CN100491820C - 直通式蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种直通式蒸汽发生器，具有由气密管壁构成的垂直烟道，管壁的管在矿物燃料燃烧器所处的烟道下部螺纹形或螺旋形地设置并在烟道的上部垂直设置，而且烟道下部在下端上通过烟道的底部和烟道上部在上端上通过烟道的横壁、通过烟道由管壁构成的横截面收缩或者通过设置在烟道内部的加热面的下缘限界，其中，烟道下部(4)的总高度依据公式1≤H_ges/(2·(B+T)·tanα)≤2.0构成，烟道下部的管壁(3)分成一个下部的和至少另一个管壁段，而且下部管壁段(8)的管内部光滑和管壁段(9)的管在内部多头螺纹状地加助，其中，下部管壁段的高度与总高度相关依据公式0.25≤H₁/H_ges≤0.6和管壁段(9)的高度与总高度相关依据公式0.4≤H₂/H_ges≤0.75以及各管(10、11、12)的管内部横截面依据公式1≤A₁/A₀≤1.25和1＜A₂/A₁≤1.25构成。

Description

直通式蒸汽发生器

技术领域

本发明涉及一种直通式蒸汽发生器(Durchlaufdampferzeuger)，具有由气密管壁构成的垂直烟道，管壁的管在矿物燃料燃烧器所处的烟道下部螺纹形或螺旋形地设置并在烟道的上部垂直设置，而且其下部在下端上通过烟道的底部和其上部在上端上通过烟道的横壁、通过烟道的由管壁构成的横截面收缩或者通过设置在烟道内部的加热面的下缘限界。

背景技术

这种或同类的直通式蒸汽发生器从Springer出版社1994年出版的KarlStrauβ教授工学博士所著文献“Kraftwerkstechnik(电站技术)”第2版第4.4.2.4章“Zwangdurchlauf(强制直通)”(参见171-174页)中有所公知，强制直通在电站中用于通过例如矿物燃料的燃烧产生电能。在直通或强制直通式蒸汽发生器中，构成燃烧室或者烟道的蒸发管的加热(与采用循环中仅部分蒸发水-蒸汽混合体的自然循环或者强制循环蒸汽发生器相反)导致蒸发管内的流动介质或工作介质在一次直通中蒸发。构成烟道的蒸发管在此方面可以垂直或者螺纹形或螺旋形并因此可以倾斜上升地设置。

直通式蒸汽发生器的烟道下部并且从而倾斜管系设计有内部具有光滑表面的光管即蒸发管，这种设计通过最低强制直通负荷和在此方面对于足够冷却所需的质量流密度来确定。在目前所要求的小于等于满负荷30％的强制直通最低负荷的情况下，在蒸汽发生器中满负荷时必然形成相当高的质量流密度(在单纯的直通运行中负荷区域和质量流密度之间的线性依赖关系)和与此相关提高的压力损失，这种压力损失必须通过蒸汽发生器附加的运行成本得到补偿。在直通式蒸汽发生器烟道的下部选择地设计有垂直管系的烟道壁的情况下，由于对于管冷却所需的质量流密度，采用光管的强制直通最低负荷设计不能小于满负荷的50％。为取得小于50％的最低负荷，必须使用内部加肋的管，其螺旋形的内部肋即使在更低的质量流密度的情况下也可以改善蒸发管的冷却。

但垂直管系的烟道壁的缺点是，燃烧室内或烟道内的局部加热差得不到足够补偿。通过为直通式蒸汽发生器的蒸发器使用附加复杂的混合系统或通过在直通式蒸汽发生器的蒸发器的管入口上的入口节流，在考虑到在直通式蒸汽发生器的蒸发器出口上工作介质水/蒸汽的温度断面(Temperaturprofil)情况下，该系统与烟道壁内采用螺旋形或倾斜上升的蒸发器管相比也明显更易受加热不平衡情况的影响。

