CN103917825A - 用于单程水平蒸发器的流量控制装置及方法 - Google Patents

用于单程水平蒸发器的流量控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本文中公开一种单程蒸发器，其包括：入口歧管(202)；一个或更多个入口集管(204)，其与入口歧管流体连通；一个或更多个管叠堆(210)，其中，每个管叠堆包括一个或更多个大致水平蒸发器管；一个或更多个管叠堆与一个或更多个入口集管流体连通；一个或更多个出口集管(206)，其与一个或更多个管叠堆流体连通；出口歧管(208)，其与一个或更多个出口集管流体连通；以及多个流量控制装置，其用以动态地控制至相应的入口集管的流体流。

Description

用于单程水平蒸发器的流量控制装置及方法
相关申请的交叉引用
本公开要求2012年1月17日提交的美国临时申请No. 61/587,332、2012年1月17日提交的美国临时申请No. 61/587,428，2012年1月17日提交的美国临时申请No. 61/587,359，以及2012年1月17日提交的美国临时申请No. 61/587,402的优先权，这些申请的全部内容由此通过参考全部并入。
技术领域
本公开大体涉及余热回收蒸汽发生器(HRSG)，并且更特别地，涉及用于控制具有用于热交换的大致水平和/或水平地倾斜的管的HRSG中的流的方法及设备。
背景技术
余热回收蒸汽发生器(HRSG)为从热气体流回收热的能量回收热交换器。其产生蒸汽，该蒸汽可在过程(热电联合)中使用，或者用于驱动蒸汽涡轮(联合循环)。余热回收蒸汽发生器大体包括四个主要构件—节约器、蒸发器、过热器和水预热器。特别地，自然循环HRSG包含蒸发器加热表面、滚筒(drum)，以及用以便于蒸发器管中的适合的循环率的管路。单程HRSG以单程蒸发器替代自然循环构件，并且这样做时，提供了进展到(offer in-roads to)较高工厂效率，并且此外有助于在没有厚壁滚筒的情况下延长HRSG使用期限。
在图1中示出单程蒸发器余热回收蒸汽发生器(HRSG)100的实例。在图1中，HRSG包括构造成吸收所需的热的、呈一系列竖直平行流动路径/管104和108(配置在导管壁111之间)的形式的竖直加热表面。在HRSG100中，工作流体(例如，水)从源106输送至入口歧管105。工作流体从入口歧管105供给至入口集管112，并且接着供给至第一热交换器104，其中，其被沿水平方向流动的来自炉(未示出)的热气体加热。热气体加热配置在导管壁111之间的管区段104和108。加热的工作流体的一部分转换成蒸气，并且液体与汽化的工作流体的混合物经由出口集管113输送至出口歧管103，其从出口歧管103输送至混合器102，其中，蒸气和液体再次混合，并且分配至第二热交换器108。蒸气与液体工作流体的该分离是不合乎需要的，这是因为该分离产生温度梯度，并且必须进行努力以防止该分离。为了确保来自热交换器104的蒸气和流体良好地混合，它们输送至混合器102，两相混合物(蒸气和液体)从混合器102输送至另一个第二热交换器108，其中，它们经受过热状态。第二热交换器108用于克服热力学限制。接着，蒸气和液体排放至收集容器109，它们接着在用于发电设备(例如，涡轮)之前从收集容器109发送至分离器110。因此，使用竖直加热表面具有许多设计限制。
另外，作为竖直布置的平行管的直接结果，在加热表面下游存在气体侧温度失衡。这些附加的设计考虑利用附加的工程设计和制造，这两者为昂贵的。这些附加特征还需要定期维护，这缩短了工厂的生产运行的时间，并且因此导致生产力的损失。因此，合乎需要的是克服这些缺点。
发明内容
本文中公开一种单程蒸发器，其包括：入口歧管；一个或更多个入口集管，其与入口歧管流体连通；一个或更多个管叠堆，其中，每个管叠堆包括一个或更多个大致水平蒸发器管；一个或更多个管叠堆与一个或更多个入口集管流体连通；一个或更多个出口集管，其与一个或更多个管叠堆流体连通；出口歧管，其与一个或更多个出口集管流体连通；以及多个流量控制装置，其用以动态地控制至相应的入口集管的流体流。
