PL207513B1 - Wytwornica pary oraz turbina gazowa z wytwornicą pary - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest wytwornica pary, w której w kanale gazu grzejnego, przez który może przepływać gaz grzejny w kierunku w przybliżeniu poziomym, jest umieszczona przepływowa powierzchnia grzejna parownika.

Przedmiotem wynalazku jest także turbina gazowa z wytwornicą pary.

W urządzeniu składającym się z turbiny gazowej i z turbiny parowej ciepło zawarte w rozprężonym czynniku roboczym lub gazie grzejnym z turbiny gazowej jest wykorzystywane do wytwarzania pary dla turbiny parowej. Przenoszenie ciepła następuje w dołączonej do turbiny gazowej wytwornicy pary z ciepła odpadowego, w której zwykle jest umieszczona pewna liczba powierzchni grzejnych do podgrzewania wody, do wytwarzania pary i do przegrzewania pary. Powierzchnie grzejne są włączone do obiegu wody i pary turbiny parowej. Obieg wody i pary obejmuje zwykle kilka, na przykład trzy stopnie ciśnienia, przy czym każdy ze stopni ciśnienia może posiadać powierzchnię grzejną parownika.

W wytwornicy pary dołączonej do turbiny gazowej od strony przepł ywu gazu grzejnego jako wytwornica pary z ciepła odpadowego wchodzi w rachubę kilka alternatywnych koncepcji konstrukcyjnych, mianowicie wykonanie wytwornicy pary jako obiegowej wytwornicy pary lub jako przepływowej wytwornicy pary. W przepływowej wytwornicy pary ogrzewanie rur wytwornicy pary przewidzianych jako rury parownika prowadzi do odparowania medium przepływowego w rurach wytwornicy pary w wyniku jednokrotnego przepł ywu. W przeciwień stwie do tego w wytwornicy pary o obiegu niewymuszonym lub w wytwornicy pary o obiegu wymuszonym woda prowadzona w obiegu podczas przepływu przez rury parownika odparowuje tylko w części. Nieodparowana przy tym woda, po oddzieleniu wytworzonej pary zostaje ponownie doprowadzona do tych samych rur parownika w celu dalszego odparowania.

Przepływowa wytwornica pary w przeciwieństwie do wytwornicy pary o obiegu niewymuszonym lub wytwornicy pary o obiegu wymuszonym nie podlega ograniczeniu wartości ciśnienia, tak, że możliwe są ciśnienia świeżej pary znacznie wyższe niż krytyczne ciśnienie wody (p_Kri = 221 bar), - kiedy występują tylko niewielkie różnice gęstości między medium podobnym do cieczy i medium podobnym do pary. Wysokie ciśnienie świeżej pary sprzyja wysokiej sprawności cieplnej, a więc niższej emisji CO2 z elektrowni ogrzewanej surowcem kopalnym. Ponadto przepływowa wytwornica pary posiada prostszą budowę w porównaniu z obiegową wytwornicą pary, a zatem można ją wytwarzać przy szczególnie niskich kosztach. Dlatego zastosowanie wytwornicy pary wykonanej według zasady przepływu jako wytwornicy pary z ciepła odpadowego w urządzeniu składającym się z turbiny gazowej i z turbiny parowej przy prostszej budowie jest szczególnie korzystne dla uzyskania wysokiej całkowitej sprawności urządzenia składającego się z turbiny gazowej i z turbiny parowej.

Szczególne korzyści w aspekcie kosztów wytwarzania, ale także w aspekcie niezbędnych prac konserwacyjnych zapewnia wytwornica pary z ciepła odpadowego o konstrukcji leżącej, w której medium ogrzewające lub gaz grzejny, a więc spaliny z turbiny gazowej są prowadzone przez wytwornicę pary w przybliżeniu w poziomym kierunku przepływu. W przepływowej wytwornicy pary o konstrukcji leżącej rury wytwornicy pary powierzchni grzejnej zależnie od ich pozycjonowania mogą być jednak narażone na bardzo zróżnicowane ogrzewanie. W szczególności w wypadku rur wytwornicy pary połączonych od strony wylotu ze wspólnym kanałem zbiorczym zróżnicowane ogrzewanie poszczególnych rur wytwornicy pary może prowadzić do łączenia strumieni pary o bardzo różniących się parametrach pary, a więc do niepożądanych strat sprawności, zwłaszcza do stosunkowo mniejszej skuteczności odpowiedniej powierzchni grzejnej i w wyniku tego do zmniejszonego wytwarzania pary. Zróżnicowane ogrzewanie sąsiednich rur wytwornicy pary, w szczególności w obszarze ujścia kanałów zbiorczych może poza tym prowadzić do uszkodzeń rur wytwornicy pary lub kanału zbiorczego. Pożądane jako takie zastosowanie dla turbiny gazowej przepływowej wytwornicy pary o konstrukcji leżącej jako wytwornicy pary z ciepła odpadowego może nieść ze sobą znaczne problemy związane z dostatecznie ustabilizowanym prowadzeniem przepływu.