文献EP 0 349 834 A1公开了一种直通式蒸汽发生器，具有烟道下部的螺纹形或螺旋形管系的燃烧室壁或烟道壁并具有烟道上部的垂直管系的烟道壁，其中，螺旋形管系的烟道壁利用光管构成和垂直管系的烟道壁利用内部加肋的管构成。在这样构成的直通式蒸汽发生器中，小于等于满负荷30％的最小直通负荷只有在为螺旋形管系区域内的烟道壁的蒸发器管选择工作介质水/蒸汽的足够高的质量流密度时才能达到。这一点提高了给水泵的动力需求并因此造成不利降低总设备效率的后果。

文献DE 195 10 033 C2公开了另一种直通式蒸汽发生器，具有烟道下部的螺纹形或螺旋形管系的燃烧室壁或烟道壁并具有烟道上部的垂直管系的烟道壁。在这种公开的直通式蒸汽发生器中，燃烧室或烟道的环绕壁或外壁从下至上所见分成底部段、第一和第二中间段和上部段，其中，上部段可以再分成第一和第二部分。底部段、第一和第二中间段和需要时上部段的第一部分可以具有螺旋形的管壁。为使这种直通式蒸汽发生器可以在弱负荷下运行，提出底部段利用内部光滑管、第一中间段利用内部多头加肋管(MLR：Multiple LeadRibbed)、第二中间段利用内部单头加肋管(SLR：Single Lead Ribbed)和上部段也利用内部光滑管或上部段的第一部分再次利用内部多头加肋管构成。在这种不同类型蒸发器管的结构中表明的缺点在于，与内部多头加肋管(MLR)相比，由于提高的流动阻力内部单头加肋管(SLR)产生工作介质方面更高的压力损失，该压力损失形成设备的附加运行成本或使采用这种直通式蒸汽发生器的电站总效率变差。另一个缺点是，为将MLR管与SLR管和需要时将其再次与MLR管连接而产生提高的安装费用以及通过使用和预留不同类型的蒸发器管增加了成本。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种避免上述缺点的直通式蒸汽发生器或提出一种蒸发器系统的设计，对于矿物燃料烧热的直通式蒸汽发生器采用蒸汽发生器烟道下部的倾斜管系的外壁，对于小于等于满负荷30％的强制直通最小负荷具有蒸汽发生器内最小的压力损失和在直通式蒸汽发生器出口上尽可能均匀的工作介质温度断面情况下，整个负荷区域内的烟道外壁得到足够冷却。

上述目的这样得以实现，即提出一种直通式蒸汽发生器，具有由气密管壁构成的垂直烟道，管壁的管在矿物燃料燃烧器所处的烟道下部呈螺纹形或螺旋形地设置并在烟道的上部垂直设置，而且烟道的下部在下端上通过烟道的底部限界，并且烟道的上部在上端上通过烟道的横壁、通过烟道的由管壁构成的横截面收缩或者通过设置在烟道内部的加热面的下缘限界，其特征在于，烟道下部的总高度依据公式

$1\≤\frac{H_{\mathrm{ges}}}{2\·(B+T)\·\tan \mathrm{\α}}\≤2.0$

构成，烟道下部的管壁分成一个下部的和至少另一个管壁段，而且下部管壁段的管在内部光滑地构成，并且直接连接在下部管壁段上的管壁段的管在内部多头螺纹状地加肋，其中，下部管壁段的高度与烟道下部的总高度依据公式

