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CN105473939A - 具有双道锅炉设计的连续流动蒸汽发生器 - Google Patents

具有双道锅炉设计的连续流动蒸汽发生器 Download PDF

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CN105473939A CN201480044547.XA CN201480044547A CN105473939A CN 105473939 A CN105473939 A CN 105473939A CN 201480044547 A CN201480044547 A CN 201480044547A CN 105473939 A CN105473939 A CN 105473939A
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Abstract

本发明涉及一种连续流动蒸汽发生器，所述连续流动蒸汽发生器包括燃烧室(1)，所述燃烧室具有大致矩形横截面以及下和上燃烧室区域(11，12)，并且所述连续流动蒸汽发生器包括水平气体通道(2)，其在烟道气侧连接燃烧室(1)的下游。连续流动蒸汽发生器的不透气和气体可渗透外围壁(S，F，R，N，G)完全或部分由蒸汽发生器管(10)制成，所述蒸汽发生器管被焊接在一起且流动介质可以流动通过它，收集器(31-40)被设置并连接到蒸汽发生器管，使得并联连接的蒸汽发生器管组形成外围壁(S，F，R，N，G)的加热表面段(H1-H10)。第一通道收集器(31，33，34)被设置和连接成使得来自下燃烧室区域(11)的两个平行的第一外围壁的第一加热表面段(H1，H2)的流动介质可以与来自上燃烧室区域(12)的第二外围壁的第二加热表面段(H9，H10)的流动介质混合，所述第二外围壁垂直于第一外围壁。

