用于單程水平蒸發(fā)器的流量控制裝置及方法
【專利摘要】本文中公開一種單程蒸發(fā)器，其包括：入口歧管(202)；一個或更多個入口集管(204)，其與入口歧管流體連通；一個或更多個管疊堆(210)，其中，每個管疊堆包括一個或更多個大致水平蒸發(fā)器管；一個或更多個管疊堆與一個或更多個入口集管流體連通；一個或更多個出口集管(206)，其與一個或更多個管疊堆流體連通；出口歧管(208)，其與一個或更多個出口集管流體連通；以及多個流量控制裝置，其用以動態(tài)地控制至相應的入口集管的流體流。
【專利說明】用于單程水平蒸發(fā)器的流量控制裝置及方法
[0001]相關申請的交叉引用
本公開要求2012年I月17日提交的美國臨時申請N0.61/587，332、2012年I月17日提交的美國臨時申請N0.61/587，428，2012年I月17日提交的美國臨時申請N0.61/587，359，以及2012年I月17日提交的美國臨時申請N0.61/587，402的優(yōu)先權，這些申請的全部內容由此通過參考全部并入。
【技術領域】
[0002]本公開大體涉及余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)，并且更特別地，涉及用于控制具有用于熱交換的大致水平和/或水平地傾斜的管的HRSG中的流的方法及設備。
【背景技術】
[0003]余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)為從熱氣體流回收熱的能量回收熱交換器。其產生蒸汽，該蒸汽可在過程(熱電聯(lián)合)中使用，或者用于驅動蒸汽渦輪(聯(lián)合循環(huán))。余熱回收蒸汽發(fā)生器大體包括四個主要構件一節(jié)約器、蒸發(fā)器、過熱器和水預熱器。特別地，自然循環(huán)HRSG包含蒸發(fā)器加熱表面、滾筒(drum)，以及用以便于蒸發(fā)器管中的適合的循環(huán)率的管路。單程HRSG以單程蒸發(fā)器替代自然循環(huán)構件，并且這樣做時，提供了進展到(offerin-roads to)較高工廠效率，并且此外有助于在沒有厚壁滾筒的情況下延長HRSG使用期限。
[0004]在圖1中示出單程蒸發(fā)器余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG) 100的實例。在圖1中，HRSG包括構造成吸收所需的熱的、呈一系列豎直平行流動路徑/管104和108 (配置在導管壁111之間)的形式的豎直加熱表面。在HRSG100中，工作流體(例如，水)從源106輸送至入口歧管105。工作流體從入口歧管105供給至入口集管112，并且接著供給至第一熱交換器104，其中，其被沿水平方向流動的來自爐(未示出)的熱氣體加熱。熱氣體加熱配置在導管壁111之間的管區(qū)段104和108。加熱的工作流體的一部分轉換成蒸氣，并且液體與汽化的工作流體的混合物經由出口集管113輸送至出口歧管103，其從出口歧管103輸送至混合器102，其中，蒸氣和液體再次混合，并且分配至第二熱交換器108。蒸氣與液體工作流體的該分離是不合乎需要的，這是因為該分離產生溫度梯度，并且必須進行努力以防止該分離。為了確保來自熱交換器104的蒸氣和流體良好地混合，它們輸送至混合器102，兩相混合物(蒸氣和液體)從混合器102輸送至另一個第二熱交換器108，其中，它們經受過熱狀態(tài)。第二熱交換器108用于克服熱力學限制。接著，蒸氣和液體排放至收集容器109，它們接著在用于發(fā)電設備(例如，渦輪)之前從收集容器109發(fā)送至分離器110。因此，使用豎直加熱表面具有許多設計限制。
[0005]另外，作為豎直布置的平行管的直接結果，在加熱表面下游存在氣體側溫度失衡。這些附加的設計考慮利用附加的工程設計和制造，這兩者為昂貴的。這些附加特征還需要定期維護，這縮短了工廠的生產運行的時間，并且因此導致生產力的損失。因此，合乎需要的是克服這些缺點。
【發(fā)明內容】

[0006]本文中公開一種單程蒸發(fā)器，其包括:入口歧管；一個或更多個入口集管，其與入口歧管流體連通；一個或更多個管疊堆，其中，每個管疊堆包括一個或更多個大致水平蒸發(fā)器管；一個或更多個管疊堆與一個或更多個入口集管流體連通；一個或更多個出口集管，其與一個或更多個管疊堆流體連通；出口歧管，其與一個或更多個出口集管流體連通；以及多個流量控制裝置，其用以動態(tài)地控制至相應的入口集管的流體流。
[0007]本文中公開一種方法，其包括:通過單程蒸發(fā)器排放工作流體；其中，單程蒸發(fā)器包括:入口歧管；一個或更多個入口集管，其與入口歧管流體連通；一個或更多個管疊堆，其中，每個管疊堆包括一個或更多個大致水平蒸發(fā)器管；一個或更多個管疊堆與一個或更多個入口集管流體連通；一個或更多個出口集管，其與一個或更多個管疊堆流體連通；以及出口歧管，其與一個或更多個出口集管流體連通；以及從爐或鍋爐排放熱氣體穿過單程蒸發(fā)器；其中，熱氣體的流動方向垂直于工作流體的流動方向；以及利用傳感器測量工作流體的參數(shù)；如果參數(shù)位于期望值的外側，則改變穿過單程蒸發(fā)器的工作流體的排放速率；其中，排放速率的變化由流量控制裝置引起。
