專利名稱：直流式蒸汽發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蒸汽發(fā)生器，它包括一個(gè)在底部區(qū)內(nèi)有漏斗狀側(cè)壁的燃燒室和一個(gè)由互相氣密焊接的蒸汽發(fā)生器管構(gòu)成的環(huán)圍壁。
蒸汽發(fā)生器可以按不同的設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)。在直流式蒸汽發(fā)生器中，加熱多根共同構(gòu)成燃燒室氣密環(huán)圍壁的蒸汽發(fā)生器管，導(dǎo)致流動(dòng)介質(zhì)在蒸汽發(fā)生器管內(nèi)通過時(shí)完全蒸發(fā)。流動(dòng)介質(zhì)(通常是水)在其蒸發(fā)后供給連接在蒸汽發(fā)生器管下游的過熱管并在那里過熱。
直流式蒸汽發(fā)生器與自然循環(huán)式蒸汽發(fā)生器相反沒有壓力限制，所以它對(duì)于新汽壓力可以設(shè)計(jì)得大大超過水的臨界壓力(P臨界＝221bar)，在臨界壓力下，水相和氣相沒有區(qū)別并因而也可以沒有相分離。高的新汽壓力對(duì)于礦物燃料加熱的電廠高的熱效率并因而較低的CO2排放是有利的。
對(duì)于有垂直煙道的蒸汽發(fā)生器，蒸汽發(fā)生器管通常通過鰭板互相連接。也就是說環(huán)圍壁由許多大體平行的蒸汽發(fā)生器管構(gòu)成，它們通過鰭板互相連接和氣密地焊接。蒸汽發(fā)生器的蒸汽發(fā)生器管可以垂直地或螺旋狀并因而傾斜地排列。
在煙道的下端通常設(shè)燃燒室的漏斗狀側(cè)壁，它的形狀允許不困難地除去在燃燒過程中生成的煙灰。在這里燃燒室壁由通常垂直的蒸汽發(fā)生器管和鰭板構(gòu)成。在下段中漏斗的區(qū)域內(nèi)，蒸汽發(fā)生器管通常同樣按一種垂直管系的方式沿著它們?cè)跇?gòu)成燃燒室壁的上段內(nèi)相同的方向繼續(xù)延伸。在這里平行管經(jīng)進(jìn)口集箱進(jìn)入漏斗，并進(jìn)一步延伸構(gòu)成燃燒室的平行管。
在直流式蒸汽發(fā)生器運(yùn)行期間，燃?xì)庠谌紵覂?nèi)部燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量，不僅直接經(jīng)蒸汽發(fā)生器的壁而且通過鰭板傳入流過蒸汽發(fā)生器管的流動(dòng)介質(zhì)。在這里，每根蒸汽發(fā)生器管的加熱決定了在各自管內(nèi)的水柱重量。因?yàn)榱鲃?dòng)介質(zhì)通過一根蒸汽發(fā)生器管的流量并因而流動(dòng)介質(zhì)的出口溫度，與對(duì)應(yīng)的管內(nèi)水柱的壓力有關(guān)，所以通過蒸汽發(fā)生器管的出口溫度決定性地受對(duì)應(yīng)蒸汽發(fā)生器管加熱的影響。
因此若蒸汽發(fā)生器管加熱的強(qiáng)度不同，同樣導(dǎo)致流動(dòng)介質(zhì)不同的出口溫度。在有些情況下，尤其在起動(dòng)過程和低負(fù)荷時(shí)，這種溫度差可達(dá)到一個(gè)導(dǎo)致不允許的高材料負(fù)荷的值。
