CN103562634A - 蒸汽发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种带有燃烧室的蒸汽发生器（1），所述燃烧室带有至少部分地由气密焊接的蒸汽发生器管所形成的周壁（2），其中在燃烧室内布置了至少两个至少部分地由另外的蒸汽发生器管所形成的内壁（4、8），所述内壁（4、8）通过中间收集器（6）在流动介质方面前后相继地连接，具有特别高的使用寿命和特别低的维修需求。为此，流动介质在内壁（4）的接在中间收集器（6）之前的入口（12）处具有比周壁（2）的入口（10）处的流动介质更低的温度。

Description

蒸汽发生器
技术领域
本发明涉及一种带有燃烧室的蒸汽发生器，所述燃烧室带有至少部分地由气密焊接的蒸汽发生器管形成的周壁，其中在燃烧室内布置了至少两个至少部分地由另外的蒸汽发生器管形成的内壁，所述内壁通过中间收集器在流动介质方面前后相继地连接。本发明还涉及一种用于运行此类蒸汽发生器的方法。
背景技术
蒸汽发生器是封闭的、被加热的容器或压力管线系统，其使用目的是产生高温高压蒸汽以用于供热目的或驱动目的（例如，用于驱动蒸汽涡轮机）。在特别高的蒸汽功率和蒸汽压力下，例如在电厂中用于生成能量时，使用水管锅炉，其中通常为水的流动介质处于蒸汽发生器管内。在固体燃烧时也使用水管锅炉，因为通过在其中燃烧各原料产生热能的燃烧室可通过管壁的布置而可任意地构造。
此类具有水管锅炉的构造类型的蒸汽发生器具有燃烧室，所述燃烧室的周壁至少部分地由管壁、即气密地焊接的蒸汽发生器管形成。在流动介质方面，此蒸汽发生器管首先形成了汽化器，未汽化的介质被引入到所述汽化器内并汽化。汽化器在此通常布置在燃烧室的最热的区域内。汽化器在流动介质方面必要时接在用于分离水和蒸汽的装置和过热器之后，在所述过热器内蒸汽被加热到其汽化温度以上，以便在随后的热机中，例如在蒸汽涡轮机中实现高的效率。汽化器可在流动介质方面接在预热装置（所谓的节能器）之前，所述预热装置通过利用废热或余热对供给水进行预热，且也提高了整体设备的效率。
根据蒸汽发生器的结构类型和几何形状，可在燃烧室内布置另外的蒸汽发生器管。这些蒸汽发生器管可例如组装或焊接成内壁。取决于燃烧室内希望的蒸汽发生器管或内壁的布置，可在此要求将内壁在流动介质方面前后相继连接且将其蒸汽发生器管通过中间收集器连接。来自接在前面的内壁的介质流在中间收集器内汇合，且所述中间收集器作为入口收集器用于接在后面的内壁。
但在确定的运行状态下，在中间收集器内可能已出现大于零的蒸汽含量。由于此类蒸汽含量，介质在接在后面的带有简单收集器的内壁上的均匀分布是不可能的，因此可能出现水-蒸汽-分离。接在后面的内壁的各管可能因此在其入口上具有如此高的蒸汽含量或焓，以至于此管可能会过热。这种过热可在长时间运行时导致管的损坏。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是给出一种蒸汽发生器以及一种以上所述类型的蒸汽发生器的运行方法，从而实现蒸汽发生器的特别高的寿命和特别低的维修需求。
此技术问题根据本发明通过使内壁的接在中间收集器之前的入口处的流动介质温度低于周壁的入口处的流动介质温度来解决。
本发明在此从如下考虑出发，即可通过避免过度的蒸汽含量或焓导致的蒸汽发生器管的过热来实现蒸汽发生器的特别高的使用寿命和特别低的维修需求。在此，此高的蒸汽含量特别地表现为在中间连接的收集器情况下已部分汽化的流动介质不均匀地分布到接在后面的蒸汽发生器管上。因此应通过避免水和蒸汽在中间收集器内的两相混合来防止这种不均匀分布。这可通过将接在中间收集器之前的内壁保持无管来实现，使得介质降温且容易地在中间收集器内发生预热。但此解决方法带来结构上的缺点。因此，宁可在进入蒸汽发生器的入口处降低流动介质的温度。