[0008]本文中還公開一種單程蒸發(fā)器，其包括:入口歧管；一個或更多個入口集管，其與入口歧管流體連通；一個或更多個管疊堆，其中，每個管疊堆包括一個或更多個大致水平蒸發(fā)器管；一個或更多個管疊堆與一個或更多個入口集管流體連通；一個或更多個出口集管，其與一個或更多個管疊堆流體連通；出口歧管，其與一個或更多個出口集管流體連通；以及流動堵塞裝置，其用以限制至入口集管和蒸發(fā)器管中的至少一個和/或來自出口集管和蒸發(fā)器管中的至少一個的流體流。
[0009]本文中公開一種方法，其包括:通過單程蒸發(fā)器排放工作流體；其中，單程蒸發(fā)器包括:入口歧管；一個或更多個入口集管，其與入口歧管流體連通；一個或更多個管疊堆，其中，每個管疊堆包括一個或更多個大致水平蒸發(fā)器管；一個或更多個管疊堆與一個或更多個入口集管流體連通；一個或更多個出口集管，其與一個或更多個管疊堆流體連通；以及出口歧管，其與一個或更多個出口集管流體連通；以及從爐或鍋爐排放熱氣體穿過單程蒸發(fā)器；其中，熱氣體的流動方向垂直于工作流體的流動方向；以及通過流動堵塞裝置改變穿過單程蒸發(fā)器的工作流體的排放速率；其中，流動堵塞裝置操作成限制至入口集管和蒸發(fā)器管中的至少一個和/或來自出口集管和蒸發(fā)器管中的至少一個的流體流。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]現(xiàn)在參考為示例性實施例的附圖，并且其中，同樣的元件被相似地標記:
圖1為具有豎直熱交換器管的現(xiàn)有技術的余熱回收蒸汽發(fā)生器的示意圖；
圖2描繪了使用開環(huán)控制系統(tǒng)中的控制閥的示例性單程蒸發(fā)器的示意圖；
圖3描繪了使用閉環(huán)控制系統(tǒng)中的控制閥的示例性單程蒸發(fā)器的示意圖；
圖4描繪了使用流動堵塞裝置并具有豎直入口歧管的示例性單程蒸發(fā)器的示意圖；
圖5描繪了使用流動堵塞裝置并具有水平入口歧管的示例性單程蒸發(fā)器的示意圖；
圖6描繪了使用具有控制閥的開放控制環(huán)路并具有水平入口歧管的示例性單程蒸發(fā)器的示意圖； 圖7描繪了豎直地對齊的管疊堆，其分別與多個入口集管流體連通，而同時與單個出口集管流體連通；系統(tǒng)使用具有控制閥的開放控制環(huán)路；
圖8描繪了多個豎直地對齊的管疊堆，其分別與多個出口集管流體連通，而同時與單個入口集管流體連通；系統(tǒng)使用具有控制閥的開放控制環(huán)路；
圖9描繪了單程蒸發(fā)器中的豎直地對齊的疊堆的又一個布置。在圖8中，兩個或更多個豎直地對齊的管疊堆與單個入口集管和單個出口集管流體連通；系統(tǒng)使用具有控制閥的開放控制環(huán)路；
圖10示出了與多個入口集管流體連通的單獨地帶(豎直地對齊的管疊堆)；系統(tǒng)使用具有控制閥的開放控制環(huán)路；
圖11示出了與多個出口集管流體連通的單獨地帶(豎直地對齊的管疊堆)；系統(tǒng)使用具有控制閥的開放控制環(huán)路；
圖12示出了與多個入口集管和多個出口集管流體連通的單獨地帶(豎直地對齊的管疊堆)；系統(tǒng)使用具有控制閥的開放控制環(huán)路；
圖13(A)描繪了單程蒸發(fā)器的管疊堆中的管的一個示例性布置；
圖13(B)描繪了單程蒸發(fā)器的管疊堆中的管的示例性布置的等距視圖；以及圖14描繪了具有包含管的10個豎直地對齊的地帶或區(qū)段的單程蒸發(fā)器，熱氣體可穿過該單程蒸發(fā)器以將它們的熱傳遞至工作流體。
【具體實施方式】
[0011]本文中公開余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)，該余熱回收蒸汽發(fā)生器包括其管布置成大致水平的單個熱交換器或多個熱交換器。通過〃大致水平的"，暗示管定向為近似水平的(即，布置成在±2度內平行于水平線)。包含水平管的區(qū)段(或多個區(qū)段)也被稱為〃單程蒸發(fā)器"，這是因為當在亞臨界狀態(tài)下操作時，工作流體(例如，水、氨等)在穿過區(qū)段從入口集管至出口集管的單次經過期間逐漸地轉換成蒸氣。同樣地，對于超臨界操作而言，超臨界工作流體在穿過區(qū)段從入口集管至出口集管的單次經過期間加熱到較高溫度。水平管的區(qū)段在下文中被稱為"管疊堆"。
