CN102906498A - 用于宽范围的运行温度的直通式竖向蒸发器 - Google Patents

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Abstract

提出一种用于蒸汽发生的蒸发器100。蒸发器100包括多个主蒸发器级110，以及次蒸发器级150。各个主级110包括一个或多个主热传递管阵列120、160、联接到阵列120、160上的出口歧管135，以及联接到歧管135上的下导管137。主阵列120中的各个具有用于接收流体的入口，并且布置成横向于通过蒸发器110的气体流。气体加热流过阵列120、160的流体，以形成两相流。出口歧管135接收来自阵列120、160的两相流，并且下导管137将该流作为主级流的分量来进行分配。多个主蒸发器级110中的一个或多个用两相流的相应的分量选择性地形成主级流，并且将主级流提供给次蒸发器级150的入口。

Description

用于宽范围的运行温度的直通式竖向蒸发器
技术领域
本公开大体涉及直通式蒸发器，并且更具体而言，涉及最大程度地降低流不稳定性以在宽范围的运行状况下有改进的可靠性和性能的直通式蒸发器。
背景技术
一般来说，在发生系统(诸如例如蒸汽发生系统)中可采用直通式蒸发器技术，并且直通式蒸发器技术包括多个热交换区段或级。典型地，存在两个热交换级。在第一蒸发器级或主蒸发器级中，流体(诸如例如给水)部分地蒸发而产生蒸汽/水混合物。在第二蒸发器级或次蒸发器级中，流体进一步蒸发至干燥，并且蒸汽被过度加热。
如图1中显示的那样，传统的直通式蒸发器10包括热交换级，例如，各自分别包括成并行阵列的热传递管22和32的主蒸发器级20和次蒸发器级30。管22和32的内部部分内的质量流率由浮力 (例如由对管中的流体的热传递引起的密度差)控制，使得质量流率与对管阵列22和32内的各个单独的管的热输入成比例。一种类型的蒸发器使用布置成顺序阵列的单独管束的竖向管。各个管束(例如图1的束32A)(也称为竖管(harp))具有横向于热气流40(例如烟道气)的一排或多排管。单独的竖管32A布置在气体流的方向上，使得下游竖管(例如竖管32B)比上游竖管32A从温度更低的气体中吸收热。照这样，在气体流的方向上的各个竖管吸收的热比上游竖管所吸收的热更少。
如图1中显示的那样，主蒸发器级20(例如管阵列22)在入口歧管24处接收流体12(例如给水)，并且将水/蒸汽混合物14(例如两相流)从主蒸发器级22的出口歧管26分配到次蒸发器级30(例如管阵列32)中，在次蒸发器级30中进行干燥和过热。次蒸发器级30包括多个入口34，在次级30的各个竖管束处有一个或多个入口。因而，两相流14传送通过次级30的各个分支，例如，竖管32A和32B，以及设置在它们之间的竖管。
运行经验显示，在主蒸发器级20中可出现流不稳定性，这可导致次蒸发器级30的管32内有波动的温度。波动的温度可导致管内有波动的热应力，并且可引起各种管故障，诸如例如管破裂。已知有技术最大程度地降低主蒸发器级中的流不稳定性。例如，已知通过增加跨过管阵列22内的单独的竖管的压降，可克服通常由浮力控制的流率。所采用的技术包括在各排管22的入口中安装孔口，或者减小入口或管本身的内径。
计算显示，主蒸发器中的各排管的阻力的不同的分布会在一定范围的运行状况下保持稳定性。但是，这会限制给定的主蒸发器构造的稳定运行范围。例如，设计成在满负荷运行下提供稳定性的一组孔口在部分负荷运行中可能无效。因而，在部分负荷下运行期间可发生不稳定性。此外，可限制蒸发器在低负荷下的运行的另外的问题在于，在低质量流率下，将两相流14从主蒸发器级20的出口歧管26传送到次蒸发器级30中的下导管(例如图1的管道28)中的速度可变得太低，以至于无法向下带走蒸汽泡以及将蒸汽泡带离出口歧管26。因此，或者在下导管(管道28)的顶部部分中以及/或者在主蒸发器出口歧管26处或者在两者处可能有蒸汽聚集。蒸汽聚集可引起额外的流不稳定性。
