專利名稱：具有基本垂直的管子構(gòu)成的煙道的直流式蒸汽發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有基本上由垂直設(shè)置并彼此氣密性焊接的管子構(gòu)成的垂直燃?xì)馔ǖ赖闹绷魇秸羝l(fā)生器，這些管子共同地構(gòu)成燃燒室壁并支撐礦物燃料燃燒器，管子的管內(nèi)徑用d表示而且在管子內(nèi)側(cè)上具有用h表示肋間距和用H表示肋高的多頭螺旋構(gòu)成的肋，這些肋將流過(guò)的冷卻劑并行地分隔。
這種帶有構(gòu)成燃燒室壁的垂直管系的直流式蒸汽發(fā)生器和那些由螺紋形管系構(gòu)成的直流式蒸汽發(fā)生器相比生產(chǎn)成本低而且除此之外水/蒸汽的壓力損失也很少。當(dāng)然，在向各個(gè)管子供熱的過(guò)程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)差異，例如在吹煙灰之前和之后由于不同的成渣度，每個(gè)蒸發(fā)器排氣口的各個(gè)管之間的溫度差達(dá)160℃(歐洲專利申請(qǐng)0217079)，從而造成不允許的熱壓損失。此外，迄今為止這種以管系冷卻為基礎(chǔ)的蒸汽發(fā)生器僅適用于大單位功率，在一份題為“具有垂直燃燒室管系的浮動(dòng)壓力工作式強(qiáng)制循環(huán)鍋爐”(由H，Juzie et al在VGB電站技術(shù)64，Heft 4至292頁(yè))的公開出版物中，給出了功率范圍在500兆瓦以下的具有由垂直管系和石煤切向爐膛構(gòu)成的燃燒室的蒸汽發(fā)生器。
從該出版物中還可以得出，除了管子的內(nèi)徑之外，管內(nèi)冷卻劑的流量密度對(duì)于平行管系統(tǒng)的流量工程設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是一個(gè)確定的值，平行管系統(tǒng)是起蒸發(fā)器受熱表面的作用。對(duì)于構(gòu)成燃燒室且內(nèi)側(cè)為光滑管的螺旋形管系來(lái)說(shuō)，具體的流量密度在2000和3000公斤/平方米秒之間，而由內(nèi)部設(shè)置肋的管構(gòu)成的垂直管系其流量密度則在1500和2000公斤/平方米秒之間。在這些設(shè)計(jì)參數(shù)中，摩擦壓降部分在直流式蒸汽發(fā)生器的總壓降中是相當(dāng)大的。因此，基于所述的設(shè)計(jì)參數(shù)可使這種蒸發(fā)器有一個(gè)典型的特點(diǎn)，即在很強(qiáng)的加熱條件下單個(gè)管中的流量降低，而在較弱的加熱條件下則流量增加。
該特點(diǎn)是造成在具有垂直管的燃?xì)馔ǖ乐忻總€(gè)管子的排氣口之間存在較大溫差的原因。眾所周知，為了減小該溫差可以在蒸發(fā)器入口安裝一個(gè)節(jié)氣門和/或在燃?xì)馔ǖ劳獠康娜紵冶谏喜吭O(shè)置一個(gè)混合收集管，管子在其中通過(guò)并在其中借助混合進(jìn)行一定的熱焓補(bǔ)償。迄今為止，當(dāng)單位功率低于500兆瓦時(shí)，都是將所述的直流式蒸汽發(fā)生器的燃燒室壁設(shè)計(jì)成螺旋形管系，以便能在管中保持冷卻光滑管所需的流量密度和在較大管長(zhǎng)的情況下實(shí)現(xiàn)一定的熱補(bǔ)償。這種方式致使直流式蒸汽發(fā)生器的生產(chǎn)成本較高而且根據(jù)所出現(xiàn)的高壓差需要相對(duì)較大的給水泵功率。
本發(fā)明的任務(wù)是生產(chǎn)成本低的直流式蒸汽發(fā)生器和降低蒸汽發(fā)生器的運(yùn)行成本，與此同時(shí)經(jīng)濟(jì)地和在允許值范圍內(nèi)減小蒸發(fā)器排氣口處的溫差，此外使具有構(gòu)成燃燒室壁的垂直管系的直流式蒸汽發(fā)生器的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到其單位功率實(shí)際上在500兆瓦以下。
