CN1902438A - 直流式蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸汽发生器(1)，其包括一个在其底部区内有漏斗状侧壁(6)的燃烧室和一个由多根可被流动介质流过的蒸汽发生器管(12)构成的环围壁(4)，该蒸汽发生器在蒸汽发生器管(12)出口的流动介质中应有尽可能小的温度差。为此，尤其在构成漏斗状侧壁(6)的下段内的蒸汽发生器管(12)布置为使它们受到尽可能均匀的加热。此外，按本发明多根蒸汽发生器管(12)在漏斗状侧壁(6)的区域内有与在环围壁(4)区域内不同的管 径。

Description

直流式蒸汽发生器

本发明涉及一种蒸汽发生器，它包括一个在底部区内有漏斗状侧壁的燃烧室和一个由互相气密焊接的蒸汽发生器管构成的环围壁。

蒸汽发生器可以按不同的设计原理设计。在直流式蒸汽发生器中，加热多根共同构成燃烧室气密环围壁的蒸汽发生器管，导致流动介质在蒸汽发生器管内通过时完全蒸发。流动介质(通常是水)在其蒸发后供给连接在蒸汽发生器管下游的过热管并在那里过热。

直流式蒸汽发生器与自然循环式蒸汽发生器相反没有压力限制，所以它对于新汽压力可以设计得大大超过水的临界压力(P_临界＝221bar)，在临界压力下，水相和气相没有区别并因而也可以没有相分离。高的新汽压力对于矿物燃料加热的电厂高的热效率并因而较低的CO₂排放是有利的。

对于有垂直烟道的蒸汽发生器，蒸汽发生器管通常通过鳍板互相连接。也就是说环围壁由许多大体平行的蒸汽发生器管构成，它们通过鳍板互相连接和气密地焊接。蒸汽发生器的蒸汽发生器管可以垂直地或螺旋状并因而倾斜地排列。

在烟道的下端通常设燃烧室的漏斗状侧壁，它的形状允许不困难地除去在燃烧过程中生成的烟灰。在这里燃烧室壁由通常垂直的蒸汽发生器管和鳍板构成。在下段中漏斗的区域内，蒸汽发生器管通常同样按一种垂直管系的方式沿着它们在构成燃烧室壁的上段内相同的方向继续延伸。在这里平行管经进口集箱进入漏斗，并进一步延伸构成燃烧室的平行管。

在直流式蒸汽发生器运行期间，燃气在燃烧室内部燃烧时产生的热量，不仅直接经蒸汽发生器的壁而且通过鳍板传入流过蒸汽发生器管的流动介质。在这里，每根蒸汽发生器管的加热决定了在各自管内的水柱重量。因为流动介质通过一根蒸汽发生器管的流量并因而流动介质的出口温度，与对应的管内水柱的压力有关，所以通过蒸汽发生器管的出口温度决定性地受对应蒸汽发生器管加热的影响。

因此若蒸汽发生器管加热的强度不同，同样导致流动介质不同的出口温度。在有些情况下，尤其在起动过程和低负荷时，这种温度差可达到一个导致不允许的高材料负荷的值。

对于在燃烧室壁内和在漏斗状侧壁区域内垂直延伸的蒸汽发生器管，在漏斗状侧壁的区域内，有些蒸汽发生器管和相关的鳍板，亦即那些在四边形横截面的燃烧室中处于四个角区域内的蒸汽发生器管和鳍板，比构成漏斗状侧壁顶部的蒸汽发生器管及相关的鳍板短。基于它们不同的长度，蒸汽发生器管和鳍板因而受到不同强度的加热。也就是说存在这样的危险，即，由于在漏斗状侧壁区内蒸汽发生器管不同强度的加热，导致从各蒸汽发生器管排出的流动介质不允许的大温差。

