CN204254661U - 蒸汽发生器结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种蒸汽发生器结构，包括围绕辐射加热腔的圆柱壁。布置燃烧器以点燃腔。热交换管道以圆形阵列的部分布置，所述圆形阵列的部分在限定邻近的部分之间的间隙的位置中在圆柱壁旁边延伸。蒸汽发生器进一步包括分阶段的空气喷射器。布置喷射器以将分阶段燃烧空气通过热交换管道的邻近部分之间的间隙径向地向内输送进入腔。
Description
技术领域
该技术涉及其中燃烧产生氮氧化物(NOx)的加热系统，并且特别地涉及用于抑制在单程蒸汽发生器(OTSG)中产生NOx的方法和设备。
背景技术
如从图1的示意俯视图上方所观察的，现有技术蒸汽发生器10可以具有单程水管线路12。水管线路具有用于接收来自源16的液态水的蒸汽的入口14，并且具有用于排出在过程位置处使用的蒸汽和液态水的两相混合物的出口18。蒸汽发生器10的输出可以用于诸如(例如)提高油的回收率的过程中。
在被描绘的例子中的蒸汽发生器10进一步具有燃烧器20、辐射加热部分22和对流加热部分24。辐射加热部分22具有围绕上游热量交换腔27的圆柱壁26，所述圆柱壁26具有在轴线29上对中的圆柱形。对流加热部分24限定具有一般矩形形状的下游热量交换腔31。燃烧器20点燃上游腔27。端口33将上游腔27与下游腔31连通。
水管线路12首先延伸进入下游腔31。通常地，水管线路12沿着蜿蜒的路径在邻近的平行部分40中延伸通过下游腔31。例如，图1的顶视图中示出水管线路12的单独部分。类似于其它部分40，这个单独部分40在横跨腔31交替来和回的水平方向上纵向地延伸，具有多个180度的水平的回转弯头42。如图2的侧视图所示，水管线路12的多个水平部分40通过垂直的回转弯头44互连，每个垂直的回转弯头44从一个水平部分40延伸到下一个水平部分。
水管线路12从下游腔31露出，并且随后在到达出口18之前沿着另一个蜿蜒的路径继续进入和通过上游腔27。然而，水管线路12没有显著地横跨上游腔27延伸，而是代替地主要沿着上游腔27的外围延伸。特别地，水管线路12的水平地延长部分50在腔27的外围 处在圆柱壁26旁边轴向地来和回延伸，具有相互连接在围绕腔27圆周地延伸的圆形阵列中的邻近的部分50的回转弯头52。
单程水管线路12的相互连接部分40和50因而串联布置作为两个腔27和31内的热交换管道。在蒸汽发生器10的操作过程中，燃烧器20提供气态燃烧生成物，所述气态燃烧生成物流过腔27和31并且通过烟道54进一步向外。当燃烧生成物流过下游腔31时，燃烧生成物围绕和靠着横跨腔31延伸的水管线路部分40流动，这导致流过那些水管线路部分40的水的对流加热。在下游腔31中以这种方式预热的水接下来流过在上游腔27中的水管线路部分50，其中该水由流过被那些水管线路部分50围绕的圆柱空间的燃烧生成物进一步辐射地加热。蒸汽和液态水的两相混合物随后从出口18排出。
如图1进一步所示，燃料源60和燃烧空气鼓风机62沿着燃料供给线路70和燃烧空气导管72提供那些反应物的蒸汽。燃料和空气控制阀74和76在控制器80的影响下操作，以建立用于燃料和燃烧空气的蒸汽的目标流速。
适合于在燃烧器20处使用的燃料包括例如天然气的气态燃料和诸如重燃油的非气态燃料。然而，与天然气的燃烧相比，已知重燃油的燃烧产生更大量的CO和NOx，包括热NOx和化学的或燃料结合的NOx二者。
实用新型内容
蒸汽发生器结构包括围绕辐射加热腔的圆柱壁。布置燃烧器以点燃腔。热交换管道以圆形阵列的部分布置，所述圆形阵列的部分在限定邻近的部分之间的间隙的位置中在圆柱壁旁边延伸。蒸汽发生器进一步包括分阶段的空气喷射器。布置喷射器以将分阶段燃烧空气通过热交换管道的邻近部分之间的间隙径向地向内输送进入腔。
本实用新型要使得第一级燃烧充分进行以使得自由的氮原子在不存在可获得用于第二级燃烧的分阶段空气时重新结合。
本实用新型公开一种蒸汽发生器结构，包括：
