专利名称：卧式蒸汽发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种蒸汽发生器，其中在一个可在近似于水平的燃气方向上流通的燃气通道内设置了一个汽化器直通发热面，该发热面包括多个为了流通流体介质而并联的蒸汽发生器管，并且这样设置汽化器直通发热面，即，同一直通发热面的一个与另一个蒸汽发生器管相比更多受热的蒸汽发生器管具有与另一个蒸汽发生器管相比更高的流体介质通流量。
背景技术：
在燃气和蒸汽涡轮机设备中利用在降低压力的工作介质或者燃气中从燃气涡轮机中得到的热量来为蒸汽涡轮机产生蒸汽。在燃气涡轮机后连接的余热蒸汽发生器中实现热量变换，在该余热蒸汽发生器中通常设置了多个发热面用来对水预热、产生蒸汽和对蒸汽过渡加热。这些发热面连接在蒸汽涡轮机的水-蒸汽循环中。该水-蒸汽循环通常包括多个(例如三个)压力级别，其中每个压力级别可以具有一个汽化器发热面。
对于燃气涡轮机作为余热蒸汽发生器对在燃气侧后接的蒸汽发生器来说，可以考虑多种可供选择的设计方案，即作为直通蒸汽发生器的设计或者作为循环蒸汽发生器的设计。在直通蒸汽发生器中作为汽化管设置的蒸汽发生器管的加热导致在这些蒸汽发生器管中的流体介质按照一次直通的方式汽化。反之，在自然或强迫的循环蒸汽发生器中引入到循环中的水在通过汽化管时仅仅部分地被汽化。其中没有被汽化的水在与所产生的蒸汽分离之后重新被引入到同一汽化管中用于进一步的汽化。
与自然或强迫的循环蒸汽发生器相反，直通蒸汽发生器不低于压力极限，使得可以将其设计成为了产生新蒸汽压力而远高于水的临界压力(PKri≈221巴)，其中不能区分水和蒸汽的相，从而也不能进行相分离。较高的新蒸汽压力有利于一个高的热效率以及进而有利于固体加热的电站有较低的CO2排放量。此外，直通蒸汽发生器与循环蒸汽发生器相比具有简单的结构，因此可以以特别低的成本制造。所以，采用按照直通原理构造的蒸汽发生器作为燃气和蒸汽涡轮机设备的余热蒸汽发生器，对于按照简单的结构实现该燃气和蒸汽涡轮机设备的高的总体效率来说是特别具有优势的。
卧式结构的余热蒸汽发生器不仅在制造成本方面而且在所需要的维护工作方面都具有特别的优点，其中，将被加热的介质或者燃气(即来自燃气涡轮机的废气)沿近似于水平的流动方向引导通过蒸汽发生器。在卧式结构的蒸汽发生器中，一汽化器发热面的蒸汽发生器管可以根据其不同的定位承受不同强度的加热。特别是在输出端直通蒸汽发生器的与一总的收集器连接的蒸汽发生器管中各个蒸汽发生器管的不同加热导致具有相互强烈偏差的蒸汽参数的蒸汽流汇合，并由此导致不希望的效率损失，特别是导致有关发热面相对减小效率和由此减小蒸汽生成。此外，特别是在收集器的入口区域，相邻蒸汽发生器管的不同加热会导致对蒸汽发生器管或者收集器的损坏。由此，在以卧式结构设计的直通蒸汽发生器中作为用于燃气涡轮机的余热蒸汽发生器的所期望的用途中可能带来就足够稳定的流体导引而言严重的问题。
EP 0944801 B1中公开了一种蒸汽发生器，其适合于按照卧式结构的设计并且还具有直通蒸汽发生器所提到的优点。为此，该公知的蒸汽发生器的汽化器发热面作为直通发热面错接，并且这样设计，即，同一直通发热面的一个与另一个蒸汽发生器管相比更多受热的蒸汽发生器管具有与另一个蒸汽发生器管相比更高的流体介质通流量。在此，直通发热面被一般地理解为对于通过的流体按照直通原理构造的发热面。即，作为直通发热面错接的汽化器发热面所引入的流体介质按照一次直通的形式通过该直通发热面或者通过一个包括多个依次连接的直通发热面的发热面系统而被完全地汽化。
因此，作为直通发热面错接的该公知的蒸汽发生器的汽化器发热面，按照一种在对各个蒸汽发生器管出现的不同加热的条件下的自然循环汽化器发热面流动特性(自然循环特性)的方式表现出了一种自动稳定的特性，该特性使得在没有对外部措施提出要求的条件下，也可以在不同加热的、流体介质端并行连接的蒸汽发生器上对在输出端的温度进行平衡。
