CN1192186C - 燃烧矿物燃料来加热的直通式蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种燃烧矿物燃料来加热的直通式蒸汽发生器(2)，它具有一个燃烧矿物燃料(B)的燃烧室(4)。在其热烟气侧之后通过一个水平烟道(6)连接有一个垂直烟道(8)。燃烧室(4)的环壁(9)由焊接在一起、垂直布置的汽化管(10)形成。本发明的目的在于提供一种特别易于制造和装配的直通式蒸汽发生器(2)。在直通式蒸汽发生器(2)工作过程中，燃烧室(4)的相邻汽化管(10)之间的温差应保持尽可能地低。为此，直通式蒸汽发生器(2)设有一些烧嘴(30)，这些烧嘴(30)在水平烟道(6)的高度上布置在燃烧室(4)内。这样，一些可同时供入流体介质(S)的汽化管(10)在全负荷下的产汽率M(以kg/s计)与它们的内横截面总和A(以m²计)之比小于1350(单位为kg/sm²)。

Description

燃烧矿物燃料来加热的直通式蒸汽发生器

本发明涉及一种直通式蒸汽发生器，它具有一个燃烧矿物燃料的燃烧室，在其热烟气侧经过一个水平烟道后接一个垂直烟道，其中燃烧室的环形壁由相互不气密地焊接在一起的、垂直布置的汽化管形成。

在一个带有蒸汽发生器的电站设备中，利用燃料所含能量使蒸汽发生器内的流体介质汽化。其中流体介质通常在一汽化器循环内传送。由蒸汽发生器制得的蒸汽又可以用于例如一个汽轮机的驱动和/或一个连接的外部过程。当蒸汽用于驱动一汽轮机时，则通常通过汽轮机的汽轮机轴使一台发电机或工作机器运转。如果是发电机的情况，则发电机产生的电流被馈入一联合电网和/或一岛式电网中。

蒸汽发生器可以设计成直通式蒸汽发生器。由J.Franke，W.Koehler和E.Wittchow所著的论文“Benson蒸汽发生器的汽化方案”，发表在VGB电站技术73(1993)，第4期，第352-360页上，从中可以了解到一种直通式蒸汽发生器。在这种直通式蒸汽发生器中，通过加热设计成汽化管的蒸汽发生器管道使蒸汽发生器管道里的流体介质在一次性直通传送中汽化。

直通式蒸汽发生器通常制成垂直燃烧室的结构。这意味着，燃烧室设计成供加热的介质或热烟气沿大致垂直的方向流过。其中，在燃烧室的热烟气侧后接一个水平烟道，在燃烧室过渡到水平烟道时使热烟气流转向到一个大致水平的流动方向。然而由于温度通常会导致燃烧室长度的变化，燃烧室需要一个机架并悬挂在其上。这导致制造和生产直通式蒸汽发生器时一个很大的技术投入，直通式蒸汽发生器的结构高度越大，投入就越大。特别是在直通式蒸汽发生器全负荷时产汽率大于80kg/s的情况下更是如此。

如果直通式蒸汽发生器不受压力限制，就可以使新汽压力远远超出水的临界压力(P_kri＝221bar，此时近似于液体和近似于蒸汽的介质之间只有很小的密度差别)。较高的新汽压力有利于提高热效率并因此减少燃烧矿物燃料的、例如用煤或褐煤作燃料的电站的CO₂排放量。

烟道或燃烧室的环壁设置，考虑到那里出现的管壁-或材料温度，是一个特别的问题。如果可保证汽化管的内表面湿润，在亚临界压力范围到大约200bar，燃烧室环壁的温度主要是由水的饱和温度的高低确定。这可以通过采用例如在其内侧具有表面构造的汽化管来实现。为此尤其可以考虑采用加有内肋的汽化管，它在直通式蒸汽发生器内的应用例如已通过上述文献为公众所知。从这种所谓肋管、即内表面加肋的管道的内壁到流体介质的热传递特别好。

根据经验，燃烧室环壁不可避免地被不同地加热。由于汽化管受到不同的加热，直通式蒸汽发生器中从受热更多的汽化管出去的流体介质的出口温度一般要高于正常受热或受热更少的汽化管的出口温度。因此相邻汽化管之间可能会产生温差，导致热应力，使直通式蒸汽发生器的寿命降低，甚至引起管道断裂。

因此本发明的目的在于，提供一种上述类型的燃烧矿物燃料来加热的直通式蒸汽发生器，它只需要特别少的制造和安装费用，并且在其工作过程中还能使相邻的燃烧室汽化管之间的温差保持特别小。

