專利名稱：給水加熱器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明總體上涉及蒸汽鍋爐或鍋爐，更具體地涉及一種給水加熱器和用于蒸汽鍋爐的給水加熱處理。
背景技術：
在美國天然氣代表一種電能的重要來源。它燃燒時具有很少的放射，并且它在全國多數(shù)地方都能得到。此外，將它轉(zhuǎn)換為電能的工廠是效率高的，而且與水電站項目和燃煤廠相比，在建造上它們相對容易和低廉。在典型的工廠中，天然氣在燃氣輪機中燃燒，使得燃氣輪機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)并為與轉(zhuǎn)子連接的發(fā)電機供給能量。廢氣——基本上是二氧化碳和蒸汽——以大約1200°F(649℃)離開燃氣輪機，且它們自己也是能量的重要來源。為了利用該能量，典型的聯(lián)合循環(huán)的、燃氣的發(fā)電廠也具有一個回熱蒸汽鍋爐(HRSG)。熱廢氣通過該鍋爐產(chǎn)生蒸汽，該蒸汽為蒸汽輪機供給能量，而該蒸汽輪機反過來將能量供給另一個發(fā)電機。廢氣以150°F(66℃)的低溫離開HRSG。
蒸汽輪機和HRSG在一個循環(huán)中工作。該循環(huán)也包括冷凝器和給水泵。由HRSG產(chǎn)生的蒸汽通過汽輪機，然后進入冷凝器，在此，它被冷凝回液態(tài)水。該泵將水在大約100°F(38℃)或者更低的溫度輸送到HRSG。水進入到HRSG的給水加熱器或節(jié)熱器，提高其溫度，用于隨后在蒸發(fā)器和過熱器中轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝?。蒸發(fā)器和過熱器也是HRSG的一部分。
天然氣包括微量硫磺，并且在燃燒期間，硫與氧氣結合產(chǎn)生硫的氧化物。此外，燃燒產(chǎn)生大量的蒸汽形式的水。如果廢氣保持在氣體的大約為140°F(60℃)的露點以上，硫的氧化物穿出HRSG并進入煙道。然而，低溫給水具有使給水加熱器的下游端的管子低于廢氣中水的露點的能力，這種情況下，水在管子上冷凝。廢氣中硫的氧化物與該水化合形成硫酸，其具有高度腐蝕性。為了阻止硫酸的形成，HRSG的制造商試圖構造這樣的HRSG，使得給水在廢氣露點之上的溫度進入它們。
在得到該末端的一種結構中(圖1)，一個泵在給水加熱器的出口抽出一些加熱的給水，同時將它返回到給水加熱器的入口，在此，它與自冷凝器得到的較冷的給水混合?；旌辖o水的溫度提升到大約140°F(60℃)。該結構需要一個附加的泵，其連續(xù)工作并消耗電能。除此以外，該泵需要時常保養(yǎng)。
在更復雜的結構中(圖2)，給水加熱器在涉及廢氣流的范圍內(nèi)具有串聯(lián)定位的兩個部分，其為上游部分和下游部分。水以相反方向流動，即首先通過下游部分然后通過上游部分。在兩部分之間，水流過一個氣流外部的換熱器。來自冷凝器的給水在進入加熱器第一部分前也穿過外部換熱器。在水進入給水加熱器的下游部分之前，換熱器將來自冷凝器的給水的溫度提升到至少140°F(60℃)，這樣在該部分的管子上沒有凝結出現(xiàn)。由于經(jīng)過換熱器后進入上游部分的給水必須至少為140°F(60℃)來避免產(chǎn)生凝結，下游部分的出口處的管子和廢氣之間的溫度差相對較小，或者，換句話說，下游部分“緊緊收縮”在它的出口上。這要求更大表面以得到所需的熱傳導。