Z europejskiego opisu zgłoszeniowego nr EP 0 944 801 B1 znana jest wytwornica pary, która jest odpowiednia dla konstrukcji leżącej i ponadto ma wspomniane zalety przepływowej wytwornicy pary. W tym celu znana wytwornica pary, mając na uwadze jej przepływową powierzchnię grzejną parownika jest zbudowana w ten sposób, że jedna bardziej ogrzewana rura wytwornicy pary w porównaniu z drugą rurą wytwornicy pary tej samej przepływowej powierzchni grzejnej parownika posiada większą zdolność przepustową medium przepływowego w porównaniu z drugą rurą wytwornicy pary. Przepływowa powierzchnia grzejna parownika znanej wytwornicy pary wykazuje więc w formie charakPL 207 513 B1 terystyki przepływu powierzchni grzejnej parownika o obiegu niewymuszonym (charakterystyki z niewymuszonym obiegiem) w wypadku występującego zróżnicowanego ogrzewania pojedynczych rur wytwornicy pary właściwości samostabilizujące, które bez wywierania wpływu z zewnątrz prowadzą do wyrównywania temperatur po stronie wylotowej także na ogrzanych w różnym stopniu rurach wytwornicy pary równolegle połączonych po stronie medium przepływowego. Jednakże znana wytwornica pary ze względów konstrukcyjnych, w szczególności ze względu na rozdział medium przepływowego po stronie wody i/lub po stronie pary jest stosunkowo droga.

Celem wynalazku jest opracowanie wytwornicy pary wspomnianego na wstępie rodzaju, która może być produkowana przy szczególnie niskich kosztach wytwarzania, i która także przy zróżnicowanych obciążeniach cieplnych ma szczególnie wysoką stateczność mechaniczną.

Ten cel został zrealizowany w ten sposób, że w wytwornicy pary, w której w kanale gazu grzejnego, przez który może przepływać gaz grzejny w kierunku w przybliżeniu poziomym jest umieszczona przepływowa powierzchnia grzejna parownika, która obejmuje wiele połączonych równolegle rur wytwornicy pary dla przepływu medium przepływowego, i która jest zbudowana w ten sposób, że jedna rura wytwornicy pary, bardziej ogrzewana w porównaniu z drugą rurą wytwornicy pary tej samej przepływowej powierzchni grzejnej parownika ma w porównaniu z drugą rurą wytwornicy pary większą zdolność przepustową medium przepływowego, zgodnie z wynalazkiem, jedna lub każda rura wytwornicy pary składa się z umieszczonego w przybliżeniu pionowo odcinka rury wznośnej przez który przepływa medium przepływowe w kierunku do góry, z dołączonego za nim po stronie medium przepływowego, umieszczonego w przybliżeniu pionowo odcinka rury spadowej przez który przepływa medium przepływowe w kierunku w dół i z, dołączonego za nim po stronie medium przepływowego, umieszczonego w przybliżeniu pionowo, drugiego odcinka rury wznośnej przez który przepływa medium przepływowe w kierunku do góry.

Korzystnie, drugi odcinek rury wznośnej rury wytwornicy pary w kanale gazu grzejnego, patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego, jest umieszczony między przyporzą dkowanym mu odcinkiem rury wznośnej i przyporządkowanym mu odcinkiem rury spadowej.

Korzystnie, odcinek rury wznośnej jednej lub każdej rury wytwornicy pary jest połączony po stronie medium przepływowego z przyporządkowanym mu odcinkiem rury spadowej, a odcinek rury spadowej z przyporządkowanym mu drugim odcinkiem rury wznośnej każdorazowo za pomocą odcinka przelewowego.

Korzystnie dalej, odcinki przelewowe są umieszczone wewnątrz kanału gazu grzejnego.

Korzystnie również, drugie odcinki rur wznośnych i odcinki rur spadowych kilku rur wytwornicy pary w ten sposób są pozycjonowane względem siebie w kanale gazu grzejnego, że, patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego, drugiemu odcinkowi rury wznośnej, położonemu stosunkowo daleko z tył u w kierunku przepł ywu gazu grzejnego, jest przyporzą dkowany odcinek rury spadowej poł oż ony stosunkowo daleko z przodu.