这一目的按照本发明这样来实现，即，直通式蒸汽发生器具有一个带有一些沿水平烟道高度设置的烧嘴的燃烧室，并设计成这样，即，使得一些并联的、可同时加给流体介质S的各汽化管在全负荷下的产汽率M(以kg/s计)与它们的内横截面总和A(以m²计)之比小于1350(以kg/s m²计)。

本发明出于这样的考虑：一个可以以特别少的制造和安装费用建造的直通式蒸汽发生器应当具有一个可以以简单方法构成的悬挂结构。一种以相当少的技术投入建造的燃烧室悬挂机架可以随着直通式蒸汽发生器特别小的结构高度而来。通过将燃烧室制成水平的结构型式，可以达到直通式蒸汽发生器结构高度特别小的目的。为此将燃烧嘴设置在燃烧室壁内的水平烟道的高度上。因此在直通式蒸汽发生器工作时，热烟气沿大致水平的主流方向流过燃烧室。

那么对于一个水平燃烧室，在直通式蒸汽发生器工作时，在热烟气侧看，对燃烧室后部区域的加热要小于对燃烧室前部区域的加热。此外例如在烧嘴附近的一根汽化管比燃烧室一角设置的一根汽化管被更多加热。其中在极端情况下，对燃烧室前部区域的加热大约是燃烧室后部区域的三倍。在现今常见的汽化管内的质流密度(以kg/s m²计，针对100％产汽率(全负荷))为2000kg/s m²时，相对于所有管道的质量流量的平均值，受热较多的管道内的质量流量减少，受热较少的管道内的质量流量增加，这一特性是由于在汽化管总的压力下降中摩擦压力损失占相当高的份额而引起的。此外汽化管相对的长度不同由于燃烧室高度特别低，因而基本上要大于垂直燃烧室的情况。这额外地加大了在单根汽化管内的受热和摩擦压力损失的不同。但还是要保证相邻汽化管之间大致相同的温度，故应这样来设计直通式蒸汽发生器：在受热较多的汽化管内能自动形成较受热较少的汽化管内的流体介质流量更高的流量。当一根平均受热的汽化管内的短程(geodaetische)压力降ΔP_G(以bar计)为其摩擦压力损失ΔP_R(以bar计)的数倍时，通常会达到这一情形。质量流量恒定时，在受热较多的汽化管内质量流量增加的条件是：

${\left(\frac{\mathrm{\&Delta;}({\mathrm{\&Delta;p}}_G+{\mathrm{\&Delta;p}}_R+{\mathrm{\&Delta;p}}_B)}{\mathrm{\&Delta;Q}}\right)}_{M=\mathrm{cons}\tan i}=K<0$

其中ΔP_B表示加速压力降的变化(以bar计)，ΔQ(以kJ/s计)表示加热的变化，M(以kg/s计)表示流量，K(以(bar s)/kJ计)为一常量。该不等式中所列的条件说明，质量流量恒定时，随着受到更多加热ΔQ，总的压力损失Δ(ΔP_G+ΔP_R+ΔP_B)(以bar计)减少，即一定为数学负值。可见如果在一些汽化管中出现相同的总的压力损失，那么按照上述不等式，一受热更多的汽化管中的流体介质流量与一受热更少的汽化管中的相比一定升高。

大量的计算已令人惊奇地表明，如果直通式蒸汽发生器的一些并联的汽化管在全负荷下的产汽率M(以kg/s计)与这些并联的汽化管的内横截面总和A(以m²计)的比值不大于1350(以kg/s m²计)，其数学表达式为：

M/A＜1350，

那么不等式所列的带水平燃烧室的直通式蒸汽发生器的条件就可满足。

其中直通式蒸汽发生器在全负荷下的产汽率M也称作容许蒸汽生产量或汽化器最大持续工作能力(BMCR)，汽化管的各内部横截面积指水平剖面。

比较有利的是，燃烧室的一些并联的各汽化管前接一个公共的入口蓄集-系统，后接一个流体介质的出口蓄集-系统。一个以这种结构构成的直通式蒸汽发生器能够可靠地使一些并联的汽化管之间压力平衡，因此所有并联的汽化管均具有相同的总压力损失。这表明，满足上述不等式，一受热更多的汽化管中的流体介质流量与一受热更少的汽化管中相比，一定升高。

