專利名稱:一種蒸汽發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及蒸汽動(dòng)力循環(huán)技術(shù)領(lǐng)域,特別是涉及一種蒸汽發(fā)生器。
背景技術(shù):
以朗肯(Rankine)循環(huán)為基礎(chǔ)的水蒸汽動(dòng)力循環(huán)在核電、燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)以及燃煤電站等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在這些領(lǐng)域中,產(chǎn) 生高溫高熱水蒸汽是熱能轉(zhuǎn)化為動(dòng)力的第一步。相比于汽包式鍋爐, 直流型蒸汽發(fā)生器可直接產(chǎn)生過熱蒸汽以及超高壓和超臨界參數(shù)的 蒸汽,不僅帶來更高的發(fā)電效率,而且結(jié)構(gòu)緊湊。
根據(jù)受熱水管在直流型蒸汽發(fā)生器的布置方式,可分為直管型和 螺旋管型兩種。相比于螺旋管布置,直管型直流蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn) 單,但由于其換熱管與簡(jiǎn)體材料不同,線膨脹存在差異,引起傳熱管 與管板處應(yīng)力集中影響到整體設(shè)備運(yùn)行安全。螺旋管型直流蒸汽發(fā)生 器雖然總換熱面積較大,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)卻能很好地解決應(yīng)力集中現(xiàn)象, 并且在空間的伸縮度方面更加靈活。
螺旋管式直流蒸汽發(fā)生器由于上述優(yōu)點(diǎn),在核反應(yīng)堆發(fā)電及動(dòng)力 領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。主要的設(shè)計(jì)分為兩種 一體化的大螺旋管式設(shè)計(jì) 和分置的模塊化設(shè)計(jì)。
德國的THTR-300釷高溫氣冷堆、美國圣佛倫堡高溫氣冷堆、英 國AGR型反應(yīng)堆,甚至最新的鈉冷快堆都釆用多頭繞制一體化布置 的大螺旋管式直流蒸汽發(fā)生器。該蒸汽發(fā)生器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊,并 且由于螺旋的曲率半徑大,可以進(jìn)行體積檢查和表面檢查。該裝置的 主要問題包括1)由于不能進(jìn)行堆外的熱態(tài)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證設(shè)計(jì),在運(yùn) 行中水流側(cè)無法重新分配,容易導(dǎo)致蒸汽溫度不均勻;2) —體化布置的大螺旋管式直流蒸汽發(fā)生器,由于每層螺旋管的彎曲直徑都不 同,每層螺旋管都需要獨(dú)立的工裝件,加工費(fèi)用昂貴而且周期很長(zhǎng); 3)為了防止流致振動(dòng)需要加更多的支撐板,換熱管和支撐板的局部 應(yīng)力過大問題更加突出。
俄羅斯在VG-400、 AETY-"50、 E rP-300堆和清華大學(xué)10MW
高溫氣冷實(shí)驗(yàn)堆都釆用分置的模塊化直流蒸汽發(fā)生器。這種蒸汽發(fā)生 器的主要優(yōu)點(diǎn)是模塊可以成批生產(chǎn),造價(jià)低,每個(gè)模塊可以在堆外做 熱態(tài)驗(yàn)證試驗(yàn)。該裝置的主要問題包括l)結(jié)構(gòu)不夠緊湊;2)螺旋
管的小曲率半徑不能進(jìn)行體積與表面的在役檢查;3)當(dāng)發(fā)生堵管時(shí),
不僅要堵水流側(cè),而且要堵上高溫載熱體一側(cè)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例要解決的問題是提供一種蒸汽發(fā)生器,以克服現(xiàn)有 技術(shù)中的一體化的大螺旋管式設(shè)計(jì)和分置的模塊化設(shè)計(jì)的各自缺陷, 可以實(shí)現(xiàn)傳熱管體積與表面的在役檢査,及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患,能進(jìn)行 使用前熱態(tài)驗(yàn)證試驗(yàn),對(duì)設(shè)計(jì)的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。
