TWI341914B - Once-through steam generator - Google Patents

Description

1341-914 -—~- 丨艿年？月日修(更)正替換頁 九、發明說明： 【發明所屬之領域】 本發明係關於蒸氣產生器，包括燃燒室，其具有漏斗狀 側壁在其底部的區域中，並包括自以氣密方式相互焊接之 蒸氣產生器管所的形成之封閉壁。 【先前技術】

蒸氣產生器可根據各種設計原理予以陳述。在單程蒸氣 產生器中，許多蒸氣產生器管的加熱，（此等蒸氣產生器 管在一起形成燃燒室的氣密式封閉壁）導致一次通過時， 蒸氣產生器管中流動媒質的完全蒸發。在其蒸發後，將流 動媒質，通常是水餵供至經連接在蒸氣產生器管的下游之 過熱器管並在該處將它過熱。 與自然循環蒸氣產生器成對比，單程蒸氣產生器並不受 到任何壓力限制，以致可採它設計適合充分高於水的臨界 壓力（Pcrit=221巴）〜直接蒸氣壓力—於此種情況，水相 與蒸氣相間無差別而因此，亦無相分離之可能，高直接蒸 氣壓力促進高熱效率而因此，降低燃燒化石燃料之發電廠 的C〇2排放。 在具有垂直氣體烟道之蒸氣產生器中，通常採蒸氣產生 器管經由翅片予以相互連接。因此，封閉壁係由經由翅片 予以相互連接並以氣密方式所焊接之許多大致平行蒸氣產 生器管予以形成。在此情況中’可採蒸氣產生器的蒸氣產 生器管垂直或螺旋式配置而因此傾斜。 通常將燃燒室的漏斗狀側壁配置在氣體烟道的較低端 1341914 ??年Ϋ月>〇日修(更)正替換頁 此等漏斗狀側壁的形狀容許容易移除在燃燒過程期間所產 生之灰。在此情況下’通常，燃燒室壁係自垂直之蒸氣產 生器管和翅片所形成。在漏斗狀區域之下段中，蒸氣產生 器管通常同樣地，以與形成燃燒室壁之其上段中之相同方 向’以垂直管系的方式另外伸展。此情況中，平行管子由 入口集管進入漏斗並以連續方式形成燃燒室的平行管子。 在單程蒸氣產生器的操作期間，將在燃燒室內燃燒。燃 料氣體期間的產生之熱直接經由蒸氣產生器管的壁及經由 翅片兩者引入流經蒸氣產生器管之流動媒質中。在此程序 中’每一蒸氣產生器管的加熱決定各自管中水柱的重量。 因爲流動媒質之流經蒸氣產生器管，因此流動媒質的出口 溫度係基於相對應管中水柱的壓力，所以通過蒸氣產生器 管之出口溫度經由加熱相對應之蒸氣產生器管予以決定性 影嚮。 如果使蒸氣產生器管受到不同強度之加熱，此現象亦產 生流動媒質不同出口溫度。此等溫度差，尤其在起始操作 及低負載時’也許能達到不可接受之高原料負載會發生數 値。 在垂直伸展在燃燒室壁中及在漏斗狀側壁區域中之蒸氣 產生器管的情況中’漏斗’側壁的區域中某些蒸氣產生器管 和相聯合之翅片，即：那些’在燃燒室的四邊形截面情況 中’位於四個角的區域中者，較形成漏斗狀側壁的尖端之 那些較短。因爲其不同長度，因此，使蒸氣產生器管及翅 片接受不同強度的加熱。因此有該種威脅即：因爲使漏斗 1341914____ 79年？月％日修(更)正替換頁 狀側壁的區域中之蒸氣產生器管接受不同強度的加熱，自 個別蒸氣產生器管卸出之流動媒質的不可接受之高溫度差 會發生。 【發明內容】 因此，本發明的目的在詳細說明上述型式的蒸氣產生器 ，其中在每一操作狀態中保証：在個別蒸氣產生器管的出 口處，流動媒質的溫度差不超過一個臨界數値》

