CN103492804B - 用于减少汽鼓中的疲劳的方法和构造 - Google Patents

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Abstract

一种热回收蒸汽发生器，其包括：第一汽鼓(118a)，其用于接收来自蒸发器的水和蒸汽流。第一汽鼓适合于将水和蒸汽流提供到第二汽鼓。第二汽鼓(118b)与第一汽鼓流体连通，并且接收来自第一汽鼓的水和蒸汽流，以及从水和蒸汽流分离蒸汽以形成分离的蒸汽。蒸汽流出口(156)定位在第二汽鼓中，蒸汽流出口适合于从第二汽鼓释放分离的蒸汽。

Description

用于减少汽鼓中的疲劳的方法和构造
技术领域
本文中公开的主题通常涉及具有高压汽鼓的热回收蒸汽发生器。更特别的是，本文中公开的主题涉及在等压下操作的具有多个汽鼓的系统。
背景技术
热回收蒸汽发生器(HRSG)用于回收包含在燃气涡轮或类似源的废气流中的热量，并且将水转变为蒸汽。为了优化总装置效率，HRSG包括在选定压力下操作的一个或多个蒸汽生成回路。
自然和辅助循环锅炉利用在高压下操作的汽鼓，其中蒸汽从水中分离。由于流体密度和操作条件的改变，汽鼓应该有足够的体积，以便允许鼓中的水位的改变。因为鼓的长度通常由空间限制而限制，因此通过增加鼓的内径获得所需要的体积。然而，为了在鼓壁上保持可接受的应力水平，当内径增加时，鼓壁的厚度必须增加。
增加鼓壁厚度增加了在锅炉运转时的整个壁温度梯度，因为其需要花费比较久的时间来加热整个更厚的壁。整个壁温度梯度的增加导致在汽鼓壁上增加的热应力，接着其可继而导致具有破裂形式的汽鼓壁的磨损。汽鼓壁的破裂需要维护或修复，其导致设备停工和额外的费用。
在本文中描述的构造和操作方法被注意到能降低或消除在现有系统中可发现的上述不足。
发明内容
根据本文中所描述的方面，提供一种热回收蒸汽发生器，其包括：第一汽鼓，其用于接收来自蒸发器的水和蒸汽流，第一汽鼓适合于将水和蒸汽流提供到第二汽鼓；第二汽鼓与第一汽鼓流体连通，第二汽鼓用于接收来自第一汽鼓的水和蒸汽流，并且从水和蒸汽流分离蒸汽以便形成分离的蒸汽；和蒸汽流出口，其定位在第二汽鼓中，蒸汽流出口适合于从第二汽鼓释放分离的蒸汽。
在本文中描述的其它方面，提供了一种热回收蒸汽发生器，包括：第一汽鼓，其具有内径和壁厚度，第一汽鼓适合于从蒸发器接收第一水和蒸汽流，以便生成第一蒸汽流；和第二汽鼓，其具有内径和壁厚度，第二汽鼓适合于从蒸发器接收第二水和蒸汽流，以便生成第二蒸汽流；其中，第一汽鼓和第二汽鼓在等压下操作。
在本文中描述的其它方面，提供了一种在热回收蒸汽发生器中生成蒸汽的方法，该方法包括：提供来自蒸发器的第一水和蒸汽流到第一汽鼓；提供来自第一汽鼓的第二水和蒸汽流到第二汽鼓；以及在第二鼓中从水和蒸汽流分离蒸汽，以便生成蒸汽流，其中，第一汽鼓的第一压力等于第二汽鼓的第二压力。
在本文中描述的其它方面，提供了一种在热回收蒸汽发生器中生成蒸汽的方法，该方法包括：提供来自蒸发器的第一水和蒸汽流到第一汽鼓，以便从第一水和蒸汽流分离蒸汽，以便生成第一蒸汽流；以及提供来自蒸发器的第二水流到第二汽鼓，以便从第二水和蒸汽流分离蒸汽以便生成第二蒸汽流；其中，第一汽鼓的第一压力等于第二汽鼓的第二压力。
上述描述的系统和方法，以及其他特征由以下附图和详细说明示例。
附图说明
图1是水平热回收蒸汽发生器的整体透视图；
图2是竖直布置的多个汽鼓的剖视图；
图3是水平布置的多个汽鼓的剖视图；以及
图4是水平布置的多个汽鼓的剖视图。
具体实施方式