因此本发明的目的是提供一种上述类型的蒸汽发生器，其中，在任何运行状态均保证在各蒸汽发生器管出口处流动介质的温度差不超过一个临界值。

按本发明为达到此目的采取的措施是，使多根蒸汽发生器管在漏斗状侧壁区域内有与在燃烧室环围壁的区域内不同的管外径和/或不同的鳍板宽度。

本发明考虑问题的出发点是应能避免蒸汽发生器管高的材料负荷，为保证这一点，使在各蒸汽发生器管出口处的流动介质温度差不超过一个临界值。因此，在蒸汽发生器任何地点的一根蒸汽发生器管的加热都不应与其他蒸汽发生器管的加热有明显的差别。当然，在传统的结构方式中，在燃烧室漏斗状侧壁区域内蒸汽发生器管的长度随着漏斗的不断缩小而改变。因此有些蒸汽发生器管有比另一些短的长度，并因而在漏斗状侧壁区域内受到较弱的加热。所以在这种传统的结构方式中，基于在其设在漏斗状侧壁区域内的下段中的这种几何状况，使蒸汽发生器管和鳍板不可避免地有不同的加热。为了尽管漏斗状侧壁有这种必需的收缩仍能保证各蒸汽发生器管没有差别过大的加热，各蒸汽发生器管的长度彼此不应区别过大。为了能实现这一点，在漏斗状侧壁的区域内蒸汽发生器管应沿着其侧面延伸。通过恰当地选择管的几何尺寸这是可能的。

在这里，蒸汽发生器有利地设计为直流式蒸汽发生器。有利地多根蒸汽发生器管在构成燃烧室壁的下段内有比在构成燃烧室壁的上段内小的管径。在漏斗状侧壁内管径的减小，允许其管系包括与在构成燃烧室壁的上段内相同的蒸汽发生器管数量。换句话说，漏斗状侧壁的收缩并不是通过减少蒸汽发生器管的数量，而是通过减小管径实现的。因此，所有蒸汽发生器管在加热区内沿大体相同的长度延伸，以及保证全部蒸汽发生器管有类似的加热。

但热量加入流动介质内不仅通过管壁，而且也通过将各蒸汽发生器管连接起来的鳍板进行。燃烧室壁和漏斗状侧壁的宽度由蒸汽发生器管的数量乘以从管轴线到管轴线的距离得出，其中从管轴线到管轴线的距离等于管径加上一个鳍板的宽度。为了顾及漏斗状侧壁的收缩，因此可有利的是也改变和尤其减小在蒸汽发生器管构成漏斗状侧壁的下段内的鳍板宽度。

有利地，在下段内的管外径比上段内的管径小5％至15％。鳍板宽度有利地在下段内比上段内的宽度小30％至70％。也就是说，如已指出的那样，以此方式可以达到特别有效地利用在蒸汽发生器管构成漏斗状侧壁的下段中可供使用的热量。

在漏斗状侧壁的区域内，多根蒸汽发生器管有利地至少部分平行于漏斗状侧壁的倾斜方向排列。这种布局允许每根蒸汽发生器管的长度特别好地与加热状况相匹配并因而可以非常均匀地加热。尤其是在如此布局时例如可以将加热强度较低的蒸汽发生器管铺设为，使它在加热区内部有较大的长度，以此方式通过较长加热的效果来补偿较弱加热的效果。

采用本发明获得的优点尤其在于，当蒸汽发生器设计为直流式蒸汽发生器时，可以在结构性费用比较低的情况下有效地避免在各蒸汽发生器管内流动介质出现不允许的大的温差。因为尤其在蒸汽发生器管构成漏斗状侧壁的下段中所有的蒸汽发生器管受强度相似的加热，所以即使供给蒸汽发生器低的质量流密度时，也不会导致差别巨大的流量并因而也不会导致在蒸汽发生器管出口流动介质不允许的大温差。

反之，在蒸汽发生器按循环的结构方式设计时，在蒸汽发生器管内可以达到几乎相同的质量流量并因而良好地冷却蒸汽发生器管，并除此之外达到在蒸汽发生器管内近似相同的蒸汽含量。

下面借助附图详细说明本发明的实施例。其中：

图1a示意表示一台直流式蒸汽发生器，包括在燃烧室壁区域内垂直排列的蒸汽发生器管和在底部区内部分平行于底部倾斜方向排列的蒸汽发生器管；

图1b表示直流式蒸汽发生器另一种设计；以及

图2表示按图1的直流式蒸汽发生器再一种设计。

在所有的图中相同的部分采用同样的符号。

在图1a中示意表示了设计为直流式蒸汽发生器的蒸汽发生器1，它的垂直烟道被环围壁4包围并构成燃烧室，燃烧室在下端过渡为一个由漏斗状侧壁6构成的底部。底部包括一个图中未详细表示的烟灰出口8。