Zgodnie z wynalazkiem każdorazowo liczba rur wytwornicy pary obejmuje kilka połączonych po stronie medium przepływowego jedna za drugą naprzemiennie odcinków rur wznośnych, odcinków rur spadowych i drugich odcinków rur wznośnych.

Zgodna również z wynalazkiem turbina gazowa charakteryzuje się tym, że posiada włączoną za nią wyżej opisaną wytwornicę pary.

Wynalazek wywodzi się z przemyśleń, że w wytwornicy pary, którą można produkować przy szczególnie niskich kosztach produkcji i montażu przeznaczonej do szczególnie stabilnej i szczególnie niewrażliwej na różnice w obciążeniu cieplnym charakterystyki roboczej, zasada doboru charakterystyki z niewymuszonym obiegiem stosowana w znanej wytwornicy pary dla przepływowej powierzchni grzejnej parownika powinna być konsekwentnie rozbudowywana i udoskonalana. Przepływowa powierzchnia grzejna parownika powinna być zaprojektowana do zasilania przy stosunkowo niskim masowym wydatku jednostkowym przy stosunkowo małej stracie ciśnienia spowodowanej tarciem.

Konstrukcję szczególnie prostą, a zatem także o dużej wytrzymałości można uzyskać dzięki temu, że powierzchnia grzejna biorąc pod uwagę zbieranie i rozdział medium przepływowego jest wykonana w sposób szczególnie prosty. Powierzchnia grzejna do przeprowadzenia wszystkich etapów procesu całkowitego odparowania, a więc podgrzewania, odparowania i co najmniej częściowego przegrzania jest wykonana odpowiednio w tylko jednym stopniu, a więc bez włączonych pośrednio elementów służących do zbierania i/lub rozdzielania medium przepływowego. Na ogół do podgrzewania wody zasilającej lub do dalszego przegrzewania przewidziane są dodatkowe powierzchnie grzejne. W celu umożliwienia w ogóle z jednej strony pełnej realizacji wszystkich wspomnianych etapów

PL 207 513 B1 procesu w każdej rurze wytwornicy pary i z drugiej strony dostatecznej elastyczności przy dostosowaniu rur wytwornicy pary do wymagań tych etapów procesu oraz umożliwienia przemieszczania w kanale gazu grzejnego, każda rura wytwornicy pary składa się z trzech segmentów dołączonych jeden za drugim po stronie medium przepływowego.

Ponadto, aby wzmocnić w tym wykonaniu pożądaną charakterystykę przepływu z niewymuszonym obiegiem przewidziany jest podział rur przepływowej powierzchni grzejnej parownika wytwornicy pary na co najmniej trzy segmenty (równoległych rur), przy czym pierwszy segment obejmuje wszystkie odcinki rur wznośnych i medium przepływa przez nie w kierunku do góry. Odpowiednio drugi segment obejmuje wszystkie odcinki rur spadowych i medium przepływa przez nie w kierunku w dół, tak, że przepływ jest wspomagany samoczynnie przez własny ciężar medium przepływowego. Przy tym tworzące drugi segment odcinki rur spadowych każdej rury wytwornicy pary, patrząc w kierunku przepływu gazu, są umieszczone w kanale grzejnym za przyporządkowanymi im odcinkami rur wznośnych. Trzeci segment obejmuje wszystkie drugie odcinki rur wznośnych i medium przepływa przez nie w kierunku do góry.

W szczególnie korzystnym wykonaniu segmenty rury wytwornicy pary lub każ dej rury wytwornicy pary są pozycjonowane w kanale grzejnym w ten sposób, że zapotrzebowanie na ogrzanie każdego segmentu - w szczególności ze względu na przewidziany tam stopień w procesie odparowania w szczególnym zakresie jest dopasowane do lokalnej podaży ciepła w kanale grzejnym. W tym celu drugie odcinki rur wznośnych każdej rury wytwornicy pary tworzące trzeci segment, patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego, korzystnie są umieszczone między przyporządkowanymi im odcinkami rur wznośnych pierwszego i odcinkami rur spadowych drugiego segmentu. Innymi słowami: rury wytwornicy pary korzystnie są pozycjonowane przestrzennie w kanale grzejnym w ten sposób, że po stronie medium przepływowego pierwszy segment lub odcinek rury wznośnej jest umieszczony od strony przepływu gazu grzejnego pod prąd wobec, trzeciego po stronie medium przepływowego, segmentu lub drugiego odcinka rury wznośnej i drugi po stronie medium przepływowego segment lub odcinek rury spadowej jest umieszczony od strony przepływu gazu grzejnego z prądem wobec, trzeciego po stronie medium przepływowego, segmentu lub drugiego odcinka rury wznośnej.

