蒸汽发生器制造技术

本发明专利技术涉及一种蒸汽发生器（１、１′、１″），其中，在可被热燃气沿一个接近水平的燃气方向（Ｘ）流过的燃气通道（６）中设有连续加热面（８、１０、１２），它包括一些供一种流动介质（Ｗ）流过的并联的蒸汽发生器管（２２、５０、６０），以及它设计为，使得与同一个连续加热面中的另一蒸汽发生器管（２２、５０、６０）相比受到更多加热的一根蒸汽发生器管（２２、５０、６０）具有一个与该另一蒸汽发生器管（２２、５０、６０）相比更大的流动介质（Ｗ）流量。本发明专利技术的目的是生产低成本的蒸汽发生器以及即使处于不同的热负荷下也应有特别高的机械稳定性。为达到此目的，按本发明专利技术这一根或每根蒸汽发生器管（２２、５０、６０）分别包括一个近似垂直布置可被流动介质（Ｗ）沿向下的方向流过的下降管段（３４、５２、６２、６４）和一个沿流动介质流向连接在该下降管段下游的、近似垂直布置并可被流动介质（Ｗ）沿向上的方向流过的上升管段（３６、５４、６６、６８）。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种蒸汽发生器，其中，在可被热燃气沿一个接近水平的燃气方向流过的燃气通道中设有连续加热面，它包括一些为流过一种流动介质相互并联的蒸汽发生器管，该连续加热面设计为，使得与同一个连续加热面中的另一蒸汽发生器管相比受到更多加热的一根蒸汽发生器管具有一个与该另一蒸汽发生器管相比更大的流动介质流量。在一种燃气和蒸汽轮机装置中，在从燃气轮机排出的经膨胀的工质或燃气内所含的热量，利用于生产用于汽轮机的蒸汽。热的传递在一个连接在燃气轮机下游的废热蒸汽发生器内进行，在废热蒸汽发生器内通常设一些加热面，用于水预热、生产蒸汽和蒸汽过热。加热面连接在汽轮机的水汽循环内。水汽循环通常包括多个，例如三个压力级，其中每个压力级可以有一个汽化加热面。对于沿燃气流动方向连接在燃气轮机下游作为废热蒸汽发生器的蒸汽发生器可考虑多种供选用的设计方案，亦即设计为连续式蒸汽发生器或设计为循环式蒸汽发生器。在连续式蒸汽发生器内，规定作为汽化管的蒸汽发生器管的加热，导致流动介质在蒸汽发生器管内一次流过时汽化。与之相反，在自然或强制循环蒸汽发生器中，循环流动的水在流过汽化管时只部分汽化。此时未汽化的水在分离已产生的蒸汽后为了进一步汽化重新供入同一些汽化管。连续式蒸汽发生器与自然或强制循环蒸汽发生器不同，它不遭受压力限制，所以新蒸汽压力可能远大于水的临界压力(Pki≈221bar)，在临界压力时，在类似液体与类似蒸汽的介质之间只有很小的密度差。高的新蒸汽压力有利于燃烧矿物燃料来加热的发电厂达到高的热效率并因而低的CO2排放。此外，连续式蒸汽发生器与循环式蒸汽发生器相比结构简单并因而可用特别低的成本生产。按连续原理设计的蒸汽发生器用作燃气和蒸汽轮机装置的废热蒸汽发生器，因而特别有利于在结构简单的同时达到燃气和蒸汽轮机装置高的总效率。按平卧式结构设计的废热蒸汽发生器在生产费用以及在所需的维修保养工作方面有突出的优点，其中用于加热的介质或燃气，亦即燃气轮机的废气，沿近似水平的流动方向通过蒸汽发生器流动。然而在平卧式结构的连续式蒸汽发生器中，一个加热面的一些蒸汽发生器管可根据它们的定位受到强度不同的加热。尤其在出口侧与一公共收集器连接的蒸汽发生器管中，各蒸汽发生器管不同的加热会导致具有彼此差别很大的蒸汽参数的蒸汽流的聚合，并因而导致所涉及的加热面比较低的效率和由此减少产汽。此外，相邻蒸汽发生器管受到不同的加热，尤其在收集器入口区，会导致损坏蒸汽发生器管或收集器。因此，原本期望用作燃气轮机的废热蒸汽发生器的按平卧式结构设计的连续式蒸汽发生器，可能在足够稳定地流动导引方面带来严重的问题。由EP 0944801B1已知一种蒸汽发生器，它适用于按平卧式结构设计，以及有提及的连续式蒸汽发生器的优点。此已知的蒸汽发生器的连续加热面设计为，使一根与同一连续加热面的另一根蒸汽发生器管相比受到更多加热的蒸汽发生器管，具有与该另一根蒸汽发生器管相比更大的流动介质流量。因此，该已知的蒸汽发生器的连续加热面在各蒸汽发生器管受到不同加热时，按自然循环汽化加热面的流动特征(自然循环特征)呈现出一种自动稳定特性，这种特性在无需施加外部影响的情况下，即使沿流动介质流向相互并联的蒸汽发生器管受到不同加热时也导致出口侧的温度均衡。当然，该已知的蒸汽发生器在结构方面，尤其在水侧和/或蒸汽侧流动介质分配方面比较复杂。此外，相邻蒸汽发生器管之间可能出现不良的膨胀差，这些膨胀差会导致不允许的热应力，并因而损坏蒸汽发生器管和收集器。因此本专利技术的目的是提供一种上述类型的蒸汽发生器，它能用特别低的费用生产，以及即使热负荷不同也有特别高的机械稳定性。