本文中公开一种方法，其包括：通过单程蒸发器排放工作流体；其中，单程蒸发器包括：入口歧管；一个或更多个入口集管，其与入口歧管流体连通；一个或更多个管叠堆，其中，每个管叠堆包括一个或更多个大致水平蒸发器管；一个或更多个管叠堆与一个或更多个入口集管流体连通；一个或更多个出口集管，其与一个或更多个管叠堆流体连通；以及出口歧管，其与一个或更多个出口集管流体连通；以及从炉或锅炉排放热气体穿过单程蒸发器；其中，热气体的流动方向垂直于工作流体的流动方向；以及利用传感器测量工作流体的参数；如果参数位于期望值的外侧，则改变穿过单程蒸发器的工作流体的排放速率；其中，排放速率的变化由流量控制装置引起。
本文中还公开一种单程蒸发器，其包括：入口歧管；一个或更多个入口集管，其与入口歧管流体连通；一个或更多个管叠堆，其中，每个管叠堆包括一个或更多个大致水平蒸发器管；一个或更多个管叠堆与一个或更多个入口集管流体连通；一个或更多个出口集管，其与一个或更多个管叠堆流体连通；出口歧管，其与一个或更多个出口集管流体连通；以及流动堵塞装置，其用以限制至入口集管和蒸发器管中的至少一个和/或来自出口集管和蒸发器管中的至少一个的流体流。
本文中公开一种方法，其包括：通过单程蒸发器排放工作流体；其中，单程蒸发器包括：入口歧管；一个或更多个入口集管，其与入口歧管流体连通；一个或更多个管叠堆，其中，每个管叠堆包括一个或更多个大致水平蒸发器管；一个或更多个管叠堆与一个或更多个入口集管流体连通；一个或更多个出口集管，其与一个或更多个管叠堆流体连通；以及出口歧管，其与一个或更多个出口集管流体连通；以及从炉或锅炉排放热气体穿过单程蒸发器；其中，热气体的流动方向垂直于工作流体的流动方向；以及通过流动堵塞装置改变穿过单程蒸发器的工作流体的排放速率；其中，流动堵塞装置操作成限制至入口集管和蒸发器管中的至少一个和/或来自出口集管和蒸发器管中的至少一个的流体流。
附图说明
现在参考为示例性实施例的附图，并且其中，同样的元件被相似地标记：
图1为具有竖直热交换器管的现有技术的余热回收蒸汽发生器的示意图；
图2描绘了使用开环控制系统中的控制阀的示例性单程蒸发器的示意图；
图3描绘了使用闭环控制系统中的控制阀的示例性单程蒸发器的示意图；
图4描绘了使用流动堵塞装置并具有竖直入口歧管的示例性单程蒸发器的示意图；
图5描绘了使用流动堵塞装置并具有水平入口歧管的示例性单程蒸发器的示意图；
图6描绘了使用具有控制阀的开放控制环路并具有水平入口歧管的示例性单程蒸发器的示意图；
图7描绘了竖直地对齐的管叠堆，其分别与多个入口集管流体连通，而同时与单个出口集管流体连通；系统使用具有控制阀的开放控制环路；
图8描绘了多个竖直地对齐的管叠堆，其分别与多个出口集管流体连通，而同时与单个入口集管流体连通；系统使用具有控制阀的开放控制环路；
图9描绘了单程蒸发器中的竖直地对齐的叠堆的又一个布置。在图8中，两个或更多个竖直地对齐的管叠堆与单个入口集管和单个出口集管流体连通；系统使用具有控制阀的开放控制环路；
图10示出了与多个入口集管流体连通的单独地带(竖直地对齐的管叠堆)；系统使用具有控制阀的开放控制环路；
图11示出了与多个出口集管流体连通的单独地带(竖直地对齐的管叠堆)；系统使用具有控制阀的开放控制环路；
图12示出了与多个入口集管和多个出口集管流体连通的单独地带(竖直地对齐的管叠堆)；系统使用具有控制阀的开放控制环路；
图13(A)描绘了单程蒸发器的管叠堆中的管的一个示例性布置；
图13(B)描绘了单程蒸发器的管叠堆中的管的示例性布置的等距视图；以及
图14描绘了具有包含管的10个竖直地对齐的地带或区段的单程蒸发器，热气体可穿过该单程蒸发器以将它们的热传递至工作流体。
具体实施方式
本文中公开余热回收蒸汽发生器(HRSG)，该余热回收蒸汽发生器包括其管布置成大致水平的单个热交换器或多个热交换器。通过"大致水平的"，暗示管定向为近似水平的(即，布置成在±2度内平行于水平线)。包含水平管的区段(或多个区段)也被称为"单程蒸发器"，这是因为当在亚临界状态下操作时，工作流体(例如，水、氨等)在穿过区段从入口集管至出口集管的单次经过期间逐渐地转换成蒸气。同样地，对于超临界操作而言，超临界工作流体在穿过区段从入口集管至出口集管的单次经过期间加热到较高温度。水平管的区段在下文中被称为"管叠堆"。
