CN1192188C - 燃烧矿物燃料的蒸汽发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种蒸汽发生器，它具有一个使热烟气(G)沿基本上水平的主流方向(26)流动的燃烧室(4)，沿热烟气流向，在燃烧室之后通过一水平烟道(6)连接一垂直烟道(8)。燃烧室(4)的环壁(9)由蒸发管(10)构成。为了在蒸汽发生器(2)的各种负荷状态下使燃烧室(4)相邻的蒸发管(10)之间保持特别小的温度差。为此，可分别平行地往第一组(18)和第二组(20)蒸发管(10)中加入流动介质(s)，其中第一组(18)蒸发管(10)与第二组(20)蒸发管(10)串联。

Description

燃烧矿物燃料的蒸汽发生器
本发明涉及一种具有一个用于燃烧矿物燃料的燃烧室的蒸汽发生器，沿热烟气流向，在燃烧室之后通过一个水平烟道连接一垂直烟道。
在具有蒸汽发生器的电厂设备中，燃料中所含能量被用来在蒸汽发生器内蒸发流动介质。为了蒸发流动介质，蒸汽发生器具有一些蒸发管，通过加热这些蒸发管使管内流动的流动介质蒸发。由蒸汽发生器制备好的蒸汽则例如可以用于一个连接的外部过程，但也可以用于驱动汽轮机。若蒸汽用于驱动汽轮机，则通过汽轮机的透平轴通常带动发电机或工作机械。在发电机的情况下，由发电机发出的电流可馈入一联合电网和/或孤立电网中。
蒸汽发生器在此可以设计为直流式蒸汽发生器。由J.Franke、W.Koehler和E.Wittchow发表在VGB发电站工程73(1993)第4期352-360页中的论文“用于本生蒸汽发生器的蒸发原理”已知一种直流式蒸汽发生器。在直流式蒸汽发生器中，对作为蒸发管的蒸汽发生器管进行加热，使流动介质在蒸汽发生器管内一次通过时蒸发。
蒸汽发生器通常设计有按垂直结构方式的燃烧室。这意味着燃烧室设计成让加热的介质或热烟气基本上沿垂直的方向流动。
沿热烟气的流动方向，在燃烧室下游可连接一水平烟道，在从燃烧室向水平烟道过渡时，热烟气流转向到沿基本上水平的流动方向。然而这种燃烧室基于温度引起的燃烧室长度变化通常需要一个机架，燃烧室悬挂在此机架上。其结果是导致在制造和装配蒸汽发生器时带来昂贵的工程费用，而且蒸汽发生器的结构高度越大费用就越高。
在设计蒸汽发生器的燃烧室或烟道外壁时遇到的一个特殊的问题在于那里出现的管壁温度或材料温度。在约达200bar的亚临界压力区，若蒸发管的内表面能保证被润湿，那么燃烧室外壁的温度基本上就取决于水的饱和温度的大小。这例如通过采用在其内侧有一种表面结构的蒸发管达到。为此尤其考虑有内肋的蒸发管，例如由上面援引的论文已知它们在直流式蒸汽发生器中的应用。这些所谓的肋管，亦即具有加肋的内表面的管，有特别有效的从管内壁向流动介质的传热。
按经验可知燃烧室环壁被不同地加热是不可避免的。由于蒸发管受到的加热不同，因此从受加热量大的蒸发管出口流出的流动介质温度比在受到正常加热或加热量小的蒸发管中的高得多。由此可能在相邻的蒸发管之间形成导致热应力的温度差，这种热应力会缩短蒸汽发生器的使用寿命，甚至可能引起管断裂。
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的蒸汽发生器，它所需要的制造和装配费用特别低，与此同时在蒸汽发生器运行时在相邻蒸发管之间的温度差保持得特别小。
按本发明为达到此目的采取的措施是，蒸汽发生器包括一个燃烧室，此燃烧室有一些装在水平烟道的高度位置的烧嘴，燃烧室的环壁由互相气密焊接垂直排列的蒸发管构成，一些蒸发管再分成第一组和第二组，可分别平行地往第一组和第二组蒸发管中加入流动介质，以及，第一组与第二组蒸发管串联。
