专利名称：热回收蒸汽发生器锅炉管布置的制作方法
技术领域：
本文所公开的主题涉及在热回收蒸汽发生器中的锅炉管。
背景技术：
燃气润轮联合循环动力系统(power systems)包括机械地连接到发电机 (generator)的燃气涡轮发动机。燃气涡轮发出热排气，热排气被导向通过热回收蒸汽发生器(heat recovery steam generator, HRSG)。排气流经HRSG中的入口管道且流经壳体， 壳体包括多个锅炉管。锅炉水或蒸汽流经锅炉管且由排气流加热，导致可用于向蒸汽涡轮提供动力的热蒸汽。
发明内容
根据本发明的一方面，一种热回收蒸汽发生器包括壳体，其具有入口和出口 ’锅炉管，其安置在壳体中，锅炉管限定内腔和外表面，锅炉管具有带纵轴和横轴的截面形状， 其中纵轴的长度大于横轴的长度；以及，至少一个翅片，其布置在锅炉管的外表面上。根据本发明的另一方面，一种动力系统包括燃气涡轮发动机，其具有排气管道和热回收蒸汽发生器，热回收蒸汽发生器包括壳体，其具有出口和连接到排气管道的入口 ； 锅炉管，其安置在壳体中，锅炉管限定内腔和外表面，锅炉管具有带纵轴和横轴的截面形状，其中纵轴的长度大于横轴的长度；以及，至少一个翅片，其布置在锅炉管的外表面上。根据本发明的又一方面，一种锅炉管组件包括管，其安置在壳体中，管限定内腔和外表面，管具有带纵轴和横轴的截面形状，其中纵轴长度大于横轴长度；以及，至少一个翅片，其布置在管的外表面上。通过下文结合附图的描述，这些和其它优点和特点将变得更明显。
被认为是本发明的主题在所附的权利要求中特别地指出且明确地主张。通过结合附图来理解下文的详细的描述，本发明的前述和其它特点和优点将是明显的，在附图中图I示出示例性联合循环动力系统的系统图。图2示出锅炉管组件的示例性实施例的一部分的侧视图。图3示出沿着图2的线3-3所截取的截面图。图4示出锅炉管组件的替代示例性实施例的一部分的侧视图。图5示出沿着图4的线5-5所截取的截面图。图6示出在图I的HRSG的一部分中的锅炉管组件布置的示例性实施例的截面图。图7示出千瓦输出变化与排气压力变化关系的曲线图。图8示出系统效率变化与排气压力变化关系的曲线图。图9示出在图I的HRSG的一部分中的锅炉管组件布置的替代示例性实施例的截面图。
图10示出锅炉管组件的布置
部件列表
100动力系统
101空气
102燃气涡轮发动机
103排气
104发电机
106进气室
108压缩机部分
110燃烧器部分
112涡轮部分
114排气室
116入口管道
118热回收蒸汽发生器
120壳体
122锅炉管
124泵
125出口管道
126蒸汽涡轮
128发电机
130冷凝器
202锅炉管组件
204管
206翅片
208外表面
301长轴(纵轴)
303短轴(横轴)
304内表面
402锅炉管组件
404管
406翅片
408外表面
501纵轴
502腔
503横轴
504内表面
505半径
510纵向区段
512端部区段
601间距(间隔)602行604行发明详述参看附图以举例说明的方式解释本发明的实施例，以及优点和特点。
具体实施例方式图I示出示例性联合循环动力系统100的系统图。该系统100包括机械地连接到发电机104的燃气涡轮发动机102。燃气涡轮发动机102包括进气室(air intake plenum) 106、压缩机部分108、燃烧器部分110、涡轮部分112和排气室(管道)114。排气室114连接到热回收蒸汽发生器(HRSG) 118的入口管道116。HRSG 118包括壳体120，壳体120包围锅炉管122。壳体120连接到出口管道125。锅炉管122连接到泵124和蒸汽涡轮126。蒸汽涡轮126机械地连接到发电机128。蒸汽涡轮输出蒸汽到冷凝器130，冷凝器130连接到泵124。在操作中，空气101流入到进气室106且由压缩机108加压。燃料添加到压缩空气且在燃烧器110中点燃。