专利名称：热量回收蒸气发生器的制作方法
技术领域：
本发明的背景本发明涉及一种热量回收蒸气发生器，尤其涉及它们的水流回路。热量回收蒸气发生器用于回收燃气轮机的排放气体蒸气或类似来源中所含的热量并将水转换成蒸气。为了优化整个工厂效率，它们包括一个或多个以选定的压力运行的蒸气发生回路。
根据在蒸发器管道中的水循环方法，主要分为三种类型的锅炉。它们是自然循环、强制循环和直通流动。前两种设计通常装备有水/蒸气包，其中进行水从蒸气中的分离。在这样的设计中，每一蒸发器从相应蒸气包中经下水管和入口集管供应水。流入回路的水从燃气轮机排放蒸气中回收热量并转变成水/蒸气混合物。该混合物汇集并排入蒸气包。在自然循环设计中，回路中的水/蒸气混合物的循环通过热虹吸效应来保证。在蒸发回路中的流动需求要求一最小的循环速度，该速度依赖于运行压力和局部热通量。在强制循环锅炉的设计中采用类似的方案。主要差别在于管道尺寸和循环泵的使用，其中循环泵提供克服系统中压力下降所需要的驱动力。
在自然和强制循环两种设计中，循环速度足够高，因此，蒸发回路中的质量流速足够高，以确保仅在核化沸腾状态发生蒸发。这种沸腾大约在恒压(恒温)下发生，其特征在于在沸腾状态有一高传热系数。这两个因素致使需要更小的蒸发表面。虽然蒸发器的成本降低了，但整个循环系统的成本较高，因为需要这样的部件，比如蒸气包、下水管、循环泵、各种各样的阀和管道，以及相应的钢结构支撑件。
第三种类型的锅炉是直通蒸气发生器。这些设计不包括蒸气包且它们的小型启动系统比强制循环或自然循环设计的循环部件更低廉。在正常运行过程中在单元内不存在水的再循环。软化器可安装在工厂内，以便从给水中去除水溶性盐。以基本的形式，直通蒸气发生器仅是管道的长度，水通过该管道泵吸。因为吸收了热量，所以流过管道的水转换成蒸气并过热到期望的温度。沸腾不是一个恒压过程(饱和温度不是常数)且这种设计导致较低的对数平均温差或对数温差，其中该温差表示热气体和水和/或蒸气之间的有效差。此外，因为液体的完全干燥是不可避免的，所以在直通设计中，管道内部的传热系数随着蒸气的质量接近临界值而恶化。内壁不再湿润，且膜态沸腾的量仅是核化沸腾传热系数的一小部分。因此，较低的对数温差和较低的内管传热系数导致需要更大的蒸发表面。
为了使加热面的增加减至最小，通过使蒸发表面回路的数目最小而得到更高的质量流速。然而，获得适当较高的传热系数需要的高流速导致较高的压力损失、较高的饱和温度，和进一步降低的对数温差。表面需求的影响依赖于运行压力，且对于大约400psig(磅/平方英寸)以上的高压设计来说相当小。然而，对于大约400psig(磅/平方英寸)以下的低压应用来说，在表面选取上有显著影响，在许多情况下，使直通设计对于低压应用来说不太实用。
本发明概述本发明涉及一种热量回收蒸气发生器，尤其涉及一种为了整个工厂效率的改进的水流回路。本发明包括一种混合热量回收蒸气发生器，其包含一循环蒸气包型回路和一直通回路，从而利用每一回路类型的最好特征，同时避免了它们的缺点。更准确地说，本发明包括一集成系统，其中低压蒸发器为自然和强制循环而设计，而高压蒸发器为直通流动而设计。
附图的简要说明
图1是一卧式(水平)热量回收蒸气发生器的总体透视图；图2是说明实现自然循环的本发明的蒸气发生器流动回路的示意性流程图；图3是类似于图2但针对强制循环的示意性流程图；图4是示出本发明一变型的另一示意流程图。
优选实施例的描述图1是一典型热量回收蒸气发生器的透视图，通常标记为10。该特定单元是卧式的，但本发明同样适用于有垂直气流的单元。这种热量回收蒸气发生器的应用示例是用于从温度范围在425-670℃(约800-1240°F)之间的燃气轮机的废气，其中废气中含有相当多可被回收的热量。这样产生的蒸气可被用于利用蒸气轮机驱动发电机或可用作工业蒸气。
热量回收蒸气发生器10包含一扩展开的入口过渡管12，在此气流从入口管到含有传热面的全部横截面扩展。传热面包含各种管束14、16、18、20和22，例如可分别包含低压预热器、低压蒸发器、高压预热器、高压蒸发器和高压过热器。图1中还示出蒸气包24和通气烟囱26。本发明涉及这种热交换表面的布置和运行条件。
图2示意性地示出本发明的实施例之一的热交换面布置。从给水开始，低压给水28给送到汇集/分配集管30，而高压给水32给送到汇集/分配集管34。然后，低压给水从集管30给送到由流路36表示的低压预热器管束，而高压给水从集管34给送到由流路38表示的高压预热器管束。从低压预热器管束36流出的部分加热的低压流汇集在集管40内，而从高压预热器管束38流出的部分加热的高压流汇集在集管42内。