在烟道区内，多个没有表示的燃烧器安置在由垂直排列的蒸汽发生器管12构成的燃烧室环围壁4中。垂直延伸地排列的蒸汽发生器管12通过鳍板14互相焊接并在与鳍板14一起其上段内构成燃烧室的环围壁4。在底部的下方设一进口集箱16，从这里向蒸汽发生器管12供给流动介质。

在蒸汽发生器1运行对，矿物燃料燃烧时形成的火焰体处于燃烧室内。以此方式在燃烧室内产生的热量传给流过蒸汽发生器管12的流动介质，热量在那里促使流动介质蒸发。在这里热量的供入既直接通过蒸汽发生器管12管壁也经由鳍板14进行。

流动介质通过各蒸汽发生器管12的流量或流量在各蒸汽发生器管12内的分配，在很大程度上取决于各蒸汽发生器管12内各自的水柱重量。其结果是，在燃烧室下部，尤其在漏斗状侧壁6的区域内进行的加热，对于蒸汽发生器管12的流动有大的影响。若个别蒸汽发生器管12受比较强烈的加热，则在所涉及的蒸汽发生器管12内它的水柱重量并因而阻力也下降。因此，在此蒸汽发生器管12内与另一些强度较弱地加热的蒸汽发生器管12相比流量增大。若一根蒸汽发生器管12加热较弱，则流量相应地减小。

若一根蒸汽发生器管12在漏斗状侧壁区内较弱地加热，例如因为它要在漏斗状侧壁6的上边缘才进入加热区并因而在加热区的内部有比较小的长度，则它与其他比较强烈地加热的在加热区内部有较大长度的蒸汽发生器管12相比有较小的流量。在蒸汽发生器管12构成燃烧室环围壁4的上段内，所有的蒸汽发生器管12受到类似的加热。一根有较小流量的蒸汽发生器管12在所述的这些条件下将比一根有较大流量的蒸汽发生器管吸收更多的热量，所以在漏斗状侧壁6区域内由于蒸汽发生器管12不同的加热，在有些情况下会出现流动介质出口温度的巨大差别。

这种温差只能允许处于一定的范围内，因为它们可能导致产生应力，而这些应力不可以超出一个由蒸汽发生器管12允许的材料负荷决定的值。因此尽可能均匀地加热所有的蒸汽发生器管12应是力求做到的，这尤其在蒸汽发生器管12构成漏斗状侧壁的下段内有重要意义。

为了实现所有蒸汽发生器管12尽可能均匀地加热，图1a所示蒸汽发生器1的蒸汽发生器管12在构成漏斗状侧壁6的下段内与构成燃烧室环围壁4的上段内相比有较小的直径。鳍板14同样在下段内有比上段内小的宽度。因此，取决于平行蒸汽发生器管12的数量以及管径加鳍板14宽度的底部宽度，由于较小的管径和较小的鳍板14宽度而减小，而不是通过减少平行蒸汽发生器管12的数量。由此沿底部按蒸汽发生器管的一种至少部分导引的方式达到底部所需要的收缩。

如已表明的那样，若每根蒸汽发生器管12的直径在下段内与在上段内的管径相比减小5％至15％以及鳍板14在下段内的宽度与在上段内的宽度相比减小30％至70％，则可以达到最佳地布置蒸汽发生器管12并因此特别有效地利用在漏斗状侧壁6区域内存在的热量。因此，对于常用的管径为34mm以及鳍板宽度为16mm，得出在下段内的管径约为32mm以及鳍板宽度约为6mm。

通过蒸汽发生器管12在其下段内如图1a所示部分不平行于底部的倾斜方向排列，可以达到在漏斗状侧壁6的区域内蒸汽发生器管12特别均匀地加热。这种倾斜的布局允许每根蒸汽发生器管加热的强度基本上与其在加热区内的长度相适应。换句话说，蒸汽发生器管12比较弱的加热通过在加热区内由于蒸汽发生器管12倾斜地布置可以实现的较大的长度加以补偿。

