專利名稱：連續(xù)式蒸汽發(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)式蒸汽發(fā)生器，它有一個(gè)橫斷面為矩形的燃燒室，燃燒室的每一個(gè)燃燒室壁包括一些基本上垂直排列并通過管接板互相氣密地連接的汽化管，一種流動介質(zhì)可從下向上流過汽化管。
在連續(xù)式蒸汽發(fā)生器中，與自然循環(huán)式蒸汽發(fā)生器中循環(huán)流動的水-水/蒸汽混合物只是部分汽化不同，加熱構(gòu)成燃燒室壁的汽化管，導(dǎo)致在汽化管中的流動介質(zhì)在通過時(shí)便完全汽化。在自然循環(huán)式蒸汽發(fā)生器中，汽化管原則上垂直排列，而連續(xù)式蒸汽發(fā)生器或強(qiáng)制循環(huán)式蒸汽發(fā)生器的汽化管，既可以垂直排列，也可以螺旋形并因而傾斜地設(shè)置。
其燃燒室壁由垂直排列的汽化管構(gòu)成的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器，與具有螺旋形管系的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器相比生產(chǎn)成本低。此外，具有垂直管系的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器，與具有傾斜汽化管的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器相比，水-蒸汽側(cè)的壓力損失低。當(dāng)然，向一根根垂直排列的汽化管供入熱量方面不可避免的差別，導(dǎo)致相鄰汽化管之間有溫度差，尤其在蒸汽發(fā)生器的出口。
因?yàn)樵诖怪惫芟档娜紵抑?，熱流量并因而供入各汽化管中熱量的多少，取決于它們在燃燒室壁中的位置，所以在矩形燃燒室或燃燒室外壁角處的汽化管，沿其全長所得到的燃?xì)鈧?cè)熱流密度，比在燃燒室壁中央的汽化管要小。其原因在于下列情況。即，在燃燒一種礦物燃料時(shí)所產(chǎn)生的火焰體，在燃燒室內(nèi)部不均勻地充滿整個(gè)可供使用的空間。因此，在燃燒室內(nèi)部形成了一種既沿垂直方向也沿水平方向近似于鐘形的溫度剖面，這一溫度剖面從燃燒室中部出發(fā)，向上和向下以及朝燃燒室角部方向逐步降低。這樣一來，與在燃燒室角區(qū)內(nèi)的汽化管相比，在燃燒室壁中央的汽化管得到了更多的熱量。這一結(jié)果又使得燃燒室壁中部區(qū)域、汽化管的水-蒸汽側(cè)的冷卻更加困難。從而可能導(dǎo)致汽化管出口處不可允許的高蒸汽溫度。管接板的溫度也會由于燃燒室壁中央高的熱流密度而有不可允許的高值。
沿燃燒室垂直主向相鄰管之間不可允許的高的溫度差，可通過強(qiáng)烈地減少摩擦壓力損失加以避免。這種減少是通過相應(yīng)地降低在汽化管中的流動速度或質(zhì)量流量密度來達(dá)到的。為此當(dāng)然需要使用加有內(nèi)筋的汽化管，因?yàn)檫@種汽化管在質(zhì)量流量密度較低的情況下也有特別良好的導(dǎo)熱性能。例如由歐洲專利申請0503116已知這類在其內(nèi)側(cè)有由多頭螺紋構(gòu)成的筋的汽化管以及它們在蒸汽發(fā)生器中的使用。
在具有內(nèi)部加筋的汽化管的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器燃燒室壁的管系中，軸向流動疊加一個(gè)扭轉(zhuǎn)，這種扭轉(zhuǎn)導(dǎo)致吸熱介質(zhì)與管內(nèi)壁上的水膜相分離(Phasenseparation)。因此沸騰的極為良好的熱傳導(dǎo)幾乎可以保持到水的完全汽化。然而，在200巴與221巴之間的壓力范圍內(nèi)，在強(qiáng)烈加熱時(shí)僅僅通過有扭轉(zhuǎn)的流動，并不總是能避免不可允許的高壁溫。在臨界壓力約210巴的附近，此時(shí)在液體類介質(zhì)與蒸汽類介質(zhì)之間密度差別很小，使汽化管內(nèi)壁或加熱面的潤濕比低于200巴的壓力區(qū)時(shí)明顯地難以保證。