CN107076408B - 由于采用多锅筒配置而具有减小壁厚的锅筒式蒸汽发生器 - Google Patents
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Abstract
一种配有流体连接部件的工业用蒸汽发生器，其包括也能起通气孔的作用的溢流管(9)和分离锅筒的备用供水管(11)，其使两个贮水器(8)都连接于水/蒸汽分离锅筒(1)，所述备用供水管(11)配有可致动阀(10)，该可致动阀能够开启并利用相应的溢流管(9)和备用供水管(11)，在水/蒸汽分离锅筒(1)与贮水器(8)之间生成连通器条件，以确保在发生器的不同工作方式中所需的流动时间。
Description
技术领域
本发明涉及锅筒式锅炉领域，所述锅炉例如用于发电厂或者加工工业领域，并且所述锅炉利用高工作压力经受频繁和快速起动。
更具体地，本发明涉及热回收蒸汽发生器(HRSG)式锅炉。
背景技术
目前，能量市场的变化要求生产装置具有更大的灵活性，使用足够高的工作压力，以致越来越多地，从周期性疲劳的角度来看，锅炉锅筒的厚度成为问题。
因此，希望提出锅炉锅筒的最佳尺寸，使得特别是使之在下列临界条件下能抗疲劳：
-在技术规范中设置要求的锅炉起动次数多，压力升高梯度大。
-具有厚壁的锅筒的设计有以下两个原因：
ο高工作压力需要的高设计压力；
ο采用大直径，以满足过渡或特殊工作要求的较大贮存量的要求。
公知的三种解决方案可有效减少高压锅筒的疲劳问题：
-强制循环式(或者“直流式”)锅炉：锅炉的高压锅筒被一个分离器代替，该分离器的直径小于锅筒的直径。优点是抗疲劳的强度更大，因为采用的厚度更薄。该可选技术要求装备较复杂的锅炉导管，另外意味着要使用纯度非常大的水。但是，较小或甚至为零的贮存能力使某些特殊工作更为关键；
-多锅筒式锅炉：对于锅炉中给定的压力级，不考虑使用单个锅筒，锅筒的贮存量分配在两个具有相同总贮存能力的贮水器上。两个贮水器的直径显著小于单个锅筒的直径，这也可减小采用的厚度，从而显著改进疲劳问题。现有技术中提出的解决方案的实例在WO2012/129195A2和WO2012/148656A1中述及。在投入商业生产的另一个实例中，提出的解决方案在于在锅筒外布置分离器，以便在锅筒外进行最后的水/蒸汽分离工序，这意味着通过主锅筒的高水位额定工作水位和起动水位可以升高。这导致主锅筒直径减小，厚度减小。
-与方法的控制有关的技术方案：
ο一个方法主要是通过适当使用用于产生的蒸汽的排放系统(蒸汽孔、蒸汽涡轮机的旁路阀等等)在设备起动时限制压力升高梯度。这些排放系统受一个逻辑系统控制，控制锅筒中压力/温度升高。该技术方案的主要缺陷是延迟锅炉中额定压力的建立(因此，起动更缓慢)，这越来越不适应今天市场的需求；
ο另一个方法是使锅炉保持相当的“热”，因而在这暂时停止下一次起动之后保持相当的加压，以避免从疲劳角度来看影响最大的冷起动。借助于在主锅炉中注入辅助蒸汽，可进行这种温度/压力保持。该方法的缺陷是需要在附近具有可使用的辅助蒸汽源，另一方面需要支持与蒸汽消耗有关的能量消耗。
ο存在的其他可能性也可通过金属板的直接加热(少许加热)保持锅筒壁的温度。
下面，对说明书的其余部分限定两个重要概念：
-ROT:“流动时间”为技术规范中规定的持续时间，相当于锅筒无需供水泵供水而应能工作的时间；