燃烧室端壁的汽化管有利地在流体介质侧连接在形成燃烧室侧壁的环壁的汽化管之前。这样就保证了燃烧室的被强烈加热的端壁能特别有效地冷却。

在本发明的另一有利的结构中，燃烧室的一些汽化管的管道内径根据在燃烧室内各自所处的位置选定。按照这种方式，燃烧室内的汽化管可与热烟气侧可预先确定的一个加热型面(Beheizungsprofil)相适应。借助由此产生的对汽化管内流动的影响，特别可靠地使燃烧室汽化管出口上的温差保持很小。

为了使燃烧室内的热量到汽化管内所传送的流体介质有一个特别好的热传导，一些汽化管有利地在其内侧分别具有由多线螺纹形成的肋条。其中垂直于管道轴线的平面和管道内侧上设置的肋条的侧面之间所形成的升角α小于60°，最好是小于55°。

在一根没有内部加肋的受热汽化管、亦即一根所谓的光管构成的汽化管中，就不再能保持为使热传导特别良好所需的对管壁进行的一定蒸汽含量的润湿。润湿不足时可能存在一个部分干燥的管壁。转化成这样一个干燥管壁会导致一个所谓的热传递危机，其热传递性能恶化通常会使管壁温度在此处急剧上升。与一根光管相比，在一根加肋的汽化管中这一热传递危机只是在蒸汽质量含量＞0.9时，也就是说在汽化即将终了之前才出现。这归因于(气流)流动通过螺旋形肋条获得的旋转。由于离心力不同，水成份与蒸汽成份分离并输送到管壁上。由此在蒸汽含量很高时仍能保持管壁湿润，使得在热传递危机的位置已经有了一个高的流动速度。尽管有热传递危机，这还是能使热传递较为良好，结果是(得到)低的管壁温度。

燃烧室的一些汽化管有利地具有用于减小流体介质流量的器件。此器件设计为节流装置已证实是特别有利的。这些节流装置例如可以装入汽化管内，它在各汽化管内的一个位置上减小管道内径。同时还证实，在一包括多根平行(并联)管道的管道系统内设置减小流量的器件是有利的，通过该器件可向燃烧室的汽化管传送流体介质。其中该管道系统还可以连接在一些并联的、可加给流体介质的汽化管公用的一个入口蓄集-系统的前面。其中在一根管道或系统的多根管道内可设有例如节流阀配件。利用这些配件来减小通过汽化管的流体介质流量，可以实现各根汽化管内的流体介质通过量与它们在燃烧室内各自受到的加热量相匹配。因此在汽化管出口处的流体介质温差特别可靠地保持非常小。

水平烟道和/或垂直烟道的侧壁有利地由相互气密地焊接在一起、垂直布置的、相互并联可同时加给流体介质的蒸汽发生器管形成。

相邻的汽化或蒸汽发生器管在其纵向侧有利地通过金属带、即所谓的鳍板互相气密地焊接。该鳍板可以在管道生产过程中就与管道固定连接并与其形成一个单元。这种由一管道和鳍板形成的单元也称作肋片管(Flossenrohr)。鳍板宽度会影响到汽化管或蒸汽发生器管内的热量输入。在此，鳍板宽度优选依据各汽化或蒸汽发生器管在直通式蒸汽发生器内的位置，与一个在热烟气侧可给定的加热型面相适配。该加热型面可以是由经验值定出的典型加热型面，还可以是一个粗略的估计，例如一个阶梯形加热型面。通过适当选定鳍板宽度，即使在各汽化或蒸汽发生器管的加热大不相同时，输入各汽化或蒸汽发生器管内的热量也能使在汽化或蒸汽发生器管处的温差保持非常小。按照这种方式，可靠地阻止了材料过早的疲劳。从而使直通式蒸汽发生器具有特别长的使用寿命。

在水平烟道内有利地设有一些过热器受热面，它们近似垂直于热烟气的主流方向布置且其供流体介质流过的管道并联连接。这些以悬挂的结构方式设置的、也称作舱壁受热面的过热器受热面主要是被对流加热并在流体介质侧连接在加热室的汽化管之后。因此保证特别有效地充分利用热烟气热量。

垂直烟道优选具有一些对流受热面，它们由近似垂直于热烟气的主流方向设置的管道形成。这些供流体介质流过的对流受热面管道并联连接。这些对流受热面也主要是被对流加热。

为了进一步保证特别完全地充分利用热烟气热量，垂直烟道有利地具有一个燃料节省器。

比较有利地是，在燃烧室的端壁上设置烧嘴，亦即在燃烧室面对通向水平烟道的流出孔的侧壁上设置烧嘴。设计成这样的一个直通式蒸汽发生器可以以特别简单的方式与燃料的燃尽长度相匹配。其中燃料的燃尽长度理解为一定的平均热烟气温度下沿水平方向的热烟气速度乘以燃料的火焰的燃尽时间t_A。其中各直通式蒸汽发生器的最大燃尽长度出现在各直通式蒸汽发生器全负荷即所谓的全负荷运行、产汽率为M时。燃料火焰的燃尽时间t_A，又是例如平均颗粒尺寸的一个煤粉粒在一定的平均热烟气温度下完全燃烧所需的时间。

