CN105452767B - 直流式蒸汽生成器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及直流式蒸汽生成器，特别地涉及强制流动直流式蒸汽生成器，其具有基本上长方形的横截面的燃烧腔室(1)，燃烧腔室的燃烧腔室壁包括直流式蒸汽生成器的借助于管网以气密方式连接到彼此的基本上竖直设置的蒸发器管，流介质可以通过该蒸发器管从底部流动到顶部，其中燃烧腔室壁的蒸发器管根据它们的加热程度，在每种情形下都通过上游入口收集器的方式被组合，以形成加热较强的管组(10)和加热不太强的管组(11)，并且其中给水供应(20、S1、S2、S3、S4)被分配到相应入口收集器。这里，用于对进入蒸发器管中的流介质的质量流的调节节流的至少一个调节阀门(R、R1、R2、R3、R4)被提供在给水供应(20、S1、S2、S3、S4)的区域中，并且为了确定用于至少一个调节阀门(R、R1、R2、R3、R4)的控制变量，用于测量离开蒸发器管的流介质的出口温度的温度测量装置被提供在下游出口收集器的区域中，并且其中加热较强的管组(10)和加热不太强的管组(11)中的每个管组在每种情形下都被分配到入口收集器之一和出口收集器，并且出口收集器中的每个出口收集器都具有温度测量装置之一。

Description

直流式蒸汽生成器

技术领域

本发明涉及直流式蒸汽生成器，并且涉及用于操作这一类型的直流式蒸汽生成器的方法。

具体地，本发明涉及用于发电厂设施的直流式或者强制流动式蒸汽生成器，其具有长方形横截面的燃烧腔室，燃烧腔室的每个燃烧腔室壁包括基本上竖直设置的蒸发器管，蒸发器管经由管网以气密方式连接到彼此，并且流介质可以从底部到顶部流动通过蒸发器管。这里，对形成燃烧腔室壁的所述蒸发器管的加热导致流介质一次性完全蒸发。这里，原则上，直流式蒸汽生成器的蒸发器管可以部分地或者在整个长度上以竖直或者垂直和/或螺旋或者盘旋方式设置。这里，直流式蒸汽生成器可以被设计为强制流动式蒸汽生成器，流介质的流动这里由馈送泵推动。

背景技术

纯竖直蒸发器管概念的本质优势是燃烧腔室悬浮装置的简单构造、低的制造和组装花费、以及相对大的维护方便性。与具有盘旋管的燃烧腔室壁相比，以这一方式，投资成本可以被极大地减少。然而，由于设计，具有垂直管的这一类型的蒸发器管概念的温度不平衡与具有盘旋管的燃烧腔室相比大得多。虽然盘旋缠绕的蒸发器管几乎贯穿燃烧腔室的所有加热区域，并且因此可以实现令人满意的加热均衡性，但是垂直管的单独燃烧腔室管仍然在从上游的蒸发器入口集管到下游的蒸发器出口集管的相应加热区域中。因此，强加热的燃烧腔室区域中的管(例如在燃烧器附近，要不然在具有长方形横截面的燃烧腔室的中间壁区域中)在整个管长度上经历连续的附加的加热。弱加热的燃烧腔室区域中的管(特别地，具有长方形横截面的燃烧腔室的角落壁管)相比之下在整个管长度上经历较少的加热。在具有盘旋蒸发器管的设计中，对单独管或者管组的附加加热或者较少加热处于低个位数百分比范围内。在具有垂直管的设计的情形下，相比之下，关于单独蒸发器管的平均热量吸收，已知大得多的附加加热和较少加热。因此，在具有垂直管的燃烧腔室壁的情形下的基本挑战在于控制单独蒸发器管之间的所述大的加热不平衡的能力。

解决上面描述的问题的非常有效的并且已经在DE 4 431 185 A1中公开的方法是根据被称为“低质量流量”设计的垂直管设计。在这一方法中，目标是垂直管中的造成单独蒸发器管的正吞吐量特性的最低可能质量流密度。具体地，这意味着具有较多加热的管具有更高的吞吐量，而具有较少加热的管具有更低的吞吐量。因此，高得不被允许的温度不平衡的出现可以仅通过有针对性地应用物理定律的方式而被有效地抵消。然而，由于对设施效率程度的要求在过去的几年中持续上升，并且因此现场蒸汽温度和压力同样地连续增加，并且此外，越来越大的负载范围也必须通过发电厂设施的方式来覆盖，所以有必要进一步开发所述“低质量流量”设计。

