CN102575839A - 直流式蒸发器 - Google Patents

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Abstract

一种用于卧式废热蒸汽发生器(2)的直流式蒸发器(1)，该直流式蒸发器带有第一蒸发加热面(8)和另一就流动介质而言连接在该第一蒸发加热面(8)下游的第二蒸发加热面(10)，其中，第一蒸发加热面包括多个基本上垂直布置的、被从下向上流过的第一蒸汽发生管(13)，所述第二蒸发加热面包括多个另外的、基本上垂直布置的、被从下向上流过的第二蒸汽发生管(14)，应当在结构特别简单的情况下具有特别高的运行安全性。为此，这样设计所述第一蒸汽发生管(13)，使得在满负荷运行时在第一蒸汽发生管(13)内形成的平均质量流密度不低于预定的最小质量流密度。

Description

直流式蒸发器
技术领域
本发明涉及一种用于卧式废热蒸汽发生器的直流式蒸发器，该直流式蒸发器带有包括多个基本上垂直布置的、被从下往上流过的第一蒸汽发生管的第一蒸发加热面和另一就流动介质而言连接在第一蒸发加热面下游的第二蒸发加热面，该第二蒸发加热面包括多个其它的、基本上垂直布置的、被从下往上流过的第二蒸汽发生管。
背景技术
在燃气和蒸汽轮机设备中，包含在来自燃气透平的膨胀工质或者热燃气中的热量被用来产生用于蒸汽透平的蒸汽。在连接在燃气透平下游的废热蒸汽发生器中进行热传递，在该废热蒸汽发生器中通常设置有多个用于预热水、产生蒸汽和使蒸汽过热的加热面。所述加热面连接在蒸汽轮机的水-蒸汽循环中。水-蒸汽-循环通常包括多个，例如三个压力级，其中，每个压力级可以具有一个蒸发加热面。
对于按热燃气流向连接在燃气轮机下游作为废热蒸汽发生器的蒸汽发生器可考虑多种可供选择的设计方案，亦即设计为直流式蒸汽发生器或设计为循环式蒸汽发生器。在直流式蒸汽发生器中，对被规定为蒸发管的蒸汽发生器管的加热导致流动介质在蒸汽发生器管内一次通过时汽化。与之相反，在自然或强制循环式蒸汽发生器中，循环中流过的水在通过蒸发管时仅部分汽化。在此过程中未汽化的水在产生的蒸汽分离后，为了进一步汽化而被重新供入同一些蒸发管内。
与自然或强制循环蒸汽发生器不同，直流式蒸汽发生器不受压力限制。高的新汽压力有助于达到高的热效率并因而实现用化石燃料加热的电厂低的CO2排放。此外，与循环式蒸汽发生器相比，直流式蒸汽发生器有简单的结构形式并因而能用特别低的费用生产。因此，使用按直流式原理设计的蒸汽发生器作为燃气和蒸汽轮机装置的废热蒸汽发生器，特别有利于在结构简单的同时达到燃气和蒸汽轮机装置高的总效率。
设计为废热蒸汽发生器的直流式蒸汽发生器原则上可以设计为两种可选的结构形式之一，即，立式或卧式。在此，在按卧式结构设计的废热蒸汽发生器中，热介质或热燃气，亦即来自燃气轮机的废气，被设计为沿近似水平的流动方向流过，反之，在立式的直流式蒸汽发生器中，加热的介质设计为沿几乎垂直的方向流动。
卧式的直流蒸汽发生器相比立式的直流蒸汽发生器能以简单的器件和特别少的制造和安装开销制造。但在按卧式结构方式的直流式蒸汽发生器中，蒸发加热面的各蒸汽发生器管取决于其具体位置而受到差别很大的加热。在此，尤其会在流动介质流向上设置在前面的蒸汽发生管中出现不稳定的流动，这种不稳定的流动会危害废热蒸汽发生器的运行安全。因此，为了动态的稳定，迄今建议例如在蒸汽发生管的入口设置节流阀，从入口到出口的管径增大，或者使用压力补偿导管或压力补偿集流器。然而，这些措施在卧式废热蒸汽发生器中要么没有效果，要么在技术上不适用。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种开头所述类型的废热蒸汽发生器，这种废热蒸汽发生器在结构形式特别简单的情况下具有特别高的运行安全性。
该技术问题按照本发明由此解决，即，这样设计第一蒸汽发生管，使得在满负荷运行时在第一蒸汽发生管中形成的平均质量流密度不低于预定的最小质量流密度。
在此，本发明基于这样的构思，即，通过动态稳定第一蒸汽发生管中的流动能够实现特别高的运行安全性。尤其应当避免脉冲、振动状的流动。在此发现，这种流动尤其在燃气流向上位于第一蒸发加热面的流出口并受到较少加热的第一蒸汽发生管中产生。该管包含较高水份额的流动介质。由于该管的流动介质较高的重量份额，该管的流动部分地减小直至堵塞。为了避免这种效应可以设置节流阀或者压力补偿导管，然而这意味着较复杂的结构。为了避免堵塞并同时实现废热蒸汽发生器特别简单的结构，应当直接修改第一蒸发加热面的蒸汽发生管的参数。这可以通过这样设计第一蒸汽发生管来实现，即，在满负荷运行中形成的、通过第一蒸汽发生管的平均质量流密度不低于预定的最小质量流密度。