對(duì)于在燃燒室壁內(nèi)和在漏斗狀側(cè)壁區(qū)域內(nèi)垂直延伸的蒸汽發(fā)生器管，在漏斗狀側(cè)壁的區(qū)域內(nèi)，有些蒸汽發(fā)生器管和相關(guān)的鰭板，亦即那些在四邊形橫截面的燃燒室中處于四個(gè)角區(qū)域內(nèi)的蒸汽發(fā)生器管和鰭板，比構(gòu)成漏斗狀側(cè)壁頂部的蒸汽發(fā)生器管及相關(guān)的鰭板短?；谒鼈儾煌拈L度，蒸汽發(fā)生器管和鰭板因而受到不同強(qiáng)度的加熱。也就是說存在這樣的危險(xiǎn)，即，由于在漏斗狀側(cè)壁區(qū)內(nèi)蒸汽發(fā)生器管不同強(qiáng)度的加熱，導(dǎo)致從各蒸汽發(fā)生器管排出的流動(dòng)介質(zhì)不允許的大溫差。
因此本發(fā)明的目的是提供一種上述類型的蒸汽發(fā)生器，其中，在任何運(yùn)行狀態(tài)均保證在各蒸汽發(fā)生器管出口處流動(dòng)介質(zhì)的溫度差不超過一個(gè)臨界值。
按本發(fā)明為達(dá)到此目的采取的措施是，使多根蒸汽發(fā)生器管在漏斗狀側(cè)壁區(qū)域內(nèi)有與在燃燒室環(huán)圍壁的區(qū)域內(nèi)不同的管外徑和/或不同的鰭板寬度。
本發(fā)明考慮問題的出發(fā)點(diǎn)是應(yīng)能避免蒸汽發(fā)生器管高的材料負(fù)荷，為保證這一點(diǎn)，使在各蒸汽發(fā)生器管出口處的流動(dòng)介質(zhì)溫度差不超過一個(gè)臨界值。因此，在蒸汽發(fā)生器任何地點(diǎn)的一根蒸汽發(fā)生器管的加熱都不應(yīng)與其他蒸汽發(fā)生器管的加熱有明顯的差別。當(dāng)然，在傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式中，在燃燒室漏斗狀側(cè)壁區(qū)域內(nèi)蒸汽發(fā)生器管的長度隨著漏斗的不斷縮小而改變。因此有些蒸汽發(fā)生器管有比另一些短的長度，并因而在漏斗狀側(cè)壁區(qū)域內(nèi)受到較弱的加熱。所以在這種傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式中，基于在其設(shè)在漏斗狀側(cè)壁區(qū)域內(nèi)的下段中的這種幾何狀況，使蒸汽發(fā)生器管和鰭板不可避免地有不同的加熱。為了盡管漏斗狀側(cè)壁有這種必需的收縮仍能保證各蒸汽發(fā)生器管沒有差別過大的加熱，各蒸汽發(fā)生器管的長度彼此不應(yīng)區(qū)別過大。為了能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，在漏斗狀側(cè)壁的區(qū)域內(nèi)蒸汽發(fā)生器管應(yīng)沿著其側(cè)面延伸。通過恰當(dāng)?shù)剡x擇管的幾何尺寸這是可能的。
在這里，蒸汽發(fā)生器有利地設(shè)計(jì)為直流式蒸汽發(fā)生器。有利地多根蒸汽發(fā)生器管在構(gòu)成燃燒室壁的下段內(nèi)有比在構(gòu)成燃燒室壁的上段內(nèi)小的管徑。在漏斗狀側(cè)壁內(nèi)管徑的減小，允許其管系包括與在構(gòu)成燃燒室壁的上段內(nèi)相同的蒸汽發(fā)生器管數(shù)量。換句話說，漏斗狀側(cè)壁的收縮并不是通過減少蒸汽發(fā)生器管的數(shù)量，而是通過減小管徑實(shí)現(xiàn)的。因此，所有蒸汽發(fā)生器管在加熱區(qū)內(nèi)沿大體相同的長度延伸，以及保證全部蒸汽發(fā)生器管有類似的加熱。
但熱量加入流動(dòng)介質(zhì)內(nèi)不僅通過管壁，而且也通過將各蒸汽發(fā)生器管連接起來的鰭板進(jìn)行。燃燒室壁和漏斗狀側(cè)壁的寬度由蒸汽發(fā)生器管的數(shù)量乘以從管軸線到管軸線的距離得出，其中從管軸線到管軸線的距離等于管徑加上一個(gè)鰭板的寬度。為了顧及漏斗狀側(cè)壁的收縮，因此可有利的是也改變和尤其減小在蒸汽發(fā)生器管構(gòu)成漏斗狀側(cè)壁的下段內(nèi)的鰭板寬度。
