專利名稱：用于滑動壓力蒸汽發(fā)生器的循環(huán)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及蒸汽發(fā)生器領(lǐng)域，更具體地說，涉及一種新穎有用的用于 滑動壓力蒸汽發(fā)生器的循環(huán)系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
直流鍋爐的設(shè)計大約起源于1926年。直流鍋爐的設(shè)計是由Siemens根據(jù)Mark Benson提出的想法來開發(fā)的。Benson鍋爐引入了用于超臨界蒸汽壓設(shè)計(例如， 為適應(yīng)超臨界蒸汽壓)的滑動壓力操作的概念。在Benson的設(shè)計中，鍋爐給水泵 提供整個的驅(qū)動頭，以迫使水通過節(jié)約器、蒸發(fā)器和過熱器。水被連續(xù)蒸發(fā)至千 燥然后過熱，而沒有任何的蒸汽與水的分離。循環(huán)方法可應(yīng)用到超臨界和亞臨界 的所有工作壓力。通常，Benson設(shè)計的大多數(shù)應(yīng)用使用蒸發(fā)器的螺旋爐回路，因 為垂直管式蒸發(fā)器的設(shè)計更易被攪亂且是不均勻的管管之間的加熱器。為了啟動 和降低負(fù)荷操作，需要特殊的旁路系統(tǒng)。
在圖1所示的一個例子中，用于系統(tǒng)910的鍋爐給水泵908提供整個驅(qū)動頭， 以迫使水通過節(jié)約器911、蒸發(fā)器912和可與分離器913 —同使用的過熱器914。 水被連續(xù)蒸發(fā)至干燥，然后過熱，而沒有任何的蒸汽與水的分離。這種循環(huán)方法 可應(yīng)用到所有的工作壓力，即超臨界的(大于3208psia)和亞臨界的(小于 3208psia)。通常，系統(tǒng)910使用蒸發(fā)器912的螺旋爐回路，因為垂直管式設(shè)計更 易被攪亂且是不均勻的管管之間的加熱器。為了啟動和降低負(fù)荷操作，需要特殊 的旁路系統(tǒng)。
為了克服啟動和降低負(fù)荷操作，許多鍋爐制造商已經(jīng)開發(fā)出了具有如圖2和 3所示的疊加再循環(huán)系統(tǒng)910a和910b的直流鍋爐設(shè)計。這些再循環(huán)系統(tǒng)通過結(jié) 合了循環(huán)泵915和孔916使流體能局部再循環(huán)至爐壁，從而增大蒸發(fā)器中的流體 速度。在許多應(yīng)用中，該設(shè)計允許爐912保持恒定壓力，通常是超臨界壓力，并 且利用分離器或閃蒸罐913以用于在啟動和低負(fù)荷時將超臨界壓力減小至亞臨界 壓力。這種類型的直流鍋爐系統(tǒng)910a和910b通常采用垂直爐管式蒸發(fā)器設(shè)計。
這種類型的單元的例子是B&W的通用壓力(UP)鍋爐、CE的組合式循環(huán) 鍋爐和Foster Wheeler的多回程鍋爐。這些鍋爐使流體能局部再循環(huán)至爐壁，以 增大在蒸發(fā)器管中的流體速度。在許多應(yīng)用中，該設(shè)計允許爐保持通常為超臨界 壓力的恒定壓力，并采用分離器或閃蒸罐以用于在啟動和低負(fù)荷時將超臨界壓力 減小至亞臨界壓力。這種類型的直流鍋爐系統(tǒng)通常采用垂直爐管式蒸發(fā)器設(shè)計。
采用螺旋管和垂直管爐蒸發(fā)器的直流鍋爐設(shè)計已經(jīng)由許多鍋爐制造商來銷 售，并且開發(fā)成用于超臨界或亞臨界蒸汽壓。用于滑動壓力應(yīng)用的垂直管式直流 鍋爐在工業(yè)上變得越來越被人們所接受。由于蒸發(fā)器的流動要求，垂直管式直流 鍋爐的滑動壓力操作局限于特殊的最小負(fù)荷。螺旋爐在爐的配合管直徑和質(zhì)量速 度方面允許更大的自由度，從而確保管的冷卻和在平行的爐蒸發(fā)器管中的流動穩(wěn) 定性。它還允許爐子的各管運行通過燃燒室中的不同加熱區(qū)域，從而諸管之間的 總體熱量輸入的差值可以保持最小。
由于螺旋爐與垂直爐設(shè)計相比較時的高成本，所以需要開發(fā)垂直管式滑動壓 力直流鍋爐。強制循環(huán)的直流鍋爐的結(jié)構(gòu)要求使用大量焊接在一起的平行管，以 形成膜板。膜壁完整性的基本要求是在各爐水平面處的所有管中均勻的流體和金 屬溫度。直到現(xiàn)在，垂直管設(shè)計的主要問題仍然是由于爐中各管之間的較大的溫 差。在垂直管式爐中，各管之間的溫差是螺旋爐設(shè)計中的大約2.5倍。1500000-20000001b/hr-ft**2的平均質(zhì)量速度是用在目前的直流鍋爐設(shè)計中的通常速度。當(dāng) 經(jīng)受通常的外圍爐吸熱變化(可以從平均值變化+/-35%或更多)時，這些質(zhì)量速 度導(dǎo)致在數(shù)量上減小的速度變化，且增多了熱量輸入。這種趨勢稱為鍋爐管的直 流特性。在直流模式中，由于熱量增多而引起的速度變化如圖4所示是負(fù)的。萬 一多余的熱量輸入迸入單個管，則會發(fā)生質(zhì)量速度的減小，引起管出口溫度的附 加升高。
