CN1119556C - 具有螺旋形排列的蒸汽发生器管的直流式蒸汽锅炉 - Google Patents

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Abstract

一种直流式蒸汽锅炉(2)，它有一个由互相通过金属块(13)气密地焊接起来的蒸汽发生器管(10)构成的烟道，它的用于流过流动介质的蒸汽发生器管(10)并联；在管的内侧有一种用于在流过它们的介质内造成强涡流的表面结构；以及，蒸汽发生器管大体成螺旋形卷绕地排列在烟道的燃烧区(V)内。为了使这种直流式蒸汽锅炉(2)在例如约为设计负荷的20%的低负荷状态下也能运行，且不产生过高的热应力，按本发明对直流式蒸汽锅炉(2)的蒸汽发生器管(10)这样设计，即，在它们工作时流过管的介质的测地学压力损失至少是其摩擦压力损失的0.5倍。

Description

具有螺旋形排列的蒸汽发生器管 的直流式蒸汽锅炉
本发明涉及一种直流式蒸汽锅炉，它有一个由互相通过金属块气密焊接的蒸汽发生器管构成的烟道，其中，用于流过流动介质的蒸汽发生器管并联；在蒸汽发生器管内侧有用于加强从其内壁到流动介质传热的表面结构；以及蒸汽发生器管在烟道的燃烧区大体按螺旋形卷绕排列。
在燃烧区由螺旋形排列的蒸汽发生器管构成的直流式蒸汽锅炉的燃烧室壁内，通常采用光滑管。基于光滑管在其内部流动的介质流速低时形成的传热特性，这样一种装置却只适用于大于直流式蒸汽锅炉设计负荷40％的负荷状态。在设计负荷的约40％这一最低负荷以下时，通常在蒸汽锅炉的直流运行的上游设循环运行，以保证蒸汽发生器管充分冷却。然而，如此接入循环运行导致降低直流式蒸汽锅炉新蒸汽的温度约80℃。
尤其是为了避免由直流蒸汽锅炉供电的电厂设备夜间停机，可能要求将直流式蒸汽锅炉设计成，当负荷状态大于设计负荷的20％时它就已经能具有足够高的新蒸汽温度地运行。这一点通过使用这样一种蒸汽发生器管有可能做到，即，在蒸汽发生器管内侧具有一种例如形式上为肋的表面结构(内肋式管)，用于从其内壁到流动介质造成良好的热交换。例如由欧洲专利申请0503116A1已知在一种具有垂直排列的蒸汽发生器管的直流式蒸汽锅炉中采用这种带内肋的蒸汽发生器管。当然，与光滑管相比，带内肋的蒸汽发生器管摩擦压力损失大得多。这种增大的摩擦压力损失在蒸汽发生器管多次加热时由于流过管的介质的质量流量波动会导致尤其在蒸发器出口处相邻管之间的温度差。这种温度差由于造成不可允许的热应力，所以会引起破坏。
因此本发明的目的是提供一种上述类型的直流式蒸汽锅炉，在其运行时，即使在例如直流式蒸汽锅炉设计负荷的约20％的低负荷状态，在相邻蒸汽发生器管出口处产生的温度差仍非常小。
本发明的目的通过一种上述类型的直流式蒸汽锅炉来实现，在此直流式蒸汽锅炉中每一根蒸汽发生器管按这样的方式设计，即，通过在燃烧区内的管长和管子外径这一对数值确定的点在坐标系统内大体在一条直线上，此直线
-当金属块宽度为12mm时通过由数值对L＝59.7m，d＝31.8mm和L＝93.6m，d＝44.5mm确定的点定义，
-当金属块宽度为16mm时通过由数值对L＝64.7m，d＝31.8mm和L＝99.8m，d＝44.5mm确定的点定义，或
-当金属块宽度为20mm时通过由数值对L＝70.6m，d＝31.8mm和L＝106.9m，d＝44.5mm确定的点定义。
管长是初值与终值之间的蒸汽发生器管长度，其中初值通过一个装在烟道下面的灰漏斗到烟道中的过渡区确定，在烟道上再加上灰漏斗高度的三分之一。终值这样确定，即，螺旋形排列的蒸汽发生器管或过渡为垂直排列，或例如通过一收集器压力均匀地互相连接。
为了即使是这样一种直流式蒸汽锅炉，即它的蒸汽发生器管有特别大或特别小的壁厚或它的灰漏斗有特别大或特别小的外壁斜角，仍能在其设计负荷的约20％的低负荷状态可靠运行，每根蒸汽发生器管的管长的偏差相宜地不超过通过相关直线确定的管长的15％。当金属块宽度与上述这些金属块宽度不同时，管长最好由已给出的直线用金属块宽度线性外推或内插。
本发明以下列考虑为出发点，即，当蒸汽发生器管多次加热时，若在管内流动的质量流量密度只有少量下降，则在多次加热的蒸汽发生器管出口与普通的或平均加热的蒸汽发生器管出口之间的温度差特别小。多次加热的蒸汽发生器管质量流量密度下降的原因，是由于多次加热增大了所涉及的蒸汽发生器管的摩擦压力损失。因为在蒸汽发生器管内总的压力损失由压力损失分量“摩擦压力损失”和压力损失分量“测地学压力损失”(geodaetischeDruckverlust)组成，所以在总压力损失的压力损失分量“测地学压力损失”足够大时，可以减小蒸汽发生器管多次加热对其质量流量密度的影响。通过适当设计蒸汽发生器管可以达到足够高的压力损失分量“测地学压力损失”，例如大于摩擦压力损失的0.5倍。
蒸汽发生器管的摩擦压力损失例如可按Q.Zheng等人的出版物“在光滑和内部带肋的蒸汽发生器管内的压力损失-Druckverlust in glatten undinnenberippten Verdampferrohren-”(热量和物质传输-Waerme-undStoffuebertragung-26，232至330页，Springer出版社1991)和Z.Rouhani的出版物“改进的空隙度与两阶段压力降的相关性-Modified Correlations forVoid-Fraction and Two-Phase Pressure Drop-”(AE-RTV-841，1969)确定。
为了在多次加热和正常加热的蒸汽发生器管之间温差小的情况下进一步改善所有蒸汽发生器管的流动，蒸汽发生器管的内径最好在燃烧室燃烧区的上部比在下部的大。
下面借助于附图详细说明本发明的实施例，其中：
图1为具有大体上螺旋形管排的燃烧室壁的直流式蒸汽锅炉简图；
图2为通过燃烧室壁的斜剖面局部；
图3所示为带有曲线A、B和C的坐标系。
在所有的图中相同的部件采用同样的附图标记。
图1示意表示了具有矩形截面的直流式蒸汽锅炉，它的垂直烟道由圆周壁或燃烧室壁4构成，燃烧室壁下端过渡为漏斗形底部6。
在烟道的燃烧区V，矿物燃料的一些燃烧器分别装在由蒸汽发生器管10组成的燃烧室壁4内的每一个孔8(只能看到其中的两个)中。蒸汽发生器管10在燃烧区V内大体按螺旋形卷绕排列，在燃烧区V内它们气密地互相焊接成一个蒸发加热面12。
如图2所示，蒸汽发生器管10通过具有金属块宽度b的金属块13互相气密地焊接并例如按照一种管-接片-管结构或按照一种金属块-管结构构成气密的燃烧室壁4。蒸汽发生器管在其内侧有一种表面结构，用于造成从其内壁到流动介质的良好的热交换。例如在德国公开文件DE-A-2032891中介绍了此类表面结构。
在烟道的燃烧区V上方有对流加热面14、16和18。在它们上面有烟气出口通道20，通过燃烧矿物燃料产生的烟气RG经此出口通道离开立式烟道。烟气RG用作在蒸汽发生器管10内流动的水或水-汽混合物的加热介质。
蒸汽发生器管10按这样的方式设计，即，在直流式蒸汽锅炉2运行时，流过蒸汽发生器管10的介质的测地学压力损失至少为其摩擦压力损失的0.5倍。为保证与直流式蒸汽锅炉2的蒸汽功率无关地在蒸汽发生器管10内有足够高的测地学压力损失，将蒸汽发生器管10按这样的方式设计，即，通过在燃烧区V内的管长L和管外径d这一对数值确定的点在坐标系统内基本上位于图3所示的曲线或直线A、B或C上。曲线A确定了具有蒸汽发生器管10的直流式蒸汽锅炉2的设计准则，这些蒸汽发生器管通过金属块宽度b为12mm的金属块互相气密焊接。曲线B和C则确定了金属块宽度b为16或20mm时的设计准则。
在燃烧区V内的管长L是在起点AP与终点EP之间的蒸汽发生器管10的平均长度。起点AP借助于围壁4的下边缘U再加上漏斗形底部高度H的三分之一确定。终点EP由这样一个位置决定，即蒸汽发生器管10在那里过渡为垂直排列或压力均匀地互相连接。按没有进一步表示的方式和方法，在燃烧区V上部21内，蒸汽发生器管10的内径比在燃烧区V的下部22内的大。