[0012]單程蒸發(fā)器(在下文中為〃蒸發(fā)器〃)包括平行管，其沿如下方向水平地配置，該方向垂直于源自爐或鍋爐的加熱氣體的流動方向。平行管在形狀上為蛇形的，并且工作流體沿如下方向從入口集管行進至出口集管，該方向平行于彼此但是在流方面為相反的。換言之，工作流體在管的第一區(qū)段中沿一個方向行進，并且接著在鄰近并平行于第一區(qū)段但連接于其的管的第二區(qū)段中沿相反方向行進。該流布置被稱為逆流，這是因為流體在相同管的不同區(qū)段中沿相反方向流動。
[0013]在單程操作期間，穿過水平管的工作流體(例如，蒸汽)由于兩個位置處的水或蒸汽的密度差而顯示蒸發(fā)器入口與出口之間的靜壓頭差(即，壓差)。靜壓頭差以及非一致的氣體流和溫度將導致蒸發(fā)器管之間的非均勻的流和熱吸收分布。為了實現(xiàn)穿過管的平衡流，單程蒸發(fā)器設計有控制系統(tǒng)，其可用于控制工作流體流?？刂葡到y(tǒng)依靠控制閥實現(xiàn)其對單程蒸發(fā)器的控制。該布置的有利之處在于，其容許管疊堆內的一致的工作流體流分布。
[0014]控制系統(tǒng)可為開環(huán)系統(tǒng)或閉環(huán)系統(tǒng)。在開環(huán)系統(tǒng)中，每個控制閥通過特征曲線操作，該特征曲線限定每個負載下的閥位置。因此，這些閥起到可變孔口的作用。[0015]控制系統(tǒng)包括構造成在閉環(huán)控制方案下操作的一個或更多個控制閥。變量(諸如溫降、壓降等)被橫跨每個管疊堆監(jiān)測，并且不論這些變量何時偏離期望值，調整控制閥。例如，橫跨每個蒸發(fā)器區(qū)段的壓降在反饋環(huán)中用于提供橫跨蒸發(fā)器區(qū)段中的每一個的平衡流體流。
[0016]在一個實施例中，所有控制閥協(xié)調和控制成實現(xiàn)平衡的流體壓降以平衡流分布。換言之，控制系統(tǒng)還使需要處理的非平衡變量優(yōu)先。例如，如果流體溫度不平衡高于一定范圍，則流體溫度控制將設定在高于流體壓力控制的優(yōu)先級處。接著，控制閥可調整成將流體溫度保持在可接受的極限內?？上嗨频匕ㄆ渌答佇盘?，用于通過控制系統(tǒng)的優(yōu)先控制。
[0017]在另一個實施例中，單程蒸發(fā)器包括安裝在每個供應管線上的流動堵塞裝置(限流器)，該供應管線將工作流體從入口歧管輸送至入口集管。流動堵塞裝置補償靜壓頭偏置(static head bias)，并且改進蒸發(fā)器流分布。隨后將詳細地討論流動堵塞裝置。
[0018]圖2、圖13(A)、圖13⑶和圖14描繪了具有它們的相應控制系統(tǒng)的單程蒸發(fā)器200中的多個管疊堆。圖2為示例性單程蒸發(fā)器200的示意圖，其中，單個控制閥指定給每個供應管線，其用于在入口歧管202與豎直地對齊的管疊堆210之間輸送工作流體。圖13(A)描繪了單程蒸發(fā)器的管疊堆中的管的一個示例性布置，而圖13(B)描繪了單程蒸發(fā)器的管疊堆中的管的示例性布置的等距視圖。圖14描繪了具有包含管的10個豎直地對齊的地帶或區(qū)段的單程蒸發(fā)器，熱氣體可穿過該單程蒸發(fā)器以將它們的熱傳遞至工作流體。
[0019]蒸發(fā)器200包括入口歧管202，其接收來自節(jié)約器(未示出)的工作流體，并且將工作流體輸送至多個入口集管204 (η)，多個入口集管204 (η)中的每一個與豎直地對齊的管疊堆210(η)流體連通，豎直地對齊的豎直管疊堆210 (η)包括大致水平的一個或更多個管。流體從入口集管204 (η)傳送至多個管疊堆210 (η)。出于簡單的目的，在本說明書中，附圖中描繪的多個入口集管204 (η)，204 (η+1)...和204(η+η’)被共同地稱為204 (η)。相似地，多個管疊堆210 (η)，210 (η+1)，210 (η+2)...和210 (η+η，)被共同地稱為210 (η)，并且多個出口集管 206 (η)，260 (η+1)，260 (η+2)…和 206 (η+η，)被共同地稱為 206 (η)。
[0020]如可在圖2和圖3中看到的，多個入口管疊堆210(η)因此分別在多個入口集管204 (η)與出口集管206 (η)之間豎直地對齊。管疊堆210 (η)的每個管由板(未示出)支承在適當位置。在橫過管疊堆210(η)之后，工作流體排放至出口歧管208，其從出口歧管208排放至過熱器。入口歧管202和出口歧管208可取決于單程蒸發(fā)器的空間要求而水平地配置或豎直地配置。圖2示出了具有豎直入口歧管202的單程蒸發(fā)器。
[0021]來自爐或鍋爐(未示出)的熱氣體垂直于管210中的工作流體的流動方向行進。熱從熱氣體傳遞至工作流體以增大工作流體的溫度，并可能將工作流體中的一些或全部從液體轉換成蒸氣。在下面提供單程蒸發(fā)器的構件中的每一個的細節(jié)。
