专利名称：用于蒸汽发生器的直通蒸发器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种蒸汽发生器，特别是涉及一种用于蒸汽发生器的蒸发器和用于这种蒸发器的管装置。
背景技术：
蒸汽在工业中被广泛应用，或许其最主要的用途是用于发电。典型地，在许多情况下，由燃烧造成的热气体，流经蒸汽发生器，把水转化为过热蒸汽。这些装置的代表是热回收蒸汽发生器，它吸收由驱动发电机的气体涡轮中排出的热气体的热量，这些热量用来产生蒸汽，而这些蒸汽又传递到驱动另一个发电机的蒸汽涡轮。
典型的蒸汽发生器的最基本构造，除了一个热气体通过的管路，还包括管路中相应于气体流动而顺序安置的三个附加结构，分别是过热器、蒸发器、和给水加热器。水以相反方向流动首先流入给水加热器被加热，但仍保持液体状态；随后进入蒸发器，水大部分转化为饱和蒸汽；然后流入过热器，饱和蒸汽转化成过热蒸汽。
蒸发器包括两种基本的类型循环类型和直通类型，它们各具优点和缺点。两种类型的蒸发器在管路中都安装有热气体通过的一组管子。
在循环类型的蒸发器中，上述管子和其上方的一个蒸汽筒成循环排列。蒸汽筒中有水，水从蒸汽筒通过一个下水管流入上述管子中，在管子中的一部分水转化为蒸汽。但是蒸汽以气泡的形式存在于水中，并且通过一个立管回返至蒸汽筒中。蒸汽筒里的饱和蒸汽从液态水中分离出来，进入过热器。饱和蒸汽离开蒸汽筒后，水随后由给水器注入蒸汽筒中。循环蒸发器的管子自始至终都是湿的，也就是说，液态水充满管子的内部。这样有助于产生良好的热传递效果，并且使管子保持相对适中的温度，从而免除管道装置使用耐高温合金材料的需要。
但是循环蒸发器也有缺陷。可能最大的缺陷应该归因于下列结构的花费蒸汽筒、大的下水管和给管子供水的供应管。而且需要耗费时间使其中的蓄水部分达到沸腾温度，致使循环蒸发器的启动时间延长。
直通蒸发器不需要下水管或者蒸汽筒，制造成本相对便宜，而且水直接储存在管子中，以及与管子相通的供应管中。这些条件使直通蒸发器比自然循环蒸发器运转快速。然而，直通蒸发器必须使水完全转化为蒸汽，以便只有不包含液态水的蒸汽从管子中流入过热器。蒸发器需要借助一个位于水流上游的注水泵，使水在蒸发器内以一种控制的速度循环，如果这种速度适中，可以使蒸汽在一种饱和或者稍微过热的状态下离开蒸发器。
因此，在直通蒸发器中，与在循环蒸发器中一样，管壁最接近入水口处是湿的，因为这些管子的端口只流过液态水。但是下一步，水将在管子中转化为水雾，并进一步转化为饱和蒸汽。在水雾流动的区域，水与管壁的内表面被隔离开，所以水雾存在于管子中心外的区域并向前延伸。环绕此中心区域的管壁是干燥的，使管壁的温度较高，热量交换效果较差。较高的温度将要求管子使用耐高温的金属，也就是一种昂贵的高合金钢。
图1是一个蒸汽发生器的结构剖面图，安装有根据本发明所构成和所限定的直通蒸发器；图2是蒸发器的立体图；图3是沿图2中的3-3线的剖面图；图4是一个蒸发器管子的一端的剖面图，显示了固定在管子上的一个螺旋带；图5是图4中的剖面图旋转了90°后，与图4相近似的一个剖面图；图6是一个蒸发器管子沿截面部分切开的结构剖面图，显示了管子中的流动。
最佳实施例如图1所示的蒸汽发生器A，其主要包括有一个输入口4和一个输出口6的管路2。输入口4与一个热气源，例如气体涡轮或者燃烧器相连接。热气体由输入口4进入管路12，由输出口6排出。此外，蒸汽发生器A还包括一个过热器12、一个蒸发器14和一个给水加热器16，依次安装在管路2的输入口4到输出口6之间。因此，热气体首先流经过热器12，然后经过蒸发器14，最后流经给水加热器16。水以与热气体相反的方向流动。给水加热器16与一个注水泵18连接，由注水泵18将水送入给水加热器16。给水加热器16吸收热气体的热量，把热量传递给流过给水加热器16的液态水，从而使水的温度提高，但水仍呈液态。液态水从给水加热器16流出后，流到蒸发器14。蒸发器14将水转化为蒸汽，大部分为饱和蒸汽。蒸汽随后进入过热器12，经加热后转化为过热蒸汽，可以用来驱动涡轮，用于某些工业生产，也可以用于建筑物内取暖。过热器12、蒸发器14、以及给水加热器16基本上都是管组状。蒸发器14是直通式方式运作。实际上，此蒸汽发生器A可以有多个蒸发器14。