单程蒸发器(在下文中为"蒸发器")包括平行管，其沿如下方向水平地配置，该方向垂直于源自炉或锅炉的加热气体的流动方向。平行管在形状上为蛇形的，并且工作流体沿如下方向从入口集管行进至出口集管，该方向平行于彼此但是在流方面为相反的。换言之，工作流体在管的第一区段中沿一个方向行进，并且接着在邻近并平行于第一区段但连接于其的管的第二区段中沿相反方向行进。该流布置被称为逆流，这是因为流体在相同管的不同区段中沿相反方向流动。
在单程操作期间，穿过水平管的工作流体(例如，蒸汽)由于两个位置处的水或蒸汽的密度差而显示蒸发器入口与出口之间的静压头差(即，压差)。静压头差以及非一致的气体流和温度将导致蒸发器管之间的非均匀的流和热吸收分布。为了实现穿过管的平衡流，单程蒸发器设计有控制系统，其可用于控制工作流体流。控制系统依靠控制阀实现其对单程蒸发器的控制。该布置的有利之处在于，其容许管叠堆内的一致的工作流体流分布。
控制系统可为开环系统或闭环系统。在开环系统中，每个控制阀通过特征曲线操作，该特征曲线限定每个负载下的阀位置。因此，这些阀起到可变孔口的作用。
控制系统包括构造成在闭环控制方案下操作的一个或更多个控制阀。变量(诸如温降、压降等)被横跨每个管叠堆监测，并且不论这些变量何时偏离期望值，调整控制阀。例如，横跨每个蒸发器区段的压降在反馈环中用于提供横跨蒸发器区段中的每一个的平衡流体流。
在一个实施例中，所有控制阀协调和控制成实现平衡的流体压降以平衡流分布。换言之，控制系统还使需要处理的非平衡变量优先。例如，如果流体温度不平衡高于一定范围，则流体温度控制将设定在高于流体压力控制的优先级处。接着，控制阀可调整成将流体温度保持在可接受的极限内。可相似地包括其它反馈信号，用于通过控制系统的优先控制。
在另一个实施例中，单程蒸发器包括安装在每个供应管线上的流动堵塞装置(限流器)，该供应管线将工作流体从入口歧管输送至入口集管。流动堵塞装置补偿静压头偏置(static head bias)，并且改进蒸发器流分布。随后将详细地讨论流动堵塞装置。
图2、图13(A)、图13(B)和图14描绘了具有它们的相应控制系统的单程蒸发器200中的多个管叠堆。图2为示例性单程蒸发器200的示意图，其中，单个控制阀指定给每个供应管线，其用于在入口歧管202与竖直地对齐的管叠堆210之间输送工作流体。图13(A)描绘了单程蒸发器的管叠堆中的管的一个示例性布置，而图13(B)描绘了单程蒸发器的管叠堆中的管的示例性布置的等距视图。图14描绘了具有包含管的10个竖直地对齐的地带或区段的单程蒸发器，热气体可穿过该单程蒸发器以将它们的热传递至工作流体。
蒸发器200包括入口歧管202，其接收来自节约器(未示出)的工作流体，并且将工作流体输送至多个入口集管204(n)，多个入口集管204(n)中的每一个与竖直地对齐的管叠堆210(n)流体连通，竖直地对齐的竖直管叠堆210(n)包括大致水平的一个或更多个管。流体从入口集管204(n)传送至多个管叠堆210(n)。出于简单的目的，在本说明书中，附图中描绘的多个入口集管204(n),204(n+1)...和204(n+n')被共同地称为204(n)。相似地，多个管叠堆210(n),210(n+1),210(n+2)...和210(n+n')被共同地称为210(n)，并且多个出口集管206(n),260(n+1),260(n+2)...和206(n+n')被共同地称为206(n)。
如可在图2和图3中看到的，多个入口管叠堆210(n)因此分别在多个入口集管204(n)与出口集管206(n)之间竖直地对齐。管叠堆210(n)的每个管由板(未示出)支承在适当位置。在横过管叠堆210(n)之后，工作流体排放至出口歧管208，其从出口歧管208排放至过热器。入口歧管202和出口歧管208可取决于单程蒸发器的空间要求而水平地配置或竖直地配置。图2示出了具有竖直入口歧管202的单程蒸发器。
来自炉或锅炉(未示出)的热气体垂直于管210中的工作流体的流动方向行进。热从热气体传递至工作流体以增大工作流体的温度，并可能将工作流体中的一些或全部从液体转换成蒸气。在下面提供单程蒸发器的构件中的每一个的细节。