该公知的蒸汽发生器具有多级构成的汽化器系统，其中，沿流体介质方向在一第一直通发热面后连接另一个汽化器直通发热面。为了保证流体介质从第一直通发热面向第二直通发热面的可靠和相对均匀的过流，为该公知的蒸汽发生器设置了复杂的分配器系统，这造成相对高的结构和设计成本。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种上述类型的蒸汽发生器，其中，在作为直通发热面接入的汽化器发热面或汽化器直通发热面的运行中也可以以相对很小的结构和设计成本实现极高程度的流动稳定性。
上述技术问题是这样解决的，即，将一个沿流体介质方向连接在汽化器直通发热面的蒸汽发生器管后的出口收集器，按照其纵轴基本上平行于燃气方向而对准。
在此，本发明从这样的考虑出发，即，通过特别减少所使用部件类型的数量，可以在制造蒸汽发生器时将结构和设计成本保持较低。通过将直通发热面的一直具备的特性、即自身稳定的循环特性自然地加以利用，可以通过节省连接在直通发热面后的分配器系统而在上述类型的蒸汽发生器中实现一种这类部件的减少。也就是说，正是由于该特性使得从不同的、相互并联的蒸汽发生器管中流出的流体介质的混合以及流体介质向后接的发热面系统的传递，在不明显损害在混合时所达到均匀性的情况下从一后接的分配器系统向所述总是连接在蒸汽发生器管后的出口收集器中转换，而不会由此导致显著的流动稳定性或者其它问题。与此相对应，可以省略相对昂贵的分配器系统。通过将沿燃气方向看连续设置的并因此就关系特性而言汽化器直通发热面的局部承受不同加热的蒸汽发生器管在输出端通入到一共同的收集器空间中，可以实现为此目的(即为了对从蒸汽发生器管流出的流体介质进行适当的混合和传递)的所述出口收集器的适当设计结构。这种用于所述沿燃气方向看连续设置的蒸汽发生器管的共同收集器空间，可以通过将出口收集器按照其纵轴基本上平行于燃气方向的对准而实现。
在此，通过优选地将出口收集器基本上设计为圆柱体，可以实现其特别简单的结构。
对于一种相对简单的结构来说，汽化器直通发热面按照管束的形式包括多个沿燃气方向看连续设置的管道层，其中每个管道层由多个从按燃气方向看并排设置的蒸汽发生器管构成。在此，可以与每个管道层的适当数目的蒸汽发生器管对应设置一个公共的出口收集器。不过，通过在另一优选的扩展设计中，与直通发热面对应配设多个相当于每个管道层中蒸汽发生器管数量的多个以其纵轴基本上与燃气方向对准的出口收集器，在节省昂贵的分配器系统的条件下可以特别简单地实现对沿流体介质方向在直通发热面之后的流体介质的后续分配。其中，每个管道层的蒸汽发生器管分别通入到每个出口收集器中。
优选地，蒸汽发生器的汽化器系统按照多级结构设计，其中，汽化器直通发热面按照预汽化器的形式设置，用来适当地调节在进入其后接的另一个汽化器直通发热面之前的流体介质。因此，该另一个汽化器直通发热面起到按照第二汽化器级的形式补充完成流体介质的汽化作用。
相宜地，通过相应地利用在各蒸汽发生器管中的自然循环特性而将另一个汽化器直通发热面设计用于自身稳定的流动特性。为此，所述另一个汽化器直通发热面有利地包括多个为了流通流体介质而并联的蒸汽发生器管。同时这样相宜地设计该另一个汽化器直通发热面，即，一个与另一个汽化器直通发热面的另一个蒸汽发生器管相比更多受热的蒸汽发生器管具有与该另一个蒸汽发生器管相比更高的流体介质的通流量。
在蒸汽发生器的汽化器直通发热面相宜地由基本上垂直取向的用于由下至上供流体介质流通用的蒸汽发生器管构成的同时，蒸汽发生器的另一个汽化器直通发热面按照特别优选的扩展结构、由U型结构的蒸汽发生器管构成。在该扩展结构中，构成所述另一汽化器直通发热面的蒸汽发生器管分别具有一近似于垂直设置的、可以由流体介质按向下的方向流过的下降管段和一个沿流体介质方向连接在该下降管段之后的近似于垂直设置的并可以由流体介质按向上的方向流过的上升管段构成。