如图2所示，蒸发器14包括一个供应管26、一个排出管28和若干个在供应管26和排出管28之间延伸的管子30。供应管26有一个与给水加热器16相连接的输入端口32，用于接收从给水加热器16流出来的已加热的水。事实上，水是在注水泵18产生的压力作用下，从给水加热器16通过输入端口32流入蒸发器14。排出管26有一个与过热器12相连接的输出端口34，由水转化成的饱和蒸汽或者稍微过热的蒸汽通过输出端口34直接进入过热器12。管子30上附有翼片36，这些翼片36有助于吸收流经管路2的气体的热量。
热水经过供应管26进入管子30后，转化为蒸汽，蒸汽随后经过排出管28流入过热器12。因此，在每个管子30最接近供应管20的部分包含着液态水，而在最接近排出管28的部分包含着饱和蒸汽及稍微过热的蒸汽。在每个管子30的中间部分，液态水处于转化状态，并变为蒸汽。在此，水沸腾，转化为水雾或者水与饱和蒸汽的混合物。再往前，水雾进一步变为饱和蒸汽，并且饱和蒸汽最终变为过热蒸汽，尽管只是稍微过热。在管子30的过热区域，如果确实包含有过热蒸汽，这段区域也是十分短的。管子30的构成材料是碳钢或者铬钼合金钢。
如图3-5所示，每个管子30内都有一个螺旋带40，螺旋带40的一端从管子30与供应管26相连接的输入口开始，穿过水雾存在的区域延伸。每个螺旋带30的宽度都略小于其所延伸的管子30的内径，方便了螺旋带40在管子30中插入和抽取，而不受管子30的妨碍。每个螺旋带40的最佳宽度是小于管子30内径1/16英寸，管子30的内径至少有2英寸。螺旋带40在其两端间多次螺旋式弯曲，所以它的边缘沿着管子30的内表面呈螺旋形状。事实上，螺旋带40的一个360°全角螺旋在管子30内所占的长度是管子30直径的5-25倍。例如，对于一个内径为2英寸的管子30，其中的螺旋带40的一个螺旋占据管子30的长度为管子30直径的5倍，即螺旋带40的一个360°全角螺旋将占据管子40的10英寸。位于管子30输入口处的螺旋带40的一端固定在一个支柱42上，支柱42横向穿过管子32的输入口。所述支柱42焊接在管子30的一端及螺旋带40上，因此把螺旋带40固定在它的管子30上。螺旋带40是由一种金属构成，此金属能够耐受稍微过热的蒸汽的温度，并且能与构成管子30的金属相容，使敏感的电化学反应最小。如果管子30是碳钢材料，不锈钢是适宜的选择。
在蒸汽发生器A的运转中，流经管路2的热气体，依次经过过热器12的管子、蒸发器14和给水加热器16。在此过程中，热气体的温度逐渐减低。注水泵18将水送入给水加热器16，水在流过给水加热器16的管子时，吸收热气体流经给水加热器传递出来的热量。水的温度升高，但仍呈液态。在注水泵18产生的压力作用下，水从给水加热器16流入蒸发器14的供应管26，然后进入蒸发器14的管子30。水在管子30中时，管子30遇到流经管路2的较高的温度的热气流。事实上，热气流在流经蒸发器14时，使管子30的温度升高到足以使在管子30中的水转化为蒸汽。水在最初进入管子30时呈液态，但是当它在管子30中流过时开始沸腾，产生水雾。螺旋带40穿过水雾存在的区域延伸，在水雾向排出管28流动过程中产生一定量的涡流。如图6所示，涡流带动水雾，也就是水颗粒触击管子30的内表面，从而使流经管子30的热气体与在管子30中流动的水雾更好更有效地进行热量交换，这样也防止管子30过热。如果没有螺旋带40，水雾将存在于管子30的中心，并被沿着管子30内表面的饱和蒸汽或者过热蒸汽包围。这将导致水雾存在的区域中的管子30处于较高温度。当管子30中的水雾流向排出管28时，水雾转化为饱和蒸汽，甚至变为过热蒸汽，尽管只是稍微过热。管子30中仅含有过热蒸汽的区域是短的，并且因为热量从过热蒸汽存在的区域传导到水雾和液态水所在的区域，因此所述仅含有过热蒸汽的区域能够保持相对适中的温度。
如果螺旋带40不是在供应管26处固定在管子30上，它们也可以在排出管28处固定在管子30上，这样螺旋带40将向供应管26方向延伸。螺旋管40可能延伸于管子30的全长，通过或仅仅穿过水雾流经的区域。蒸发器14的管子30可以不是以单组方式安装，而可能按多组的方式组成。