在給水加熱器或節(jié)熱器中的凝結問題不僅僅限于燃氣輪機下游安裝的HRSG。實際上，它可以出現(xiàn)在從流過管道的熱氣中提取能量以加熱用于鍋爐的給水的幾乎任何地方。例如，許多發(fā)電廠將得自諸如煤或石油的礦物燃料燃燒的熱氣直接轉(zhuǎn)換為蒸汽，并且為了使轉(zhuǎn)換所需的鍋爐有效地工作，需要具有給水加熱器——不會產(chǎn)生凝結的加熱器。同時，還有從焚燒廢物得到的熱氣產(chǎn)生蒸汽的系統(tǒng)，它們同樣具有包括給水加熱器的鍋爐，該給水加熱器應該不易發(fā)生凝結。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在于具有兩個部分的給水加熱器，其中每個部分在它的上游表面以基本上相同的溫度與氣體相遇。給水通過一個換熱器進入第一部分。它在換熱器處由從第一部分流到第二部分的水加熱。本發(fā)明也在于一種表現(xiàn)在給水加熱器和包含該給水加熱器的蒸汽鍋爐中的工作的處理。


圖1是已有技術的一個基本給水加熱器的示意圖；圖2是已有技術的較復雜的給水加熱器的示意圖；圖3是使用一個HRSG的電力系統(tǒng)的示意圖，該HRSG提供有根據(jù)并體現(xiàn)本發(fā)明而構建的給水加熱器。
圖4是一個具有根據(jù)并體現(xiàn)本發(fā)明而構建的給水加熱器的HRSG的剖視圖。
圖5是本發(fā)明的給水加熱器的示意圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖(圖3)，燃汽輪機G將熱廢氣釋放到回熱蒸汽鍋爐(HRSG)A。該回熱蒸汽鍋爐從這些氣體中提取熱量來產(chǎn)生向蒸汽輪機S供給能量的蒸汽。燃氣輪機G和蒸汽輪機S將能量供給能夠產(chǎn)生電能的發(fā)電機E。蒸汽輪機S以低溫釋放蒸汽，蒸汽壓入冷凝器2，并在此凝結為液態(tài)水。冷凝器2連接到凝水泵4，其將水引導回HRSGA作為給水，同時HRSG A將該給水轉(zhuǎn)換為流到蒸汽輪機S的過熱蒸汽。
HRSG A包括(圖4)具有一個上游端12和一個下游端14的管道10。前者連接到燃氣輪機G，使得由燃氣輪機G釋放的廢氣流入并穿過HRSG A。排放端14連接到引導廢氣進入大氣的煙道。HRSG A也包括過熱器16、至少一個蒸發(fā)器18和給水加熱器20，它們基本上以該順序從管道10的上游端12到下游端14排列在管道10中。給水加熱器20將給水的溫度從接近100°F(38℃)提升到180°F(82℃)以上。高溫給水流到蒸發(fā)器18中。蒸發(fā)器18將給水轉(zhuǎn)換為飽和蒸汽。過熱器16將飽和的蒸汽轉(zhuǎn)換為過熱的蒸汽，其流到蒸汽輪機S來為其提供能量。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到給水加熱器20，它具有(圖5)由通常的管子和集流管形成的兩個部分26和28，其中，管子根據(jù)廢氣的流動橫向地延伸穿過管道10，并且集流管沿著管道10的壁。兩個部分26和28并排放置在管道10中，或者至少這樣使廢氣以基本相同溫度進入每一個。實際上，每個部分26和28具有上游表面30，氣體由此處流進，并具有氣體從其離開的下游表面32。用于部分26和28的管子在表面30和32兩者之上。從效果上看，部分26和28的每個是逆流的氣體到液體(gas-to-liquid)的換熱器，但是也可以是交叉流式換熱器。此外，給水加熱器20具有水到水(water-to-water)換熱器34，其位于管道10的外部。它有兩個水從其流過的通道——低溫通道36和高溫通道38——且每一個具有入口和出口。用于低溫通道36的入口連接到凝水泵4，同時出口在第一部分26的下游表面32與其連接。高溫通道38的入口在第一部分26的上游表面30與其連接，同時出口在第二部分28的下游表面32與其連接。
凝水泵4將給水釋放到輸送管40。輸送管40將水送到換熱器34的低溫通道36的入口。給水在低溫通道36的出口從其離開，并流入連接管42。連接管42將水送到第一部分26的下游表面32的管子。水在部分26的上游表面流出并流到換熱器34的與高溫通道38的入口連接的傳遞管44中。因為在高溫通道38中的水將熱量流失給低溫通道36中的水，所以，高溫通道38中的水溫下降。在高溫通道38的出口，水進入另一個傳遞管46。傳遞管46將水從第二部分28的下游表面32傳送到該部分。水在部分28經(jīng)歷了溫度的升高，并且在其上游表面30離開該部分，穿過通向并連接蒸發(fā)器18的排水管48。
