专利名称：蒸汽发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以化石为燃料的蒸汽发生器，包括一个垂直烟道，该烟道在靠近火焰的部分中的气密管壁是由与水平方向成倾斜角a的倾斜设置的并且具有内肋的蒸发器管构成。
为了获得高的发电厂效率，装有连续蒸汽发生器的新一代火电厂的烧化石燃料的蒸汽锅炉是按照直到约为600℃的高蒸汽温度和250至300巴的高新蒸汽压力进行设计的。为此，过热器出口收聚器的壁厚和蒸汽发生器与汽轮机之间的蒸汽管道的壁厚，以及汽轮机出端部分的壁厚都必须选择得很大，使得能允许的温度变化速率非常小，为1至2K/min(开尔文/分)。由于此原因，这种发电厂只能很慢地起动。由于起动慢，由此产生的起动损失大，在频繁起动情况下，高的发电厂效率大部分又都损失掉了。
由于对电能的需求量是波动的，常常要求急剧减少发电厂功率，而这种停机和起动又非常的不经济，因此蒸汽温度达到约600℃的这种蒸汽发电厂在低于满负荷(100%负荷)的30%的低负荷也必须能够运行，以避免具有厚壁的部件完全冷却后又再次受热。但是，在这种现有的蒸汽发生器中，当负荷为低于满负荷的35-40%的部分负荷时，蒸汽温度大大下降。
为了使现有的蒸汽发生器在上述部分负荷以下时也能动转，通常借助于一个循环泵为负荷在满负荷的35-40%的部分负荷以下的蒸发器增补一个循环流，从而当流动速度高或质量流密度大时，蒸发器管能得到可靠的冷却。此时要求的质量流密度至少为800kg/m2s左右。由此在带有光滑内表面的蒸发器管中在满负荷下产生的质量流密度为2000-2300kg/m2s和具有代表性的压力损失约为10-12巴。但是这种循环运行增大了蒸发器加热面，由此减小了过热器加热面，因为在循环运行中一个标志着蒸发器加热面端部的水/蒸汽分离装置在连续运行中已经设置在过热蒸汽的部分中。由此过热器出口处的温度相应地下降。因此循环运行中的这种部分负荷运行方式对于具有高的新蒸汽状态的蒸汽发电厂来说是不能使用的。
原则上可以考虑，在没有循环泵的情况下使蒸汽发生器的蒸发器以满负荷的20%左右的部分负荷下运行。即使在这种情况下在蒸发器管中要求最小质量流密度同样必须达到800kg/m2s，相应于满负荷下的4000kg/m2s左右。此时造成的压力损失仅仅对于满负荷下压力为35至45巴的蒸发器来说，由于供水泵要求高的电能以及供水通过的部件壁厚很厚造成效率大大减小，因此是极不经济的。此外，在高负荷时由于腐蚀-侵蚀，蒸发器管中的材料存在磨损的危险。
本发明的任务是，提出一种蒸汽发生器，它即使在低于满负荷的30%以下的蒸汽发生器的最小负荷时也能达到很高的蒸汽温度，同时不仅保证低负荷时蒸发器管得到可靠冷却，而且保证满负荷(100%负荷)时蒸发器具有经济的摩擦压力损失。
按照本发明，上述任务是这样解决的，即倾斜上升的蒸发器管的倾斜角a是满负荷下单位时间产生的新蒸汽量P的函数，其中数值对(p;a)位于一个部分中，该部分向下由一个与数值对500t/h;16°和3000t/h;42°相配的第一直线限定，向上由一个与数值对500t/h;25°和2500t/h;70°相配的第二直线限定。
本发明是基于以下构思当蒸发管倾斜设置，并采用其倾斜角a与蒸汽产量即单位时间产生的新汽量相适配的带有内肋的管时，在设计这种蒸汽发生器中要考虑的许多影响参数就减少到很少的几个。这些影响参数例如为蒸发器管中的质量流密度，作为加热尺度的热流密度，管内径，蒸汽产量，最小的部分负荷和在管之间设置的过梁的宽度。