当然，流动介质的入口温度降低导致蒸发过程的更低效率。这是不希望的，此外在加热更低的蒸汽发生器管内或在不带有中间收集器的管壁内-特别是在蒸汽发生器的周壁内，此类降低是不必要的。因此，在此蒸汽发生器管内，不应为改进效率进行入口温度降低。这可通过使在内壁的接在中间收集器之前的入口处的流动介质温度低于周壁的入口处的流动介质温度来实现。
蒸汽发生器的燃烧室具有优选的涡流层燃烧装置。在此，燃烧在由粉碎的固体燃料和热的燃烧空气组成的涡流层内进行。燃料在喷嘴床上保持悬浮且流动。粉碎的燃料粒子具有大的表面积，使得可产生良好的燃尽。强湍流的流动导致很好的冲量交换和热交换，使得在涡流层内存在均匀的温度。在涡流层燃烧的情况下，可获得很低的氮氧化物排放。
在相对较大地设计的带有涡流层燃烧的蒸汽发生器中，流动入口方面的下燃烧区应分为两部分。通过此类“裤腿式”设计，实现了更好的燃料混合且因此实现了更低的可能的分布问题。
因此，在另外的有利构造中，两个对称地布置在燃烧室内的、至少部分地由另外的蒸汽发生器管形成的内壁在流动介质方面接在中间收集器的前面。在此类裤腿式的蒸汽发生器设计中，在向上部燃烧区过渡处需要有中间收集器，使得在此特别强地出现了所述的不均匀的进一步分布的问题。在内壁的接在中间收集器之前的入口处的更低的温度因此在此特别地具有优点。
特别地，具有裤腿式设计的涡流层锅炉目前经常构造为鼓式锅炉，即加热的介质在汽化器的出口处在水蒸汽鼓内分为水部分和蒸汽部分。在此类蒸汽发生器中，由于在背景中的更高的介质流动而出现了前述问题。但前述构造也实现了作为强制循环锅炉的构造，这同时带来的多个优点：强制循环蒸汽发生器可用于亚临界压力以及超临界压力而无需改变方法技术。仅需将管和收集器的壁厚根据所提供的压力进行设计。因此，根据循环原理广泛地已知通过提高蒸汽水平来提高效率的方式。此外，实现了整体设备在滑动压力下的运行。在滑动压力运行时，涡轮机的高压部分内的温度在整个负载区域内保持恒定。由于在部件的直径和壁厚方面的大的尺寸，与锅炉部件相比涡轮机明显负载更大。因此，在滑动压力运行中产生了在负载改变速度、负载变换数量和起动方面的优点。有利地，蒸汽发生器因此构造为强制循环锅炉。
为改进效率或为优化加热面布置，优选预热装置（即所谓的节能器）接在蒸汽发生器的周壁的入口和内壁的入口的前面。此预热装置使用废热来预热流动介质。通过利用废热所产生的更低的排气温度，因此实现了更高的蒸汽发生器的总效率。蒸汽发生器的特别简单的构造因此可通过在蒸汽发生器的内壁和周壁上通过预热装置上的结构措施达到不同温度而实现，即通过提供带有不同预热程度的介质实现。为此，预热装置优选地设计为对于内壁的接在中间收集器之前的入口的一定流动介质比对于周壁入口的一定流动介质受到更低的热输入。为此，预热装置可包括相应地接在前面的多个预热器。
在有利的构造中，在预热器的流动介质方面入口前分支出桥接管路，所述桥接管路开口到内壁的接在中间收集器之前的入口内或开口到接在中间收集器之前的内壁内。以此，以结构上简单的方式实现了绕过预热装置的预热器，且因此实现了在流动介质的桥接分量内的更低的热输入。流动介质的桥接分量可与未桥接分量的一部分以希望的量混合，且因此实现了提供给内壁的流动介质的特别简单的温度降低。
有利地，桥接管路在此包括流量调节阀。以此方式，在运行期间也可特别简单地调节分支的流动介质的量，且实现了简单的温度调节。
在另外的有利的构造中，在流动介质方面在内壁或多个内壁的入口前接有第一预热器，且在流动介质方面在周壁的入口前接有第二预热器，其中第一预热器的热输入低于第二预热器的热输入。带有两个并联的预热器的此构造实现了通过两个预热器的相应的构造分开地对于内壁或周壁控制流动介质的温度。
