CN1266412C - 用于产生饱和水蒸气的蒸发器和蒸发法 - Google Patents

Abstract

一种蒸发器包括两部分一单程部分(22)和循环部分(24)，它们两个包括位于热气流中的管(34，44)。热水以充分的速度流经单程部分的管(34)，以使它的管内部充分保持湿润，同时使得在水中能产生水蒸气。循环部分包括汽鼓(42)，它连接到该部分的管(44)以便来自汽鼓的水在管中循环，然后流回汽鼓，所述循环使得循环部分的管中的水让管全部保持湿润，同时在水中产生水蒸气。来自单程部分的管中的水排入汽鼓，从循环部分的管中循环回来的水也是如此。

Description

用于产生饱和水蒸气的蒸发器和蒸发法

技术领域

本发明主要涉及蒸汽发生器，尤其涉及用于蒸汽发生器的蒸发器和蒸发法。

背景技术

用于产生电能的许多设备依赖水蒸气，各种工业处理也是如此。两种情况下，在许多实例中通过燃烧产生的热气流经发生器，发生器将水转换成过热水蒸气。这些典型的装置是回热蒸汽发生器(HRSGs)，它们从燃气涡轮排放的热气中吸收热量，燃气涡轮驱动发电机。吸收的热量产生水蒸气，水蒸气流过给另一发电机提供动力的蒸汽涡轮。

除了热气体流经的管道之外，典型蒸汽发生器的最基本结构包括三个其它部件—即过热器、蒸发器、节热器或给水加热器，相对于气流在管道中的流动，它们按照这个顺序排列。水在相反方向上流动，即流过节热器，在那里水得到加热，但是保持液态，然后流过蒸发器，在那里水转换成饱和水蒸气，然后穿过过热器，在那里饱和水蒸气变成过热蒸汽。

蒸发器分成两种基本结构—循环型和单程型，它们各自具有自己的优点和缺点。两种都在管道中具有热气流经的管阵列。

在循环型中，管位于带有汽鼓的回路中，汽鼓在管上面。汽鼓容纳水，水从汽鼓流经下水管，然后进入管中，在那里一些水转化成水蒸气，但是水蒸气以气泡的形式存在于水中，并且穿过立管返回到汽鼓中。这里，饱和水蒸气与液态水分离，并且流到过热器。提供给汽鼓的给水取代水蒸气。循环蒸发器的管始终保持湿润—也就是说，液态水存在于它们的整个内表面—并且这促进良好热传递。而且，杂质例如溶解盐浓缩在汽鼓和循环回路剩余部分内的水中，使得饱和水蒸气大量逸出而无此杂质。从汽鼓中抽出称为排污的小水流量以控制杂质的积累。虽然某些循环蒸发器具有泵协助，但是大部分循环蒸发器完全依赖下水管中的水和管中的水-汽混合物的密度变化来在蒸发器中循环水。而且，循环蒸发器包含储存水的蓄水池。因此，泵的故障不会立即影响蒸发器的运行，使蒸发器容易过热。同样，循环蒸发器在宽范围负载条件下运行非常好。最后，循环蒸发器是主流装置，因而锅炉操作工熟悉它们的操作。

但是循环蒸发器具有其缺点。或许其中最大的缺点是给它们的费用，这归结于给管供水的汽鼓、大的下水管和总管。而且，容纳水的蓄水池需要时间来达到沸腾温度，因此延长了循环蒸发器的启动时间。

单程蒸发器不需要下水管或汽鼓，因此在它们中保存的水位于它们自己的管中。这使得单程蒸发器比自然循环蒸发器更快地达到运行条件。然而，单程蒸发器必须将水完全转换成水蒸气，因此只有饱和水蒸气逸出并流到过热器。没有液态水流出蒸发器。因此，管区域干运行，也就是说，它们的内部未用水湿润。即使这些区域在超过湿区域的温度下运行，热传递在这些区域中明显减少。单程蒸发器的某些制造采用高合金金属以使这些管更好地承受提升的温度。然而，循环蒸发器排放的水蒸气很大程度上无杂质，单程蒸发器要排放的水蒸气中包含给水中存在的所有杂质，给水是用泵抽到单程蒸发器中。因此，给水需要进行处理以尽可能多地消除杂质。

