(fù)荷運(yùn)行時(shí)也可靠地避免水出現(xiàn)在過(guò)熱器管內(nèi)。為此,蒸發(fā)器管通常通過(guò)水分離系統(tǒng)與 接在蒸發(fā)器管下游的過(guò)熱器管連接。水分離器在此導(dǎo)致在啟動(dòng)或在弱負(fù)荷運(yùn)行時(shí)流出蒸發(fā) 器管的水-蒸汽混合物分離為水和蒸汽。蒸汽被供給到接在水分離器下游的過(guò)熱器管,而 分離出的水例如可通過(guò)循環(huán)泵再次供給到蒸發(fā)器管,或可通過(guò)減壓器弓I出。特別地,在啟動(dòng)運(yùn)行中,以上所述的構(gòu)思導(dǎo)致蒸發(fā)器管和過(guò)熱器管之間的高的溫 度差在冷啟動(dòng)時(shí),尚未蒸發(fā)的處于飽和溫度的流動(dòng)介質(zhì)在蒸發(fā)器管內(nèi)流動(dòng),而在過(guò)熱器管 內(nèi)還存在更高溫度的蒸汽。相反,在熱啟動(dòng)時(shí),蒸發(fā)器管被填充以冷的供水,而過(guò)熱器管仍 處于運(yùn)行溫度水平。這可導(dǎo)致由于不同熱膨脹而引起的過(guò)載和材料損壞。
發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種以上所述類(lèi)型的連續(xù)蒸汽發(fā)生 器,所述連續(xù)蒸汽發(fā)生器帶來(lái)相對(duì)更低的維修成本并具有相對(duì)高的使用壽命。此技術(shù)問(wèn)題根據(jù)本發(fā)明通過(guò)使平行鄰接蒸發(fā)器管的過(guò)熱器管在流動(dòng)介質(zhì)方面直 接接在水分離系統(tǒng)下游來(lái)解決。本發(fā)明基于如下考慮,即連續(xù)蒸汽發(fā)生器的維修成本的降低和使用壽命的提高可 通過(guò)將由于相互焊接的蒸汽發(fā)生器管的不同的熱膨脹所引起的損壞最小化來(lái)實(shí)現(xiàn)。不同的 膨脹由蒸汽發(fā)生器管之間的高溫度差導(dǎo)致。在此,該溫度差由于蒸汽發(fā)生器管的不同冷卻 以及通過(guò)在蒸汽發(fā)生器管內(nèi)流動(dòng)的流動(dòng)介質(zhì)的不同溫度導(dǎo)致,且因此特別地在相互焊接的 蒸發(fā)器管和過(guò)熱器管之間的分界位置處出現(xiàn),因?yàn)樗鼈冇捎谥虚g連接的水分離系統(tǒng)而特別 地在冷啟動(dòng)和熱啟動(dòng)時(shí)具有溫度不同的流動(dòng)介質(zhì)的不同流量。特別地,在雙煙道結(jié)構(gòu)形式中的連續(xù)蒸汽發(fā)生器中,帶有平行焊接的蒸發(fā)器管和 過(guò)熱器管的構(gòu)造確定的分界位置是典型的。為將蒸發(fā)器管和過(guò)熱器管之間的溫度差保持為 盡可能低,在與蒸發(fā)器管平行焊接的過(guò)熱器管內(nèi)的蒸汽溫度應(yīng)最小化。這可通過(guò)如下方式 實(shí)現(xiàn),即,使此過(guò)熱器管直接接在水分離系統(tǒng)下游,從而沒(méi)有由于另外連接到中間的過(guò)熱器 管而造成過(guò)熱氣管內(nèi)流動(dòng)的流動(dòng)介質(zhì)的溫度升高。因此,將分界位置上的作為損壞原因的 溫度差相應(yīng)地最小化。在有利的構(gòu)造中,連續(xù)蒸汽發(fā)生器的燃燒室壁由蒸發(fā)器管形成,且水平煙道的側(cè) 壁由過(guò)熱器管形成,其中鄰接燃燒室的過(guò)熱器管在流動(dòng)介質(zhì)方面直接接在水分離系統(tǒng)下 游。因此,在雙煙道鍋爐中燃燒室的蒸發(fā)器管和水平煙道的過(guò)熱器管之間的垂直分界位置 處的溫度差被有效地最小化。
有利地,連續(xù)蒸汽發(fā)生器的頂板由在流動(dòng)介質(zhì)方面直接接在水分離系統(tǒng)下游的過(guò) 熱器管形成。這意味著,頂板的過(guò)熱器管與另外地鄰接蒸發(fā)器管的過(guò)熱器管平行連接。此 類(lèi)連接由于受熱面的平行連接而在所期待的壓力損失方面是有利的。在其中平行鄰接蒸發(fā)器管的過(guò)熱器管垂直布置的連續(xù)蒸汽發(fā)生器中,所述過(guò)熱器 管有利地設(shè)計(jì)為使得流動(dòng)介質(zhì)從上向下流過(guò)過(guò)熱器管。