本发明以下列认识为出发点，即，能用特别低的制造和装配费用制成的蒸汽发生器必然有一种可采取简单措施实施的悬挂结构。可用较低的工程费用制成的用于悬挂燃烧室的机架源自于蒸汽发生器特别低的结构高度。通过按水平的结构方式设计燃烧室便可达到蒸汽发生器特别低的结构高度。为此烧嘴在水平烟道的高度位置装在燃烧室壁中。因此在蒸汽发生器运行时，热烟气基本上沿水平方向流过燃烧室。
此外，在水平的燃烧室工作时，在相邻蒸发管之间的温度差应特别小，以可靠避免材料早期疲劳。但是在直流式蒸汽发生器运行时，在水平的燃烧室中沿热烟气流向处于后部的区域受到的加热小于燃烧室前部区受到的加热。此外，例如对烧嘴附近的蒸发管的加热量大于对设在燃烧室角落内的蒸发管的加热。在极端的情况下，在燃烧室前部区内的热流密度可能比在后部区内的约大三倍。
在迄今一般的质量流量密度(以kg/m2s计以及相对于100％的蒸发量(全负荷))为2000kg/m2s的情况下，在一受热量较大的管内的质量流量下降而在受热量较少的管内的质量流量上升，这些都是相对于所有管的质量流量平均值而言的。这种特性是由于摩擦压力损失在蒸发管整个压力降中占较大的份额引起的。此外，蒸发管相对不同的长度差由于水平燃烧室特别低的高度因而比在垂直燃烧室的情况下要大得多。这就进一步强化了各蒸发管在加热和在摩擦压力损失方面的差别。为保证尽管如此仍能在相邻的蒸发管之间有基本相同的温度，比较有利的是燃烧室的一些蒸发管再分成第一组和第二组。其中，沿流体介质的流向，第一组相互并联的蒸发管与第二组相互并联的蒸发管串联起来。
在第一组蒸发管与第二组蒸发管串联的情况下，业已证明有利的是，燃烧室沿热烟气主流方向再分成第一区和第二区，其中第一区由第一组蒸发管构成，第二区由第二组蒸发管构成。沿热烟气的流向，第二区设在第一区与水平烟道之间。于是第一区蒸发管加入流动介质的进口段在蒸汽发生器运行时相对于第二区蒸发管进口段有较低的温度。也就是说由于两组蒸发管是串联的，所以第二区加入的是已经通过第一区的流动介质。同理，水平烟道的进口段具有与燃烧室第二区进口段相比更低的温度。通过将燃烧室分区并使各区域内的蒸发管沿热烟气主流方向并联，使蒸汽发生器运行时相邻蒸发管之间的温度差显得特别小。
比较有利地是，在第一组蒸发管和第二组蒸发管的上游分别连接一个用于流动介质的公共的进口总管系统，而在下游连接一个用于流动介质的公共的出口总管系统。按这种方案设计的蒸汽发生器允许在并联的蒸发管之间可靠地实现压力平衡，并因而在流动介质流过蒸发管时能有一种非常有利的分配。
燃烧室的一个环壁比较有利地是端壁，可平行地往它的蒸发管中加入流动介质。
燃烧室端壁的蒸发管沿流动介质的流向比较有利地连接在燃烧室第一组蒸发管的上游。由此保证特别有利地冷却端壁。
按另一项特别有利的设计，燃烧室一些蒸发管的管内径根据各蒸发管在燃烧室内的具体位置来选择。以此方式使燃烧室内的蒸发管能与热烟气方面可预定的加热剖面相匹配。借助于由此造成的对蒸发管流量的影响，特别可靠地使燃烧室蒸发管出口处的温度差保持得很小。
为了将燃烧室的热量特别有效地传输给在蒸发管内流动的流动介质，比较有利的是一些蒸发管在其内侧有多头螺纹构成的肋。在这种情况下比较有利的是，一个垂直于管轴线的平面与设在管内侧上的肋侧面之间的螺旋角α小于60°，优选小于55°。
在一根被加热的设计为无内肋的蒸发管，亦即所谓光管的蒸发管中，从某一个蒸汽含量起便不能再保持为了特别有效地传热所需的管壁润湿。在润湿不足的情况下可能存在局部干燥的管壁。转变为这种干燥管壁导致一种使传热特性恶化的传热危机，所以通常在此部位的管壁温度特别剧烈地上升。但现在在有内肋的管中，与光管相比只是在蒸汽质量含量＞0.9，亦即在即将结束蒸发前，才出现这种传热的危机。这归因于流体介质通过螺旋形肋流动时获得的扭转。基于不同的离心力，流体介质中的水成分与蒸汽成分分离并被压在管壁上。由此直到高的蒸汽含量仍维持管壁润湿，所以在有传热危机的地方已经存在高的流动速度。其结果是尽管有传热危机但仍促使有效地传热以及导致低的管壁温度。