$0.25\≤\frac{H_1}{H_{\mathrm{ges}}}\≤0.6$

和直接连接在下部管壁段上的管壁段的高度与烟道下部的总高度依据公式

$0.4\≤\frac{H_2}{H_{\mathrm{ges}}}\≤0.75$

以及底部、下部管壁段和直接连接在下部管壁段上的管壁段的管的管内部横截面依据公式

$1\≤\frac{A_1}{A_0}\≤1.25$

和

$1<\frac{A_2}{A_1}\&le;1.25$

构成，其中

H_ges  以米为单位的烟道下部的总高度，

H₁    以米为单位的下部管壁段的高度，

H₂    以米为单位的直接连接在下部管壁段上的管壁段的高度，

B  以米为单位的烟道宽度，

T  以米为单位的烟道深度，

α  相对于水平面螺旋形倾斜上升的管壁管的上升角，

A₀ 以m²为单位的底部的管的管内部横截面，

A₁ 以m²为单位的下部管壁段的管的管内部横截面，以及

A₂ 以m²为单位的直接连接在下部管壁段上的管壁段的管的管内部横截面。

通过依据本发明的解决方案提供一种优化设计的直通式蒸汽发生器，它具有下列优点：

-仅在使用内部加肋管的区域内使用内部螺旋形或螺纹形多头加肋蒸发器管(MLR)并因此仅预留这种类型的内部加肋管，

-通过内部光滑和内部加肋蒸发器管在烟道下部区域内的最佳分配降低介质方面的压力损失，

-在使用内部多头加肋蒸发器管(MLR)的情况下即使在强制直通最小负荷时在整个负荷区域内也达到蒸发器管壁的足够冷却，

-在最小的压力损失情况下将强制直通最小负荷降到小于等于满负荷或锅炉最大连续出力(BMCR)的30％，

-在最佳绕圈数量下，在所有加热状态时，与直通式蒸汽发生器出口上的介质温度断面相关，考虑倾斜管系的正的特性，

-在加热差方面通过在工作介质的流动方向上所见烟道下部外壁管的自由或净管横截面的最佳扩径来提高蒸发器系统的稳定性和灵敏度。

一种具有优点的构成是，倾斜上升的或螺纹形或螺旋形延伸的并包围烟道下部的蒸发器管的上升角α与水平面以15°-35°构成。

具有优点的是，烟道底部的管在内部光滑构成。由此可以将这些管内部的压力损失保持在很小程度上并因此尽可能避免该区域内的工作介质的温度不平衡(Temperaturschieflage)。

另一具有优点的构成是，烟道上部的管壁的管在内部光滑构成。因此与内部加肋的管相比可以降低这些管内的压力损失并节省投资成本。

在燃烧室或烟道的高度上改变的热流密度断面(

)对于矿物燃料烧热的蒸汽发生器是表示特性的。为直通式蒸汽发生器典型地形成一种在管壁的蒸发管内通过燃烧室高度或烟道高度变化的蒸汽温度。为考虑在管壁内通过燃烧室高度或烟道高度变化的热流密度断面和同样通过高度变化的蒸汽温度的影响以及取得管壁内部基本上相同程度的工作介质压力损失，具有优点的是，管壁在烟道下部和上部之间的分界面和/或管壁在烟道下部内的在下部管壁段和直接连接在下部管壁段上的管壁段以及需要时存在的其他管壁段之间的分界面基本上水平构成。

附图说明

下面借助附图和对附图的说明来详细介绍本发明的实施例。其中：

图1示意示出直通式蒸汽发生器的垂直烟道；

图2示意示出各倾斜上升的蒸发管的展开图，该蒸发管装入直通式蒸汽发生器烟道的下部；

图3示意示出按图1剖面A-A的底部管壁的一部分；

图4示意示出按图1剖面B-B的烟道下部的下部管壁段的一部分；

图5示意示出按图1剖面C-C的直接连接在下部管壁段上的管壁段的一部分；

图6示出图1相同内容，但为可选择的实施方式；

图7示出图1相同内容，但为可选择的实施方式；

图8示出内部加肋管的横截面；

图9示出内部加肋管的纵截面。

具体实施方式

在传统电站的矿物燃料烧热的直通式蒸汽发生器1中，公知通常为水/蒸汽的工作介质基本上在蒸汽涡轮机回路的通道或直通中预热、蒸发、过热并在蒸汽涡轮机的高压部分内部分减压之后需要时中间过热。下面介绍直通式蒸汽发生器1。

图1示意示出直通式蒸汽发生器1，具有由气密管壁3构成的垂直烟道2。管壁3在此方面包括最好具有宽度B和深度T的矩形横截面的烟道2，其中，例如烟道2的前壁和后壁20、21在宽度B上以及烟道2的右和左侧壁22、23在深度T上延伸，对此亦参见图2。