从集管40流出的部分加热低压流经管路44给送到低压蒸气包46。蒸气包46的目的是完成从液体中分离蒸气的常规任务，这将在后面描述。从蒸气包46分离的水通过下水管48排放到分配集管50。从集管50流出的流体经过低压蒸发器52，在此发生蒸气的蒸发。在低压蒸发器52中的流动方向可以水平，也可向上。蒸气，很可能是饱和蒸气，汇集在集管54内，然后经管路56送回蒸气包46。供给蒸气包46的供水56和供水44混合，蒸气/液体混合物分成在58处排放的蒸气和通过下水管48排放的液态水。可以看出，这种低压回路是一种自然循环回路，其中流体受下水管中的液体和蒸发回路中的液体之间的密度差影响。
现在转向高压，直通回路，从汇集集管42流出的部分加热的高压蒸气60连续经过第二高压预热器管束62、高压蒸发器64给送而进入高压过热器66。高压蒸发器中的流体可以向上、水平或向下。标记为68的管口可以安装在每一蒸发器管束64的入口上，用以流动稳定性。在蒸发器64和高压过热器66之间的中间集管70改进了稳定性且使管口压力下降最小。这种中间集管70平衡高压蒸发器64的管子之间的压力损失，且使在蒸发器64上的过热器66中的任何流动或热量干扰作用减至最小。然后过热的蒸气汇集在集管72中，且从集管72排出。可以看出，这种高压回路是直通回路，从高压供水32到出口集管72整个行程。
图3示出了几乎与图2的布置相同的热量回收蒸气发生器的流动布置，除了现在的低压回路是强制循环回路，增加了循环泵74之外。
图4是本发明的另一变型，其中用于直通、高压回路的水的初始加热在低压、强制循环回路中完成。可以看出，现在所有的供水在28处进入分配集管30，然后进入低压预热器管束36中。因为现在低压供水28的量增加，所以低压预热器36的热能力需要增加。这通过双低压预热器36示明。低压预热器的输出汇集在40处。正如图3中的实施例，然后全部低压预热器输出经管路44流向蒸气包46。在该实施例中从蒸气包流出的在下水管48内的液体被分成低压流和高压流。用于低压、强制循环回路的液体再次流向循环泵74，且在低压、强制循环回路中循环，正如图3所示。
用于高压、直通回路的液体在76处经一分离的下水管系统流入高压供水泵78，且在高压下流向分配集管80。从那一点，高压、直通回路与图2和3中所示的相同。
可以看出，本发明是一种混合热量回收蒸气发生器，它实现了循环/蒸气包型设计和直通设计的最好特征。这种设计提供了比传统的自然/强制循环设计或直通设计更好的成本优势。
权利要求
1．一种热量回收蒸气发生器，其中从与蒸气发生回路接触的热交换中流动的热气中回收热量，所述蒸气发生回路包含以下组合a．以第一压力运行的再循环回路，它包括一低压预热器部分、一低压蒸发器部分和一用于从液态水中分离出低压蒸气输出的蒸气分离包，且还包括用于再循环从所述蒸气包中分离的液态水通过所述低压蒸发器部分的装置；b．直通流动回路，在高于所述第一压力的第二压力下运行，且其包括一有许多平行管道的高压预热器部分、一有许多平行管道的高压蒸发器部分和一有许多用于产生高压蒸气输出的平行管道的高压过热器部分。
2．如权利要求1所述的热量回收蒸气发生器，其特征在于，所述直通流动回路包括一在所述高压蒸发部分管道和所述高压过热部分管道之间的压力平衡集管。
3．如权利要求1所述的热量回收蒸气发生器，其特征在于，所述直通流动回路包括在所述高压蒸发器部分的每一管道入口处的流动稳定管口。
4．如权利要求1所述的热量回收蒸气发生器，其特征在于，所述用于再循环从所述蒸气包中分离的液态水的装置包含一自然循环下水管。
5．如权利要求1所述的热量回收蒸气发生器，其特征在于，所述用于再循环从所述蒸气包中分离的液态水的装置包含一强制循环泵。
6．如权利要求1所述的热量回收蒸气发生器，其特征在于，所述直通流动回路包括用于减小和增加从所述用于再循环从所述蒸气包中分离出的液态水的装置中供给的入口的压力的装置。
全文摘要
一种用于热量回收蒸气发生器(10)的水流回路,其是一混合系统,它包含一循环蒸气包型回路和一直通回路。低压蒸发器(16)为自然和强制循环而设计,而高压蒸发器(64)为直通流动而设计。管口(68)可位于蒸发器管道(64)的入口,用于流动稳定性,且在蒸发器(64)和高压过热器(66)之间的中间集管(70)改进了稳定性,使管口压力降减至最小,平衡了蒸发器管道(64)之间的压力损失。
文档编号F22B1/00GK1296560SQ99804895
公开日2001年5月23日 申请日期1999年3月23日 优先权日1998年4月3日
发明者D·W·拜尔利, M·帕尔克斯, R·E·瓦亚斯兹 申请人:Abb阿尔斯托姆能源公司