燃烧室的一些蒸发管比较有利地具有用于减小流动介质流量的装置。在这种情况下业已证明特别有利的是将这些装置设计为节流装置。节流装置可例如是装在蒸发管中的内部配件，它们在蒸发管内部的一个位置减小了管内径。
还证明有利的是用于减小流量的装置也设在包括多根平行管道的管路系统内，流动介质可通过此管路系统供入燃烧室的蒸发管内。管路系统也可以连接在可平行地加入流动介质的蒸发管的一个进口总管系统上游。在管路系统的一根或多根管道内可例如设节流附件。借助于这些用于减小通过蒸发管的流动介质流量的装置，可以使通过各蒸发管的流动介质流量与各蒸发管在燃烧室内具体的受加热状况相适配。由此进一步特别可靠地将各蒸发管出口处的流动介质温度差保持得非常小。
水平烟道和/或垂直烟道的侧壁比较有利地由互相气密焊接垂直排列可分别平行地加入流动介质的蒸汽发生器管构成。
相邻的蒸发管或蒸汽发生器管比较有利地通过金属带，即所谓的鳍板，互相气密焊接。鳍板宽度影响输入蒸汽发生器管内的热量。因此鳍板宽度优选地根据有关的蒸发管或蒸汽发生器管在蒸汽发生器内的位置与可预定的热烟气加热剖面相匹配。作为加热剖面在此可预先给定一个由经验值确定的典型的加热剖面或一种粗略的估计，例如台阶形的加热剖面。通过恰当选择鳍板宽度，即使在不同蒸发管或蒸汽发生器管的受加热有巨大差别的情况下，也能做到使蒸发管或蒸汽发生器管出口处保持特别小的温度差。以此方式可靠防止材料发生早期疲劳。蒸汽发生器因此具有特别长的使用寿命。
在水平烟道内比较有利地设置一些过热加热面，它们基本上垂直于热烟气的主流方向排列以及它们用于流过流动介质的管相互并联。这些按悬挂的结构方式设置的又称为舱壁式加热面(Schottheizflaechen)的过热加热面主要进行对流加热，并且沿流动介质的流向连接在燃烧室蒸发管下游。由此保证特别充分地利用热烟气热量。
比较有利地是，垂直烟道具有一些对流加热面，它们由大体上垂直于热烟气主流方向排列的管构成。对流加热面的这些管为让流动介质流过而相互并联。这些对流加热面主要也是对流加热。
为进一步保证特别充分地利用热烟气热量，垂直烟道比较有利地具有一燃料节省器。
比较有利地是将烧嘴装在燃烧室的端壁上，亦即装在燃烧室与去往水平烟道的流出口处于相对位置的那个环壁上。如此设计的蒸汽发生器可以特别简单的方式与燃料的燃尽长度相匹配。在这里，燃料的燃尽长度指的是，在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燃尽时间tA。针对具体的蒸汽发生器，最大的燃尽长度是在全负荷时，亦即在蒸汽发生器所谓的满负荷运行时蒸汽发生器的蒸汽生产能力下得出的。燃尽时间tA则例如是平均尺寸的煤粉粒在一定的平均热烟气温度下完全燃烧所需的时间。
为了使水平烟道例如由于沾上高温的熔融灰所遭受的材料损伤以及所不希望受到的污染程度保持得特别低，燃烧室长度L(从端壁到水平烟道进口区的距离)比较有利地至少等于蒸汽发生器满负荷运行时燃料的燃尽长度。燃烧室的这一长度L通常大于从燃烧室的漏斗上边缘到燃烧室盖的高度。
为了特别充分地利用矿物燃料的燃烧热，按一项有利的设计，燃烧室的长度L(以m计)作为蒸汽发生器的BMCR值W(kg/S)、燃料的燃尽时间tA(S)以及从燃烧室排出的热烟气出口温度TBRK(℃)的函数进行选择。BMCR是Boiler maximum continuous rating的缩写，它是国际上通用的表示蒸汽发生器最大持续蒸汽生产能力的术语。它也对应于设计功率，亦即蒸汽发生器满负荷运行时的功率。在蒸汽发生器的BMCR值W给定时，两个函数(1)和(2)中的较大值作为燃烧室的长度L：
