专利名称：传热管的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及在联合循环发电设备的热回收蒸汽发生器中通过传热管改善 的传热。更具体地，本发明涉及传热管的外表面中的变形，以增强热回收蒸汽发生器内的传 热，同时也降低热回收蒸汽发生器内的压降。
背景技术：
如已知的，联合循环发电设备包括热回收蒸汽发生器，该热回收蒸汽发生器用于 从燃气涡轮机的排气中回收热，以产生用于驱动蒸汽涡轮机的热。热回收蒸汽发生器当前 使用多个管，这些管将来自燃气涡轮机排气的热能传给管内的水/蒸汽，从而产生蒸汽或 提高蒸汽温度。管具有实心锯齿状翅片以促进传热。管内的水/蒸汽通过传送排气而被加 热，从而产生用于驱动联合循环发电设备的蒸汽涡轮机的蒸汽或过热蒸气。然而，压降发生 在热回收蒸汽发生器的空气端(air side)，这不利地影响了燃气涡轮机的性能。增加翅片 的数量来改善管上的传热会引起不期望的压降增加。这是因为翅片试图通过简单地增加表 面面积来增强传热，这导致阻力增加，从而增大了压降。使用翅片的传热系数的大部分改 善被增加的压降削弱。例如，对于引起10%的传热系数增加的锯齿状翅片，压降的代价是 25%。热回收蒸汽发生器是联合循环发电设备的总成本的重要部分。通过改善热回收蒸 汽发生器内的传热效率，可降低联合循环发电设备成本。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种热回收蒸汽发生器的蒸发器包括至少一个管。该至 少一个管具有外表面，该外表面具有形成在其中的多个变形，这些变形足以在该至少一个 管周围的气体流中引入湍流，以增强从气体到该至少一个管的传热。根据本发明的另一个方面，用于热回收蒸汽发生器的具有至少一个管的蒸发器的 建造方法包括在该至少一个管的外表面中形成多个变形，这些变形足以在该至少一个管 周围的气体流中引入湍流，从而增强从气体到该至少一个管的传热。根据本发明的再一个方面，一种联合循环发电设备包括由燃气涡轮机驱动以产生 电的第一发电机。在燃气涡轮机的运行期间产生排气。该联合循环发电设备还包括布置成 接收来自燃气涡轮机的排气的热回收蒸汽发生器。该热回收蒸汽发生器包括具有至少一个 管的蒸发器，该至少一个管可接纳流过其中的水。该至少一个管设置成暴露于排气，使得排 气流围绕该至少一个管通过，将来自排气的热传送给该至少一个管，且从而流过该至少一 个管的水足以将水蒸发成蒸汽。该至少一个管具有外表面，该外表面具有形成在其中的多 个变形，这些变形足以在排气流中引入湍流，以增强从排气到该至少一个管的传热。该联合 循环发电设备也包括由蒸汽涡轮机驱动以产生电的第二发电机。该蒸汽涡轮机能接纳来自 热回收蒸汽发生器的用于驱动该蒸汽涡轮机的蒸汽。从结合附图的下列描述中，这些和其它优点和特征将变得显而易见。
被认为是本发明的主题在本说明书所附的权利要求中被特别地指出且清楚地要 求保护。本发明的上述和其它特征和优点由结合附图的下列具体实施方式
是明显的，附图 中图1是联合循环发电设备的示意图；图2是热回收蒸汽发生器中的管的透视图，这些管暴露于燃气涡轮机排气，以便 将来自燃气涡轮机排气的热能传送给管内的水，从而产生蒸汽；图3是图示了根据现有技术的气流在其周围的管的示意性横截面视图；图4是图示了根据本发明的气流在其周围的管的示意性横截面视图；图5是图3的管周围的气流的速度曲线图(profile diagram)；图6是图4的管周围的气流的速度曲线图；以及图7是图4的管周围的气流的压降减少的曲线。借助参考附图的示例，具体实施方式
解释了本发明的实施例以及优点和特征。部件列表