按照本發(fā)明，上述關(guān)于直流式蒸汽發(fā)生器的任務(wù)是這樣實(shí)現(xiàn)的，即管內(nèi)徑d是商k的函數(shù)，而且由管內(nèi)徑和商k的數(shù)值對(duì)確定的點(diǎn)在坐標(biāo)系中位于曲線A和直線B之間。與此同時(shí)，商K是在100%的蒸發(fā)效率下用所有管子的總流量M除以在相鄰管子的管軸連線上測(cè)得的燃?xì)馔ǖ浪浇孛娴闹荛L(zhǎng)獲得的。與數(shù)值對(duì)相應(yīng)的點(diǎn)。
當(dāng)K1＝3公斤/秒米時(shí)，d1＝12.5毫米當(dāng)K2＝7公斤/秒米時(shí)，d2＝20.4毫米當(dāng)K3＝13公斤/秒米時(shí)，d3＝30.6毫米和當(dāng)K4＝19公斤/秒米時(shí)，d4＝39.0毫米位于連續(xù)上升的曲線A上而且通過(guò)當(dāng)數(shù)值對(duì)相應(yīng)的點(diǎn)。
當(dāng)K5＝1.8公斤/秒米時(shí)，d5＝14.3毫米和當(dāng)K6＝7.6公斤/秒米時(shí)，d6＝38.4毫米來(lái)確定直線B。
對(duì)本發(fā)明的蒸汽發(fā)生器進(jìn)行適當(dāng)設(shè)計(jì)之后，在管子內(nèi)側(cè)上由多頭螺紋構(gòu)成的肋的肋間距h(米)最大等于管子內(nèi)徑d(米)的方根的0.9倍，而且肋高H至少應(yīng)是管內(nèi)徑d的0.04倍。
本發(fā)明的一種有益的設(shè)計(jì)為，每一個(gè)與商K對(duì)應(yīng)的管內(nèi)徑d與曲線A上的商K對(duì)應(yīng)的管內(nèi)徑d的最大偏差約為30%。
曲線A和直線B是這樣確定的，在不失去本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)的情況下，直流式蒸汽發(fā)生器能夠在滿負(fù)荷的50%的最小負(fù)荷下或能夠確保連續(xù)工作的更小負(fù)荷下運(yùn)行。
按照本發(fā)明設(shè)計(jì)的直流式蒸汽發(fā)生器是非常有利的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)這種設(shè)計(jì)可以使流過(guò)管子中的流量密度如此大幅度地降低和如此地確定管內(nèi)徑，即使得總壓降中的局部壓降(geodaetisch)部分迫使直流蒸汽發(fā)生器的特性發(fā)生變化，根據(jù)該變化和設(shè)計(jì)參數(shù)，當(dāng)單個(gè)管受熱較強(qiáng)時(shí)管中的流量增加，而當(dāng)受熱較弱時(shí)管中流量降低。這種新的特點(diǎn)使蒸汽溫度和由蒸發(fā)器加熱表面形成的燃燒室壁排氣口處的管壁溫度實(shí)現(xiàn)了有意義的補(bǔ)償。
蒸發(fā)器管中流量密度的降低具有進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樵诹鬟^(guò)蒸發(fā)器平行管系的總流量不變的情況下以及在保持相等的管內(nèi)徑d的情況下，燃?xì)馔ǖ赖娜紵冶谏弦粤魍ǚ绞讲⑿新?lián)通的管子數(shù)量自然比以往設(shè)計(jì)的要多。因此有可能使燃燒室的周長(zhǎng)與總流量之比增大和可以使具有垂直管狀燃燒室壁的直流式蒸汽發(fā)生器的應(yīng)用范圍擴(kuò)展到其功率范圍遠(yuǎn)低于500兆瓦。
然而為了同時(shí)確保各管的冷卻，管的內(nèi)部必須是加肋的。而且肋的幾何形狀必須是幾乎在所有蒸發(fā)區(qū)域，通過(guò)強(qiáng)制冷卻劑流旋轉(zhuǎn)使管的內(nèi)壁上始終存在水并由此消除薄膜蒸發(fā)的危險(xiǎn)。