L(W，tA)＝(C1+C2·W)·tA        (1)
和
L(W，TBRK)＝(C3·TBRK+C4)W+C5(TBRK)2+C6·TBRK+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/℃以及
C7＝603.41m，
在这里“近似”指的是允许偏离通过相关函数确定的值+20％/-10％。
采用本发明获得的优点主要在于，通过第一组蒸发管与第二组蒸发管的串联，即使在一个水平的燃烧室中，也能保证在蒸汽发生器运行时相邻蒸发管之间特别小的温度差。在这里燃烧室的长度设计为能保证特别充分地利用矿物燃烧的燃烧热。此外，通过将燃烧室设计成让热烟气有基本上沿水平方向的流向，获得了一种特别紧凑的蒸汽发生器结构方式。从而在将此蒸汽发生器结合在汽轮机装置内时，使得从蒸汽发生器到汽轮机只有特别短的连接管。
下面借助附图详细说明本发明的实施例，附图中：
图1为按双烟道结构方式的燃烧矿物燃料的蒸汽发生器的示意侧视图；
图2为单根蒸发管的示意性纵剖面；以及
图3为绘有特性曲线K1至K6的坐标系。
在所有附图内互相对应的部件用相同的附图标记表示。
图1所示蒸汽发生器2配属于一个图中未进一步表示的电厂设备，该电厂设备还包括一个汽轮机装置。在蒸汽发生器内产生的蒸汽被利用来驱动汽轮机，汽轮机本身又驱动发电机来发电。由发电机发出的电流馈入一联合电网或孤立电网内。此外，分出的一个蒸汽分量还可供入一个连接在汽轮机装置上的外部过程，该外部过程也可以是一种加热过程。
燃烧矿物燃料的蒸汽发生器2比较有利地设计为直流式蒸汽发生器。它包括一燃烧室4。沿热烟气的流向在燃烧室之后通过一个水平烟通6连接一垂直烟道8。
燃烧室4的环壁9由互相气密焊接垂直排列的蒸发管10构成。其中一个环壁9是蒸汽发生器2燃烧室4的端壁11。此外，水平烟道6的侧壁12和/或垂直烟道8的侧壁14也可以由互相气密焊接垂直排列的蒸汽发生器管16或17构成。在这种情况下可分别平行地往蒸汽发生器管16、17中加入流动介质S。
此外，燃烧室4环壁9中的一些蒸发管10再分成第一组18和第二组20。在这里，向第一组18或第二组20蒸发管10中可分别平行地加入流动介质S。第一组18蒸发管10布置在燃烧室4的第一区22内，而第二组20蒸发管10布置在燃烧室4的第二区24内。燃烧室4的第二区24相对于热烟气G基本上水平的主流方向26设在燃烧室4的第一区22与水平烟道6之间。
沿流动介质的流向，在燃烧室4的第一组18蒸发管10和第二组20蒸发管10的上游分别连接一用于流动介质S的进口总管系统28或30，而在它们下游则分别连接一出口总管系统32或34。第一组18蒸发管10的出口总管系统32通过一个管路系统36与第二组20蒸发管10的进口总管系统30连接。通过这些总管系统28、32或30、34，可以在并联的蒸发管10之间实行压力平衡，这种压力平衡促使流动介质S在流过蒸发管10时有利地分布。
为了使流动介质S在通过燃烧室4的环壁9时有特别有利的流量特性并因而达到特别充分地利用矿物燃料B的燃烧热，燃烧室4端壁11上可平行地加入流动介质S的蒸发管10沿流动介质方向连接在燃烧室4的第一组18蒸发管10的上游。
如图2所示，蒸发管10在其内侧有肋40，它们由一种多头螺纹构成并有肋高R。在一个垂直于管轴线的平面42与设在管内侧上的肋40侧面44之间的螺旋角α小于55°。由此在管壁温度特别低的同时实现从蒸发管的内壁向在蒸发管10内流动的流动介质S特别有效的传热。
燃烧室4蒸发管10的管内径D根据各蒸发管10在燃烧室4内的具体位置来选择。以此方式使蒸汽发生器2适应各蒸发管10受到不同强度的加热这一情况。燃烧室4蒸发管10的这种设计，确保特别可靠地将各蒸发管10出口处的温度差保持得特别小。
