专利名称：运行卧式蒸汽发生器的方法和执行该方法的蒸汽发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于运行蒸汽发生器的方法，该蒸汽发生器具有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的汽化器直通发热面，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，这些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、近似于垂直设置并可以由流体介质按向上的方向流过的上升管段，其中，这样设计汽化器直通发热面，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。本发明还涉及一种执行该方法的蒸汽发生器。
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。
为了在这种结构的蒸汽发生器中在考虑到流体介质的水和/或蒸汽分配方面要保持特别低的制造和安装成本的情况下达到一特别小的由热限定应力引起的负荷，所述蒸汽发生器的汽化器直通发热面可以按照一U型结构的形式由多个相对于流体介质的流动平行连接的蒸汽发生器管构成，这些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、近似于垂直设置并可以由流体介质按照向上的方向流过的上升管段。正如已强调的，在这种结构中可以利用一种有利于直通发热面的流动(促进流动)的、有关在各个蒸汽发生器管的下降管段中水柱的大地压力的压力作用。
不过，这种结构基本上可能有助于在运行汽化器直通发热面时形成的流动稳定性，其可能导致运行上的缺点。尽管，通过为构成直通发热面的蒸汽发生器管提供相对更低的质流密度以及通过与此相关的相对低的摩擦压力损失可以实现在蒸汽发生器中流动的自然循环特性，该特性对流动起到了稳定的作用。恰恰是在这种结构中仍然希望，通过可以向下流通的管段在运行汽化器直通发热面时有助于流动特性的稳定。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种用于运行上述类型的蒸汽发生器的方法，利用该方法可以按照相对简单的方式在汽化器直通发热面的运行时实现一特别高程度的流动稳定性。此外，还提供了一种上述类型的特别适合用于实施该方法的蒸汽发生器。
上述有关方法的技术问题是这样解决的，即，这样将流体介质导到所述汽化器直通发热面，使得在各个蒸汽发生器管的下降管段中的流体介质具有一个大于一预定最小速度的流动速度。
在此，本发明从这样的考虑出发，即，通过坚决地克服可能造成流动不稳定的原因，对于上述类型的蒸汽发生器可以实现特别高的流动稳定性以及进而达到特别高的运行可靠性。正如已已强调的那样，可以将在各个蒸汽发生器管的下降管段中出现的蒸汽气泡视为所述可能的原因之一。也就是说，如果在下降管段中出现了蒸汽气泡，则位于该下降管段中的水柱可能会上升，并由此进行与流体介质的流动方向相反的运动。为了克服可能出现蒸汽气泡的这种与流体介质的流动方向相反的运动，应该通过适当地预定运行参数来保证将蒸汽气泡沿流体介质的实际流动方向强行地携带走。通过按照适当的方式为汽化器直通发热面提供流体介质可以实现这点，其中，在蒸汽发生器管中流体介质的足够高的流动速度可以起到将可能存在的或者所形成的蒸汽气泡按希望的效果携带走。
在此，有利地这样调整各蒸汽发生器管的下降管段中的流体介质的流动速度，使得在可靠的运行区域中在各自情况下都保证携带走可能出现的蒸汽气泡。为此，有利地将用于携带蒸汽气泡而要求的流动速度预定为对于在各个下降管段中流体介质流动速度的最小速度，所述流动速度必要时提高一个适当选择的可靠性附加值。
通过将流体介质以部分汽化的状态和/或具有一定的最小焓地导向各蒸汽发生器管的下降管段，可以按照特别简单的方式调整流体介质的足够高的流动速度。为此，有利地将流体介质在进入到汽化器直通发热面之前这样部分预先汽化，即，使得其在进入到汽化器直通发热面中时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。
上述有关蒸汽发生器的技术问题是这样解决的，即，沿流体介质方向在所述汽化器直通发热面之前连接另一汽化器直通发热面。
因此，蒸汽发生器的汽化器系统按照多级结构设计，其中，所述另一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到原来的汽化器直通发热面之前的流体介质。因此，该原来的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。
为了可靠地保证连续携带在所述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另一直通发热面的尺寸，使得在运行时流入到在其后连接的汽化器直通发热面中的流体介质具有一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。
当蒸汽发生器的汽化器直通发热面由所提到的、U型结构的蒸汽发生器管构成时，为了避免流体介质通过此处可能形成蒸汽气泡而造成阻碍，所述另一个汽化器直通发热面相宜地由基本上垂直取向并且由下至上流通流体介质的蒸汽发生器管构成。因此，该另一个汽化器直通发热面尤其完全由上升管段构成。
在蒸汽发生器的这种结构中，所述另一汽化器直通发热面相宜地配备多个设置在燃气通道之上的、用于流体介质的出口收集器。在一种特别简单的、在输出端使从另一个汽化器直通发热面流出的流体介质均匀化的方案中，优选地将沿流体介质方向连接在该另一汽化器直通发热面之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。
