用于滑动压力蒸汽发生器的循环系统技术方案

提供一种蒸汽发生器循环系统，它包括锅炉给水泵，用于迫使水通过节约器并通过蒸发器的水冷壁管。分离器接纳蒸汽和水的混合物，且将蒸汽输送到诸如过热器之类的蒸汽利用单元。在分离器下方提供阀。假如阀是打开的，则来自于分离器的饱和水与给水混合，且再循环通过蒸发器的管子。假如阀是关闭的，则再循环终止。当负荷处于临界点之下时，分离系统下方的阀将打开，且锅炉将像自然循环汽包锅炉一样工作。当负荷处于临界点之上时，分离系统下方的阀将关闭，且导致锅炉像直流锅炉一样工作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及蒸汽发生器领域，更具体地说，涉及一种新颖有用的用于 滑动压力蒸汽发生器的循环系统。
技术介绍
直流锅炉的设计大约起源于1926年。直流锅炉的设计是由Siemens根据Mark Benson提出的想法来开发的。Benson锅炉引入了用于超临界蒸汽压设计(例如， 为适应超临界蒸汽压)的滑动压力操作的概念。在Benson的设计中，锅炉给水泵 提供整个的驱动头，以迫使水通过节约器、蒸发器和过热器。水被连续蒸发至千 燥然后过热，而没有任何的蒸汽与水的分离。循环方法可应用到超临界和亚临界 的所有工作压力。通常，Benson设计的大多数应用使用蒸发器的螺旋炉回路，因 为垂直管式蒸发器的设计更易被搅乱且是不均匀的管管之间的加热器。为了启动 和降低负荷操作，需要特殊的旁路系统。在图1所示的一个例子中，用于系统910的锅炉给水泵908提供整个驱动头， 以迫使水通过节约器911、蒸发器912和可与分离器913 —同使用的过热器914。 水被连续蒸发至干燥，然后过热，而没有任何的蒸汽与水的分离。这种循环方法 可应用到所有的工作压力，即超临界的(大于3208psia)和亚临界的(小于 3208psia)。通常，系统910使用蒸发器912的螺旋炉回路，因为垂直管式设计更 易被搅乱且是不均匀的管管之间的加热器。为了启动和降低负荷操作，需要特殊 的旁路系统。为了克服启动和降低负荷操作，许多锅炉制造商已经开发出了具有如图2和 3所示的叠加再循环系统910a和910b的直流锅炉设计。这些再循环系统通过结 合了循环泵915和孔916使流体能局部再循环至炉壁，从而增大蒸发器中的流体 速度。在许多应用中，该设计允许炉912保持恒定压力，通常是超临界压力，并 且利用分离器或闪蒸罐913以用于在启动和低负荷时将超临界压力减小至亚临界 压力。这种类型的直流锅炉系统910a和910b通常采用垂直炉管式蒸发器设计。这种类型的单元的例子是B&W的通用压力(UP)锅炉、CE的组合式循环 锅炉和Foster Wheeler的多回程锅炉。这些锅炉使流体能局部再循环至炉壁，以 增大在蒸发器管中的流体速度。在许多应用中，该设计允许炉保持通常为超临界 压力的恒定压力，并采用分离器或闪蒸罐以用于在启动和低负荷时将超临界压力 减小至亚临界压力。这种类型的直流锅炉系统通常采用垂直炉管式蒸发器设计。采用螺旋管和垂直管炉蒸发器的直流锅炉设计已经由许多锅炉制造商来销 售，并且开发成用于超临界或亚临界蒸汽压。用于滑动压力应用的垂直管式直流 锅炉在工业上变得越来越被人们所接受。由于蒸发器的流动要求，垂直管式直流 锅炉的滑动压力操作局限于特殊的最小负荷。螺旋炉在炉的配合管直径和质量速 度方面允许更大的自由度，从而确保管的冷却和在平行的炉蒸发器管中的流动稳 定性。它还允许炉子的各管运行通过燃烧室中的不同加热区域，从而诸管之间的 总体热量输入的差值可以保持最小。由于螺旋炉与垂直炉设计相比较时的高成本，所以需要开发垂直管式滑动压 力直流锅炉。强制循环的直流锅炉的结构要求使用大量焊接在一起的平行管，以 形成膜板。膜壁完整性的基本要求是在各炉水平面处的所有管中均匀的流体和金 属温度。直到现在，垂直管设计的主要问题仍然是由于炉中各管之间的较大的温 差。在垂直管式炉中，各管之间的温差是螺旋炉设计中的大约2.5倍。1500000-20000001b/hr-ft**2的平均质量速度是用在目前的直流锅炉设计中的通常速度。当 经受通常的外围炉吸热变化(可以从平均值变化+/-35%或更多)时，这些质量速 度导致在数量上减小的速度变化，且增多了热量输入。这种趋势称为锅炉管的直 流特性。在直流模式中，由于热量增多而引起的速度变化如图4所示是负的。万 一多余的热量输入迸入单个管，则会发生质量速度的减小，引起管出口温度的附 加升高。