在具有U型蒸汽发生器管的另一个直通发热面的扩展结构中，在下降管段中形成的蒸汽气泡可能与流体介质的流动方向相反地上升，因此不希望地影响了流动的稳定性。为了防止这一点，汽化器系统优选地设计为将这种蒸汽气泡与流体介质一并携带走。
为了可靠地保证连续携带在另一个直通发热面的蒸汽发生器管的下降管段中可能存在的蒸汽气泡的这种所希望的效果，相宜地这样设计所述直通发热面的尺寸，使得在运行时流入到在其后连接的另一汽化器直通发热面中的流体介质具有大于用来携带所形成的蒸汽气泡而需要的最小速度的流动速度。
由于构成另一个直通发热面的蒸汽发生器管具有基本上U型的结构，其流入区域位于燃气通道的上面区域或者之上。在此，通过将所述汽化器直通发热面的各出口收集器以有利的结构与所述沿流体介质方向连接在后的汽化器直通发热面的各对应配设的的进口收集器集成在一个结构单元中，在坚持利用与所述汽化器直通发热面对应配设的、设置在燃气通道之上并且以其纵向分别基本上平行于燃气流动方向取向的出口收集器的情况下，以极低成本实现了将所述汽化器直通发热面与所述另一个汽化器直通发热面连接在一起。这种结构可以实现直接使从所述第一的汽化器直通发热面流出的流体介质溢流到所述另一个汽化器直通发热面的沿流体介质方向后接的蒸汽发生器管中。由此，可以省略在直通发热面的出口收集器和另一个直通发热面的进口收集器之间的昂贵分配器或连接导管，以及对应配设的混合和分配器部件，并且通常管道导引也简单了。
在另一个优选的结构中，将另一个汽化器直通发热面的蒸汽发生器管在输入端在一个共同的、垂直于出口收集器的纵轴的并由此垂直于燃气方向定向的平面内连接在分别与其对应配设的进口收集器上。通过这种结构保证了，部分汽化的导向另一汽化器直通发热面的流体介质，从所述集成单元的作为出口收集器用于所述第一汽化器直通发热面的部分出发，首先冲击到所述结构单元的作为收集器用于汽化器直通发热面的部分的底板上，在那里再次形成涡流，然后按照近乎于相等的两相成分流出到所述汽化器直通发热面的连接在各进口收集器上的蒸汽发生器管中。由此，在不明显损害在混合时在出口收集器中所达到均匀性的情况下，有利于将流体介质传递至另一个汽化器直通发热面的蒸汽发生器管中，其中，由于从各进口收集器的流出位置相对于收集器单元的纵轴的对称结构，而实现了对另一个直通发热面特别均匀地供应流体介质。
蒸汽发生器相宜地用于作为燃气和蒸汽涡轮机设备的余热蒸汽发生器。在此，该蒸汽发生器优选地沿燃气方向后接一燃气轮机。在该连接中可以相宜地在该燃气轮机之后设置一附加燃烧器。
利用本发明所实现的优点尤其在于，通过将出口收集器平行于燃气方向对准定向，可以利用汽化器直通发热面一直具备的特性(即自身稳定的循环特性)来简化分配。正是由于该自身稳定的循环特性使得沿燃气方向看连续设置的蒸汽发生器管可以在输出端利用大致相同的蒸汽状态通入到一个共同的出口收集器中。在该出口收集器中，对从蒸汽发生器管流出的流体介质进行混合，并且在不影响在该混合中所达到的均匀化的条件下为向后续的发热面系统传递做好准备。尤其是通过出口收集器和进口收集器的一体化，可以省略掉单独的、连接在汽化器直通发热面之后的且相对昂贵的分配器系统。此外，这种结构的蒸汽发生器沿流体介质方向具有一个相对很小的总压力损失。
下面对照附图对本发明的一种实施方式作进一步的说明。其中，图1以纵断面简化图示出了卧式结构的蒸汽发生器的汽化器部分，图2以俯视图局部地示出了根据图1的蒸汽发生器，图3沿在图2中所示的切割线局部地示出了根据图1的蒸汽发生器，图4沿在图2中所示的切割线局部地示出了根据图1的蒸汽发生器，和图5a和5b示出了焓-物料流量曲线以及流动速度-物料流量曲线。
在所有附图中相同的部件加注了同样的附图标记。
具体实施例方式