具体实施例方式参考图1，一般地在10处示出了一种联合循环发电设备。在联合循环发电设备10 的第一循环中，燃气涡轮机12被连接到用于产生电的发电机14上。空气通过进气口 16被 吸入燃气涡轮机12，而燃料在入口 18处提供给燃气涡轮机。燃料被燃烧以驱动燃气涡轮机 12，并且所得到的燃烧气体被排放。燃气涡轮机12驱动产生电的发电机14。在简单循环发 电设备中，热排气将被损失，然而在联合循环发电设备10中，热排气被用来驱动第二循环。在联合循环发电设备10的第二循环中，热排气被捕获并引入热回收蒸汽发生器 20。该热回收蒸汽发生器20使用高通蒸发器22和低通蒸发器24，其具有暴露于来自燃气 涡轮机12的热排气的多个管(未示出)。如以下所讨论的，通过管供给水。排气加热管，管 将热传给水，使水蒸发成蒸汽。此蒸汽被输送至蒸汽涡轮机28以驱动该蒸汽涡轮机28，蒸 汽涡轮机28又驱动用于产生电的发电机30。通过蒸汽涡轮机28的蒸汽被输送给蒸汽冷凝 器32，在这里蒸汽凝结回水并被输送给储存器26。储存器26处的水被冷却塔33冷却，且 冷却后的水被输送给蒸汽冷凝器32以将蒸汽凝结回液态。蒸汽冷凝器32处的水也被输送 给热回收蒸汽发生器20，这里水被通过管供应，此水没有被冷却。热回收蒸汽发生器20具有进气管34，该进气管34接收来自燃气涡轮机12的排 气，并将该排气引入高通蒸发器22，然后进入低通蒸发器24。蒸发器包括管(未示出)，这 些管用来将经过那里的液体水蒸发成蒸汽。然后排气被排出到烟囱40。参考图2，管42在入口歧管44和出口歧管46之间布置成阵列。各个管42均具有 多个自那里向外延伸的实心锯齿状翅片47，这些翅片试图通过简单地增加表面面积来促进 传热。液体水通过管道48输送到入口歧管44，并通过歧管44分配给管42。如由线50表 示的排气环绕管42通过，由此加热管42。管42内的液体水在被充分加热时产生蒸汽，其进 入出口歧管46并经由管道49离开热回收蒸汽发生器20。期望的是从排气到管42的改善 的传热。如上所提及，热回收蒸汽发生器20对于联合循环发电设备10的总效率和成本有 重大贡献。可改善总的传热效率，由此可降低设备成本。参考图3，示出了现有技术的管42’，其具有通常光滑的外表面52和前面提到的翅 片(未示出)。由线54图示的排气流向管42’移动，当它到达管42’的外表面52时，其与 用56标示的层流边界层(laminarboundary layer)形成接触。层流边界层56是排气流碰 撞并沿管42’的外表面52前进直到排气流到达用58标示的分离点的层。在该点处，排气流将继续沿其路径远离管42’。然后，排气流将产生超过分离点58的由涡流62组成的尾流 (wake)(用60标示)。这些涡流62产生尾流60内的低压区域，该低压区域对于传热是低 效的，并且是压降的主要贡献者。现在参考图4，示出了本发明的管42”。管42”具有粗糙的外表面66和前面提到 的翅片(未示出)。粗糙的外表面66通过用凹口或凹坑68使外表面变形而形成。这些变 形(也就是凹口或凹坑68)可构造成图案以在外表面66处获得期望的流。由线70图示的 排气流向管42”移动，当它到达管42”的外表面66时，其与以72标示的层流边界层形成接 触。层流边界层72是排气流碰撞并沿管42”的外表面66前进直到排气流到达用74标示 的分离点的层。在该点处，排气流与将湍流引入排气流中的变形68相互作用。湍流促进从 层流边界层72到湍流边界层76的过渡。湍流边界层76是在管42”上从排气流最初接触 的点进一步向后定向的范围。在湍流边界层76中，变形68产生湍流，其帮助将排气流保持 在管42”的表面66处。因此，防止了如图3的管42’中所见的过早的分离。排气流将继续 沿其途径远离管42”。