專利名稱：傳熱管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備的熱回收蒸汽發(fā)生器中通過傳熱管改善 的傳熱。更具體地，本發(fā)明涉及傳熱管的外表面中的變形，以增強熱回收蒸汽發(fā)生器內(nèi)的傳 熱，同時也降低熱回收蒸汽發(fā)生器內(nèi)的壓降。
背景技術(shù)：
如已知的，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備包括熱回收蒸汽發(fā)生器，該熱回收蒸汽發(fā)生器用于 從燃?xì)鉁u輪機的排氣中回收熱，以產(chǎn)生用于驅(qū)動蒸汽渦輪機的熱。熱回收蒸汽發(fā)生器當(dāng)前 使用多個管，這些管將來自燃?xì)鉁u輪機排氣的熱能傳給管內(nèi)的水/蒸汽，從而產(chǎn)生蒸汽或 提高蒸汽溫度。管具有實心鋸齒狀翅片以促進(jìn)傳熱。管內(nèi)的水/蒸汽通過傳送排氣而被加 熱，從而產(chǎn)生用于驅(qū)動聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備的蒸汽渦輪機的蒸汽或過熱蒸氣。然而，壓降發(fā)生 在熱回收蒸汽發(fā)生器的空氣端(air side)，這不利地影響了燃?xì)鉁u輪機的性能。增加翅片 的數(shù)量來改善管上的傳熱會引起不期望的壓降增加。這是因為翅片試圖通過簡單地增加表 面面積來增強傳熱，這導(dǎo)致阻力增加，從而增大了壓降。使用翅片的傳熱系數(shù)的大部分改 善被增加的壓降削弱。例如，對于引起10%的傳熱系數(shù)增加的鋸齒狀翅片，壓降的代價是 25%。熱回收蒸汽發(fā)生器是聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備的總成本的重要部分。通過改善熱回收蒸 汽發(fā)生器內(nèi)的傳熱效率，可降低聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備成本。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，一種熱回收蒸汽發(fā)生器的蒸發(fā)器包括至少一個管。該至 少一個管具有外表面，該外表面具有形成在其中的多個變形，這些變形足以在該至少一個 管周圍的氣體流中引入湍流，以增強從氣體到該至少一個管的傳熱。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，用于熱回收蒸汽發(fā)生器的具有至少一個管的蒸發(fā)器的 建造方法包括在該至少一個管的外表面中形成多個變形，這些變形足以在該至少一個管 周圍的氣體流中引入湍流，從而增強從氣體到該至少一個管的傳熱。根據(jù)本發(fā)明的再一個方面，一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備包括由燃?xì)鉁u輪機驅(qū)動以產(chǎn)生 電的第一發(fā)電機。在燃?xì)鉁u輪機的運行期間產(chǎn)生排氣。該聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備還包括布置成 接收來自燃?xì)鉁u輪機的排氣的熱回收蒸汽發(fā)生器。該熱回收蒸汽發(fā)生器包括具有至少一個 管的蒸發(fā)器，該至少一個管可接納流過其中的水。該至少一個管設(shè)置成暴露于排氣，使得排 氣流圍繞該至少一個管通過，將來自排氣的熱傳送給該至少一個管，且從而流過該至少一 個管的水足以將水蒸發(fā)成蒸汽。該至少一個管具有外表面，該外表面具有形成在其中的多 個變形，這些變形足以在排氣流中引入湍流，以增強從排氣到該至少一個管的傳熱。該聯(lián)合 循環(huán)發(fā)電設(shè)備也包括由蒸汽渦輪機驅(qū)動以產(chǎn)生電的第二發(fā)電機。該蒸汽渦輪機能接納來自 熱回收蒸汽發(fā)生器的用于驅(qū)動該蒸汽渦輪機的蒸汽。從結(jié)合附圖的下列描述中，這些和其它優(yōu)點和特征將變得顯而易見。


被認(rèn)為是本發(fā)明的主題在本說明書所附的權(quán)利要求中被特別地指出且清楚地要 求保護(hù)。本發(fā)明的上述和其它特征和優(yōu)點由結(jié)合附圖的下列具體實施方式
是明顯的，附圖 中圖1是聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備的示意圖；圖2是熱回收蒸汽發(fā)生器中的管的透視圖，這些管暴露于燃?xì)鉁u輪機排氣，以便 將來自燃?xì)鉁u輪機排氣的熱能傳送給管內(nèi)的水，從而產(chǎn)生蒸汽；圖3是圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的氣流在其周圍的管的示意性橫截面視圖；圖4是圖示了根據(jù)本發(fā)明的氣流在其周圍的管的示意性橫截面視圖；圖5是圖3的管周圍的氣流的速度曲線圖(profile diagram)；圖6是圖4的管周圍的氣流的速度曲線圖；以及圖7是圖4的管周圍的氣流的壓降減少的曲線。借助參考附圖的示例，具體實施方式