Description

具有双道锅炉设计的连续流动蒸汽发生器
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的连续流动蒸汽发生器。
背景技术
本发明具体涉及用于电厂的连续流动蒸汽发生器，其具有大致矩形横截面的燃烧室，并具有水平气体通道，所述水平气体通道在烟道气侧连接燃烧室下游，并可通过另一竖直气体通道被邻接。这样的结构，也被称为双道(two-pass)锅炉，例如从EP2182278A1中是已知的。这里，流动介质可以流过的焊接在一起的蒸汽发生器管形成连续流动蒸汽发生器的不透气外围壁和可透气炉排壁。连接到蒸汽发生器管的对应设置的收集器使得形成不同加热表面段成为可能，加热表面段由外围壁的并联连接蒸汽发生器管组组成。原则上，在这里，连续流动蒸汽发生器的蒸汽发生器管能够被垂直地和/或以螺旋形或螺旋状方式在部分或整个长度上被设置。此外，连续流动蒸汽发生器也可以是连续强制流动蒸汽发生器的形式。
DE102010038885A1公开了一种具有垂直管的连续流动蒸汽发生器，其被称为单道或塔式锅炉。在这种情况下，外围壁的管被分成下段和上段，其由通道收集器彼此相连。通道收集器充分实现蒸汽发生器管之间的完全压力均衡，而没有进一步措施，但仅实现流动介质的不完全混合。在下部蒸汽发生器管的出口温度或出口焓的差在通道收集器内仅部分被补偿，并因此部分未混合地被向前传导到蒸汽发生器管。但是，由于加热不平衡在上段蒸汽发生器管中也存在，在蒸汽发生器管内的流动介质局部温度差异在外围壁内会进一步加强，并因此在某些情况下达到不允许的高值。如果温度值超过材料的缩放温度，或者如果由于高温度值产生不允许的高材料应力，就可能出现对外围壁的损坏，这对于电厂的可靠运行必须避免。
因此，在DE102010038885A1中，对于在上段具有平行的蒸汽发生器管的连续强制流动蒸汽发生器，建议所述蒸汽发生器管的设计参数被选择为使得在蒸汽发生器满负载下，在所述蒸汽发生器管内的平均质量流量密度不低于1200kg/m2s。但是，在某些情况下，以这种方式实现的在上段垂直管内的流动分布的均匀化和停滞的避免不能满足作为一种用于降低局部温度不平衡到传统的材料，例如13CrMo45(T12)可以被使用的这样的程度的措施。在这种情况下，则有可能要使用更高度合金化的材料。因此，对于特定的上段的外围壁，材料7CrWVMoNb9-6(T23)或7CrMoVTiB10-10(T24)被讨论或使用，其中，在所述材料的情况下，为了连续流动蒸汽发生器和电厂作为一个整体的可靠运行，必须特别关注焊接连接的可靠性和耐久性。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种克服上述缺点的连续流动蒸汽发生器。
所述目的是通过具有权利要求1的特征的连续流动蒸汽发生器来实现的。
根据本发明，对于被设计为双道锅炉的连续流动蒸汽发生器，其在烟道气侧具有与燃烧室下游相连的水平气体通道，提出了一种蒸汽发生器管的新颖连接构造。传统上，在这样的双道锅炉的情况下，在上燃烧室区域，前壁、后壁和侧壁的蒸汽发生器管被并联连接。后壁的蒸汽发生器管则例如分布在后壁表面上方，其中一部分形成鼻部和水平气体通道的基部以及在水平气体通道的端部的炉排，并且鼻部下游的另一部分在不加热的方式下运行，然后，进一步向上，在从燃烧室至水平气体通道的过渡处形成炉排。在新颖连接构造的情况下，现在的情况是第一收集器被设置并连接为使得来自下燃烧室区域的两个平行第一外围壁的第一加热表面段的流过蒸汽发生器管的流动介质可以被混合到来自第二外围壁的第二加热表面段的流动介质相混合，所述第二外围壁垂直于所述第一外围壁，并因此可以实现质量流量密度的增加和温度的均匀化。
如果第二外围壁是前壁和后壁组件，其由上燃烧室区域的后壁，鼻部和炉排形成，并且如果第一外围壁是下燃烧室区域的两个侧壁，可用于上前壁和后壁组件的管冷却的质量流量大大增加，因为这是对于两个下侧壁的混合质量流量，以及下前壁和后壁的质量流量是可获得的。在较大的质量流量的情况下，在前壁和后壁组件的加热表面段的蒸汽发生器管内的质量流量密度可以被增加，从而在所述外围壁的冷却被提高。此外，由于流动介质的更大质量流量，现在供给到所述加热表面段的热量导致更少的温度上升。因此，特别是在上燃烧室区域内的外围壁的情况下，并且特别是在双道锅炉的前壁的情况下，其通常表现出非常高的热吸收，由于较高的质量流量密度，有可能实现入口温度的均匀化，并且因此运行可靠性可大大被提高。
在本发明的一个优选改进中，第二通道收集器和至少一个落水管被布置并连接为使得来自上燃烧室区域的第二外围壁的流动介质可被提供给上燃烧室区域的外围壁的第三加热表面段。理想地，在上前壁的出口和在水平气体通道的端部的炉排的出口，流动介质被收集在相应的收集器内并通过两个落水管在各种情况下被提供给两个上侧壁中的一个上侧壁，提供给燃烧室出口炉排和提供给水平气体通道的侧壁。
在这里，第一收集器优选被连接为使得来自下燃烧室区域的第一外围壁的由角壁区域构成的加热表面段的流动介质可被提供给和/或混合到上燃烧室区域的第二外围壁的中央壁区域。这里，在下侧壁的出口，边缘区域的相对冷的流动介质可被提供给上前壁和后壁的相对热的中央区域。来自侧壁中心的相对暖的流动介质被混合到前壁和后壁的边缘区域的相对冷区。该混合物引起流动介质的温度的均匀化。
总之，因此，有可能的是，通过本发明，对于可用于管冷却，特别是用于上前壁和后壁的质量流量，可以大大被增加。在较大的质量流量的情况下，在蒸汽发生器管内的质量流量密度可以被增加，由此冷却作用得到改善。此外，由于流动介质的更大质量流量，两壁的供给的热量现在导致更少的温度上升。完全混合可以被假定发生在前壁和后壁的出口收集器的下游和水平气体通道的炉排的下游的落水管内。其结果是，由于在上侧壁的入口处不存在来自上游的加热表面温度不平衡，并考虑到在加热表面内的加热不平衡，在所述上侧壁的出口，相对于蒸汽发生器管的常规连接构造，现在这引起较低的最大出口温度，即使由于在前壁和后壁内的吸收的热，平均入口温度已经升高。