因此，循环和单程蒸发器各自具有优点和缺点。

发明内容

本发明涉及的蒸发器具有循环蒸发器和单程蒸发器的许多优点，但是很少具有其缺点。为此目的，它包括第一管、第二管和容器，第一管位于热气流中，第二管也位于热气流中，容器连接到第一管和第二管，以便容器从第一管中接收水而且使得水从容器循环到第二管并返回到容器。本发明也涉及实施蒸发器运行的方法。

附图说明

图1是蒸汽发生器的示意剖视图，它装有依据和实施本发明而构造的蒸发器；

图2是蒸发器的示意图。

具体实施方式

现在参考附图，蒸汽发生器A(图1)主要包括管道2，它有入口端4和排出端6。入口端4连接到热气源，例如燃气涡轮或燃烧炉，并且那些气体流经管道2，在排出端6离开。另外，蒸汽发生器A包括过热器12、蒸发器14、给水加热器或节热器16，它们按照这个顺序从入口端4到排出端6排列在管道2中。因此，热气首先流经过热器12、然后流经蒸发器14，最后流经节热器16。水在相反方向上流动。更具体地，节热器16连接到给水泵18，它将液态给水输送给节热器16。节热器16从热气中吸收热量并把热量传递给流经它的液态水，由此提升水温。液态水离开节热器16后流到蒸发器14，水流经蒸发器。蒸发器14将液态水温提升的更高—实际上，足够高以至于将一些水转换成饱和水蒸气。饱和水蒸气流入升高水蒸气温度的过热器12，被转换成过热水蒸气，可以用来给涡轮提供动力，或用于某些工业处理，甚至用来加热建筑物。过热器12和节热器16主要是管束。蒸发器14更复杂。

蒸发器14在某种程度上代表单程蒸发器和自然循环蒸发器的组合。它本身包括(图2)单程部分22和自然循环部分24。来自节热器16的液相热水经由给水管26引入单程部分22，在两部分22和24中，热水转换成饱和水蒸气，它从自然循环部分24中排入排出管28，排出管28将饱和水蒸气输送到过热器12。

首先考虑单程部分22，它包括(图2)位于管道2内的管34，以便热气流经它们。它也包括通向自然循环部分24的连接管36。节热器16将温水输送到单程部分22的管34，其中一些水在管34中转换成饱和水蒸气。流量使得水蒸气出口质量保持较低，而管34内部全部保持湿润，这个流量由给水泵18控制。因此，即使液态水可能包含饱和水蒸气泡，但是在管34内部存在液态水。与常规单程蒸发器相比，单程部分22的管34没有干壁。实际上，这种排列是确保管34全部保持湿润，并且也确保连接管36中的水蒸气质量在20％和90％之间变化，优选在40％和60％之间。“质量”意思是水和水蒸气混合物中实际为水蒸气的重量百分比。因此，带有40％质量水蒸气的流量含有40％重量的水蒸气和60％重量的液态水。

自然循环部分24包括(图2)汽鼓42和管44，汽鼓42是位于管道2外面和上面的容器，而管44位于管道2内。另外，自然循环部分24具有下水管46，下水管46在管道2外面从汽鼓42通向下方，在其下端通向分配总管48，分配总管48延伸穿过管道2，其中管44的下端连接到分配总管48。同样，自然循环部分24具有收集总管50和立管52，管44的上端在管道2内通向收集总管50，立管52从收集总管50通向汽鼓42。最后，汽鼓42具有连接到其上的排污管54。