相邻的蒸发管或蒸汽发生器管10、16、17按没有进一步表示的方式通过鳍板互相气密地焊接。因此可通过恰当选择鳍板的宽度来影响对蒸发管或蒸汽发生器管10、16、17的加热。因此具体的鳍板宽度与一个在热烟气侧可预定的加热剖面相匹配，后者取决于有关蒸发管或蒸汽发生器管10、16、17在蒸汽发生器内的位置。在这里，加热剖面可以是一种由经验值确定的典型的加热剖面，或者也可以是一种粗略的估计。因此，即使在对各蒸发管或蒸汽发生器管10、16、17的加热有严重差别的情况下也能保持各蒸发管或蒸汽发生器管10、16、17出口处只有特别小的温度差。以此方式可靠地防止材料疲劳，其结果是保证了蒸汽发生器2长的使用寿命。
作为减小流动介质S流量的措施是部分蒸发管10配备节流装置，它们在图中没有进一步示出。节流装置可以是减小管内径D的圆孔隔板，在蒸汽发生器2运行时，它们促使在受到较少加热的蒸发管10内的流动介质S的流量减少，由此使流动介质S的流量与加热状况相匹配。此外，作为减少在燃烧室4第二组20蒸发管10内的流动介质S流量的措施，是在管路系统36的一根或多根没有在图中进一步表示的管道内配备节流装置，尤其是节流附件。
在燃烧室4的管系中应当考虑到，互相气密焊接的各蒸发管10在蒸汽发生器2运行时受到的加热有很大的差别。因此第一组18或第二组20蒸发管10在有关其内部加肋、第一组18或第二组20相邻蒸发管10之间的鳍板连接以及它们的管内径D方面应当选择成，使第一组18或第二组20的所有蒸发管10尽管受到不同加热但基本上仍有相同的出口温度，并保证对于蒸汽发生器2的所有运行状态均能充分冷却所有的蒸发管10。这些尤其采取这样的措施来保证，即，蒸汽发生器2针对于让流过蒸发管10的流动介质S有较低的质量流量密度来设计。通过恰当选择鳍板连接和管内径D，还可以做到使摩擦压力损失占总的压力损失的份额很低，以获得一种自然循环特性：第一组18或第二组20中受到强烈加热的蒸发管10内的流体介质流量大于第一组18或第二组20中受到较弱加热的蒸发管10内的流体流量。由此还做到，第一组18或第二组20中接近烧嘴受到较强烈加热的蒸发管10，其单位吸热量(相对于质量流量而言)与同一组18或20中设在接近燃烧室端部处的那些受到较弱加热的蒸发管10的大体一样多。另一项措施，亦即使燃烧室4蒸发管10内的流量与受加热状况相配，是在部分蒸发管10内或在管路系统36的部分管道内安装节流装置。在这里，内部加肋设计为，保证在两组18和20蒸发管10内的蒸发管壁得到充分的冷却。因此，采取了上述这些措施后，使第一组18或第二组20的所有蒸发管10具有基本上相同的出口温度。
水平烟道6具有一些设计为舱壁式加热面(Schottheizflaechen)的过热加热面50，它们按悬挂的结构方式基本上垂直于热烟气G的主流方向26布置，以及它们用于流过流动介质S的管相互并联。过热加热面50通常被对流加热，这些过热加热面50沿流动介质的方向连接在燃烧室4蒸发管10的下游。
垂直烟道8有一些主要可被对流加热的对流加热面52，它们由基本上垂直于热烟气G的主流方向26排列的管构成。这些用于流过流动介质S的管相互并联，并且按没有进一步表示的方式组合在流动介质S的流动路径内。此外，在垂直烟道8内设有一燃料节省器56。燃烧节省器56的出口侧通过管路系统54连接在配属于第一组18蒸发管10的进口总管系统28上。管路系统54的一根或多根在图中未进一步表示的管道可配有用于减少流动介质S流量的节流附件。垂直烟道8的出口侧通入一个空气预热器中，再从那里经过一个滤尘器通入烟囱。在垂直烟道8下游所设的构件在附图中没有示出。