Przy takim rozmieszczeniu pierwszy odcinek rury wznośnej, który służy do częściowego podgrzania i w dużej części już do odparowania medium przepływowego, jest więc poddawany stosunkowo silnemu ogrzewaniu przez gaz grzejny w „gorącym obszarze spalin. Dzięki temu jest zapewnione, że w całym zakresie obciążeń z odpowiedniego pierwszego odcinka rury wznośnej medium przepływowe odpływa ze stosunkowo dużym udziałem pary. Przy następnym wprowadzeniu do dołączonego odcinka rury spadowej prowadzi to do tego, że w odcinku rury spadowej konsekwentnie zapobiega się niekorzystnemu dla stabilności przepływu powstawaniu pęcherzy pary w kierunku przeciwnym do kierunku przepływu medium przepływowego. Wskutek umieszczenia odcinka rury spadowej w stosunkowo zimnym obszarze spalin i umieszczeniu drugiego odcinka rury wznośnej między pierwszym odcinkiem rury wznośnej i odcinkiem rury spadowej uzyskuje się więc przy wysokiej eksploatacyjnej niezawodności szczególnie wysoką ogólną sprawność powierzchni grzejnej, przy czym pierwszy odcinek rury wznośnej pełni funkcję odparowującego podgrzewacza wody.

Szczególnie prosta budowa przepływowej powierzchni grzejnej parownika z jednej strony oraz szczególnie małe mechaniczne obciążenie przepływowej powierzchni grzejnej parownika także przy różnych cieplnych warunkach zasilania z drugiej strony jest osiągalna wtedy, gdy w drugim lub alternatywnym korzystnym wykonaniu odcinek rury wznośnej jednej lub każdej rury wytwornicy pary jest połączony z przyporządkowanym jej odcinkiem rury spadowej za pomocą odcinka przelewowego oraz odcinek rury spadowej jednej lub każdej rury wytwornicy pary jest połączony z przyporządkowanym jej drugim odcinkiem rury wznośnej po stronie medium przepływowego za pomocą odcinka przelewowego.

Takie rozmieszczenie jest szczególnie odpowiednie dla kompensacji wydłużeń przy zmiennych obciążeniach cieplnych; żeby odcinek rury wznośnej i odcinek rury spadowej względnie odcinek przelewowy łączący odcinek rury spadowej i następny odcinek rury wznośnej służył mianowicie jako łuk kompensacyjny, który bez trudności może kompensować względne zmiany długości odcinka rury wznośnej i/lub odcinka rury spadowej i/lub drugiego odcinka rury wznośnej. Za pomocą odcinka przelewowego jest więc zapewniona zmiana kierunku rury wytwornicy pary w górnym obszarze pierwszego stopnia parownika utworzonego przez odcinki rur wznośnych z bezpośrednim dalszym prowadzeniem i ponowna zmiana kierunku w dolnym obszarze drugiego stopnia parownika utworzonego przez odcinki rur spadowych oraz zmiana kierunku i dalsze prowadzenie rur wytwornicy pary w dolnym obPL 207 513 B1 szarze drugiego stopnia parownika do trzeciego stopnia parownika utworzonego przez następne odcinki rur wznośnych.

Odcinek przelewowy lub każdy odcinek przelewowy korzystnie jest ułożony wewnątrz kanału gazu grzejnego. Alternatywnie odcinek przelewowy może być także poprowadzony na zewnątrz kanału gazu grzejnego, w szczególności, gdy z powodu ewentualnie koniecznego odwadniania przepływowej powierzchni grzejnej parownika na odcinku przelewowym należy dołączyć kolektor odwadniający.

Rury wytwornicy pary mogą być zebrane w rzędy rur wewnątrz kanału gazu grzejnego, z których każdy obejmuje pewną liczbę rur wytwornicy pary umieszczonych obok siebie w kierunku prostopadłym do kierunku przepływu gazu grzejnego. Przy takim ukształtowaniu, rury wytwornicy pary korzystnie są prowadzone w ten sposób, że odcinki rur wznośnych tworzące rząd rur najsilniej ogrzewanych, a więc patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego pierwszy rząd rur jest przyporządkowany najsłabiej ogrzewanemu lub patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego ostatniemu rzędowi rur odcinków rur spadowych. Ponadto odcinki rur spadowych i odcinki rur wznośnych kilku rur wytwornicy pary w ten sposób są pozycjonowane w kanale gazu grzejnego względem siebie, że odcinkowi rury spadowej położonemu stosunkowo daleko z tyłu, patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego, jest przyporządkowany drugi odcinek rury wznośnej położony stosunkowo daleko z przodu patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego.