造成這一結(jié)果的原因是，在管壁與吸熱介質(zhì)的液相之間形成的蒸汽膜妨礙熱傳導(dǎo)(膜態(tài)沸騰)。在此汽膜形成區(qū)內(nèi)，管壁的溫度劇烈升高。如發(fā)表在VGB Kraftwerkstechnik73(1993年。)，第4期352至360頁中的J.Franke、W.koehler和E.Wittchow的論文“Verdampferkonzepte fuer Benson-Dampferzeuger”中所介紹的那樣，在壓力約為210巴以上時(shí)壁少量過熱，就足以從帶有潤濕了的加熱面的沸騰狀態(tài)成為帶有未潤濕加熱面的膜態(tài)沸騰。在上述壓力范圍時(shí)少量過熱，就也已經(jīng)可以在過熱的邊界層形成汽泡，它們匯集成大氣泡，并因而妨礙熱傳導(dǎo)(均勻的核形成)。
所介紹的這種熱傳導(dǎo)機(jī)理，說明在上述連續(xù)式蒸汽發(fā)生器的管中，由于它們以約200巴壓力和200巴以上的壓力工作，因此質(zhì)量流量密度(并因而摩擦壓力損失)必須選擇得比壓力在200巴以下工作的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器的高。從而失去了在各管更多加熱時(shí)它們的流量也增加的優(yōu)點(diǎn)。但由于需要200巴以上的高蒸汽壓力，以獲得高的熱效率并因而低的二氧化碳放射量，所以有必要保證在這一壓力區(qū)也有良好的熱傳導(dǎo)。因此，具有垂直管系的燃燒室壁的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器，通常在汽化管中以較高的質(zhì)量流量密度工作，以便在從約200巴到221巴的臨界壓力區(qū)內(nèi)，始終能獲得足夠高的從汽化管壁到流動介質(zhì)或吸熱介質(zhì)的熱傳導(dǎo)。然而這些措施考慮的主要是沿燃燒室垂直方向的溫度分布。
在螺旋形燃燒室管系(螺旋形卷繞)中獲得了沿水平方向溫度分布的補(bǔ)償，并因而達(dá)到了良好的平衡加熱，因?yàn)槊恳桓芑蚱叫泄軐?shí)際上經(jīng)過燃燒室所有的加熱區(qū)。當(dāng)然，螺旋形卷繞與垂直管系相比，由于汽化管進(jìn)口面積較小并因而汽化管總數(shù)較少，所以導(dǎo)致在汽化管中的流動介質(zhì)流速較高。從而再度造成比較高的水-蒸汽側(cè)壓力損失。
本發(fā)明的目的是提供一種具有垂直管系的燃燒室壁并設(shè)計(jì)成具有高熱效率的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器，其中，在蒸汽發(fā)生器出口處的溫度差降到特別低的值。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，在燃燒室壁的中部的汽化管處的由單根汽化管與配屬于它的管接板構(gòu)成的受熱面積小于在燃燒室的角部的汽化管處的受熱面積。
本發(fā)明以下列考慮為出發(fā)點(diǎn)，即，汽化管的吸熱不僅沿管圓周的燃?xì)鈧?cè)的那一半進(jìn)行，而且通過管接板或管的固定塊進(jìn)行。其中，自身不冷卻的管接板所吸收的熱量傳給相鄰的汽化管。因此，單根汽化管的吸熱面積由汽化管面對著在燃燒室內(nèi)部的火焰體的半圓周和管接板的面積組合而成。管接板的面積由一個(gè)管接板的整個(gè)寬度或兩個(gè)管接板半寬的兩倍以及由管接板沿垂直方向的長度決定。
為了使如此定義的各汽化管的吸熱面積至少能大體上與沿水平方向的溫度分布相匹配，在一種最佳設(shè)計(jì)中，連接汽化管的管接板寬度，在每個(gè)燃燒室壁的中部小于在燃燒室的角部。
在這種情況下，在一種最佳設(shè)計(jì)中，管接板的寬度從中部起向燃燒室的角的方向逐漸減小。按另一種方案，每一個(gè)燃燒室壁的汽化管，與總是寬度相同的管接板組合成組，其中，不同組的管接板寬度是互不相同的。這另一種方案比起前一種來實(shí)際上更加便于實(shí)施。