按本专利技术为达到此目的采取的措施是，一根或每一根蒸汽发生器管分别包括一个近似垂直布置可被流动介质沿向下的方向流过的下降管段和一个沿流动介质流向连接在该下降管段下游的、近似垂直布置并可被流动介质沿向上的方向流过的上升管段。本专利技术以下列考虑为出发点在一种可用特别低的装配和制造费用生产的蒸汽发生器中，为了有特别稳定和面对不同热负荷特别不敏感的工作特性，对在已知的蒸汽发生器中所采用的有关连续加热面的自然循环特性的设计原理作进一步发展及进一步改进。在这里，连续加热面应针对被施加比较低的质量流量密度和具有比较低的摩擦压力损失来设计。为了支持在这种设计中有效的直通式自然循环特征，将所述连续加热面的蒸汽发生器管分成至少两个部分(平行的管)，其中第一部分包括全部下降管段且其中有流动介质沿向下的方向流过。相应地，第二部分包括所有上升管段且其中有流动介质沿向上的方向流过。因此，在第一部分的下降管段中的高度压力(亦即基本上是水柱的重量)势能沿所规定的通流方向发挥作用，并基于沿流动路径对压力变化的正面贡献(亦即压力收益)而有助于流动介质通流。仅仅在第二部分或上升管段中高度压力势能逆规定的流动方向作用并因而造成一种压力损失。但总体上说，这两个高度压力的作用几乎可以抵消；甚至可以设想，在第一部分或下降管段内促进流动的高度压力势能，超过在第二部分或上升管段内阻碍流动的高度压力势能，所以如在自然循环系统中那样，总体上存在一种维持流动或有利于流动的压力势能。比较适宜的是，每根蒸汽发生器管的下降管段在燃气通道内沿燃气方向看在与之相配属的上升管段的后面。换句话说蒸汽发生器管在燃气通道内空间上定位为，使沿流动介质流向看的第一部分或下降管段，沿燃气流向设在沿流动介质流向看的第二部分或上升管段的下游。因此在这样一种布局中，每个上升管段与同一蒸汽发生器管中的配属于它的下降管段相比受到燃气更加强烈的加热。由此在上升管段内流动介质蒸汽的相对份额，明显地超过在下降管段内流动介质蒸汽的相对份额，所以基本上由各管段内水-汽柱的重量给定的高度压力势能，在下降管段内明显地大于与之配属的上升管段内的高度压力势能。为了能一方面使连续加热面的结构特别简单和另一方面即使在热负荷不同时仍能达到连续加热面特别低的机械负荷，按另一项或可替换的有利设计，一根或每根蒸汽发生器管的下降管段在流动介质侧通过一溢流段与配属于它的上升管段连接。因此在这种设计中，各蒸汽发生器管基本上呈U形，其中，U形的两侧边分别由上升管段和下降管段构成，而其连接弧段则由连接它们的溢流段构成。这种布局特别适用于在热负荷改变时补偿膨胀；也就是说，在这里连接下降管段和上升管段的溢流段起膨胀弧的作用，它可以无疑问地补偿上升管段和/或下降管段的相对长度改变。因此，通过此溢流段形成在由下降管段构成的第一汽化级下部区内蒸汽发生器管的转向和直接进一步导引以及在由上升管段构成的第二汽化级下部区内的重新转向。溢流段有利地铺设在燃气通道内部。但作为替换方式，尤其在出自于连续加热面可能需要排水的原因应在溢流段上连接一排水收集器时，溢流段也可以在燃气通道外部延伸。在蒸汽发生器管下降管段内促进流动的压力势能特别大量地超出在配属的上升管段内阻碍流动的压力势能的情况下，由此造成的流动介质从下降管段流出到上升管段内，可能超过流动介质在下降管段内进口侧的流入。因此这一或每一根蒸汽发生器管有利地在其总的压力平衡方面设计为，使在下降管段内出现的促进流动的总的压力势能仅限于在上升管段内出现的阻碍流动的压力势能。为此，蒸汽发生器的一根或每根蒸汽发生器管的下降管段有利地针对流动的流动本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蒸汽发生器（１、１′、１″），其中，在可被热燃气沿一个接近水平的燃气方向（Ｘ）流过的燃气通道（６）中设有连续加热面（８、１０、１２），该连续加热面包括一些供一种流动介质（Ｗ）流过的相互并联的蒸汽发生器管（２２、５０、６０），并且该连续加热面被设计为，使得与同一个连续加热面的另一蒸汽发生器管（２２、５０、６０）相比受到更多加热的一根蒸汽发生器管（２２、５０、６０）具有一个与该另一蒸汽发生器管（２２、５０、６０）相比更大的流动介质（Ｗ）流量，其特征为：一根或每根蒸汽发生器管（２２、５０、６０）分别包括一个近似垂直布置可被流动介质（Ｗ）沿向下的方向流过的下降管段（３４、５２、６２、６４）和一个沿流动介质的流动方向连接在该下降管段下游的、近似垂直布置并可被流动介质（Ｗ）沿向上的方向流过的上升管段（３６、５４、６６、６８）。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：乔基姆弗兰克，鲁道夫克拉尔，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]