在图1中将用汽化器部分示出的蒸汽发生器1按照余热蒸汽发生器的形式接在没有详细示出的燃气涡轮机的废气端之后。蒸汽发生器1具有一外壁2，该外壁为来自蒸汽涡轮机的废气构成一个在近似于水平的、用箭头4表示的燃气方向x上流通的燃气通道6。在燃气通道6中设置了多个(在本实施方式中为两个)按照直通原理设计的汽化器发热面8，10，这些发热面依次连接用于流体介质W、D的流通。
可以将未汽化的流体介质W施加到由汽化器直通发热面8，10构成的多级汽化系统中，该流体介质W在一次通过汽化器直通发热面8，10时被汽化，在从汽化器直通发热面8排出后作为蒸汽D被导出，并通常被导引到过热发热面以便进一步过热。由汽化器直通发热面8，10构成的汽化器系统连接在一个没有详细示出的蒸汽涡轮机的水-蒸汽循环中。除了该汽化器系统之外，在该水-蒸汽循环中还连接了多个在图1中没有详细示出的发热面，这些发热面例如可涉及蒸汽过热器、平均压力汽化器、低压汽化器和/或预热器。
汽化器直通发热面8由多个平行于流体介质W的流动方向接入的蒸汽发生器管12构成。在此，蒸汽发生器管12以其纵轴基本上垂直取向，并且对于流体介质W来说设计为从下部的进入区域至上部的逸出区域(即，由下至上)流动。
在此，汽化器直通发热面8按照管束形式包括多个沿燃气方向x看分别连续设置的管道层14，其中每个管道层由多个沿燃气方向看分别并排设置的蒸汽发生器管12构成，而在图1中分别仅仅可以看到一个蒸汽发生器管12。其中，在每个管道层14的蒸汽发生器管12前分别连接一个共同的、其纵轴基本上垂直于燃气方向x取向的进口收集器16。在此，该进口收集器16连接在图1中仅仅示意性表示出的水引入系统18上，该系统可以包括一个用于进行所需要的将流体介质W分配到进口收集器16上的分配器系统。在燃气通道6的输出端以及由此的上部区域内，构成汽化器直通发热面8的蒸汽发生器管12通向多个所属的出口收集器20中。
这样设计汽化器直通发热面8，即，其适合于为蒸汽发生器管提供相对更低的质流密度，其中，在蒸汽发生器管12中根据设计的流动关系具有自然循环特性。在这种自然循环特性中同一汽化器直通发热面8的一个与另一个蒸汽发生器管12相比更多受热的蒸汽发生器管12具有与另一个蒸汽发生器管12相比更高的流体介质W通流量。
按照同样的原理(即建立自然循环特性)同样构造了沿流体介质方向连接在汽化器直通发热面8后的另一个汽化器直通发热面10。在此，该另一个汽化器直通发热面10也包括按照管束形式的、多个与流体介质W的流通方向平行设置的蒸汽发生器管22。其中，多个蒸汽发生器管22在构成所谓的管道层的情况下沿燃气方向x看分别并排设置，因此分别仅仅可以看到一个管道层的这样并排设置的蒸汽发生器管22中的一个。沿流体介质方向分别在这样并排设置的蒸汽发生器管22之前连接一个对应配设的进口收集器24，以及在其之后连接一个共同的出口收集器26。
为了以特别可靠的方式利用特别简单的结构装置保证按照设计的、对于另一个汽化器直通发热面10规定的自然循环特性，另一个汽化器直通发热面10包括两个沿流体介质方向串联的部段。在此，在第一部段中构成所述另一个汽化器直通发热面10的每个蒸汽发生器管22具有一个近似于垂直设置的、被流体介质W按向下的方向流过的下降管段32。在第二部段中每个蒸汽发生器管22具有一个沿流体介质方向连接在该下降管段32之后的、近似于垂直设置的并被流体介质W按向上的方向流过的上升管段34。
其中，上升管段34通过一个过流段36与所述与其对应设置的下降管段32连接。在该实施方式中过流段36在燃气通道6内部引导。
如在图1中可以看出的，另一个汽化器直通发热面10的每个蒸汽发生器管22具有一近乎于U型的形状，其中，该U型的两边腿段通过由下降管段32和上升管段34构成，而连接弧段由过流段36构成。在这种构造的蒸汽发生器管22中，流体介质W的大地测量学的压力份额在下降管段32的区域中(与在上升管段34的区域中相比)产生一种促进流动而不是阻碍流动的压力份额。换言之，在下降管段32中的水柱“推动”还未汽化的流体介质W流过各个蒸汽发生器管22，而不是阻止其。由此，蒸汽发生器管22总的来说具有一个相对很小的压力损失。