[0022]如在圖2中看到的，入口集管包括或更多個入口集管204(η)，204(η+1)…和204 (η)(在下文中大體由用語"204 (η)"表示)，該入口集管中的每一個與入口歧管202操作連通。在一個實施例中，一個或更多個入口集管204 (η)中的每一個與入口歧管202流體連通。入口集管204(η)分別與多個水平管疊堆210(η)，210(η+1)，210(η’+2)...和210(η)(在下文中被稱為大體由用語〃210(η)〃表示的〃管疊堆〃)流體連通。每個管疊堆210 (η)與出口集管206(η)流體連通。因此，出口集管包括多個出口集管206 (η)，206 (η+1)，206 (η+2)…和206 (η)，該出口集管中的每一個分別與管疊堆210 (η), 210 (η+1), 210 (η+2)...和 210 (η)和入口集管 204 (η)，204 (η+1)，204 (η+ 2)…和204 (η)流體連通。
[0023]用語〃η〃為整數(shù)值，而〃η’〃可為整數(shù)值或分數(shù)值。因此，η’可為分數(shù)值，諸如1/2、1/3等。因此，例如，因此可存在一個或更多個分數(shù)入口集管、管疊堆或出口集管。換言之，可存在一個或更多個入口集管和出口集管，其尺寸為其它入口集管和/或出口集管的分數(shù)。相似地，可存在包含容納在另一個疊堆中的分數(shù)值的數(shù)量的管的管疊堆。將注意，具有附圖標記η’的閥和控制系統(tǒng)實際上不以分數(shù)形式存在，而是如果期望容納由分數(shù)蒸發(fā)器區(qū)段處理的較小體積，則可縮小尺寸。
[0024]圖3(A)描繪了包含水平地配置的管的8個豎直地對齊的管疊堆。管疊堆210 (η)具有配置在管疊堆之間的空間239，擋板240放置到空間239中，擋板240使熱氣體偏轉到空間239上方和下方的管疊堆中。圖3(A)具有配置在空間270中的分數(shù)管疊堆。圖3 (B)為包含兩個豎直地對齊的管區(qū)段的單程蒸發(fā)器的等距視圖，示出了管相對于熱氣體的流動方向的對齊。
[0025]圖14描繪了另一個示例性裝配單程蒸發(fā)器。圖14示出了單程蒸發(fā)器，其具有包含管的10個豎直地對齊的管疊堆210 (η)，熱氣體可穿過該單程蒸發(fā)器以將它們的熱傳遞至工作流體。管疊堆安裝在框架300中，框架300包括兩個平行的豎直支承桿302和兩個水平的支承桿304。支承桿302和304通過焊縫、螺栓、鉚釘、螺紋和螺母等固定地附接或可拆卸地附接于彼此。
[0026]接觸板250的柱306配置在單程蒸發(fā)器的上表面上。每個柱306支承板，并且板從柱306掛著(B卩，它們被懸掛)。板250(如以上詳述的)使用U形夾板鎖定在適當位置。板250還支承相應的管疊堆210 (η)并將其保持在適當位置。在該圖14中，僅每個管疊堆210 (η)的最上管和最下管示出為管疊堆的一部分。為了讀者方便并且為了清楚起見，省略每個管疊堆中的其它管。
[0027]因為每個柱306保持或支承板250，所以柱306的數(shù)量因此等于板250的數(shù)量。在一個實施例中，整個單程蒸發(fā)器由接觸水平柱304的柱306支承和支持。在一個實施例中，柱306可為聯(lián)結柱，其接觸平行的水平柱304中的每一個，并且支承管疊堆的全部重量。單程蒸發(fā)器的重量因此由柱306支承。
[0028]每個區(qū)段安裝到相應的板上，并且相應的板接著由聯(lián)結柱300在整個管疊堆的外周處保持在一起。許多豎直板支承這些水平熱交換器。這些板設計為用于模塊的結構支承件，并且向管提供支承以限制偏轉。水平的熱交換器在車間裝配成模塊并且運輸至場地。水平熱交換器的板在現(xiàn)場連接于彼此。
[0029]在一個實施例中，單程蒸發(fā)器可包括與2個或更多個管疊堆流體連通的2個或更多個入口集管，該2個或更多個管疊堆與2個或更多個出口集管流體連通。在一個實施例中，單程蒸發(fā)器可包括與3個或更多個管疊堆流體連通的3個或更多個入口集管，該3個或更多個管疊堆與3個或更多個出口集管流體連通。在另一個實施例中，單程蒸發(fā)器可包括與5個或更多個管疊堆流體連通的5個或更多個入口集管，該5個或更多個管疊堆與5個或更多個出口集管流體連通。在又一個實施例中，單程蒸發(fā)器可包括與10個或更多個管疊堆流體連通的10個或更多個入口集管，該10個或更多個管疊堆與10個或更多個出口集管流體連通。不存在對與彼此和與入口歧管和出口歧管流體連通的管疊堆、入口集管和出口集管的數(shù)量的限制。每個管疊堆被稱為地帶。
[0030]圖2描繪了用于控制單程蒸發(fā)器中的流體流的開環(huán)系統(tǒng)。在圖2中，在入口歧管202與入口集管204 (η)之間的每個流體供應管線214 (η)設置有控制閥212 (η)?？刂崎y212 (η)為如下閥，其用于通過響應于從控制器接收的信號完全或部分地開啟或閉合而控制諸如流量、壓力、溫度和液位的狀態(tài)，該控制器比較"設定點"與"過程變量"，過程變量的值由監(jiān)測這種狀態(tài)的變化的傳感器提供?？刂崎y的開啟或閉合通常通過電致動器、液壓致動器或氣動致動器(未示出)自動地完成。定位器可用于基于電信號或氣動信號來控制致動器的開啟或閉合。因為不存在于圖2中示出的單程蒸發(fā)器中使用的反饋環(huán)，所以圖2中描繪的系統(tǒng)為開環(huán)系統(tǒng)。