在这种结构中，将另一汽化器直通发热面的一直具备的特性、即自身稳定的循环特性用于对分配的简化。也就是说，正是由于该自身稳定的循环特性使得也可以将沿燃气方向看连续设置的并因此不同加热的蒸汽发生器管在输出端以大致相同的汽化状态通入到一共同的出口收集器中。在该出口收集器中将从蒸汽发生器管流出的流体介质进行混合，并且在不损害在混合时所达到均匀性的情况下做好向一后续的发热面系统继续输送的准备。因此，不要求一种特殊的、连接在所述另一直通发热面之后的并且相对昂贵的分配系统。
对于一种相对简单的结构来说，所述另一汽化器直通发热面按照管组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沿燃气方向看并排设置的蒸汽发生器管构成。通过在另一优选的扩展设计中，与所述另一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该另一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。这些出口收集器有利地设置在燃气通道之上。
由于构成所述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，通过将所述另一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，在坚持利用与所述另一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另一汽化器直通发热面流出的流体介质溢流到所述先前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。在该结构中，将从另一个汽化器直通发热面流出的流体介质向汽化器直通发热面的传递，几乎可以在不影响在另一个汽化器直通发热面的出口收集器中通过混合而获得的均匀性的情况下进行。由此，可以省略在另一直通发热面的出口收集器和所述直通发热面的进口收集器之间的昂贵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，将所述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、垂直于收集器单元的纵轴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，部分汽化的导向所述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进口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。由于沿收集器单元的流动方向看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，而实现了对所述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用于提高燃气温度的附加燃烧器。
利用本发明所实现的优点尤其在于，通过所述现在规定的至少部分预先汽化的流体介质在进入到由基本上U型结构的蒸汽发生器管构成的直通发热面之前按照预定的标准可以调整一所希望的蒸汽含量和/或所希望的焓。通过将流向直通发热面的流体介质的蒸汽含量和/或焓适当地选择高于一预定的最小蒸汽含量和/或预定的最小焓，可以保证在直通发热面的各蒸汽发生器管的下降管段中流体介质的足够高的流动速度。也就是说，蒸汽含量和由此的水-蒸汽混合物的单位体积越大，则在相同的质量流通量情况下混合物的流动速度就越高。
在此，水-蒸汽混合物的流动速度可以调整得这样高，使得可能存在于各个蒸汽发生器管的下降管段中的蒸汽气泡能够可靠地被携带走，并可以传送到连接在各下降管段之后的上升管段中。由此，即使在汽化器直通发热面的蒸汽发生器管的U型结构中，也可靠地排除了蒸汽气泡与流体介质的流动方向相反的运动，使得通过这种结构的汽化器直通发热面保证了一特别高的流动稳定性以及进而保证了对于蒸汽发生器来说一特别高的运行可靠性。
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。
蒸汽发生器1的汽化器直通发热面8按照管组形式包括多个与流体介质W的流动方向平行连接的蒸汽发生器管12。在此，各组多个蒸汽发生器管12在构成一所谓的管道层的情况下沿燃气方向x看并排地设置，使得在图1中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12中的一个。沿流体介质方向在这样并排设置的蒸汽发生器管12之前分别连接一对应配设的进口收集器14，以及在其之后连接一共同的出口收集器16。
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12提供相对更低的质流密度，其中，蒸汽发生器管12具有一自然循环特性。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。为了以特别可靠的方式利用特别简单的结构装置保证达到这一目的，所述汽化器直通发热面8包括两个沿流体介质方向串联的部段。在此，在第一部段中所述汽化器直通发热面8的每个蒸汽发生器管12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20。在第二部段中每个蒸汽发生器管12具有一个沿流体介质方向连接在该下降管段20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22。
其中，上升管段22通过一个过流段24与所述与其对应设置的下降管段20连接。