热膨胀气体流经涡轮112，涡轮112使得压缩机108和发电机 104旋转且驱动压缩机108和发电机104。排气103从排气室114流动且进入到入口管道 116和HRSG 118的壳体120。排气103流经HRSG 118且围绕锅炉管122，加热流经锅炉管 122的锅炉水。锅炉水转变成蒸汽，蒸汽驱动蒸汽涡轮126和机械地连接的发电机128。蒸汽离开蒸汽涡轮126且由冷凝器130冷凝为水，水由泵124加压。图2示出锅炉管组件202的示例性实施例的一部分的侧视图。锅炉管组件202包括管204和翅片206，翅片206在管204的外表面208上平行地布置。管204和翅片206由任何合适的材料制成，包括(例如)钢或另外的金属材料。翅片206可使用诸如焊接、钎焊、 粘合剂或机械链结这样的合适方法固定到管204的外表面208上。图3示出沿着锅炉管组件202的(图2的)线3_3所截取的截面图。锅炉管组件 202包括腔302，腔302由具有内表面304的管204限定。管204为椭圆形，具有长轴(纵轴)(y)301和短轴(横轴)(x)303，其中y > X。图4示出锅炉管组件402的替代示例性实施例的一部分的侧视图。锅炉管组件 402包括管404和翅片406，翅片206在管404的外表面408上平行地布置。图5示出沿着锅炉管组件402的(图4的)线5_5所截取的截面图。锅炉管组件 402包括腔502，腔302由具有内表面504的管404限定。管404为具有纵轴(a) 501和横轴(b)503的丸形(pill shaped)，其中a > b。管404包括平行纵向区段510和形成连续形状的端部区段512。锅炉管组件402的端部区段512为圆形，具有半径(r)505。图6示出在(图I的)HRSG 118的一部分中的锅炉管组件布置202的示例性实施例的截面图。示出来自燃气涡轮发动机102的排气103的流动路径。在操作中，锅炉水流经锅炉管组件202的腔204。排气103经由翅片206和管204向锅炉水传热。锅炉管组件 202的椭圆形通过使每个管组件202的表面积在排气103的流动路径方向上延长和变平而改进了排气103的流动，且降低了通过HRSG118的压力损失。管204和翅片206的椭圆形状增加了锅炉管组件202的表面积(与圆形管和翅片组件相比)且增加了每个管向锅炉水的传热。锅炉管组件202改进的传热也可允许锅炉管组件202的间距(间隔)(由箭头601指示)相对更大(大于圆形管的布置)同时维持HRSG118的所需传热规格(热交换器效果)。 锅炉管组件202增加的间距在排气流经HRSG 118时进一步减小了压力损失且改进了排气 103的流率。举例而言，参看图1，排气103在HRSG 118的入口管道114处具有压力Pl且在出口管道125处具有压力P2。压差可表达为ΛΡ = P2-P1。在图示实施例中，该ΛΡ小于具有以更小间隔而分隔的管的HRSG(例如，圆形锅炉管布置)的ΛΡ。在图示实施例中 ΔΡ通过降低涡轮112上的背压而提高了(图I的)燃气涡轮发动机102的效率。燃气涡轮发动机102的提高的效率提高了系统100的总效率。锅炉管组件202增加的传热的另一优点在于可减少在HRSG 118中锅炉管组件202 的数量；因此，减小HRSG118的总大小(和成本)同时维持所需的热交换器效果值。图7示出了类似于上文所述的系统100的联合循环系统的千瓦(kW)输出(CCkW) 和简单循环的千瓦输出(SCkW)的变化与涡轮发动机的排气压力的变化dP(A P)(以水柱英寸数为单位)的关系的曲线图。就此而言，排气压力的减小导致输出增加。图8示出联合循环系统的效率(CCeff)和简单循环的效率(SCeff)的变化与涡轮发动机的排气压力的变化dP( ΔP)(以水柱英寸数为单位(in inches of water))关系的曲线图。排气压力减小导致效率提高。