如在图1中所示，通常由附图标记100表示的热回收蒸汽发生器(HRSG)是横置型的，但是本文中描述的系统和方法可同样地适用于具有竖直气流的单元。
HRSG100通过收集和利用包含在废气中的热量而生成蒸汽，废气通过燃气涡轮生成。然后生成的蒸汽可用来驱动具有蒸汽涡轮的发电机或可用来作为工艺蒸汽。
HRSG100包括扩展的入口变换管110，在那里气流111从入口管112扩展到包含传热面114的HRSG的全部截面113。传热面114包括各种管束116a-116e，其从气体流111传递热量到包含在其中的介质，例如水。传热面114的各种管束116a-116e可包括，例如，低压节热器、低压蒸发器、高压蒸发器和高压过热器、发生管和下导管。同时在图1中示出的是汽鼓118和排出管(stack)120。
存在于气体流111中的热量从气体流传递到传热面116。热传递生成热水和蒸汽的组合，其提供到汽鼓118，汽鼓118从水中分离蒸汽。蒸汽可用于进一步的工艺，诸如例如发电。同时，气体流111冷却以形成冷却的气体流121，其通过排出管120释放到环境中。尽管没有在图1中示出，但可预计冷却的气体流121可经历进一步的工艺，例如，在经由排出管120释放到环境之前的杂质清除。
如在图1中所示，HRSG100包括单一汽鼓118。然而，可预计HRSG100包括多于一个汽鼓118，每个都在不同的压力下操作以便生成蒸汽。例如，HRSG100可包括高压汽鼓、中压汽鼓，和低压汽鼓，或其任何的组合，高、中间和低压鼓的操作压力因系统和其中执行的参数不同而变化。
在一个实施例中，如在图2中所示，HRSG100包括两个汽鼓：第一汽鼓118a，和第二汽鼓118b。第一汽鼓118a和第二汽鼓118b两者在相等压力下操作。相应地，汽鼓118a、118b两者可以是高压汽鼓、中压汽鼓或低压汽鼓。在一个实施例中，第一汽鼓118a和第二汽鼓118b两者是高压汽鼓。第一汽鼓118a和第二汽鼓118b操作所处的具体压力将取决于它们所采用的系统。
第一汽鼓118a具有给水喷嘴122，其将第一汽鼓118a流体地连接到水源(未示出)。水流123经由给水喷嘴122提供到第一汽鼓118a，以便弥补用于在蒸发器中汽化的水。
另外的水和蒸汽流124经由至少一个流体入口126提供到第一汽鼓118a。水和蒸汽流124经由一组发生管提供到第一汽鼓118a，发生管允许通过与气体流111(图1中示出)交换热而生成蒸汽。发生管可以是成组的并且通过升管128连接到第一汽鼓118a。
图2示出了两个流体入口126，然而可预计第一汽鼓118a可具有比示出的更多或更少的流体入口。在第一汽鼓118a中的流体入口126的数目由升管128的数目决定，升管128与第一汽鼓流体连通，并且将第一汽鼓连接到蒸发器129。
如图2中所示，流体入口126定位在第一汽鼓118a的底部部分130。水和蒸汽流124进入第一汽鼓118a，并且与通过喷水嘴122提供到第一汽鼓的水123结合。第一汽鼓118a适合于利用水123代替离开鼓的蒸汽，并且将水和蒸汽作为水和蒸汽流132提供到第二汽鼓118b。
在第一汽鼓118a中的水，比水和蒸汽流132的密度更大，并且经由连接到下导管138的出口136作为水流134离开第一汽鼓。
水和蒸汽流132上升到第一汽鼓118a的上部部分，并且通过至少一个出口142离开第一汽鼓。如在图2中所示，第一汽鼓118a包括两个出口142，其便于第一汽鼓118a与第二汽鼓118b的流体连通。尽管两个出口142在图2中示出，可预计更多或更少的出口142可以在第一汽鼓118a中利用。