[0031]這些控制閥因此起到可變孔口的作用，并且當特定蒸發(fā)器區(qū)段上的負載不同于過程變量曲線上的給定設定點時，閥開啟或閉合以容許更多工作流體或更少工作流體分別進入蒸發(fā)器區(qū)段。通過這樣做，在特定蒸發(fā)器區(qū)段中保持較大平衡。閥從由球閥、閘閥、閘門閥、球形閥、隔膜閥、回轉閥、活塞閥等組成的組中選定。如果期望，則一個或更多個閥可在單個管線中使用。如以上提到的，每個閥配備有致動器。
[0032]圖3描繪了圖2的示例性單程蒸發(fā)器系統(tǒng)200，其具有與多個控制閥212 (η)操作連通的中心控制器216，具有多個壓差傳感器(壓降儀器(roi))218(n)，并且具有多個溫度傳感器(TI) 220 (η)。圖3描繪了閉環(huán)系統(tǒng)。從圖3可看到，每個蒸發(fā)器區(qū)段210 (η)與控制閥212 (η)流體連通，并且分別與壓差傳感器218 (η)和溫度傳感器220 (η)流體連通。壓差傳感器位于每個蒸發(fā)器區(qū)段210 (η)的中心或該中心周圍，并且測量橫跨每個管區(qū)段210 (η)的壓降，而溫度傳感器220 (η)位于每個蒸發(fā)器區(qū)段的外側(即，在出口集管中)，并且測量溫度變化。橫跨每個蒸發(fā)器區(qū)段210 (η)的流體壓降由相應的壓差傳感器218 (η)感測，并且用作用于控制器216的反饋信號，以調整相應的控制閥212 (η)。相似地，由溫度傳感器測量的溫度的變化用作用于控制器216的反饋信號，以調整控制閥212 (η)。其它傳感器(諸如質量流率傳感器、體積傳感器、光學傳感器(用于檢測相分離)等)也可連同中心控制器使用。換言之，其它反饋信號(諸如質量或體積流率、液體與蒸氣的相分離的速率等)可用于控制裝置中的平衡。
[0033]因為來自流體管線214(η)的信息由控制器216獲得，并且用于經由相應的閥212 (η)控制流體管線中的流體流，所以圖3中描繪的系統(tǒng)為閉環(huán)。控制器216可收集來自多個管區(qū)段210(η)和流體流管線214(η)的信息，并且取決于系統(tǒng)期望的性能同時地或順序地調整管線中的一些或全部中的流體流。
[0034]中心控制器216基于從壓差傳感器218 (η)和溫度傳感器220 (η)接收的輸入來控制閥212(η)。中心控制器216還基于由使用者輸入的預定設定來使響應優(yōu)先。例如，如果壓力偏差大于溫度偏差，則中心控制器216以如下方式調整控制閥，使得在處理溫度偏差之前補償壓力設定。另一方面，如果流體溫度偏離某一預定范圍以上，則流體溫度控制可設定在高于壓力控制的優(yōu)先級處。一個或更多個控制閥可調整成將流體參數(shù)保持在可接受的極限內。雖然圖2和圖3示出了每個流體供應管線214(η)包含控制閥，但是預想一些管線可不包含閥(即，它們可不受控)。另外，雖然圖3示出了每個蒸發(fā)器區(qū)段210 (η)具有壓差傳感器和溫度傳感器，但是預想蒸發(fā)器區(qū)段中的一些可僅配備有兩個傳感器中的一個。一些蒸發(fā)器區(qū)段可使用開環(huán)控制系統(tǒng)(如圖2所示)，而其它蒸發(fā)器區(qū)段可具有封閉控制系統(tǒng)(如圖3所示)。
[0035]在另一個實施例中，所有閥212(n)的控制由中心控制器216協(xié)調，以實現(xiàn)平衡的流體壓降(具有一些公差)，并因此實現(xiàn)蒸發(fā)器區(qū)段210 (η)中的每一個中的平衡流分布(或非平衡分布，如果期望)。
[0036]在圖3中示出的實施例中，中心控制器216響應于橫跨蒸發(fā)器管的相應區(qū)段或地帶的壓降和/或相應出口集管的出口處的溫度來單獨地控制流量控制裝置(即，閥212 (η))中的每一個。在一種情況下，假定相應的出口集管的出口處的溫度在一定溫度范圍內，則每個相應流量控制裝置由橫跨蒸發(fā)器管的相應區(qū)段或地帶的壓降控制。如果溫度位于可接受的溫度范圍的外側，則控制器響應于溫度控制對應的流量控制裝置，直到溫度降回可接受的溫度范圍內。雖然特定參數(shù)已示出成提供反饋用于控制流量控制閥212 (η)，但是本發(fā)明設想在任何位置的任何流體參數(shù)可單獨地使用或者連同多個參數(shù)使用。此外，任何系統(tǒng)參數(shù)(諸如系統(tǒng)上的負載或穿過蒸發(fā)器的流體流的熱曲線)可單獨地使用或者連同任何其它輸入?yún)?shù)使用。
[0037]在一個實施例中，中心控制器216可與計算機或微處理器電連通，其中，從各種傳感器取回的數(shù)據(jù)儲存用于未來分析。數(shù)據(jù)可用于調整設定用于傳感器的未來參數(shù)。