排气103改进的流率通过在排气103流经HRSGl 18时向锅炉管组件202更均匀地传热而改进锅炉管组件202的传热。举例而言，参看图6，沿着行602的管比沿着行604的锅炉管组件202接收更高温度和流率的排气103，这归因于气体通过HRSG 118时排气103 中的热损失。图示实施例改进的流动路径减小传到行602中的锅炉管组件202与行604中的锅炉管组件202的热之间的差异。沿着排气103的流动路径向锅炉管组件202更均匀传热提高了 HRSG 118和系统100的效率且可允许减少HRSG 118中的锅炉管组件202的数量同时维持所需的热交换器效率值。在HRSG 118中减少的锅炉管组件202的数量可允许减小HRSGl 18的大小。图9示出在(图I的)HRSG 118的一部分中的锅炉管组件布置402的替代示例性实施例的截面图。锅炉管组件布置402类似于图6所示的布置。图10示出在(图I的)HRSG 118的一部分中的锅炉管组件布置202的另一替代示例性实施例的截面图。锅炉管组件202布置成交错的行。虽然仅关于有限的几个实施例描述了本发明，但应易于了解本发明并不限于这些公开的实施例。而是，可修改本发明以合并之前未描述的任意多个变型、更改、替代或等效布置，但这些仍与本发明的精神和范围相符。此外，虽然描述了本发明的各种实施例，但应了解本发明的方面可仅包括所描述实施例中的一些。因此，本发明不应视作受前文的描述限制，而是仅受所附权利要求的范围限制。
权利要求
1.一种热回收蒸汽发生器(118)，包括壳体(120)，其具有入口 (116)和出口 (125)；锅炉管(202)，其安置在所述壳体(120)中，所述锅炉管(202)限定内腔(302)和外表面(208)，所述锅炉管具有带纵轴(301)和横轴(303)的截面形状，其中，所述纵轴(301)的长度大于所述横轴(303)的长度；以及至少一个翅片(206)，其布置在所述锅炉管(202)的外表面(208)上。
2.根据权利要求I所述的热回收蒸汽发生器(118)，其特征在于，所述锅炉管(202)的截面形状为椭圆形。
3.根据权利要求2所述的热回收蒸汽发生器(118)，其特征在于，所述至少一个翅片 (206)为椭圆形。
4.根据权利要求I所述的热回收蒸汽发生器(118)，其特征在于，所述锅炉管(202)的截面形状包括第一纵向区段(510)和第二纵向区段(510)，所述第一纵向区段(510)平行于所述第二纵向区段(510)布置。
5.根据权利要求4所述的热回收蒸汽发生器(118)，其特征在于，所述锅炉管(202)的截面形状还包括第一沿半径转动成形的横向区段(512)和第二沿半径转动成形的横向区段(512)。
6.根据权利要求I所述的热回收蒸汽发生器(118)，其特征在于，所述至少一个翅片 (206)包括平面表面。
7.根据权利要求6所述的热回收蒸汽发生器，其特征在于，所述至少一个翅片(206)的平面表面与第二翅片(206)的平面表面平行地布置。
8.根据权利要求I所述的热回收蒸汽发生器，其特征在于，所述入口(116)连接到燃气涡轮发动机(102)的排气管道(114)。
全文摘要
本申请涉及热回收蒸汽发生器锅炉管布置。其中，一种热回收蒸汽发生器(118)包括壳体(120)，其具有入口(116)和出口(125)；锅炉管(202)，其安置在壳体(120)中，锅炉管(202)限定内腔(302)和外表面(208)，锅炉管具有带纵轴(301)和横轴(303)的截面形状，其中纵轴(301)的长度大于横轴(303)的长度；以及，至少一个翅片(206)，其布置在锅炉管(202)的外表面(208)上。
文档编号F22B33/18GK102607003SQ20121002450
公开日2012年7月25日 申请日期2012年1月19日 优先权日2011年1月24日
发明者J·R·坎贝尔 申请人:通用电气公司