为使材料损失和所不期望的对水平烟道的污染(例如由于高温可熔化灰分的进入)保持特别小，由从燃烧室端壁到水平烟道入口区域的距离所定义的燃烧室长度至少等于直通式蒸汽发生器全负荷工作时燃料的燃尽长度。燃烧室的这一水平长度一般至少为燃烧室从漏斗口上缘直到燃烧室顶盖计量的高度的80％。

为了特别有效地充分利用矿物燃料的燃烧热，燃烧室长度L(以m计)可有利地被选择作为直通式蒸汽发生器全负荷时的产汽率M(以kg/s计)、矿物燃料火焰的燃尽时间t_A(以s计)以及从燃烧室出去的热烟气的出口温度T_BRK(以℃计)的函数。其中在直通式蒸汽发生器全负荷下有给定的产汽率M时，燃烧室的长度L近似为两函数(1)和(2)中的较大值：

L(M，t_A)＝(C₁+C₂·M)·t_A                                         (1)

L(M，T_BRK)＝(C₃·T_BRK+C₄)M+C₅(T_BRK)²+C₆·T_BRK+C₇                 (2)

其中

C₁＝8m/s

C₂＝0.0057m/kg

C₃＝-1.905·10^-4(m·s)/(kg℃)

C₄＝0.286(s·m)/kg

C₅＝3·10^-4m/(℃)²

C₆＝-0.842m/℃

C₇＝603.41m。

这里的“近似”可以理解为允许与各函数所定义的数值有+20％/-10％的偏差。

本发明实现的优点主要在于：通过适当地选定直通式蒸汽发生器全负荷运行时一些并联的汽化管的产汽率和这些汽化管的内横截面积总和的比例，能特别好地使通过汽化管的流体介质流量与加热量相匹配，并因此保证汽化管出口处的温度基本相同。同时由相邻汽化管之间的温差引起的燃烧室环壁内的热应力，在直通式蒸汽发生器工作时保持远远低于例如发生断裂危险的数值。因此在一个直通式蒸汽发生器中采用一个水平燃烧室还会有相当长的使用寿命。此外，将燃烧室设计成让热烟气主流方向大致呈水平，还使直通式蒸汽发生器的结构型式特别紧凑。这还能使直通式蒸汽发生器安装到带有一个汽轮机的电站中时，从直通式蒸汽发生器到汽轮机的连接管道特别短。

下面借助附图对本发明的一个实施例予以详细说明，附图中：

图1为一个双烟道结构型式的燃烧矿物燃料来加热的直通式蒸汽发生器的侧视图；

图2为单根汽化管的纵向剖面图；

图3示出一个带有曲线K₁至K₆的坐标系。

在所有附图中相互对应的部件具有相同的附图标记。

图1所示直通式蒸汽发生器2属于一个未详细示出的电站设备，该电站设备还包括一个汽轮机设备。其中直通式蒸汽发生器在全负荷时的产汽率定为至少80kg/s。直通式蒸汽发生器2中产生的蒸汽被同时用于驱动汽轮机，该汽轮机本身又驱动一发电机来发电。发电机产生的电流被馈入一联合电网或一岛式电网中。

该燃烧矿物燃料来加热的直通式蒸汽发生器2包括一个水平结构型式的燃烧室4，在其热烟气侧之后经过一个水平烟道6还连接有一个垂直烟道8。燃烧室4的环壁9由相互气密地焊接在一起、垂直布置的汽化管10形成，流体介质S可同时加入N根平行的汽化管中。其中燃烧室4的一个环壁9为端壁11。另外，水平烟道6的侧壁12或垂直直烟道8的侧壁14也可以由相互气密地焊接在一起、垂直布置的蒸汽发生器管16或17形成。在这种情况下流体介质S可同时分别加入各平行的蒸汽发生器管16或17中。