如在图2中看到的，入口集管包括或更多个入口集管204(n),204(n+1)…和204(n)(在下文中大体由用语"204(n)"表示)，该入口集管中的每一个与入口歧管202操作连通。在一个实施例中，一个或更多个入口集管204(n)中的每一个与入口歧管202流体连通。入口集管204(n)分别与多个水平管叠堆210(n),210(n+1),210(n'+2)...和210(n)(在下文中被称为大体由用语"210(n)"表示的"管叠堆")流体连通。每个管叠堆210(n)与出口集管206(n)流体连通。因此，出口集管包括多个出口集管206(n),206(n+1),206(n+2)…和206(n)，该出口集管中的每一个分别与管叠堆210(n),210(n+1),210(n+2)...和210(n)和入口集管204(n),204(n+1),204(n+ 2)…和204(n)流体连通。
用语"n"为整数值，而"n'"可为整数值或分数值。因此，n'可为分数值，诸如1/2、1/3等。因此，例如，因此可存在一个或更多个分数入口集管、管叠堆或出口集管。换言之，可存在一个或更多个入口集管和出口集管，其尺寸为其它入口集管和/或出口集管的分数。相似地，可存在包含容纳在另一个叠堆中的分数值的数量的管的管叠堆。将注意，具有附图标记n'的阀和控制系统实际上不以分数形式存在，而是如果期望容纳由分数蒸发器区段处理的较小体积，则可缩小尺寸。
图3(A)描绘了包含水平地配置的管的8个竖直地对齐的管叠堆。管叠堆210(n)具有配置在管叠堆之间的空间239，挡板240放置到空间239中，挡板240使热气体偏转到空间239上方和下方的管叠堆中。图3(A)具有配置在空间270中的分数管叠堆。图3(B)为包含两个竖直地对齐的管区段的单程蒸发器的等距视图，示出了管相对于热气体的流动方向的对齐。
图14描绘了另一个示例性装配单程蒸发器。图14示出了单程蒸发器，其具有包含管的10个竖直地对齐的管叠堆210(n)，热气体可穿过该单程蒸发器以将它们的热传递至工作流体。管叠堆安装在框架300中，框架300包括两个平行的竖直支承杆302和两个水平的支承杆304。支承杆302和304通过焊缝、螺栓、铆钉、螺纹和螺母等固定地附接或可拆卸地附接于彼此。
接触板250的柱306配置在单程蒸发器的上表面上。每个柱306支承板，并且板从柱306挂着(即，它们被悬挂)。板250(如以上详述的)使用U形夹板锁定在适当位置。板250还支承相应的管叠堆210(n)并将其保持在适当位置。在该图14中，仅每个管叠堆210(n)的最上管和最下管示出为管叠堆的一部分。为了读者方便并且为了清楚起见，省略每个管叠堆中的其它管。
因为每个柱306保持或支承板250，所以柱306的数量因此等于板250的数量。在一个实施例中，整个单程蒸发器由接触水平柱304的柱306支承和支持。在一个实施例中，柱306可为联结柱，其接触平行的水平柱304中的每一个，并且支承管叠堆的全部重量。单程蒸发器的重量因此由柱306支承。
每个区段安装到相应的板上，并且相应的板接着由联结柱300在整个管叠堆的外周处保持在一起。许多竖直板支承这些水平热交换器。这些板设计为用于模块的结构支承件，并且向管提供支承以限制偏转。水平的热交换器在车间装配成模块并且运输至场地。水平热交换器的板在现场连接于彼此。
在一个实施例中，单程蒸发器可包括与2个或更多个管叠堆流体连通的2个或更多个入口集管，该2个或更多个管叠堆与2个或更多个出口集管流体连通。在一个实施例中，单程蒸发器可包括与3个或更多个管叠堆流体连通的3个或更多个入口集管，该3个或更多个管叠堆与3个或更多个出口集管流体连通。在另一个实施例中，单程蒸发器可包括与5个或更多个管叠堆流体连通的5个或更多个入口集管，该5个或更多个管叠堆与5个或更多个出口集管流体连通。在又一个实施例中，单程蒸发器可包括与10个或更多个管叠堆流体连通的10个或更多个入口集管，该10个或更多个管叠堆与10个或更多个出口集管流体连通。不存在对与彼此和与入口歧管和出口歧管流体连通的管叠堆、入口集管和出口集管的数量的限制。每个管叠堆被称为地带。
图2描绘了用于控制单程蒸发器中的流体流的开环系统。在图2中，在入口歧管202与入口集管204(n)之间的每个流体供应管线214(n)设置有控制阀212(n)。控制阀212(n)为如下阀，其用于通过响应于从控制器接收的信号完全或部分地开启或闭合而控制诸如流量、压力、温度和液位的状态，该控制器比较"设定点"与"过程变量"，过程变量的值由监测这种状态的变化的传感器提供。控制阀的开启或闭合通常通过电致动器、液压致动器或气动致动器(未示出)自动地完成。定位器可用于基于电信号或气动信号来控制致动器的开启或闭合。因为不存在于图2中示出的单程蒸发器中使用的反馈环，所以图2中描绘的系统为开环系统。