水和蒸汽流132经由一个或多个连接管线144提供到第二汽鼓118b。如图2中所示，有两个连接管线144，其流体地连接第一汽鼓118a与第二汽鼓118b。然而，可预计，可利用更多或更少的连接管线144以连接两个汽鼓118a、118b。
仍然参考图2，第一汽鼓118a和第二汽鼓118b在竖直轴上设置，第二汽鼓定位在第一汽鼓的顶部上。如在图2中示出的，每个汽鼓118a和118b的中心点C定位在Y轴上。竖直布置允许水和蒸汽流124进入第一汽鼓118a的底部部分130，并且经由至少一个出口142作为水和蒸汽流132离开第一汽鼓。水和蒸汽流132上升到第一汽鼓118a的上部部分140，并且经由至少一个连接管线144提供到第二汽鼓118b。
尽管汽鼓118a和118b被示出为以竖直方式沿着Y轴定位，但是可预计汽鼓可处于任何布置，包括水平布置，或在竖直布置和水平布置之间的任何布置。
在上升和从第一汽鼓118a离开之后，水和蒸汽流132被提供到第二汽鼓118b，在那里蒸汽从水中分离。水和蒸汽流132经由定位在第二汽鼓的底部部分148的至少一个流体入口146进入第二汽鼓118b。
蒸汽分离器150与流体入口146流体连通。如在图2中所示，第二汽鼓118b具有两个流体入口146和两个蒸汽分离器150。然而，可预计第二汽鼓118b可包括更多或更少的流体入口146和蒸汽分离器150，并且这种数量可变化，取决于来自第一汽鼓118a的连接管线144的数目。
在第二汽鼓118b中，蒸汽从水和蒸汽流132分离以便形成分离的蒸汽152。分离的蒸汽152上升到第二汽鼓118b的上部部分154，且通过蒸汽流出口156离开。如在图2示出地，蒸汽流出口156定位在第二汽鼓118b的上部部分154中，并且与流体入口146的位置相对。可预计，可利用蒸汽流出口的不同布置和定位。
利用在相同压力下操作的多于一个的汽鼓，允许使用者减小汽鼓的壁158的厚度t，而保持在仅一个汽鼓中时利用的压力和体积。通过降低在HRSG100中利用的汽鼓的壁厚度t，在锅炉启动时整个壁158加热的应力(称为“热应力”)降低。在壁158上的热应力的降低减少或消除了在壁上的破裂形成。在壁158上的破裂形成的减少或消除允许更多启动循环，并且减少了汽鼓维护或更换所需的设施停机时间。
如在图2中所示，第一和第二汽鼓118a、118b具有相同的内径D和相同的壁厚度t。第一和第二汽鼓118a、118b的内径D和壁厚度t的变型在该实施例的范围之内。然而，可预计第一汽鼓118a的内径D和／或壁厚度t可比第二汽鼓118b的内径D和／或壁厚度t更大或更小。相应地，在一个实施例中，第一汽鼓118a的内径D不同于第二汽鼓118b的内径D，而在另一个实施例中，第一汽鼓的壁厚度t不同于第二汽鼓的壁厚度t。
可预计第一和第二汽鼓118a、118b的内径D小于采用单一鼓的系统的内径，单一鼓具有与第一和第二汽鼓118a、118b的总体积类似的体积。类似地，可预计第一和第二汽鼓118a、118b的壁厚度t小于采用单一鼓的系统的壁厚度，单一鼓具有与第一和第二汽鼓118a、118b的总体积类似的体积。
第一和第二汽鼓118a、118b的内径D和壁厚度t在系统和其中使用的参数之间变化，参数例如是压力，体积。标准的单一高压汽鼓具有在大约1700毫米(mm)到大约2000mm之间的内径，同时壁厚度介于大约80mm到大约125mm之间。在一个实施例中，单一汽鼓的体积可通过利用两个汽鼓，例如第一和第二汽鼓118a、118b保持，并且直径和壁厚度降低到单一鼓的值的大约一半(0.50)到大约四分之三(0.75)。在一个实施例中，单一汽鼓的体积可通过利用两个汽鼓，例如第一和第二汽鼓118a、118b保持，并且直径和壁厚度降低到单一鼓的值的0.707。相应地，两个汽鼓可利用与制造单一汽鼓大致相同数量的材料制造。