-“膨胀效应”：在锅炉起动之前，蒸发器被注满水。当该水再加热、达到沸点时，大量的水推向锅筒、在蒸发器的管中被蒸汽代替。锅筒的尺寸必须确定成能够容纳该水量，确保不向过热器溢流。这种现象在某些负荷转移时也可能出现。
在现有技术的图1所示的锅筒式锅炉的目前的标准构造中，锅筒1由一个进水管4供水，该进水管装有称为控制阀5的第一阀“A”。
锅筒1连接于其“下水管-蒸发器-上水管”回路：水通过下水管6从锅筒1流向蒸发器，水在蒸发器2的管中经过并且在该管中部分地蒸发。水/蒸汽混合物通过上水管7向锅筒1输送。水相/蒸汽相用现有技术人员公知的一个或多个适当设备(方法)在锅筒中进行两相分离。
锅筒中的水面的水位由控制阀“A”5进行控制。锅筒的水面之上的饱和蒸汽由为此配置的一个排出管3从锅筒排出，通过过热器(必要时)引向蒸汽管线，以接着用产生的蒸汽供给加工或者蒸汽涡轮机。
该锅筒的容量必须满足所涉及的流动时间和膨胀效应。
文献US2702026A提出蒸汽发生厂，其中，蒸汽产生于可在多个分开的热源获得的热，所述热源包括：多个单个独立的自然循环式锅炉，每个都位于一个不同的热源，布置成利用相应的热，每个单个锅炉具有一个蒸汽分离锅筒和多个管，所述管布置成从热源采热且与锅筒连接，以使锅炉的通过流体进行自然循环；锅炉安装部件，用于使所有蒸汽锅筒基本上处于相同的高度；供水部件，用于以由在各个锅炉获取的热控制的、独立于其他锅炉的供水需求的流量，向每个锅炉供水；蒸汽提取部件，用于以由在各个锅炉获取的热控制的、独立于从其他锅炉获取的蒸汽的流量的流量，从每个锅炉提取蒸汽；使所有蒸汽锅筒在其水位之上进行互连的管；使所有蒸汽锅筒在其水位之下进行连接的管，这两种管完全独立于锅炉的循环系统和向锅炉供水的供水部件，以使所有锅炉力求达到相同的水位。
文献GB241961A描述了一种蒸汽发生器，所述蒸汽发生器包括热辐射部分和热对流部分，其中，管基本上彼此平行地直立布置。辐射部分中的管仅在对流部分中隔开。管部分连接于两个带有蒸汽出口的上水/蒸汽分离锅筒，并且也连接于一个中间水锅筒。
文献US2013/0145998A1涉及一种系统，所述系统包括蒸发器、与蒸发器进行流体连通的贮水器、以及与蒸发器进行流体连通的第一蒸汽锅筒，贮水器位于蒸发器的上游，第一蒸汽锅筒位于蒸发器的下游，在该处贮水器给蒸发器供水，同时在第一蒸汽锅筒中保持预定的水位。
在现有技术中，也存在一种锅炉配置，在一定数量的有时是很久以前的专利中，为了在这些文献中明确表达的原因，两个或者更多个锅炉彼此连接，例如进行叠置。例如：
-在WO2012/148656A1的热回收式蒸汽发生器中，锅筒的直径减小，因而厚度减小，工作灵活性增大(起动时间更短、蒸发器的工作温度更快速地达到)；
-在WO2012/129195A2的热回收式蒸汽发生器中，锅筒的直径也减小，因而厚度减小，因此，起动时穿过其壁的温度梯度减小，其增大锅筒上的热疲劳，相应引起其呈裂隙形的磨损。锅筒厚度的减小也可降低制造成本。这些关注点在文献EP1526331A1中也能找到。
发明目的
本发明旨在提供一种用于以高工作压力频繁和快速起动的锅筒式锅炉的技术方案。
特别是，本发明旨在改进锅筒的抗疲劳强度，主要问题是确保锅炉的该关键设备的使用寿命。
本发明首先涉及一种工业用蒸汽发生器，其包括：
-蒸发器，
-水/蒸汽分离锅筒，其具有饱和蒸汽的排出管，蒸发器通过上水管与水/蒸汽分离锅筒进行流体连通，
-进水管，其配有控制阀，