在这里，在底部区内蒸汽发生器管12的布局可以与在此区域内存在的温度剖面相匹配，图1a表示了一种布局，其中蒸汽发生器管12在其减小了管径的下段内倾斜地，亦即不平行于底部倾斜方向排列。在此布局中，直至某一个由底部、鳍板14和蒸汽发生器管12的几何结构和尺寸决定的高度H，规定蒸汽发生器管12平行于底部倾斜方向排列。在此高度H上方采用所说明的倾斜的排列。

与之不同，蒸汽发生器管12也可以如图1b所表示的那样排列。在这种情况下同样直至某一个高度H设置一个包括平行于底部倾斜方向排列的与在上段内的直径相比减小了管径的蒸汽发生器管12的管系。在此高度H上方，如在第一种例子中那样，采用蒸汽发生器管12的倾斜布局，但蒸汽发生器管12相对于其在底部的平面内原始方向的斜角选择为，使蒸汽发生器管12与鳍板14一样在它们的倾斜段内有与在上段内同样的管径或同样的宽度。也就是说，在这种情况下管径和鳍板宽度的减小只到高度H。

若进口集箱16比较宽以及外部蒸汽发生器管与例如在具有循环流化床的蒸汽发生器中的情况那样彼此有比较大的距离，则蒸汽发生器管12可如图2中所表示的那样设置。按这种布局，最外部的蒸汽发生器管12，亦即离中心线A有最大距离的那些蒸汽发生器管12，沿漏斗状侧壁6的整个高度不仅设计为不减小管径和不减小鳍板宽度，而且倾斜地排列。最内部的离中心线A有最小距离的蒸汽发生器管12则相反，沿其整个长度设计为减小管径和减小鳍板宽度以及平行于中心线A并因而平行于底部的倾斜方向排列。各处于最外部与最内部的蒸汽发生器管12之间的蒸汽发生器管12构成过渡区，以及分别有一个管径减小和鳍板宽度减小且其中蒸汽发生器管平行于中心线排列的第一段，和一个管径不减小和鳍板宽度不减小且其中蒸汽发生器管倾斜并因而平行于最外部蒸汽发生器管12排列的第二段。

按此布局，在底部区内蒸汽发生器管12加热强度的差别极微小，流动介质内由此可能造成的温度差如此之小，以致可靠避免了不允许的高的材料负荷。因此，即使在低负荷时和起动过程中也不需要采取附加的措施来保持小的温度差。

Claims (8)

1.一种蒸汽发生器(1)，其包括一个在其底部区内有漏斗状侧壁(6)的燃烧室和一个由多根可被流动介质流过的蒸汽发生器管(12)构成的环围壁(4)，其中，多根蒸汽发生器管(12)在漏斗状侧壁(6)的区域内有与在环围壁(4)区域内不同的管径。

2.按照权利要求1所述的蒸汽发生器(1)，其中，在所述漏斗状侧壁(6)区域内的多根蒸汽发生器管(12)有比在环围壁(4)区域内的蒸汽发生器管(12)更小的管径。

3.按照权利要求1或2所述的蒸汽发生器(1)，其中，相邻蒸汽发生器管(12)分别通过鳍板(14)互相连接，以及，多个鳍板(14)在环围壁(14)的区域内有与在漏斗状侧壁(6)的区域内不同的宽度。

4.按照权利要求3所述的蒸汽发生器(1)，其中，多个鳍板(14)，在漏斗状侧壁(6)的区域内有比在环围壁(4)的区域内更小的宽度。

5.按照权利要求1至4之一所述的蒸汽发生器(1)，其中，多根蒸汽发生器管(12)在漏斗状侧壁(6)区域内的直径与在环围壁(4)区域内的管径相比减小5％至15％。

6.按照权利要求4或5所述的蒸汽发生器(1)，其中，多个鳍板(14)，在漏斗状侧壁(6)区域内的宽度与在环围壁(4)区域内的鳍板宽度相比减少30％至70％。

7.按照权利要求1至6之一所述的蒸汽发生器(1)，其中，多根蒸汽发生器管(12)在漏斗状侧壁(6)区域内至少部分平行于漏斗状侧壁(6)的倾斜方向排列。

8.按照权利要求1至7之一所述的蒸汽发生器(1)，它设计为直流式蒸汽发生器。

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