美國專利第5,390,631號指出了使用多導(dǎo)向帶肋(MLR)的和單導(dǎo)向帶肋 (SLR)的管道以用于垂直管式和螺旋管式爐滑動壓力直流鍋爐。在爐中各種管 道的位置是根據(jù)熱量傳輸和流動的特性來確定的，用于單元希望工作的所有負(fù)荷。 這基本上覆蓋了從最小負(fù)荷為最大連續(xù)額定值(MCR)的大約25-30X到MCR負(fù) 荷的負(fù)荷范圍。該新穎的爐子設(shè)計包括在低熱通量區(qū)域中的垂直光滑孔管和在高 熱通量區(qū)域中的垂直MLR和SLR管的組合，其中必須避免偏離泡核沸騰(DNB) 和/或臨界熱通量(CHF)，并滿足管金屬溫度的限制。對于各板，調(diào)整MLR/SLR 組合的長度和位置，以實現(xiàn)最優(yōu)的自然循環(huán)特性。因為SLR管具有比MLR管或
光滑管更高的流動阻力，所以必須減少它們的使用，除非在絕對需要它們的位置 才使用。較高的流動阻力具有降低所想要的自然循環(huán)效果的趨勢。但是圍繞爐周
緣的SLR和MLR管的合適位置和準(zhǔn)確比例將使所有在任何高度處的膜壁管之間 的流體和金屬溫度差最小化，從而在所有的負(fù)荷處都保持在100。F的容許界限下。 由于具有自然循環(huán)特性，盡管在爐蒸發(fā)器中的管子具有垂直管設(shè)計的不同加熱特 性，但是它們將具有相似的出口溫度。各管道類型的實際設(shè)計和位置將是爐子的 幾何尺寸、燃料種類和類型、單元的負(fù)荷變化要求以及單元的壓力和溫度要求的 函數(shù)。這種概念的應(yīng)用可以對于爐中的各板來說是不同的。在一個板中SLR管道 的位置可以在不同的高度，高于或低于鄰近其的板。
美國專利第5,713,311號指出了一種混合蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用具有循環(huán) 系統(tǒng)的常用爐子，該循環(huán)系統(tǒng)可以用作在0-25%負(fù)荷的低負(fù)荷工作過程中具有再 循環(huán)的自然循環(huán)系統(tǒng)、25-50%負(fù)荷的混合的自然/直流循環(huán)系統(tǒng)、以及50-100% 負(fù)荷的直流循環(huán)系統(tǒng)。混合系統(tǒng)允許單元在低負(fù)荷時以自然循環(huán)特性工作，而在 高負(fù)荷時以直流特性工作。該系統(tǒng)結(jié)合了自然循環(huán)汽包鍋爐和直流系統(tǒng)的工作原 理。
美國專利第4,290,389號指出了一種與現(xiàn)有技術(shù)的圖2和3所給出的原理非常 相似的原理。該原理使用循環(huán)泵和孔口，以實現(xiàn)滑動壓力的直流鍋爐。該泵用于 在較低的負(fù)荷下工作，并滿足爐孔的高壓降。該孔口用于高壓和高負(fù)荷的工作。
熱液壓問題與處于降低負(fù)荷的直流鍋爐的工作和設(shè)計要點相關(guān)聯(lián)。這些設(shè)計 要點部分地是由爐子熱量分配的較大變化所引起的，且通常需要使用孔口和/或循 環(huán)泵以將流動分配至爐子回路，從而校正循環(huán)問題。在許多現(xiàn)有技術(shù)設(shè)計中，獲 得低負(fù)荷下的必須流動從而足以冷卻爐管需要比滿負(fù)荷所必須的高得多的流動速 度。螺旋管式爐設(shè)計已經(jīng)通過合適地選擇爐管尺寸和螺旋角度來獲得適當(dāng)?shù)臓t子 設(shè)計，從而用來使吸熱和負(fù)荷的這些作用最小化。在螺旋管和直流管鍋爐的情況 下，為了成功地設(shè)計單元，需要滿負(fù)荷下的高流體速度以用于35%到滿負(fù)荷的通 常負(fù)荷范圍。與具有高速的爐子設(shè)計相關(guān)聯(lián)的壓降導(dǎo)致鍋爐設(shè)計的效率更低。
由于動態(tài)流動穩(wěn)定性問題，涉及直流鍋爐的其它循環(huán)設(shè)計會在低負(fù)荷下發(fā)生。 因為在低負(fù)荷下流動速度更低，所以流動不穩(wěn)定可能會發(fā)生，這在安全可靠的鍋 爐工作中是不希望的。此問題的改正已經(jīng)導(dǎo)致了在爐中的各獨立管子上開孔口。 孔口增大了直流鍋爐設(shè)計的壓降，從而導(dǎo)致了鍋爐的效率更低。