圆柱壁，所述圆柱壁围绕辐射加热腔；
燃烧器，所述燃烧器被布置为点燃所述辐射加热腔；
热交换管道，所述热交换管道以圆形阵列的部分布置，所述圆形阵列的部分在限定邻近的部分之间的间隙的位置中在圆柱壁旁边延伸；和
分阶段的空气喷射器，所述分阶段的空气喷射器被布置为将分阶段燃烧空气通过所述间隙径向地向内输送进入所述辐射加热腔。
本实用新型的蒸汽发生器结构，其中所述喷射器具有与所述间隙对准的排出口。
本实用新型的蒸汽发生器结构，其中所述喷射器从圆柱壁径向地向内突出进入所述间隙中。
本实用新型的蒸汽发生器结构，其中所述喷射器没有径向地向内突出超过热交换管道的所述部分。
本实用新型的蒸汽发生器结构，其中燃烧器被布置为点燃所述辐射加热腔的从燃烧器轴向地向下游延伸的第一级燃烧区域，并且喷射器从燃烧器向下游隔开以将分阶段的空气喷射进入所述辐射加热腔的从第一级燃烧区域轴向地向下游延伸的分阶段的燃烧区域。
本实用新型的蒸汽发生器结构，进一步包括壳体结构，所述壳体结构限定在圆柱壁之上圆周地延伸的弧形的空气高压室，并且其中分阶段的空气喷射器通过在圆柱壁中的孔连通所述高压室与所述辐射加热腔。
本实用新型的蒸汽发生器结构，其中所述高压室圆周地围绕整个圆柱壁延伸。
本实用新型的蒸汽发生器结构，其中所述高压室仅局部地围绕圆柱壁延伸。
本实用新型的蒸汽发生器结构，进一步包括：
鼓风机；
燃烧空气导管，所述燃烧空气导管连通鼓风机和燃烧器；
分阶段的空气导管，所述分阶段的空气导管连通鼓风机和高压室；和
阀，所述阀进行操作以在燃烧空气导管和分阶段的空气导管之间 分配鼓风机输出。
本实用新型的蒸汽发生器结构，进一步包括重燃油源和连通所述重燃油源和燃烧器的燃料供给线路。
本实用新型的蒸汽发生器结构，其中所述喷射器在圆柱壁旁边不均匀地间隔开。
本实用新型的蒸汽发生器结构，包括：
圆柱壁，所述圆柱壁围绕辐射加热腔；
燃烧器，所述燃烧器被布置为点燃所述辐射加热腔；
热交换管道，所述热交换管道以圆形阵列的部分布置，所述圆形阵列的部分在限定邻近的部分之间的间隙的位置中在圆柱壁旁边延伸；
壳体结构，所述壳体结构限定在圆柱壁之上圆周地延伸的弧形的空气高压室；和
分阶段的空气喷射器，所述分阶段的空气喷射器通过在圆柱壁中的孔连通高压室和所述辐射加热腔，所述喷射器具有与所述间隙对准的排出口。
本实用新型的蒸汽发生器结构，其中所述喷射器从圆柱壁径向地向内突出进入所述间隙。
本实用新型的蒸汽发生器结构，其中所述喷射器没有径向地向内突出超过热交换管道的所述部分。
本实用新型的蒸汽发生器结构，其中所述高压室圆周地围绕整个圆柱壁延伸。
本实用新型的蒸汽发生器结构，其中高压室仅局部地围绕圆柱壁延伸。
本实用新型的蒸汽发生器结构，进一步包括：
鼓风机；
燃烧空气导管，所述燃烧空气导管连通鼓风机和燃烧器；
分阶段的空气导管，所述分阶段的空气导管连通鼓风机和高压室；和
阀，所述阀进行操作以在燃烧空气导管和分阶段的空气导管之间 分配鼓风机输出。
本实用新型的蒸汽发生器结构，其中燃烧器被布置为点燃所述辐射加热腔的从燃烧器轴向地向下游延伸的第一级燃烧区域，并且壳体结构从燃烧器向下游间隔开，以便喷射器将分阶段的空气喷射进入所述辐射加热腔的从第一级燃烧区域轴向地向下游延伸的分阶段的燃烧区域。
本实用新型的蒸汽发生器结构，进一步包括重燃油源和连通所述重燃油源和燃烧器的燃料供给线路。
本实用新型的蒸汽发生器结构，其中所述喷射器在圆柱壁旁边不均匀地间隔开。
本实用新型在一些喷射器距离下游相对更远地隔开或喷射器分布遍及被轴向地间隔开的多个阵列的情况下，通过喷射器沿腔的纵向地非均匀分布，燃烧空气的这种分段可以被进一步地增强。
附图说明
图1是现有技术中已知的蒸汽发生器的示意俯视图。
图2是沿着图1的线2-2获得的视图。
图3是沿着图1的线3-3获得的视图。
图4是包括本实用新型的实施例的蒸汽发生器的示意俯视图。
图5是沿着图4的线5-5获得的视图。
图6是图5中示出的部分的放大视图。
图7是沿着图6的线7-7获得的视图。