在该近似于U型结构中，每个蒸汽发生器管22分别在其下降管段32的进入区域和在其上升管段34的逸出区域按照悬挂的结构方式悬挂或者固定在燃气通道6的顶盖上。反之，通过它们的过流段36相互连接的各个下降管段32和各个上升管段34的空间下端部则在空间上不直接固定在燃气通道6上。由此，可以在没有损害风险的情况下容忍蒸汽发生器管22的这些部段的纵向膨胀，其中各个过流段36起到膨胀弓的作用。因此，蒸汽发生器管22的这种结构在机械上具有特别柔性，并且对于出现的不同膨胀在热应力上不敏感。
在相对简单的构造中将蒸汽发生器1设计用于可靠的、均匀的流动引导。在此，必然利用按照设计的、用于汽化器直通发热面8的自然循环特性来对分配器系统进行简化。也就是说，该自然循环特性以及与此相关的、按照设计采用的相对很低的质流密度，实现了将来自沿燃气方向x看连续设置的并因此不同加热的蒸汽发生器管的分流汇聚到一个共同的空间。由此，在省略一单独的昂贵的分配器系统的条件下，将从汽化器直通发热面8流出的流体介质W的混合物转移到出口收集器20中。为了在向后续系统的传递中尽可能小地影响其中实现的、对从沿燃气方向x看不同定位及因此不同加热的蒸汽发生器管12流出的流体介质W的均匀化，将每个基本上相互平行并且并排设置的出口收集器20(在图1中仅仅可以看到其中的一个)按照其纵轴基本上平行于燃气方向x来取向。在此，出口收集器20的数量与在每个管道位置14中蒸汽发生器管12的数量匹配。
为每个出口收集器20对应配设另一个汽化器直通发热面10的一个进口收集器24，该另一个汽化器直通发热面10沿流体介质方向连接在汽化器直通发热面8之后。由于所述另一个汽化器直通发热面10的U型结构，各个进口收集器24以及各个出口收集器20都处于燃气通道6的上部。在此，通过将每个出口收集器20和与其分别对应配设的进口收集器24集成在一个结构单元40中，可以按照特别简单的方式实现汽化器直通发热面8与另一个汽化器直通发热面10沿流体介质方向依次的连接。通过该结构单元40使得在不要求相对昂贵的分配器系统或连接系统的条件下，可以直接将流体介质W从汽化器直通发热面8过流到另一个汽化器直通发热面10中。
在按照卧式结构并利用具有基本上U型构造的蒸汽发生器管22的另一个汽化器直通发热面10的蒸汽发生器1中，可能在蒸汽发生器管22的下降管段32中出现蒸汽气泡。该蒸汽气泡可以与流体介质W的流动方向相反地在各个下降管段32中上升，因此妨碍了流动的稳定性以及也妨碍了蒸汽发生器1的可靠运行。为了可靠地克服这点，将蒸汽发生器1设计成为了另一个汽化器直通发热面10提供已经部分地汽化的流体介质W。
在此，这样将流体介质W导向另一个汽化器直通发热面10，使得流体介质W在各个蒸汽发生器管22的下降管段32中具有一个大于预定最小速度的流动速度。这速度又这样限定，即，由于在各个下降管段32中流体介质W足够高的流动速度，在那里出现的蒸汽气泡可靠地沿流体介质W的流动方向被携带走，并通过各个过流段36传送到各个后接的上升管段34中。为了保证在蒸汽发生器管22的下降管段32中得到为此目的的、足够高的流动速度，要将具有为此足够高的蒸汽含量和/或具有为此足够高的焓的流体介质W引入到另一个汽化器直通发热面10中。
为了能够在已经部分汽化的状态下输入具有对此适合参数的流体介质W，沿流体介质方向以一预汽化器形式将所述汽化器直通发热面8连接在蒸汽发生器1的另一个汽化器直通发热面10之前。在此，该按照预汽化器形式设置的汽化器直通发热面8在空间上设置在燃气通道6相对更冷的空间区域内，并由此设置在燃气侧相对于另一个汽化器直通发热面10的下游。与此相反，另一个汽化器直通发热面10设置在用于从燃气涡轮机排出燃气的燃气通道6的进入区域附近，因此在运行时通过燃气承受相对强烈的热量。