[0038]如以上提到的，單程蒸發(fā)器包括一個或更多個流動堵塞裝置。如可在圖4和圖5中看到的，第一流動堵塞裝置220 (η)安裝在離開公共入口歧管的每個供應管線214上。第二流動堵塞裝置222 (η)安裝在管疊堆210 (η)中的每個管道上。圖4具有公共豎直入口歧管202，而圖5具有公共水平入口集管202，單獨的供應管線214從公共水平入口歧管202將來自歧管的工作流體輸送至相應的入口集管204 (η)。雖然圖4和圖5示出了每個供應管線214(η)包含至少一個流動堵塞裝置，但是可存在安裝在單個供應管線中的多于一個流動堵塞裝置。另外，供應管線中的一些可不使用流動堵塞裝置。以相似的方式，管疊堆210(η)中的管可使用或可不使用流動堵塞裝置。換言之，流動堵塞裝置為任選的，并且典型地在流動路徑上的凈靜壓頭高達該流動路徑的總摩擦壓力損失的50%時使用。
[0039]第一流動堵塞裝置220 (η)補償靜壓頭偏置，并且改進蒸發(fā)器流分布。來自流動堵塞裝置的附加摩擦損失將減小由于單程蒸發(fā)器區(qū)段之間的靜壓頭差而產生的對流分布的影響。流動堵塞裝置定尺寸成使得在任何操作負載下，該堵塞裝置連接于其的每個流動路徑上的凈靜壓頭高達該特定流動路徑中的總摩擦壓力損失的大約50%，具體地高達大約40%,并且具體地高達30%。如果在沒有來自流動堵塞裝置的壓降的情況下滿足該條件，則流動堵塞裝置的使用為任選的。此處，流動路徑限定為水/蒸汽必須在入口歧管的入口與出口歧管的出口之間流動穿過其的路徑。
[0040]第二流動堵塞裝置222 (η)提供穿過蒸發(fā)器管的每個區(qū)段或地帶的流分布的靜態(tài)控制和/或管的區(qū)段或地帶內的管的單獨控制。第二流動堵塞裝置222 (η)可放置在每個管上，或者放置在包含多個管的每個管組上。
[0041]第一流動堵塞裝置和第二流動堵塞裝置包括限制流體流的任何裝置，諸如孔口、文氏管、限流板、噴嘴或尺寸減小的管路。人們還將認識到，本發(fā)明設想雖然流動堵塞裝置位于蒸發(fā)器和區(qū)段的入口端處，但是堵塞裝置還可位于管疊堆210 (η)中的管的出口側和/或出口集管208的出口處。事實上，流動堵塞裝置可位于處于任何組合的這些入口位置和出口位置中的任何一個。此外，流率由于流動堵塞裝置而可按區(qū)段或地帶變化，并且/或者按單獨的管變化。
[0042]流動堵塞裝置可位于入口集管內或離開入口集管的管上，并且可設計有一個一致尺寸或不同尺寸。流動堵塞裝置和管定尺寸成使得在所有操作負載下，每個區(qū)段上的入口集管與出口集管之間的靜壓頭差不大于穿過該區(qū)段的總摩擦壓力損失的25%。
[0043]在一個實施例中，單程蒸發(fā)器200可使用流動堵塞裝置和控制閥兩者?？刂崎y可為開環(huán)系統(tǒng)或閉環(huán)系統(tǒng)的一部分。圖6至12示出了單程蒸發(fā)器的各種構造，所有構造可使用圖2中描繪的開環(huán)控制系統(tǒng)。雖然圖6至12示出了圖2的開環(huán)系統(tǒng)，但是預想，圖3中描繪的閉環(huán)控制系統(tǒng)也可在這些單程蒸發(fā)器系統(tǒng)中使用?？蛇x地，如上所述，圖6至12中描繪的單程系統(tǒng)可使用流動堵塞裝置以及控制閥兩者。還可看到，如果期望，則圖6至12中的閥可容易地由流動堵塞裝置替換。
[0044]本文中描述的流量控制系統(tǒng)的有利之處在于，流量控制閥提供穿過蒸發(fā)器管的每個區(qū)段或地帶的流分布的動態(tài)控制或可變控制。流量控制閥包括可利用管可變地或動態(tài)地控制流體流的任何裝置。人們還將認識到，本發(fā)明設想雖然流量控制閥位于每個蒸發(fā)器區(qū)段或地帶的入口集管的入口處，但是堵塞裝置也可位于出口集管的出口側。事實上，流量控制閥可位于處于任何組合的這些入口位置和出口位置中的任何一個。此外，流率由于流量控制閥而可按區(qū)段或地帶變化。本發(fā)明還設想，動態(tài)地或可變地控制開環(huán)模式或閉環(huán)模式中的流分布的該方法適用于上文中提供的所有實施例。此外，此處提出的控制構思可套裝有大型工廠控制系統(tǒng)(例如，級聯(lián)控制系統(tǒng)、單程控制器等)。
[0045]將注意，本申請與具有Alstom卷號W11/122-1，W12/001-0, W11/123-1, W12/093-0, W11/120-1，W11/121-0 和 W12/110-0 的專利申請同時提交，這些申請的全部內容通過參考全部并入本文中?！白畲筮B續(xù)負載”表示發(fā)電廠的額定滿負載狀態(tài)。
[0046]鍋爐的〃單程蒸發(fā)器區(qū)段〃用于以各種百分比的最大連續(xù)負載(MCR)將水轉換成蒸汽。
[0047]〃近似水平的管〃本質上為水平地定向的管。〃傾斜的管〃為既不在水平位置也不在豎直位置的管，但是如示出的，相對于入口集管和出口集管在其間成角度配置。