Claims (2)

1.一种直流式蒸汽锅炉，它有一个由互相通过金属块(13)气密地焊接起来的蒸汽发生器管(10)构成的烟道，其中，用于流过流动介质的蒸汽发生器管(10)并联；在它们的内侧有一种表面结构，用于从其内壁到流动介质形成良好的热交换；以及它们大体上螺旋卷绕地排列在烟道的燃烧区(V)内，其特征在于，每一根蒸汽发生器管(10)按这样的方式设计，即，通过在燃烧区(V)内的管长(L)和管子外径(d)这一对数值确定的点在坐标系统内大体在直线(A、B、C)上，此直线
-对于金属块宽度为12mm时通过由数值对L＝59.7m，d＝31.8mm和L＝93.6m，d＝44.5mm确定的点定义，
-对于金属块宽度为16mm时通过由数值对L＝64.7m，d＝31.8mm和L＝99.8m，d＝44.5mm确定的点定义，或
-对于金属块宽度为20mm时通过由数值对L＝70.6m，d＝31.8mm和L＝106.9m，d＝44.5mm确定的点定义。
2.按照权利要求1所述的直流式蒸汽锅炉，其特征在于：蒸汽发生器管(10)的内径在燃烧区(V)的上部(21)比在其下部(22)大。
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