Dzięki takiemu rozmieszczeniu stosunkowo silnie ogrzewane drugie odcinki rur wznośnych są zasilane za pomocą stosunkowo słabo nagrzanego wstępnie medium przepływowego odpływającego z odcinków rur spadowych.

W celu zapewnienia charakterystyki przepływu z niewymuszonym obiegiem pożądanej dla sterylnego przepływu przez rury, dana rura wytwornicy pary korzystnie jest ukształtowana w ten sposób, że posiada jedynie jeden odcinek rury wznośnej oraz jeden dołączony do niego po stronie medium przepływowego odcinek rury spadowej oraz ostatni dołączony do niego po stronie medium przepływowego drugi odcinek rury wznośnej.

Wytwornica pary korzystnie jest stosowana jako wytwornica pary z ciepła odpadowego w urządzeniu składającym się z turbiny gazowej i turbiny parowej. Przy tym wytwornica pary korzystnie jest dołączona po stronie gazu grzejnego z turbiny gazowej. W tym układzie za turbiną gazową może być umieszczone dodatkowe palenisko do podwyższenia temperatury gazu grzejnego.

Korzyści uzyskane za pomocą wynalazku polegają w szczególności na tym, że za pomocą trójstopniowego ukształtowania rur wytwornicy pary z odcinkiem rury wznośnej, przez który medium przepływa w kierunku do góry, odcinkiem rury spadowej, przez który medium przepływa w kierunku do dołu i dołączonym do niego po stronie medium przepływowego drugim odcinkiem rury wznośnej, przez który medium przepływa w kierunku do góry możliwe jest do uzyskania przeprowadzenie całkowitego odparowania, a więc częściowego podgrzania, odparowania i częściowego przegrzania w tylko jednym stopniu i bez pośredniego włączenia elementów służących do zbierania i rozdziału i możliwa jest szczególnie prosta budowa. Możliwa jest, na przykład konstrukcja bez oddzielacza wody, przy czym przy rozruchu może być wyeliminowany lub utrzymany niewielki niepożądany wyrzut wody do przegrzewacza wtedy, gdy na początku procesu rozruchu jest napełniony wodą pierwszy odcinek rury wznośnej, który po rozpoczęciu procesu rozruchu przy przechodzeniu przez następne odcinki rur jest odparowywany całkowicie lub w wystarczająco dużej części.

Ogrzewane układy odparowujące, przez które przepływ odbywa się w dół powodują zwykle niestabilności przepływu wymuszonego w rurach, które nie mogą być tolerowane przy zastosowaniu parowników z wymuszonym przepływem. Przy przepływie o stosunkowo niskim masowym wydatku jednostkowym dzięki dość niewielkim stratom tarcia osiągalna jest w skuteczny sposób charakterystyka przepływu z niewymuszonym obiegiem rury wytwornicy pary, która przy silniejszym ogrzewaniu rury wytwornicy pary w porównaniu z inną rurą wytwornicy pary prowadzi do stosunkowo dużego natężenia przepływu medium przepływowego w silniej ogrzewanej rurze wytwornicy pary. Ta charakterystyka przepływu z niewymuszonym obiegiem gwarantuje także przy zastosowaniu segmentów, przez które medium przepływa w dół wystarczająco stabilny i bezpieczny przepływ przez rurę wytwornicy pary.

Ponadto taka charakterystyka jest dlatego możliwa do uzyskania przy szczególnie niskich kosztach budowy i montażu, że odcinek rury wznośnej jest dołączony bezpośrednio do przyporządkowanego mu odcinka rury spadowej i bez pośredniego włączenia drogiego kanału zbiorczego lub układu rozdzielającego. Wytwornica pary, przy szczególnie stabilnej charakterystyce przepływu wykazuje się więc stosunkowo małą złożonością. Ponadto zarówno odcinek rury spadowej, jak i dołączony do niego odcinek rury wznośnej każdej rury wytwornicy pary mogą być zamocowane na konstrukcji podwieszo6

PL 207 513 B1 nej w obszarze sufitu obudowy kanału grzejnego, przy czym możliwe jest swobodne wydłużenie podłużne w dolnym obszarze. Takie, zależne od efektów cieplnych, wydłużenia podłużne są teraz kompensowane przez odcinek przelewowy łączący odpowiedni odcinek rury spadowej z odcinkiem rury wznośnej, tak, że efekty cieplne nie powodują występowania naprężeń.

Przykład wykonania wynalazku został dokładniej objaśniony na podstawie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia w uproszczeniu przekrój podłużny wytwornicy pary o konstrukcji leżącej.