此目的根據本發明予以達成，係經由使漏斗狀側壁的區 域中許多蒸氣產生器管具有較燃燒室的封閉壁區域中不同 之管外部直徑及/或不同之翅片寬度。 本發明係基於該觀念即：蒸氣產生器管的高原料負載可 經由保証：在個別蒸氣產生器管的出口處流動媒質之溫度 差不超過一臨界數値予以避免。因此，一條蒸氣產生器的 加熱不應與蒸氣產生器的任何點上其他蒸氣產生器管的加 熱有甚大差別。然而，在燃燒室的漏斗狀側壁之區域中， 必須將呈傳統型構造之蒸氣產生器管的長度隨看漏斗收縮 程度的增加予以變更。因此，某些蒸氣產生器管具有較其 他者較小之長度，因此在漏斗狀側壁的區域中接受較低之 加熱。因此，在傳統型構造中，因爲經配置在漏斗狀側壁 區域之其下段中其幾何形狀狀況，不能避免蒸氣產生器管 及翅片的不同加熱。儘管採漏斗狀側壁必要的收縮，爲了 保証：個別蒸氣產生器管的加熱不會太大不同，個別蒸氣 產生器管的長度不應太大相互不同。爲了容許此現象，應 採漏斗狀側壁的區域中，蒸氣產生器管沿著後者之側表面 -7- 1341914 月μ日修(更)正替換頁 伸展。經由適當選擇管之幾合形狀，使此可能實行。

在此情況中’有利地，將蒸氣產生器設計成爲單程蒸氣 產生器。形成漏斗狀側壁之下段中許多蒸氣產生器管有利 地具有較形成燃燒室壁之上段中者較小之管直徑。縮小漏 斗狀側壁中之管直徑容許其管系具有與形成燃燒室壁之上 段中相同數目的蒸氣產生器管。換言之，漏斗狀側壁的變 窄並非經由減少蒸氣產生器的數目予以考慮而是經由縮小 管直徑。因此，所有蒸氣產生器伸展遍及大槪相同長度在 經加熱之區域中，且保証：所有蒸氣產生器管之可相比的 加熱。

然而’經輸入流動媒質中之熱不僅經由管壁而且經由周 緣翅片（其相互連接個別之蒸氣產生器管）予以產生。燃 燒室壁及漏斗狀側壁的寬度自蒸氣產生器管的數目乘以自 管軸線至管軸線之距離而產生，該自管軸線至管軸線之距 離係等於管直徑加翅片的寬度。爲了計及漏斗狀側壁的變 窄，因此亦可採形成漏斗狀側壁之蒸氣產生器管的下段中 翅片的寬度有利地變更並特別縮小。 與上段中之管直徑相比較，將下段中之管外部直徑有利 地縮小致5至1 5 %。與上段中之寬度相比較，將下段中之翅 片寬度有利地減少約30至70%。這是因爲，現正發現：以 此種方式，可採形成漏斗狀側壁之蒸氣產生器管的下段中 可供利用之熱能特別有效使用。 在漏斗狀側壁的區域中，將許多的蒸氣產生器管有利地 配置至少部份平行於漏斗狀側壁的傾斜方向。此種配置容 1341914 _ 押年？月>〇日修(更)正替換頁 許特別使每一個別蒸氣產生器管的長度良好適應於加熱狀 況’因此特別容許良好加熱。特別，在此項配置中，舉例 而言，可能使一條蒸氣產生器管接受以如此方式所布置之 較小強烈加熱以便它具有較大之長度在經加熱之區域內而 關於較低加熱的效果能以此種方式經由加熱遍及較大長度 的效果予以補償。