如在图1中可以看出的，所述汽化器直通发热面8的每个蒸汽发生器管12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20和上升管段22构成，而连接弧段由过流段24构成。在这种构造的蒸汽发生器管12中，流体介质W的大地测量学的压力份额在下降管段20的区域中(与在上升管段22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20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12，而不是阻止其。由此，蒸汽发生器管12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12分别在其下降管段20的进入区域和在其上升管段22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24相互连接的各个下降管段20和各个上升管段22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12的这些部段的纵向膨胀，其中各个过流段24起到膨胀弓的作用。因此，蒸汽发生器管12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。
然而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12的汽化器直通发热面8的蒸汽发生器1中，通常在蒸汽发生器管12的下降管段20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20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设计成为了所述汽化器直通发热面8提供已经部分地汽化的流体介质W。
在此，这样将流体介质D、W导向所述汽化器直通发热面8中，使得流体介质D、W在各个蒸汽发生器管12的下降管段20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，由于在各下降管段20中流体介质D、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D、W的流动方向被携带走，并通过各个过流段24传送到各个后接的上升管段22中。为了保证在蒸汽发生器管12的下降管段20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D、W引入到汽化器直通发热面8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D、W，沿流体介质方向在蒸汽发生器1的所述汽化器直通发热面8之前作为另一汽化器直通发热面连接汽化器直通发热面10。因此汽化器直通发热面10设计为一预汽化器形式，使得汽化器系统由所述另一汽化器直通发热面10和沿沿流体介质方向连接其后的汽化器直通发热面8构成。该按照预汽化器形式设置的另一汽化器直通发热面10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8的下游。与此相反，所述汽化器直通发热面8更靠近用于从燃气涡轮机排出燃气的燃气通道6的进入区域地设置，因此在运行时通过燃气承受相对强烈的热量。
另一个汽化器直通发热面10本身同样由多个与流体介质W的流动方向平行连接的蒸汽发生器管30构成。在此，这些蒸汽发生器管30被设计为，其纵轴基本上垂直取向并且对于流体介质W来说从下部的进入区域至上部的出口区域(即，由下至上)流动。为了也按照自稳定的运行特性形式来保证对于另一汽化器直通发热面10的特别高的流动稳定性，同样这些设计汽化器直通发热面10，使得一个与另一个蒸汽发生器管30相比更多受热的蒸汽发生器管30具有与另一个蒸汽发生器管30相比更高的流体介质W流通量。
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前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，在设计中保证为汽化器直通发热面8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D、W，对所述另一汽化器直通发热面10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30的尺寸，需要时也可相互区别地对待，但蒸汽发生器管30要恰当地定位。正是考虑到这些因素来这样设计所述另一汽化器直通发热面10的尺寸，即，使得在运行时在其后连接的汽化器直通发热面8中流动的流体介质D、W具有大于用来携带在各个下降管段20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、30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30中的热量。为此，在考虑其中产生的物料流量的条件下，所述另一汽化器直通发热面10具有就沿其流体介质方向连接在其后的汽化器直通发热面8的多个蒸汽发生器管12而言适当选择的多个蒸汽发生器管30。
构成另一个汽化器直通发热面10的蒸汽发生器管对于流体介质W的流动而言设计为从下向上延伸。在此，另一汽化器直通发热面10按照管组的形式包括多个沿燃气方向x看连续设置的管道层32，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30构成，并且对于它们在图1中仅仅可以看一个蒸汽发生器管30。在此，在每个管道层32的蒸汽发生器管30前分别连接一个公共的、其纵轴基本上垂直于燃气方向x取向的进口收集器34。其中，该进口收集器34连接在图1中仅仅简略表示的水引入系统36上，该水引入系统可以包括一个用于将流体介质W按照需要分配到进口收集器34上的分配系统。