Według figury rysunku wytwornica pary 1 w rodzaju wytwornicy pary z ciepła odpadowego jest dołączona od strony spalin do nieprzedstawionej bardziej szczegółowo turbiny gazowej. Wytwornica pary 1 ma ścianę zewnętrzną 2, która tworzy w przybliżeniu poziomy kanał grzejny 6, przez który przepływają spaliny z turbiny gazowej w kierunku przepływu gazu grzejnego x oznaczonego za pomocą strzałki 4. W kanale grzejnym 6 jest umieszczonych wiele powierzchni grzejnych zaprojektowanych według zasady przepływu, oznaczonych także jako przepływowe powierzchnie grzejne 8 parownika, które są przewidziane do odparowywania medium przepływowego. W przykładzie wykonania według figury rysunku pokazana jest tylko jedna przepływowa powierzchnia grzejna parownika 8, lecz może być także przewidziana większa liczba przepływowych powierzchni grzejnych parownika.

Układ parownika utworzony z przepływowych powierzchni grzejnych parownika 8 jest zasilany medium przepływowym W, które przy jednokrotnym przepływie przez przepływowe powierzchnie grzejne parownika 8 jest odparowywane i po odpływie z przepływowych powierzchni grzejnych parownika 8 jest odprowadzane jako już przegrzana para D i tylko w miarę potrzeby doprowadza się ją w celu dalszego przegrzewania do powierzchni grzejnych przegrzewacza. Układ parownika utworzony z przepływowych powierzchni grzejnych parownika 8 jest włączony do nieprzedstawionego bardziej szczegółowo obiegu wody i pary turbiny parowej. Oprócz układu parownika, dodatkowo do obiegu wody i pary turbiny parowej jest włączona pewna liczba następnych powierzchni grzejnych 10 zaznaczonych schematycznie na fig. 1. W wypadku powierzchni grzejnych 10 może chodzić, na przykład o przegrzewacz, parownik średniociśnieniowy, parownik niskociśnieniowy i/lub o podgrzewacz.

Przepływowa powierzchnia grzejna parownika 8 wytwornicy pary 1 według figury rysunku obejmuje wiele rur wytwornicy pary 12 w rodzaju wiązki rur włączonych równolegle do przepływu medium przepływowego W. Przy tym, patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego x, jest umieszczonych obok siebie kilka rur wytwornicy pary 12. Widoczna jest tylko jedna z umieszczonych w ten sposób obok siebie rur wytwornicy pary 12. Do umieszczonych w ten sposób obok siebie rur wytwornicy pary 12 po stronie medium przepływowego jest włączony przed rurami każdorazowo wspólny rozdzielacz 16 i za nimi dołączona jest wspólna komora zbiorcza wylotowa 18. Rozdzielacze 16 ze swej strony są połączone od strony wlotu z rozdzielaczem głównym 20, przy czym wylotowe komory zbiorcze 18 od strony wylotu są dołączone do wspólnego kolektora głównego 22.

Przepływowa powierzchnia grzejna parownika 8 jest wykonana w ten sposób, że nadaje się do zasilania rur wytwornicy pary 12 ze stosunkowo niewielkim masowym wydatkiem jednostkowym, przy czym rury wytwornicy pary 12 mają charakterystykę przepływu z niewymuszonym obiegiem. W wypadku tej charakterystyki przepływu z niewymuszonym obiegiem silniej ogrzewana jedna rura wytwornicy pary 12 w porównaniu z drugą rurą wytwornicy pary 12 tej samej przepływowej powierzchni grzejnej parownika 8 ma większą zdolność przepustową medium przepływowego W w porównaniu z drugą rurą wytwornicy pary 12. W celu zapewnienia tego w szczególnie skuteczny sposób za pomocą szczególnie prostych środków konstrukcyjnych, przepływowa powierzchnia grzejna parownika 8 obejmuje po stronie medium przepływowego trzy segmenty połączone w szereg. W pierwszym segmencie każda rura wytwornicy pary 12 przepływowej powierzchni grzejnej parownika 8 ma umieszczony w przybliżeniu pionowo odcinek rury wznośnej 24, przez który medium przepływowe W przepływa w kierunku do góry. W drugim segmencie każda rura wytwornicy pary 12 zawiera umieszczony w przybliżeniu pionowo odcinek rury spadowej 26, przez który medium przepływowe W przepływa w kierunku w dół dołączony po stronie medium przepływowego do odcinka rury wznośnej 24. W trzecim segmencie każda rura wytwornicy pary 12 zawiera umieszczony w przybliżeniu pionowo, drugi odcinek rury wznośnej 28, przez który medium przepływowe W przepływa w kierunku do góry, dołączony po stronie medium przepływowego do odcinka rury spadowej 26.

Patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego x segment utworzony przez drugie odcinki rur wznośnych 28 jest umieszczony między segmentem utworzonym przez pierwsze odcinki rur wznośnych 24 i segmentem utworzonym przez odcinki rur spadowych 26. Wskutek tego zapewniona jest w szczególnym stopniu budowa dostosowana do potrzeb przy ogrzewaniu medium przepływowego i do warunków ogrzewania w kanale gazu grzejnego 6.

PL 207 513 B1

Odcinek rury spadowej 26 jest połączony z przyporządkowanym mu odcinkiem rury wznośnej 24 za pomocą odcinka przelewowego 30. W ten sam sposób drugi odcinek rury wznośnej 28 jest połączony z przyporządkowanym mu odcinkiem rury spadowej 26 za pomocą odcinka przelewowego 30. W przykładzie wykonania odcinki przelewowe 30 prowadzone wewnątrz kanału gazu grzejnego 6. Alternatywnie odcinki przelewowe 30 mogą być prowadzone także na zewnątrz kanału gazu grzejnego 6. Może być to szczególnie korzystne w wypadku, gdy z powodów konstrukcyjnych lub eksploatacyjnych należy przewidywać odwadnianie przepływowych powierzchni grzejnych parownika 8.

Jak to jest widoczne na figurze rysunku odcinek rury spadowej 26 z przyporządkowanym mu drugim odcinkiem rury wznośnej 28 i łączącym je obydwa odcinkiem przelewowym 30 ma kształt zbliżony do litery U, przy czym ramiona U są utworzone przez odcinek rury spadowej 26 i drugi odcinek rury wznośnej 28, a łuk łączący jest utworzony za pomocą odcinka przelewowego 30. W ukształtowanej w ten sposób rurze wytwornicy pary 12 geodezyjny wkład ciśnienia medium przepływowego W w obszarze odcinka rury spadowej 26 - w przeciwieństwie do obszaru drugiego odcinka rury wznośnej 28 wytwarza udział ciśnienia wspomagający przepływ, a nie hamujący go. Innymi słowami: znajdujący się w odcinku rury spadowej 26 słup wody nie odparowanego medium przepływowego W „popycha przepływ w odpowiedniej rurze wytwornicy pary 12, zamiast go utrudniać. Ogólnie biorąc dzięki temu rura wytwornicy pary 12 wykazuje stosunkowo małą stratę ciśnienia.

Przy tej konstrukcji obydwa odcinki rury wznośnej 24, 28 i odcinek rury spadowej są podwieszone i zamocowane w rodzaju konstrukcji podwieszonej do sufitu kanału grzejnego 6. Patrząc z punktu widzenia usytuowania przestrzennego dolne końce odpowiedniego odcinka rury wznośnej 24 i dolne końce odpowiedniego odcinka rury spadowej 26 i drugiego odcinka rury wznośnej 28, które są połączone ze sobą za pomocą odcinka przelewowego 30, nie są natomiast ustalone bezpośrednio przestrzennie w kanale grzejnym 6. Wydłużenia długości tych segmentów rur wytwornicy pary 12 można więc tolerować bez ryzyka uszkodzenia, przy czym odpowiedni odcinek przelewowy 30 działa jako łuk kompensacyjny. Takie rozmieszczenie rur wytwornicy pary 12 jest więc z punktu widzenia mechaniki szczególnie elastyczne i w odniesieniu do naprężeń cieplnych niewrażliwe na występujące różnice wydłużeń.

Silniejsze ogrzewanie rury wytwornicy pary 12, w szczególności na jej odcinku rury wznośnej 24 prowadzi w tym miejscu najpierw do zwiększenia intensywności odparowywania, przy czym już w wyniku zwymiarowania rury wytwornicy pary 12 wskutek silniejszego ogrzewania następuje zwiększenie intensywności przepływu przez bardziej ogrzewaną rurę wytwornicy pary 12.

Ponadto odcinki rur spadowych 26 i kolejne odcinki rur wznośnych 28 kilku rur wytwornicy pary 12 są pozycjonowane w kanale grzejnym 6 względem siebie w ten sposób, że odcinkowi rury spadowej 26, patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego X, położonemu stosunkowo w tyle są przyporządkowane położone dość daleko z przodu, patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego x, odcinki rury wznośnej 24, 28. Dzięki takiemu rozmieszczeniu stosunkowo silnie ogrzewane odcinki rury wznośnej 24, 28 mają połączenie ze stosunkowo słabo ogrzewanym odcinkiem rury spadowej 26. Dzięki takiemu pozycjonowaniu względem siebie uzyskuje się efekt samoczynnego wyrównywania także między rzędami rur 14.

