專利名稱：熱量回收蒸氣發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景本發(fā)明涉及一種熱量回收蒸氣發(fā)生器，尤其涉及它們的水流回路。熱量回收蒸氣發(fā)生器用于回收燃氣輪機的排放氣體蒸氣或類似來源中所含的熱量并將水轉(zhuǎn)換成蒸氣。為了優(yōu)化整個工廠效率，它們包括一個或多個以選定的壓力運行的蒸氣發(fā)生回路。
根據(jù)在蒸發(fā)器管道中的水循環(huán)方法，主要分為三種類型的鍋爐。它們是自然循環(huán)、強制循環(huán)和直通流動。前兩種設(shè)計通常裝備有水/蒸氣包，其中進行水從蒸氣中的分離。在這樣的設(shè)計中，每一蒸發(fā)器從相應(yīng)蒸氣包中經(jīng)下水管和入口集管供應(yīng)水。流入回路的水從燃氣輪機排放蒸氣中回收熱量并轉(zhuǎn)變成水/蒸氣混合物。該混合物匯集并排入蒸氣包。在自然循環(huán)設(shè)計中，回路中的水/蒸氣混合物的循環(huán)通過熱虹吸效應(yīng)來保證。在蒸發(fā)回路中的流動需求要求一最小的循環(huán)速度，該速度依賴于運行壓力和局部熱通量。在強制循環(huán)鍋爐的設(shè)計中采用類似的方案。主要差別在于管道尺寸和循環(huán)泵的使用，其中循環(huán)泵提供克服系統(tǒng)中壓力下降所需要的驅(qū)動力。
在自然和強制循環(huán)兩種設(shè)計中，循環(huán)速度足夠高，因此，蒸發(fā)回路中的質(zhì)量流速足夠高，以確保僅在核化沸騰狀態(tài)發(fā)生蒸發(fā)。這種沸騰大約在恒壓(恒溫)下發(fā)生，其特征在于在沸騰狀態(tài)有一高傳熱系數(shù)。這兩個因素致使需要更小的蒸發(fā)表面。雖然蒸發(fā)器的成本降低了，但整個循環(huán)系統(tǒng)的成本較高，因為需要這樣的部件，比如蒸氣包、下水管、循環(huán)泵、各種各樣的閥和管道，以及相應(yīng)的鋼結(jié)構(gòu)支撐件。
第三種類型的鍋爐是直通蒸氣發(fā)生器。這些設(shè)計不包括蒸氣包且它們的小型啟動系統(tǒng)比強制循環(huán)或自然循環(huán)設(shè)計的循環(huán)部件更低廉。在正常運行過程中在單元內(nèi)不存在水的再循環(huán)。軟化器可安裝在工廠內(nèi)，以便從給水中去除水溶性鹽。以基本的形式，直通蒸氣發(fā)生器僅是管道的長度，水通過該管道泵吸。因為吸收了熱量，所以流過管道的水轉(zhuǎn)換成蒸氣并過熱到期望的溫度。沸騰不是一個恒壓過程(飽和溫度不是常數(shù))且這種設(shè)計導(dǎo)致較低的對數(shù)平均溫差或?qū)?shù)溫差，其中該溫差表示熱氣體和水和/或蒸氣之間的有效差。此外，因為液體的完全干燥是不可避免的，所以在直通設(shè)計中，管道內(nèi)部的傳熱系數(shù)隨著蒸氣的質(zhì)量接近臨界值而惡化。內(nèi)壁不再濕潤，且膜態(tài)沸騰的量僅是核化沸騰傳熱系數(shù)的一小部分。因此，較低的對數(shù)溫差和較低的內(nèi)管傳熱系數(shù)導(dǎo)致需要更大的蒸發(fā)表面。
為了使加熱面的增加減至最小，通過使蒸發(fā)表面回路的數(shù)目最小而得到更高的質(zhì)量流速。然而，獲得適當(dāng)較高的傳熱系數(shù)需要的高流速導(dǎo)致較高的壓力損失、較高的飽和溫度，和進一步降低的對數(shù)溫差。表面需求的影響依賴于運行壓力，且對于大約400psig(磅/平方英寸)以上的高壓設(shè)計來說相當(dāng)小。然而，對于大約400psig(磅/平方英寸)以下的低壓應(yīng)用來說，在表面選取上有顯著影響，在許多情況下，使直通設(shè)計對于低壓應(yīng)用來說不太實用。