制造具有垂直排列的汽化管和寬度不同的管接板的燃燒室壁，最好按以下所述還可以簡化，即，與各燃燒室壁的角鄰接的那些組的管接板寬度相同。
為了使在燃燒室角區(qū)的吸熱面積與中部相比進(jìn)一步增大，在燃燒室角區(qū)的汽化管可設(shè)有附加的管接板，這些管接板伸入燃燒室內(nèi)。
對于一種滑壓運(yùn)行的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器，其中泵壓力根據(jù)需要的蒸汽量確定，最好使用具有光滑內(nèi)表面的所謂光滑管。但按另一種可供選擇的方案，也可以采用內(nèi)部加筋的汽化管。在這種情況下，無論對于光滑管還是內(nèi)部加筋的汽化管，改變管子內(nèi)徑和/或管子外徑，都可以使向各汽化管不同的熱量供入進(jìn)一步均衡化。所以，在燃燒室角區(qū)所使用的汽化管，它們的直徑比在燃燒室壁中央的汽化管的要大。
采用本發(fā)明得到的優(yōu)點(diǎn)主要在于，通過相對于燃燒室角部減小燃燒室壁中部的吸熱面，使各汽化管不同的熱量供入均衡化。由于汽化管之間的管接板或管固定塊的寬度，不是如迄今見到的那樣沿全部燃燒室周圍是相同的，而是在壁的中央選為小于燃燒室角部，所以減小了在燃燒室壁中央用于每一根汽化管的吸熱面積，增大了在角區(qū)的用于每一根汽化管的吸熱面積。因此，減少或增加了每根汽化管的吸熱量。其結(jié)果是，減少了設(shè)在燃燒室壁中央的汽化管高的熱量供入，提高了設(shè)在燃燒室壁角部的汽化管低的熱量供入。
下面借助于附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中

圖1為簡化表示的具有垂直排列的汽化管的連續(xù)式蒸汽發(fā)器；圖2為沿圖1中線II-II的橫斷面局部，表示有不同寬度管接板的氣密燃燒室壁；以及圖3為按圖2的橫斷面局部，表示按組具有相同管接板寬度的汽化管組。
圖1示意表示一種有矩形橫斷面的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器2，它的垂直煙道由外壁4構(gòu)成，外壁4在下端過渡成漏斗狀底部6。底部6包括一個(gè)圖中沒有詳細(xì)表示的煙灰排出口8。
在煙道的下部區(qū)域A中，在由垂直排列的汽化管12構(gòu)成的外壁或燃燒室4上，裝有一定數(shù)量的礦物燃料燃燒器10，圖中只能看到其中一個(gè)。在此區(qū)域A，垂直延伸地排列的汽化管12，通過形式上為金屬帶的管傳熱塊或管接板14(見圖2和3)，互相焊接成氣密的燃燒室壁4a。在連續(xù)式蒸汽發(fā)生器2運(yùn)行時(shí)從下向上通流的汽化管12，在此區(qū)域A內(nèi)構(gòu)成蒸發(fā)加熱面16。
在連續(xù)式蒸汽發(fā)生器2運(yùn)行時(shí)，在燃燒室4中有一個(gè)燃燒礦物燃料形成的火焰體17，所以連續(xù)式蒸汽發(fā)生器2的這一區(qū)域A的顯著特點(diǎn)是有很大的熱流密度?；鹧骟w17有一個(gè)溫度剖面，這一溫度剖面大體從燃燒室4中央起，一方面沿垂直方向向上和向下，另一方面沿水平方向朝側(cè)面亦即朝燃燒室4角部方向減小。
在煙道下部區(qū)域A的上面是離開火焰的第二區(qū)域B，在它上面設(shè)有煙道的上部第三區(qū)C。在煙道的區(qū)域B和C內(nèi)設(shè)置對流加熱面18，20和22。在煙道區(qū)域C上方有一個(gè)煙氣出口通道24，由燃燒礦物燃料所產(chǎn)生的煙氣RG，經(jīng)出口通道24離開垂直的煙道。
圖2和3分別表示通過煙道區(qū)域A中的燃燒室4的橫斷面局部，其中表示了兩個(gè)鄰接角26，26′的燃燒室壁4a(圖2)或4a′(圖3)。為構(gòu)成氣密的燃燒室壁4a，4a′，設(shè)在相鄰汽化管12，12′之間的管接板14或14′，沿縱側(cè)與汽化管12或12′焊接。這種結(jié)構(gòu)形式又稱管-板-管結(jié)構(gòu)(Rohr-Steg-Rohr-Konstruktion)。