Siemens開發(fā)的用于垂直管式爐設(shè)計的最新設(shè)計原理要求使用特殊類型的帶
肋管(最好是多肋管)，這將允許爐子設(shè)計的較低質(zhì)量速度。然而，這種新型帶肋 管的成本要比常用類型的帶肋管高得多。需要一種設(shè)計，其中爐管將只需要標(biāo)準(zhǔn)
的MLR管道。
對于較高和較低質(zhì)量速度類型的直流滑動壓力鍋爐所產(chǎn)生的問題來說，需要 一種解決方式。需要一種設(shè)計，它無需特殊類型的帶肋管，從而防止增加鍋爐的 成本。同樣，需要一種無需孔口或循環(huán)泵的設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種循環(huán)系統(tǒng)，它允許蒸汽發(fā)生器作為自然循環(huán)汽 包蒸汽發(fā)生器或者作為滑動壓力直流蒸汽發(fā)生器來工作，而無需孔口和循環(huán)泵。
本發(fā)明的另一目的是提供一種設(shè)計來克服與常規(guī)的直流鍋爐相關(guān)聯(lián)的啟動和 低負(fù)荷操作問題。
本發(fā)明的另一目的是在臨界點下方適應(yīng)用于自然循環(huán)汽包工作的循環(huán)要求， 而當(dāng)鍋爐處于滿負(fù)荷超臨界壓力處的直流工作中時不損害單元的整體鍋爐壓降。
本發(fā)明的另一目的是在處于或稍低于臨界壓力點的工作壓力處利用無汽包自 然循環(huán)鍋爐的性能，并且在高于臨界壓力點處作為直流鍋爐來工作。
因此，提供一種蒸汽發(fā)生器循環(huán)系統(tǒng)，它包括鍋爐給水泵，該鍋爐給水泵給 系統(tǒng)加壓并提供整個驅(qū)動頭，從而迫使水通過節(jié)約器并通過蒸發(fā)器(例如，爐子) 的水冷壁管或垂直管。分離器接納蒸汽和水的混合物，且將蒸汽輸送到諸如過熱 器之類的蒸汽利用單元。在分離器下方提供閥。假如閥是打開的，則來自于分離 器的飽和水與給水混合，且再循環(huán)通過蒸發(fā)器的管子。假如閥是關(guān)閉的，則再循 環(huán)終止。當(dāng)負(fù)荷處于臨界點之下時，分離系統(tǒng)下方的闊將打開，且鍋爐將像自然 循環(huán)汽包鍋爐一樣工作。當(dāng)負(fù)荷處于臨界點之上時，分離系統(tǒng)下方的閥將關(guān)閉， 且導(dǎo)致鍋爐像直流鍋爐一樣工作。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是，可以在低負(fù)荷處利用鍋爐的自然循環(huán)汽包類型的流動 特性，而無需循環(huán)泵和/或孔口。在無需使用循環(huán)泵的自然再循環(huán)設(shè)計中，閥的位 置是很嚴(yán)格的，因為通過在下降系統(tǒng)中的較高高度處增大水的密度產(chǎn)生了附加的 泵壓頭。這允許優(yōu)化的垂直管式爐提供貫穿工作負(fù)荷范圍內(nèi)的合適速度，并給出 了用于開關(guān)周期、迅速負(fù)荷變化的增大能力，給出了真正自然循環(huán)設(shè)計的超低負(fù) 荷保護，并且與螺旋設(shè)計相比降低了整體的爐子壓降。本發(fā)明不會限制速度，因 此將提供貫穿整個負(fù)荷范圍的足夠循環(huán)。本發(fā)明克服了與直流滑動壓力鍋爐的較
高和較低質(zhì)量速度類型相關(guān)的問題。本發(fā)明的爐管將只需要標(biāo)準(zhǔn)MLR管道。
在所附的并形成本說明書一部分的權(quán)利要求書中具體指出了構(gòu)成本發(fā)明新穎 性的多種特征。為了更好地理解本發(fā)明、通過其使用而獲得的工作優(yōu)點和具體目 的，參照了附圖和說明本發(fā)明的較佳實施例的描述性內(nèi)容。


在圖中
圖1是示出一個已知直流鍋爐系統(tǒng)的示意圖； 圖2是示出第二已知直流鍋爐系統(tǒng)的示意圖； 圖3是示出第三已知直流鍋爐系統(tǒng)的示意圖； 圖4是示出垂直爐管的質(zhì)量速度特性變化的曲線圖； 圖5是示出具有直流循環(huán)模式或自然循環(huán)汽包模式的鍋爐系統(tǒng)的示意圖； 圖6是包含用于允許直流循環(huán)模式或自然循環(huán)汽包模式的閥的無汽包鍋爐的 示意圖7是圖6的無汽包鍋爐的俯視圖，示出了垂直蒸汽/水分離器可怎樣設(shè)置成 圍繞爐子的周緣；