使用本發明所獲得之優點特別在於該項事實即：設計蒸 氣產生器成爲單程蒸氣產生器，以相當低構造成本，可有 效避免發生個別蒸氣產生器管中流動媒質的不可接受之高 溫度差。因爲使所有蒸氣產生器管接受相似強度的加熱， 特別在形成漏斗狀側壁之蒸氣產生器管的下段中，所以， 大爲不同之流動速率而因此，亦流動媒質的不可接受之高 溫差不能發生在蒸氣產生器管的出口處甚至當採蒸氣產生 器餵供以低質量適量時。 在另一方面，於設計蒸氣產生器成爲循環型式的構造時 ，實際上可獲得相同質量流動而因此，蒸氣產生器管之良 好冷却且另外，實際上，蒸氣產生器管中之相同蒸氣含量 【實施方式】 所有圖中，相同零件具有相同元件符號。 圖1中所示意顯示者是經設計成爲單程蒸氣產生器之蒸 氣產生器1，其垂直氣體烟道經由一封閉壁4予以環繞而形 成一個燃燒室，其在下端倂合入經由漏斗狀側壁6所形成 之底部中。該底部含有一個放出口 8(圖中未以任何更詳細 1341914 外年？月>^日修(更)正替換頁 示出）以便移出灰。 在氣體烟道的區域中，將複數個燃燒器（圖中未示）設 置在燃燒室的封閉壁4,封閉壁4係自經垂直配置之蒸氣產 生器管12所形成。將以垂直伸展方式所配置之蒸氣產生器 管12經由翅片14相互焊接且連同翅片14形成燃燒室的封 閉壁4，在其上段中。經配置在底部下面者是進口集管16 ，自它，可採各蒸氣產生器管12餵供以流動媒質。

在蒸氣產生器的操作期間，將在燃燒化石燃料期間所產 生之火焰本體定位在燃燒室中。將燃燒室中以此種方式所 產生之熱傳遞至流經蒸氣產生器管丨2之流動媒質’於該處 ，熱蒸發流動媒質。該過程中，熱的輸入係直接經由蒸氣 產生器管12的管壁及經由翅片14予以產生。

通過個別蒸氣產生器管12之流動媒質的流動速率或通至 個別蒸氣產生器管12之流量的分佈係由個別蒸氣產生器管 1 2中水柱的各自重量予以測定達甚大程度。此項測定的結 果即：經實施在燃燒室的較低部份中之加熱’特別在漏斗 狀側壁6的區域中’對於流動通過蒸氣產生器管12具有甚 大影響。如果使個別蒸氣產生器管1 2接受相當強的加熱’ 則其水柱的重量下降而因此’有關之蒸氣產生器管中之阻 力亦下降。其結果是，與接受較小強度加熱之其他蒸氣產 生器管12相比較，此蒸氣產生器管12中之流動速率增加 。因此，如果將蒸氣產生器管1 2加熱至相當低程度，則流 動速率降低。 如果將漏斗狀側壁的區域中之蒸氣產生器管12加熱至相 -10- 1341914 抒年歹月>〇日修(更)正替換頁

當低程度，舉例而言因爲它僅在漏斗狀側壁6的頂邊緣上 進入經加熱之區域而因此具有相當小長度在經加熱之區域 內’則與經加熱至相當強程度且具有較大長度在經加熱之 區域內之其他蒸氣產生器管12相比較，它具有較低之流動 速率。在蒸氣產生器管12的上段中，其形成燃料室的封閉 壁，使有蒸氣產生器管1 2接受相似之加熱。具有相當低流 動速率之蒸氣產生器管12在此等狀況下，較具有相當高通 過量者可吸收較多的熱，以致由於漏斗狀側壁6的區域中 蒸氣產生器管12的不同加熱，流動媒質的出口溫度之甚大 差別也許可能出現。 此等溫度差僅可在一定限度以內予以容忍，因爲彼等可 能導致壓力’此壓力必須不超過經由蒸氣產生器管12的可 接受之原料負載所預定之數値。因此，目的是儘可能均勻 加熱所有蒸氣產生器管12，在形成漏斗狀側壁6之蒸氣產 生器管1.2的下段中，這是特別重要。