现在参考图3，在HRSG100中利用的汽鼓可包括至少两个汽鼓，其在相同的压力下操作。图3示出了两个汽鼓，第一汽鼓118a和第二汽鼓118b。第一汽鼓118a在等于第二汽鼓118b操作所处压力的压力下操作。相应地，汽鼓118a、118b两者可以是高压汽鼓、中压汽鼓或低压汽鼓。在一个实施例中，第一汽鼓118a和第二汽鼓118b两者是高压汽鼓。
如在下面详细描述地，在图3中示出的汽鼓每个都独立地分离蒸汽以形成分离的和独立的蒸汽流。因而，HRSG100可适合于包括多于两个汽鼓118以便生成更多蒸汽。
仍然参考图3，第一汽鼓118a适合于接收来自蒸发器162的第一水和蒸汽流160。第一水和蒸汽流160通过流体入口126进入第一汽鼓118a，并且与存在于第一汽鼓中经由水管线163提供的水结合。如在图3中所示，流入口126定位在第一汽鼓118a的底部部分130。可预计第一汽鼓118a具有多于一个的流入口126。类似图2，来自蒸发器162的第一水和蒸汽流160可经由升管128被提供到第一汽鼓118a。
第一汽鼓118a从水和蒸汽流中分离蒸汽以便生成第一蒸汽流164。第一蒸汽流164通过蒸汽流出口166离开第一汽鼓118a。如在图3中所示，蒸汽流出口166在第一汽鼓118a的顶部部分140相对流体入口126定位。
如在图3中所示，在HRSG100中利用的汽鼓也包括第二汽鼓118b。第二汽鼓118b适合于接收来自蒸发器162的第二水和蒸汽流168。第二水和蒸汽流168通过流体入口170进入第二汽鼓118b，并且与通过水管线171提供的水结合。图3中示出的，流体入口170定位在第二汽鼓118b的底部部分148。
尽管在图3中没有示出，但可预计第二汽鼓118b包括多于一个的流体入口170。第二水和蒸汽流168经由升管128提供到第二汽鼓118d。
第二汽鼓118b从水和蒸汽流168分离蒸汽以便生成第二蒸汽流172。第二蒸汽流172经由第二蒸汽流出口174离开第二汽鼓118b。如图3中所示，第二蒸汽流出口174在第二汽鼓118b的顶部部分154相对于流体入口170定位。
图3中示出的构型中的第一和第二汽鼓118a、118b具有相同的内径D和相同的壁厚度t。第一和第二汽鼓118a、118b的内径D和壁厚度t的变型在该实施例的范围之内。然而，可预计第一汽鼓118a的内径D和／或壁厚度t可比第二汽鼓118b的内径D和／或壁厚度t更大或更小。相应地，在一个实施例中，第一汽鼓118a的内径D不同于第二汽鼓118b的内径D，而在另一个实施例中，第一汽鼓的壁厚度t不同于第二汽鼓的壁厚度t。
可预计在图3中示出的实施例中采用的汽鼓，例如第一和第二汽鼓118a、118b和任何另外的汽鼓的内径D，小于采用单一鼓的系统的内径，该单一鼓具有与第一和第二汽鼓118a、118b的总体积相似的体积。类似地，可预计在图3中示出的实施例中采用的汽鼓，例如第一和第二汽鼓118a、118b和任何另外的汽鼓的壁厚度t，小于采用单一鼓的系统的壁厚度，该单一鼓具有与第一和第二汽鼓118a、118b的总体积相似的体积。