作為實例，給水可以在大約100°F(38℃)離開冷凝器2。凝水泵4引導給水通過輸送管40。輸送管40將水排放到換熱器34的低溫通道36中，而在溫度上沒有任何明顯下降。在換熱器34中，流過兩部分26和28之間的高溫通道38的水在低溫通道36中提高給水的溫度。水在大約140°F(60℃)離開換熱器34的低溫通道36，并且流進管子42流向部分26。水在部分26的下游表面32進入該部分，在此，它的溫度大約是140°F(60℃)。
來自燃氣輪機G的廢氣，在穿過過熱器16和蒸發(fā)器18以及在每個中經(jīng)歷了溫度降低后，以大約250°F(121℃)沖擊到兩個部分26和28的上游表面30上。它們穿過兩個部分26和28并且在它們的下游表面32離開，在此，氣體溫度約為155°F(68℃)。這一降低是兩部分26和28中的水從廢氣中提取熱量的結果。當然，當水從部分26的下游表面32到其上游表面30流過該部分時，它的溫度升高。水在上游表面30離開部分26，在此它的溫度大約是180°F(82℃)。在部分26的上游表面30與部分26連接的傳遞管44將接近180°F(82℃)的水傳送到換熱器34的高溫通道38，在此，水將熱量散失給低溫通道36中的給水。從傳遞管44流進換熱器34的水在類似約140°F(60℃)的較低溫度下通過傳遞管46離開高溫通道38。
傳遞管46將接近140°F(60℃)的水傳送到另一個部分28的下游表面32。水穿過部分28并由此從廢氣提取熱量。水溫在部分28中升高，在上游表面30到達近似182°F(83℃)。在此，它離開部分28穿過排水管48并在近似182°F(83℃)流到蒸發(fā)器18上，在此它轉(zhuǎn)換為飽和蒸汽。
給水加熱器20的兩個部分26和28的所有表面保持在140°F(60℃)或更高，這高于管道10中廢氣的露點。然而，相比串聯(lián)排列的部分，一方面相當大的溫度差存在于廢氣之間，另一方面存在于兩個部分26和28中的水之間，并且在部分26和28的上游表面30和下游表面32之間也有相當大的溫度差。因此，在廢氣和水之間具有良好和有效的熱傳導。其從而減少給水加熱器20的尺寸，即給水加熱器20的部分26和28更有效且更小，并且比串聯(lián)加熱器中的相應部件包含更少的管子。
在一些蒸汽鍋爐中，給水加熱器被稱為“節(jié)熱器”或“給水預熱器”，且在一些情況中，使用“給水加熱器”或“給水預熱器”或“節(jié)熱器”取決于設備相對泵4的位置。在此，措辭“給水加熱器”不僅指代該名字的設備，也指位于來自蒸汽鍋爐中最后的鍋爐或蒸發(fā)器的氣流方向中下游處的給水預熱器和節(jié)熱器。
給水加熱器20的用途不僅限于用于從燃氣輪機釋放的氣體中抽取熱量的HRSG。實際上，它可以在廣泛的各種應用中與蒸汽鍋爐一起使用，包括從任何類型的礦物燃料的燃燒中提取熱量和從來自廢物焚化的氣體提取熱量的那些裝置。
權利要求
1.一種給水加熱器包括大體并排排列的第一和第二部分，每一部分具有一個上游表面和一個下游表面，每個部分包括管子，其中一些管子位于上游表面且一些管子位于下游表面，構造每個部分使得熱廢氣從其穿過并由此穿過該部分的管子；和具有第一和第二通道的換熱器，每個通道具有一個入口和一個出口，且每一個可以將水從它的入口傳送到它的出口，組織所述第一和第二通道使得熱量從第二通道的水傳送到第一通道的水；第一通道的出口在第一部分的下游表面處與第一部分的管子連通，第一部分的上游表面處的管子與換熱器的第二通道的入口連通；換熱器中第二通道的出口與第二部分的下游表面處的管子連通。