爲了儘可能均勻加熱所有蒸氣產生器管12,圖la中蒸氣 產生器1的蒸氣產生器管12具有較在形成燃燒室的封閉壁 4之上段中者較小直徑在形成漏斗狀側壁6之下段中。翅片 1 4同樣地具有較在上段中者較小寬度在下段中。因此，可 將底部的寬度（其係由平行蒸氣產生器管12的數目及由管 直徑加翅片1 4的寬度予以測定）經由較小之管直徑和翅片 1 4的較小寬度予以減少，而不是經由減少平行蒸氣產生器 管1 2的數目。因此，底部的必要變窄經由至少部份地沿著 底部所伸展之蒸氣產生器管予以實現。 1341914 9?年？月日修(更)正替換頁 現已發現：如果將下段中每一蒸氣產生器管12的直徑與 上段中之管直徑相比較減小約5至1 5 %以及如果將下段中翅 片1 4的寬度與上段中之寬度相比較減小約30至70% ,則可 實現蒸氣產生器管12的最適宜配置而因此，特別有效使用 存在於漏斗狀側壁6的區域中之熱。在34毫米的習見管直 徑及16毫米的翅片寬度時，獲得約32毫米之管直徑及約6 毫米之翅寬度在下段中。

漏斗狀側壁6的區域中蒸氣產生器管12的特別均勻加熱 可經由予以配置之在其下段中之蒸氣產生器管12予以實現 以致彼等並非部份地平行於底部的傾斜方向如圖1 a中所示 。此種傾斜配置使每一蒸氣產生器管12的加熱之強度能主 要適於在經加熱之區域內之其長度》換言之，蒸氣產生器 管1 2的相當低加熱經由較大之長度予以補償，經由傾斜配 置蒸氣產生器管12在經加熱之區域中而使它可能。

此情況中，可使底部區域中蒸氣產生器管12的配置適於 存在於此區域中之温度變化面。圖la顯示一種配置其中將 其下段中之蒸氣產生器管1 2 (其中減小管直徑）予以傾斜 配置-換言之，非平行於底部的傾斜方向。此種配置中， 直至經由幾何形狀及底部的因次，翅片14和蒸氣產生器管 12所測定之一定高度Η，提供平行於底部的傾斜方向之蒸 氣產生器管1 2的配置。將所敘述之傾斜配置提供在此高度 Η之上方。 作爲其另種方式，亦可配置蒸氣產生器管12如圖lb中 所示。此情況中，同樣地提供具有平行於底部的傾斜方向 -12- 1341914 ?月：《?日修(更)正替換頁 並具有相對於上段中之直徑，經減少之管直徑所配置之蒸 氣產生器管12之管系直至一定高度Η。如第一實例中，提 供傾斜配置之蒸氣產生器管1 2在此高度Η之上方，唯將相 對於其在底部平面中之原來方向，蒸氣產生器管〗2之傾斜 角以如此方式選擇以便在其傾斜段中之蒸氣產生器管1 2以 及翅片14具有與在上段中之相同管直徑及各自之相同寬度 。因此此情況中，僅減小管直徑和翅片寬度直至高度Η。

如果進口集管16是相當地寬且如果外部蒸氣產生器管相 互是在相當大之距離，舉例而言，如在具有循環流體化床 之蒸氣產生器的情況中，可配置蒸氣產生器管12如圖2中 所示。此配置中，設計最外面之蒸氣產生器管12，換言之 ，那些蒸氣產生器管12其距中央軸線Α在最大距離者具有 未經減小之管直徑和未經減小之翅片寬度兩者且傾斜配置 遍及漏斗狀側壁6的整個高度。在另一方面，設計距中央 軸線A在最小距離之最內面蒸氣產生器管12遍及其整個長 度具有經減小之管直徑及經減小之翅片寬度且平行於中央 軸線A予以配置而因此，平行於底部的傾斜方向。每一情 況中，位於最外面和最內面蒸氣產生器管12間之蒸氣產生 器管1 2形成過渡狀態且在每~情況中，具有經減小之管直 徑和經減小之翅片寬度的第一段，其中將彼等平行於中央 軸線而配置，及未經減小之管直徑和未經減小之翅片寬度 的第二段，其中將彼等傾斜配置而因此，平行於最外面之 蒸氣產生器管1 2。 此種配置，底部區域中蒸氣產生器管12的加熱強度之差 1341914 ___ 辦？月a日修(更)正替換頁 微小，及或許自它產生之流動媒質之溫度差是非常低以致 可靠地避免不可接受之高原料負載。因此，甚至在低負載 時及在開始操作期間，爲了保持溫度差小，不須附加之量 測。 【圖式簡單說明】 本發明的一個例示之具體實施例參照圖式予更詳細解釋 ，其中：