[0048]將理解，雖然用語〃第一 〃、〃第二 〃、〃第三〃等可在本文中用于描述各種元件、構件、區(qū)域、層和/或區(qū)段，但是這些元件、構件、區(qū)域、層和/或區(qū)段將不被這些用語限制。這些用語僅用于將一個元件、構件、區(qū)域、層或區(qū)段與另一個元件、構件、區(qū)域、層或區(qū)段區(qū)分開。因此，以下討論的〃第一元件〃、〃第一構件〃、〃第一區(qū)域〃、〃第一層〃或〃第一區(qū)段〃可被稱為第二元件、第二構件、第二區(qū)域、第二層或第二區(qū)段，而不背離本文中的教導。
[0049]本文中使用的術語僅出于描述特定實施例的目的，并且不意圖限制。如本文中使用的，單數(shù)形式(如〃一 〃或〃 一個〃和〃該〃)意圖還包括復數(shù)形式，除非上下文清楚地另外指出。還將理解，用語〃包括(comprises)"和/或〃包括(comprising)"或〃包含(includes)"和/或〃包含(including)"在用于本說明書中時,指定存在規(guī)定的特征、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或構件，但不排除存在或添加一個或更多個其它特征、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、元件、構件和/或其組合。
[0050]此外，相對用語(諸如〃下〃或〃底部〃和〃上〃或〃頂部〃)可在本文中用于描述如圖所示的一個元件與另一個元件的關系。將理解，相對用語意圖包含除了圖中描繪的方位之外的裝置的不同方位。例如，如果圖中的一個中的裝置倒置，則描述為在其它元件的〃下〃側的元件將定向在其它元件的〃上〃側。因此，示例性用語〃下〃可取決于圖的特定方位而包含〃下〃和〃上〃的方位兩者。相似地，如果圖中的一個中的裝置倒置，則描述為在其它元件〃下方〃或〃下面〃的元件將定向在其它元件〃上方"。因此，示例性用語〃下方〃或〃下面〃可包含上方和下方的方位兩者。
[0051]除非另外限定，本文中使用的所有用語(包括技術用語和科學用語)具有本公開所屬領域的技術人員通常理解的相同意思。還將理解，諸如常用詞典中限定的這些用語的用語應當理解為具有與在相關技術和本公開的上下文中的它們的意思一致的意思，并且將不在理想化或過于正式的意義上理解，除非本文中明確地如此限定。
[0052]參考截面圖在本文中描述示例性實施例，該截面圖為理想化的實施例的示意圖。就此而言，將預料到由例如制造技術和/或公差引起的從示圖的形狀的變化。因此，本文中描述的實施例不應當看作是受限于如本文中示出的區(qū)域的特定形狀，而是將包括例如由制造引起的形狀的偏差。例如，示出或描述為平坦的區(qū)域通?？删哂写植诤?或非線性的特征。此外，示出的銳角可變成圓形。因此，圖中示出的區(qū)域本質上為示意性的，并且它們的形狀不意圖示出區(qū)域的精確形狀，并且不意圖限制本權利要求的范圍。
[0053]用語和/或在本文中用于表示〃和〃以及〃或〃兩者。例如，"A和/或B"看作是表不A、B或A和B。
[0054]過渡用語〃包括〃包括過渡用語〃基本上由…組成〃和〃由…組成〃，并且可與〃包括〃互換。
[0055]雖然本公開描述示例性實施例，但是本領域技術人員將理解，在不背離公開的實施例的范圍的情況下，可作出各種變化，并且等同物可代替其元件。另外，可作出許多修改以使具體情形或材料適合于本公開的教導而不背離本公開的實質范圍。因此，意圖是，本公開不受限于公開為設想用于執(zhí)行本公開的最佳模式的具體實施例。
[0056] 雖然已參考各種示例性實施例描述本發(fā)明，但是本領域技術人員將理解，在不背離本發(fā)明的范圍的情況下，可作出各種變化，并且等同物可代替其元件。另外，可作出許多修改以使具體情形或材料適合于本發(fā)明的教導而不背離本發(fā)明的實質范圍。因此，意圖是，本發(fā)明不受限于公開為設想用于執(zhí)行本發(fā)明的最佳模式的具體實施例，而是本發(fā)明將包括落入在所附權利要求的范圍內的所有實施例。
【權利要求】
1.一種單程蒸發(fā)器，其包括: 入口歧管； 一個或更多個入口集管，其與所述入口歧管流體連通； 一個或更多個管疊堆，其中，每個管疊堆包括一個或更多個大致水平蒸發(fā)器管；所述一個或更多個管疊堆與所述一個或更多個入口集管流體連通； 一個或更多個出口集管，其與一個或更多個管疊堆流體連通； 出口歧管，其與所述一個或更多個出口集管流體連通；以及 多個流量控制裝置，其用以動態(tài)地控制至相應的入口集管的流體流。
2.根據(jù)權利要求1所述的單程蒸發(fā)器，其特征在于，還包括用于測量所述蒸發(fā)器的參數(shù)的至少一個傳感器；其中，所述傳感器與所述流量控制裝置操作連通。
3.根據(jù)權利要求2所述的單程蒸發(fā)器，其特征在于，所述流量控制裝置為閥，并且位于所述入口歧管與所述入口集管中的至少一個之間。