烟道2分成下部和上部4、5。下部和上部4、5之间的分界或包括烟道2的下部和上部4、5的管壁3的分界面14在此方面根据管走向最好基本上水平延伸。这一点也可以同时包括略微锯齿状构成的分界面14，因为上升的管可以向管底板(未画出)预安装和组装，并在此方面可以在分界面14上锯齿状构成。烟道2的下部4利用管壁3构成，其管11、12螺纹形或螺旋形环绕烟道2并在与水平面成角度α下倾斜上升(参见图1和2，其中，仅示意示出气密管壁3的一些少量倾斜的管)，而烟道2上部5的管壁3的管13垂直延伸。为燃烧矿物燃料例如煤粉，在烟道或燃烧室2内部在烟道2下部4内有未示出的燃烧器。矿物燃料燃烧时产生的燃烧废气或烟气在烟道2的内部向上流动并随后通过其他未示出的烟道排出。在此方面，燃烧时自由形成的热量输出到直通式蒸汽发生器1的上面详细介绍的工作介质水/蒸汽。

在本实施例中，烟道2下部4的下端通过漏斗形底部6限界和烟道2上部5的上端通过横壁7限界。具有用于排放矿物燃料燃烧时产生的烟尘的一个或者多个烟尘排放口24的漏斗形和气密底部6具有局部高度H₀，并且构成底部6的蒸发管10与烟道2下部4的蒸发管11、12同样螺纹形或螺旋形延伸。横壁7最好是例如像管壁3那样的气密管壁。烟道2的上部5在烟道2的上端上也可以通过一个按图6的烟道2的由管壁构成的横截面收缩25或者通过一个按图7设置在烟道2内部的加热面26的下缘限界。

烟道2下部4，也就是其管壁3设计有螺纹形或螺旋形延伸的管11、12的烟道2的一部分，其总高度(H_ges)依据公式

$1\&le;\frac{H_{\mathrm{ges}}}{2\&CenterDot;(B+T)\&CenterDot;\tan \mathrm{\&alpha;}}\&le;2.0$

构成，其中，B和T表示烟道2的宽度和深度，而角α表示管壁3内部每个倾斜上升的也就是螺纹形或螺旋形延伸的管11、12的升角。图2因此示出从内部或从烟道2所见的管11、12在烟道2下部4内的展开。上述公式H_ges、B和T尺寸的各自确定以单位米表示。

此外，烟道2下部4的管壁3分成一个下部的和至少另一个管壁段8、9，其中，下部管壁段8的管11内部光滑(光管)和直接连接在下部管壁段8上的管壁段9的管12在内部螺旋形或螺纹形地多头加肋16，参见图8和9。其中，下部管壁段8具有总高度H_ges的局部高度H₁和直接连接在下部管壁段8上的管壁段9具有总高度H_ges的局部高度H₂。直接连接的意思是说，管壁段9在垂直方向上所见直接处于下部管壁段8的上面。管壁段8、9的分界或在它们与需要时其他未示出的在不同管结构或型号方面的管壁段之间的分界面15在烟道2的下部4内部最好基本上以水平方式延伸。这一点在这里也可以同时包括略微锯齿状构成的分界面15，因为上升的管可以向管底板(未示出)预安装和组装并在此方面可以在分界面15上锯齿状构成。

下部管壁段8的局部高度H₁在此方面与烟道2下部4的总高度H_ges相关依据公式

$0.25\&le;\frac{H_1}{H_{\mathrm{ges}}}\&le;0.6$

和直接连接在下部管壁段8上的管壁段9的局部高度H₂与烟道2下部4的总高度H_ges相关依据公式

$0.4\&le;\frac{H_2}{H_{\mathrm{ges}}}\&le;0.75$

构成，其中，各自的高度以单位米表示。

底部6的管10、下部管壁段8的管11以及直接连接在管壁段8上的管壁段9的管12各自具有内部横截面A₀(管10)、A₁(管11)和A₂(管12)，亦参见图3-5。各自的管内部横截面在此方面依据公式

$1\&le;\frac{A_1}{A_0}\&le;1.25$

和

$1<\frac{A_2}{A_1}\&le;1.25$

构成，其中，内部横截面以单位m²表示。

底部6的管10最好内部光滑地(光管)构成。依据图8和9的内部加肋管12的内部横截面与平均内径相关为平均内部横截面，该平均内部直径处于内部加肋管12的肋16的肋脚和肋背面之间。