这些控制阀因此起到可变孔口的作用，并且当特定蒸发器区段上的负载不同于过程变量曲线上的给定设定点时，阀开启或闭合以容许更多工作流体或更少工作流体分别进入蒸发器区段。通过这样做，在特定蒸发器区段中保持较大平衡。阀从由球阀、闸阀、闸门阀、球形阀、隔膜阀、回转阀、活塞阀等组成的组中选定。如果期望，则一个或更多个阀可在单个管线中使用。如以上提到的，每个阀配备有致动器。
图3描绘了图2的示例性单程蒸发器系统200，其具有与多个控制阀212(n)操作连通的中心控制器216，具有多个压差传感器(压降仪器(PDI))218(n)，并且具有多个温度传感器(TI)220(n)。图3描绘了闭环系统。从图3可看到，每个蒸发器区段210(n)与控制阀212(n)流体连通，并且分别与压差传感器218(n)和温度传感器220(n)流体连通。压差传感器位于每个蒸发器区段210(n)的中心或该中心周围，并且测量横跨每个管区段210(n)的压降，而温度传感器220(n)位于每个蒸发器区段的外侧(即，在出口集管中)，并且测量温度变化。横跨每个蒸发器区段210(n)的流体压降由相应的压差传感器218(n)感测，并且用作用于控制器216的反馈信号，以调整相应的控制阀212(n)。相似地，由温度传感器测量的温度的变化用作用于控制器216的反馈信号，以调整控制阀212(n)。其它传感器(诸如质量流率传感器、体积传感器、光学传感器(用于检测相分离)等)也可连同中心控制器使用。换言之，其它反馈信号(诸如质量或体积流率、液体与蒸气的相分离的速率等)可用于控制装置中的平衡。
因为来自流体管线214(n)的信息由控制器216获得，并且用于经由相应的阀212(n)控制流体管线中的流体流，所以图3中描绘的系统为闭环。控制器216可收集来自多个管区段210(n)和流体流管线214(n)的信息，并且取决于系统期望的性能同时地或顺序地调整管线中的一些或全部中的流体流。
中心控制器216基于从压差传感器218(n)和温度传感器220(n)接收的输入来控制阀212(n)。中心控制器216还基于由使用者输入的预定设定来使响应优先。例如，如果压力偏差大于温度偏差，则中心控制器216以如下方式调整控制阀，使得在处理温度偏差之前补偿压力设定。另一方面，如果流体温度偏离某一预定范围以上，则流体温度控制可设定在高于压力控制的优先级处。一个或更多个控制阀可调整成将流体参数保持在可接受的极限内。虽然图2和图3示出了每个流体供应管线214(n)包含控制阀，但是预想一些管线可不包含阀(即，它们可不受控)。另外，虽然图3示出了每个蒸发器区段210(n)具有压差传感器和温度传感器，但是预想蒸发器区段中的一些可仅配备有两个传感器中的一个。一些蒸发器区段可使用开环控制系统(如图2所示)，而其它蒸发器区段可具有封闭控制系统(如图3所示)。
在另一个实施例中，所有阀212(n)的控制由中心控制器216协调，以实现平衡的流体压降(具有一些公差)，并因此实现蒸发器区段210(n)中的每一个中的平衡流分布(或非平衡分布，如果期望)。
在图3中示出的实施例中，中心控制器216响应于横跨蒸发器管的相应区段或地带的压降和/或相应出口集管的出口处的温度来单独地控制流量控制装置(即，阀212(n))中的每一个。在一种情况下，假定相应的出口集管的出口处的温度在一定温度范围内，则每个相应流量控制装置由横跨蒸发器管的相应区段或地带的压降控制。如果温度位于可接受的温度范围的外侧，则控制器响应于温度控制对应的流量控制装置，直到温度降回可接受的温度范围内。虽然特定参数已示出成提供反馈用于控制流量控制阀212(n)，但是本发明设想在任何位置的任何流体参数可单独地使用或者连同多个参数使用。此外，任何系统参数(诸如系统上的负载或穿过蒸发器的流体流的热曲线)可单独地使用或者连同任何其它输入参数使用。
在一个实施例中，中心控制器216可与计算机或微处理器电连通，其中，从各种传感器取回的数据储存用于未来分析。数据可用于调整设定用于传感器的未来参数。