蒸汽发生器2通过采用水平的燃烧室设计成有特别低的结构高度，并因而可用特别低的制造和装配费用实现。为此，蒸汽发生器2的燃烧室4具有一些用于燃烧矿物燃料B的烧嘴58，它们在水平烟道6的高度位置装在燃烧室4的端壁11上。
为了使矿物燃料B特别充分地烧尽以获得特别高的效率，以及为了特别可靠地防止水平烟道6沿热烟气流向的第一个过热加热面50的材料受损伤以及例如由于沾上高温的熔融灰而受到污染，燃烧室4的长度L应选择为超过蒸汽发生器2满负荷运行时燃料B的燃尽长度。所述长度L在此是指从燃烧室4的端壁11到水平烟道6进口区60的距离。燃料B的燃尽长度在这里定义为在规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B的燃尽时间tA。针对具体的蒸汽发生器2，最大燃尽长度在该蒸汽发生器2满负荷运行时得出。燃料B的燃尽时间tA则是在规定的平均热烟气温度下例如平均尺寸的煤粉粒完全燃烧所需要的时间。
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)根据热烟气G从燃烧室4流出的出口温度TBRK(℃)、燃料B的燃尽时间tA以及蒸汽发生器2的BMCR值W(kg/s)来恰当选择。在这里BMCR是Boiler maximum continuous rating的缩写。此BMCR值W是国际通用的表示蒸汽发生器最大连续产汽能力的术语。它也对应于设计功率，亦即蒸汽发生器满负荷运行时的功率。燃烧室4的水平长度L大于燃烧室4的高度H。此高度H是从燃烧室4在图1中用具有端点X和Y的线作为标志的漏斗上边缘到燃烧室盖测得的距离。在这种情况下，燃烧室4的长度L近似地由两个函数(1)和(2)确定。
L(W，tA)＝(C1+C2·W)·tA               (1)
L(W，TBRK)＝(C3·TBRK+C4)W+C5(TBRK)2+C6·TBRK+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/℃以及
C7＝603.41m，
上述“近似”的意思是允许偏离通过相关函数确定的值+20％/-10％。对于蒸汽发生器的一个任意的但固定的BMCR值W，由通过函数(1)和(2)得出的值中较大的那个值作为燃烧室4的长度L。
在按图3的坐标系中示出了六条曲线K1至K6，作为根据蒸汽发生器2的BMCR值W计算燃烧室4长度L的举例。下列参数分属于这些曲线：
K1：tA＝3s          按(1)；
K2：tA＝2.5s        按(1)；
K3：tA＝2s          按(1)；
K3：TBRK＝1200℃    按(2)；
K5：TBRK＝1300℃    按(2)；
K6：TBRK＝1400℃    按(2)。
因此为了确定燃烧室4的长度L，例如在燃尽时间tA＝3s和从燃烧室4排出的热烟气G的出口温度TBRK＝1200℃时，适用曲线K1和K4。由此在蒸汽发生器2具有一个预先给定的BMCR值W的情况下得出
当W＝80kg/s时，按曲线K4，长度L＝29m，
当W＝16kg/s时，按曲线K4，长度L＝34m，
当W＝560kg/s时，按曲线K4，长度L＝57m。
在燃尽时间tA＝2.5s和从燃烧室4排出的热烟气G的出口温度TBRK＝1300℃时，则适用曲线K2和K5。由此在蒸汽发生器2有一个预先给定的BMCR值W的情况下得出
当W＝80kg/s时，按曲线K2，长度L＝21m，
当W＝180kg/s时，按曲线K2和K5，长度L＝23m，
当W＝560kg/s时，按曲线K5，长度L＝37m。
在燃尽时间tA＝2s和从燃烧室4排出的热烟气G的出口温度TBRK＝1400℃时，则适用曲线K3和K6。由此在蒸汽发生器2有一个预先给定的BMCR值W的情况下得出