為達(dá)到上述目的,本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案提供一種蒸汽發(fā)生
器,所述蒸汽發(fā)生器包括換熱器,由多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的換熱組件組裝 而成,所述換熱組件包括螺旋傳熱管東、中心簡(jiǎn)和套簡(jiǎn),螺旋傳熱管 以不同半徑呈同軸心螺旋狀布置在中心簡(jiǎn)和套簡(jiǎn)之間的環(huán)形空間內(nèi),
形成一個(gè)或多個(gè)同心的換熱柱面;液體聯(lián)箱,其一端與主給水管連接,
另一端與螺旋傳熱管東連接;蒸汽聯(lián)箱,其一端與主蒸汽管連接,另
一端與螺旋傳熱管東連接。
其中,所述換熱柱面由一根或多根螺旋傳熱管組成。
其中,所述螺旋傳熱管的曲率半徑滿足管材體積和表面檢測(cè)探頭
全程到達(dá)和通過。
其中,沿中心簡(jiǎn)軸線方向,所述相鄰換熱面上的螺旋傳熱管東的
纏繞方式包括按順時(shí)針和逆時(shí)針間隔排列,或完全按順時(shí)針排列,或完全按逆時(shí)針排列。
其中,所述螺旋傳熱管束、中心簡(jiǎn)和套簡(jiǎn)的橫截面為圓形或圓弧 轉(zhuǎn)角的矩形。
其中,在載熱質(zhì)流動(dòng)方向上,所述液體聯(lián)箱布置在換熱器的上游、 蒸汽聯(lián)箱布置在換熱器的下游,或蒸汽聯(lián)箱布置在換熱器的上游、液 體聯(lián)箱布置在換熱器的下游。
其中,所述蒸汽發(fā)生器的放置方式包括立式放置、臥式放置、 或任意角度放置。
其中,每一根螺旋傳熱管在與液體聯(lián)箱連接的部位內(nèi)部,安裝有 固定節(jié)流孔板和可拆卸節(jié)流孔板;所述固定節(jié)流孔板用于保障螺旋傳
熱管內(nèi)兩相流體流動(dòng)穩(wěn)定性和展平各螺旋傳熱管的阻力;所述可拆卸
節(jié)流孔板用于當(dāng)一根螺旋傳熱管失效后,通過卸去失效的螺旋傳熱管 所在的螺旋柱面的其他螺旋傳熱管的可拆卸節(jié)流孔板,實(shí)現(xiàn)螺旋管內(nèi) 的流量再分配。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)
1) 組件可以成批生產(chǎn),降低造價(jià);
2) 單個(gè)組件可以在堆外做熱態(tài)驗(yàn)證試驗(yàn);
3) 每個(gè)組件由多個(gè)螺旋柱面組成,每個(gè)螺旋柱面又由多頭螺旋 管組成,改善了分置式布置結(jié)構(gòu)不緊湊的缺點(diǎn),由于螺旋管曲率半徑 小,結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,不易發(fā)生流致振動(dòng),并且使支撐結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠;
4) 螺旋管的最小曲率半徑根據(jù)目前在役檢測(cè)工具的可達(dá)性來選 取,每個(gè)組件的傳熱管不設(shè)聯(lián)箱,都連接在同一個(gè)液體聯(lián)箱和蒸汽聯(lián) 箱上,可以進(jìn)行體積與表面在役檢査。而且當(dāng)發(fā)生堵管時(shí)只需堵一根 管,不需堵一個(gè)模塊,保持傳熱管最大可用率;
5) 固定節(jié)流孔板和可拆卸節(jié)流孔板的設(shè)計(jì),可以使堵管后流量 再分配簡(jiǎn)單可行。
圖l為本發(fā)明實(shí)施例一的一種蒸汽發(fā)生器在水平高溫流體通道內(nèi) 的縱剖面圖2為本發(fā)明實(shí)施例二的一種蒸汽發(fā)生器在水平高溫流體通道內(nèi)