汽鼓42、下水管46、两根总管48和50、以及它们之间的管44、立管52全部包含液态水，所述水来自单程部分22。为此，连接管36从单程部分22的管34通向汽鼓42。单程部分22给汽鼓42输送充足的液态水以保持汽鼓42始终部分充满液态水。如同立管52，连接管36在汽鼓42中的水位之下通向汽鼓42。下水管46和排污管54在汽鼓42中的水位之下离开汽鼓42。

两个部分22、24的管34、44分别可以并排构成在管道2中，或者管34在管44之前，或者管44在管34之前，后者是优选的。

在蒸汽发生器A的运行中，给水泵18将相对冷的给水输送给节热器16，给水穿过节热器16，并且当穿过时得到加热。被加热的给水流入蒸发器14的单程部分22，其中至少20％的给水并且优选为50％的给水转换成饱和水蒸气，其余的保持为水，穿过自然循环部分24以变成更多的饱和水蒸气。在两个部分22、24中产生的水蒸气通过排出管28离开蒸发器14，排出管28将水蒸气引入过热器12。在过热器12内，来自蒸发器14的饱和水蒸气变成过热水蒸气。

更完整地考虑蒸发器14的运行，给水泵18迫使水进入单程部分22的管34，管34由管道2中的热气进行加热，将热量传递给水。管34在稍微高于水沸点的温度下运行，所以管34中的一些水转换成饱和水蒸气—但不是全部。实际上，穿过管34的流量保持足够大以产生20％和90％之间的水蒸气质量，优选为40％和60％之间。由于质量低于100％，管34内部保持充分湿。在管34中产生的水蒸气以气泡形式存在于液态水中。水流出管34，进入连接管36，连接管36将水引入自然循环部分24的汽鼓42。

自然循环部分24本身充满液态水，实际上达到部分填充汽鼓42的水位，汽鼓42形成蒸发器14的最高部分。连接管36在汽鼓42中的液态水位之下将水和水蒸气从单程部分22排入汽鼓42。刚一进入汽鼓42，残留蒸汽逸入汽鼓42的上部，并从那里流出汽鼓42进入排出管28。来自单程部分22的液态水与汽鼓42中的水混合。它单独为汽鼓42和整个自然循环部分24提供液态水。从单程部分22进入汽鼓42的水中杂质保留在汽鼓42的水中。如同在常规自然循环系统中，很少有杂质存在于逸出的水蒸气中。

输送到自然循环部分24的汽鼓42的水代表用于该部分24的水源。收集在汽鼓42中的液态水流出汽鼓42，进入下水管46，然后进入分配总管48，在那里将水分配给该部分24中的管44。管道2中的热气流经管44，加热它们，因此，管44将气体具有的热量传递给管44中的水。一些水沸腾，但不是全部，所以管44的内部照样全部保持潮湿，因此，确保从气体到水的有效热传递。由于沸腾而产生的水蒸气以气泡形式存在于离开管44的水中。存在水蒸气的水流出管44，进入总管50，并且从此进入立管52，立管52将水引回汽鼓42。水蒸气逸入汽鼓42上部，并且在饱和状态下通过排出管28从那里排出。实际上，来自单程部分22的水和从循环部分的立管52中输送的水在汽鼓42中混合。来自两部分22和24的水在其中具有饱和水蒸气，并且该水蒸气逸入汽鼓42上部，并且通过排出管28流到过热器12中。因此，向下流经下水管46的水代表来自两个水源的水—即来自单程部分22的管34和来自循环部分24的管44。

通过排污管54从汽鼓42中不时地排出液态水，这限制了在自然循环部分24中进行循环的水中杂质的积累。

由于蒸发器14产生的大量饱和水蒸气来自单程部分22，所以与能力相当于整个蒸发器14的单个常规自然循环蒸发器相比，自然循环部分24可以相当小。较小尺寸意味着较小下水管46和较小总管48、50，以及更少的管44。它也使得循环部分24在更少时间里达到运行条件，因此使启动最小化。虽然如此，蒸发器14已经保存了水，这些水给干运行提供了保护措施。蒸发器14中不存在干壁情况，因此蒸发器14不遭受与这些情况相关的热传递损害。循环部分24在其管44内自然避免了干壁，而通过单程部分22的管34抽吸的过量水避免了该部分22中的干壁情况。由于汽鼓42自然消除杂质，并且防止它们流出蒸发器14并进入排出管28，因此无需任何特殊措施来从经由给水管26进入蒸发器14的水中消除杂质。

