專利名稱：熱回收蒸汽發(fā)生器鍋爐管布置的制作方法
技術領域：
本文所公開的主題涉及在熱回收蒸汽發(fā)生器中的鍋爐管。
背景技術：
燃氣潤輪聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)(power systems)包括機械地連接到發(fā)電機 (generator)的燃氣渦輪發(fā)動機。燃氣渦輪發(fā)出熱排氣，熱排氣被導向通過熱回收蒸汽發(fā)生器(heat recovery steam generator, HRSG)。排氣流經HRSG中的入口管道且流經殼體， 殼體包括多個鍋爐管。鍋爐水或蒸汽流經鍋爐管且由排氣流加熱，導致可用于向蒸汽渦輪提供動力的熱蒸汽。

發(fā)明內容
根據本發(fā)明的一方面，一種熱回收蒸汽發(fā)生器包括殼體，其具有入口和出口 ’鍋爐管，其安置在殼體中，鍋爐管限定內腔和外表面，鍋爐管具有帶縱軸和橫軸的截面形狀， 其中縱軸的長度大于橫軸的長度；以及，至少一個翅片，其布置在鍋爐管的外表面上。根據本發(fā)明的另一方面，一種動力系統(tǒng)包括燃氣渦輪發(fā)動機，其具有排氣管道和熱回收蒸汽發(fā)生器，熱回收蒸汽發(fā)生器包括殼體，其具有出口和連接到排氣管道的入口 ； 鍋爐管，其安置在殼體中，鍋爐管限定內腔和外表面，鍋爐管具有帶縱軸和橫軸的截面形狀，其中縱軸的長度大于橫軸的長度；以及，至少一個翅片，其布置在鍋爐管的外表面上。根據本發(fā)明的又一方面，一種鍋爐管組件包括管，其安置在殼體中，管限定內腔和外表面，管具有帶縱軸和橫軸的截面形狀，其中縱軸長度大于橫軸長度；以及，至少一個翅片，其布置在管的外表面上。通過下文結合附圖的描述，這些和其它優(yōu)點和特點將變得更明顯。


被認為是本發(fā)明的主題在所附的權利要求中特別地指出且明確地主張。通過結合附圖來理解下文的詳細的描述，本發(fā)明的前述和其它特點和優(yōu)點將是明顯的，在附圖中圖I示出示例性聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)的系統(tǒng)圖。圖2示出鍋爐管組件的示例性實施例的一部分的側視圖。圖3示出沿著圖2的線3-3所截取的截面圖。圖4示出鍋爐管組件的替代示例性實施例的一部分的側視圖。圖5示出沿著圖4的線5-5所截取的截面圖。圖6示出在圖I的HRSG的一部分中的鍋爐管組件布置的示例性實施例的截面圖。圖7示出千瓦輸出變化與排氣壓力變化關系的曲線圖。圖8示出系統(tǒng)效率變化與排氣壓力變化關系的曲線圖。圖9示出在圖I的HRSG的一部分中的鍋爐管組件布置的替代示例性實施例的截面圖。
圖10示出鍋爐管組件的布置
部件列表
100動力系統(tǒng)
101空氣
102燃氣渦輪發(fā)動機
103排氣
104發(fā)電機
106進氣室
108壓縮機部分
110燃燒器部分
112渦輪部分
114排氣室
116入口管道
118熱回收蒸汽發(fā)生器
120殼體
122鍋爐管
124泵
125出口管道
126蒸汽渦輪
128發(fā)電機
130冷凝器
202鍋爐管組件
204管
206翅片
208外表面
301長軸(縱軸)
303短軸(橫軸)
304內表面
402鍋爐管組件
404管
406翅片
408外表面
501縱軸
502腔
503橫軸
504內表面
505半徑
510縱向區(qū)段
512端部區(qū)段
601間距(間隔)602行604行發(fā)明詳述參看附圖以舉例說明的方式解釋本發(fā)明的實施例，以及優(yōu)點和特點。
具體實施例方式圖I示出示例性聯(lián)合循環(huán)動力系統(tǒng)100的系統(tǒng)圖。該系統(tǒng)100包括機械地連接到發(fā)電機104的燃氣渦輪發(fā)動機102。燃氣渦輪發(fā)動機102包括進氣室(air intake plenum) 106、壓縮機部分108、燃燒器部分110、渦輪部分112和排氣室(管道)114。排氣室114連接到熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) 118的入口管道116。HRSG 118包括殼體120，殼體120包圍鍋爐管122。殼體120連接到出口管道125。