解釋了本發(fā)明的實施例以及優(yōu)點和特征。部件列表
具體實施例方式參考圖1，一般地在10處示出了一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備。在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備10 的第一循環(huán)中，燃?xì)鉁u輪機12被連接到用于產(chǎn)生電的發(fā)電機14上。空氣通過進(jìn)氣口 16被 吸入燃?xì)鉁u輪機12，而燃料在入口 18處提供給燃?xì)鉁u輪機。燃料被燃燒以驅(qū)動燃?xì)鉁u輪機 12，并且所得到的燃燒氣體被排放。燃?xì)鉁u輪機12驅(qū)動產(chǎn)生電的發(fā)電機14。在簡單循環(huán)發(fā) 電設(shè)備中，熱排氣將被損失，然而在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備10中，熱排氣被用來驅(qū)動第二循環(huán)。在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備10的第二循環(huán)中，熱排氣被捕獲并引入熱回收蒸汽發(fā)生器 20。該熱回收蒸汽發(fā)生器20使用高通蒸發(fā)器22和低通蒸發(fā)器24，其具有暴露于來自燃?xì)?渦輪機12的熱排氣的多個管(未示出)。如以下所討論的，通過管供給水。排氣加熱管，管 將熱傳給水，使水蒸發(fā)成蒸汽。此蒸汽被輸送至蒸汽渦輪機28以驅(qū)動該蒸汽渦輪機28，蒸 汽渦輪機28又驅(qū)動用于產(chǎn)生電的發(fā)電機30。通過蒸汽渦輪機28的蒸汽被輸送給蒸汽冷凝 器32，在這里蒸汽凝結(jié)回水并被輸送給儲存器26。儲存器26處的水被冷卻塔33冷卻，且 冷卻后的水被輸送給蒸汽冷凝器32以將蒸汽凝結(jié)回液態(tài)。蒸汽冷凝器32處的水也被輸送 給熱回收蒸汽發(fā)生器20，這里水被通過管供應(yīng)，此水沒有被冷卻。熱回收蒸汽發(fā)生器20具有進(jìn)氣管34，該進(jìn)氣管34接收來自燃?xì)鉁u輪機12的排 氣，并將該排氣引入高通蒸發(fā)器22，然后進(jìn)入低通蒸發(fā)器24。蒸發(fā)器包括管(未示出)，這 些管用來將經(jīng)過那里的液體水蒸發(fā)成蒸汽。然后排氣被排出到煙囪40。參考圖2，管42在入口歧管44和出口歧管46之間布置成陣列。各個管42均具有 多個自那里向外延伸的實心鋸齒狀翅片47，這些翅片試圖通過簡單地增加表面面積來促進(jìn) 傳熱。液體水通過管道48輸送到入口歧管44，并通過歧管44分配給管42。如由線50表 示的排氣環(huán)繞管42通過，由此加熱管42。管42內(nèi)的液體水在被充分加熱時產(chǎn)生蒸汽，其進(jìn) 入出口歧管46并經(jīng)由管道49離開熱回收蒸汽發(fā)生器20。期望的是從排氣到管42的改善 的傳熱。如上所提及，熱回收蒸汽發(fā)生器20對于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備10的總效率和成本有 重大貢獻(xiàn)。可改善總的傳熱效率，由此可降低設(shè)備成本。參考圖3，示出了現(xiàn)有技術(shù)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)。由線54圖示的排氣流向管42’移動，當(dāng)它到達(dá)管42’的外表面52時，其與 用56標(biāo)示的層流邊界層(laminarboundary layer)形成接觸。層流邊界層56是排氣流碰 撞并沿管42’的外表面52前進(jìn)直到排氣流到達(dá)用58標(biāo)示的分離點的層。在該點處，排氣流將繼續(xù)沿其路徑遠(yuǎn)離管42’。然后，排氣流將產(chǎn)生超過分離點58的由渦流62組成的尾流 (wake)(用60標(biāo)示)。這些渦流62產(chǎn)生尾流60內(nèi)的低壓區(qū)域，該低壓區(qū)域?qū)τ趥鳠崾堑?效的，并且是壓降的主要貢獻(xiàn)者?，F(xiàn)在參考圖4，示出了本發(fā)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通過用凹口或凹坑68使外表面變形而形成。這些變 形(也就是凹口或凹坑68)可構(gòu)造成圖案以在外表面66處獲得期望的流。由線70圖示的 排氣流向管42”移動，當(dāng)它到達(dá)管42”的外表面66時，其與以72標(biāo)示的層流邊界層形成接 觸。層流邊界層72是排氣流碰撞并沿管42”的外表面66前進(jìn)直到排氣流到達(dá)用74標(biāo)示 的分離點的層。