在另外的有利构造中，在流动介质方面内壁或多个内壁的入口或周壁的入口前接有第一预热器，且在流动介质方面与第一预热器串联地在周壁的入口前面接有第二预热器。以此方式，全部流动介质首先流过第一预热器，然后实现流动介质的用于产生不同的温度的分离。在此，流动介质的一部分被提供到内壁的入口，而流动介质的另外的部分被提供到预热器且然后被提供到周壁。
在方法方面，本发明所要解决的技术问题通过一个具有带有至少部分地由气密焊接的蒸汽发生器管形成的周壁的燃烧室的蒸汽发生器的运行方法解决，其中在燃烧室内布置至少两个至少部分地由另外的蒸汽发生器管形成的内壁，所述内壁通过中间收集器在流动介质方面前后相继连接，且其中，在流动介质方面内壁的接在中间收集器之前的入口被赋予低于周壁入口的温度。
以本发明实现的优点特别地在于，通过使用以不同强度降温的两个介质提供不同的汽化器部分（周壁和内壁），可靠地避免了在中间收集器中的水-蒸汽分离的问题。与对于所有汽化器部分使用降低的入口焓的解决方法相比，汽化器不必放大或仅略微放大，以保证汽化器处的足够高的出口焓。在此，预热装置的特殊构造显示出为供给水赋予不同强度的降温的结构上特别简单的可能性。总之，实现了蒸汽发生器的特别高的使用寿命同时实现了高效率。
附图说明
本发明在下文中根据附图详细解释。各图为：
图1示意性地示出了带有部分桥接的预热装置的强制循环蒸汽发生器的带有涡流层燃烧的燃烧室的下部，
图2示出了带有并联预热器的图1的循环蒸汽发生器，且
图3示出了带有串联预热器的图1的循环蒸汽发生器。
相同的部分在附图中被赋予相同的附图标号。
具体实施方式
蒸汽发生器1在根据图1的示意图中构造为强制循环蒸汽发生器。所述蒸汽发生器包括多个由蒸汽发生器管形成的且被从下向上流过的管壁，即周壁2，以及对称地布置的倾斜定向的内壁4，在流动介质方面在所述内壁4后面通过中间收集器6接有另外的内壁8。循环式蒸汽发生器1因此构造为所谓的“裤腿式”设计。
通过分别为周壁2以及内壁4对应配设的入口10、12，流动介质进入到管壁内。在内部空间14内，固体燃料以涡流层燃烧的形式燃烧且因此实现向管壁内的热输入，这导致流动介质的加热和汽化。如果介质现在以相同的焓进入到所有管壁内，则在中间收集器6可已出现高的蒸汽含量，使得实现在内壁8的管上的不均匀的分布，且在此使带有高蒸汽含量的管过热。
为避免由此导致的缺点，例如更低的使用寿命或更高的维修需求，提供给内壁4的接在中间收集器之前的入口的流动介质具有比提供到周壁2的流动介质更低的温度。在蒸汽发生器1内，在此提供了预热装置16，这保证了在介质流动内的不同的热输入。
根据图1的预热装置16为此包括预热器18，在所述预热器18前接有分支位置20。流动介质的一部分因此在桥接管路22内被引导绕过预热器18。在流动介质方面方向上，在预热器18后面首先接有另外的分支位置24，从所述分支位置24将管路引导到周壁2的入口10。被预热的流动介质的部分因此提供给周壁2。被预热的流动介质的另一部分在管路内被引导，所述管路在混合位置26中与桥接管路22汇合。在此，通过介质流动的混合容易地实现了介质的更低的温度，此更低温度的介质然后提供到内壁4的入口12。通过桥接管路22内的流量调节阀28，在此可容易地调节桥接的流动介质的量且因此容易地调节提供给内壁的流动介质的温度。