燃烧室4中的一些汽化管10在流体介质侧连接在流体介质S的一个入口蓄集-系统18之后，连接在一个出口蓄集-系统20之前。其中该入口蓄集-系统18包括一些平行的入口蓄集器。同时设有一个管道系统19用来引导流体介质S进入汽化管10的入口蓄集-系统18。该管道系统19包括多根并联的管道，它们分别与入口蓄集-系统18中的一个入口蓄集器相连。

汽化管10(如图2所示)具有一管道内径D和在其内侧上的肋条40，这些肋条以多线螺纹形式构成且肋条高度为R。其中垂直于管道轴线的平面42和管道内侧上设置的肋条的侧面44之同所成的升角α小于55°。由此实现从汽化管10内壁到汽化管内所传送的流体介质S的非常高的热传导，同时使管壁温度特别低。

燃烧室4的汽化管10的管道内径D依据汽化管10在燃烧室4中各自所处的位置来选定。按照这种方式，直通式蒸汽发生器2与汽化管10不同强度的受热相适应。这样设计燃烧室4的汽化管10，能特别可靠地保证使汽化管10出口上的温差保持非常小。

减少流体介质S流量的方法是给一部分汽化管10装设节流装置，这种节流装置在图中未详细示出。该节流装置制成在某一位置减小管道内径D的孔眼挡板结构，在直通式蒸汽发生器2工作时使受热较小的汽化管内流体介质S的流量减少，由此使流体介质S的流量与受热量相匹配。此外为减少汽化管10内流体介质S的流量，还可以给管道系统19中的一根或多根未详细示出的管道装设节流装置，特别是节流阀配件。

相邻的汽化或蒸汽发生器管10，16，17按照未详细示出的方式在其纵侧通过鳍板相互气密地焊接在一起。通过适当地选择鳍板宽度就会影响对汽化或蒸汽发生器管10，16，17的加热。因此，各鳍板宽度与一个在热烟气侧可给定的加热型面相适配，该加热型面取决于各汽化或蒸汽发生器管10，16，17在直通式蒸汽发生器2中的位置。其中该加热型面可以是由经验值定出的典型加热面，还可以是一个粗略的估计。因此在各汽化或蒸汽发生器管10，16，17出口处的温差即使在各汽化或蒸汽发生器管10，16，17的受热大不相同时也能保持非常小。按照这种方式，可靠地阻止了材料疲劳，从而保证直通式蒸汽发生器2具有长的使用寿命。

对于水平燃烧室4的管系需要考虑：对各根相互气密地焊接在一起的汽化管10的加热在直通式蒸汽发生器2工作时非常不同。因此汽化管10的设置要考虑到其内部加肋、与相邻汽化管10的鳍板连接和其管道内径D，通过适当选择使全部汽化管10尽管受热不同但具有几乎一样的出口温度，而且保证在直通式蒸汽发生器2所有工况下全部汽化管10被足够地冷却。同时对于在直通式蒸汽发生器2工作时少量汽化管受热较少的问题，额外地考虑装入节流装置。

燃烧室4中的汽化管10的管道内径D依据汽化管10在燃烧室4中各自所处的位置来选定。其中在直通式蒸汽发生器2工作时被强烈加热的汽化管10，其管道内径D大于在直通式蒸汽发生器2工作时被轻微加热的汽化管10。因此不同于管道内径相同的情况，使管道内径D较大的汽化管10内的流体介质流量提高，并由此使各汽化管10因受到不同加热在其出口处造成的温差减小。为使汽化管10内的流体介质S的流量与受热量相适配，进一步的措施是，在一部分汽化管10内和/或在为传送流体介质S而设的管道系统19内装入节流装置。而为了使加热量与通过汽化管10的流体介质S的流量相适配，鳍板宽度可以根据汽化管10在燃烧室4中的位置来选定。所有这些措施即便在各根汽化管受热大不相同时，也能使在直通式蒸汽发生器2工作时汽化管10内传送的流体介质S有一个几乎一样的热吸收率，因此在其出口处只有很小的温差。同时汽化管的内部加肋在此被设计成：尽管各根汽化管受热不同、直通式蒸汽发生器2在所有负荷状况下流体介质S的流量也不同，也能保证各汽化管10受到特别可靠的冷却。

水平烟道6具有一些设计成舱壁式受热面的过热器受热面22，它们近似垂直于热烟气G的主流方向24以悬挂的结构方式设置，并且其供流体介质S流过的管道均并联。过热器受热面22主要是被对流加热，并在流体介质侧连接在燃烧室4的汽化管10之后。