在燃气通道6的输出端以及进而上部区域，构成另一个汽化器直通发热面10的蒸汽发生器管30通向多个对应配设的出口收集器38。每个基本上相互平行并并排设置的出口收集器38(它们在图1中仅仅可见一个)的纵轴基本上与燃气方向x对准。在此，出口收集器38的数量与在每个管道层32中的蒸汽发生器管30的数量匹配。
为每个出口收集器38对应配设所述汽化器直通发热面8的一个进口收集器14，该汽化器直通发热面8沿流体介质方向连接在另一汽化器直通发热面10之后。由于所述汽化器直通发热面8的U型结构，各个进口收集器14与各个出口收集器38一样都处于燃气通道6之上。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从另一个汽化器直通发热面10过流到汽化器直通发热面8中如在图2中按俯视图部分地示出的那样，将每两个相邻的管道层32的蒸汽发生器管30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30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38，使得一蒸汽发生器管30从每个管道层32分别汇入到该出口收集器38中。在此，还可以看出，每个出口收集器38与一对应配设的用于连接在另一个汽化器直通发热面10后的汽化器直通发热面8的进口收集器14一起集成为一个结构单元40。
从图2中还可以看出，构成汽化器直通发热面8的蒸汽发生器管12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12的上升管段22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16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12的下降管段20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14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的入口区域和蒸汽发生器管30的出口区域，该结构单元40一方面包括用于多个构成所述另一汽化器直通发热面8的蒸汽发生器管30的出口收集器38，另一方面包括用于分别构成所述汽化器直通发热面8的两个蒸汽发生器管12的进口收集器14。从该视图中尤其清楚地看出，从蒸汽发生器管30流出的、进入到出口收集器38中的流体介质D、W可以沿直接的路径过流到与所述汽化器直通发热面8对应配设的进口收集器14中。在流体介质D、W流通时，流体介质首先冲击到所述包括进口收集器14的结构单元40的一底板42上。由于这种冲击，在流体介质D、W从进口收集器14流出到对应配设的蒸汽发生器管12的下降管段20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12进口收集器14的端侧部段，即，使得流体介质W对于整个蒸汽发生器管12来说从与结构单元40的纵向垂直的唯一平面流出到蒸汽发生器管12中。为了使得两个蒸汽发生器管12都能达到这一点，与每个蒸汽发生器管12分别对应配设一个过流段46，所述两个蒸汽发生器管12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12的上部区域与进口收集器14的逸出开口48连接起来。通过这种结构可以将进口收集器14的所有逸出开口48定位在一个共同的垂直于结构单元40的圆柱轴线的平面内，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12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12的后接下降管段20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所述另一汽化器直通发热面10的蒸汽发生器管30的出口收集器38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32通入到结构单元40中的蒸汽发生器管30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所述汽化器直通发热面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D、W加载到基本上U型构成的汽化器直通发热面8上。由此实现了，将在构成汽化器直通发热面8蒸汽发生器管的下降管段20中存在的蒸汽气泡一同携带走，并被带到各后接的上升管段22中。为了保证为此流体介质W在流入汽化器直通发热面8中时具有足够高的流动速度，在利用连接在该发热面之前的另一汽化器直通发热面10的情况下，这样实现对汽化器直通发热面8供应流体介质，使得流入到汽化器直通发热面8中的流体介质D、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，如图5a、5b示范性地示出的那样。
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。从该设计标准的另一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