有利地，在下段內(nèi)的管外徑比上段內(nèi)的管徑小5％至15％。鰭板寬度有利地在下段內(nèi)比上段內(nèi)的寬度小30％至70％。也就是說，如已指出的那樣，以此方式可以達(dá)到特別有效地利用在蒸汽發(fā)生器管構(gòu)成漏斗狀側(cè)壁的下段中可供使用的熱量。
在漏斗狀側(cè)壁的區(qū)域內(nèi)，多根蒸汽發(fā)生器管有利地至少部分平行于漏斗狀側(cè)壁的傾斜方向排列。這種布局允許每根蒸汽發(fā)生器管的長度特別好地與加熱狀況相匹配并因而可以非常均勻地加熱。尤其是在如此布局時(shí)例如可以將加熱強(qiáng)度較低的蒸汽發(fā)生器管鋪設(shè)為，使它在加熱區(qū)內(nèi)部有較大的長度，以此方式通過較長加熱的效果來補(bǔ)償較弱加熱的效果。
采用本發(fā)明獲得的優(yōu)點(diǎn)尤其在于，當(dāng)蒸汽發(fā)生器設(shè)計(jì)為直流式蒸汽發(fā)生器時(shí)，可以在結(jié)構(gòu)性費(fèi)用比較低的情況下有效地避免在各蒸汽發(fā)生器管內(nèi)流動(dòng)介質(zhì)出現(xiàn)不允許的大的溫差。因?yàn)橛绕湓谡羝l(fā)生器管構(gòu)成漏斗狀側(cè)壁的下段中所有的蒸汽發(fā)生器管受強(qiáng)度相似的加熱，所以即使供給蒸汽發(fā)生器低的質(zhì)量流密度時(shí)，也不會(huì)導(dǎo)致差別巨大的流量并因而也不會(huì)導(dǎo)致在蒸汽發(fā)生器管出口流動(dòng)介質(zhì)不允許的大溫差。
反之，在蒸汽發(fā)生器按循環(huán)的結(jié)構(gòu)方式設(shè)計(jì)時(shí)，在蒸汽發(fā)生器管內(nèi)可以達(dá)到幾乎相同的質(zhì)量流量并因而良好地冷卻蒸汽發(fā)生器管，并除此之外達(dá)到在蒸汽發(fā)生器管內(nèi)近似相同的蒸汽含量。
下面借助附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。其中

圖1a示意表示一臺(tái)直流式蒸汽發(fā)生器，包括在燃燒室壁區(qū)域內(nèi)垂直排列的蒸汽發(fā)生器管和在底部區(qū)內(nèi)部分平行于底部傾斜方向排列的蒸汽發(fā)生器管；圖1b表示直流式蒸汽發(fā)生器另一種設(shè)計(jì)；以及圖2表示按圖1的直流式蒸汽發(fā)生器再一種設(shè)計(jì)。
在所有的圖中相同的部分采用同樣的符號(hào)。
在圖1a中示意表示了設(shè)計(jì)為直流式蒸汽發(fā)生器的蒸汽發(fā)生器1，它的垂直煙道被環(huán)圍壁4包圍并構(gòu)成燃燒室，燃燒室在下端過渡為一個(gè)由漏斗狀側(cè)壁6構(gòu)成的底部。底部包括一個(gè)圖中未詳細(xì)表示的煙灰出口8。
在煙道區(qū)內(nèi)，多個(gè)沒有表示的燃燒器安置在由垂直排列的蒸汽發(fā)生器管12構(gòu)成的燃燒室環(huán)圍壁4中。垂直延伸地排列的蒸汽發(fā)生器管12通過鰭板14互相焊接并在與鰭板14一起其上段內(nèi)構(gòu)成燃燒室的環(huán)圍壁4。在底部的下方設(shè)一進(jìn)口集箱16，從這里向蒸汽發(fā)生器管12供給流動(dòng)介質(zhì)。