如以上提到的，单程蒸发器包括一个或更多个流动堵塞装置。如可在图4和图5中看到的，第一流动堵塞装置220(n)安装在离开公共入口歧管的每个供应管线214上。第二流动堵塞装置222(n)安装在管叠堆210(n)中的每个管道上。图4具有公共竖直入口歧管202，而图5具有公共水平入口集管202，单独的供应管线214从公共水平入口歧管202将来自歧管的工作流体输送至相应的入口集管204(n)。虽然图4和图5示出了每个供应管线214(n)包含至少一个流动堵塞装置，但是可存在安装在单个供应管线中的多于一个流动堵塞装置。另外，供应管线中的一些可不使用流动堵塞装置。以相似的方式，管叠堆210(n)中的管可使用或可不使用流动堵塞装置。换言之，流动堵塞装置为任选的，并且典型地在流动路径上的净静压头高达该流动路径的总摩擦压力损失的50%时使用。
第一流动堵塞装置220(n)补偿静压头偏置，并且改进蒸发器流分布。来自流动堵塞装置的附加摩擦损失将减小由于单程蒸发器区段之间的静压头差而产生的对流分布的影响。流动堵塞装置定尺寸成使得在任何操作负载下，该堵塞装置连接于其的每个流动路径上的净静压头高达该特定流动路径中的总摩擦压力损失的大约50%，具体地高达大约40%，并且具体地高达30%。如果在没有来自流动堵塞装置的压降的情况下满足该条件，则流动堵塞装置的使用为任选的。此处，流动路径限定为水/蒸汽必须在入口歧管的入口与出口歧管的出口之间流动穿过其的路径。
第二流动堵塞装置222(n)提供穿过蒸发器管的每个区段或地带的流分布的静态控制和/或管的区段或地带内的管的单独控制。第二流动堵塞装置222(n)可放置在每个管上，或者放置在包含多个管的每个管组上。
第一流动堵塞装置和第二流动堵塞装置包括限制流体流的任何装置，诸如孔口、文氏管、限流板、喷嘴或尺寸减小的管路。人们还将认识到，本发明设想虽然流动堵塞装置位于蒸发器和区段的入口端处，但是堵塞装置还可位于管叠堆210(n)中的管的出口侧和/或出口集管208的出口处。事实上，流动堵塞装置可位于处于任何组合的这些入口位置和出口位置中的任何一个。此外，流率由于流动堵塞装置而可按区段或地带变化，并且/或者按单独的管变化。
流动堵塞装置可位于入口集管内或离开入口集管的管上，并且可设计有一个一致尺寸或不同尺寸。流动堵塞装置和管定尺寸成使得在所有操作负载下，每个区段上的入口集管与出口集管之间的静压头差不大于穿过该区段的总摩擦压力损失的25%。
在一个实施例中，单程蒸发器200可使用流动堵塞装置和控制阀两者。控制阀可为开环系统或闭环系统的一部分。图6至12示出了单程蒸发器的各种构造，所有构造可使用图2中描绘的开环控制系统。虽然图6至12示出了图2的开环系统，但是预想，图3中描绘的闭环控制系统也可在这些单程蒸发器系统中使用。可选地，如上所述，图6至12中描绘的单程系统可使用流动堵塞装置以及控制阀两者。还可看到，如果期望，则图6至12中的阀可容易地由流动堵塞装置替换。
本文中描述的流量控制系统的有利之处在于，流量控制阀提供穿过蒸发器管的每个区段或地带的流分布的动态控制或可变控制。流量控制阀包括可利用管可变地或动态地控制流体流的任何装置。人们还将认识到，本发明设想虽然流量控制阀位于每个蒸发器区段或地带的入口集管的入口处，但是堵塞装置也可位于出口集管的出口侧。事实上，流量控制阀可位于处于任何组合的这些入口位置和出口位置中的任何一个。此外，流率由于流量控制阀而可按区段或地带变化。本发明还设想，动态地或可变地控制开环模式或闭环模式中的流分布的该方法适用于上文中提供的所有实施例。此外，此处提出的控制构思可套装有大型工厂控制系统(例如，级联控制系统、单程控制器等)。
将注意，本申请与具有Alstom卷号W11/122-1，W12/001-0,W11/123-1,W12/093-0，W11/120-1,W11/121-0和W12/110-0的专利申请同时提交，这些申请的全部内容通过参考全部并入本文中。“最大连续负载”表示发电厂的额定满负载状态。
锅炉的"单程蒸发器区段"用于以各种百分比的最大连续负载(MCR)将水转换成蒸汽。
"近似水平的管"本质上为水平地定向的管。"倾斜的管"为既不在水平位置也不在竖直位置的管，但是如示出的，相对于入口集管和出口集管在其间成角度配置。