圖8是垂直蒸汽/水分離器和分離器下方允許直流循環(huán)模式或自然循環(huán)汽包模 式的閥的一個實施例的剖視側(cè)視圖9是單個垂直蒸汽/水分離器和連接至其的上升管將怎樣設(shè)置的示意俯視
圖10是圖9的垂直蒸汽/水分離器的外周緣的示意展開圖，示出了在一個水 平面中的上升管相對于鄰近水平面的上升管怎樣定向和交錯；以及
圖11是示出用于通常滑動壓力應(yīng)用的質(zhì)量速度對負(fù)荷的作用的曲線圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在參見附圖，其中相同的參考標(biāo)號用來指相同或相似的部件，圖5示出可 用于使蒸汽發(fā)生器作為自然循環(huán)蒸汽發(fā)生器或滑動壓力直流蒸汽發(fā)生器而工作的 循環(huán)系統(tǒng)l，但是這些類型的循環(huán)系統(tǒng)每次只能使用一個。
鍋爐給水泵2給系統(tǒng)1加壓，并提供整個驅(qū)動頭，從而迫使水經(jīng)過節(jié)約器3， 該節(jié)約器3用于將加熱的水供給至蒸發(fā)器4 (例如爐子)的水冷壁管。較佳地， 蒸發(fā)器4具有垂直管設(shè)計。諸導(dǎo)管中的第一導(dǎo)管或系統(tǒng)從節(jié)約器3的出口引向垂
直水冷壁管。多個入口集管(未示出)將第一導(dǎo)管的末端連接至水冷壁管的下端， 用于將加熱的水從導(dǎo)管輸送到水冷壁管。
系統(tǒng)1還包括諸如過熱器5之類的蒸汽利用單元，該過熱器5可與蒸汽分離 器6 —起使用。蒸汽分離器6從管子經(jīng)由多個將垂直水冷壁管的上端連接至諸導(dǎo) 管中的第二導(dǎo)管或系統(tǒng)的出口集管(未示出)接納流出物，該第二導(dǎo)管或系統(tǒng)諸 如引向蒸汽分離器6的上升管。諸導(dǎo)管中的第三導(dǎo)管或系統(tǒng)，諸如排出管和/或下 降管，將分離器6連接至蒸發(fā)器4的垂直水冷壁管。閥7沿著離開分離器6的第 三導(dǎo)管而設(shè)置。假如閥是打開的話，水從分離器6經(jīng)由第三導(dǎo)管和第一導(dǎo)管部分 地再循環(huán)至爐子水冷壁管。閥7可借助對應(yīng)于多種負(fù)荷條件和其它參數(shù)的方式而 以傳統(tǒng)方式工作。 一旦蒸汽分離器6從垂直水冷壁管經(jīng)由第二導(dǎo)管接納了流出物， 則它將蒸汽經(jīng)由諸導(dǎo)管中的第四導(dǎo)管或系統(tǒng)輸送到過熱器5。
在壓力處于或稍低于臨界壓力點而負(fù)荷較低或低于臨界點的操作中，循環(huán)系 統(tǒng)1使蒸汽發(fā)生器作為自然循環(huán)汽包單元而工作。為此，閥7打開，而水從節(jié)約 器3流出，并與從下降管系統(tǒng)流出的水混合，然后混合物流動到蒸發(fā)器4的垂直 水冷壁管，在這里混合物從低于飽和水條件的溫度被加熱以形成兩相混合物。在 水冷壁管中收集混合物，并且將混合物引導(dǎo)至分離器6。分離器6被設(shè)計成用于 高壓回路的滿設(shè)計壓力，并且用來在這些低負(fù)荷下將兩相混合物分成飽和水和蒸 汽。離開分離器6的蒸汽被引導(dǎo)通過一個或多個下游熱利用單元，諸如過熱器5。 從分離器6排出的已分離的飽和水通過第三導(dǎo)管(例如下降導(dǎo)管)。閥較佳地高于 第三導(dǎo)管并鄰近分離器6，從而饋送系統(tǒng)提供更大的泵壓頭，用于在自然循環(huán)汽 包模式過程中的工作。因為閩7是打開的，所以已分離的飽和水與從節(jié)約器3中 流出的水混合，然后通到入口集管以用于再循環(huán)通過垂直水冷壁管。在此工作過 程中，以保持分離器6中的水位足以確保來自于分離器的水的再循環(huán)的方式來調(diào) 節(jié)從節(jié)約器3流出的水。通過爐子水冷壁的吸熱和導(dǎo)管的尺寸來控制從分離器6 流出的再循環(huán)水的流量。
在壓力高于臨界壓力點而負(fù)荷較高且高于臨界點的操作中，再循環(huán)系統(tǒng)1作 為直流蒸汽發(fā)生器而工作。為此，閥7是關(guān)閉的，從而終止了飽和水從分離器6 到蒸發(fā)器4的垂直水冷壁管的入口集管的再循環(huán)。因此，在高負(fù)荷下，分離器6 中的水平面不受控制，且沒有從分離器回到爐子4的水冷壁的水的再循環(huán)流動。 水流量控制蒸汽輸出的溫度。因此，這種工作狀態(tài)是與直流系統(tǒng)基本一致的。
在圖6-10中示出了本發(fā)明的另一實施例。系統(tǒng)100包括分離器112、在其下