图8是显示可替换的实施例的与图5相似的视图。
图9是可替换的实施例的放大的局部视图。
图10是显示可替换的实施例的与图9相似的视图。
具体实施方式
用示意图在附图中示出的结构具有在权利要求中列举的元件的例子的部件。被描绘的结构从而包括本领域的人或在普通技术人员如何可以制造和使用被要求保护的实用新型的例子。在这里描述所述结 构，以提供支持权利要求而没有利用在权利要求中没有提出的限制的公开。如图示、说明和要求保护的被描绘的结构的各种部分可以是完成本实用新型的任何具体的实现方式所必须的原始的和/或改型构造中的任一个。额外地，每个实施例的全部或部分可以用于与其它实施例的任何一个或多个的全部或部分结合。
包括本实用新型的实施例的蒸汽发生器100的例子在图4中示出。在该例子中的蒸汽发生器100的一些单独的部件与上文描述的现有技术蒸汽发生器10的对应的部件相同或大致相同。这种对应的部件通过在附图中的相同的参考数字指示。这些部件包括具有串联延伸通过对流热量交换腔31和辐射热量交换腔27的热交换管道的部分40和50的单程(once-through)水管线路12。燃烧器20提供向下游流动通过热量交换腔27和31以在水管线路12中产生蒸汽的燃烧的生成物。根据本实用新型，蒸汽发生器100进一步配置有分阶段的空气喷射结构110，用于将一些燃烧空气从燃烧器20转移到与燃烧器20轴向地向下游隔开的位置。
如图4所示，分阶段的空气喷射结构110包括安装在圆柱壁26上的壳体120。该实施例中的壳体120成形为整个圆周地围绕圆柱壁26延伸的环状物。该壳体120具有通路形横截面，并且用同样整个圆周地围绕圆柱壁26延伸的弧形的轮廓封闭燃烧空气高压室125。分阶段的空气导管130从燃烧空气导管72延伸到壳体120以连通鼓风机64和高压室125。分阶段的燃烧空气喷射器140阵列连通高压室125和辐射热量交换腔27。
在描绘的例子中的喷射器140布置在沿着圆柱壁26的长度轴向地彼此隔开的圆周地延伸的列中。在图4的例子中示意示出三列的这种喷射器140。三列喷射器140中的一列在图5中更详细示出。如所示，每一列喷射器140优选地围绕轴线29平均地或大致平均地彼此隔开。
在图6和7中示出的布置中，每个喷射器140可以径向地向内突出通过圆柱壁26。在该例子中，圆柱壁26包括金属壳144和陶瓷纤维的内层146。每个喷射器包括直管150和环形的底板152。底板152 安装在从圆柱壁26径向地向外突出的紧固件螺栓154上，同时管150从底板152径向地向内突出通过圆柱壁26中的孔155。管150继续径向地向内通过陶瓷层146中的通道157，并且从陶瓷层146进一步向内突出进入辐射热量交换腔27。位于管150的内端部的盖158构造为具有排出口159的喷嘴。
如图5进一步所示，在辐射热量交换腔27中的水管线路12的部分50布置在对中于轴线29的圆形阵列中，并且平均地或大致平均地彼此隔开圆周地延伸的间隙G。喷射器140优选地与间隙G对准，用于从排出口159冒出的分阶段的空气的蒸汽轻微干涉地或没有干涉地沿向内地延伸通过热交换管道的相邻部分50的径向流动路径161流动通过间隙G。
额外地，喷射器140优选地没有径向地向内突出超过腔27中的热交换管道的部分50。这帮助保护喷射器140免受过多的热负载。特别地，如图5的例子所示，圆柱壁26具有第一内径R1。在圆柱壁26旁边轴向地延伸的热交换管道的部分50在第二内径R2处平均地或大致平均地从轴线29隔开。如图6所示，每个喷射器管150从圆柱壁26突出进入一对邻近的热交换管道部分50之间的间隙G，但是向内地延伸不大于R1-R2的距离，并且最优选地向内地延伸等于或大致等于R1-R2的距离。