新开发的材料的使用和在处理期间和发电厂设施的操作期间管理这些材料的能力附加地使得有必要再一步减少可能的温度不平衡。

将明显的是，将质量流分布分到单独的燃烧腔室壁区域并且因此分到蒸发器管的不同组，并且接着有针对性地对其进行操纵。具体地，这意味着具有高加热的壁区域优选地将具有比较大的通流速率，而具有低加热的壁区域将具有对应较低的通流速率。为了这一目的，燃烧腔室必须被分为有代表性的壁区域以便将不同的加热区域考虑在内。这通过入口和出口集管的分段方式进行。这里，每个集管分段被分配到具有代表性加热的壁区域。在入口区域中，每个集管分段被提供有专用给水供应线路。通过选取所述供应线路的合适几何配置的方式，或者通过在所述供应线路的区域中安装附加的孔板的方式，将整个给水质量流分到单独的集管分段可以根据相应的加热情况有针对性地执行。

然而，几何上适于彼此的供应线路或孔板具有决定性的劣势，即它们的节流动作随负载而改变。因此，蒸发器中的质量流分布和关联的蒸发器出口处的温度不平衡仅可以针对归于系统的限定的负载范围进行优化。此外，供应线路和孔板两者都仅在精确地知道燃烧腔室周界上的热量分布的情形下可以有针对性地设计并且适于彼此。如果然后在发电厂设施的操作期间出现的热量分布与在供应线路或者孔板的设计计算中所使用的分布不同，则在最不利的情形下，温度不平衡甚至会上升。在有或者没有孔板的情况下，经由对供应线路的几何适配进一步确保设计的构思因此在某些环境下甚至是相反的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供经改善的直流式蒸汽生成器，并且提供用于操作这一类型的直流式蒸汽生成器的对应方法。

根据本公开的第一方面，提供一种直流式蒸汽生成器。该直流式蒸汽生成器具有基本上长方形的横截面的燃烧腔室，燃烧腔室的燃烧腔室壁包括直流式蒸汽生成器的基本上竖直设置的蒸发器管，蒸发器管经由管网以气密方式连接到彼此，并且流介质能够从底部到顶部流动通过蒸发器管，燃烧腔室壁的蒸发器管根据它们的加热程度在每种情形下都通过被设置在上游的入口集管进行组合，以形成加热较多的管组和加热较少的管组，并且相应入口集管被分配有给水供应，并且至少一个控制阀门被提供在给水供应的区域中，以用于对蒸发器管中的流介质的质量流的受控节流，并且用于测量来自蒸发器管的流介质的出口温度的温度测量装置被提供在被设置在下游的出口集管的区域中，以便确定用于至少一个控制阀门的控制变量，并且加热较多的管组和加热较少的管组中的每个管组在每种情形下都被分配到入口集管之一和出口集管，并且出口集管中的每个出口集管具有温度测量装置之一，并且加热较少的管组是基本上长方形的燃烧腔室的角落壁区域，并且四个角落壁区域中的每个角落壁区域都具有在每种情形下都具有一个控制阀门的专用给水供应线路，其中加热较少的管组的给水供应如下这样被减少：将至少一个控制阀门节流到使加热较多的管组的出口温度等于加热较少的管组的出口温度的程度。

根据第一方面的一个实施例，加热较多的管组是基本上长方形的燃烧腔室的中间壁区域，并且四个中间壁区域中的每个中间壁区域都具有在每种情形下都具有一个控制阀门的专用给水供应。

根据第一方面的一个实施例，直流式蒸汽生成器是强制流动式蒸汽生成器。

根据本公开的第二方面，提供一种用于操作根据本公开的第一方面配置的直流式蒸汽生成器的方法，其中，加热较少的管组的给水供应通过如下方式而被减少，即将至少一个控制阀门节流到使得加热较多的管组的出口温度等于加热较少的管组的出口温度的程度。