第一和第二汽鼓118a、118b的内径D和壁厚度t在系统和在其中使用的参数之间变化，参数例如是压力、体积。标准的单一高压汽鼓具有在大约1700毫米(mm)到大约2000mm之间的内径，其壁厚度介于大约80mm至大约125mm之间。在一个实施例中，单一汽鼓的体积可通过利用两个汽鼓，例如第一和第二汽鼓118a、118b，而保持，并且直径和壁厚度减少到单一鼓的值的大约一半(0.50)到大约四分之三(，0.75)。在一个实施例中，单一汽鼓的体积可通过利用两个汽鼓，例如第一和第二汽鼓118a、118b而保持，并且直径和壁厚度减少到单一鼓的值的0.707。相应地，两个汽鼓可利用与制造单一汽鼓所利用的材料大致相同数量的材料制造。
图3中示出的第一和第二汽鼓118a、118b沿着水平轴X设置，并且分别地并且相互独立地操作。加到HRSG100的另外的汽鼓也沿着水平轴X设置。
尽管汽鼓118a和118b示出为以水平方式沿着X轴定位，可预计汽鼓可处于任何布置，包括竖直布置，或在竖直布置与水平布置之间的任何布置。
如在图3中所示，第二蒸汽流172与第一蒸汽流164结合，然而，可预计第一和第二蒸汽流164、172可不结合。蒸汽流164、172可被利用在HRSG100的其它地方。
现在参考图4，在一个实施例中，第一汽鼓118a经由至少一个连接管线178与第二汽鼓118b流体连通。(多个)连接管线178便于水在第一和第二汽鼓118a、118b之间流动，以便在两个鼓中的水的体积相互可用，以便在每个鼓中保持相同的水位。如果在第一或者第二汽鼓118a、118b中需要补充水，则可经由水管线163、171添加。
可预计第三汽鼓(没有示出)可经由连接管线178流体地连接到第二汽鼓118b。另外的汽鼓，例如，第四和第五汽鼓等，可添加到图4的HRSG100。
尽管已参考各种典型的实施例描述了本发明，但本领域技术人员可理解，可做出各种改变，并且在不脱离本发明的范围的情况下，其元件可等效替代。此外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可做出许多修改以使特定的情形或材料适合本发明的教导。因此，预期本发明不限于作为预计用于执行本发明的最佳方式而公开的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种热回收蒸汽发生器，包括：
多个发生管，其具有从中穿过的水以便通过与穿过所述热回收蒸汽发生器的气体流交换热而生成蒸汽和水，其中，所述多个发生管通过升管集合以便收集穿过所述多个发生管的蒸汽和水；
第一汽鼓，其与所述升管流体地连接以便接收来自所述升管的水和蒸汽流；
第二汽鼓，其与所述第一汽鼓流体地连接以便接收来自所述第一汽鼓的水和蒸汽流，其中，通过设置在所述第二汽鼓中的蒸汽分离器从所述水和蒸汽流分离蒸汽以形成分离的蒸汽；以及
蒸汽流出口，其定位在所述第二汽鼓中以便从所述第二汽鼓释放所述分离的蒸汽。
2.根据权利要求1所述的热回收蒸汽发生器，其特征在于，第一汽鼓和第二汽鼓在等压下操作。
3.根据权利要求1所述的热回收蒸汽发生器，其特征在于，所述第一汽鼓和第二汽鼓在竖直轴上设置，其中，所述第二汽鼓定位在所述第一汽鼓之上。
4.根据权利要求1所述的热回收蒸汽发生器，其特征在于，还包括：
在所述第二汽鼓的底部部分处的至少一个流体入口，所述流体入口适合于接收来自所述第一汽鼓的水和蒸汽流。
5.根据权利要求4所述的热回收蒸汽发生器，其特征在于，还包括与在所述第二汽鼓中的至少一个流体入口流体连通的至少一个蒸汽分离器。
6.根据权利要求4所述的热回收蒸汽发生器，其特征在于，所述蒸汽流出口定位在所述第二汽鼓的顶部。
7.根据权利要求1所述的热回收蒸汽发生器，其特征在于，所述第一汽鼓具有内径和壁厚度。