在操作蒸汽发生器100的过程中，控制器160(图4)操作燃料和空气控制阀74和76以开始、调整和终止到燃烧器20的燃料和燃烧空气流。控制器160可以进一步操作分阶段的空气导管130中的分阶段的空气阀170以开始、调整和终止转向到喷射器140的燃烧空气流。因此，蒸汽发生器100可以在分阶段的空气阀170保持关闭的模式中操作使得在燃烧器20处提供燃料的整个目标速度和燃烧空气的整个目标速度。蒸汽发生器100可替代地可以在分阶段的模式中操作，在所述分阶段的模式中，燃烧空气的目标速度的部分设置为在燃烧器20处的第一级空气(primary air)的第一局部目标速度，燃烧空气的目标速度的平衡设置为在喷射器140处的第二阶段空气的第二局部目标速度。在分阶段的模式中，控制器160指示空气控制阀76和 分阶段的空气阀170按需要分配第一次和分阶段的蒸汽之间的燃烧空气的流速，以提供第一和第二局部目标速度的任何期望的组合。
如图4所示，分阶段的模式提供喷射器140的上游的第一级燃烧区域173和喷射器140的轴向地旁边和下游的分阶段的燃烧区域175。以这种方式沿着辐射热量交换腔27的长度轴向地分段传输燃烧空气，帮助减少热NOx和化学NOx的形成，尤其是当燃料包括重燃油时。
附图中示意示出的蒸汽发生器100的单独的构件可以以在本领域已知的任何适当的方式构造。例如，控制器160可以包括任何适当的可编程逻辑控制器或其他的控制装置，或能够编程的或以其他方式通过硬件和/或软件构造以按照所描述和要求保护的内容执行的控制装置的组合。如果使用重燃油或其他的流体燃料，燃烧器20可以以已知的方式配置有喷雾器。
如图8所示，通过包括分阶段的空气喷射结构210，包括本实用新型的另一个实施例的蒸汽发生器200可以与蒸汽发生器100不同，在所述分阶段的空气喷射结构210中，壳体220、弧形的高压室225和分阶段的燃烧空气喷射器140的阵列仅局部地围绕圆柱壁26延伸。如果到圆柱壁26的外围的通路受到限制，这种布置可能是更适当的。
在每个实施例中，在第一级燃烧区域173中的燃烧可以导致燃料结合氮产生具有在燃烧空气存在的条件下形成NOx的可能性的自由的氮原子。因此，喷射器140的阵列优选地从燃烧器20下游轴向地被隔开一段距离，使得第一级燃烧充分进行以使得自由的氮原子在不存在可获得用于第二级燃烧的分阶段空气时重新结合。在一些喷射器140距离下游相对更远地隔开(例如如图9所示)或喷射器140分布遍及被轴向地间隔开的多个阵列(例如如图10所示)的情况下，通过喷射器140沿腔27的纵向地非均匀分布，燃烧空气的这种分段可以被进一步地增强。
进一步关于第一级燃烧区域173和第二级燃烧区域175，从燃烧器20喷射的第一级空气的局部目标速度在第一级燃烧区域173中优选地建立1.05到1.40的范围内的整体当量比。如在本领域已知的，当量比是实际的燃料比氧化剂的比值与化学计算的燃料比氧化剂的 比值的商。从分阶段的燃烧空气喷射器140喷射的第二级空气的局部目标速度优选地建立0.95到1.15的范围中的当量比，其中第二级燃烧区域175开始在喷射器140的第一列处，并且在辐射热量交换腔27的气态内容物流入并且通过端口33到对流热量交换腔31的下游位置处优选地建立0.95到0.08的范围内的整体当量比。
该书面的描述通过呈现权利要求中列举的元件的例子设置执行本实用新型的最好的模式，并且描述本实用新型以能使在本领域熟练的人员制造和使用本实用新型。本实用新型的可以取得专利的范围由权利要求限定，并且可以包括发生本领域技术人员想到的其它的例子。在申请提交日期之前或之后可能存在的这种其他的例子意图在权利要求的范围内，如果所述例子具有并非不同于权利要求的文字语言的结构元件，或如果所述例子具有与权利要求的文字语言不具有实质差异的相当结构元件。
Claims (20)
1.一种蒸汽发生器结构，包括：
圆柱壁，所述圆柱壁围绕辐射加热腔；
燃烧器，所述燃烧器被布置为点燃所述辐射加热腔；
热交换管道，所述热交换管道以圆形阵列的部分布置，所述圆形阵列的部分在限定邻近的部分之间的间隙的位置中在圆柱壁旁边延伸；和
分阶段的空气喷射器，所述分阶段的空气喷射器被布置为将分阶段燃烧空气通过所述间隙径向地向内输送进入所述辐射加热腔。
2.根据限定在权利要求1中所述的蒸汽发生器结构，其中所述喷射器具有与所述间隙对准的排出口。