管接板14，14′有一個(gè)與有關(guān)的相鄰汽化管12，12′之間的距離相應(yīng)的寬度b或b′。在功率為600兆瓦的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器2中，每一個(gè)燃燒室壁4a，4a′由大約360根汽化管12或12′組成。當(dāng)汽化管12，12′外徑d1、d1′約為30毫米以及管接板14，14′的寬度b，b′約為20毫米時(shí)，得到的每個(gè)燃燒室壁4a或4a′的總寬度約為20米。
由管接板14的寬度b和汽化管12的二分之一圓周12a以及它們的長度，可以得出每根汽化管12的吸熱面積F。這在圖2中表示在單根汽化管12處。
如圖3中同樣在一根汽化管12′處表示的那樣，吸熱面積F′也由兩塊與此汽化管12′鄰接的管接板14′的各二分之一寬度b′，再加上單根汽化管12′的二分之一圓周以及它們的長度得出。后面的這種定義是基于以下兩方面的考慮。一方面，每個(gè)管接板14，14′的溫度在此半個(gè)寬度b，b′處，亦即在管接板14，14′的中心有最高值，并向相鄰的兩個(gè)汽化管12或12′的方向逐漸降低。另一方面，每塊管接板14，14′總是各將它的熱量的一半分別傳給兩個(gè)相鄰的汽化管12或12′。
在按圖2的實(shí)施例中，在汽化管12之間的管接板14的寬度b，從每個(gè)燃燒室壁4a的中心向燃燒室4每個(gè)角26的方向漸次地，亦即逐漸地減小。在汽化管12和管接板14長度相同的情況下，各個(gè)汽化管12的吸熱面積F，因而便從每個(gè)燃燒室壁4a的中央連續(xù)地朝燃燒室4每個(gè)角26的方向減小。因此，通過減小傳熱塊寬度b，在單位面積熱量供入相同的情況下，減少了每根汽化管12的吸熱量。在汽化管12外側(cè)由此引起的熱流密度的減小，導(dǎo)致降低在汽化管12內(nèi)側(cè)的熱量。因此，無論是局部熱流密度，還是沿連續(xù)式蒸汽發(fā)生器2全部高度的整個(gè)熱流密度都下降了。其結(jié)果是導(dǎo)致汽化管有良好的局部冷卻。
在按圖3的實(shí)施例中，每個(gè)燃燒室壁4a′的汽化管12′組合成各有相同寬度b′的管接板14′的組G1至G4。其中，不同組G1、G2、G3和G4的管接板14′寬度b′是不一樣的。與燃燒室4角26′鄰接的那些組的管接板14′的寬度b′最好相同。在此實(shí)施例中，這兩個(gè)與角26′鄰接的燃燒室壁4a′的組G1和G5的管接板14′便是這種情況。
如僅在圖3的實(shí)施例中表示的那樣，燃燒室4設(shè)在角26′區(qū)的汽化管12′具有附加的管接板14″，它們以不同的斜度伸入燃燒室4內(nèi)。
在圖2和3的實(shí)施例中所表示的汽化管12或12′，都是在內(nèi)側(cè)具有光滑表面的光滑管。但按另一種可供選擇的方案，汽化管12，12′也可以在其內(nèi)壁，以圖中沒有進(jìn)一步表示的方式設(shè)置由多頭螺紋構(gòu)成的筋，并因而具有一種表面結(jié)構(gòu)。在具有此類加內(nèi)筋的汽化管12或12′的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器2燃燒室壁4a，4a′管系中，在汽化管12，12′中的軸向流動要疊加一個(gè)扭轉(zhuǎn)，所以，通過由此引起的附加速度分量，汽化管12，12′獲得一種特別良好的冷卻效果。當(dāng)連續(xù)式蒸汽發(fā)生器2在約210巴的臨界壓力區(qū)運(yùn)行時(shí)，這一點(diǎn)帶來特別有利的影響。