因此，需要开发用于减轻流不稳定性和波动热应力，由此可最大程度地减少管故障的系统和方法。
发明内容
根据本文示出的各方面，提供一种用于蒸汽发生的蒸发器。该蒸发器包括多个主蒸发器级和次蒸发器级。多个主蒸发器级中的各个包括一个或多个主热传递管阵列、联接到一个或多个主管阵列上的出口歧管，以及联接到出口歧管上的下导管。各个主管阵列具有用于接收流体的入口，并且布置成横向于通过蒸发器的气体流。该气体流加热流过主管阵列的流体，以形成两相流。出口歧管接收来自主管阵列的两相流。下导管将来自出口歧管的两相流作为主级流的分量来进行分配。多个主蒸发器级中的一个或多个用两相流的相应的分量选择性地形成主级流，并且将主级流提供给次蒸发器级。次蒸发器级包括一个或多个次热传递管阵列。各个次管阵列联接到入口上，并且布置成横向于通过蒸发器的气体流。
在一个实施例中，各个次管阵列的入口由用于所有次管阵列的共同的入口构成，使得跨过所有次管阵列并行地接收主级流。在另一个实施例中，各个次管阵列的入口由用于各个次管阵列的单独的入口构成。单独的入口联接到多个主蒸发器级中的相应的一个的下导管上，使得单独的入口从下导管接收主级流的分量。
在又一个实施例中，蒸发器进一步包括联接到各个主管阵列的入口上的至少一个阀。选择性地控制阀，以关闭选择的主管阵列。例如，阀调整主管阵列中的一个或多个之间的压降和质量流率中的至少一个，以最大程度地减少主蒸发器级中的蒸汽聚集。
附图说明
现在参照附图，附图是示例性实施例，并且其中，以类似的方式对类似元件编号：
图1是传统的两级直通式蒸发器的简化框图；
图2是根据一个实施例来构造和运行的直通式蒸发器的简化框图；
图3是根据另一个实施例来构造和运行的直通式蒸发器的简化框图；以及
图4是根据另一个实施例来构造和运行的直通式蒸发器的简化框图。
具体实施方式
本文公开用于控制和优化蒸发器(诸如例如在例如发生装置中采用的直通式蒸发器)内的压力、质量流率和温差中的至少一个的系统和方法。控制和优化系统选择性地调节蒸发器流的管内的压力、质量流量和/或温度，以消除和/或基本最大程度地降低不稳定性和波动的热应力，以改进和/或延长例如管的使用寿命。
在图2中示出的一个实施例中，直通式蒸发器100包括两个热交换级，即，主蒸发器级110和次蒸发器级150。各个级包括多个并行的热传递管阵列，大体在120和160处显示。各个阵列120和160包括一个或多个竖管。例如，主蒸发器级110包括具有竖管122、124、126、128、130、132、134、136和138的阵列120。次蒸发器级150包括具有竖管162、164、166和168的阵列160。各个竖管包括横向于通过蒸发器100的气体流180(例如热气、烟道气等)的一排或多排管。例如，竖管122包括一个或多个下部管122a、一个或多个下部集管122b、一个或多个中间管122c、一个或多个上部集管122d以及一个或多个上部管122e，它们处于流体连通，并且从下部管122a沿竖向向上一直延伸到上部管122e。在一个实施例中，各个竖管124、126、128、130、132、134、136、138、162、164、166和168类似于竖管122而构造。应当理解，为了清楚以及不作为对本公开的限制，图2-4示出了各个竖管阵列120、160、210、250、310和320包括一个下部管、一个下部集管、一个中间管、一个上部集管和一个上部管。