为了按照对于由直通发热面8以及沿流体介质方向连接在其后的另一个汽化器直通发热面10构成的汽化器系统的设计，即，在设计中保证为另一个汽化器直通发热面10在流体介质输入端提供具有部分地预汽化的、足够高的蒸汽含量和/或足够高的焓的流体介质W，对汽化器直通发热面8适当地进行尺寸设计。在此，尤其要相互考虑适当地选择材料和适当地设计蒸汽发生器管12的尺寸，以及适当地定位蒸汽发生器管12。正是考虑到这些因素来这样设计汽化器直通发热面8的尺寸，即，使得在运行时在其后连接的另一个汽化器直通发热面10中流动的流体介质W具有大于用来携带在各个下降管段32内存在的蒸汽气泡所需要的最小速度的流动速度。
可以发现，通过在运行情况下将平均吸收的热量基本上同样地分配到汽化器直通发热面8和另一个汽化器直通发热面10上，可以极大程度地达到在设计时所追求的高的运行可靠性。因此，在该实施方式中这样设计汽化器直通发热面8、10和构成它们的蒸汽发生器管12、22的尺寸，即，使得在运行情况下在构成汽化器直通发热面8的蒸汽发生器管12中的总热量大致相当于在构成另一个汽化器直通发热面10的蒸汽发生器管22中的热量。为此，在考虑其中产生的物料流量的条件下，汽化器直通发热面8具有就沿其流体介质方向连接在其后的另一个汽化器直通发热面10的多个蒸汽发生器管22而言适当选择的多个蒸汽发生器管12。
如在图2中按俯视图部分地示出的那样，将每两个相邻的管道层14的蒸汽发生器管12沿垂直于燃气方向x看相互错开地设置，使得就蒸汽发生器管12而言形成一基本上菱形的基本模式。在这种布设结构中，在图2中仅仅示出了这样定位出口收集器20，使得一蒸汽发生器管12从每个管道层14分别汇入到该出口收集器20中。在此，还可以看出，每个出口收集器20与一对应配设的用于连接在汽化器直通发热面8后的另一个汽化器直通发热面10的进口收集器24一起集成为一个结构单元40。
从图2中还可以看出，构成另一个汽化器直通发热面10的蒸汽发生器管22同样构成沿燃气方向x看分别依次设置的管道层，其中，由沿燃气方向x看先前的两个管道层由蒸汽发生器管22的上升管段34构成，这些上升管段在输出端通入到用于汽化的流体介质D的出口收集器26中。与此相反，沿燃气方向x看接下来的两个管道层由蒸汽发生器管22的下降管段32构成，这些下降管段在输入端与一分别对应配设的进口收集器24连接。
图3以侧视图局部地示出了在各对应配设的结构单元40中蒸汽发生器管12、22的入口区域，该结构单元40一方面包括用于多个构成汽化器直通发热面8的蒸汽发生器管12的出口收集器20，另一方面包括用于分别构成另一个汽化器直通发热面10的两个蒸汽发生器管22的进口收集器24。从该视图中尤其清楚地看出，从蒸汽发生器管12流出的、进入到出口收集器20中的流体介质W可以沿直接的路径过流到与另一汽化器直通发热面10对应配设的进口收集器24中。在流体介质W流通时，其根据运行状态首先冲击到所述包括进口收集器24的结构单元40的一底板42上。由于这种冲击，在流体介质W从进口收集器24流出到对应配设的蒸汽发生器管22的下降管段32之前，形成涡流和尤其是流体介质W内的充分搅拌。
此外，如从按照图3的示意图中所特别地看到的那样，这样设计所述结构单元40的构造为用于蒸汽发生器管22进口收集器24的端侧部段，即，使得流体介质W对于整个蒸汽发生器管22来说从与结构单元40的圆柱轴垂直的唯一平面流出到蒸汽发生器管22中。为了使得两个蒸汽发生器管22都能达到这一点，与每个蒸汽发生器管22分别对应配设一个过流段46，所述两个蒸汽发生器管22针对其本身的空间定位与两个不同的、按燃气方向x看连续设置的管道层对应配设。在此，每个过流段46相对于燃气方向x倾斜地延伸，并将所述分别对应设置的蒸汽发生器管22的上部区域与进口收集器24的逸出开口48连接起来。通过这种结构可以将进口收集器24的所有逸出开口48定位在一个共同的垂直于结构单元40的圆柱轴的平面内，使得已经由于逸出开口48相对于流体介质D、W的流动路径的对称结构，而保证了进入到蒸汽发生器管22中的流体介质D、W的均匀分布。