無論是使用光滑管還是應(yīng)用有內(nèi)筋的汽化管，改變汽化管12，12′的外徑d1、d1′和/或內(nèi)徑d2、d2′都可以導(dǎo)致有關(guān)汽化管12，12′有不同大小的吸熱面積F，F(xiàn)′，從而可以附加地或有選擇地補(bǔ)償向各汽化管12，12′不同的熱量供入。此時(shí)，吸熱面積F，F(xiàn)′隨直徑d1、d1′或d2、d2′的減小而減少。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)式蒸汽發(fā)生器，它有一個(gè)橫斷面為矩形的燃燒室(4)，燃燒室(4)的每一個(gè)燃燒室壁(4a，4a′)包括一些基本上垂直排列并通過管接板(14，14′)互相氣密地連接的汽化管(12，12′)，一種流動介質(zhì)可從下向上流過汽化管，其特征在于在燃燒室壁(4a，4a′)中部的汽化管(12，12′)處的由一根汽化管(12，12′)與配屬于它的管接板(14，14′)構(gòu)成的受熱面積(F，F(xiàn)′)小于在燃燒室(4)角部(26，26′)的汽化管處的受熱面積。
2.按照權(quán)利要求1所述的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器，其特征在于在每個(gè)燃燒室壁(4a，4a′)的中部連接汽化管(12，12′)的管接板(14，14′)寬度(b，b′)，小于在燃燒室(4)的角部(26，26′)連接汽化管的管接板寬度。
3.按照權(quán)利要求2所述的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器，其特征在于管接板(14)的寬度(b)從中部起向燃燒室(4)每一個(gè)角(26)的方向逐漸減小。
4.按照權(quán)利要求2所述的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器，其特征在于每一個(gè)燃燒室壁(4a′)的汽化管(12′)，與總是寬度(b′)相同的管接板(14′)組合成組(G1，......，G5)，其中，不同組(G1，G2，G3)的管接板(14′)寬度(b′)互不相同。
5.按照權(quán)利要求4所述的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器，其特征在于與燃燒室(4)的角(26′)鄰接的組(G1，G5)的管接板(14′)寬度(b′)相同。
6.按照權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器，其特征在于至少在燃燒室(4)的角(26，26′)區(qū)的汽化管(12，12′)具有附加的管接板(14″)，它們伸入燃燒室(4)內(nèi)。
7.按照權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器，其特征在于汽化管(12，12′)在其內(nèi)側(cè)具有一種表面結(jié)構(gòu)。
8.按照權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器，其特征在于在燃燒室(4)角區(qū)(26，26′)內(nèi)的汽化管(12，12′)，它們的外徑(d1，d1′)和/或內(nèi)徑(d2，d2′)，比在燃燒室壁(4a，4a′)中部的汽化管(12，12′)的要大。
全文摘要
在一種具有矩形橫斷面的燃燒室(4)的連續(xù)式蒸汽發(fā)生器中，其中燒燒室的每一個(gè)燒燒室壁(4a，4a′)包括一些基本上垂直地排列并通過管接板(14，14′)互相氣密地連接的汽化管(12，12′)，一種流動介質(zhì)可以從下向上流過汽化管，在這種蒸汽發(fā)生器中為了使供入汽化管(12，12′)，中不同的熱量均衡化，按本發(fā)明，在燃燒室壁(4a，4a′)中部的汽化管(12，12′)處的由一根汽化管(12，12′)與配屬于它的管接板(14，14′)構(gòu)成的受熱面積(F，F(xiàn)′)，小于在燃燒室(4)角部(26，26′)的汽化管處的受熱面積。
文檔編號F22B29/06GK1155326SQ95194501
公開日1997年7月23日 申請日期1995年8月21日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月1日
發(fā)明者喬基姆·弗朗克 申請人:西門子公司