專利名稱：燃燒礦物燃料的直流式蒸汽發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有燃燒礦石燃料的燃燒器的直流式蒸汽發(fā)生器，該蒸汽發(fā)生器有一條由大體上垂直布置的管子構(gòu)成的垂直煙氣通道，上述管子的入口端與入口集管相連，管子的出口端與出口集汽箱相連。
本發(fā)明還涉及一種底端裝有一個(gè)漏斗的直流式蒸汽發(fā)生器，上述漏斗至少包括由彼此焊接的、對(duì)氣體密封的管子構(gòu)成的四壁及這些管子的入口集管和出口集汽箱。
由于平行的管系中各管上所傳遞的熱量差別很大，因此，在燃燒礦物燃料的具有豎直管狀燃燒室壁的直流式蒸汽發(fā)生器中，管子在燃燒室壁的出口處常常存在大溫差。在燃煤的尺寸確定的直流式蒸汽發(fā)生器中，造成熱量傳遞差別很大的原因在于熱流密度的分布不同(例如，在燃燒室的幾個(gè)角上所傳遞的熱量比燃燒器附近少)以及加熱管長(zhǎng)度的不同，尤其是漏斗區(qū)內(nèi)加熱管長(zhǎng)度不同。
為了減小管端溫差，在VGB電廠技術(shù)64第4期第298-299頁的一篇文章中公開了一種采用若干節(jié)流孔板和一個(gè)均壓總管的解決方案。據(jù)該文章報(bào)道，在每根管的入口處配置節(jié)流孔板，以使各根管的水/蒸汽流量與受熱之差和長(zhǎng)度差相適應(yīng)。該方案的缺點(diǎn)是僅能將管入口處的節(jié)流孔板設(shè)計(jì)成在某一特定工況下工作，而且燃燒室壁日益嚴(yán)重的積垢會(huì)引起各管子超比例的溫度偏差。已經(jīng)證明，節(jié)流孔板還可能被堵塞，致使流過有關(guān)管子的水很少。
在這種情況下，均壓總管被安裝在濕蒸汽區(qū)內(nèi)的某處(也可安裝在所有管子都具有相同溫度的地方，但濕蒸汽有不同的蒸汽含量)，在該處在35%的鍋爐負(fù)載下，可達(dá)到80%的平均蒸汽含量。全部蒸汽都流過均壓總管，致使從平行管排的各管中流出的濕蒸汽混合。
因此，在這種公知的均壓總管附道出現(xiàn)的濕蒸汽可能發(fā)生分離，使得某些排放管優(yōu)先得到水，而另一些排放管優(yōu)先得到蒸汽。其結(jié)果是即使在管壁均勻受熱的情況下，在均壓總管的上部，蒸汽的加熱程度差別極大，因而管壁溫度不一樣，由此而產(chǎn)生可能導(dǎo)致管破裂的熱應(yīng)力。
本發(fā)明的任務(wù)在于應(yīng)將垂直煙氣通道的管壁布置成雖然各管的受熱不同是不可避免的但所有管子出口處的蒸汽溫度仍幾乎相同，同時(shí)還應(yīng)避免出現(xiàn)運(yùn)行故障，例如由于管入口處的節(jié)流孔板堵塞而可能引起的運(yùn)行故障。
根據(jù)本發(fā)明，在燃燒室壁外側(cè)一定高度處設(shè)置一個(gè)均壓罐，該均壓罐牢固地安裝在燃燒室壁外側(cè)，使過多受熱的管子與受熱中等的平行管相比具有更高的流量，則能解決本說明書開始時(shí)所提到的那類直流式蒸汽發(fā)生器所存在的問題。如果觀測(cè)出的受熱中等的管子的壓力降為該管摩擦壓降的幾倍時(shí)，通常則是這種情況。上述壓降與處于蒸發(fā)器入口處的集管和上述順流均壓罐的分支之間的蒸發(fā)管部分有關(guān)。在受熱很厲害的管中增加流量的條件是