为了对于进入以及引出结构单元40的进入以及逸出区域中的管道引导进行详细说明，在图4中以正视图的形式示出了多个这类结构单元40，其中以在图2用IV标记的切割线为基础。在此，可以看出，在图4的左侧示出的两个结构单元40(其表示设计为用于后接的蒸汽发生器管22的进口收集器24的端部区域)分别通过过流段46与蒸汽发生器管22的后接下降管段32连接。
与此相对，在图4中右侧描述的两个结构单元40分别表示其设计为用于汽化器直通发热面8蒸汽发生器管12的出口收集器20的前部区域。在此从该示意图中可以看出，从各位置连续的管道层14通入到结构单元40中的蒸汽发生器管12按照简单成角度的形式被引入到结构单元40中。
根据图1并具有图2至4的特殊结构的蒸汽发生器1被设计用于特别可靠地运行另一个汽化器直通发热面10。为此，在蒸汽发生器1的运行中保证了，将具有一个大于预定最小速度的流动速度的流体介质W加载到基本上U型构成的另一个汽化器直通发热面10上。由此实现了，将在另一个汽化器直通发热面10的下降管段32形成的蒸汽气泡一同携带走，并被带到各后接的上升管段34中。为了保证为此流体介质W在流入另一个汽化器直通发热面10时具有足够高的流动速度，在利用连接在该发热面之后的汽化器直通发热面8的情况下，这样实现对另一个汽化器直通发热面10供应流体介质W，使得流入到该另一汽化器直通发热面10中的流体介质W具有高于预定最小蒸汽含量或者预定最小焓的蒸汽含量和/或焓。为了得到为此适当的运行参数，这样对汽化器直通发热面8、10进行设计或确定尺寸，使得在所有运行点上流体介质D、W在进入到汽化器直通发热面8中时的蒸汽含量或者焓处于适当预定的特征曲线上，如在图5a、5b中示例性示出的那样。
图5a、5b按照以运行压力作为族参数的曲线族的形式示出了最小可调整的蒸汽含量Xmin以及最小可调整的焓Hmin作为按照设计所选择的质流密度 的函数的函数关系。在此示出了，曲线70为分别对应于运行压力p＝25巴的设计阈值，而曲线72为分别对应于运行压力p＝100巴的设计阈值。
例如，从该曲线族中可以看出，在设计质流密度 为100kg/m2s和预定运行压力为p＝100巴的部分负荷运行中应该保证，流入汽化器直通发热面8中的流体介质W的蒸汽含量Xmin具有一最小为25％、优选为30％的值。在该设计标准的另一个示意图中还可以看出，流入直通发热面8的流体介质W的焓在上述运行条件下应该具有一个H＝1750kJ/kg的最小值。为了保证这些条件而设计预定的另一个直通发热面10，在关于其尺寸设计方面，即例如有关构成它的蒸汽发生器管30的类型、数量和结构方面，在考虑按照设计在为其空间定位而预定的空间区域中在燃气通道6内部现有的热量供应的情况下，要与这些边界条件相适配。
权利要求
1.一种蒸汽发生器(1)，其中在一个可在近似于水平的燃气方向(x)上流通的燃气通道(6)内设置了一汽化器直通发热面(8)，该发热面包括多个为了流通流体介质(D，W)而并联的蒸汽发生器管(12)，并且这样设置汽化器直通发热面(8)，即，同一汽化器直通发热面(8)的一个与另一个蒸汽发生器管(12)相比更多受热的蒸汽发生器管(12)具有与另一个蒸汽发生器管(12)相比更高的流体介质(W)通流量，其特征在于，将一个沿流体介质方向连接在所述汽化器直通发热面(8)的蒸汽发生器管(12)后的出口收集器(20)，按照其纵轴基本上平行于燃气方向(x)而对准。
2.根据权利要求1所述的蒸汽发生器(1)，其中，各出口收集器(20)基本上设计为圆柱体。