本發(fā)明概述本發(fā)明涉及一種熱量回收蒸氣發(fā)生器，尤其涉及一種為了整個工廠效率的改進的水流回路。本發(fā)明包括一種混合熱量回收蒸氣發(fā)生器，其包含一循環(huán)蒸氣包型回路和一直通回路，從而利用每一回路類型的最好特征，同時避免了它們的缺點。更準(zhǔn)確地說，本發(fā)明包括一集成系統(tǒng)，其中低壓蒸發(fā)器為自然和強制循環(huán)而設(shè)計，而高壓蒸發(fā)器為直通流動而設(shè)計。
附圖的簡要說明

圖1是一臥式(水平)熱量回收蒸氣發(fā)生器的總體透視圖；圖2是說明實現(xiàn)自然循環(huán)的本發(fā)明的蒸氣發(fā)生器流動回路的示意性流程圖；圖3是類似于圖2但針對強制循環(huán)的示意性流程圖；圖4是示出本發(fā)明一變型的另一示意流程圖。
優(yōu)選實施例的描述圖1是一典型熱量回收蒸氣發(fā)生器的透視圖，通常標(biāo)記為10。該特定單元是臥式的，但本發(fā)明同樣適用于有垂直氣流的單元。這種熱量回收蒸氣發(fā)生器的應(yīng)用示例是用于從溫度范圍在425-670℃(約800-1240°F)之間的燃氣輪機的廢氣，其中廢氣中含有相當(dāng)多可被回收的熱量。這樣產(chǎn)生的蒸氣可被用于利用蒸氣輪機驅(qū)動發(fā)電機或可用作工業(yè)蒸氣。
熱量回收蒸氣發(fā)生器10包含一擴展開的入口過渡管12，在此氣流從入口管到含有傳熱面的全部橫截面擴展。傳熱面包含各種管束14、16、18、20和22，例如可分別包含低壓預(yù)熱器、低壓蒸發(fā)器、高壓預(yù)熱器、高壓蒸發(fā)器和高壓過熱器。圖1中還示出蒸氣包24和通氣煙囪26。本發(fā)明涉及這種熱交換表面的布置和運行條件。
圖2示意性地示出本發(fā)明的實施例之一的熱交換面布置。從給水開始，低壓給水28給送到匯集/分配集管30，而高壓給水32給送到匯集/分配集管34。然后，低壓給水從集管30給送到由流路36表示的低壓預(yù)熱器管束，而高壓給水從集管34給送到由流路38表示的高壓預(yù)熱器管束。從低壓預(yù)熱器管束36流出的部分加熱的低壓流匯集在集管40內(nèi)，而從高壓預(yù)熱器管束38流出的部分加熱的高壓流匯集在集管42內(nèi)。
從集管40流出的部分加熱低壓流經(jīng)管路44給送到低壓蒸氣包46。蒸氣包46的目的是完成從液體中分離蒸氣的常規(guī)任務(wù)，這將在后面描述。從蒸氣包46分離的水通過下水管48排放到分配集管50。從集管50流出的流體經(jīng)過低壓蒸發(fā)器52，在此發(fā)生蒸氣的蒸發(fā)。在低壓蒸發(fā)器52中的流動方向可以水平，也可向上。蒸氣，很可能是飽和蒸氣，匯集在集管54內(nèi)，然后經(jīng)管路56送回蒸氣包46。供給蒸氣包46的供水56和供水44混合，蒸氣/液體混合物分成在58處排放的蒸氣和通過下水管48排放的液態(tài)水?？梢钥闯?，這種低壓回路是一種自然循環(huán)回路，其中流體受下水管中的液體和蒸發(fā)回路中的液體之間的密度差影響。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)向高壓，直通回路，從匯集集管42流出的部分加熱的高壓蒸氣60連續(xù)經(jīng)過第二高壓預(yù)熱器管束62、高壓蒸發(fā)器64給送而進入高壓過熱器66。高壓蒸發(fā)器中的流體可以向上、水平或向下。標(biāo)記為68的管口可以安裝在每一蒸發(fā)器管束64的入口上，用以流動穩(wěn)定性。在蒸發(fā)器64和高壓過熱器66之間的中間集管70改進了穩(wěn)定性且使管口壓力下降最小。這種中間集管70平衡高壓蒸發(fā)器64的管子之間的壓力損失，且使在蒸發(fā)器64上的過熱器66中的任何流動或熱量干擾作用減至最小。然后過熱的蒸氣匯集在集管72中，且從集管72排出?？梢钥闯觯@種高壓回路是直通回路，從高壓供水32到出口集管72整個行程。
圖3示出了幾乎與圖2的布置相同的熱量回收蒸氣發(fā)生器的流動布置，除了現(xiàn)在的低壓回路是強制循環(huán)回路，增加了循環(huán)泵74之外。