在蒸发器100中，主蒸发器级110接收流体112(例如给水)。流体112在主蒸发器级110中至少部分地蒸发，并且作为两相流139(例如水/蒸汽混合物)通过管道137(例如下导管)从主蒸发器级110的出口歧管135分配到次蒸发器级150中。在次蒸发器级150中，流139进行干燥和过热。如上面参照图1所描述的那样，蒸发器的管的内部部分内的质量流率典型地由浮力(例如，对管中的流体的热传递所引起的密度差)控制。在图2中，使用一个或多个阀140来对主蒸发器级110中的管阵列120中的一个或多个提供可变压降。例如，阀122f、124f、126f、128f、130f、132f、134f、136f和138f分别联接到竖管122、124、126、128、130、132、134、136和138的下部管上。选择性地控制阀140，以单独地、共同地或以它们的组合的方式调整主蒸发器级110中的管阵列120内的压力和/或质量流量中的至少一个。例如，在低流率下，阀140受控制而完全停止主蒸发器级110的阵列120中的一个或多个中的液体流(例如给水)。流在选择性的阵列120(例如竖管122、124、126、128、130、132、134、136和138中的一个或多个)中停止会容许(例如)通过阵列120中的其余阵列的流增加。这种平衡通过主蒸发器级110的液体流的能力防止或至少基本最大程度地减少主蒸发器级110中的汽化(steaming)或离开液体的品质太高。在一个实施例中，在主蒸发器110的后部部分(例如后部是远离气体流180的方向的方向)处的竖管(例如，在竖管138处开始，前进到竖管136，接下来到竖管134，然后到竖管132等)接收温度较低的气体流180。可在没有流体的情况下选择性地运行后部部分处的竖管中的一个或多个。另外，选择性地控制阀142，以调整和平衡进入到次蒸发器级150的竖管162、164、166和168中的流(例如两相流139的部分)，以保持较均匀的离开品质和/或温度，以控制管-管温差。
此外，应当理解，主蒸发器级110的阀122f、124f、126f、128f、130f、132f、134f、136f和138f和/或次蒸发器级150的阀142可选择性地控制进入到各个竖管中的流率，使得离开一个或多个竖管(例如通过上部管，诸如竖管122的上部管122e)的流被加热到需要的或预先确定的温度值或品质值。这样选择地控制通过竖管的流率的至少一个认识到的优点是消除或基本最大程度地减少流在所有运行状况下的不稳定性。
在图3中示出的另一个实施例中，直通式蒸发器200包括多个主蒸发器级210(例如，为了说明而显示了三个级210A、210B和210C)，以及次蒸发器级250。多个主蒸发器级210接收流体112。流体112在主蒸发器级210中的一个或多个中至少部分地蒸发，并且作为两相流239(例如水和蒸汽的流)而从主蒸发器级210分配。例如，多个主蒸发器级210选择性地协作，以将两相流239提供给次蒸发器级250。如图3中显示的那样，第一主蒸发器级210A从出口歧管235A通过第一管道或下导管237A提供流239的第一分量239A，第二主蒸发器级210B从出口歧管235B通过第二管道或下导管237B提供流239的第二分量239B，并且第三主蒸发器级210C从出口歧管235通过第三管道或下导管237C提供流239的第三分量239C。两相流的分量239A、239B和239C中的一个或多个可组合起来形成来自多个主蒸发器级210的两相流239，两相流239被提供给用于次蒸发器级250的共同的入口234。
应当理解，使用多个主蒸发器级210提供下者：例如，在低负荷状况(例如蒸发器200的满负荷的大约百分之四十(40%))下，可关闭主蒸发器级210A、210B和210C中的一个或多个。通过关闭主蒸发器级210A、210B和210C中的一个或多个，其余下导管(例如下导管237A、237B和237C中的一个或多个)中的速度可保持在合适的或合乎需要的幅度处，以消除或至少基本最大程度地减少蒸汽泡增加和聚集的问题。在一个实施例中，蒸发器200可包括阀(诸如图2的阀140和142)，阀用来控制通往多个主蒸发器级210A、210B和210C的单独的竖管以及次蒸发器级250的竖管的流。可使用阀来关闭一个或多个选择的主蒸发器级。在一个实施例中，在例如主蒸发器级的“后面”开始，可停用蒸发器级，其中，级210的前面和后面由通过蒸发器200的气体流的方向限定。在其中形成不稳定性(如由例如次蒸发器250的出口处的波动的温度所确定)的状况下，可停用级。这种不稳定性可能是由于例如主蒸发器出口歧管235A-235C中的蒸汽聚集和/或通过下导管237A-237C的流的较低速度引起的。