也就是說，若使流量M保持恒定，所考慮的管段的總壓降(△PGes)會(huì)因過多受熱(△Q)而減小。此外，對(duì)內(nèi)翅管而言，摩擦壓降(△PR)可根據(jù)1991年由Springer出版社出版的由Q.Zheng，W.Kohler，W.Kastner及K.Riedle著的“光滑汽化管和內(nèi)翅汽化管內(nèi)的壓力損失，傳熱和傳質(zhì)26”第323-330頁的內(nèi)容來確定，而觀測(cè)壓降(△PG)可根據(jù)Z.Rouhani著的“空隙比和兩相壓降的修正關(guān)系”(AE-RTV-841，1969年)來確定。與此相反，增速壓降(△PB)卻不太重要，因此計(jì)算時(shí)可以略去不計(jì)。
然而，根據(jù)本發(fā)明，過多受熱管子的流量不應(yīng)保持恒定而應(yīng)增加(△M＞0)。如果滿足方程式(1)的話，那么平行管系中就是這種情況。因此，過多受熱的管子滿足
不等式(2)沒有表示出流量增加的大小。但仍希望流量的增加正好全部補(bǔ)償?shù)舳嗍艿臒崃?。在這種情況下，受熱很厲害的管子的加熱間距與受熱中等的管子相同，也就是說它們的焓增相同，這就極其顯著地減小了上述溫差，直到將該溫差減小到零。對(duì)此，該條件是
此處，下標(biāo)Ref代表具有平均流量M和平均受熱量Q的參考管。
在實(shí)際過程中，不可能總滿足方程式(3)中所提出的條件。選擇均壓罐的設(shè)置高度(也就是均壓罐在垂直設(shè)置的至少部分管長(zhǎng)上加工有內(nèi)肋的管子的平行管系中的位置)，使其滿足
由于在進(jìn)行這種空氣動(dòng)力設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)盡管在不同受熱的情況下所有平行管具有不同的流量但卻有幾乎相同的蒸汽含量(在濕蒸汽的情況下)及溫度(在過熱蒸汽的情況下)，因而不必使全部蒸汽都流過均壓管。全部蒸汽流過均壓管甚至是不利的，因?yàn)樵谶@種情況下又可能產(chǎn)生水-蒸汽混合物分離的危險(xiǎn)。因此，預(yù)先規(guī)定只有總濕蒸汽流的一部分流過均壓罐。合適的部分濕蒸汽流不僅能使流量分配均衡及使入口集管與均壓罐的排出均壓管之間的平行管中流量的分配與受熱分布情況相適應(yīng)，而且可通過均壓管對(duì)流量減小的管子補(bǔ)充附加蒸汽流量，致使在均壓管和順流設(shè)置的集汽箱之間的管中產(chǎn)生幾乎平均的流量分配，而不會(huì)發(fā)生濕蒸汽分解成水和蒸汽的危險(xiǎn)。因此，管壁上端的所有管子具有幾乎相同的溫度，而且不會(huì)出現(xiàn)因熱應(yīng)力而造成的損害。
下面參考附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。其中

圖1是簡(jiǎn)化了的直流式蒸汽發(fā)生器的縱向截面圖;
圖2示出了由直流式蒸汽發(fā)生器的垂直管狀部分構(gòu)成的單根管子，該管與均壓罐相接。
根據(jù)圖1，具有垂直煙氣通道1的直流式蒸汽發(fā)生器由管壁構(gòu)成，上述管壁由下部的垂直相鄰安裝并彼此焊接成具有氣密性的管2和上部的垂直相鄰安裝并彼此焊接成具有氣密性的管3構(gòu)成。相互氣密地焊接的管子構(gòu)成了一個(gè)例如為管-肋板-管結(jié)構(gòu)形式或鰭管結(jié)構(gòu)形式的氣密的管壁。
垂直煙氣通道1的下端有一個(gè)容納灰的漏斗10，該漏斗的周壁同樣也由管壁構(gòu)成。在垂直煙氣通道1的下部安裝有燃燒礦物燃料的主燃燒器11。
管2的入口與入口集管9相通，管2的出口在從入口集管9的中軸量起的某一高度H處直接轉(zhuǎn)變成管3的入口。管3的出口與出口集汽箱12相通。