3.根据权利要求1或2所述的蒸汽发生器(1)，其中，所述汽化器直通发热面(8)包括多个沿燃气方向(x)看连续设置的管道层(14)，其中每个管道层由多个沿燃气方向(x)看并排设置的蒸汽发生器管(12)构成。
4.根据权利要求3所述的蒸汽发生器(1)，其中，与所述汽化器直通发热面(8)对应配设多个相当于每个管道层(14)中的蒸汽发生器管(12)数量的以其纵轴基本上与燃气方向(x)平行对准的出口收集器(20)，其中，每个管道层(14)的各蒸汽发生器管(12)分别通入到每个出口收集器(20)中。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的蒸汽发生器(1)，其中，沿流体介质方向在所述汽化器直通发热面(8)之后连接另一个汽化器直通发热面(10)。
6.根据权利要求5所述的蒸汽发生器(1)，其中，所述另一个汽化器直通发热面(10)包括多个为了流通流体介质(D，W)而并联的蒸汽发生器管(22)，并且这样设计该另一个汽化器直通发热面(10)，即，一个与另一个汽化器直通发热面(10)的另一个蒸汽发生器管(22)相比更多受热的蒸汽发生器管(22)具有与该另一个蒸汽发生器管(22)相比更高的流体介质(D，W)的通流量。
7.根据权利要求5或6所述的蒸汽发生器(1)，其中，构成所述汽化器直通发热面(8)的蒸汽发生器管(22)分别具有一近似于垂直设置的、可以由流体介质(W)按向下的方向流过的下降管段(32)，和一个沿流体介质方向连接在该下降管段(32)之后的近似于垂直设置的并可以由流体介质(W)按向上的方向流过的上升管段(34)。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的蒸汽发生器(1)，其中，这样设计所述汽化器直通发热面(8)的尺寸，使得在运行时流入到在其后连接的另一汽化器直通发热面(10)中的流体介质(D，W)具有大于用来携带所形成的蒸汽气泡而需要的最小速度的流动速度。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的蒸汽发生器(1)，其中，将所述汽化器直通发热面(8)的各出口收集器(20)与所述沿流体介质方向连接在后的汽化器直通发热面(10)的各对应配设的的进口收集器(24)集成在一个结构单元(40)中。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的蒸汽发生器(1)，其中，所述出口收集器(20)设置在或者位于所述燃气通道(6)之上。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的蒸汽发生器(1)，其中，沿燃气方向在所述蒸汽发生器(1)之前连接一燃气涡轮机。
全文摘要
本发明涉及一种蒸汽发生器(1)，其中在一个可在近似于水平的燃气方向(x)上流通的燃气通道(6)内设置了一汽化器直通发热面(8)，该发热面包括多个为了流通流体介质(D，W)而并联的蒸汽发生器管(12)，并且这样设计汽化器直通发热面(8)，即，同一汽化器直通发热面(8)的一个与另一个蒸汽发生器管(12)相比更多受热的蒸汽发生器管(12)具有与另一个蒸汽发生器管(12)相比更高的流体介质(W)通流量。还应该在花费相对很小的结构和设计成本的情况下达到在汽化器直通发热面(8)运行时极高程度的流动稳定性。为此，按照本发明，将一个沿流体介质方向连接在所述汽化器直通发热面(8)的蒸汽发生器管(12)后的出口收集器(20)，按照其纵轴基本上平行于燃气方向(x)而对准。
文档编号F22B37/22GK1682075SQ03821488
公开日2005年10月12日 申请日期2003年8月28日 优先权日2002年9月10日
发明者乔基姆·弗兰克, 鲁道夫·克拉尔, 埃伯哈德·威特乔 申请人:西门子公司