垂直烟道8具有一些主要可对流加热的对流受热面26，它们由近似垂直于热烟气G的主流方向24设置的管道形成。这些供流体介质S流过的管道均并联。此外在垂直烟道8中还设有一个燃料节省器28。垂直烟道8在出口侧通入到另一个热交换器，例如通入到一个空气预热器中，并从那里经过一个滤尘器进入烟囱。连接在垂直烟道8之后的构件在图1中未详细示出。

该直通式蒸汽发生器2被设计成具有一个结构高度特别低的水平的燃烧室4，因此只需特别低的制造和安装费用。此外直通式蒸汽发生器2的燃烧室4具有一些燃烧矿物燃料B的烧嘴30，它们沿水平烟道6的高度设置在燃烧室4的端壁11上。

为达到一个特别高的效率，使矿物燃料B完全燃烧，并防止热烟气侧主要是水平烟道6的过热器受热面22遭受污染(例如高温可熔化灰分的危害)及其材料受到损坏，燃烧室4的长度这样选定：它超过直通式蒸汽发生器2全负荷工作时燃料B的燃尽长度。其中该长度L为从燃烧室4的端壁11到水平烟道6的入口区域32的距离。其中燃料B的燃尽长度定义为用燃料B火焰F的燃尽时间t_A乘以某一平均热烟气温度下热烟气沿水平方向的速度。各直通式蒸汽发生器2的最大燃尽长度出现在各直通式蒸汽发生器2全负荷工作时。燃料B火焰F的燃尽时间t_A，又是例如一平均颗粒尺寸的煤粉粒在某一平均热烟气温度下完全燃烧所需的时间。

为保证特别有效地充分利用矿物燃料B的燃烧热，燃烧室4的长度L(以m计)依据从燃烧室4出去的热烟气G的出口温度T_BRK(以℃计)、燃料B火焰F的燃尽时间t_A(以s计)和直通式蒸汽发生器2全负荷时的产汽率M(以kg/s计)来合适地选定。同时燃烧室4的这一水平长度L至少为燃烧室4高度H的80％。其中高度H从燃烧室4的漏斗口上缘(图1中用以X和Y为端点的直线标出)直到燃烧室顶盖来计量。燃烧室4的长度L近似地通过函数(1)和(2)确定：

L(M，t_A)＝(C₁+C₂·M)·t_A                                (1)

和

L(M，T_BRK)＝(C₃·T_BRK+C₄)M+C₅(T_BRK)²+C₆·T_BRK+C₇        (2)

其中

C₁＝8m/s

C₂＝0.0057m/kg

C₃＝-1.905·10^-4(m·s)/(kg℃)

C₄＝0.286(s·m)/kg

C₅＝3·10^-4m/(℃)²

C₆＝-0.842/m/℃

C₇＝603.41m。

在此，所谓的“近似”可以理解为允许与各函数所定义的数值有+20％/-10％的偏差。其中，在直通式蒸汽发生器2在全负荷下有给定的产汽率M时，由函数(1)和(2)得出的较大值为燃烧室4的长度L。

作为对直通式蒸汽发生器2的设计的示例，燃烧室4的长度L与直通式蒸汽发生器2全负荷时的产汽率M之间的关系在图3的坐标系统中分别示为曲线K₁至K₆。其中以下各参数分别对应于这些曲线：

K₁：t_A＝3s                    按公式(1)，

K₂：t_A＝2.5s                  按公式(1)，

K₃：t_A＝2s                    按公式(1)，

K₄：T_BRK＝1200℃              按公式(2)，

K₅：T_BRK＝1300℃              按公式(2)，

K₆：T_BRK＝1400℃              按公式(2)。

因此举例来说燃尽时间t_A＝3s，且从燃烧室4出去的热烟气G的出口温度T_BRK＝1200℃，则用曲线K₁和K₄来确定燃烧室4的长度L。由此，当直通式蒸汽发生器2在全负荷下有给定的产汽率M

M＝80kg/s时，按K₄曲线，长度L＝29m，

M＝160kg/s时，按K₄曲线，长度L＝34m，

M＝560kg/s时，按K₄曲线，长度L＝57m。

在上述例子中，总是适用图示的实线曲线K₄。

举例来说燃料B火焰F的燃尽时间t_A＝2.5s，且从燃烧室4出去的热烟气G的出口温度T_BRK＝1300℃，则用曲线K₂和K₅。由此，当直通式蒸汽发生器2在全负荷下有给定的产汽率M