具体实施方式
本发明现在将通过示例的方式在附图的基础上进行讨论。这里，附图示意性地示出了根据本发明的连续流动蒸汽发生器的可能示例性实施例的侧视图。连续流动蒸汽发生器包括具有下燃烧室区域11和上燃烧室区域12的燃烧室1，其中，水平气体通道2邻接上燃烧室区域12。水平气体通道2然后可通过未进一步示出的竖直气体通道邻接。多个燃烧器(未更详细示出)被设置在下燃烧室区域11内，该燃烧器在燃烧室1中实现液体、固体或气体燃料的燃烧。由燃烧生成的烟道气然后流入上燃烧室区域12中，并从那里进入水平气体通道2。燃烧室和水平气体通道2的外围壁由蒸汽发生器管10形成，蒸汽发生器管以不透气方式被焊接在一起，并且由未更详细地示出的泵泵送流动介质-通常是水进入蒸汽发生器管中，该流动介质通过燃烧器所产生的烟道气被加热。在下燃烧室区域11内，蒸汽发生器管10可在部分或整个长度上，被竖直地和/或以螺旋形或螺旋状方式定向。虽然在螺旋形布置的情况下在建造方面需要相对较高的费用，但是它交换获得的是，在并联连接的蒸汽发生器管之间产生的加热差远远小于具有排他的竖直管道的燃烧室1的情况。为了改善烟道气引导，所显示的连续流动蒸汽发生器还包括鼻部N，其由后壁R的蒸汽发生器管形成并伸入燃烧室。燃烧室壁的蒸汽发生器管被设计为蒸发器管。流动介质在其中被蒸发且经由在燃烧室的上端的出口收集器32，36和40被提供到水分离系统5。在水分离系统5中，尚未被蒸发的水被收集并排出。这特别是在启动操作期间是必要的，当它是必要的时，对于蒸汽发生器管的可靠冷却，用于使将被泵送的流动介质的流量比在一次穿过(onepassthrough)管期间可以被蒸发的更大。由此所产生的蒸汽被传导入下游过热器管7的入口收集器6，在这种情况下入口收集器形成连续流动蒸汽发生器的顶板6。
在从下燃烧室11到上燃烧室12的过渡区域内传统上设置并连接，并且在这种情况下呈通道收集器形式的收集器形成下燃烧室区域11和上燃烧室区域12的蒸汽发生器管之间的分离点。本发明正是针对这种情况。根据本发明，现在提供的是，在该分离点，第一收集器31，33和34被设置并连接为使得来自作为下燃烧室区域11的第一外围壁的两平行侧壁S的第一加热表面段H1和H2的流动介质，可以混合到来自作为第二外围壁的上燃烧室区域12的前壁F和后壁R的第二加热表面段H9和H10的流动介质。这里，必须确保的是，在上燃烧室区域12中，在第一收集器31上方的后壁R的管道无缝地过渡进入形成为鼻部N的区域内，然后进入在水平通道2的出口的随后炉排G，从而共同形成后壁组件的加热表面段H10。这意味着，在这种情况下，出现自下燃烧室区域11的加热表面段H7和H8的流动介质具有在上燃烧室区域12内混合到其的来自下燃烧室区域11的横向加热表面段H1和H2的附加流动介质，并且因此，在上燃烧室区域12内，在由R，N和G形成的前壁和后壁组件的加热表面段H9和H10内，流动介质的质量流量增加。由于发电厂的燃烧室通常具有矩形横截面，前壁和后壁或后壁组件因此相对于平行侧壁被正交设置。连同进一步的顶壁和侧壁，它们因此形成燃烧室的外围壁和在烟道气侧下游被连接的水平气体通道的外围壁。在本示例性实施例中，此外它是这样的情况，在前壁F和炉排G的出口，呈出口收集器形式的收集器35和37被设置在上燃烧室区域12的上端并且在每一情况下被连接到在平行侧壁S的每一侧上的一个落水管4，使得来自上燃烧室区域12的第二外围壁F的第二加热表面段H9和后壁R的第二加热表面段H10，鼻部N和水平气体通道2的炉排G的流动介质可被提供给上燃烧室区域12的横向外围壁S的第三加热表面段H3-H5和/或水平气体通道2的横向外围壁的第四加热表面段H6和/或经由收集器36'提供给设置在上燃烧室区域12和水平气体通道2之间的过渡处的燃烧室出口炉排ZG。流动介质然后流经所述加热表面段从底部到顶部，被收集在收集器32，36和40内，并且被供应到水分离系统5。
在这里所示的优选实施例中，进一步的情况是，由下燃烧室区域11的角壁区域构成的加热表面段H1的蒸汽发生器管10通过通道收集器31和33被连接到由上燃烧室区域12的前侧外围壁和后外围壁组件的中央壁区域(未更详细示出)构成的加热表面段。相应地，由下燃烧室区域11的中央壁区域构成的加热表面段H2的蒸汽发生器管10通过收集器31和34被连接到由前侧外围壁和上后壁组件的角壁区域构成的加热表面段。由于是横向图示，前壁F和后壁，或由上燃烧室区域12的部分后壁R、鼻部N和炉排G形成的后壁组件的分割是不可见的，但是也可类似于示出的侧壁分割成相应的加热表面段被实现。
蒸汽发生器管和收集器在根据本发明的连接结构的情况下产生尤其是关于外围壁的冷却和关于在上燃烧室区域12内的温度不平衡的优点。更高的质量流量密度提高内部的热传递。在具有随后的鼻部、水平气体通道基部和炉排的前壁和后壁中的更短的加热散布导致较低的出口温度。在上前壁和后壁的入口处，来自侧壁的流动介质的目标混合也具有积极的效果。另外，对于在上燃烧室区域12内的侧壁，连接结构是有利的，因为在入口处流动介质已被完全混合，因此可以假定，在入口收集器内不再存在温度不平衡。被设计为双道锅炉的连续流动蒸汽发生器的燃烧室的蒸汽发生器管的根据本发明的连接结构使得对于下侧壁出口收集器和上前壁和后壁，以及在上侧壁的入口的附加收集器之间的管线在建造方面的额外费用充分必需。然而，通过根据本发明的连接结构，因此有可能在加工方面基本上避免材料T23和T24的使用以及相关联的困难，并且此外，通过根据本发明的连接结构，发电厂的运行状态也可以设想，其中连续流动蒸汽发生器，或者其他呈连续强制流动蒸汽发生器形式的连续流动蒸汽发生器，旨在于从600℃至700℃范围内的更高新鲜蒸汽温度下操作。原则上，这可以加热表面段的互连结构的任何方式实现，所述加热表面段实现流动介质的局部混合。因此，对于将要提供的结构这也是可能的，在该结构中来自下燃烧室区域11的前壁F和后壁R的加热表面段的流动介质被混合到来自上燃烧室区域12的侧壁S的加热表面段。