根据第二方面的一个实施例，加热较多的管组的给水供应通过如下方式而被减少，即将至少一个控制阀门节流到使得加热较多的管组的出口温度等于加热较少的管组的出口温度的程度。

根据第二方面的一个实施例，在加热较多的管组和加热较少的管组之间建立出口温度的均衡化。

本发明的优势在于如下事实：燃烧腔室壁的蒸发器管在每种情形下都根据它们的加热程度通过入口集管(其被设置在上游)而组合，以形成加热较多的管组和加热较少的管组；并且至少一个控制阀门被提供在对应的给水供应区域中，以用于对给水的质量流的受控节流并且因此对流过蒸发器管的流介质的受控节流；并且用于测量来自蒸发器管的流介质的出口温度的温度测量装置被提供在出口集管(其被设置在下游)的区域中，以便确定用于至少一个控制阀门的控制变量；由于如上事实，从而具有垂直管的燃烧腔室的温度不平衡可以以低花费在发电厂设施的整个负载范围内有效地被最小化，甚至在直流式蒸发器的设计几乎未改变的情形下也是如此。在最有利的情形下，仅一个作为控制配件的附加控制阀门和对应控制概念将被提供用于这一目的。这里，根据本发明的用于操作这一类型的直流式蒸汽生成器的方法提供如下内容，即加热较少的管组的给水供应通过如下方式而被减少：将至少一个控制阀门节流到加热较多的管组的出口温度等于加热较少的管组的出口温度或者处于相似水平的程度。

加热较多的管组和加热较少的管组中的每个管组优选地在每种情形下都被分配到入口集管之一和出口集管，并且每个出口集管具有温度测量装置之一。这里，温度测量装置优选地被安装在从出口集管发出的线路中，因为混合温度在这里被测量。

具体地，在角落壁区域中具有显著较少加热的管组的基本上长方形的燃烧腔室的情形下，如果四个角落壁区域中的每个角落壁区域都具有专用给水供应线路(在每种情形下都具有一个专用控制阀门)则可以是有利的。直流式蒸汽生成器的具有垂直管的蒸发器壁的出口处的温度分布的进一步均衡可以借助于所述升级实现，如果需要的话，所述升级还可以以模块化方式执行。在这些情况下，甚至可以想到的是，向直流式蒸汽生成器装备从入口到出口的完整通路中的管，其结果是，迄今为止所提供的换向集管可以被免除。对于动态稳定而言可能需要的压力均衡这里可以借助于便宜得多的压力均衡集管实现。

附图说明

现在将使用下图通过示例的方式解释本发明，其中：

图1图解式地示出了具有长方形燃烧腔室的直流式蒸汽生成器的根据本发明的实施例的横截面，并且

图2图解式地示出了根据本发明的第二实施例。

具体实施方式

本发明基于如下概念：将流过燃烧腔室1中的蒸发器管的流介质的质量流分布分段为加热较多的管组10和加热较少的管组11，并且接着有针对性地操纵它们的通流速率。具体而言，这意味着具有高加热的壁区域应具有比较大的通流速率，而具有低加热的壁区域应具有对应较低的通流速率。为了这一目的，如图1和图2中通过示例的方式所示出的，完整的燃烧腔室1被分为具有不同加热区域的代表性壁区域E1至E4和M1至M4。这里，这至少通过借助于(强制流动式)直流式蒸汽生成器的较低端部处的入口集管(未更详细示出)将蒸发器管分段为管组10和管组11的方式而进行。