1.一种用于运行蒸汽发生器的方法，该蒸汽发生器具有一个可在近似于水平的燃气方向(x)上流通的燃气通道(6)内设置的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(W)而并联的蒸汽发生器管(12)，这些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(W)按向下的方向流过的下降管段(20)和一个沿流体介质方向连接在该下降管段之后的、近似于垂直设置并可以由流体介质(W)按向上的方向流动的上升管段(22)，其中，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，这样将所述流体介质(W)导向所述汽化器直通发热面(8)，使得在各蒸汽发生器管(12)的下降管段(20)中的流体介质(W)具有一个大于一预定最小速度的流动速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，将用于携带在所述各下降管段(20)中所产生的蒸汽气泡而需要的流动速度预定为所述最小速度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述流体介质(W)进入到所述汽化器直通发热面(8)中之前这样将其部分地预先汽化，即，使得其在进入到该汽化器直通发热面(8)中时具有一大于预定最小蒸汽含量或者预定最小焓的蒸汽含量和/或焓。
4.一种蒸汽发生器(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(W)而并联的蒸汽发生器管(12)，这些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(W)按向下的方向流过的下降管段(20)和一个沿流体介质方向连接在该下降管段之后的、近似于垂直设置并可以由流体介质(W)按向上的方向流过的上升管段(22)，其中，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，沿流体介质方向在所述汽化器直通发热面(8)之前连接另一汽化器直通发热面(10)。
5.根据权利要求4所述的蒸汽发生器(1)，其中，所述另一汽化器直通发热面(10)包括多个为了流通流体介质(W)而并联的蒸汽发生器管(30)，并且这样设计该另一汽化器直通发热面(10)，即，一个与另一汽化器直通发热面(10)的另一个蒸汽发生器管(30)相比更多受热的蒸汽发生器管(30)具有与该另一蒸汽发生器管(30)相比更高的流体介质(W)通流量。
6.根据权利要求4或5所述的蒸汽发生器(1)，其中，这样设计所述另一汽化器直通发热面(10)的尺寸，使得在运行时所述流入到其后连接的汽化器直通发热面(8)中的流体介质(W)具有一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。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的蒸汽发生器(1)，其特征在于，将一个沿流体介质方向连接在所述另一汽化器直通发热面(10)的蒸汽发生器管(30)之后的出口收集器(38)，按照其纵轴基本上平行于燃气方向(x)而对准。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的蒸汽发生器(1)，其中，所述另一汽化器直通发热面(10)包括多个沿燃气方向(x)看连续设置的管道层，其中每个管道层由多个从沿燃气方向(x)看并排设置的蒸汽发生器管(30)构成。
9.根据权利要求8所述的蒸汽发生器(1)，其中与所述另一个汽化器直通发热面(10)对应配设多个与每个管道层中的蒸汽发生器管(30)数量相当的、其纵轴基本上与燃气方向(x)对准的出口收集器(38)，其中，每个管道层的一个蒸汽发生器管(30)分别通入到每个出口收集器(38)中。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的蒸汽发生器(1)，其中，将所述另一汽化器直通发热面(10)的每个出口收集器(38)与所述汽化器直通发热面(8)的一个分别对应配设的沿流体介质方向连接在后的进入收集器(14)集成在一个结构单元中。
11.根据权利要求10所述的蒸汽发生器(1)，其中，将所述汽化器直通发热面(8)的蒸汽发生器管(12)在一个共同的、垂直于燃气方向(x)取向的平面内连接在所述与其分别对应配设的进口收集器(14)上。
12.根据权利要求7至11中任一项所述的蒸汽发生器(1)，其中，所述出口收集器(38)设置在或者位于所述燃气通道之上。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的蒸汽发生器(1)，其中，在燃气端在所述蒸汽发生器(1)之前连接一燃气轮机。
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)，这些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(D，W)按向下的方向流过的下降管段(20)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(D，W)按向上的方向流过的上升管段(22)，其中，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(D，W)通流量。应该按照相对简单的方式、以汽化器直通发热面(8)中极高程度的流动稳定性来运行该蒸汽发生器。为此，在用于实施所述方法的一特别适当的蒸汽发生器(1)中，在所述汽化器直通发热面(8)前沿流体介质方向连接另一个汽化器直通发热面(10)。
文档编号F22B29/06GK1682076SQ03821489
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