-下水管，用于使水回流到蒸发器的入口，
-以及贮水器，其布置成进水管通过流体连接部件经过贮水器与水/蒸汽分离锅筒直接连通，
其特征在于，所述流体连接部件包括溢流管和分离锅筒的备用供水管，所述溢流管也能起通气孔的作用，使贮水器连接于水/蒸汽分离锅筒，并且所述溢流管能够当贮水器完全注满水时通过贮水器的溢流给分离锅筒供水；所述备用供水管也使贮水器连接于水/蒸汽分离锅筒，所述备用供水管配有可致动阀，所述可致动阀能够开启并且能够利用相应的溢流管和备用供水管在水/蒸汽分离锅筒与贮水器之间生成连通器条件。
根据本发明的优选实施方式，工业用蒸汽发生器具有以下特征的至少一个或以下特征的适当组合：
-所述下水管使水/蒸汽分离锅筒直接连接于蒸发器的入口；
-水/蒸汽分离锅筒和贮水器基本上处于相同的平均高度；
-贮水器具有N个(整数N≥1)贮水锅筒，在进水管与水/蒸汽分离锅筒之间和/或贮水锅筒之间进行流体连通，贮水锅筒的数量越多，贮水锅筒的直径或者更通常地说其尺寸就越小；
-数量多的贮水锅筒被管元件代替；
-分离锅筒的备用供给管直接连接于下水管，而不连接于水/蒸汽分离锅筒；
-所述工业用蒸汽发生器包括位于控制阀的上游或者下游的节省器；
-所述工业用蒸汽发生器是直立式、卧式或混合式热回收锅炉或者热回收蒸汽发生器。
本发明的第二方面涉及一种通过上述工业用蒸汽发生器在正常工作时即当分离锅筒中的水位高于预定的临界阈值时生成高压蒸汽循环并以确保所需的流动时间的基本方法，所述基本方法至少包括下列工序：
i)由配有控制阀的进水管供水的贮水器被完全注满水；
ii)贮水器经过溢流管通过溢流给分离锅筒供水，可致动阀在分离锅筒的备用供水管中关闭；
iii)水通过下水管从分离锅筒流向蒸发器的入口；
iv)水在蒸发器的管中部分地蒸发，水/蒸汽混合物通过上水管向分离锅筒输送，水相/蒸汽相在分离锅筒中进行两相分离，蒸汽相被排出以便其能被蒸汽的排出管使用。
本发明的第三方面涉及一种用于通过上述工业用蒸汽发生器在特殊工作或者运转下降时即当分离锅筒中的水位低于预定的临界阈值时生成高压蒸汽循环的方法，所述方法至少包括基本方法的工序，但是，其中工序ii)被以下工序代替：
ii)可致动阀至少部分地开启，因此溢流管起通气孔的作用，贮水器通过分离锅筒的备用供水管给分离锅筒供水，通过连通器贮水器的容积参与确保所需的流动时间。
本发明的第四方面涉及一种用于通过上述工业用蒸汽发生器生成高压蒸汽循环的方法，所述方法在起动阶段至少包括基本方法，但是，其中工序ii)被以下道工序代替：
ii)可致动阀开启，并保持在开启位置，以便接纳与同时在分离锅筒中和贮水器中的膨胀效应相应的水量。
附图说明
图1示意地示出现有技术的分离锅筒式锅炉。
图2示意地示出本发明的多锅筒式锅炉。
具体实施方式
本发明的范围中提出的技术方案是多锅筒技术方案的组成部分。
原理是在基本构思的总体描述中在至少两个贮水器或两个以上贮水器上，分配一方面用于确保所要求的流动时间(ROT)、另一方面用于在起动时或者负荷转移时接纳膨胀量所需的贮存量。
在图2所示的包含本发明提出的改进之处的新构造中，两个容量应当加以区别：贮水器8和进行水/蒸汽分离的严格意义上的锅炉锅筒1。贮水器或贮存锅筒8由进水管4供水，该进水管具有一个称为控制阀5的第一阀“A”。该贮水器8在正常工作时完全注满水，由溢流管9向锅炉锅筒1供水。在正常工作时，一个装备锅筒备用供水管11(BFL)的称为可致动阀10的第二阀“B”关闭。