的縱剖面圖3為本發(fā)明實(shí)施例三的一種蒸汽發(fā)生器在豎直高溫流體通道內(nèi) 的縱剖面圖4為本發(fā)明實(shí)施例四的一種蒸汽發(fā)生器在豎直高溫流體通道內(nèi) 的縱剖面圖5為本發(fā)明實(shí)施例的換熱組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖; 圖6為本發(fā)明實(shí)施例的螺旋管入口處的節(jié)流孔板的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明仍然保持模塊式的特點(diǎn),但每個(gè)組件由多個(gè)螺旋柱面組 成,每個(gè)螺旋柱面又由多頭螺旋管組成,改善了分布式結(jié)構(gòu)不緊湊的 缺點(diǎn)。螺旋管的最小曲率半徑根據(jù)目前在役檢測(cè)工具的可達(dá)性來選 取,每個(gè)組件的傳熱管直接連接在同一個(gè)液體聯(lián)箱和蒸汽聯(lián)箱上,可 以進(jìn)行體積與表面的在役檢查,而且當(dāng)發(fā)生堵管時(shí)只需堵一根管,不 需堵一個(gè)模塊,保持傳熱管最大可利用率。
在每根傳熱管的給水入口裝有節(jié)流孔板,節(jié)流孔板分固定節(jié)流孔 板和可拆節(jié)流孔板。固定節(jié)流孔板滿足初始流量分配和穩(wěn)定性要求, 可拆卸節(jié)流孔板用來滿足堵管后流量再分配要求。 一個(gè)組件內(nèi),同一 螺旋柱面的螺旋管處在同一個(gè)氦氣流道內(nèi),當(dāng)其中一根管發(fā)生故障被 堵后,氦氣流量是不可調(diào)節(jié)的,為了保證蒸汽出口溫度均勻,必須加 大同一螺旋柱面其它管內(nèi)流體的流量,去掉該螺旋柱面其他管的可拆 卸節(jié)流孔板,就可以完成堵管后流量的再分配,滿足蒸汽出口溫度均 勻的要求。不需調(diào)節(jié)未受損組件的節(jié)流阻力,也無需調(diào)節(jié)受損組件內(nèi) 其它未受損各層螺旋管節(jié)流阻力。節(jié)流孔板的準(zhǔn)確值可經(jīng)過單個(gè)組件 的熱態(tài)驗(yàn)證試驗(yàn)來確定,高溫側(cè)流量在每個(gè)組件內(nèi)的分布由可高溫側(cè)縮比模型的風(fēng)洞試驗(yàn)來驗(yàn)證。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例,對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì) 描述。以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明,但不用來限制本發(fā)明的范圍。 實(shí)施例一
一種蒸汽發(fā)生器在水平高溫流體通道內(nèi)的縱剖面圖如圖1所示, 蒸汽發(fā)生器1布置在載熱質(zhì)流動(dòng)方向X上,由液體聯(lián)箱11、蒸汽聯(lián)
箱12和換熱器13組成。本實(shí)施例中蒸汽發(fā)生器1為臥式放置。液體 聯(lián)箱11和蒸汽聯(lián)箱12分別布置在換熱器13的兩側(cè),本實(shí)施例中采 用逆流布置方案,即蒸汽聯(lián)箱12布置在換熱器13的上游,而液體聯(lián) 箱11布置在下游。
液體聯(lián)箱11 一端與螺旋傳熱管束3連接,另一端與主給水管14 相連接。蒸汽聯(lián)箱12—端與螺旋傳熱管東3連接,另一端與主蒸汽 管15相連接。
換熱器13由多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的換熱組件2組裝而成。本實(shí)施例的 換熱組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示,換熱組件2主要由螺旋傳熱管3、 中心簡(jiǎn)4和套簡(jiǎn)5組成。螺旋傳熱管3以不同半徑呈同軸心螺旋狀布 置在中心簡(jiǎn)4和套簡(jiǎn)5之間的環(huán)形空間內(nèi),形成一個(gè)或多個(gè)同心的換 熱柱面6,每一個(gè)換熱柱面6由1根或多根螺旋傳熱管3組成。
中心簡(jiǎn)4和套簡(jiǎn)5和螺旋傳熱管3的橫截面可以為圓形和近似圓 形(如圓弧轉(zhuǎn)角的矩形)。
每根螺旋傳熱管3的曲率半徑應(yīng)滿足管材體積和表面檢測(cè)探頭 能全程到達(dá)和通過的要求。
換熱柱面6內(nèi)的螺旋傳熱管3的纏繞方式為,沿中心簡(jiǎn)4軸線方 向看去,相鄰換熱柱面6上的螺旋傳熱管3纏繞方式為順時(shí)針和逆時(shí) 針間隔排列,也可以完全按順時(shí)針或完全按逆時(shí)針排列。