以此,在水分離系統(tǒng)受到過(guò)量供給 的情況下-所述過(guò)量供給導(dǎo)致以未蒸發(fā)的流動(dòng)介質(zhì)對(duì)過(guò)熱器管加載,可將所述未蒸發(fā)的流 動(dòng)介質(zhì)引出到過(guò)熱器管的出口收集器。因此,可最終有效地防止可能的流動(dòng)停滯。以本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn)尤其在于,通過(guò)將平行鄰接蒸發(fā)器管的過(guò)熱器管在流動(dòng)介質(zhì) 方面直接接在水分離器下游,將所述蒸發(fā)器管和過(guò)熱器管之間的溫度差相應(yīng)地最小化。因 此將不同的熱膨脹最小化,且防止了損壞和過(guò)載,這導(dǎo)致連續(xù)蒸汽發(fā)生器的更低的維修發(fā) 生率和更高的使用壽命。尤其在不帶有循環(huán)泵的連續(xù)蒸汽發(fā)生器中,此種連接是特別具有優(yōu)點(diǎn)的。缺乏循 環(huán)導(dǎo)致蒸發(fā)器內(nèi)更低的入口溫度,導(dǎo)致更低的蒸汽質(zhì)量流量,且導(dǎo)致啟動(dòng)時(shí)所要求的燃燒 功率的升高。仿真已顯示,特別地對(duì)于此設(shè)備,如果如目前的通常情況將過(guò)熱器管接在另外 的過(guò)熱器管(例如頂板的過(guò)熱器管)下游的分界位置上,則在蒸發(fā)器管和過(guò)熱器管之間的 分界位置處可能出現(xiàn)不允許的溫度差。將此過(guò)熱器管直接接在水分離系統(tǒng)下游有效地避免 了此高的溫度差。
本方面的實(shí)施例在下文中根據(jù)附圖詳細(xì)解釋。圖1中以示意圖示出了在雙煙道結(jié)構(gòu)形式中的連續(xù)蒸汽發(fā)生器。
具體實(shí)施例方式根據(jù)圖1的連續(xù)蒸汽發(fā)生器1包括設(shè)計(jì)為垂直煙道的燃燒室2,水平煙道6在上方 區(qū)域4接在所述燃燒室2下游。在水平煙道6上連接了另外的垂直煙道8。在燃燒室2的下部區(qū)域10內(nèi)設(shè)有多個(gè)未詳細(xì)示出的燃燒器,所述燃燒器將液體或 固體燃料在燃燒室內(nèi)燃燒。燃燒室壁12由相互氣密地焊接的蒸發(fā)器管形成,在所述蒸發(fā)器 管內(nèi)通過(guò)未詳細(xì)示出的泵泵入流動(dòng)介質(zhì)(通常為水),通過(guò)由燃燒器生成的熱來(lái)加熱所述 流動(dòng)介質(zhì)。在燃燒室2的下部區(qū)域10內(nèi),蒸汽發(fā)生器管可設(shè)計(jì)為螺旋形管或垂直管。在螺 旋形布置中要求相對(duì)更高的構(gòu)造成本,為此所形成的平行連接的管之間的加熱差異比垂直 布管的燃燒室2相對(duì)更低。所示的連續(xù)蒸汽發(fā)生器1此外為改進(jìn)煙氣引導(dǎo)而包括凸起14,所述凸起14直接過(guò) 渡為水平煙道6的底板16,且向燃燒室2內(nèi)突出。燃燒室2的蒸汽發(fā)生器管構(gòu)造為蒸發(fā)器管。流動(dòng)介質(zhì)在所述蒸發(fā)器管內(nèi)首先被蒸 發(fā),且通過(guò)出口收集器20供給到水分離系統(tǒng)22。在水分離系統(tǒng)22中收集尚未蒸發(fā)的水且 將其引出。如果為可靠地冷卻蒸發(fā)器管而必須泵入比在蒸發(fā)器管連續(xù)流動(dòng)中可蒸發(fā)的量更 大的流動(dòng)介質(zhì)的量,則這在啟動(dòng)運(yùn)行中是特別地必須的。所生成的蒸汽引入到下游的過(guò)熱 器管的入口收集器M內(nèi),所述過(guò)熱器管形成連續(xù)蒸汽發(fā)生器1的頂板沈和水平煙道6的 壁。燃燒室壁12的蒸發(fā)器管和水平煙道6的壁內(nèi)的過(guò)熱器管之間的分界位置18形成了從垂直煙道的側(cè)壁向水平煙道6的側(cè)壁的過(guò)渡。除附圖中示出的雙煙道鍋爐之外,當(dāng)然也可以具有用于燃燒化石燃料鍋爐的另外 的構(gòu)造。為避免由于燃燒室壁12的蒸發(fā)器管和水平煙道6的壁內(nèi)的過(guò)熱器管之間的界限 位置18處溫度差導(dǎo)致的不同熱膨脹所引起的損壞,所述過(guò)熱器管通過(guò)連接管道觀(guān)直接接 在水分離系統(tǒng)22下游。因此,此過(guò)熱器管僅以飽和蒸汽加載而不以更高溫度的過(guò)熱蒸汽加 載,從而降低了溫度。