端設(shè)有下降管瓶(DCB) 15的下降管(DC) 14、供給管16、爐子28、爐壁管18 和上升管20。系統(tǒng)100是無汽包的，并且享有與在美國專利第6,336,429號中描 述的無汽包自然循環(huán)鍋爐相似的分離器結(jié)構(gòu)，該專利結(jié)合于此作為參照。在美國 專利第6,336,429號中更詳細(xì)地描述了具有汽包或沒有汽包的自然循環(huán)鍋爐的大體 功能、工作條件、優(yōu)點和缺點。
多個入口集管26將供給管16的末端連接至管18的下端。多個出口集管30 將管18的上端連接至上升管20和分離器112。設(shè)置鍋爐給水泵13以用于給系統(tǒng) 加壓并提供整個驅(qū)動頭，從而迫使水從下降管14流到處于直流模式的爐子28的 爐壁管18，這將在下面更詳細(xì)地描述。設(shè)置節(jié)約器12以用于加熱進入下降管14 的水。 一旦管18中被加熱的水到達飽和條件，蒸汽就開始形成，且水管18中的 水變成兩相混合物。蒸汽/水的混合物最終到達出口集管30，而蒸汽/水的混合物 從出口集管30輸送到分離器112。
系統(tǒng)100還包括諸如過熱器34之類的蒸汽利用單元，該過熱器34可以與蒸 汽分離器112 —起使用。對于此實施例，分離器112替代傳統(tǒng)的汽包負(fù)責(zé)蒸汽/水 的混合物的相分離。 一旦蒸汽發(fā)生器112從垂直管18中接納兩相的蒸汽/水混合 物或流出物，它就將混合物的兩相分離，并將蒸汽輸送到過熱器34。閥21沿著 下降管14而設(shè)置，并且較佳地鄰近下降管14接近蒸汽發(fā)生器112的頂部，用于 在自然循環(huán)模式過程中提供更大的泵壓頭，這將在下面更詳細(xì)地描述。假如閥21 是打開的，則來自于混合物的飽和水與給水24混合，并且從分離器112經(jīng)由下降 管14局部地再循環(huán)至爐管18。閥21可借助對應(yīng)于多種負(fù)荷條件和其它參數(shù)的方 式而以傳統(tǒng)方式工作。
如圖6、 7和8具體所示，通過合適數(shù)量的切向噴管122來實現(xiàn)相分離，該切 向噴管122將蒸汽-水的混合物從上升管20引入分離器112，在該分離器112中， 通過沿著分離容器112的圓柱形內(nèi)周緣114的離心作用，飽和蒸汽從蒸汽-水的混 合物中分離。噴管必須相對于水平面適當(dāng)傾斜，從而避免多個流體射流之間的干 涉。傾斜角度a較佳地為15度，但是在特定情況下可以調(diào)整實際值。切向速度 是各分離器112的總流量、鍋爐壓力、噴管122的數(shù)量和尺寸、橫穿分離器112 的容許壓降和分離器112的內(nèi)徑的函數(shù)，并且必須足以像其它類型的分離器一樣 實施分離。
在圖8中概念性地示出了分離器設(shè)計。盡管在各分離器112中，飽和蒸汽134 在分離器112的頂部離開經(jīng)過連接件132，如圖6和8所示，同時已分離的飽和
水136向下流到蒸汽/水分離器112的下部，并且在頂部處于由離心作用實施的轉(zhuǎn) 動中。飽和蒸汽134較佳地在分離器112的上部經(jīng)過洗滌部件133，從而保證盡 可能地干燥飽和蒸汽；汽提環(huán)135也可用于分離器112的上部，從而防止圍繞分 離器112的壁137的內(nèi)徑114打轉(zhuǎn)的水夾帶入排出的飽和蒸汽134中。飽和水經(jīng) 過諸如隔板之類的漩渦抑制器138而離開分離器112。經(jīng)由一個或多個導(dǎo)管提供 的給水24進入下降管14，并在混合點或區(qū)域M與飽和水混合。由于與傳統(tǒng)的單 個蒸汽包相比在分離器112中較小的水總量，在分離器112中的水平控制范圍H 必須比傳統(tǒng)汽包超出更大的高度差(例如，與通常的6英寸相比是6英尺)。
如圖7所示，可以看到，根據(jù)本發(fā)明的垂直蒸汽/水分離器112可以容易地位 于爐子28的周緣周圍。這允許各供給管和上升管20的長度得到優(yōu)化或引導(dǎo)，從 而避免與現(xiàn)有結(jié)構(gòu)鋼或和蒸汽發(fā)生器100相關(guān)的其它設(shè)備發(fā)生干涉。在計劃要修 理、修改或改造主要的蒸汽發(fā)生器的情況下，這種靈活性是非常重要的。