下面將根據(jù)附圖對(duì)本發(fā)明的直流式蒸汽發(fā)生器的結(jié)構(gòu)作更詳細(xì)的描述。各圖所示

圖1是穿過(guò)垂直燃?xì)馔ǖ赖乃浇孛婢植繄D，圖2是穿過(guò)一個(gè)管的縱剖面圖，圖3是具有曲線A和B的坐標(biāo)系。
具有垂直燃?xì)馔ǖ?的直流式蒸汽發(fā)生器包括燃燒室壁2。燃燒室壁2由垂直和并排設(shè)置的管3構(gòu)成，管3之間彼此氣密焊接(圖1)。彼此氣密焊接的管子以管子-腹板-管子的結(jié)構(gòu)或散熱管(Flossenrohr)的結(jié)構(gòu)形式構(gòu)成氣密燃燒室壁2。
根據(jù)圖2，管3的內(nèi)側(cè)設(shè)置肋4，肋4構(gòu)成肋間距為h的多頭螺紋，肋的高度為H。管3的管內(nèi)徑d是通過(guò)計(jì)算園的直徑來(lái)確定的，該園具有與肋4限定的管3的自由截面一樣相等的面積。管內(nèi)徑d和肋間距h彼此通過(guò)函數(shù)h≤0.9
而確定，這是為了以足夠大的旋轉(zhuǎn)來(lái)調(diào)整冷卻劑流動(dòng)。同時(shí)，h和d的計(jì)量單位用米。
垂直燃?xì)馔ǖ赖娜紵冶?不支撐所述的礦物燃料燃燒器，礦物燃料在燃?xì)馔ǖ?內(nèi)燃燒并產(chǎn)生熱。生成的熱由冷卻劑吸收，冷卻劑流過(guò)構(gòu)成燃燒室壁2構(gòu)成的管3并同時(shí)蒸發(fā)。在正常情況下用合適的凈化水充當(dāng)冷卻劑。肋4在管3中至少突起約管內(nèi)徑d的0.04倍，以便流動(dòng)的冷卻劑的水份通過(guò)管子內(nèi)側(cè)，因冷卻劑的旋轉(zhuǎn)首先在水份蒸發(fā)的區(qū)域內(nèi)將當(dāng)時(shí)還作為液體存在的水壓迫到管3的內(nèi)側(cè)，這樣管3能將它所吸收的熱很好地傳遞給液體并由此確保冷卻。
為了保證足夠的尺寸，本發(fā)明的管內(nèi)徑d要根據(jù)商K進(jìn)行選擇。而且商K是在100%的蒸發(fā)效率下通過(guò)將所有管子的總流量(公斤/秒)除以燃?xì)馔ǖ?的周長(zhǎng)(米)來(lái)確定的。燃?xì)馔ǖ赖闹荛L(zhǎng)是沿圖1中虛線5測(cè)得的，該虛線將各相鄰管子3的管軸彼此相連。
在圖3所示的坐標(biāo)系中，管內(nèi)徑d可作為商K的函數(shù)來(lái)描述。曲線A上的四個(gè)點(diǎn)通過(guò)數(shù)值對(duì)給出當(dāng)K1＝3公斤/秒米時(shí)，d1＝12.5毫米當(dāng)K2＝7公斤/秒米時(shí)，d2＝20.4毫米當(dāng)K3＝13公斤/秒米時(shí)，d3＝30.6毫米和當(dāng)K4＝19公斤/秒米時(shí)，d4＝39.0毫米曲線A和直線B之間的區(qū)域上的每一點(diǎn)都表示一個(gè)數(shù)值對(duì)，在該點(diǎn)上摩擦壓降和局部壓降彼此有合適的比例關(guān)系，一般來(lái)說(shuō)，局部壓降大于摩擦壓降，當(dāng)各管吸收更多熱量時(shí)，通過(guò)管子的流量增加。
因此，要確保管子冷卻，則在給定商K的情況下不允許任意選擇管內(nèi)徑d。所以實(shí)際上通常存在的數(shù)值對(duì)區(qū)域是由直線B進(jìn)行限定的，該直線是由相應(yīng)于數(shù)值對(duì)的點(diǎn)當(dāng)K5＝1.8公斤/秒米時(shí)，d5＝14.3毫米和當(dāng)K6＝7.6公斤/秒米時(shí)，d6＝38.4毫米來(lái)確定的。因此，按照本發(fā)明由管內(nèi)徑d和商K構(gòu)成的數(shù)值對(duì)位于圖3所示坐標(biāo)系中的曲線A和直線B之間。
在特別不利的加熱情況下，與商K對(duì)應(yīng)的管內(nèi)徑d至多比在曲線A上的商K對(duì)應(yīng)的管內(nèi)徑d小10%或大30%。
