專利名稱：具有內(nèi)筋片的蒸汽發(fā)生器管道及采用該管道的蒸汽發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有內(nèi)筋片的蒸汽發(fā)生器管道，其中反向的二級(jí)筋片與一級(jí)筋片交叉疊加在一起，在使用化石燃料的蒸汽發(fā)生器中，這種管道得到了廣泛應(yīng)用。
一種燃燒室壁由垂直布置的管道構(gòu)成的蒸汽發(fā)生器與采用螺旋狀管道的蒸汽發(fā)生器相比，制造成本比較低，不過，在向各個(gè)管道傳熱時(shí)，在相鄰的管道之間-特別是在蒸發(fā)器的出口處-這種不可避免的區(qū)別會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)生一個(gè)溫度差，因這個(gè)溫度差而產(chǎn)生的、不允許的熱應(yīng)力，能夠造成(蒸汽發(fā)生器的)損壞。這個(gè)溫度差可通過摩擦壓力損失的大大降低而避免產(chǎn)生，這種(摩擦壓力損失的)降低本身可以利用管道內(nèi)流動(dòng)速度或質(zhì)流密度的相應(yīng)降低來實(shí)現(xiàn)，不過，為此就需要使用具有內(nèi)筋片的管道，因?yàn)榧词乖诘唾|(zhì)流密度下，這種管道也具有特別好的導(dǎo)熱性能。這種在其內(nèi)側(cè)具有構(gòu)成多頭螺紋的筋片的管道及其在蒸汽發(fā)生器中的應(yīng)用，例如通過歐洲專利申請(qǐng)文件0 503 116而為公眾所熟知，一種蒸汽發(fā)生器管道，其中的二級(jí)筋片與一級(jí)筋片交叉疊加，是由德國的公開文獻(xiàn)20 32 891而為公眾所知。
在采用具有內(nèi)筋片的蒸發(fā)器管道的蒸汽發(fā)生器的燃燒室壁的管道處，旋轉(zhuǎn)渦流與軸向流相疊加，該旋轉(zhuǎn)渦流將使得以水膜的形式附著在管道內(nèi)壁上，也就是說附著在加熱面上的受熱流體介質(zhì)呈分階段的流態(tài)。由此，非常良好的蒸發(fā)導(dǎo)熱幾乎可以保持直到水的完全汽化，然而，在200 bar和221 bar之間的壓力范圍內(nèi)，當(dāng)強(qiáng)烈加熱時(shí)，僅一種渦流無法總能避免產(chǎn)生不允許的高的壁溫，在接近于約210 bar的臨界壓力時(shí)-此時(shí)液態(tài)與氣態(tài)之間僅存在很小的密度上的差別-與在200 bar以下的壓力范圍內(nèi)相比，確保潤濕加熱面的難度要大大增加。這是這樣造成的，即在管壁和液態(tài)受熱介質(zhì)之間形成的蒸氣膜阻礙了熱的傳導(dǎo)(薄膜蒸發(fā))。在生成蒸氣膜的范圍內(nèi)，管壁的溫度大大提高了。如同J.Franke，W.Koehler和E.Wi-ttchow在VGB電站技術(shù)73(1993)，第4期，第352至360頁發(fā)表的論文“Benson蒸汽發(fā)生器的蒸發(fā)器設(shè)計(jì)”中所描述的，要使從具有加熱的加熱面的蒸發(fā)狀態(tài)變到具有無法潤濕的加熱面的薄膜蒸發(fā)狀態(tài)，使壓力稍高于210 bar就已足以使管壁出現(xiàn)輕度的過熱。在所述壓力范圍內(nèi)，即使在輕微過熱的情況下，在過熱的邊界層內(nèi)，也已可形成氣泡，這些氣泡又聚集成大的氣泡，并因而阻礙了熱的傳導(dǎo)(形成均勻的晶芽)。
這時(shí)，上述的傳熱介質(zhì)就使得，在采用約200 bar以上壓力運(yùn)作的蒸汽發(fā)生器的上述管道內(nèi)，質(zhì)流密度和摩擦壓力損失必須選擇的比以200 bar以下壓力運(yùn)作的蒸汽發(fā)生器要高，由此，特別是在管道內(nèi)徑小的情況下-摩擦壓力損失與管道內(nèi)徑成反比-連各管多點(diǎn)加熱時(shí)流量提高的優(yōu)點(diǎn)也喪失了，然而因?yàn)樾枰^200 bar的蒸氣壓力，為了獲得高的熱效率和低的二氧化碳排放，即便在這個(gè)壓力范圍內(nèi)，確定一個(gè)良好的導(dǎo)熱也是必需的，因此，燃燒室壁采用垂直管道的蒸汽發(fā)生器，在具有內(nèi)筋片的管道內(nèi)通常以成比例高的質(zhì)流密度運(yùn)作，目的是在從約200 bar至221 bar的臨界壓力范圍內(nèi)，實(shí)現(xiàn)始終能有足夠高的傳熱量從管壁傳給受熱流體介質(zhì)，也就是傳給水-水/蒸汽混合物，為進(jìn)一步改善傳熱，可以在受熱流體介質(zhì)的流動(dòng)中引入一個(gè)輔助的擾動(dòng)，這通?？梢赃@樣實(shí)現(xiàn)，即使具有內(nèi)筋片的蒸汽發(fā)生器管道擁有二倍的筋片，其中反向的筋片與一級(jí)筋片疊加。但通過這種方法，在不同的蒸汽發(fā)生器加熱時(shí)，僅能在管道出口處實(shí)現(xiàn)不能令人十分滿意的溫度平衡。