圖la示意顯示一種單程蒸氣產生器具有經垂直配置之蒸 發器管在燃燒室壁的區域中及經部份配置平行於底部的傾 斜方向之蒸氣產生器管在底部區域中， 圖1 b顯示單程蒸氣產生器的另種具體實施例，及 圖2顯示根據圖la, lb之單程蒸氣產生器的另外另種具 體實施例。 主要部分之代表符號說明 1 蒸氣產生器 6 漏斗狀側壁 4 封閉壁 12 蒸氣產生器管 8 放出口 14 翅片 16 進口集管 -14-

Claims (1)

1341914 朽年^月％日修(更)正替換頁 第93133474號「單程蒸氣產生器」專利案 (2010年9月20曰修正） 十、申請專利範圍： 1. —種蒸氣產生器（1)，包括燃燒室，其具有漏斗狀側壁 (6)在其底部的區域中，並包括由複數個蒸氣產生器管 (1 2 )所形成之封閉壁（4 )，流動媒質可流經此等蒸氣 產生管，在漏斗狀側壁（6)區域中之蒸氣產生器管（12 φ )較在封閉壁（4)的區域中者具有不同管直徑，其中在 漏斗狀側壁（6)的區域中之蒸氣產生器管（12)較在封 閉壁（4)的區域中之蒸氣產生器管（12)具有較小之管 直徑。 2. 如申請專利範圍第1項之蒸氣產生器（1)，其中將相鄰 之蒸氣產生器管（12)各自經由翅片（14)相互連接， 封閉壁（4)的區域中之翅片（14)較在漏斗狀側壁（6 )的區域中者具有不同寬度。 % 3.如申請專利範圍第2項之蒸氣產生器（1)，其中在漏斗 狀側壁（6)的區域中之許多周緣翅片（丨4)較在封閉壁 (4)的區域中者具有較小之寬度。 4·如申請專利範圍第2項之蒸氣產生器（1)’其中在漏斗 狀側壁（6)的區域中之蒸氣產生器管（12)之直徑，與 在封閉壁（4)的區域中之管直徑比較’減小約5至15% 〇 5·如申請專利範圍第3項之蒸氣產生器（1)，其中在漏斗 状側壁（6)的區域中之翅片（14)之寬度’與封閉壁（ 1341914

召年？月w曰修(更)正替換頁 4 )的區域中之翅片寬度相比較，減少約3〇 6. 如申請專利範圍第4項之蒸氣產生器（1 )， 狀側壁（6)的區域中之翅片（μ)之寬度， 4 )的區域中之翅片寬度相比較，減少約3 0 7. 如申請專利範圍第1項之蒸氣產生器（1 )， 狀側壁（6)的區域中之蒸氣產生器管（12) 少部份地平行於漏斗側壁（6 )的傾斜方向。 8. 如申請專利範圍第1項之蒸氣產生器（1)， 氣產生器（1)設計成爲單程蒸氣產生器。 E 70%。 其中在漏斗 與封閉壁（ 170%。 其中在漏斗 係配置成至 其中將此蒸

1341914 - 丨朽年？月％日修(更)正替換頁 七、指定代表圊： (一） 本案指定代表圖為：第1Α圖。 (二） 本代表圖之元件符號簡單說明： 1 蒸氣產生器 6 烟囪側壁 4 封閉壁 1 2 蒸氣產生器管 8 放出口 14 翅片 16 進口集管

八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式： 無 .

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