通過(guò)用給出的方式和方法對(duì)管內(nèi)徑d的尺寸確定能強(qiáng)制獲得管3中的流動(dòng)狀態(tài)，在這種流動(dòng)狀態(tài)下，總壓降中由摩擦形成的壓降部分和局部引起的壓降部分形成了一個(gè)合理的比例關(guān)系，也就是說(shuō)不管是在滿負(fù)荷還是在部分負(fù)荷，甚至于部分負(fù)荷達(dá)到滿負(fù)荷的50%或更低的情況下，都是如此，由于在本發(fā)明中管3以及燃?xì)馔ǖ?相互調(diào)整了尺寸，所以其合理的比例可以通過(guò)相對(duì)較低的、與冷卻劑的量有關(guān)的冷卻劑在軸向上同時(shí)伴有強(qiáng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的流速來(lái)保障。這個(gè)用流量密度表示的流速在管內(nèi)徑d達(dá)到25毫米且蒸發(fā)效率為100%時(shí)最大可達(dá)約800公斤/平方米秒和850公斤/平方米·秒(曲線A)。當(dāng)管內(nèi)徑d大于25毫米時(shí)，流量密度有所增加而且最大可達(dá)850和約950公斤/平方米·秒(曲線A)。
管3中的總壓降，也就是說(shuō)位于底部入口集水管中的壓力和位于上部出口集水管中的壓力之間的差值是由摩擦壓降部分、局部壓降部分和加速壓降部分合在一起構(gòu)成的。
當(dāng)單個(gè)管3相對(duì)于其它管接受更多的熱量時(shí)，由于水-蒸汽混合的體積增大而使該管中的摩擦壓降增加。因?yàn)橹绷魇秸羝l(fā)生器的加熱蒸發(fā)面上的所有并行相通的管道與共同入口集水管和共同出口集水管聯(lián)結(jié)并確定了相同的壓降，所以在受強(qiáng)加熱的管中為了補(bǔ)償這些壓降部分就必須使流量降低。這些經(jīng)減小了的流通量從受強(qiáng)加熱的管中流過(guò);其管端的蒸汽出口溫度比受平均加熱和弱加熱的管子端部的溫度高許多。
與此相反，在受熱較多的管子中，因?yàn)樗?蒸汽柱很輕，所以因蒸發(fā)增加而使單個(gè)管3相對(duì)于其它管壓降降低了。在這些因素的作用下，流過(guò)受熱較多的管子的流量增加，直到增大的摩擦壓降和降低的局部壓降的總和達(dá)到經(jīng)入口集水管和出口集水管聯(lián)合后給出的壓降。為了使管子端部處蒸汽出口的溫度在受熱較多時(shí)仍保持很低，理想的方法是增加流量。本發(fā)明中局部壓降的影響是使直流式蒸汽發(fā)生器特性改變的原因，這種改變避免了在蒸發(fā)器管子端部上有較大的溫差，因?yàn)槭軓?qiáng)加熱的單個(gè)管子可以利用更高的冷卻劑流量由其自身最大程度地得到補(bǔ)償。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在用固體燃料例如煤進(jìn)行燃燒的直列式蒸汽發(fā)生器中是特別明顯的，因?yàn)榛谌紵冶诓煌潭鹊奈廴荆瑔蝹€(gè)管受熱多或少的問(wèn)題大量存在。
權(quán)利要求
1.具有由彼此氣密性焊接的管子構(gòu)成的垂直燃?xì)馔ǖ赖闹绷魇秸羝l(fā)生器，該蒸汽發(fā)生器上裝有礦物燃料燃燒器，其中燃?xì)馔ǖ赖墓茏踊旧鲜谴怪卑惭b的，該管子的內(nèi)徑用d表示，管子的內(nèi)面帶有由多頭螺紋形成的肋而且將流過(guò)的冷卻劑并行聯(lián)通，其特征在于，-管內(nèi)徑d是商K的函數(shù)，-由管內(nèi)徑d和商K的數(shù)值對(duì)確定的點(diǎn)位于坐標(biāo)系中曲線A和直線B之間，-其中商K是通過(guò)在100%的蒸汽效率下用所有管子的總流量除以從相鄰管子的管軸連線上測(cè)得的燃?xì)馔ǖ浪浇孛娴闹荛L(zhǎng)確定的，和-其中與數(shù)值對(duì)相應(yīng)的點(diǎn)當(dāng)K1=3公斤/秒米時(shí)，d1=12.5毫米當(dāng)K2=7公斤/秒米時(shí)，d2=20.4毫米當(dāng)K3=13公斤/秒米時