圖4是本發(fā)明的另一變型，其中用于直通、高壓回路的水的初始加熱在低壓、強制循環(huán)回路中完成。可以看出，現(xiàn)在所有的供水在28處進入分配集管30，然后進入低壓預(yù)熱器管束36中。因為現(xiàn)在低壓供水28的量增加，所以低壓預(yù)熱器36的熱能力需要增加。這通過雙低壓預(yù)熱器36示明。低壓預(yù)熱器的輸出匯集在40處。正如圖3中的實施例，然后全部低壓預(yù)熱器輸出經(jīng)管路44流向蒸氣包46。在該實施例中從蒸氣包流出的在下水管48內(nèi)的液體被分成低壓流和高壓流。用于低壓、強制循環(huán)回路的液體再次流向循環(huán)泵74，且在低壓、強制循環(huán)回路中循環(huán)，正如圖3所示。
用于高壓、直通回路的液體在76處經(jīng)一分離的下水管系統(tǒng)流入高壓供水泵78，且在高壓下流向分配集管80。從那一點，高壓、直通回路與圖2和3中所示的相同。
可以看出，本發(fā)明是一種混合熱量回收蒸氣發(fā)生器，它實現(xiàn)了循環(huán)/蒸氣包型設(shè)計和直通設(shè)計的最好特征。這種設(shè)計提供了比傳統(tǒng)的自然/強制循環(huán)設(shè)計或直通設(shè)計更好的成本優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1．一種熱量回收蒸氣發(fā)生器，其中從與蒸氣發(fā)生回路接觸的熱交換中流動的熱氣中回收熱量，所述蒸氣發(fā)生回路包含以下組合a．以第一壓力運行的再循環(huán)回路，它包括一低壓預(yù)熱器部分、一低壓蒸發(fā)器部分和一用于從液態(tài)水中分離出低壓蒸氣輸出的蒸氣分離包，且還包括用于再循環(huán)從所述蒸氣包中分離的液態(tài)水通過所述低壓蒸發(fā)器部分的裝置；b．直通流動回路，在高于所述第一壓力的第二壓力下運行，且其包括一有許多平行管道的高壓預(yù)熱器部分、一有許多平行管道的高壓蒸發(fā)器部分和一有許多用于產(chǎn)生高壓蒸氣輸出的平行管道的高壓過熱器部分。
2．如權(quán)利要求1所述的熱量回收蒸氣發(fā)生器，其特征在于，所述直通流動回路包括一在所述高壓蒸發(fā)部分管道和所述高壓過熱部分管道之間的壓力平衡集管。
3．如權(quán)利要求1所述的熱量回收蒸氣發(fā)生器，其特征在于，所述直通流動回路包括在所述高壓蒸發(fā)器部分的每一管道入口處的流動穩(wěn)定管口。
4．如權(quán)利要求1所述的熱量回收蒸氣發(fā)生器，其特征在于，所述用于再循環(huán)從所述蒸氣包中分離的液態(tài)水的裝置包含一自然循環(huán)下水管。
5．如權(quán)利要求1所述的熱量回收蒸氣發(fā)生器，其特征在于，所述用于再循環(huán)從所述蒸氣包中分離的液態(tài)水的裝置包含一強制循環(huán)泵。
6．如權(quán)利要求1所述的熱量回收蒸氣發(fā)生器，其特征在于，所述直通流動回路包括用于減小和增加從所述用于再循環(huán)從所述蒸氣包中分離出的液態(tài)水的裝置中供給的入口的壓力的裝置。
全文摘要
一種用于熱量回收蒸氣發(fā)生器(10)的水流回路,其是一混合系統(tǒng),它包含一循環(huán)蒸氣包型回路和一直通回路。低壓蒸發(fā)器(16)為自然和強制循環(huán)而設(shè)計,而高壓蒸發(fā)器(64)為直通流動而設(shè)計。管口(68)可位于蒸發(fā)器管道(64)的入口,用于流動穩(wěn)定性,且在蒸發(fā)器(64)和高壓過熱器(66)之間的中間集管(70)改進了穩(wěn)定性,使管口壓力降減至最小,平衡了蒸發(fā)器管道(64)之間的壓力損失。
文檔編號F22B1/00GK1296560SQ99804895
公開日2001年5月23日 申請日期1999年3月23日 優(yōu)先權(quán)日1998年4月3日
發(fā)明者D·W·拜爾利, M·帕爾克斯, R·E·瓦亞斯茲 申請人:Abb阿爾斯托姆能源公司