在蒸汽發(fā)生器1運(yùn)行對(duì)，礦物燃料燃燒時(shí)形成的火焰體處于燃燒室內(nèi)。以此方式在燃燒室內(nèi)產(chǎn)生的熱量傳給流過蒸汽發(fā)生器管12的流動(dòng)介質(zhì)，熱量在那里促使流動(dòng)介質(zhì)蒸發(fā)。在這里熱量的供入既直接通過蒸汽發(fā)生器管12管壁也經(jīng)由鰭板14進(jìn)行。
流動(dòng)介質(zhì)通過各蒸汽發(fā)生器管12的流量或流量在各蒸汽發(fā)生器管12內(nèi)的分配，在很大程度上取決于各蒸汽發(fā)生器管12內(nèi)各自的水柱重量。其結(jié)果是，在燃燒室下部，尤其在漏斗狀側(cè)壁6的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行的加熱，對(duì)于蒸汽發(fā)生器管12的流動(dòng)有大的影響。若個(gè)別蒸汽發(fā)生器管12受比較強(qiáng)烈的加熱，則在所涉及的蒸汽發(fā)生器管12內(nèi)它的水柱重量并因而阻力也下降。因此，在此蒸汽發(fā)生器管12內(nèi)與另一些強(qiáng)度較弱地加熱的蒸汽發(fā)生器管12相比流量增大。若一根蒸汽發(fā)生器管12加熱較弱，則流量相應(yīng)地減小。
若一根蒸汽發(fā)生器管12在漏斗狀側(cè)壁區(qū)內(nèi)較弱地加熱，例如因?yàn)樗诼┒窢顐?cè)壁6的上邊緣才進(jìn)入加熱區(qū)并因而在加熱區(qū)的內(nèi)部有比較小的長度，則它與其他比較強(qiáng)烈地加熱的在加熱區(qū)內(nèi)部有較大長度的蒸汽發(fā)生器管12相比有較小的流量。在蒸汽發(fā)生器管12構(gòu)成燃燒室環(huán)圍壁4的上段內(nèi)，所有的蒸汽發(fā)生器管12受到類似的加熱。一根有較小流量的蒸汽發(fā)生器管12在所述的這些條件下將比一根有較大流量的蒸汽發(fā)生器管吸收更多的熱量，所以在漏斗狀側(cè)壁6區(qū)域內(nèi)由于蒸汽發(fā)生器管12不同的加熱，在有些情況下會(huì)出現(xiàn)流動(dòng)介質(zhì)出口溫度的巨大差別。
這種溫差只能允許處于一定的范圍內(nèi)，因?yàn)樗鼈兛赡軐?dǎo)致產(chǎn)生應(yīng)力，而這些應(yīng)力不可以超出一個(gè)由蒸汽發(fā)生器管12允許的材料負(fù)荷決定的值。因此盡可能均勻地加熱所有的蒸汽發(fā)生器管12應(yīng)是力求做到的，這尤其在蒸汽發(fā)生器管12構(gòu)成漏斗狀側(cè)壁的下段內(nèi)有重要意義。
為了實(shí)現(xiàn)所有蒸汽發(fā)生器管12盡可能均勻地加熱，圖1a所示蒸汽發(fā)生器1的蒸汽發(fā)生器管12在構(gòu)成漏斗狀側(cè)壁6的下段內(nèi)與構(gòu)成燃燒室環(huán)圍壁4的上段內(nèi)相比有較小的直徑。鰭板14同樣在下段內(nèi)有比上段內(nèi)小的寬度。因此，取決于平行蒸汽發(fā)生器管12的數(shù)量以及管徑加鰭板14寬度的底部寬度，由于較小的管徑和較小的鰭板14寬度而減小，而不是通過減少平行蒸汽發(fā)生器管12的數(shù)量。由此沿底部按蒸汽發(fā)生器管的一種至少部分導(dǎo)引的方式達(dá)到底部所需要的收縮。
如已表明的那樣，若每根蒸汽發(fā)生器管12的直徑在下段內(nèi)與在上段內(nèi)的管徑相比減小5％至15％以及鰭板14在下段內(nèi)的寬度與在上段內(nèi)的寬度相比減小30％至70％，則可以達(dá)到最佳地布置蒸汽發(fā)生器管12并因此特別有效地利用在漏斗狀側(cè)壁6區(qū)域內(nèi)存在的熱量。因此，對(duì)于常用的管徑為34mm以及鰭板寬度為16mm，得出在下段內(nèi)的管徑約為32mm以及鰭板寬度約為6mm。