4.根據(jù)權利要求3所述的單程蒸發(fā)器，其特征在于，所述閥與致動器連通。
5.根據(jù)權利要求2所述的單程蒸發(fā)器，其特征在于，還包括與所述流量控制裝置和所述至少一個傳感器操作連通的控制器。
6.根據(jù)權利要求5所述的單程蒸發(fā)器，其特征在于，所述控制器基于從所述至少一個傳感器接收的信號來調節(jié)所述閥。
7.根據(jù)權利要求1所述的單程蒸發(fā)器，其特征在于，所述蒸發(fā)器的每個地帶由蒸發(fā)器管的單獨區(qū)段形成，并且其中，所述地帶豎直地對齊。
8.根據(jù)權利要求2所述的單程蒸發(fā)器，其特征在于，所述傳感器為壓力傳感器、應變傳感器、溫度傳感器、相變傳感器、質量流率或體積流率傳感器，或它們的組合。
9.根據(jù)權利要求2所述的單程蒸發(fā)器，其特征在于，所述傳感器包括位于所述出口集管處的溫度傳感器。
10.根據(jù)權利要求2所述的單程蒸發(fā)器，其特征在于，所述傳感器包括位于所述管疊堆的管中的壓力傳感器。
11.一種方法，其包括: 通過單程蒸發(fā)器排放工作流體；其中，所述單程蒸發(fā)器包括: 入口歧管； 一個或更多個入口集管，其與所述入口歧管流體連通； 一個或更多個管疊堆，其中，每個管疊堆包括一個或更多個大致水平蒸發(fā)器管；所述一個或更多個管疊堆與所述一個或更多個入口集管流體連通； 一個或更多個出口集管，其與一個或更多個管疊堆流體連通；以及 出口歧管，其與所述一個或更多個出口集管流體連通；以及 從爐或鍋爐排放熱氣體穿過所述單程蒸發(fā)器；其中，熱氣體的流動方向垂直于所述工作流體的流動方向；以及 利用傳感器測量所述工作流體的參數(shù)； 如果所述參數(shù)位于期望值的外側，則改變穿過所述單程蒸發(fā)器的所述工作流體的排放速率；其中，所述排放速率的變化由流量控制裝置引起。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，還包括將熱從所述熱氣體傳遞至所述工作流體。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，所述參數(shù)為壓力、應變、溫度、相變、質量流率或體積流率，或它們的組合。
14.根據(jù)權利要求11所述的方法，其特征在于，還包括在所述傳感器與中心控制器之間通{目O
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其特征在于，還包括在所述中心控制器與所述流量控制裝置之間通信。
16.一種單程蒸發(fā)器，其包括: 入口歧管； 一個或更多個入口集管，其與所述入口歧管流體連通； 一個或更多個管疊堆，其中，每個管疊堆包括一個或更多個大致水平蒸發(fā)器管；所述一個或更多個管疊堆與所述一個或更多個入口集管流體連通； 一個或更多個出口集管，其與一個或更多個管疊堆流體連通； 出口歧管，其與所述一個或更多個出口集管流體連通；以及 流動堵塞裝置，其用以限制至入口集管和蒸發(fā)器管中的至少一個和/或來自出口集管和蒸發(fā)器管中的至少一個的流體流。
17.根據(jù)權利要求16所述的單程蒸發(fā)器，其特征在于，所述流動堵塞裝置包括用以限制至每個相應入口集管的所述流體流的相應流動堵塞裝置。
18.根據(jù)權利要求16所述的單程蒸發(fā)器，其特征在于，所述流動堵塞裝置包括用以限制至每個蒸發(fā)器管的所述流體流的相應流動堵塞裝置。
19.根據(jù)權利要求16所述的單程蒸發(fā)器，其特征在于，所述蒸發(fā)器的每個地帶由蒸發(fā)器管的單獨區(qū)段形成。
20.一種方法，其包括: 通過單程蒸發(fā)器排放工作流體；其中，所述單程蒸發(fā)器包括: 入口歧管； 一個或更多個入口集管，其與所述入口歧管流體連通； 一個或更多個管疊堆，其中，每個管疊堆包括一個或更多個大致水平蒸發(fā)器管；所述一個或更多個管疊堆與所述一個或更多個入口集管流體連通； 一個或更多個出口集管，其與一個或更多個管疊堆流體連通；以及 出口歧管，其與所述一個或更多個出口集管流體連通；以及 從爐或鍋爐排放熱氣體穿過所述單程蒸發(fā)器；其中，熱氣體的流動方向垂直于所述工作流體的流動方向；以及 通過流動堵塞裝置改變穿過所述單程蒸發(fā)器的所述工作流體的排放速率；其中，所述流動堵塞裝置操作成限制至入口集管和蒸發(fā)器管中的至少一個和/或來自出口集管和蒸發(fā)器管中的至少一個的流體流。
【文檔編號】F22B1/18GK103917825SQ201380000531
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2013年1月17日 優(yōu)先權日:2012年1月17日
【發(fā)明者】B.W.威廉, W.張, J.F.馬吉, V.Q.特隆 申請人:阿爾斯通技術有限公司