每一根螺旋傳熱管3在與液體聯(lián)箱11連接的部位內(nèi)部,安裝有 節(jié)流孔板,本發(fā)明實(shí)施例的螺旋管入口處的節(jié)流孔板的結(jié)構(gòu)如圖6所示。節(jié)流孔板分為固定節(jié)流孔板7和可拆卸節(jié)流孔板8。當(dāng)一根螺旋
傳熱管3失效后,通過卸去失效的螺旋傳熱管3所在的螺旋柱面6的 其他螺旋傳熱管3的可拆卸節(jié)流孔板8,實(shí)現(xiàn)螺旋管3內(nèi)的流量再分 配。
實(shí)施例二
一種蒸汽發(fā)生器在水平高溫流體通道內(nèi)的縱剖面圖如圖2所示,
本實(shí)施例與實(shí)施例一的蒸汽發(fā)生器類似,其與實(shí)施例一的不同之處在 于本實(shí)施例中液體聯(lián)箱11和蒸汽聯(lián)箱12釆用順流布置方案,即蒸 汽聯(lián)箱12布置在換熱器13的下游,而液體聯(lián)箱II布置在上游。 實(shí)施例三
一種蒸汽發(fā)生器在豎直高溫流體通道內(nèi)的縱剖面圖如圖3所示, 蒸汽發(fā)生器1包括換熱器13、液體聯(lián)箱11和蒸汽聯(lián)箱12。本實(shí)施例 中蒸汽發(fā)生器1為立式放置。液體聯(lián)箱11和蒸汽聯(lián)箱12分別布置在 換熱器13的兩側(cè),本實(shí)施例中采用逆流布置方案,即蒸汽聯(lián)箱12布 置在換熱器13的上游,而液體聯(lián)箱ll布置在下游。
換熱器13由多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的換熱組件2組裝而成。本實(shí)施例的 換熱組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5所示,換熱組件2包括螺旋傳熱管束3 、 中心筒4和套簡(jiǎn)5,螺旋傳熱管3以不同半徑呈同軸心螺旋狀布置在 中心簡(jiǎn)4和套簡(jiǎn)5之間的環(huán)形空間內(nèi),形成一個(gè)或多個(gè)同心的換熱柱 面6。換熱柱面6由一根或多根螺旋傳熱管組成。螺旋傳熱管3的曲 率半徑滿足管材體積和表面檢測(cè)探頭全程到達(dá)和通過,且沿中心簡(jiǎn)軸 線方向,相鄰換熱面上的螺旋傳熱管東3的纏繞方式包括按順時(shí)針 和逆時(shí)針間隔排列,或完全按順時(shí)針排列,或完全按逆時(shí)針排列。螺 旋傳熱管東3、中心簡(jiǎn)4和套簡(jiǎn)5的橫截面為圓形或圓弧轉(zhuǎn)角的矩形。 液體聯(lián)箱11的一端與主給水管14連接,另一端與螺旋傳熱管東3連 接。蒸汽聯(lián)箱12的一端與主蒸汽管15連接,另一端與螺旋傳熱管東 3連接。如圖6所示,每 一根螺旋傳熱管在與液體聯(lián)箱連接的部位內(nèi)部,
安裝有固定節(jié)流孔板7和可拆卸節(jié)流孔板8。固定節(jié)流孔板7用于保
障螺旋傳熱管內(nèi)兩相流體流動(dòng)穩(wěn)定性和展平各螺旋傳熱管的阻力,可
拆卸節(jié)流孔板8用于當(dāng) 一根螺旋傳熱管失效后,通過卸去失效的螺旋 傳熱管所在的螺旋柱面的其他螺旋傳熱管的可拆卸節(jié)流孔板,實(shí)現(xiàn)螺 旋管內(nèi)的流量再分配。 實(shí)施例四
一種蒸汽發(fā)生器在豎直高溫流體通道內(nèi)的縱剖面圖如圖4所示, 本實(shí)施例與實(shí)施例三的蒸汽發(fā)生器類似,其與實(shí)施例三的不同之處在 于本實(shí)施例中液體聯(lián)箱11和蒸汽聯(lián)箱12釆用順流布置方案,即蒸 汽聯(lián)箱12布置在換熱器13的下游,而液體聯(lián)箱11布置在上游。
本發(fā)明所述的換熱組件2,固定節(jié)流孔板7和可拆卸節(jié)流孔板8 的性能使用前必需能進(jìn)行熱態(tài)試驗(yàn)驗(yàn)證。