Claims (6)

1.一种连续流动蒸汽发生器，所述连续流动蒸汽发生器具有燃烧室(1)，所述燃烧室(1)具有大致矩形横截面并且具有下燃烧室区域(11)和上燃烧室区域(12)，所述连续流动蒸汽发生器具有水平气体通道(2)，所述水平气体通道在烟道气侧连接所述燃烧室(1)的下游，其中所述连续流动蒸汽发生器的不透气和可透气外围壁(S，F，R，N，G)完全或部分由被焊接在一起的蒸汽发生器管(10)制成，流动介质能流动通过所述蒸汽发生器管，并且其中收集器(31-40)被设置并连接到所述蒸汽发生器管，使得并联连接的蒸汽发生器管组形成所述外围壁(S，F，R，N，G)的加热表面段(H1-H10)，
其特征在于：
第一通道收集器(31，33，34)被设置和连接成使得来自所述下燃烧室区域(11)的两个平行的第一外围壁的第一加热表面段(H1，H2)的流动介质能被混合到来自所述上燃烧室区域(12)的第二外围壁的第二加热表面段(H9，H10)的流动介质，所述第二外围壁垂直于所述第一外围壁。
2.如权利要求1所述的连续流动蒸汽发生器，其特征在于：
所述第二外围壁是前壁(F)和后壁组件，其由所述上燃烧室区域(12)的所述后壁(R)的一部分，鼻部(N)和炉排(G)形成，并且此外，所述第一外围壁是所述下燃烧室区域(11)的两个侧壁(S)。
3.如权利要求1或2所述的连续流动蒸汽发生器，其特征在于：
第二收集器(35，37)和至少一个落水管(4)被设置并连接成使得来自所述上燃烧室区域(12)的所述第二外围壁的第二加热表面段(H9，H10)的流动介质能被供给到所述上燃烧室区域(12)的所述第一外围壁的第三加热表面段(H3-H5)。
4.如权利要求3所述的连续流动蒸汽发生器，其特征在于：
经由所述至少一个落水管(4)，流动介质能被提供给所述水平气体通道(2)的横向外围壁的第四加热表面段(H6)和/或提供给设置在所述上燃烧室区域(12)和所述水平气体通道(2)之间的过渡处的燃烧室出口炉排(ZG)。
5.如权利要求1至4中的一项所述的连续流动蒸汽发生器，其特征在于：
所述第一收集器(31，33，34)被连接成使得来自所述下燃烧室区域(11)的所述第一外围壁的由角壁区域构成的加热表面段的流动介质能被提供给和/或混合到所述上燃烧室区域(12)的所述第二外围壁的中央壁区域。
6.如权利要求1至5中的一项所述的连续流动蒸汽发生器，其特征在于：
所述第一收集器(31，33，34)被连接成使得来自所述下燃烧室区域(11)的所述第一外围壁的由中央壁区域构成的加热表面段的流动介质能被提供给和/或混合到所述上燃烧室区域(12)的所述第二外围壁的角壁区域。
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