将理解，虽然用语"第一"、"第二"、"第三"等可在本文中用于描述各种元件、构件、区域、层和/或区段，但是这些元件、构件、区域、层和/或区段将不被这些用语限制。这些用语仅用于将一个元件、构件、区域、层或区段与另一个元件、构件、区域、层或区段区分开。因此，以下讨论的"第一元件"、"第一构件"、"第一区域"、"第一层"或"第一区段"可被称为第二元件、第二构件、第二区域、第二层或第二区段，而不背离本文中的教导。
本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并且不意图限制。如本文中使用的，单数形式(如"一"或"一个"和"该")意图还包括复数形式，除非上下文清楚地另外指出。还将理解，用语"包括(comprises)"和/或"包括(comprising)"或"包含(includes)"和/或"包含(including)"在用于本说明书中时，指定存在规定的特征、区域、整数、步骤、操作、元件和/或构件，但不排除存在或添加一个或更多个其它特征、区域、整数、步骤、操作、元件、构件和/或其组合。
此外，相对用语(诸如"下"或"底部"和"上"或"顶部")可在本文中用于描述如图所示的一个元件与另一个元件的关系。将理解，相对用语意图包含除了图中描绘的方位之外的装置的不同方位。例如，如果图中的一个中的装置倒置，则描述为在其它元件的"下"侧的元件将定向在其它元件的"上"侧。因此，示例性用语"下"可取决于图的特定方位而包含"下"和"上"的方位两者。相似地，如果图中的一个中的装置倒置，则描述为在其它元件"下方"或"下面"的元件将定向在其它元件"上方"。因此，示例性用语"下方"或"下面"可包含上方和下方的方位两者。
除非另外限定，本文中使用的所有用语(包括技术用语和科学用语)具有本公开所属领域的技术人员通常理解的相同意思。还将理解，诸如常用词典中限定的这些用语的用语应当理解为具有与在相关技术和本公开的上下文中的它们的意思一致的意思，并且将不在理想化或过于正式的意义上理解，除非本文中明确地如此限定。
参考截面图在本文中描述示例性实施例，该截面图为理想化的实施例的示意图。就此而言，将预料到由例如制造技术和/或公差引起的从示图的形状的变化。因此，本文中描述的实施例不应当看作是受限于如本文中示出的区域的特定形状，而是将包括例如由制造引起的形状的偏差。例如，示出或描述为平坦的区域通常可具有粗糙和/或非线性的特征。此外，示出的锐角可变成圆形。因此，图中示出的区域本质上为示意性的，并且它们的形状不意图示出区域的精确形状，并且不意图限制本权利要求的范围。
用语和/或在本文中用于表示"和"以及"或"两者。例如，"A和/或B"看作是表示A、B或A和B。
过渡用语"包括"包括过渡用语"基本上由…组成"和"由…组成"，并且可与"包括"互换。
虽然本公开描述示例性实施例，但是本领域技术人员将理解，在不背离公开的实施例的范围的情况下，可作出各种变化，并且等同物可代替其元件。另外，可作出许多修改以使具体情形或材料适合于本公开的教导而不背离本公开的实质范围。因此，意图是，本公开不受限于公开为设想用于执行本公开的最佳模式的具体实施例。
虽然已参考各种示例性实施例描述本发明，但是本领域技术人员将理解，在不背离本发明的范围的情况下，可作出各种变化，并且等同物可代替其元件。另外，可作出许多修改以使具体情形或材料适合于本发明的教导而不背离本发明的实质范围。因此，意图是，本发明不受限于公开为设想用于执行本发明的最佳模式的具体实施例，而是本发明将包括落入在所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (20)

1. 一种单程蒸发器，其包括：
入口歧管；
一个或更多个入口集管，其与所述入口歧管流体连通；
一个或更多个管叠堆，其中，每个管叠堆包括一个或更多个大致水平蒸发器管；所述一个或更多个管叠堆与所述一个或更多个入口集管流体连通；
一个或更多个出口集管，其与一个或更多个管叠堆流体连通；
出口歧管，其与所述一个或更多个出口集管流体连通；以及
多个流量控制装置，其用以动态地控制至相应的入口集管的流体流。
2. 根据权利要求1所述的单程蒸发器，其特征在于，还包括用于测量所述蒸发器的参数的至少一个传感器；其中，所述传感器与所述流量控制装置操作连通。
3. 根据权利要求2所述的单程蒸发器，其特征在于，所述流量控制装置为阀，并且位于所述入口歧管与所述入口集管中的至少一个之间。