鍋爐管122連接到泵124和蒸汽渦輪126。蒸汽渦輪126機械地連接到發(fā)電機128。蒸汽渦輪輸出蒸汽到冷凝器130，冷凝器130連接到泵124。在操作中，空氣101流入到進氣室106且由壓縮機108加壓。燃料添加到壓縮空氣且在燃燒器110中點燃。熱膨脹氣體流經渦輪112，渦輪112使得壓縮機108和發(fā)電機 104旋轉且驅動壓縮機108和發(fā)電機104。排氣103從排氣室114流動且進入到入口管道 116和HRSG 118的殼體120。排氣103流經HRSG 118且圍繞鍋爐管122，加熱流經鍋爐管 122的鍋爐水。鍋爐水轉變成蒸汽，蒸汽驅動蒸汽渦輪126和機械地連接的發(fā)電機128。蒸汽離開蒸汽渦輪126且由冷凝器130冷凝為水，水由泵124加壓。圖2示出鍋爐管組件202的示例性實施例的一部分的側視圖。鍋爐管組件202包括管204和翅片206，翅片206在管204的外表面208上平行地布置。管204和翅片206由任何合適的材料制成，包括(例如)鋼或另外的金屬材料。翅片206可使用諸如焊接、釬焊、 粘合劑或機械鏈結這樣的合適方法固定到管204的外表面208上。圖3示出沿著鍋爐管組件202的(圖2的)線3_3所截取的截面圖。鍋爐管組件 202包括腔302，腔302由具有內表面304的管204限定。管204為橢圓形，具有長軸(縱軸)(y)301和短軸(橫軸)(x)303，其中y > X。圖4示出鍋爐管組件402的替代示例性實施例的一部分的側視圖。鍋爐管組件 402包括管404和翅片406，翅片206在管404的外表面408上平行地布置。圖5示出沿著鍋爐管組件402的(圖4的)線5_5所截取的截面圖。鍋爐管組件 402包括腔502，腔302由具有內表面504的管404限定。管404為具有縱軸(a) 501和橫軸(b)503的丸形(pill shaped)，其中a > b。管404包括平行縱向區(qū)段510和形成連續(xù)形狀的端部區(qū)段512。鍋爐管組件402的端部區(qū)段512為圓形，具有半徑(r)505。圖6示出在(圖I的)HRSG 118的一部分中的鍋爐管組件布置202的示例性實施例的截面圖。示出來自燃氣渦輪發(fā)動機102的排氣103的流動路徑。在操作中，鍋爐水流經鍋爐管組件202的腔204。排氣103經由翅片206和管204向鍋爐水傳熱。鍋爐管組件 202的橢圓形通過使每個管組件202的表面積在排氣103的流動路徑方向上延長和變平而改進了排氣103的流動，且降低了通過HRSG118的壓力損失。管204和翅片206的橢圓形狀增加了鍋爐管組件202的表面積(與圓形管和翅片組件相比)且增加了每個管向鍋爐水的傳熱。鍋爐管組件202改進的傳熱也可允許鍋爐管組件202的間距(間隔)(由箭頭601指示)相對更大(大于圓形管的布置)同時維持HRSG118的所需傳熱規(guī)格(熱交換器效果)。 鍋爐管組件202增加的間距在排氣流經HRSG 118時進一步減小了壓力損失且改進了排氣 103的流率。舉例而言，參看圖1，排氣103在HRSG 118的入口管道114處具有壓力Pl且在出口管道125處具有壓力P2。壓差可表達為ΛΡ = P2-P1。在圖示實施例中，該ΛΡ小于具有以更小間隔而分隔的管的HRSG(例如，圓形鍋爐管布置)的ΛΡ。在圖示實施例中 ΔΡ通過降低渦輪112上的背壓而提高了(圖I的)燃氣渦輪發(fā)動機102的效率。燃氣渦輪發(fā)動機102的提高的效率提高了系統(tǒng)100的總效率。鍋爐管組件202增加的傳熱的另一優(yōu)點在于可減少在HRSG 118中鍋爐管組件202 的數(shù)量；因此，減小HRSG118的總大小(和成本)同時維持所需的熱交換器效果值。圖7示出了類似于上文所述的系統(tǒng)100的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的千瓦(kW)輸出(CCkW) 和簡單循環(huán)的千瓦輸出(SCkW)的變化與渦輪發(fā)動機的排氣壓力的變化dP(A P)(以水柱英寸數(shù)為單位)的關系的曲線圖。就此而言，排氣壓力的減小導致輸出增加。圖8示出聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的效率(CCeff)和簡單循環(huán)的效率(SCeff)的變化與渦輪發(fā)動機的排氣壓力的變化dP( ΔP)(以水柱英寸數(shù)為單位(in inches of water))關系的曲線圖。