出口集汽箱12通過一根連管13與分離器14相聯(lián)，排放管15和連管16均與分離器相接。連管16通到過熱加熱器加熱表面18的入口集管17，過熱加熱器的管出口側(cè)與過熱加熱器出口集汽箱19相通。此外，在垂直煙氣通道1內(nèi)部裝有一個(gè)具有入口集管20和出口集汽箱22的中間過熱器加熱表面21以及一個(gè)帶入口集管5和出口集汽箱7的節(jié)省器受熱面6。出口集汽箱7通過連管8與進(jìn)口集管9相通。
圖2示出了一根在高度H處有一根分岔均壓管25的單管2，管2的出口端直接與管3的入口端相通。均壓管25與均壓罐4相通，均壓罐4位于垂直煙氣通道1的外面。管壁的每根管2各有一根分岔均壓管25。
給水泵(未示出)將水供入入口集管5，從該集管流出的水流入燃料節(jié)省器受熱面6而被預(yù)熱。然后水通過連管8和入口集管9流入垂直煙氣通道1的管壁的管2中，在管2中大部分水蒸發(fā)成蒸汽。而在垂直煙氣通道1的管壁的管3中使剩余的水蒸發(fā)并使最先蒸發(fā)部分過熱。
分離器14僅在起動(dòng)過程中起作用，該起動(dòng)過程與在管壁中由于供給的熱量太少而不能將所有的水蒸發(fā)的過程一樣長(zhǎng)。這樣，流入的水-蒸汽混合物能在分離器14中被分離。分離出的水由排水管15送入圖中未示出的減壓器中，分離出的蒸汽經(jīng)連管16送到過熱器的受熱面18。蒸汽透平高壓部分中膨脹過的蒸汽在中間過熱受熱面21中又被加熱。
選擇垂直布置的管子2和3中的蒸汽流密度使得管內(nèi)的觀測(cè)壓降大體上大于摩擦壓降。這就導(dǎo)致管子在過多受熱時(shí)能保持高流量，因而從出口溫度考慮，過多受熱的影響大部能得到補(bǔ)償。在很長(zhǎng)的垂直蒸發(fā)管的情況中，例如直流式蒸汽發(fā)生器中采用的單管結(jié)構(gòu)形式的蒸發(fā)器中，盡管其流量密度低(為1000kg/m2·s及更低)，而負(fù)載為100%，由于蒸發(fā)量大，垂直煙氣通道上面部分的管內(nèi)也就是管3內(nèi)的摩擦壓降大大增加。在這種情況下，摩擦壓降與觀測(cè)壓降之比可能會(huì)大到使過多受熱管中的流量與平行管相比降低，因而在管端形成不希望的高蒸汽溫度。
然而設(shè)置均壓罐4就可使管2的壓降與管3的壓降分開。連接成使水從下向上并平行流動(dòng)的所有管2在入口集管9與均壓罐4之間的壓降都相等。在此壓降下，觀測(cè)壓降部分是摩擦壓降部分的幾倍，因此在單管過多受熱時(shí)流量增加的優(yōu)越性非常明顯。這一點(diǎn)在垂直煙氣體管道1的下部非常重要，因?yàn)樵谠摬糠种新┒穮^(qū)和主燃燒器區(qū)的不同受熱尤其明顯。
在管3所處的垂直煙氣通道1的上面部分內(nèi)不僅受熱比煙氣通道1的下部小，而且其受熱的不均勻性也比通道1的下部小。因此，均壓罐4可導(dǎo)致管2內(nèi)的部分流體經(jīng)均壓管25的一部分而流向均壓罐4，部分流體從均壓罐4經(jīng)均壓管25的另一部分流入管3中。這樣，雖然管2中流體流動(dòng)不均勻而且受熱的差別也很大，仍能使管3內(nèi)流體流動(dòng)很均勻。
根據(jù)本發(fā)明，如果均壓罐接入平行管系中的高度在100%負(fù)載及單管中過多受熱為a%的情況下按其余的邊界條件使通過該單管的流量或者至少提高0.25×a%、或者0.50×a%、或者0.75×a%，其效果尤其顯著。
如果在管內(nèi)側(cè)加工出多頭螺紋狀的肋片，可改善管2和管3的冷卻情況，因而使管壁溫度降低。在高溫輻射區(qū)例如燃燒器11的區(qū)域內(nèi)尤其需要采取這種措施。上述多頭螺紋狀的肋片延伸到管2長(zhǎng)度的50%以上是合適的。