4. 根据权利要求3所述的单程蒸发器，其特征在于，所述阀与致动器连通。
5. 根据权利要求2所述的单程蒸发器，其特征在于，还包括与所述流量控制装置和所述至少一个传感器操作连通的控制器。
6. 根据权利要求5所述的单程蒸发器，其特征在于，所述控制器基于从所述至少一个传感器接收的信号来调节所述阀。
7. 根据权利要求1所述的单程蒸发器，其特征在于，所述蒸发器的每个地带由蒸发器管的单独区段形成，并且其中，所述地带竖直地对齐。
8. 根据权利要求2所述的单程蒸发器，其特征在于，所述传感器为压力传感器、应变传感器、温度传感器、相变传感器、质量流率或体积流率传感器，或它们的组合。
9. 根据权利要求2所述的单程蒸发器，其特征在于，所述传感器包括位于所述出口集管处的温度传感器。
10. 根据权利要求2所述的单程蒸发器，其特征在于，所述传感器包括位于所述管叠堆的管中的压力传感器。
11. 一种方法，其包括：
通过单程蒸发器排放工作流体；其中，所述单程蒸发器包括：
入口歧管；
一个或更多个入口集管，其与所述入口歧管流体连通；
一个或更多个管叠堆，其中，每个管叠堆包括一个或更多个大致水平蒸发器管；所述一个或更多个管叠堆与所述一个或更多个入口集管流体连通；
一个或更多个出口集管，其与一个或更多个管叠堆流体连通；以及
出口歧管，其与所述一个或更多个出口集管流体连通；以及
从炉或锅炉排放热气体穿过所述单程蒸发器；其中，热气体的流动方向垂直于所述工作流体的流动方向；以及
利用传感器测量所述工作流体的参数；
如果所述参数位于期望值的外侧，则改变穿过所述单程蒸发器的所述工作流体的排放速率；其中，所述排放速率的变化由流量控制装置引起。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括将热从所述热气体传递至所述工作流体。
13. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述参数为压力、应变、温度、相变、质量流率或体积流率，或它们的组合。
14. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括在所述传感器与中心控制器之间通信。
15. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括在所述中心控制器与所述流量控制装置之间通信。
16. 一种单程蒸发器，其包括：
入口歧管；
一个或更多个入口集管，其与所述入口歧管流体连通；
一个或更多个管叠堆，其中，每个管叠堆包括一个或更多个大致水平蒸发器管；所述一个或更多个管叠堆与所述一个或更多个入口集管流体连通；
一个或更多个出口集管，其与一个或更多个管叠堆流体连通；
出口歧管，其与所述一个或更多个出口集管流体连通；以及
流动堵塞装置，其用以限制至入口集管和蒸发器管中的至少一个和/或来自出口集管和蒸发器管中的至少一个的流体流。
17. 根据权利要求16所述的单程蒸发器，其特征在于，所述流动堵塞装置包括用以限制至每个相应入口集管的所述流体流的相应流动堵塞装置。
18. 根据权利要求16所述的单程蒸发器，其特征在于，所述流动堵塞装置包括用以限制至每个蒸发器管的所述流体流的相应流动堵塞装置。
19. 根据权利要求16所述的单程蒸发器，其特征在于，所述蒸发器的每个地带由蒸发器管的单独区段形成。
20. 一种方法，其包括：
通过单程蒸发器排放工作流体；其中，所述单程蒸发器包括：
入口歧管；
一个或更多个入口集管，其与所述入口歧管流体连通；
一个或更多个管叠堆，其中，每个管叠堆包括一个或更多个大致水平蒸发器管；所述一个或更多个管叠堆与所述一个或更多个入口集管流体连通；
一个或更多个出口集管，其与一个或更多个管叠堆流体连通；以及
出口歧管，其与所述一个或更多个出口集管流体连通；以及
从炉或锅炉排放热气体穿过所述单程蒸发器；其中，热气体的流动方向垂直于所述工作流体的流动方向；以及
通过流动堵塞装置改变穿过所述单程蒸发器的所述工作流体的排放速率；其中，所述流动堵塞装置操作成限制至入口集管和蒸发器管中的至少一个和/或来自出口集管和蒸发器管中的至少一个的流体流。
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