Z powodu szczególnie ukształtowanej charakterystyki przepływu z niewymuszonym obiegiem rur wytwornicy pary 12 mają one właściwości samostabilizujące w stosunku do lokalnie zróżnicowanego ogrzewania: silniejsze ogrzewanie rzędu rur wytwornicy pary 12 prowadzi lokalnie do zwiększonego dopływu medium przepływowego W w tym rzędzie rury wytwornicy pary 12, tak, że z powodu odpowiednio zwiększonego działania chłodzącego samoczynnie następuje wyrównywanie odpowiednich wartości temperatury. Świeża para wpływająca do kolektora głównego 22 jest więc ze względu na swoje parametry szczególnie jednorodna niezależnie od tego, że przepływ przez rzędy rur 14 odbywa się oddzielnie.

Szczególna zaleta przepływowej powierzchni grzejnej parownika 8, której wylot w postaci drugich odcinków rur wznośnych 28 jest pozycjonowany od strony przepływu gazu między pierwszymi odcinkami rur wznośnych 24 z jednej strony i odcinkami rur spadowych 26 z drugiej strony i tym samym pozycjonowany jest na obszarze o średniej temperaturze gazu przepływowej powierzchni grzejnej parownika 8 polega na tym, że dzięki temu pozycjonowaniu zapobiega się w naturalny sposób zbyt silnemu przegrzewaniu medium przepływowego także w poszczególnych rurach wytwornicy pary 12 na wylocie przepływowej powierzchni grzejnej parownika 8.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Wytwornica pary, w której w kanale gazu grzejnego, przez który może przepływać gaz grzejny w kierunku w przybliżeniu poziomym jest umieszczona przepływowa powierzchnia grzejna parownika, która obejmuje wiele połączonych równolegle rur wytwornicy pary dla przepływu medium przepływowego, i która jest zbudowana w ten sposób, że jedna rura wytwornicy pary, bardziej ogrzewana w porównaniu z drugą rurą wytwornicy pary tej samej przepł ywowej powierzchni grzejnej parownika ma w porównaniu z drugą rurą wytwornicy pary większą zdolność przepustową medium przepływowego, znamienna tym, że jedna lub każda rura wytwornicy pary (12) składa się z umieszczonego w przybliżeniu pionowo odcinka rury wznośnej (24) przez który przepływa medium przepływowe (W) w kierunku do góry, z dołączonego za nim po stronie medium przepływowego, umieszczonego w przybliżeniu pionowo odcinka rury spadowej (26) przez który przepływa medium przepływowe (W) w kierunku w dół i z dołączonego za nim po stronie medium przepływowego, umieszczonego w przybliżeniu pionowo, drugiego odcinka rury wznośnej (28) przez który przepływa medium przepływowe (W) w kierunku do góry.
2. 2. Wytwornica pary według zastrz. 1, znamienna tym, że drugi odcinek rury wznośnej (28) rury wytwornicy pary (12) w kanale gazu grzejnego (6), patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego (x), jest umieszczony między przyporządkowanym mu odcinkiem rury wznośnej (24) i przyporządkowanym mu odcinkiem rury spadowej (26).
3. 3. Wytwornica pary według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że odcinek rury wznośnej (24) jednej lub każdej rury wytwornicy pary (12) jest połączony po stronie medium przepływowego z przyporządkowanym mu odcinkiem rury spadowej (26), a odcinek rury spadowej (26) z przyporządkowanym mu drugim odcinkiem rury wznośnej (28) każdorazowo za pomocą odcinka przelewowego (30).
4. 4. Wytwornica pary według zastrz. 3, znamienna tym, że odcinki przelewowe (30) są umieszczone wewnątrz kanału gazu grzejnego (6).
5. 5. Wytwornica pary według zastrz. 1, znamienna tym, że drugie odcinki rur wznośnych (28) i odcinki rur spadowych (26) kilku rur wytwornicy pary (12) w ten sposób są pozycjonowane względem siebie w kanale gazu grzejnego, że, patrząc w kierunku przepływu gazu grzejnego (x), drugiemu odcinkowi rury wznośnej (28), położonemu stosunkowo daleko z tyłu w kierunku przepływu gazu grzejnego (x), jest przyporządkowany odcinek rury spadowej (26) położony stosunkowo daleko z przodu.
6. 6. Wytwornica pary według zastrz. 1, znamienna tym, że każdorazowo liczba rur wytwornicy pary (12) obejmuje kilka połączonych po stronie medium przepływowego jedna za drugą naprzemiennie odcinków rur wznośnych (24), odcinków rur spadowych (26) i drugich odcinków rur wznośnych (28).
7. 7. Turbina gazowa, znamienna tym, że posiada włączoną za nią wytwornicę pary określoną zastrzeżeniami 1 do 6.