8.根据权利要求7所述的热回收蒸汽发生器，其特征在于，所述第二汽鼓的内径等于所述第一汽鼓的内径。
9.根据权利要求7所述的热回收蒸汽发生器，其特征在于，所述第二汽鼓的壁厚度等于所述第一汽鼓的壁厚度。
10.一种热回收蒸汽发生器，包括：
多个发生管，其具有从中穿过的水以便通过与穿过所述热回收蒸汽发生器的气体流交换热而生成蒸汽和水，其中，所述多个发生管通过升管集合在一起以便收集穿过所述多个发生管的蒸汽和水；
第一汽鼓，其具有内径和壁厚度，所述第一汽鼓与所述升管流体地连接以便接收第一水和蒸汽流，其中，使蒸汽与水分离以便生成第一分离的蒸汽流；以及
第二汽鼓，其具有内径和壁厚度，所述第二汽鼓与所述升管流体地连接以便接收第二水和蒸汽流，其中，使蒸汽与水分离以便生成第二分离的蒸汽流；
其中，所述第一汽鼓和第二汽鼓具有相等的压力。
11.根据权利要求10所述的热回收蒸汽发生器，其特征在于，所述第一汽鼓的内径等于所述第二汽鼓的内径。
12.根据权利要求10所述的热回收蒸汽发生器，其特征在于，所述第一汽鼓和所述第二汽鼓在水平轴上设置。
13.根据权利要求12所述的热回收蒸汽发生器，其特征在于，所述第一汽鼓与所述第二汽鼓流体连通。
14.根据权利要求10所述的热回收蒸汽发生器，其特征在于，所述第一汽鼓包括第一蒸汽流出口，并且所述第二汽鼓包括第二蒸汽流出口。
15.一种在热回收蒸汽发生器中生成蒸汽的方法，所述方法包括：
使水穿过多个发生管以便提供来自所述发生管的多个水和蒸汽流；
将所述多个水和蒸汽流集合在升管内，以便提供第一水和蒸汽流；
将所述第一水和蒸汽流提供给第一汽鼓；
提供从第一汽鼓至第二汽鼓的第二水和蒸汽流，其中，所述第二汽鼓设置在所述第一汽鼓上方；以及
在第二汽鼓中分离来自水和蒸汽流的蒸汽以便生成蒸汽流，其中，第一汽鼓的第一压力等于第二汽鼓的第二压力。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一汽鼓包括内径和壁厚度，并且所述第二汽鼓包括内径和壁厚度。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述第一汽鼓的内径等于所述第二汽鼓的内径，并且所述第一汽鼓的壁厚度等于所述第二汽鼓的壁厚度。
18.一种在热回收蒸汽发生器中生成蒸汽的方法，所述方法包括：
使水穿过多个发生管以便提供来自所述发生管的多个水和蒸汽流；
将所述多个水和蒸汽流集合在升管内，以便提供第一水和蒸汽流与第二水和蒸汽流；
提供来自所述升管的所述第一水和蒸汽流至第一汽鼓，以从所述第一水和蒸汽流分离蒸汽，以生成第一蒸汽流；以及
提供来自所述升管的所述第二水和蒸汽流到第二汽鼓，以从所述第二水和蒸汽流分离蒸汽，以生成第二蒸汽流；
其中，所述第一汽鼓的第一压力等于第二汽鼓的第二压力。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，还包括：
利用连接管线将第一汽鼓连接到第二汽鼓，其中，连接管线平衡在第一和第二汽鼓中的每一个内的水量。
20.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述第一汽鼓包括内径和第一壁厚度，并且所述第二汽鼓包括内径和壁厚度，所述第一汽鼓的内径等于所述第二汽鼓的内径，并且第一汽鼓的壁厚度等于所述第二汽鼓的壁厚度。
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