在此，预定的最小质量流密度有利地是100kg/m2s。用于实现这种所选择的质量流密度的蒸汽发生管的设计导致在第一蒸汽发生管内的流动的特别好的动态稳定性并因此导致蒸汽发生器特别可靠的运行。
业已发现，管道中的流动堵塞是由于蒸汽发生管中较高的测量学压力损失导致的。为了稳定质量流密度，因此应当减小测量学压力损失占总的压力损失的份额。这可通过有利地将第一蒸汽发生管的内径选择得在满负荷运行时在第一蒸汽发生管中形成的平均质量流密度不低于预定的最小质量流密度而实现，从而通过提高摩擦压力损失增大了总的压力损失。
在此，第一蒸汽发生管的内径有利地在15至35mm之间。在该范围内选择内径也就是这样地确定第一蒸汽发生管的容积，使得蒸汽发生管中测量学压力损失这样小，使得不低于预定的最小质量流密度，亦即不再会出现堵塞或者脉冲状的流动。因此保证了废热蒸汽发生器特别可靠的运行。
在有利的设计方案中，多个第一蒸汽发生管在热燃气流向上作为管排前后串联。这使得可以将较大数量的并联的蒸汽发生管用于一个蒸发加热面，这由于增大的表面而意味着更好的热量输入。然而，沿热燃气流动方向前后布置的蒸汽发生管在此被不同地加热。尤其在热燃气出口侧的蒸汽发生管中，流动介质被较弱地加热。然而，通过蒸汽发生管的所述设计，即便在这种蒸汽发生管中也能避免流动堵塞。通过这种动态的稳定，在结构简单的同时实现了废热蒸汽发生器特别可靠的运行。
在一种有利的设计构造中，第一蒸发加热面在热燃气流向上连接在第二蒸发加热面下游。这具有这样的优点，即，在流动介质流向上连接在下游并因此设计用于进一步加热已经蒸发的流动介质的第二蒸发加热面也位于热燃气通道的较强加热的区域内。
这种直流式蒸发器相宜地应用在废热蒸汽发生器中并且废热蒸汽发生器被应用在燃气和蒸汽轮机设备中。在此，蒸汽发生器有利地在热燃气流向上连接在燃气轮机下游。在这种连接方式时，可以相宜地在燃气轮机后面设置用于提高热燃气温度的附加燃烧器。
通过本发明实现的优点尤其在于，通过将第一蒸汽发生器管设计为使得在满负荷运行时在第一蒸汽发生管中形成的平均质量流密度不低于预定的最小质量流密度，实现了流动的动态稳定并因此实现了废热蒸汽发生器特别可靠的运行。通过相应地设计蒸汽发生管也在没有其它的耗费的技术措施的情况下实现了这种效应并因此同时使废热蒸汽发生器或者燃气和蒸汽轮机发电站能够实现特别简单、节约成本的结构。
附图说明
以下参照附图详细说明本发明的实施例。
在图1中以简化视图示出了卧式蒸汽发生器的纵截面图。
具体实施方式
图1所示的用于废热蒸汽发生器2的直流式蒸汽发生器1在废气的流向上连接在没有详细示出的燃气透平的下游。废热蒸汽发生器2具有包壁3，该包壁形成可被来自燃气透平的废气沿基本上水平的、由箭头4表示的热燃气方向流过的热燃气通道5。在热燃气通道5中设置有多个按直流原理设计的蒸发加热面8，10。在图1的实施例中分别示出了两个蒸发加热面8，10，但是也可以设置较大数量的蒸发加热面。
图1所示的蒸发加热面8、10分别以管束的形式包括多个沿热燃气方向前后布置的管排11或12。每个管排11、12又分别包括多个沿热燃气方向并排地布置的蒸汽发生管13或14，其中，对于每个管排11，12仅分别能看见一个蒸汽发生管。第一蒸发加热面8的几乎垂直布置的、用于使流动介质W流过的、并联连接的各第一蒸汽发生管13在此在出口侧连接在它们公共的流出集流器15上。第二蒸发加热面10的同样几乎垂直布置的、用于使流动介质W流过的、并联连接的第二蒸汽发生管14同样在出口侧连接在它们公共的流出集流器16上。第二蒸发加热面10的蒸汽发生管14在流动技术上通过下降管系统17连接在第一蒸发加热面8的蒸汽发生管13下游。
由蒸发加热面8、10形成的蒸发系统可加载流动介质W，该流动介质在一次经过时被蒸发系统蒸发并且在出口之后作为蒸汽D从第二蒸发加热面10排出。由蒸发加热面8、10形成的蒸发系统连接在蒸汽透平没有详细示出的水-蒸汽循环中。除了包括蒸发加热面8、10的蒸发系统之外，在蒸汽透平的水-蒸汽循环中还连接有多个其它的、在图1中示意示出的加热面20。加热面20例如可以是过热器，中压蒸发器，低压蒸发器和/或预热器。
现在这样设计第一蒸汽发生管13，使得不低于为满负荷规定的最小质量流密度100kg/m2s。在此，第一蒸汽发生管的内径在15mm到35mm之间。因此避免了第一蒸汽发生管13中的流动堵塞。防止了带有蒸汽泡的竖立水柱和由此导致的振动状的、脉冲式的流动。由此，减小了废热蒸汽发生器2的机械负荷并且在结构简单的同时保证了特别可靠的运行。