現(xiàn)在回到圖8，以及接著的圖9和10，蒸汽/水分離器112是緊湊有效的設(shè)計。 蒸汽/水的混合物通過上升管20和通過多個噴管122進入鄰近分離容器112的頂 部，這些噴管在一個水平面或可能多個水平面上切向地設(shè)置在容器112的周緣周 圍(圖9)。切向入口設(shè)計成產(chǎn)生蒸汽/水的混合物的轉(zhuǎn)動漩渦構(gòu)造。轉(zhuǎn)動漩渦提供 需要用來將蒸汽與水分離的離心力。圖9示出垂直分離器112和切向進入容器112 的上升噴管122的俯視圖。噴管122向下傾斜(通常為15度)，從而利用促進水 向下流動的重力。這種傾斜也避免了來自于多個噴管122的射流之間的干涉。假 如噴管122需要多于一個平面，則它需要避免來自于各個平面的射流之間的干涉。 這可以通過將噴管122適當(dāng)交錯定位在不同的平面上來實現(xiàn)，如圖10所示，圖IO 是圖9的垂直蒸汽/水分離器112的外周緣的示意展開圖，它示出了在一個平面中 的用于上升管20的噴管122怎樣相對于在鄰近平面中的用于上升管20的噴管122 來定向和交錯。盡管示出了兩個平面，但是可以具有更少或更多數(shù)量的平面。該 數(shù)量取決于因素的組合， 一些因素實際上是功能性的，諸如輸送到給定分離器112 的蒸汽/水混合物的數(shù)量，另一些因素實際上是結(jié)構(gòu)性的，諸如在給定分離器112 上的相鄰噴管滲透之間的系線的壁厚和效率。這也促進了通過沿著容器內(nèi)壁的離 心作用而引起的蒸汽與水的最佳分離。
處于飽和狀態(tài)的蒸汽，即干燥但不過熱的蒸汽被汽提環(huán)135向上驅(qū)動，并且 經(jīng)過彎曲路徑(例如，波紋板陣列)的洗滌器133，該洗滌器133幾乎去除了所 有的殘余水蒸氣和水滴。基本干燥的飽和蒸汽134通過在分離器112頂部的一個
或多個噴管132 (飽和蒸汽連接件)而流出分離器112。這些飽和蒸汽連接件132 接著將飽和蒸汽134輸送到各蒸汽冷卻回路，例如鍋爐頂管140、對流煙道側(cè)壁 附件33，然后在各過熱臺34中過熱至最終的蒸汽溫度，飽和蒸汽134從各過熱 臺34流動到高壓透平。
另一方面，飽和水136沿著分離器112的內(nèi)表面114流動，形成主要沿向下 方向流動的漩渦。隨著鏇渦的形成，小部分水將沿分離器112的內(nèi)表面114向上 移動到汽提環(huán)135。汽提環(huán)135用來限制水136的向上移動，而防止其到達洗滌 器133。由于由噴管122施加的飽和水的切向運動，所以仍然存在轉(zhuǎn)動。當(dāng)水流 動進入和向下經(jīng)過下降管14時，在容器112底部的漩渦抑制器138防止轉(zhuǎn)動繼續(xù)。 轉(zhuǎn)動的流體柱會引起流向連接至下降管14的各爐子回路的流體分布不均勻，并且 限制了下降管14的流體輸送能力。
在壓力處于或稍低于臨界壓力點而負(fù)荷較低或低于臨界點的操作中，循環(huán)系 統(tǒng)100使蒸汽發(fā)生器作為自然循環(huán)汽包單元而工作。為此，閥21打開，而水從節(jié) 約器12流出，與從下降管系統(tǒng)流出的水混合，并且混合物流動至爐子28的垂直 管18，在這些垂直管18中，混合物從低于飽和水狀態(tài)的溫度被加熱，從而形成 兩相混合物。在管子18中收集混合物，并將混合物引導(dǎo)至分離器112。在該低負(fù) 荷下，分離器112用來將兩相混合物分成飽和水流和蒸汽流。離開分離器112的 蒸汽流經(jīng)過過熱器34。從分離器112排出的已分離的飽和水經(jīng)過下降管14。閥較 佳地接近分離器112，并且高于下降管14，從而饋送系統(tǒng)提供更大的泵壓頭以用 于在自然循環(huán)模式過程中的工作。因為閥21是打開的，所以已分離的飽和水與來 自于節(jié)約器12的水混合，然后經(jīng)過入口集管26以用于再循環(huán)通過垂直壁管18。 在此工作過程中，以保持分離器112中的水位足以確保水從分離器再循環(huán)的方式 來調(diào)節(jié)水流。通過爐壁的吸熱、離開分離器112的下降管14的尺寸、以及供給管 16和上升管20的尺寸和數(shù)量，來控制從分離器112流出的再循環(huán)水的流量。
在壓力高于臨界壓力點而負(fù)荷較高或高于臨界點的操作中，循環(huán)系統(tǒng)100使 蒸汽發(fā)生器作為直流蒸汽發(fā)生器而工作。為此，閥21是關(guān)閉的，從而終止了飽和 水從分離器112到爐子28的垂直壁管18的入口集管26的再循環(huán)。因此，在高負(fù) 荷下，分離器112中的水平面不受控制，且沒有從分離器112回到爐壁18的水的 再循環(huán)流動。水流量控制蒸汽輸出的溫度。因此，這種工作狀態(tài)是與直流系統(tǒng)基 本一致的。
因此，本發(fā)明的此實施例允許在處于或稍低于臨界壓力點的工作壓力下使用