M＝80kg/s时，按K₂曲线，长度L＝21m，

M＝180kg/s时，按K₂和K₅曲线，长度L＝23m，

M＝560kg/s时，按K₅曲线，长度L＝37m。

可见直到M＝180kg/s都适用示为实线的曲线K₂的一部分，在小于这一M数值的范围内示为虚线的曲线K₅则不适用。对于大于180kg/s的M数值，则适用示为实线的曲线K₅的一部分，在大于这一M数值的范围内示为虚线的曲线K₂则不适用。

举例来说燃料B火焰F的燃尽时间t_A＝2s，且从燃烧室4出去的热烟气G的出口温度T_BRK＝1400℃，则对应于曲线K₃和K₆。由此，当直通式蒸汽发生器2在全负荷下有给定的产汽率M

M＝80kg/s时，按K₃曲线，长度L＝18m，

M＝465kg/s时，按K₃和K₆曲线，长度L＝21m，

M＝560kg/s时，按K₆曲线，长度L＝23m。

可见直到M＝465kg/s都适用以实线在该范围内示出的曲线K₃，以虚线在该范围内示出的曲线K₆不适用。对于大于465kg/s的M数值，图示曲线K₆的实线部分适用，图示曲线K₃的虚线部分不适用。

直通式蒸汽发生器2工作时，为了在受热更多的汽化管10内自动地形成比受热更少的汽化管10内更高的流量，对于N根并联的汽化管10，这样来选定直通式蒸汽发生器2在全负荷下的产汽率M(以kg/s计)与分别具有管道内径D_N的N根并联的可同时被加给流体介质S的汽化管10的内横截面总和A(以m²计)之比，即满足条件

$\frac{M}{A}=\frac{M}{\underset{i=1}{\overset{N}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&pi;}{\left(\frac{D_N}{2}\right)}^2}<1350$

其中数值1350以kg/s m²为单位，第N根汽化管10的管道内径D_N，i＝1至N。

在直通式蒸汽发生器2工作时，矿物燃料B被输送给烧嘴30。其中烧嘴30的火焰指向水平。由于燃烧室4的构造型式，会使燃烧产生的热烟气G沿大致水平的主流方向24流动。它经过水平烟道6到达大致指向地面的垂直烟道8，并排往未详细示出的烟囱方向。

燃料节省器18中进入的流体介质S经过垂直烟道8内设置的对流受热面26进入到直通式蒸汽发生器2燃烧室4汽化管10的入口蓄集-系统18里。在垂直设置的、相互气密地焊接的直通式蒸汽发生器2的燃烧室4汽化管10内，进行汽化并在必要时使流体介质部分被过热。其中产生的蒸汽或水-汽-混合物聚集在流体介质S的出口蓄集-系统18里。蒸汽或水-汽-混合物从那里经过水平烟道6和垂直烟道8的侧壁进入到水平烟道6的过热器受热面22内。在过热器受热面22里使蒸汽进一步过热，接着再输送去利用，例如用于驱动汽轮机。

通过将直通式蒸汽发生器2的N根相互并联的汽化管10在全负荷下的产汽率M与这N根汽化管内横截面总和A的比值选定为数值1350kg/s m²，就以特别简单的方式在保证直通式蒸汽发生器2所有负荷状态下汽化管10特别可靠地被冷却的同时，保证相邻汽化管10之间特别小的温差。此外汽化管10的串联设置能充分利用沿大致水平的主流方向24流动的热烟气G中的热量。同时根据直通式蒸汽发生器2全负荷时的产汽率M来选定燃烧室4的长度L，使矿物燃料B的燃烧热量得以特别可靠地被充分利用。此外直通式蒸汽发生器2因为其结构高度特别低、结构型式特别紧凑，故以特别低的制造和安装费用就可建起。同时可以设有一个以相当小的技术投入就可建造的机架。对于带有一个汽轮机和这样一个具有小的结构高度的直通式蒸汽发生器2的电站设备来说，从直通式蒸汽发生器到汽轮机的连接管道还可以作得特别短。

Claims (15)

1.一种直通式蒸汽发生器(2)，它具有一个燃烧矿物燃料(B)的燃烧室(4)，在其热烟气侧之后通过一个水平烟道(6)连接有一个垂直烟道(8)，其中燃烧室(4)的环壁(9)由相互气密地焊接在一起、垂直布置的汽化管(10)形成，燃烧室(4)包括一些在水平烟道(6)高度上布置的烧嘴(30)，该燃烧室(4)被设计成这样，即，使得多根相互并联的可同时被加给流体介质(S)的各汽化管(10)在全负荷下的产汽率(M)(以kg/s计)与这些汽化管(10)的内横截面总和(A)(以m²计)之比小于1350(以kg/s m²计)，燃烧室(4)中的这些相互并联的、可同时被加给流体介质(S)的汽化管(10)分别在流体介质一侧前接一个公共的流体介质(S)入口蓄集-系统(18)，在这些汽化管(10)的后面则连接一个公共的出口蓄集-系统(20)，其中，一些汽化管(10)在其内侧上分别带有多线螺纹形式的肋条(40)。