在此,水平煙道6的壁內(nèi)的過(guò)熱器管平行于頂板沈的過(guò)熱器管連接,且從上向下 流過(guò)。這樣,在水分離系統(tǒng)22受到過(guò)量供給的情況下就可未蒸發(fā)的流動(dòng)介質(zhì)引出到過(guò)熱器 管的出口收集器30內(nèi),而不會(huì)形成流動(dòng)停滯。通過(guò)所述連接,燃燒室壁12的蒸發(fā)器管和水平煙道6的壁內(nèi)的過(guò)熱器管之間的界 限位置18處溫度差被最小化,因此可有效地防止損壞。這導(dǎo)致連續(xù)蒸汽發(fā)生器1的相對(duì)更 低的維修發(fā)生率和更長(zhǎng)的使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)蒸汽發(fā)生器(1),所述連續(xù)蒸汽發(fā)生器(1)帶有多個(gè)用于化石燃料的燃燒 器,燃燒器的外周壁完全地或部分地由相互氣密地焊接的蒸汽發(fā)生器管形成,其中,所述燃 燒器布置在燃燒室內(nèi),垂直煙道(8)在燃?xì)夥矫嫱ㄟ^(guò)水平煙道(6)接在所述燃燒器下游,其 中蒸汽發(fā)生器管的第一部分形成為在流動(dòng)介質(zhì)方面接在水分離系統(tǒng)0 上游的蒸發(fā)器管 的系統(tǒng),且蒸汽發(fā)生器管的第二部分形成為在流動(dòng)介質(zhì)方面接在水分離系統(tǒng)0 下游的 過(guò)熱器管的系統(tǒng),其中平行鄰接蒸發(fā)器管的過(guò)熱器管在流動(dòng)介質(zhì)方面直接接在所述水分離 系統(tǒng)02)下游。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)蒸汽發(fā)生器(1),其中,所述燃燒室壁(1 由蒸發(fā)器管 形成而所述水平煙道(6)的側(cè)壁由過(guò)熱器管形成,其中鄰接所述燃燒室O)的過(guò)熱器管在 流動(dòng)介質(zhì)方面直接接在所述水分離系統(tǒng)0 下游。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的連續(xù)蒸汽發(fā)生器(1),其中,所述連續(xù)蒸汽發(fā)生器(1)的 頂板06)由若干過(guò)熱器管形成,所述過(guò)熱器管在流動(dòng)介質(zhì)方面直接接在所述水分離系統(tǒng) (22)下游。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中一項(xiàng)所述的連續(xù)蒸汽發(fā)生器(1),其中,垂直布置的、平行鄰 接蒸發(fā)器管的過(guò)熱器管設(shè)計(jì)為使得流動(dòng)介質(zhì)從上向下流過(guò)所述過(guò)熱器管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種連續(xù)蒸汽發(fā)生器(1),所述連續(xù)蒸汽發(fā)生器(1)帶有多個(gè)用于化石燃料的燃燒器,燃燒器的外周壁完全地或部分地由相互氣密地焊接的蒸汽發(fā)生器管形成,其中燃燒器布置在燃燒室內(nèi),垂直煙道(8)在燃?xì)夥矫嫱ㄟ^(guò)水平煙道(6)接在所述燃燒器下游,其中蒸汽發(fā)生器管的第一部分形成為在流動(dòng)介質(zhì)方面接在水分離系統(tǒng)(22)上游的蒸發(fā)器管的系統(tǒng),且蒸汽發(fā)生器管的第二部分形成為在流動(dòng)介質(zhì)方面接在水分離系統(tǒng)(22)下游的過(guò)熱器管的系統(tǒng),所述連續(xù)蒸汽發(fā)生器(1)導(dǎo)致相對(duì)更低的維修成本且具有相對(duì)高的使用壽命。為此,平行鄰接蒸發(fā)器管的過(guò)熱器管在在流動(dòng)介質(zhì)方面直接接在水分離系統(tǒng)(22)下游。
文檔編號(hào)F22B37/26GK102149970SQ200980135072
公開(kāi)日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2009年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月9日
發(fā)明者喬基姆.弗蘭克, 弗蘭克.托馬斯, 馬丁.埃弗特 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司