無汽包自然循環(huán)鍋爐的能力，并且通過使用垂直分離器下方的閥來允許鍋爐在臨 界壓力點之上作為直流鍋爐來工作。這提供了設(shè)計靈活性，從而克服了與常規(guī)的 直流鍋爐相關(guān)的啟動和低負(fù)荷工作問題。通過將垂直分離器設(shè)置在鍋爐前面，合 適數(shù)量的分離器可以被定尺寸，從而適應(yīng)在臨界點下自然循環(huán)工作的循環(huán)要求， 而不會在鍋爐處于滿負(fù)荷超臨界壓力的直流工作時損害單元的整體鍋爐壓降。通 過對爐管適當(dāng)?shù)囟ǔ叽?，在低于臨界點的負(fù)荷下，鍋爐以比通常的直流流動速度 更高的流動速度工作，并且當(dāng)在高于臨界壓力點的壓力處工作時將具有最佳的設(shè) 計速度。該設(shè)計允許滑動壓力工作。在圖11中，給出了用于通?；瑒訅毫?yīng)用的 質(zhì)量速度對負(fù)荷的作用。應(yīng)該注意，對于此例來說，臨界壓力點將在滿負(fù)荷的約
75%處發(fā)生。臨界點下較高的質(zhì)量速度提供了總的爐子流量與所產(chǎn)生蒸汽的流量
之循環(huán)比大于1的循環(huán)比。在這種工作模式中，鍋爐像自然循環(huán)汽包鍋爐一樣工 作。在高于臨界點的負(fù)荷處，關(guān)閉分離系統(tǒng)中的閥，從而導(dǎo)致鍋爐像直流鍋爐一 樣工作。
盡管已經(jīng)詳細(xì)顯示和描述了本發(fā)明的具體實施例，以說明本發(fā)明原理的應(yīng)用， 但是應(yīng)該理解，可以在不脫離這些原理的前提下以其它方式實施本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，包括爐子，帶有由具有入口和出口的垂直管形成的壁；抽吸裝置，用于給所述系統(tǒng)加壓，從而迫使水經(jīng)由通向所述垂直管的至少一個第一導(dǎo)管而進入所述管的入口，以將熱量從所述爐子輸送到所述水，從而將一部分水轉(zhuǎn)化成蒸汽，以形成蒸汽-水混合物；至少一個第二導(dǎo)管，用于將加熱的蒸汽-水混合物輸送到用于將所述蒸汽和所述水分離的分離器；至少一個第三導(dǎo)管，用于將所述分離器連接至所述垂直管的所述入口，從而將已分離的飽和水從所述分離器輸送到所述管的所述入口以用于再循環(huán)；以及沿著所述至少一個第三導(dǎo)管的閥，用于控制水從所述分離器通向所述垂直管的所述入口；其中，所述系統(tǒng)可取決于負(fù)荷操作而只以一種類型的循環(huán)系統(tǒng)來工作。
2. 如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)可在低負(fù) 荷操作過程中只作為自然循環(huán)系統(tǒng)來工作。
3. 如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)可在高負(fù) 荷操作過程中只作為直流循環(huán)系統(tǒng)來工作。
4. 如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，假如負(fù)荷較低，則 打開所述閥，從而允許再循環(huán)通過所述垂直水冷壁管。
5. 如權(quán)利要求4所述的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，從所述分離器分離 出來的飽和水在再循環(huán)之前與給水混合。
6. 如權(quán)利要求4所述的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，以保持所述分離器 中的水位足以確保來自于所述分離器的水的再循環(huán)的方式來調(diào)節(jié)水流。
7. 如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，假如負(fù)荷較高，則 關(guān)閉所述閥，從而終止水從所述分離器到所述爐子的所述垂直管的再循環(huán)。
8. 如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，還包括至少-水l四導(dǎo)管，所述第四導(dǎo)管用于將在所述分離器中分離出來的所述蒸汽輸送到過熱器。