在图4中示出的另一个实施例中，直通式蒸发器300包括多个主蒸发器级310(例如，为了说明而显示了四个主蒸发器级310A、310B、310C和310D)，以及次蒸发器级320。各个主蒸发器级310接收流体112。流体112在主蒸发器级310中的一个或多个中至少部分地蒸发，并且作为两相流339(例如水和蒸汽的流)分配到次蒸发器级320。例如，多个主蒸发器级310A、310B、310C和310D协作，以通过相应的管道或下导管337A-337D将流339的分量339A-339D从相应的出口歧管335A-335D供应到次蒸发器级320的单独的入口334A-334D(例如多个次热传递管阵列320A、320B、320C和320D的入口334A-334D)。如图4中显示的那样，第一主蒸发器级310A通过第一管道或下导管337A将流339的第一分量339A从出口歧管335A提供给第四个次管阵列320A的入口334A，第二主蒸发器级310B通过第二管道或下导管337B将流339的第二分量339B从出口歧管335B提供给第三个次管阵列320B的入口334B，第三主蒸发器级310C通过第三管道或下导管337C将流339的第三分量339C从出口歧管335C提供给第二个次管阵列320C的入口334C，并且第四主蒸发器级310D通过第四管道或下导管337D将流339的第四分量339D从出口歧管335D提供给第一个次管阵列320D的入口334D。应当理解，上面描述的主-次蒸发器级布置在次蒸发器320的外部提供较均匀的出口温度，因为来自最后面的主蒸发器(例如第四主蒸发器级310D)的(例如)品质最低的流传送到次蒸发器级的最前面的阵列(例如第一个次管阵列320D)，该处气体温度最高。以类似的方式，随着品质沿气体流的方向从主蒸发器级向前逐渐增加，来自这些级的两相流339的分量传送到次管阵列320A-320C中的相应的一个，气体温度逐渐降低。
应当理解，使用多个主蒸发器级310提供下者：例如，在低负荷状况下，可关闭主蒸发器级310A、310B、310C和310D中的一个或多个，以调整其余下导管(例如下导管337A-337D中的一个或多个)中的速度。在一个实施例中，蒸发器300可包括阀(诸如图2的阀140和142)，阀用来控制通往多个主蒸发器级310的单独的竖管以及次蒸发器级320的竖管的流。
如应理解的那样，选择各个蒸发器级(例如主蒸发器级210、310和次蒸发器级250、320)中的管(例如竖管)的数量，以避免主蒸发器级中汽化，在各个次蒸发器级中实现最佳或优选的过热，以及实现通往对应的次蒸发器级的最佳或优选的质量流量，以最大程度地提高热传递。
虽然参照多种示例性实施例对本公开进行了描述，但本领域技术人员将理解，可在不偏离本发明的范围的情况下作出各种改变，而且等效物可代替本公开的元件。另外，可在不偏离本发明的实质范围的情况下作出许多修改，以使具体情况或内容适于本公开的教导。因此，意图的是本发明不限于被公开为为了执行本发明而构想的最佳模式的特定实施例，相反，本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (8)

1. 一种用于蒸汽发生的蒸发器，包括：
多个主蒸发器级，所述多个主蒸发器级中的各个包括：