由于內(nèi)肋管的傳熱性能良好，與設(shè)置現(xiàn)有的均壓管相比，本發(fā)明的技術(shù)方案中采用了均壓罐，并在火焰空間的范圍內(nèi)采用內(nèi)肋管，在滿負(fù)荷情況下，蒸汽流量密度可低于1000kg/m2·s。
權(quán)利要求
1.帶有燃燒礦物燃料的燃燒器(11)和由基本上垂直安裝的管(2、3)構(gòu)成的垂直煙道(1)的直流式蒸汽發(fā)生器，上述管子的入口端與入口集管(9)相通，其出口端與出口集汽箱(12)相通，其特征在于從每根管子位于燃燒器(11)上方的相同高度H處分岔出一根均壓管(25)，該管(25)與均壓罐(4)相通；選擇高度H，使得位于入口集管(9)和均壓管(25)的分岔之間的單根管(2)與所有管(2)的平均受熱量相比為過多受熱時(shí)流過該單根管的流量增加。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于管(2)內(nèi)側(cè)加工有長(zhǎng)度超過其自身長(zhǎng)度50%的多頭螺紋狀的肋片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于煙道(1)的管(2、3)彼此焊接并能密封氣體。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于選擇高度H，使得在額定負(fù)載和位于入口集管(9)和均壓管(25)的分岔之間的單根管子與具有100%負(fù)載相應(yīng)的平均受熱量的所有管(2)相比為多受熱a%的情況時(shí)，由計(jì)算而確定的流過該單根管(2)的流量至少增加約0.25×a%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于選擇高度H，使得在額定負(fù)載和位于入口集管(9)和均壓管(25)的分岔之間的單根管子與具有100%負(fù)載相應(yīng)的平均受熱量的所有管(2)相比為多受熱a%的情況時(shí)由計(jì)算而確定的流過該單根管(2)的流量至少增加約0.50×a%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3所述的直流式蒸汽發(fā)生器，其特征在于選擇高度H，使得在額定負(fù)載和位于入口集管(9)和均壓管(25)的分岔之間的單根管子與具有100%負(fù)載相應(yīng)的平均受熱量的所有管(2)相比為多受熱a%的情況時(shí)由計(jì)算而確定的流過該單根管(2)的流量至少增加約0.75×a%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直流式蒸汽發(fā)生器，它具有燃燒礦物燃料的燃燒器(11)和由基本垂直布置的管(2、3)構(gòu)成的垂直煙道(1)，上述管的入口端與入口集管(9)相通，其出口端與出口集汽箱(12)相通。根據(jù)本發(fā)明從每根管(2)上的相同高度H處分岔出一根均壓管(25)，該管與均壓罐(4)相通，選擇上述高度H，使得在入口集管(9)和均壓管(25)的分岔之間的單根管(2)與具有平均受熱量的所有管(2)相比為多受熱的情況時(shí)，流過該單根管(12)的流量增加。
文檔編號(hào)F22B1/02GK1075789SQ9211532
公開日1993年9月1日 申請(qǐng)日期1992年12月19日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月20日
發(fā)明者W·卡斯納, W·克勒, E·韋特豪 申請(qǐng)人:西門子公司