在穿过燃烧腔室1的直流式蒸汽生成器的横截面(在图1中图解式地示出)中，可以看到十二个经分段的管组10和管组11。这里，每个燃烧腔室壁被分配了在角落处的两个入口集管分段和位于这两个入口集管分段之间的入口集管分段。这里，入口集管分段中的每个入口集管分段被分配到具有代表性加热的壁区域(这里为加热较少的角落壁区域E1至E4和加热较多的中间壁区域M1至M4)，角落壁区域E1至E4在每种情形下被分配了两个邻近燃烧腔室壁的角落处的两个入口集管分段。这里，每个角落壁区域E1至E4被分配了给水供应线路S1至S4，以用于将给水供应到对应入口集管。这里，如图1所示，它们可以对应地从给水主供应线路20分支，并且可以在每种情形下经由对应入口集管分段向在每个角落壁区域中的邻近燃烧腔室壁的两个管组供应给水(通过图1中的箭头的方式指示)。这里，给水主供应线路20和给水供应线路S1至S4形成向角落壁区域的管组11的给水供应。如果控制阀门R接着被提供在给水主供应线路20中，则通过被供应到角落区域E1至E4的管组11的蒸发器管的给水质量流通过受控打开或者关闭控制阀门R的方式适于当前操作条件，可以适当地对不同负载以及还有到单独角落壁区域E1至E4的假定热量分布的设计不确定性做出反应。图1未示出向中间壁区域M1至M4的管组10供应来自给水主供应线路20的给水。

借助于被提供在出口集管(其被设置在下游)区域中以便测量流介质的出口温度的温度测量装置，加热较少的管组11的给水供应20可以通过如下方式而被减少：将控制阀门R节流到如下程度：使得加热较少的管组11的出口温度等于加热较多的管组10的出口温度，并且因此直流式蒸汽生成器的出口处的整个温度分布被均匀化。以这种方式，高得不被允许的温度不平衡可以被有效地防止并且没有大的花费，因为以依赖于测得的温度的方式，具有低热量吸收的的壁区域于是具有较低的通流而具有大的热量吸收的壁区域具有高的通流。

这里，优选地，在蒸发器出口处，来自中间壁区域的加热较多的管组10的温度测量装置可以被组合为“高加热的”系统，而来自角落壁区域的加热较少的管组11的温度测量装置可以被组合为“低加热的”系统。如果被组合为“高加热的”系统的测量温度太高，则通过角落壁区域的通流可以通过对控制阀门的附加节流的方式被减少，并且中间壁区域中的通流可以相反地被升高，其结果是中间壁区域的平均温度被降低到期望的水平。

为了保持关于可管理控制技术的附加成本和花费、或者限制它们，包括关联的控制阀门的单独集管分段的最大数目应该尽可能地被限制。这里，如图1所示，最简单的系统包括给水主供应线路20中的仅一个附加的控制阀门R。这里假定燃烧腔室的四个角落壁区域E1至E4经历彼此之间几乎相同的加热，并且可以因此经由给水供应线路S1至S4和给水主供应线路20被组合为具有共用给水供应的共用管组。以与此类似的方式，其余的壁中间区域M1至M4也通过对应给水供应的方式被组合(然而未更详细地示出)，以形成共用管组。

如果单独的角落壁区域E1至E4(以及可能附加地还有单独的中间壁区域M1至M4)彼此之间的不平衡也将被考虑在内并且被均衡化，最少四个控制阀门R1至R4将被安装在给水供应线路S1至S4中的每个给水供应线路中，如图2所示。也就是说，每个角落壁区域E1至E4可以独立于其它角落壁区域以单独受控的方式被供应以给水。这里，四个角落壁系统E1至E4中的每个都有利地具有其自己的温度测量装置。根据相应角落壁区域的出口处的流介质的温度分布，然后它们一起以如下方式单独地被节流，即相对均匀的出口温度分布被设定在直流式蒸汽生成器的蒸发器的整个壁周界上。然而，考虑到单独的控制阀门R1至R4彼此之间的协调，在控制技术上的花费这里也如预期地上升了。

针对由发电厂设施的操作期间的灵活性构成的不断提高的要求的背景，上面描述的示例性实施例和其它附加内容的组合是可以想得到的，并且也被包括在本发明中。例如，如果提供了对应给水供应线路和用于对所述高加热的中间壁区域进行节流的控制阀门，则单独的中间壁区域M1至M4彼此之间的不平衡以及关于角落壁区域E1至E4的不平衡也可以附加地被考虑在内并且均衡化。如果角落壁区域E1至E4的管组的供应线路中的专用控制阀门同时被免除，则通过角落壁区域的通流在这一特殊情形下可以事先被限制(例如借助于固定安装的节流阀)到如下程度，使得首先使得对中间壁区域的给水质量流的控制成为可能。仅在所述情况下(在高加热的中间壁系统的供应线路中的控制配件完全打开的情形下)，它们的通流才会如此大以至于(尽管更高的加热)中间壁系统相比于角落管系统将具有更低的出口温度。通过对中间壁系统的控制阀门的附加节流的方式，通过中间壁系统的那时已经变得过大的吞吐量可以再次被减少，以便将所有系统的出口温度均匀化。