　　一个或多个主热传递管阵列，所述主管阵列中的各个具有用于接收流体的入口，并且布置成横向于通过所述蒸发器的气体流，所述气体流加热流过所述一个或多个主管阵列的流体，以形成两相流；
　　出口歧管，其联接到所述一个或多个主管阵列上，并且接收来自所述一个或多个主管阵列的两相流；以及
　　联接到所述出口歧管上的下导管，所述下导管将来自所述出口歧管的两相流作为主级流的分量来进行分配；并且
所述多个主蒸发器级中的一个或多个用所述两相流的相应的分量选择性地形成所述主级流；以及
包括一个或多个次热传递管阵列的次蒸发器级，所述次管阵列中的各个联接到入口上，并且布置成横向于通过所述蒸发器的气体流，所述一个或多个次管阵列接收所述主级流。
2. 根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述蒸发器进一步包括：
联接到所述主管阵列中的各个的入口上的至少一个阀，所述至少一个阀被选择性地控制，以关闭选择的主管阵列。
3. 根据权利要求2所述的蒸发器，其特征在于，所述至少一个阀调整所述主管阵列中的一个或多个之间的压降和质量流率中的至少一个，以最大程度地减少所述主蒸发器级中的蒸汽聚集。
4. 根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述次管阵列中的各个的入口由用于所有所述次管阵列的共同的入口构成，使得跨过所有所述次管阵列并行地接收所述主级流。
5. 根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述次管阵列中的各个的入口由用于所述次管阵列中的各个的单独的入口构成，所述单独的入口联接到所述多个主蒸发器级中的相应的一个的下导管上，所述单独的入口从所述下导管接收所述主级流的分量。
6. 一种用于蒸汽发生的蒸发器，包括：
多个主蒸发器级，所述多个主蒸发器级中的各个包括：
　　一个或多个主热传递管阵列，所述主管阵列中的各个具有用于接收流体的入口，并且布置成横向于通过所述蒸发器的气体流，所述气体流加热流过所述一个或多个主管阵列的流体，以形成两相流；
　　出口歧管，其联接到所述一个或多个主管阵列上，并且接收来自所述一个或多个主管阵列的两相流；以及
　　联接到所述出口歧管上的下导管，所述下导管将来自所述出口歧管的两相流作为主级流的分量来进行分配；并且
所述多个主蒸发器级中的一个或多个用所述两相流的相应的分量选择性地形成所述主级流；以及
包括一个或多个次热传递管阵列的次蒸发器级，所述次管阵列中的各个联接到共同的入口上，并且布置成横向于通过所述蒸发器的气体流，所述一个或多个次管阵列跨过所有所述次管阵列并行地接收所述主级流。
7. 根据权利要求6所述的蒸发器，其特征在于，所述蒸发器进一步包括：
联接到所述主管阵列中的各个的入口上的阀，所述阀被选择性地控制，以关闭选择的主管阵列。
8. 一种用于蒸汽发生的蒸发器，包括：
多个主蒸发器级，所述多个主蒸发器级中的各个包括：
　　一个或多个主热传递管阵列，所述主管阵列中的各个具有接收流体的入口且布置成横向于通过所述蒸发器的气体流，所述气体流加热流过所述一个或多个主管阵列的流体，以形成两相流；
　　出口歧管，其联接到所述一个或多个主管阵列上，并且接收来自所述一个或多个主管阵列的两相流；以及
　　联接到所述出口歧管上的下导管，所述下导管将来自所述出口歧管的两相流作为主级流的分量来进行分配；并且
所述多个主蒸发器级中的一个或多个用所述两相流的相应的分量选择性地形成所述主级流；以及
包括一个或多个次热传递管阵列的次蒸发器级，所述次管阵列中的各个具有入口，并且布置成横向于通过所述蒸发器的气体流，所述一个或多个次阵列的入口中的各个从所述多个主蒸发器中的一个的所述下导管接收所述两相流的分量中的一个。
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