然后，排气流将产生超过分离点74的由涡流80组成的尾流(用78 标示)。这导致明显小于由图3的管42’所产生的低压力区域或范围，这因而导致压降减少 和排气与管42”之间的传热增加。参考图5，示出了管42’周围的气流的速度曲线图。该速度曲线图示出了管42’的 外表面52处的高速度向量，其对于传热是低效的。参考图6，示出了管42 ”周围的气流的速度曲线图。该速度曲线图示出了管42 ”的 外表面52处与图5中所示的速度向量相比明显更低的速度向量，其对于传热更加有效。现在参考图7，大体上示出了管42”周围的气流的压降减少曲线，其中，y轴线是以 帕斯卡为单位的压降，而χ轴线是以英寸为单位的粗糙度。线的斜率表明，当变形68的大 小增加时，有较小的压降，这有利于排气和管42”之间的传热，且因而有利于联合循环发电 设备的总效率。尽管已经关于仅有限数量的实施例详细地描述了本发明，但应当容易了解的是， 本发明不限于此类公开的实施例。相反地，可对本发明进行修改以结合许多迄今尚未描述 的变化、变更、替换或等价装置，但这些均与本发明的精神和范围相称。此外，尽管已经描述 了本发明的不同实施例，但应当了解的是，本发明的各方面可仅包括所描述实施例的其中 一些。因此，不能认为本发明由上述的描述所限制，而是仅由所附权利要求的范围所限制。
权利要求
一种热回收蒸汽发生器(20)的蒸发器(22，24)，所述蒸发器(22，24)具有至少一个管(42)，所述至少一个管具有外表面(66)，该外表面具有形成在其中的多个变形(68)，所述变形(68)足以在所述至少一个管(42)周围的气体流中引入湍流，以增强从该气体到所述至少一个管(42)的传热。
2.如权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述变形(68)包括凹坑(68)。
3.如权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述变形(68)布置成图案。
4.如权利要求2所述的蒸发器，其特征在于，所述凹坑(68)布置成图案。
5.一种用于热回收蒸汽发生器(20)的蒸发器(22，24)的建造方法，所述蒸发器(22， 24)具有至少一个管(42)，所述建造方法包括在所述至少一个管(42)的外表面(66)中形成多个变形(68)，所述变形(68)足以在所 述至少一个管(42)周围的气体流中引入湍流，以增强从该气体到所述至少一个管(42)的 传热。
6.如权利要求5所述的建造方法，其特征在于，所述变形(68)包括凹坑(68)。
7.如权利要求5所述的建造方法，其特征在于，所述变形(68)布置成图案。
8.如权利要求6所述的建造方法，其特征在于，所述凹坑(68)布置成图案。
全文摘要
本发明涉及传热管，具体而言，一种联合循环发电设备包括由燃气涡轮机所驱动以产生电的第一发电机(20)。该联合循环发电设备还包括布置成接收来自燃气涡轮机的排气的热回收蒸汽发生器(20)。该热回收蒸汽发生器(20)包括具有可接纳流过其中的水的管(42)的蒸发器(22，24)。该管(42)布置成暴露于排气，使得排气流围绕该管(42)通过，将来自排气的热传送给管(42)，且从而流过管(42)的水足以将水蒸发成蒸汽。各管(42)均具有外表面，该外表面具有形成在其中的多个变形(68)，这些变形足以在排气的流中引入湍流，以增强从排气到管(42)的传热。
文档编号F22G1/00GK101915412SQ201010118538
公开日2010年12月15日 申请日期2010年1月21日 优先权日2009年1月23日
发明者S·A·莱奥内, T·F·泰勒, 张华 申请人:通用电气公司