倾斜角a最好大于20°。此外倾斜角最好小于70°，尤其小于65°。
再者，倾斜角a以有利的方案与各所选择的蒸发器管外径dr相适配。其中优选的标准外径dn38.1mm或35.0mm或31.8mm是与在从属权利要求4、5及6中给出的、在满负荷下单位时间产生的新蒸汽量P和倾斜角a的数值对pn，an相匹配的。
为了使蒸汽发生器管中的摩擦压力损失保持在极低的水平，倾斜上升的蒸发器管以有利的方式在一个热流密度超过其最大值的部分中过渡到一个垂直布置状态。因此管壁在该远离火焰的部分中(热流密度在该部分中减少)由垂直和相互平行的管构成。其中垂直管的数目大于倾斜上升的蒸发器管的数目。由此，管长度较小的同时，管中达到小的质量流密度。此时在远离火焰的部分中也可采用带光滑内表面的管(光管)。为了在平行管系统中改善流动分布，应该在从倾斜管到垂直管的过渡处设置一个压力平衡收聚器。
本发明的蒸汽发生器也可以在30%满负荷之下的较低的部分负荷下连续运行，并且已不再要求借助循环泵来提高蒸发器通流量。因此一个按流动情况与蒸发器管相配的循环泵以及所属的管道有目的地仅仅在起动运行期间才起作用。由此保证通过蒸发器和必要时通过串接在蒸发器前的节能器的最小通流量。为了在循环泵的壳体复杂时允许的起动温度变化也能尽可能得大，循环泵和其管道按强度要求只是为最高为150巴的压力条件定的尺寸。由此可使这种装置部件的壁厚保持在极小的范围。
本发明所取得的优点尤其在于，通过采取一个与蒸汽发生器产量，亦即满负荷时单位时间产生的新蒸汽量P相适配的倾斜角a，使蒸汽发生器在低于30%满负荷的部分负荷下仍能连续工作，从而也能以很高的蒸汽温度工作。同时不仅保证了倾斜设置的蒸发器管在最小负荷时得到可靠的冷却，而且保证蒸发器在满负荷时的摩擦压力损失很小。
下面对照附图详细描述本发明的一些实施例。附图中
图1是一个蒸汽发生器的简化视图，它带有一个部分装有斜管的垂直烟道，图2是蒸汽产量P和倾斜角a组成的关系图，其中示出了三种不同管外径dn的三条特性曲线，图3是用于图1所示蒸汽发生器的起动系统的大大简化了的视图，其中带有一个循环泵。
图1所示蒸汽发生器2的垂直烟道是由管壁4构成的，烟道为矩形横截面，在烟道下端管壁4过渡成一个漏斗形底6，底6有一个未详细示出的出灰口8。
在烟道下方靠近火焰或燃烧器处的部分C中，一些燃烧化石燃料(固体燃料)的燃烧器(未示出)被装在由管10构成的管壁4中。管10在该部分C中螺旋状地分布，构成一个蒸发器加热面12。
在烟道的部分C上部是烟道远离火焰或燃烧器的部分D，此部分D中设置了对流加热面14，16和18，管10′是垂直分布的。在部分D上方是烟气排出通道20，燃烧化石燃料产生的烟气经该通道离开垂直烟道。
靠近火焰的部分C具有很高的热流密度，该热流密度在远离火焰的部分D中沿向上的方向逐渐减少。因此从蒸发器管10的螺旋形布置到垂直布置的过渡段最好设置在一个热流密度超过其最大值的部分22中。为此垂直管10′的数目大于倾斜布置的蒸发器管10的数目。
当垂直管10′按要求是所谓的光管(即具有光滑内表面)时，倾斜管10的内侧上最好装有由多头螺纹构成的肋。蒸发器管10以一种所谓的管-过梁-管结构在靠近火焰的部分C中构成气密的管壁4。
蒸发器管10以相对于水平线H的倾斜角a倾斜地设置。按照图1，倾斜角a定义为比值G/L的角函数Sina。其中G是漏斗形底6至垂直烟道的过渡段与过渡部分22中倾斜螺纹上端之间的垂直距离，L是一根以定常斜率上升的蒸发器管10在垂直距离或高度G上的长度。