锅炉锅筒连接于其“下水管-蒸发器-上水管”回路：水由下水管6从锅筒1向蒸发器2流动，因此水在蒸发器2的管中经过并且在蒸发器的管中部分地蒸发，接着这种水/蒸汽混合物由上水管7向锅筒1输送。水相/蒸汽相用现有技术人员公知的一个或多个适当的设备(方法)在锅筒1中进行两相分离。
锅筒1中水面的水位由控制阀“A”5进行控制。锅筒1的水面之上的饱和蒸汽由为此配置的排出管3从锅筒排出，通过过热器(必要时)引向蒸汽管线，用以接着用产生的蒸汽供给加工或者蒸汽涡轮机。
在特殊工作中，当分离锅筒1的水位下降到选择的临界阈值以下时，或者当供水泵起动时，可致动阀“B”10部分地或者完全开启：因此，溢流管9起通气孔的作用，备用供水管11向锅筒1供水。因此，由于连通器原理，贮水器的容积有助于确保所需的流动时间。但是，溢流管9必须在一个足够低的位置通到分离锅筒1中，以避免水在锅筒的上部部分中上升过大，在过热器中或者在蒸汽回路的管中溢流。
另外，起动时，根据新的实施方式，可使可致动阀“B”10保持在开启位置，以便当膨胀效应出现时，相应的多余的水不是接纳在一个前述贮水器中，而是接纳在两个贮水器即锅炉锅筒1和贮水器8中，其一起有助于通过连通器原理吸收提供的总水量。
从本发明的原理可以得到下列替换替换方案：
-提出的改进原理不受所涉及锅炉类型的限制：直立式或卧式或混合式热回收蒸汽发生器；
-在基本构思中，在锅炉锅筒的侧面仅布置一个贮水器。但是，不妨碍推广所述构思，如果需要，增加贮水器的数量，以进一步减小其直径，从而进一步减小锅筒/贮水器的厚度(在一定限度内，其可以是一组岐管)；
-可以考虑备用供水管直接连接在下水管中，而不是连接在锅筒上；
-提出的改进原理与用于进行水相/蒸汽相分离以及蒸汽干燥的方法和设备无关；
-提出的改进原理与通气孔以及系统的供水管的准确几何形状无关，主要是确保锅筒和贮水器能在需要时以连通器的方式进行工作；
-提出的改进原理与供水控制阀“A”5的位置无关，即与在锅炉的节省器的上游或者下游无关；
-提出的改进原理与阀“A”和“B”的调节机构的类型无关。
本发明范围中提出的技术方案与现有技术中在先提出的必要时受保护的技术方案的不同之处尤其在于以下几点。根据本发明：
A.下水管连接于进行水/蒸汽分离的锅筒；
B.两个锅筒不要求处于改进的基本原理起作用的不同的高度(但是可以处于不同的高度)，这简化周围构架的设计；
C.进行水/蒸汽分离的锅筒的供水由贮存锅筒的溢流进行。由于贮存锅筒在正常工作时完全注满水，因此这使其有效容积最大化。
附图标记的列表
1.分离锅筒
2.蒸发器
3.蒸汽的排出管
4.进水管(从节省器)
5.供水控制阀“A”
6.下水管
7.上水管
8.贮水器
9.溢流管
10.可致动阀“B”
11.分离锅筒的备用供水管
Claims (11)
1.一种工业用蒸汽发生器，其包括：
-蒸发器(2)，
-水/蒸汽分离锅筒(1)，其具有饱和蒸汽的排出管(3)，蒸发器(2)通过上水管(7)与水/蒸汽分离锅筒(1)进行流体连通，
-进水管(4)，其配有控制阀(5)，
-下水管(6)，用于使水回流到蒸发器(2)的入口，
-以及贮水器(8)，其布置成进水管(4)通过流体连接部件经过贮水器(8)与水/蒸汽分离锅筒(1)直接连通，