通過蒸汽發(fā)生器管12在其下段內(nèi)如圖1a所示部分不平行于底部的傾斜方向排列，可以達(dá)到在漏斗狀側(cè)壁6的區(qū)域內(nèi)蒸汽發(fā)生器管12特別均勻地加熱。這種傾斜的布局允許每根蒸汽發(fā)生器管加熱的強(qiáng)度基本上與其在加熱區(qū)內(nèi)的長度相適應(yīng)。換句話說，蒸汽發(fā)生器管12比較弱的加熱通過在加熱區(qū)內(nèi)由于蒸汽發(fā)生器管12傾斜地布置可以實(shí)現(xiàn)的較大的長度加以補(bǔ)償。
在這里，在底部區(qū)內(nèi)蒸汽發(fā)生器管12的布局可以與在此區(qū)域內(nèi)存在的溫度剖面相匹配，圖1a表示了一種布局，其中蒸汽發(fā)生器管12在其減小了管徑的下段內(nèi)傾斜地，亦即不平行于底部傾斜方向排列。在此布局中，直至某一個(gè)由底部、鰭板14和蒸汽發(fā)生器管12的幾何結(jié)構(gòu)和尺寸決定的高度H，規(guī)定蒸汽發(fā)生器管12平行于底部傾斜方向排列。在此高度H上方采用所說明的傾斜的排列。
與之不同，蒸汽發(fā)生器管12也可以如圖1b所表示的那樣排列。在這種情況下同樣直至某一個(gè)高度H設(shè)置一個(gè)包括平行于底部傾斜方向排列的與在上段內(nèi)的直徑相比減小了管徑的蒸汽發(fā)生器管12的管系。在此高度H上方，如在第一種例子中那樣，采用蒸汽發(fā)生器管12的傾斜布局，但蒸汽發(fā)生器管12相對(duì)于其在底部的平面內(nèi)原始方向的斜角選擇為，使蒸汽發(fā)生器管12與鰭板14一樣在它們的傾斜段內(nèi)有與在上段內(nèi)同樣的管徑或同樣的寬度。也就是說，在這種情況下管徑和鰭板寬度的減小只到高度H。
若進(jìn)口集箱16比較寬以及外部蒸汽發(fā)生器管與例如在具有循環(huán)流化床的蒸汽發(fā)生器中的情況那樣彼此有比較大的距離，則蒸汽發(fā)生器管12可如圖2中所表示的那樣設(shè)置。按這種布局，最外部的蒸汽發(fā)生器管12，亦即離中心線A有最大距離的那些蒸汽發(fā)生器管12，沿漏斗狀側(cè)壁6的整個(gè)高度不僅設(shè)計(jì)為不減小管徑和不減小鰭板寬度，而且傾斜地排列。最內(nèi)部的離中心線A有最小距離的蒸汽發(fā)生器管12則相反，沿其整個(gè)長度設(shè)計(jì)為減小管徑和減小鰭板寬度以及平行于中心線A并因而平行于底部的傾斜方向排列。各處于最外部與最內(nèi)部的蒸汽發(fā)生器管12之間的蒸汽發(fā)生器管12構(gòu)成過渡區(qū)，以及分別有一個(gè)管徑減小和鰭板寬度減小且其中蒸汽發(fā)生器管平行于中心線排列的第一段，和一個(gè)管徑不減小和鰭板寬度不減小且其中蒸汽發(fā)生器管傾斜并因而平行于最外部蒸汽發(fā)生器管12排列的第二段。
按此布局，在底部區(qū)內(nèi)蒸汽發(fā)生器管12加熱強(qiáng)度的差別極微小，流動(dòng)介質(zhì)內(nèi)由此可能造成的溫度差如此之小，以致可靠避免了不允許的高的材料負(fù)荷。因此，即使在低負(fù)荷時(shí)和起動(dòng)過程中也不需要采取附加的措施來保持小的溫度差。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽發(fā)生器(1)，其包括一個(gè)在其底部區(qū)內(nèi)有漏斗狀側(cè)壁(6)的燃燒室和一個(gè)由多根可被流動(dòng)介質(zhì)流過的蒸汽發(fā)生器管(12)構(gòu)成的環(huán)圍壁(4)，其中，多根蒸汽發(fā)生器管(12)在漏斗狀側(cè)壁(6)的區(qū)域內(nèi)有與在環(huán)圍壁(4)區(qū)域內(nèi)不同的管徑。