在該點處，排氣流與將湍流引入排氣流中的變形68相互作用。湍流促進(jìn)從 層流邊界層72到湍流邊界層76的過渡。湍流邊界層76是在管42”上從排氣流最初接觸 的點進(jìn)一步向后定向的范圍。在湍流邊界層76中，變形68產(chǎn)生湍流，其幫助將排氣流保持 在管42”的表面66處。因此，防止了如圖3的管42’中所見的過早的分離。排氣流將繼續(xù) 沿其途徑遠(yuǎn)離管42”。然后，排氣流將產(chǎn)生超過分離點74的由渦流80組成的尾流(用78 標(biāo)示)。這導(dǎo)致明顯小于由圖3的管42’所產(chǎn)生的低壓力區(qū)域或范圍，這因而導(dǎo)致壓降減少 和排氣與管42”之間的傳熱增加。參考圖5，示出了管42’周圍的氣流的速度曲線圖。該速度曲線圖示出了管42’的 外表面52處的高速度向量，其對于傳熱是低效的。參考圖6，示出了管42 ”周圍的氣流的速度曲線圖。該速度曲線圖示出了管42 ”的 外表面52處與圖5中所示的速度向量相比明顯更低的速度向量，其對于傳熱更加有效。現(xiàn)在參考圖7，大體上示出了管42”周圍的氣流的壓降減少曲線，其中，y軸線是以 帕斯卡為單位的壓降，而χ軸線是以英寸為單位的粗糙度。線的斜率表明，當(dāng)變形68的大 小增加時，有較小的壓降，這有利于排氣和管42”之間的傳熱，且因而有利于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電 設(shè)備的總效率。盡管已經(jīng)關(guān)于僅有限數(shù)量的實施例詳細(xì)地描述了本發(fā)明，但應(yīng)當(dāng)容易了解的是， 本發(fā)明不限于此類公開的實施例。相反地，可對本發(fā)明進(jìn)行修改以結(jié)合許多迄今尚未描述 的變化、變更、替換或等價裝置，但這些均與本發(fā)明的精神和范圍相稱。此外，盡管已經(jīng)描述 了本發(fā)明的不同實施例，但應(yīng)當(dāng)了解的是，本發(fā)明的各方面可僅包括所描述實施例的其中 一些。因此，不能認(rèn)為本發(fā)明由上述的描述所限制，而是僅由所附權(quán)利要求的范圍所限制。
權(quán)利要求
一種熱回收蒸汽發(fā)生器(20)的蒸發(fā)器(22，24)，所述蒸發(fā)器(22，24)具有至少一個管(42)，所述至少一個管具有外表面(66)，該外表面具有形成在其中的多個變形(68)，所述變形(68)足以在所述至少一個管(42)周圍的氣體流中引入湍流，以增強從該氣體到所述至少一個管(42)的傳熱。
2.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)器，其特征在于，所述變形(68)包括凹坑(68)。
3.如權(quán)利要求1所述的蒸發(fā)器，其特征在于，所述變形(68)布置成圖案。
4.如權(quán)利要求2所述的蒸發(fā)器，其特征在于，所述凹坑(68)布置成圖案。
5.一種用于熱回收蒸汽發(fā)生器(20)的蒸發(fā)器(22，24)的建造方法，所述蒸發(fā)器(22， 24)具有至少一個管(42)，所述建造方法包括在所述至少一個管(42)的外表面(66)中形成多個變形(68)，所述變形(68)足以在所 述至少一個管(42)周圍的氣體流中引入湍流，以增強從該氣體到所述至少一個管(42)的 傳熱。
6.如權(quán)利要求5所述的建造方法，其特征在于，所述變形(68)包括凹坑(68)。
7.如權(quán)利要求5所述的建造方法，其特征在于，所述變形(68)布置成圖案。
8.如權(quán)利要求6所述的建造方法，其特征在于，所述凹坑(68)布置成圖案。
全文摘要
本發(fā)明涉及傳熱管，具體而言，一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備包括由燃?xì)鉁u輪機所驅(qū)動以產(chǎn)生電的第一發(fā)電機(20)。該聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設(shè)備還包括布置成接收來自燃?xì)鉁u輪機的排氣的熱回收蒸汽發(fā)生器(20)。該熱回收蒸汽發(fā)生器(20)包括具有可接納流過其中的水的管(42)的蒸發(fā)器(22，24)。該管(42)布置成暴露于排氣，使得排氣流圍繞該管(42)通過，將來自排氣的熱傳送給管(42)，且從而流過管(42)的水足以將水蒸發(fā)成蒸汽。各管(42)均具有外表面，該外表面具有形成在其中的多個變形(68)，這些變形足以在排氣的流中引入湍流，以增強從排氣到管(42)的傳熱。
文檔編號F22G1/00GK101915412SQ201010118538
公開日2010年12月15日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者S·A·萊奧內(nèi), T·F·泰勒, 張華 申請人:通用電氣公司