2.根據(jù)權利要求1所述的給水加熱器，其中，一個第一導管將換熱器中第一通道的出口與第一部分的下游表面處的管子連接；一個第二導管將第一部分上游表面處的管子與換熱器第二通道的入口連接，并且一個第三導管將換熱器中第二通道的出口與第二部分的下游表面處的管子連接。
3.根據(jù)權利要求2所述的給水加熱器，同時進一步包括連接到換熱器第一通道入口的輸送管和連接到第二部分的上游表面的管子的排水管。
4.在蒸汽鍋爐中，放置一個管道，其具有一個接收熱廢氣的入口和一個出口，并包括一個過熱器和一個蒸發(fā)器，它們以該順序位于管道中入口和出口之間，其中所述蒸發(fā)器與過熱器連通用來將飽和蒸汽供給過熱器，一個用來提高輸送到蒸發(fā)器的水的溫度的給水加熱器，所述給水加熱器包括第一和第二部分，其每個位于管道中蒸發(fā)器的下游，并且每個具有一個上游表面和一個下游表面，每個部分可以將水從其中傳送并允許廢氣從其中流過，所有這樣使得熱量從廢氣傳送到水，在管道中安排第一和第二部分的位置使得廢氣以基本上相同的溫度與它們的上游表面相遇，第二部分在其上游表面與蒸發(fā)器連接使得給水加熱器將加熱的水從第二部分的上游表面?zhèn)魉偷秸舭l(fā)器；同時換熱器在第一部分的上游和下游表面與第一部分連通，并在第二部分的下游表面與其連通，換熱器設置為將給水引導到第一部分的下游表面并使用來自第一部分的上游表面的水來升高給水的溫度，由此，給水以升高的溫度進入第一部分。
5.根據(jù)權利要求4所述的聯(lián)合體，其中進一步設置換熱器使得在水升高給水溫度后，來將從第一部分的上游表面收到的水引導到第二部的下游表面。
6.根據(jù)權利要求5所述的聯(lián)合體，其中，換熱器具有第一和第二通道，其每一個提供有一個入口和一個出口，同時這樣設置使得熱量將從第二通道的水傳遞到第一通道的水；并且其中，第一通道的出口在第一部分的下游表面與第一部分連接，第二通道的入口在第一部分的上游表面與第一部分連接，以及第二通道的出口在第二部分的下游表面與第二部分連接。
7.根據(jù)權利要求6所述的聯(lián)合體，其中換熱器中第一通道的入口連接到給水的水源。
8.根據(jù)權利要求4所述的聯(lián)合體，其中給水加熱器的部分并排位于管道中。
9.根據(jù)權利要求4所述的聯(lián)合體，其中，換熱器位于管道外部。
10.一種用于加熱蒸汽鍋爐的冷給水的處理，該蒸汽鍋爐從包含水蒸氣的熱氣流提取熱量，并且將給水轉(zhuǎn)換為蒸汽，該給水的溫度初始低于氣流的露點，所述處理包括將冷給水引導到換熱器來將給水的溫度提高到熱氣中水蒸氣的露點以上；其后，將水引導到位于氣流中的第一部分中，該第一部分具有一個上游端和一個下游端，水被引導到下游端中；其后，從第一部分的上游端將水抽出并使其穿過換熱器來加熱供應到換熱器的冷給水，由此加熱的水在換熱器中冷卻；其后，將冷卻的水引導到位于氣流中的第二部分之中，且第二部分包括一個上游端和一個下游端，該上游端與和第一部分的上游端基本相同的溫度的熱氣相遇，冷水在下游端進入；并且從第二部分的上游端抽水。
全文摘要
用于蒸汽鍋爐(A)，發(fā)熱鍋爐或廢熱鍋爐的熱氣從其中穿過的給水加熱器，其包括兩部分(26、28)。這兩部分并排定位，使得每個部分上游表面(30)的熱氣的溫度基本上相同。給水在進入第一部分之前流過換熱器(34)，且在此，它由從第一步部分的上游表面流到第二部分的下游表面(32)的水加熱。這樣的安排使得兩部分中的所有管子保持在熱氣的露點之上，這樣水不會在管子上凝結從而與硫的氧化物化合形成腐蝕管子的硫酸，而且，在氣體穿過這些部分時，在這些部分中的水和熱氣之間存在較大的溫度差。
文檔編號F22D1/00GK1620578SQ03802412
公開日2005年5月25日 申請日期2003年1月9日 優(yōu)先權日2002年1月17日
發(fā)明者Y·M·雷希特曼 申請人:努特埃里克森公司