Claims (8)

1.一种用于卧式废热蒸汽发生器(2)的直流式蒸发器(1)，该直流式蒸发器带有第一蒸发加热面(8)和另一在流动介质流向上连接在该第一蒸发加热面(8)下游的第二蒸发加热面(10)，其中，第一蒸发加热面包括多个基本上垂直布置的、被从下向上流过的第一蒸汽发生管(13)，所述第二蒸发加热面包括多个另外的、基本上垂直布置的、被从下向上流过的第二蒸汽发生管(14)，其中，这样设计所述第一蒸汽发生管(13)，使得在满负荷运行时在第一蒸汽发生管(13)形成的平均质量流密度不低于预定的最小质量流密度。
2.如权利要求1所述的直流式蒸发器(1)，其中，所述预定的最小质量流密度为100kg/m2s。
3.如权利要求1或2所述的直流式蒸发器(1)，其中，这样选择所述第一蒸汽发生管(13)的内径，使得在满负荷运行时在所述第一蒸汽发生管(13)内形成的平均质量流密度不低于预定的最小质量流密度。
4.如权利要求1至3之一所述的直流式蒸发器(1)，其中，所述第一蒸汽发生管(13)的内径在15mm到35mm之间。
5.如权利要求1至4之一所述的直流式蒸发器(1)，其中，多个第一蒸汽发生管(13)相互在热燃气流向上作为管排(11)前后连接。
6.如权利要求1至5之一所述的直流式蒸发器(1)，其中，第一蒸发加热面(8)在热燃气流向上连接在第二蒸发加热面(10)下游。
7.一种废热蒸汽发生器(2)，带有如权利要求1至6之一所述的直流式蒸发器(1)。
8.如权利要求7所述的废热蒸汽发生器(2)，其中，在热燃气流向上在该废热蒸汽发生器的上游连接有燃气透平。
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