(shí)，d3=30.6毫米，和當(dāng)K4=19公斤/秒米時(shí)，d4=39.0毫米位于連續(xù)上升的曲線A上，和-其中與數(shù)值對(duì)相應(yīng)的點(diǎn)當(dāng)K5=1.8公斤/秒米時(shí)，d5=14.3毫米當(dāng)K6=7.6公斤/秒米時(shí)，d6=38.4毫米位于直線B上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于，管子中肋的間距h(其測(cè)量單位用“米”表示)最大等于管子內(nèi)徑d(其測(cè)量單位用米表示)的方根的0.9倍，而且由螺紋形成的肋的高度H至少等于管內(nèi)徑d的0.04倍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于，與商K對(duì)應(yīng)的管子內(nèi)徑d和與曲線A上的商K對(duì)應(yīng)的管內(nèi)徑d相比至多約小10%或至多約大30%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的一個(gè)權(quán)利要求所述的直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于，在連續(xù)驅(qū)動(dòng)期間最小負(fù)荷等于或小于滿負(fù)荷的50%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的一個(gè)權(quán)利要求所述的直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于，礦物燃料是煤或者其它固體燃料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的一個(gè)權(quán)利要求所述的直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于，該直流式蒸汽發(fā)生器所屬的發(fā)電設(shè)備的電功率實(shí)際上小于500兆瓦。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的一個(gè)權(quán)利要求所述的直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于，當(dāng)管子內(nèi)徑達(dá)到25毫米時(shí)，管(3)中的流量密度最大約在800-850公斤/平方米秒的范圍內(nèi)，而當(dāng)管子內(nèi)徑超過(guò)25毫米時(shí)，流量密度最大可在約850-950公斤/平方米秒的范圍內(nèi)。
全文摘要
具有實(shí)際上由垂直設(shè)置的管子構(gòu)成的垂直燃?xì)馔ǖ赖闹绷魇秸羝l(fā)生器。在這種直流式蒸汽發(fā)生器中管(3)形成公共燃燒室壁(2)并支撐礦物中燃料燃燒器。管的內(nèi)側(cè)常設(shè)有多頭螺紋形成的肋，使管內(nèi)流過(guò)的冷卻劑彼此并行連通。根據(jù)本發(fā)明，管內(nèi)壁的直徑d是商k的函數(shù)，而且由管內(nèi)徑d和商k數(shù)值對(duì)確定的點(diǎn)位于坐標(biāo)系中曲線A和直線b之間。同時(shí)，商k是在100％的蒸汽效率下用所有管子的總流量M除以燃燒室水平截面中燃?xì)馔ǖ赖闹荛L(zhǎng)，而且在此情況下有4個(gè)確定點(diǎn)位于連續(xù)上升的曲線A上。將該裝置用于額定功率小于500兆瓦的直流式蒸汽發(fā)生器也是很有益的。
文檔編號(hào)F22B31/00GK1081240SQ9210952
公開日1994年1月26日 申請(qǐng)日期1992年7月17日 優(yōu)先權(quán)日1992年7月17日
發(fā)明者W·卡斯特納, W·克勒, E·維特喬 申請(qǐng)人:西門子公司