图2示出了本发明的替代的构造。蒸汽发生器1在此除了预热装置16之外与图1的情况相同。预热装置16在其流动介质方面入口处包括分支位置30，从所述分支位置30起将两个管路引导到两个预热器18、32内。预热器18的出口在此与周壁2的入口10连接，而预热器32与内壁4的入口12连接。预热器32现在构造为使其具有比预热器18更低的向流动介质内的热输入。因此，在内壁4的入口12处实现了比在周壁2的入口10处更低的温度。通过预热器18、32的合适的构造，可将温度与希望的边界条件匹配。
本发明的另外的构造在图3中图示。在此，蒸汽发生器1除了预热装置16之外与图1所示情况相同。预热装置16在其流动介质方面入口后方首先包括预热器18，在所述预热器18内将全部流动介质加热。然后桥接管路22分支，所述桥接管路22开口在内壁4的入口12内。另一部分流动介质被引导到接在后面的另外的预热器32内。在此，所述另一部分流动介质被加热且然后被引导通过周壁4。通过在预热器32内的附加的加热，此介质具有比引导到内壁4内的介质更高的温度。

Claims (10)

1.一种蒸汽发生器（1），该蒸汽发生器带有燃烧室，所述燃烧室带有至少部分地由气密焊接的蒸汽发生器管所形成的周壁（2），其中在燃烧室内布置了至少两个至少部分地由另外的蒸汽发生器管形成的内壁（4、8），所述内壁（4、8）通过中间收集器（6）在流动介质方面前后相继地连接，且其中，流动介质在内壁（4）的接在中间收集器（6）之前的入口（12）处具有比周壁（2）的入口（10）处的流动介质更低的温度。
2.根据权利要求1所述的蒸汽发生器（1），其中，燃烧室具有涡流层燃烧装置。
3.根据前述权利要求中一项所述的蒸汽发生器（1），其中，在流动介质方面在中间收集器（6）前接有两个在燃烧室内对称布置的、至少部分地由另外的蒸汽发生器管形成的内壁（4）。
4.根据前述权利要求中一项所述的蒸汽发生器（1），其中，所述蒸汽发生器构造为强制循环锅炉。
5.根据前述权利要求中一项所述的蒸汽发生器（1），其中，在流动介质方面在内壁（4）或多个内壁（4）的入口（12）和周壁（2）的入口（10）前接有预热装置（16），所述预热装置（16）构造为对于内壁（4）的接在中间收集器（6）之前的入口（12）的一定流动介质受到比对于周壁（2）的入口（10）的一定流动介质更低的热输入。
6.根据权利要求5所述的蒸汽发生器（1），其中，在预热器（18）的流动介质方面入口前分支出桥接管路（22），所述桥接管路（22）开口到内壁（4）的接在中间收集器（6）之前的入口（12）内或开口到接在中间收集器（6）之前的内壁（4）内。
7.根据权利要求6所述的蒸汽发生器（1），其中，桥接管路（22）包括流量调节阀（28）。
8.根据权利要求5所述的蒸汽发生器（1），其中，在流动介质方面在内壁（4）或多个内壁（4）的入口（12）前接有第一预热器（32），且在流动介质方面在周壁（2）的入口（10）前接有第二预热器（18），其中，第一预热器（32）的热输入低于第二预热器（18）的热输入。
9.根据权利要求5所述的蒸汽发生器（1），其中，在流动介质方面在内壁（4）或多个内壁（4）的入口（12）或周壁（2）的入口（10）前接有第一预热器（18），且在流动介质方面在周壁（2）的入口（10）前面与第一预热器（18）串联地接有第二预热器（32）。
10.一种用于运行带有燃烧室的蒸汽发生器（1）的方法，所述燃烧室带有至少部分地由气密焊接的蒸汽发生器管形成的周壁（2），其中，在燃烧室内布置了至少两个至少部分地由另外的蒸汽发生器管形成的内壁（4、8），所述内壁（4、8）通过中间收集器（6）在流动介质方面前后相继地连接，且其中，提供给在内壁（4）的接在中间收集器（6）之前的入口（12）的流动介质的温度低于提供给周壁（4）的入口（10）的流动介质温度。
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