2.按照权利要求1所述的直通式蒸汽发生器(2)，其中燃烧室(4)端壁(11)上的汽化管(10)沿热烟气流向连接在燃烧室(4)别的环壁(9)上的汽化管(10)之前。

3.按照权利要求1或2所述的直通式蒸汽发生器(2)，其中，燃烧室(4)中的一些汽化管(10)的管道内径(D)依据它们在燃烧室(4)中各自所处的位置来选定，使得所述直通式蒸汽发生器(2)与所述汽化管(10)不同强度的受热相适应。

4.按照权利要求3所述的直通式蒸汽发生器(2)，其中垂直于管道轴线的平面(42)和管道内侧上设置的肋条(40)的侧面(44)之间所形成的升角(α)小于60°。

5.按照权利要求4所述的直流式锅炉(2)，其中，所述升角(α)小于55°

6.按照权利要求1或2所述的直通式蒸汽发生器(2)，其中一些汽化管(10)分别具有一个节流装置。

7.按照权利要求1或2所述的直通式蒸汽发生器(2)，其中设有一个管道系统(19)用来引导流体介质(S)进入燃烧室(4)的汽化管(10)中，同时为减少汽化管内流体介质(S)的流量，管道系统(19)具有一些节流装置。

8.按照权利要求1所述的直通式蒸汽发生器(2)，其中水平烟道(6)的侧壁(12)由相互气密地焊接在一起、垂直布置的、相互并联可同时被加给流体介质(S)的蒸汽发生器管(16)形成。

9.按照权利要求1所述的直通式蒸汽发生器(2)，其中，垂直烟道(8)的侧壁(14)由相互气密地焊接在一起、垂直布置的、相互并联可同时被加给流体介质(S)的蒸汽发生器管(17)形成。

10.按照权利要求1、8或9中任一项所述的直通式蒸汽发生器(2)，其中，相邻的汽化或蒸汽发生器管(10，16，17)通过鳍板相互气密地焊接，其中鳍板宽度依据各汽化或蒸汽发生器管(10，16，17)在燃烧室(4)、水平烟道(6)和/或垂直烟道(8)中的位置来选定，使得可以影响对汽化或蒸汽发生器管(10，16，17)的加热。

11.按照权利要求1或2所述的直通式蒸汽发生器(2)，其中，在水平烟道(6)中以悬挂的结构方式布置有一些过热器受热面(22)。

12.按照权利要求1或2所述的直通式蒸汽发生器(2)，其中，在垂直烟道(8)中布置有一些对流受热面(26)。

13.按照权利要求1或2所述的直通式蒸汽发生器(2)，其中，烧嘴(30)布置在燃烧室(4)的端壁(11)上。

14.按照权利要求1或2所述的直通式蒸汽发生器(2)，其中，由从燃烧室(4)的端壁(11)到水平烟道(6)的入口区域(32)的距离所定义的燃烧室(4)的长度(L)至少等于蒸汽发生器(2)全负荷工作时燃料(B)的燃尽长度。

15.按照权利要求1或2所述的直通式蒸汽发生器(2)，其中，燃烧室(4)的长度(L)作为全负荷时的产汽率(M)、燃料(B)火焰(F)的燃尽时间(t_A)和/或从燃烧室(4)出去的热烟气(G)的出口温度(T_BRK)的函数近似地按照下列函数来选定：

L(M，t_A)＝(C₁+C₂·M)·t_A                                    (1)

和

L(M，T_BRK)＝(C₃·T_BRK+C₄)M+C₅(T_BRK)²+C₆·T_BRK+C₇    (2)

其中

C₁＝8m/s

C₂＝0.0057m/kg

C₃＝-1.905·10^-4(m·s)/(kg℃)

C₄＝0.286(s·m)/kg

C₅＝3·10^-4m/(℃)²

C₆＝-0.842m/℃

C₇＝603.41m

其中，当直通式蒸汽发生器(2)在全负荷下有一预先给定的产汽率(M)时，燃烧室(4)的长度(L)选用由上面两个函数得出的较大值，其中，所述长度(L)、产汽率(M)、完全燃烧时间(t_A)和出口温度(T_BRK)的单位分别是m、kg/s、s和℃。