为了使蒸汽发生器2在满负荷的30%以下的最小负荷状态下也能运行，从而能在高的蒸汽温度下工作，并且此时要不仅保证蒸发器的管10在最小负荷时得到可靠的冷却，而且保证在满负荷时蒸发器12的摩擦压力损失较低，倾斜布置的蒸发器管10的倾斜角a是与蒸汽产量P相适配的。倾斜角a与蒸汽产量P的依赖关系，即满负荷时单位时间产生的新蒸汽量，示于图2中。
在图2中，在以蒸汽产量P为横坐标，倾斜角a为纵坐标的p-a图中，给出了由两条直线E和F向上及向下限制的区域Z，数值对(p;a)位于该部分中。其中直线E通过点或数值对(500t/H;25°)和(2500t/H;70°)。直线F通过点或数值对(500t/H;16°)和(3000t/H;42°)。
在区域Z内部有三条与不同的蒸发器管10外径dn相配的直线A、B和C。其中直线A对应于一个38.1毫米的标准外径d1。直线A与数值对(p1＝900t/H;a1＝21.8°)，(p2＝1500t/H;a2＝30.3°)，(p3＝2100t/H;a3＝38.8°)，和(p4＝3000t/H;a4＝51.5°)相匹配。
直线B对应于一个35.0毫米的标准外径，该直线B与数值对pn;an(p5＝900t/H;a5＝24.6°)，(p6＝1500t/H;a6＝34.5°)，(p7＝2100t/H;a7＝44.7°)，和(p8＝3000t/H;a8＝61.4°)相匹配。
直线C对应于一个31.8毫米的标准外径d3，该直线C与数值对pn;an;(p9＝900t/H;a9＝28.0°)，(p10＝1500t/H;a10＝39.7°)和(p11＝2100t/H;a11＝52.4°)相匹配。
对应于直线A、B和C的倾斜角a是平均值。当例如相邻蒸发器管10间的过梁宽度，管10、10′的壁厚和最大的局部热流密度都必须直接与各种应用场合相匹配时，则考虑了所有要求和影响的倾斜角a可以偏离平均值，这样是很有益的，因此在直线A、B和C中，倾斜角a有25%的偏差(最好为20%)是允许的。
对于蒸汽产量P的值在3000t/H以上或900t/H以下的情况，倾斜角a可以作为线性外插，其他的管外径dn也可以作为直线A、B和C之间或之外的外径d1，d2和d3分别进行线性内插或外插。
图3示出了一个蒸汽发电厂的一台汽轮机(未示出)的水-蒸汽-循环过程30。图1中的蒸汽发生器2的蒸发器12和对流加热面14，16，18以及一个节能器32和一个过热器34构成水-蒸汽-循环30的高压系统。
在蒸发器12和过热器34之间连接了一个双向水-蒸汽-滚筒36，它经过一个水箱38和一个循环泵40与一个由蒸汽加热的预热器42的输出端相连，并与节能器32的输入端相连。借助于安全阀44可以防止压力超过非允许的值。循环泵40和水箱38以及所属的管道46构成蒸汽发生器2的起动系统48。
起动系统48只在起动蒸汽发生器2时起作用。此时由供水泵50输送的并流过节能器32、蒸发器12和过热器34的已预热供水，在预热器42之后与循环泵40输送的循环水流汇合。
利用水流动情况与蒸发器12相匹配的循环泵40，在蒸汽发生器2起动运行中保证了最小流量流过蒸发器12。为了此时能允许尽可能大的温度化，循环泵40和相配的管道46是只按用于150巴的压力来设计的，因此只有极小的壁厚。
标号表2 蒸汽发生器4 管壁6 漏斗形底8 排灰口10 管12 蒸发器加热面14,16,18 对热加热面20 烟气排出通道22 过渡部分30 水-蒸汽-循环32 节能器34 过热器36 水-蒸汽-滚筒38 水箱40 循环泵42 预热器44 安全阀46 管道48 起动系统(由38,40,46构成)50 供水泵C 近火焰的烟道部分D 远火焰的烟道部分A、B、C、E、F 直线Z 由E、F限定的部分P,a 由新汽量P和倾斜角构成的数值对