3.根据限定在权利要求1中所述的蒸汽发生器结构，其中所述喷射器从圆柱壁径向地向内突出进入所述间隙中。
4.根据限定在权利要求3中所述的蒸汽发生器结构，其中所述喷射器没有径向地向内突出超过热交换管道的所述部分。
5.根据限定在权利要求1中所述的蒸汽发生器结构，其中燃烧器被布置为点燃所述辐射加热腔的从燃烧器轴向地向下游延伸的第一级燃烧区域，并且喷射器从燃烧器向下游隔开以将分阶段的空气喷射进入所述辐射加热腔的从第一级燃烧区域轴向地向下游延伸的分阶段的燃烧区域。
6.根据限定在权利要求1中所述的蒸汽发生器结构，进一步包括壳体结构，所述壳体结构限定在圆柱壁之上圆周地延伸的弧形的空气高压室，并且其中分阶段的空气喷射器通过在圆柱壁中的孔连通所述高压室与所述辐射加热腔。
7.根据限定在权利要求6中所述的蒸汽发生器结构，其中所述高压室圆周地围绕整个圆柱壁延伸。
8.根据限定在权利要求6中所述的蒸汽发生器结构，其中所述高压室仅局部地围绕圆柱壁延伸。
9.根据限定在权利要求6中所述的蒸汽发生器结构，进一步包括：
鼓风机；
燃烧空气导管，所述燃烧空气导管连通鼓风机和燃烧器；
分阶段的空气导管，所述分阶段的空气导管连通鼓风机和高压室；和
阀，所述阀进行操作以在燃烧空气导管和分阶段的空气导管之间分配鼓风机输出。
10.根据限定在权利要求1中所述的蒸汽发生器结构，进一步包括重燃油源和连通所述重燃油源和燃烧器的燃料供给线路。
11.根据限定在权利要求1中所述的蒸汽发生器结构，其中所述喷射器在圆柱壁旁边不均匀地间隔开。
12.一种蒸汽发生器结构，包括：
圆柱壁，所述圆柱壁围绕辐射加热腔；
燃烧器，所述燃烧器被布置为点燃所述辐射加热腔；
热交换管道，所述热交换管道以圆形阵列的部分布置，所述圆形阵列的部分在限定邻近的部分之间的间隙的位置中在圆柱壁旁边延伸；
壳体结构，所述壳体结构限定在圆柱壁之上圆周地延伸的弧形的空气高压室；和
分阶段的空气喷射器，所述分阶段的空气喷射器通过在圆柱壁中的孔连通高压室和所述辐射加热腔，所述喷射器具有与所述间隙对准的排出口。
13.根据限定在权利要求12中所述的蒸汽发生器结构，其中所述喷射器从圆柱壁径向地向内突出进入所述间隙。
14.根据限定在权利要求13中所述的蒸汽发生器结构，其中所述喷射器没有径向地向内突出超过热交换管道的所述部分。
15.根据限定在权利要求12中所述的蒸汽发生器结构，其中所述高压室圆周地围绕整个圆柱壁延伸。
16.根据限定在权利要求12中所述的蒸汽发生器结构，其中高压室仅局部地围绕圆柱壁延伸。
17.根据限定在权利要求12中所述的蒸汽发生器结构，进一步包 括：
鼓风机；
燃烧空气导管，所述燃烧空气导管连通鼓风机和燃烧器；
分阶段的空气导管，所述分阶段的空气导管连通鼓风机和高压室；和
阀，所述阀进行操作以在燃烧空气导管和分阶段的空气导管之间分配鼓风机输出。
18.根据限定在权利要求12中所述的蒸汽发生器结构，其中燃烧器被布置为点燃所述辐射加热腔的从燃烧器轴向地向下游延伸的第一级燃烧区域，并且壳体结构从燃烧器向下游间隔开，以便喷射器将分阶段的空气喷射进入所述辐射加热腔的从第一级燃烧区域轴向地向下游延伸的分阶段的燃烧区域。
19.根据限定在权利要求12中所述的蒸汽发生器结构，进一步包括重燃油源和连通所述重燃油源和燃烧器的燃料供给线路。
20.根据限定在权利要求12中所述的蒸汽发生器结构，其中所述喷射器在圆柱壁旁边不均匀地间隔开。
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| CN (1) | CN204254661U (zh) |
-
2014
- 2014-07-09 CN CN201420378063.6U patent/CN204254661U/zh not_active Expired - Lifetime
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20150408 |