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式,應(yīng)當(dāng)指出,對(duì)于本技術(shù)領(lǐng) 域的普通技術(shù)人員來說,在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下,還可以 做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾,這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1、一種蒸汽發(fā)生器,其特征在于,所述蒸汽發(fā)生器包括換熱器,由多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的換熱組件組裝而成,所述換熱組件包括螺旋傳熱管束、中心筒和套筒,螺旋傳熱管以不同半徑呈同軸心螺旋狀布置在中心筒和套筒之間的環(huán)形空間內(nèi),形成一個(gè)或多個(gè)同心的換熱柱面;液體聯(lián)箱,其一端與主給水管連接,另一端與螺旋傳熱管束連接;蒸汽聯(lián)箱,其一端與主蒸汽管連接,另一端與螺旋傳熱管束連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器,其特征在于,所述換熱柱面由 一根或多根螺旋傳熱管組成。
3、 如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器,其特征在于,所述螺旋傳 熱管的曲率半徑滿足管材體積和表面檢測(cè)探頭全程到達(dá)和通過。
4、 如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器,其特征在于,沿中心簡(jiǎn)軸 線方向,所述相鄰換熱面上的螺旋傳熱管東的纏繞方式包括按順時(shí) 針和逆時(shí)針間隔排列,或完全按順時(shí)針排列,或完全按逆時(shí)針排列。
5、 如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器,其特征在于,所述螺旋傳 熱管東、中心簡(jiǎn)和套簡(jiǎn)的橫截面為圓形或圓弧轉(zhuǎn)角的矩形。
6、 如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器,其特征在于,在載熱質(zhì)流 動(dòng)方向上,所述液體聯(lián)箱布置在換熱器的上游、蒸汽聯(lián)箱布置在換熱 器的下游,或蒸汽聯(lián)箱布置在換熱器的上游、液體聯(lián)箱布置在換熱器 的下游。
7、 如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器,其特征在于,所述蒸汽發(fā) 生器的放置方式包括立式放置、臥式放置、或任意角度放置。
8、 如權(quán)利要求1至7任一項(xiàng)所述的蒸汽發(fā)生器,其特征在于, 每一根螺旋傳熱管在與液體聯(lián)箱連接的部位內(nèi)部,安裝有固定節(jié)流孔 板和可拆卸節(jié)流孔板;所述固定節(jié)流孔板用于保障螺旋傳熱管內(nèi)兩相 流體流動(dòng)穩(wěn)定性和展平各螺旋傳熱管的阻力;所述可拆卸節(jié)流孔板用于當(dāng) 一根螺旋傳熱管失效后,通過卸去失效的螺旋傳熱管所在的螺旋 柱面的其他螺旋傳熱管的可拆卸節(jié)流孔板,實(shí)現(xiàn)螺旋管內(nèi)的流量再分 配。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種蒸汽發(fā)生器,所述蒸汽發(fā)生器包括換熱器,由多個(gè)結(jié)構(gòu)相同的換熱組件組裝而成,所述換熱組件包括螺旋傳熱管束、中心筒和套筒,螺旋傳熱管以不同半徑呈同軸心螺旋狀布置在中心筒和套筒之間的環(huán)形空間內(nèi),形成一個(gè)或多個(gè)同心的換熱柱面;液體聯(lián)箱,其一端與主給水管連接,另一端與螺旋傳熱管束連接;蒸汽聯(lián)箱,其一端與主蒸汽管連接,另一端與螺旋傳熱管束連接。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)傳熱管體積與表面的在役檢查,及時(shí)發(fā)現(xiàn)安全隱患,能進(jìn)行使用前熱態(tài)驗(yàn)證試驗(yàn),對(duì)設(shè)計(jì)的可靠性進(jìn)行驗(yàn)證。
文檔編號(hào)F22B1/08GK101539287SQ200910083490
公開日2009年9月23日 申請(qǐng)日期2009年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月6日
發(fā)明者何樹延, 吳宗鑫, 吳莘馨, 居懷明, 張作義, 張征名, 雒曉衛(wèi) 申請(qǐng)人:清華大學(xué)