美国专利第5,390,631号指出了使用多导向带肋(MLR)的和单导向带肋 (SLR)的管道以用于垂直管式和螺旋管式炉滑动压力直流锅炉。在炉中各种管 道的位置是根据热量传输和流动的特性来确定的，用于单元希望工作的所有负荷。 这基本上覆盖了从最小负荷为最大连续额定值(MCR)的大约25-30X到MCR负 荷的负荷范围。该新颖的炉子设计包括在低热通量区域中的垂直光滑孔管和在高 热通量区域中的垂直MLR和SLR管的组合，其中必须避免偏离泡核沸腾(DNB) 和/或临界热通量(CHF)，并满足管金属温度的限制。对于各板，调整MLR/SLR 组合的长度和位置，以实现最优的自然循环特性。因为SLR管具有比MLR管或光滑管更高的流动阻力，所以必须减少它们的使用，除非在绝对需要它们的位置 才使用。较高的流动阻力具有降低所想要的自然循环效果的趋势。但是围绕炉周缘的SLR和MLR管的合适位置和准确比例将使所有在任何高度处的膜壁管之间 的流体和金属温度差最小化，从而在所有的负荷处都保持在100。F的容许界限下。 由于具有自然循环特性，尽管在炉蒸发器中的管子具有垂直管设计的不同加热特 性，但是它们将具有相似的出口温度。各管道类型的实际设计和位置将是炉子的 几何尺寸、燃料种类和类型、单元的负荷变化要求以及单元的压力和温度要求的 函数。这种概念的应用可以对于炉中的各板来说是不同的。在一个板中SLR管道 的位置可以在不同的高度，高于或低于邻近其的板。美国专利第5,713,311号指出了一种混合蒸汽产生系统。该系统采用具有循环 系统的常用炉子，该循环系统可以用作在0-25%负荷的低负荷工作过程中具有再 循环的自然循环系统、25-50%负荷的混合的自然/直流循环系统、以及50-100% 负荷的直流循环系统。混合系统允许单元在低负荷时以自然循环特性工作，而在 高负荷时以直流特性工作。该系统结合了自然循环汽包锅炉和直流系统的工作原 理。美国专利第4,290,389号指出了一种与现有技术的图2和3所给出的原理非常 相似的原理。该原理使用循环泵和孔口，以实现滑动压力的直流锅炉。该泵用于 在较低的负荷下工作，并满足炉孔的高压降。该孔口用于高压和高负荷的工作。热液压问题与处于降低负荷的直流锅炉的工作和设计要点相关联。这些设计 要点部分地是由炉子热量分配的较大变化所引起的，且通常需要使用孔口和/或循 环泵以将流动分配至炉子回路，从而校正循环问题。在许多现有技术设计中，获 得低负荷下的必须流动从而足以冷却炉管需要比满负荷所必须的高得多的流动速 度。螺旋管式炉设计已经通过合适地选择炉管尺寸和螺旋角度来获得适当的炉子 设计，从而用来使吸热和负荷的这些作用最小化。在螺旋管和直流管锅炉的情况 下，为了成功地设计单元，需要满负荷下的高流体速度以用于35%到满负荷的通 常负荷范围。与具有高速的炉子设计相关联的压降导致锅炉设计的效率更低。由于动态流动稳定性问题，涉及直流锅炉的其它循环设计会在低负荷下发生。 因为在低负荷下流动速度更低，所以流动不稳定可能会发生，这在安全可靠的锅 炉工作中是不希望的。此问题的改正已经导致了在炉中的各独立管子上开孔口。 孔口增大了直流锅炉设计的压降，从而导致了锅炉的效率更低。Siemens开发的用于垂直管式炉设计的最新设计原理要求使用特殊类型的带肋管(最好是多肋管)，这将允许炉子设本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蒸汽发生系统，包括：炉子，带有由具有入口和出口的垂直管形成的壁；抽吸装置，用于给所述系统加压，从而迫使水经由通向所述垂直管的至少一个第一导管而进入所述管的入口，以将热量从所述炉子输送到所述水，从而将一部分水转化成蒸汽，以形成蒸汽－水混合物；　至少一个第二导管，用于将加热的蒸汽－水混合物输送到用于将所述蒸汽和所述水分离的分离器；至少一个第三导管，用于将所述分离器连接至所述垂直管的所述入口，从而将已分离的饱和水从所述分离器输送到所述管的所述入口以用于再循环；以及沿着所述至少一个第三导管的阀，用于控制水从所述分离器通向所述垂直管的所述入口；其中，所述系统可取决于负荷操作而只以一种类型的循环系统来工作。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：MJ阿尔布雷克特，
申请(专利权)人：巴布考克及威尔考克斯公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]