本發(fā)明的目的在于，對(duì)蒸汽發(fā)生器管道，特別是蒸汽發(fā)生器的蒸發(fā)器管道，其內(nèi)側(cè)如此設(shè)計(jì)，即即使在接近于約210 bar的臨界壓力時(shí)，也能夠獲得一個(gè)由管壁或加熱面向受熱介質(zhì)的特別好的傳熱，特別是在低質(zhì)流密度時(shí)，也能如此。
對(duì)于這種具有內(nèi)筋片的蒸汽發(fā)生器管道，本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，即使這兩道筋片的型面高度不同。
通過由此得到的管內(nèi)側(cè)的表面結(jié)構(gòu)，有利于在管內(nèi)流過的介質(zhì)中獲得高的紊流和(或)生成縱向渦流。此時(shí)，因筋片型面高度不同而附帶產(chǎn)生的棱角，在溢流時(shí)，提高了受熱介質(zhì)的紊流程度，換句話說，由于棱角的形成，有利于生成渦流，這種渦流本身就可以對(duì)流動(dòng)造成良好的擾動(dòng)，因而避免了管壁的過熱。
本發(fā)明是基于這種考慮的，即特別是在接近于約200 bar以上的臨界壓力范圍內(nèi)，僅有一種渦流對(duì)保障良好的傳熱是不夠的，更確切地講，為避免邊界層壁面過熱，除需要良好的流動(dòng)擾動(dòng)之外，流動(dòng)中高的紊流也是必不可少的。通過流動(dòng)中高的紊流，避免了在加熱面上或在過熱的邊界層內(nèi)形成如此大的氣泡，這些氣泡能夠聚集成一個(gè)蒸汽膜，并因而惡化傳熱。
這兩級(jí)反向的筋片可以與管道軸線成相同的或不同的角度，相宜地是，一級(jí)筋片與管道軸線成一個(gè)銳角，而二級(jí)筋片的走向與管道軸線平行。那么這種蒸汽發(fā)生器管道在制造技術(shù)上，用簡(jiǎn)單的方法就可以獲得筋片被長槽隔斷的螺旋狀內(nèi)筋片。
利用這些長槽就可以設(shè)置有利于產(chǎn)生渦流的陡峭邊緣，下述情況對(duì)產(chǎn)生縱向渦流是有益的，即一級(jí)筋片或螺旋狀筋片與管壁構(gòu)成的坡口角，在流入側(cè)比流出側(cè)平緩。
為了將按本發(fā)明制成的蒸汽發(fā)生器管道應(yīng)用在使用化石燃料的蒸汽發(fā)生器中，按有利的方式將許多同樣類型的蒸汽發(fā)生器管道構(gòu)成一個(gè)密封的、至少為蒸汽發(fā)生器一個(gè)部件的燃燒室壁，特別是蒸發(fā)器加熱面相互焊接在一起，此處蒸汽發(fā)生器管道相宜地采取垂直布置。
下面借助于附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的說明，附圖中

圖1為具有反向內(nèi)筋片的蒸汽發(fā)生器管道的局部縱剖面圖，圖2為圖1中具有一個(gè)凸臺(tái)的部分II的放大圖，圖3為具有反向內(nèi)筋片的蒸汽發(fā)生器管道的另一種實(shí)施例，圖4為圖3中帶有凸臺(tái)的IV-IV截面的放大圖，以及圖5為在燃燒室壁垂直布置有管道的蒸汽發(fā)生器的簡(jiǎn)化示意圖。
蒸汽發(fā)生器管道在其內(nèi)側(cè)沿箭頭2所示方向上具有一級(jí)筋片，反向的二級(jí)筋片沿箭頭4所示方向與之相疊加，通過方向相反的筋片2和4，它們與管道軸線M形成角度a或b，在內(nèi)側(cè)形成了具有在平行四邊形或菱形基面上的凸臺(tái)6和凹槽8、8′的，有規(guī)律的結(jié)構(gòu)，這種具有平行四邊形基面10和平坦頂面12的凸臺(tái)6在圖2中放大示出，在本實(shí)施例中，角a小于角b。
如圖2中放大示出的部分II，由于筋片2、4的型面高度S、S′不同，凹槽8或8′的大小也不同，一級(jí)筋片2的凹槽8因此同時(shí)也是反向的二級(jí)筋片4的凸臺(tái)6′。
由于型面高度S、S′的不同，附帶產(chǎn)生的棱邊22、22′，在溢流時(shí)的作用是提高受熱介質(zhì)的紊流，因此有助于傳熱的改善。