其特征在于，所述流体连接部件包括溢流管(9)和水/蒸汽分离锅筒的备用供水管(11)，所述溢流管也能起通气孔的作用，使贮水器(8)连接于水/蒸汽分离锅筒(1)，并且所述溢流管能够当贮水器完全注满水时通过贮水器(8)的溢流给水/蒸汽分离锅筒(1)供水；所述备用供水管也使贮水器(8)连接于水/蒸汽分离锅筒(1)，所述备用供水管(11)配有可致动阀(10)，所述可致动阀能够开启并且能够利用相应的溢流管(9)和备用供水管(11)在水/蒸汽分离锅筒(1)与贮水器(8)之间生成连通器。
2.根据权利要求1所述的工业用蒸汽发生器，其特征在于，所述下水管(6)使水/蒸汽分离锅筒(1)直接连接于蒸发器(2)的入口。
3.根据权利要求1所述的工业用蒸汽发生器，其特征在于，水/蒸汽分离锅筒(1)和贮水器(8)基本上处于相同的平均高度。
4.根据权利要求1所述的工业用蒸汽发生器，其特征在于，贮水器(8)具有N个贮水锅筒，其中整数N≥1，在进水管(4)与水/蒸汽分离锅筒(1)之间和/或贮水锅筒之间进行流体连通，贮水锅筒的数量越多，贮水锅筒的直径或者更通常地说其尺寸就越小。
5.根据权利要求4所述的工业用蒸汽发生器，其特征在于，数量多的贮水锅筒被管元件代替。
6.根据权利要求1所述的工业用蒸汽发生器，其特征在于，水/蒸汽分离锅筒的备用供水管(11)直接连接于下水管(6)，而不连接于水/蒸汽分离锅筒(1)。
7.根据权利要求1所述的工业用蒸汽发生器，其特征在于，所述工业用蒸汽发生器包括位于控制阀(5)的上游或者下游的节省器。
8.根据权利要求1所述的工业用蒸汽发生器，其特征在于，所述工业用蒸汽发生器是直立式、卧式或混合式热回收锅炉或者热回收蒸汽发生器。
9.一种用于通过根据权利要求1至8中任一项所述的工业用蒸汽发生器在正常工作时即当水/蒸汽分离锅筒中的水位高于预定的临界阈值时生成高压蒸汽循环并以便确保所需的流动时间的方法，其特征在于，所述方法至少包括下列工序：
i)由配有控制阀(5)的进水管(4)供水的贮水器(8)被完全注满水；
ii)贮水器(8)经过溢流管(9)通过溢流给水/蒸汽分离锅筒(1)供水，可致动阀(10)在水/蒸汽分离锅筒(1)的备用供水管(11)中关闭；
iii)水通过下水管(6)从水/蒸汽分离锅筒(1)流向蒸发器(2)的入口；
iv)水在蒸发器(2)的管中部分地蒸发，水/蒸汽混合物通过上水管(7)向水/蒸汽分离锅筒(1)输送，水相/蒸汽相在水/蒸汽分离锅筒(1)中进行两相分离，蒸汽相被排出以便其能被蒸汽的排出管(3)使用。
10.一种用于通过根据权利要求1至8中任一项所述的工业用蒸汽发生器在特殊工作或者运转下降时即当水/蒸汽分离锅筒中的水位低于预定的临界阈值时生成高压蒸汽循环的方法，所述方法至少包括根据权利要求9所述的方法的工序，其中，工序ii)被以下工序代替:
ii)可致动阀(10)至少部分地开启，因此溢流管(9)起通气孔的作用，贮水器(8)通过水/蒸汽分离锅筒(1)的备用供水管(11)给水/蒸汽分离锅筒(1)供水，通过连通器贮水器(8)的容积参与确保所需的流动时间。
11.一种用于通过根据权利要求1至8中任一项所述的工业用蒸汽发生器生成高压蒸汽循环的方法，所述方法在起动阶段至少包括根据权利要求9所述的方法的工序，其中，工序ii)被以下工序代替：
ii)可致动阀(10)开启，并保持在开启位置，以便接纳与同时在水/蒸汽分离锅筒(1)中和贮水器(8)中的膨胀效应相应的水量。
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