9.一種蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，包括 爐子，帶有由具有入口和出口的垂直管形成的壁；抽吸裝置，用于給所述系統(tǒng)加壓，從而迫使水經(jīng)由通向所述垂直管的至少一 個第一導(dǎo)管而進入所述管的入口，以將熱量從所述爐子輸送到所述水，從而將一 部分水轉(zhuǎn)化成蒸汽，以形成蒸汽-水混合物；上升管裝置，連接于所述垂直管和垂直分離器之間，用于使蒸汽/水的混合物 返回到所述分離器，所述上升管裝置連接至所述垂直分離器，該垂直分離器用于 使其中的所述蒸汽/水的混合物成漩渦從而在其中將蒸汽與水分開；飽和蒸汽連接裝置，連接至所述分離器以用于從其中輸送飽和蒸汽；至少一個導(dǎo)管，用于將所述分離器連接至所述垂直管的所述入口，從而將已 分離的飽和水從所述分離器輸送到所述管的所述入口以用于再循環(huán)；以及沿著所述至少一個導(dǎo)管且鄰近所述分離器的閥，用于控制水從所述分離器通 向所述垂直管的所述入口；其中，所述系統(tǒng)可取決于負(fù)荷操作而只以一種類型的循環(huán)系統(tǒng)來工作。
10. 如權(quán)利要求9所述的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述至少一個垂直 分離器包括一組垂直定向的獨立洗滌部件，它們設(shè)置成圍繞所述分離器的內(nèi)周緣。
11. 如權(quán)利要求10所述的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述獨立洗滌部件 與所述分離器的壁的內(nèi)表面隔開，從而在其間產(chǎn)生基本敞開的環(huán)形區(qū)域。
12. 如權(quán)利要求10所述的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，還包括在該組垂直 定向的洗滌部件下方連接至所述分離器的切向噴管裝置，用于從所述上升管裝置 接納所述蒸汽/水的混合物。
13. 如權(quán)利要求9所述的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)可在低負(fù) 荷操作過程中只作為自然循環(huán)系統(tǒng)來工作。
14. 如權(quán)利要求9所述的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)可在高負(fù) 荷操作過程中只作為直流循環(huán)系統(tǒng)來工作。
15. 如權(quán)利要求9所述的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，假如負(fù)荷較低，則 打開所述閥，從而允許再循環(huán)通過所述垂直水冷壁管。
16. 如權(quán)利要求15所述的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，從所述分離器分離 出來的飽和水在再循環(huán)之前與給水混合。
17. 如權(quán)利要求15所述的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，以保持所述分離器 中的水位足以確保來自于所述分離器的水的再循環(huán)的方式來調(diào)節(jié)水流。
18. 如權(quán)利要求9所述的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，假如負(fù)荷較高，則 關(guān)閉所述閥，從而終止水從所述分離器到所述爐子的所述垂直管的再循環(huán)。
19. 如權(quán)利要求9所述的蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征在于，所述飽和蒸汽連接 裝置將所述蒸汽輸送至過熱器。
全文摘要
提供一種蒸汽發(fā)生器循環(huán)系統(tǒng)，它包括鍋爐給水泵，用于迫使水通過節(jié)約器并通過蒸發(fā)器的水冷壁管。分離器接納蒸汽和水的混合物，且將蒸汽輸送到諸如過熱器之類的蒸汽利用單元。在分離器下方提供閥。假如閥是打開的，則來自于分離器的飽和水與給水混合，且再循環(huán)通過蒸發(fā)器的管子。假如閥是關(guān)閉的，則再循環(huán)終止。當(dāng)負(fù)荷處于臨界點之下時，分離系統(tǒng)下方的閥將打開，且鍋爐將像自然循環(huán)汽包鍋爐一樣工作。當(dāng)負(fù)荷處于臨界點之上時，分離系統(tǒng)下方的閥將關(guān)閉，且導(dǎo)致鍋爐像直流鍋爐一樣工作。
文檔編號F22B37/26GK101113813SQ20071012640
公開日2008年1月30日 申請日期2007年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者M·J·阿爾布雷克特 申請人:巴布考克及威爾考克斯公司