除了直流式蒸汽生成器的为了补偿温度不平衡的所计划的设计，对给水供应的分布器系统的错误设计也可以借助于对直流式蒸汽生成器的根据本发明的设计和根据本发明的方法被轻松地消减。此外，在燃烧腔室的设计期间未被考虑在内的加热不平衡可以借助于本发明被可靠地处理而无负面后果。此外，在一些情况下，可以使用燃料组合(在之前是不可能的)，因为可以灵活地对加热不平衡做出反应。总而言之，本发明增加了直流式蒸汽生成器的正常运行时间并且因此增加了整个发电厂设置的正常运行时间。

Claims (6)

1.一种直流式蒸汽生成器，具有基本上长方形的横截面的燃烧腔室(1)，所述燃烧腔室的燃烧腔室壁包括所述直流式蒸汽生成器的基本上竖直设置的蒸发器管，所述蒸发器管经由管网以气密方式连接到彼此，并且流介质能够从底部到顶部流动通过所述蒸发器管，所述燃烧腔室壁的所述蒸发器管根据它们的加热程度在每种情形下都通过被设置在上游的入口集管进行组合，以形成加热较多的管组(10)和加热较少的管组(11)，并且相应入口集管被分配有给水供应(20、S1、S2、S3、S4)，并且至少一个控制阀门(R、R1、R2、R3、R4)被提供在所述给水供应(20、S1、S2、S3、S4)的区域中，以用于对所述蒸发器管中的所述流介质的质量流的受控节流，并且用于测量来自所述蒸发器管的所述流介质的出口温度的温度测量装置被提供在被设置在下游的出口集管的区域中，以便确定用于所述至少一个控制阀门(R、R1、R2、R3、R4)的控制变量，并且所述加热较多的管组(10)和所述加热较少的管组(11)中的每个管组在每种情形下都被分配到所述入口集管之一和出口集管，并且所述出口集管中的每个出口集管具有所述温度测量装置之一，并且所述加热较少的管组(11)是基本上长方形的燃烧腔室(1)的角落壁区域(E1、E2、E3、E4)，并且四个角落壁区域(E1、E2、E3、E4)中的每个角落壁区域都具有在每种情形下都具有一个控制阀门(R1、R2、R3、R4)的专用给水供应线路(S1、S2、S3、S4)，

其中所述加热较少的管组的所述给水供应如下这样被减少：将所述至少一个控制阀门节流到使所述加热较多的管组的出口温度等于所述加热较少的管组的出口温度的程度。

2.根据权利要求1所述的直流式蒸汽生成器，其特征在于，所述加热较多的管组(10)是基本上长方形的燃烧腔室(1)的中间壁区域(M1、M2、M3、M4)，并且四个中间壁区域(M1、M2、M3、M4)中的每个中间壁区域都具有在每种情形下都具有一个控制阀门的专用给水供应。

3.根据权利要求1所述的直流式蒸汽生成器，其特征在于，所述直流式蒸汽生成器是强制流动式蒸汽生成器。

4.一种用于操作根据权利要求1至3中的任一项配置的直流式蒸汽生成器的方法，其特征在于，所述加热较少的管组(11)的所述给水供应(20、S1、S2、S3、S4)通过如下方式而被减少，即将所述至少一个控制阀门(R、R1、R2、R3、R4)节流到使得所述加热较多的管组(10)的出口温度等于所述加热较少的管组(11)的出口温度的程度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述加热较多的管组(10)的所述给水供应通过如下方式而被减少，即将所述至少一个控制阀门节流到使得所述加热较多的管组(10)的出口温度等于所述加热较少的管组(11)的出口温度的程度。

6.根据权利要求4或者5所述的方法，其特征在于，在所述加热较多的管组(10)和所述加热较少的管组(11)之间建立所述出口温度的均衡化。