排氣壓力減小導致效率提高。排氣103改進的流率通過在排氣103流經HRSGl 18時向鍋爐管組件202更均勻地傳熱而改進鍋爐管組件202的傳熱。舉例而言，參看圖6，沿著行602的管比沿著行604的鍋爐管組件202接收更高溫度和流率的排氣103，這歸因于氣體通過HRSG 118時排氣103 中的熱損失。圖示實施例改進的流動路徑減小傳到行602中的鍋爐管組件202與行604中的鍋爐管組件202的熱之間的差異。沿著排氣103的流動路徑向鍋爐管組件202更均勻傳熱提高了 HRSG 118和系統(tǒng)100的效率且可允許減少HRSG 118中的鍋爐管組件202的數(shù)量同時維持所需的熱交換器效率值。在HRSG 118中減少的鍋爐管組件202的數(shù)量可允許減小HRSGl 18的大小。圖9示出在(圖I的)HRSG 118的一部分中的鍋爐管組件布置402的替代示例性實施例的截面圖。鍋爐管組件布置402類似于圖6所示的布置。圖10示出在(圖I的)HRSG 118的一部分中的鍋爐管組件布置202的另一替代示例性實施例的截面圖。鍋爐管組件202布置成交錯的行。雖然僅關于有限的幾個實施例描述了本發(fā)明，但應易于了解本發(fā)明并不限于這些公開的實施例。而是，可修改本發(fā)明以合并之前未描述的任意多個變型、更改、替代或等效布置，但這些仍與本發(fā)明的精神和范圍相符。此外，雖然描述了本發(fā)明的各種實施例，但應了解本發(fā)明的方面可僅包括所描述實施例中的一些。因此，本發(fā)明不應視作受前文的描述限制，而是僅受所附權利要求的范圍限制。
權利要求
1.一種熱回收蒸汽發(fā)生器(118)，包括殼體(120)，其具有入口 (116)和出口 (125)；鍋爐管(202)，其安置在所述殼體(120)中，所述鍋爐管(202)限定內腔(302)和外表面(208)，所述鍋爐管具有帶縱軸(301)和橫軸(303)的截面形狀，其中，所述縱軸(301)的長度大于所述橫軸(303)的長度；以及至少一個翅片(206)，其布置在所述鍋爐管(202)的外表面(208)上。
2.根據權利要求I所述的熱回收蒸汽發(fā)生器(118)，其特征在于，所述鍋爐管(202)的截面形狀為橢圓形。
3.根據權利要求2所述的熱回收蒸汽發(fā)生器(118)，其特征在于，所述至少一個翅片 (206)為橢圓形。
4.根據權利要求I所述的熱回收蒸汽發(fā)生器(118)，其特征在于，所述鍋爐管(202)的截面形狀包括第一縱向區(qū)段(510)和第二縱向區(qū)段(510)，所述第一縱向區(qū)段(510)平行于所述第二縱向區(qū)段(510)布置。
5.根據權利要求4所述的熱回收蒸汽發(fā)生器(118)，其特征在于，所述鍋爐管(202)的截面形狀還包括第一沿半徑轉動成形的橫向區(qū)段(512)和第二沿半徑轉動成形的橫向區(qū)段(512)。
6.根據權利要求I所述的熱回收蒸汽發(fā)生器(118)，其特征在于，所述至少一個翅片 (206)包括平面表面。
7.根據權利要求6所述的熱回收蒸汽發(fā)生器，其特征在于，所述至少一個翅片(206)的平面表面與第二翅片(206)的平面表面平行地布置。
8.根據權利要求I所述的熱回收蒸汽發(fā)生器，其特征在于，所述入口(116)連接到燃氣渦輪發(fā)動機(102)的排氣管道(114)。
全文摘要
本申請涉及熱回收蒸汽發(fā)生器鍋爐管布置。其中，一種熱回收蒸汽發(fā)生器(118)包括殼體(120)，其具有入口(116)和出口(125)；鍋爐管(202)，其安置在殼體(120)中，鍋爐管(202)限定內腔(302)和外表面(208)，鍋爐管具有帶縱軸(301)和橫軸(303)的截面形狀，其中縱軸(301)的長度大于橫軸(303)的長度；以及，至少一個翅片(206)，其布置在鍋爐管(202)的外表面(208)上。
文檔編號F22B33/18GK102607003SQ20121002450
公開日2012年7月25日 申請日期2012年1月19日 優(yōu)先權日2011年1月24日
發(fā)明者J·R·坎貝爾 申請人:通用電氣公司