2.按照權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器(1)，其中，在所述漏斗狀側(cè)壁(6)區(qū)域內(nèi)的多根蒸汽發(fā)生器管(12)有比在環(huán)圍壁(4)區(qū)域內(nèi)的蒸汽發(fā)生器管(12)更小的管徑。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的蒸汽發(fā)生器(1)，其中，相鄰蒸汽發(fā)生器管(12)分別通過鰭板(14)互相連接，以及，多個(gè)鰭板(14)在環(huán)圍壁(14)的區(qū)域內(nèi)有與在漏斗狀側(cè)壁(6)的區(qū)域內(nèi)不同的寬度。
4.按照權(quán)利要求3所述的蒸汽發(fā)生器(1)，其中，多個(gè)鰭板(14)，在漏斗狀側(cè)壁(6)的區(qū)域內(nèi)有比在環(huán)圍壁(4)的區(qū)域內(nèi)更小的寬度。
5.按照權(quán)利要求1至4之一所述的蒸汽發(fā)生器(1)，其中，多根蒸汽發(fā)生器管(12)在漏斗狀側(cè)壁(6)區(qū)域內(nèi)的直徑與在環(huán)圍壁(4)區(qū)域內(nèi)的管徑相比減小5％至15％。
6.按照權(quán)利要求4或5所述的蒸汽發(fā)生器(1)，其中，多個(gè)鰭板(14)，在漏斗狀側(cè)壁(6)區(qū)域內(nèi)的寬度與在環(huán)圍壁(4)區(qū)域內(nèi)的鰭板寬度相比減少30％至70％。
7.按照權(quán)利要求1至6之一所述的蒸汽發(fā)生器(1)，其中，多根蒸汽發(fā)生器管(12)在漏斗狀側(cè)壁(6)區(qū)域內(nèi)至少部分平行于漏斗狀側(cè)壁(6)的傾斜方向排列。
8.按照權(quán)利要求1至7之一所述的蒸汽發(fā)生器(1)，它設(shè)計(jì)為直流式蒸汽發(fā)生器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種蒸汽發(fā)生器(1)，其包括一個(gè)在其底部區(qū)內(nèi)有漏斗狀側(cè)壁(6)的燃燒室和一個(gè)由多根可被流動(dòng)介質(zhì)流過的蒸汽發(fā)生器管(12)構(gòu)成的環(huán)圍壁(4)，該蒸汽發(fā)生器在蒸汽發(fā)生器管(12)出口的流動(dòng)介質(zhì)中應(yīng)有盡可能小的溫度差。為此，尤其在構(gòu)成漏斗狀側(cè)壁(6)的下段內(nèi)的蒸汽發(fā)生器管(12)布置為使它們受到盡可能均勻的加熱。此外，按本發(fā)明多根蒸汽發(fā)生器管(12)在漏斗狀側(cè)壁(6)的區(qū)域內(nèi)有與在環(huán)圍壁(4)區(qū)域內(nèi)不同的管 徑。
文檔編號(hào)G10K11/34GK1902438SQ200480040323
公開日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2004年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月19日
發(fā)明者魯?shù)婪颉た死瓲? 安德烈·施里夫, 弗蘭克·托馬斯 申請(qǐng)人:西門子公司