当W＝80kg/s时，按曲线K3，长度L＝18m，
当W＝465kg/s时，按曲线K3和K6，长度L＝21m，
当W＝560kg/s时，按曲线K6，长度L＝23m。
在蒸汽发生器2运行时向烧嘴58供入矿物燃料B。烧嘴58的火焰F水平定向。采用燃烧室4的这种结构方式，使燃烧产生的热烟气G的流动基本上沿水平的主流方向26。热烟气经水平烟道6进入基本上朝向地面的垂直烟道8，随后离开垂直烟道去往图中未进一步表示的烟囱。
进入燃料节省器56的流动介质s经管路系统54到蒸汽发生器2燃烧室4的第一组18蒸发管10的进口总管系统28中。在蒸汽发生器2燃烧室4中互相气密焊接垂直排列的第一组18蒸发管10内，使流动介质s蒸发和可能部分过热。由此产生的蒸汽或水汽混合物聚集在流动介质s的出口总管系统32内。蒸汽或水汽混合物从那里经管路系统36进入配属于第二组20蒸发管10的进口总管系统30中。在第二组20蒸发管10内产生的蒸汽或水汽混合物经出口总管系统34进入水平烟道6和垂直烟道8的壁内，从那里再进入水平烟道6的过热加热面50中。在过热加热面50内蒸汽被进一步过热，该过热蒸汽随后输出供作它用，例如用于驱动一汽轮机。
通过将燃烧室4的蒸发管10分组，以非常简单的方式保证在蒸汽发生器2所有的负荷状态下在相邻的蒸发管10之间只有特别小的温度差。因此，与端壁11同第二区24直接邻接的情况相比，在端壁11和第一区22的相邻蒸发管10之间或在第一区22与第二区24相邻蒸发管10之间，在进口段内的流动介质s温度差较小。此外，在间接或直接相邻的第二区24蒸发管10与水平烟道6的蒸汽发生器管16之间的温度差，也比第一组18蒸发管10与第二组20蒸发管10未串联的情况下要小。
通过根据蒸汽发生器2的BMCR值W来选择燃烧室4的长度L，保证特别可靠地充分利用矿物燃料B的燃烧热。此外，蒸汽发生器2由于其特别低的结构高度和紧凑的结构方式，所以用特别少的制造和装配费用便能实现。在这种情况下可以采用一种用较低的工程费用便可制成的机架。此外，当汽轮机装置中具有一台这种低结构高度的蒸汽发生器2时，从蒸汽发生器2到汽轮机的连接管可以设计得非常短。

Claims (18)

1.一种具有一个用于燃烧矿物燃料(B)的燃烧室(4)的蒸汽发生器(2)，沿热烟气流向，在燃烧室之后通过一个水平烟道(6)连接一垂直烟道(8)，其中，该燃烧室(4)包括一些装在水平烟道(6)高度位置的烧嘴(58)，其特征在于：燃烧室(4)的环壁(9)由一些互相气密焊接垂直排列的蒸发管(10)构成，一些蒸发管(10)再分为第一组(18)和第二组(20)，可分别平行地往第一组(18)和第二组(20)蒸发管(10)中加入流动介质(s)，以及第二组(20)蒸发管(10)沿流动介质的流动方向串联地设在第一组(18)蒸发管(10)下游，燃烧室(4)的环壁(9)沿热烟气(G)的主流方向(26)再分为第一区(22)和第二区(24)，其中第一区(22)由第一组(18)蒸发管(10)构成，而第二区(24)由第二组(20)蒸发管(10)构成，以及，第二区(24)沿热烟气流向布置在第一区(22)与水平烟道(6)之间。
2.按照权利要求1所述的蒸汽发生器(2)，其中，沿流动介质流向，不仅在第一组蒸发管(10)上游而且在第二组蒸发管(10)上游分别连接一公共的流动介质(s)进口总管系统(28、30)，并且在它们的下游分别连接一公共的出口总管系统(32、34)。
3.按照权利要求1至2所述的蒸汽发生器(2)，其中，燃烧室(4)的一个环壁(9)是端壁(11)，可平行地往该端壁(9)的蒸发管(10)中加入流动介质(s)。