可以利用泵来代替完全依赖密度变化在部分24中使水循环。因此，措词“循环部分”指的是依赖自然循环或泵辅助循环的蒸发器部分。并且，在单程部分22的管34中产生的水蒸气可以在汽鼓42之前与液态水分离，但是来自该部分22的液态水应该流到汽鼓42。

在某些利用自然循环蒸发器的常规蒸汽发生器中，节热器进行过热和产生饱和水蒸气已经是公知的。但是通过这些蒸发式节热器产生的水蒸气质量不能接近通过蒸发器14的单程部分22产生的水蒸气质量，因此，与耦合到蒸发式节热器的自然循环蒸发器相比，蒸发器14在这一点有很大不同。

Claims (7)

1、一种蒸发器，其用于从热气的水蒸气中吸收热量以使液态水转换成饱和水蒸气，所述蒸发器包含：

第一管，其位于水蒸气中并且连接到液态水源，以便液态水在第一管中以一个流速循环，所述流速使第一管能把水转换成水和水蒸气混合物，其中水蒸气的质量至少为20％；

与第一管导通的容器，用于从第一管中接收液态水；

第二管，其位于热气的水蒸气中并且连接到所述容器，以便来自容器的水将循环进入第二管中，然后流回容器；

将容器与第二管连接在一起的下水管，第二管具有上端和下端；并且其中下水管连接到所述下端，而所述上端与容器连接在一起；和

容器上的排出管，用于使饱和水蒸气逸出容器。

2、根据权利要求1所述的蒸发器，其中容器接收从第一管中排出的水和水蒸气混合物，并且混合物包含至少40％质量的水蒸气。

3、一种用于将节热器中的液态水转换成水蒸气的蒸发器，其与管道和节热器组合，其中热气流经所述管道，所述节热器位于管道中用于提高液态水温，所述蒸发器包含：

位于所述管道中的第一管；

位于所述管道中的第二管；

泵，用于迫使液态水以充分的速度穿过第一管，以便让水使第一管的内部全部湿润，同时在水中产生水蒸气，由此存在水蒸气的液态水从第一管中排出；和

汽鼓，其与第一管连接以便它从第一管中接收液态水，汽鼓也与第二管连接以便来自汽鼓的水在第二管中循环并流回汽鼓，水在第二管中产生水蒸气，同时第二管的内部用水全部保持湿润。

4、根据权利要求3所述的组合，其中从第一管中排出的水和水蒸气混合物的水蒸气重量在20％和90％之间。

5、根据权利要求4所述的组合，进一步包含过热器，其在管道中位于蒸发器的上游，并且连接到蒸发器用于从蒸发器中接收饱和水蒸气。

6、一种用于从热气流中产生饱和水蒸气的方法，所述方法包含：

将液态水引入位于气流中的第一管，

迫使液态水以充分的速度穿过所述管，以便让水使所述管的内部全部湿润，同时在水中产生水蒸气，水蒸气的质量至少为20％，由此刚离开第一管的水在其中存在水蒸气；

将携带的水蒸气从离开第一管的液态水中分离；

将液态水从第一管中引入容器；

将来自容器的液态水在位于气流中的第二管中循环，然后使水流回容器，所述循环使得第二管的内部用水全部保持湿润，在水中还产生水蒸气，使得从第二管进入容器的水在其中存在水蒸气；以及

在容器中将携带的水蒸气从离开第二管的水中分离。

7、根据权利要求6所述的方法，其中从第一管中排出的水和水蒸气混合物的水蒸气重量在40％和60％之间。

Images