权利要求
1.燃烧化石燃料的蒸汽发生器(2)，包括一个垂直烟道，烟道在靠近火焰的部分(C)中的气密管壁(4)由与水平方向(H)成倾斜角a设置的、具有一个内肋的蒸发器管(10)构成，其特征是，倾斜角a是满负荷下单位时间产生的新蒸汽量P的函数a(P)，其中数值对P，a位于一个区域(Z)中，该区域(Z)是由一个与数值对500t/h；16°和3000t/h；42°相匹配的第一直线(F)在向下方向限定，和由一个与数值对500t/h；25°和2500t/h；70°相匹配的第二直线(E)在向上方向限定的区域。
2.按权利要求1的蒸汽发生器，其特征是，倾斜角a＞20°。
3.按权利要求1或2的蒸汽发生器，其特征是，倾斜角a＜70°，最好为＜65°。
4.按权利要求1至3中之一的蒸汽发生器，其特征是，当蒸发器管(10)的外径d1约为38±2毫米时，一直线A所配的数值对为Pn;an为p1＝900t/h;a1＝21.8°p2＝1500t/h;a2＝30.3°p3＝2100t/h;a3＝38.8°p4＝3000t/h;a4＝51.5°其中，允许倾斜角a与直线(A)有25%的相对偏差，最好为20%的偏差。
5.按权利要求1至3中之一的蒸汽发生器，其特征是，当蒸发器管(10)的外径d2约为35±2毫米时，与一直线B相配的数值对pn;an为p5＝900t/h;a5＝24.6°p6＝1500t/h;a6＝34.5°p7＝2100t/h;a7＝44.7°p8＝3000t/h;a8＝61.4°其中，允许倾斜角a与直线B有25%，最好为20%的相对偏差。
6.按权利要求1至3中之一的蒸汽发生器，其特征是，当蒸发器管(10)的外径d3约为31±2毫米时，与一直线C相配的数值对pn;an为p9＝900t/h;a9＝28.0°p10＝1500t/h;a10＝39.7°p11＝2100t/h;a11＝52.4°其中，允许倾斜角与直线(C)有25%，最好为20%的相对偏差。
7.按权利要求1至6中之一的蒸汽发生器，其特征是，在靠近火焰的部分(D)中的管壁(4)由垂直的且相互平行设置的管(10′)构成，垂直管(10′)的数目大于倾斜上升设置的蒸发器管(10)的数目。
8.按权利要求7的蒸汽发生器，其特征是，在远离火焰的部分(D)中的管(10′)具有光滑的内表面。
9.按权利要求1至8中之一的蒸汽发生器，其特征是，根据流动情况与蒸发器管(10)相匹配的循环泵(40)是按照小于或等于150巴的压力设计的。
全文摘要
化石燃料的蒸汽发生器，有一垂直烟道，其靠火焰部分(C)中的气密管壁(4)是由与水平方向(H)成角α倾斜设置并具有内肋的蒸发器管(10)构成。倾斜角α是满负荷下单位时间所产生的新蒸汽量的函数α(P)。数值对(p；α)位于由一与数值对500t/h；16°和300t/h；42°相配的第一直线(F)以下限定和由一与数值对500t/h；25°和2500t/h；70°相配的第二直线(E)向上限定的区域(Z)中。即使在低于满负荷的30％时也达很高的蒸汽温度，得到可靠冷却，满负荷时摩擦压力损失不大。
文档编号F22B29/06GK1086592SQ9311981
公开日1994年5月11日 申请日期1993年11月2日 优先权日1992年11月2日
发明者鲁道夫·克来尔, 艾伯哈德·维周 申请人:西门子公司