权利要求
1.一种用于蒸汽发生器的直通蒸发器，其特征在于，所述蒸发器包括一个用于接收液态水的供应管；一个与供应管相分开的用于接收蒸汽的排出管；多个连接供应管和排出管并且在供应管和排出管之间延伸的管子，使得水可以从供应管流向排出管，并借助上述管子的热量使水转换成蒸汽；用于在上述管子中至少一些管子中的水雾中产生涡流的带子，这些水雾是水在所述管子中转化为蒸汽而生成。
2.一种根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述的每个带子都是螺旋式的，要使带子的边缘在带子所在的管子中沿着管子的内表面形成螺旋。
3.一种根据权利要求2所述的蒸发器，其特征在于，所述的每个带子的一个360°角螺旋所占的长度是管子直径的5-25倍。
4.一种根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述的在管子中延伸的带子固定在管子的一端。
5.一种根据权利要求2所述的蒸发器，其特征在于，所述的蒸发器还包括一个横向穿过管子延伸的支柱，而管子包含固定在管子的一端上的一个带子，所述的支柱固定在管子上并穿过管子延伸，而所述管子中的带子固定在所述支柱上。
6.一种根据权利要求4所述的蒸发器，其特征在于，所述的每个固定在管子的位于供应管一端的带子在管子中延伸。
7.一种根据权利要求2所述的蒸发器，其特征在于，所述的在管子中延伸的每个带子的宽度都小于管子的内径。
8.一种蒸汽发生器，其特征在于，它包括一个流过热气体的管路、位于管路中的一个给水加热器、相应于气体流动方向位于给水加热器之前的一个过热器、一个为给水加热器供给液态水的泵、一个在管路中位于过热器与蒸发器之间并且与给水加热器和过热器相连的改进的直通蒸发器，要使得从给水加热器流进蒸发器的水在蒸发器内先转化为水雾，然后转化为蒸汽，蒸汽直接进入过热器而成为过热蒸汽，所述的蒸发器包括多个位于管路中的热气体流过的管子；在每个管子中的水雾流动区域安装的一个螺旋带。
9.根据权利要求8所述的组合，其特征在于，所述的每个带子都是螺旋的，使其边缘沿着管子的内表面形成螺旋状。
10.根据权利要求8所述的组合，其特征在于，所述的每个带子都是固定在它所延伸通过的管子的一端。
11.根据权利要求10所述的组合，其特征在于，所述的蒸发器还进而包括一个延伸穿过每个管子一端、并把带子固定在所述管子一端的支柱；并且，所述的管子中的螺旋带固定在所述支柱上。
12.根据权利要求8所述的组合，其特征在于，所述的每个管子中的液态水先转化为水雾，然后转化为饱和蒸汽；并且，所述的管子中的带子至少位于水雾流动的区域。
13.根据权利要求12所述的组合，其特征在于，所述的每个管子中的螺旋带从管子的输入口处开始延伸，至少穿过管子中有水雾存在的区域。
14.为了直通蒸发器的使用，其组合包括一个有输入端和输出端的管子；一个安在管子中、沿着管子内表面有螺旋边缘的螺旋带。
15.根据权利要求14所述的组合，其特征在于，所述的带子固定在管子的一端。
16.根据权利要求14所述的组合，其特征在于，所述的带子的一个360°全角的螺旋在管子中所占的长度是直径的5-25倍。
17.根据权利要求14所述的组合，其特征在于，所述的每根管子中的螺旋带的宽度略小于管子的内径。
18.根据权利要求14所述的组合，还包括管子一端中的水和管子另一端中的蒸汽、以及在水和蒸汽存在区域之间的水雾流动的区域，而且所述带子位于水雾流动的区域中。
全文摘要
一种蒸汽发生器，包括一个直通蒸发器(14)。在直通蒸发器(14)的多个管子(30)中，流经管子(30)的热气体将水转化为蒸汽。每个管子(30)内有一根螺旋形的金属带子(40)，带子(40)在由沸腾产生的水雾中引起涡流。涡流让水雾使管子的内表面变湿，然后产生一种良好的热量交换，并且使管子保持一种适中的温度。
文档编号F22B29/06GK1703599SQ200380100921
公开日2005年11月30日 申请日期2003年10月2日 优先权日2002年10月4日
发明者约瑟夫·E·斯科路德 申请人:鲁特/埃里克森有限公司