4.按照权利要求3所述的蒸汽发生器(2)，其中，沿热烟气的流向，燃烧室(4)端壁(11)的蒸发管(10)连接在燃烧室(4)的第一组(18)蒸发管(10)的上游。
5.按照权利要求1或2所述的蒸汽发生器(2)，其中，燃烧室(4)中一些蒸发管(10)的管内径(D)根据蒸发管(10)各自在燃烧室(4)内的具体位置来选择，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。
6.按照权利要求1或2所述的蒸汽发生器(2)，其中，一些蒸发管(10)在其内侧分别带有由多头螺纹构成的肋(40)。
7.按照权利要求6所述的蒸汽发生器(2)，其中，一个垂直于管轴线的平面(42)与设在管内侧的肋(40)侧面(44)之间的螺旋角(α)小于60°。
8.按照权利要求7所述的蒸汽发生器(2)，其中，所述螺旋角(α)小于55°。
9.按照权利要求1或2所述的蒸汽发生器(2)，其中，一些蒸发管(10)分别具有一节流装置。
10.按照权利要求1或2所述的蒸汽发生器(2)，其中，设有一管路系统用于将流动介质(s)供入燃烧室(4)的蒸发管(10)内，为了减小流动介质(s)的流量，此管路系统具有一些节流装置。
11.按照权利要求1所述的蒸汽发生器(2)，其中，水平烟道(6)的侧壁(12)由互相气密焊接垂直排列可平行地加入流动介质(s)的蒸汽发生器管(16)构成。
12.按照权利要求1所述的蒸汽发生器(2)，其中，垂直烟道(8)的侧壁(14)由互相气密焊接垂直排列可平行地加入流动介质(s)的蒸汽发生器管(17)构成。
13.按照权利要求1、11或12中任一项所述的蒸汽发生器(2)，其中，相邻蒸发管或蒸汽发生器管(10、16、17)通过鳍板互相气密焊接，鳍板的宽度根据蒸发管或蒸汽发生器管(10、16、17)在燃烧室(4)、水平烟道(6)和/或垂直烟道(8)内的具体位置选择，使得可以影响对蒸发管或蒸汽发生器管(10、16、17)的加热。
14.按照权利要求1或2所述的蒸汽发生器(2)，其中，在水平烟道(6)内按悬挂的结构方式设置一些过热加热面(50)。
15.按照权利要求1或2所述的蒸汽发生器(2)，其中，在垂直烟道(8)内设一些对流加热面(52)。
16.按照权利要求1或2所述的蒸汽发生器(2)，其中，烧嘴(58)装在燃烧室(4)的端壁(11)上。
17.按照权利要求1或2所述的蒸汽发生器(2)，其中，由从燃烧室(4)端壁(11)到水平烟道(6)进口区(60)的距离所定义的燃烧室(4)长度(L)至少等于蒸汽发生器(2)满负荷运行时燃料(B)的燃尽长度。
18.按照权利要求1或2所述的蒸汽发生器(2)，其中，燃烧室(4)的长度(L)作为蒸汽发生器最大持续产汽率(W)、烧嘴(58)燃尽时间(tA)和/或从燃烧室(4)排出的热烟气(G)的出口温度(TBRK)的函数，近似地按下列两个函数(1)和(2)进行选择
L(W，tA)＝(C1+C2·W)·tA         (1)
以及
L(W，TBRK)＝(C3·TBRK+C4)W+C5(TBRK)2+C6·TBRK+C7    (2)
其中C1＝8m/s，
C2＝0.0057m/kg，
C3＝-1.905·10-4(m·s)/(kg℃)，
C4＝0.2857(s·m)/kg，
C5＝3·10-4m/(℃)2，C6＝-0.8421m/℃以及
C7＝603.4125m，
在这里，对于一个给定的蒸汽发生器最大持续产汽率(W)，上述两个函数得到的值中较大的那一个作为燃烧室(4)的长度(L)，其中，所述长度(L)、蒸汽发生器最大持续产汽率(W)、完全燃烧时间(tA)和出口温度(TBRK)的单位分别是m、kg/s、s和℃。
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