环绕烟道2下部4的螺纹形或螺旋形设置的管11、12的管壁3最好以相对于水平面15°-35°的上升角α构成。

烟道2上部5的管壁3的垂直延伸的管13最好内部光滑地构成，也就是说，其管内表面光滑地构成(光管)。

根据蒸发器系统的要求，可以直接在管壁段9的上面设置一个在烟道2下部4内的其他未示出的管壁段。这种未示出的管壁段的螺纹形或螺旋形延伸的蒸发器管优选内部光滑地构成。

附图标记列表

1  直通式蒸汽发生器

2  烟道

3  管壁

4  烟道下部

5  烟道上部

6  底部

7  横壁

8  下部管壁段

9  直接连接在下部管壁段上的管壁段

10 底部管壁的管

11 下部管壁段的管壁的管

12 直接连接在下部管壁段上的管壁段的管壁的管

13 烟道上部的管壁的管

14 烟道下部和上部之间的分界面

15 在下部管壁段和直接连接在下部管壁段上的管壁段之间的分界面

16 肋

20 前壁

21 后壁

22 右侧壁

23 左侧壁

24 烟尘排放口

25 横截面收缩

26 加热面

Claims (6)

1.直通式蒸汽发生器，具有由气密管壁构成的垂直烟道，管壁的管在矿物燃料燃烧器所处的烟道下部呈螺纹形或螺旋形地设置并在烟道的上部垂直设置，而且烟道的下部在下端上通过烟道的底部限界，并且烟道的上部在上端上通过烟道的横壁、通过烟道的由管壁构成的横截面收缩或者通过设置在烟道内部的加热面的下缘限界，其特征在于，烟道下部(4)的总高度(H_ges)依据公式

$1\&le;\frac{H_{\mathrm{ges}}}{2\&CenterDot;(B+T)\&CenterDot;\tan \mathrm{\&alpha;}}\&le;2.0$

构成，烟道(2)下部(4)的管壁(3)分成一个下部的和至少另一个管壁段(8、9)，而且下部管壁段(8)的管(11)在内部光滑地构成，并且直接连接在下部管壁段(8)上的管壁段(9)的管(12)在内部多头螺纹状地加肋，其中，下部管壁段(8)的高度(H₁)与烟道(2)下部(4)的总高度(H_ges)依据公式

$0.25\&le;\frac{H_1}{H_{\mathrm{ges}}}\&le;0.6$

和直接连接在下部管壁段(8)上的管壁段(9)的高度(H₂)与烟道(2)下部(4)的总高度(H_ges)依据公式

$0.4\&le;\frac{H_2}{H_{\mathrm{ges}}}\&le;0.75$

以及底部(6)、下部管壁段(8)和直接连接在下部管壁段(8)上的管壁段(9)的管(10、11、12)的管内部横截面(A₀、A₁、A₂)依据公式

$1\&le;\frac{A_1}{A_0}\&le;1.25$

和

$1\&le;\frac{A_2}{A_1}\&le;1.25$

构成，其中

H_ges 以米为单位的烟道下部的总高度，

H₁   以米为单位的下部管壁段的高度，

H₂  以米为单位的直接连接在下部管壁段上的管壁段的高度，

B   以米为单位的烟道宽度，

T   以米为单位的烟道深度，

α   相对于水平面螺旋形倾斜上升的管壁管的上升角，

A₀   以m²为单位的底部的管的管内部横截面，

A₁   以m²为单位的下部管壁段的管的管内部横截面，以及

A₂以m²为单位的直接连接在下部管壁段上的管壁段的管的管内部横截面。

2.按权利要求1所述的直通式蒸汽发生器，其特征在于，相对于水平面的上升角(α)为15-35°。

3.按权利要求1或2所述的直通式蒸汽发生器，其特征在于，底部(6)的管(10)在内部光滑地构成。

4.按权利要求1所述的直通式蒸汽发生器，其特征在于，烟道(2)上部(5)的管壁(3)的管(13)在内部光滑地构成。

5.按权利要求1所述的直通式蒸汽发生器，其特征在于，管壁(3)的在烟道(2)的下部(4)和烟道(2)的上部(5)之间的分界面(14)基本上水平。

6.按权利要求1所述的直通式蒸汽发生器，其特征在于，管壁(3)的在下部管壁段(8)和直接连接在下部管壁段(8)上的管壁段(9)之间的分界面(15)基本上水平。

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