在根據(jù)圖3的實(shí)施例中，蒸汽發(fā)生器管道另外具有一個(gè)長槽作為螺旋狀內(nèi)筋片2″的凹槽8″。此處，一級(jí)筋片2″與管道軸線M重又形成一個(gè)銳角a″，而二級(jí)筋片4″的走向與管道軸線M平行。通過這些長槽或凹槽8″，能夠重新提供有利于產(chǎn)生渦流的附加的陡峭邊緣。
如圖4中剖面IV-IV的放大圖所示，螺旋狀筋片2″的凸臺(tái)6″與管道內(nèi)壁24在流入側(cè)形成了一個(gè)坡口角c，并且在流出側(cè)形成了一個(gè)坡口角d，此處，流入側(cè)的坡口角c小于或等于流出側(cè)的坡口角d，這有利于在流出側(cè)形成如箭頭16″、18″標(biāo)明的縱向渦流。
凸臺(tái)6、6″，就是說型面高度S、S′，至少在H＝0.7mm時(shí)才會(huì)是有益的。
在圖5中概括表示了具有矩形橫截面的蒸汽發(fā)生器30，垂直的煙道由外壁32構(gòu)成，外壁在下端轉(zhuǎn)變成漏斗形的底部34。
在煙道的下部區(qū)域B內(nèi)，一些使用化石燃料的燃燒器，分別位于各開口36內(nèi)，本圖只能看到兩個(gè)開口，該開口設(shè)置在由蒸汽發(fā)生器管道按照?qǐng)D1、圖3或圖5組成的外壁或燃燒室壁32上，蒸汽發(fā)生器管道38在區(qū)域B內(nèi)，垂直布置，相互焊接在一起，形成密封的蒸發(fā)器加熱面40。
在煙道區(qū)域B的上部有對(duì)流加熱面42、44和46，在這上面是排煙通道48，利用它把化石燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣RG排出垂直的通風(fēng)管，煙氣RG用作蒸汽發(fā)生器管道38內(nèi)流動(dòng)的水或水/水蒸氣混合物的加熱介質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種具有內(nèi)筋片的蒸汽發(fā)生器管道，其中反向的二級(jí)筋片(4)與一級(jí)筋片(2)交叉疊加，其特征在于，筋片(2或4)的型面高度S、S′不同。
2.按權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器管道，其特征在于，一級(jí)筋片(2″)與管道軸線M成一個(gè)銳角a″，反向的二級(jí)筋片(4″)的走向與管道軸線M平行。
3.按權(quán)利要求1或2所述的蒸汽發(fā)生器管道，其特征在于，由一級(jí)筋片(2″)與管內(nèi)壁(24)構(gòu)成的坡口角c、d在流入側(cè)(16″)要比在流出側(cè)(18″)平緩。
4.按權(quán)利要求1或3中任一項(xiàng)所述的采用具有內(nèi)筋片蒸汽發(fā)生器管道的、使用化石燃料加熱的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，很多同樣類型的蒸汽發(fā)生器管道(38)相互焊接在一起，形成密封的燃燒室壁(32)。
5.按權(quán)利要求4所述的使用化石燃料的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，蒸汽發(fā)生器管道(38)至少接近于垂直布置。
6.按權(quán)利要求4或5所述的使用化石燃料的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，其蒸發(fā)器加熱面(40)由蒸汽發(fā)生器管道(38)組成。
全文摘要
為了避免在蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生薄膜蒸發(fā)，蒸汽發(fā)生器管道具有一種內(nèi)筋片，其中反向的二級(jí)筋片4和一級(jí)筋片2相互疊加，為了利用附加產(chǎn)生的紊流改善流動(dòng)的混和，進(jìn)而改善向受熱介質(zhì)(水-，水/水蒸氣的混合物)的傳熱，按照本發(fā)明，兩個(gè)反向的筋片2、4具有不同的型面高度S、S′。
文檔編號(hào)F22B37/10GK1132549SQ9419359
公開日1996年10月2日 申請(qǐng)日期1994年9月13日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月30日
發(fā)明者沃爾夫?qū)た评? 埃伯哈德·威特喬 申請(qǐng)人:西門子公司