專利名稱：燃燒礦物燃料的蒸汽發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種蒸汽發(fā)生器，它包括第一燃燒室和第二燃燒室，它們各有一些礦物燃料燒嘴。
背景技術：
在設有蒸汽發(fā)生器的電站設備中，充分利用燃料的燃燒熱量來蒸發(fā)蒸汽發(fā)生器內(nèi)的流動介質(zhì)。為了蒸發(fā)流動介質(zhì)，蒸汽發(fā)生器內(nèi)具有一些蒸發(fā)管，通過加熱這些蒸發(fā)管使在其中流動的流動介質(zhì)蒸發(fā)。由蒸汽發(fā)生器制備的蒸汽可例如再被用于一個所連接的外部過程，但也可用于驅(qū)動汽輪機。若蒸汽推動汽輪機，則通過汽輪機的透平軸通常傳動發(fā)電機或工作機械。在發(fā)電機的情況下，由發(fā)電機產(chǎn)生的電流可饋入聯(lián)合電網(wǎng)和/或獨立電網(wǎng)。
在這里，蒸汽發(fā)生器可設計為直流式蒸汽發(fā)生器。由論文“用于本生蒸汽發(fā)生器的蒸發(fā)器設計方案”(作者J.Franke、W.Koehler和E.Wittchow，公開發(fā)表在VGB發(fā)電站工程73-1993，第4期352-360頁)已知一種直流式蒸汽發(fā)生器。在直流式蒸汽發(fā)生器中，對用作蒸發(fā)管的蒸汽發(fā)生器管進行加熱，使流動介質(zhì)在蒸汽發(fā)生器管內(nèi)一次通過時蒸發(fā)。
直流式蒸汽發(fā)生器通常設計有直立結(jié)構形式的燃燒室。這意味著燃燒室設計為使加熱的介質(zhì)或熱煙氣基本上沿垂直的方向流過。沿熱煙氣流向，可在燃燒室下游設水平煙道。這樣，在從燃燒室向水平煙道過渡時，熱煙氣偏轉(zhuǎn)為沿基本上水平流向的轉(zhuǎn)向。然而由于溫度會引起燃燒室長度的改變，因而通常燃燒室需要一個懸掛燃燒室的支架。這就導致在生產(chǎn)和裝配直流式蒸汽發(fā)生器時需要昂貴的工程費用，而且直流式蒸汽發(fā)生器的結(jié)構高度越大這筆開支就越大。
燃燒礦物燃料的蒸汽發(fā)生器通常針對規(guī)定品種和質(zhì)量的燃料以及針對一定的功率范圍設計。這意味著，蒸汽發(fā)生器的燃燒室的主要尺寸，亦即長度、寬度、高度，應與所規(guī)定燃料的燃燒特性和灰分特性相匹配并適應于規(guī)定的功率范圍。因此，每一種蒸汽發(fā)生器具有配屬于它的燃料和功率范圍，對其燃料室的主要尺寸也需要進行單獨設計。
若現(xiàn)在例如針對一個新的功率范圍和/或針對另一個品種或質(zhì)量的燃料，要重新設計蒸汽發(fā)生器的燃燒室，則必需引用現(xiàn)已存在的蒸汽發(fā)生器的設計資料。然后借助于這些資料通常進行使燃燒室的主要尺寸適應于這臺要重新設計的蒸汽發(fā)生器的工作。盡管這是簡單的措施，但是由于作為基礎的系統(tǒng)的復雜性，這種針對新規(guī)定邊界條件的蒸汽發(fā)生器設計仍然需要比較大量的設計工作量。當要求該蒸汽發(fā)生器有特別高的總效率時則更是如此。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是提供一種上述類型的蒸汽發(fā)生器，這種蒸汽發(fā)生器的燃燒室的設計方案允許特別簡單地針對一種規(guī)定品種和質(zhì)量的燃料以及針對預先規(guī)定的功率范圍進行設計，而且它只需要特別低的生產(chǎn)和裝配費用。
本發(fā)明的目的是這樣來實現(xiàn)的，即，第一和第二燃燒室分別具有一些燃燒礦物燃料的燒嘴并設計成，讓熱煙氣有基本上水平的主流方向，其中，第一燃燒室和第二燃燒室匯入一個沿熱煙氣流向設在垂直煙道上游的共同的水平煙道內(nèi)；分別在第一燃燒室的端壁上和第二燃燒室的端壁上設置一些燒嘴；以及，通過從第一燃燒室的端壁和從第二燃燒室的端壁到水平煙道進口區(qū)的距離定義的第一燃燒室和第二燃燒室的長度至少等于在蒸汽發(fā)生器全負荷運行時燃料的燃盡長度。
但是針對熱煙氣基本上沿垂直方向流動設計的燃燒室則需要一個用大額工程費用制成的支架。在改裝蒸汽發(fā)生器時還必須開支大的費用進行適當?shù)剡m配。與之相對，用較低工程費用制成的支架能得到的是結(jié)構高度特別小的蒸汽發(fā)生器。因此，一個特別簡單的用于模塊化結(jié)構的蒸汽發(fā)生器的方案，提供了一種按水平結(jié)構方式設計的包括第一和第二燃燒室的燃燒室。在這里，無論在第一燃燒室內(nèi)還是在第二燃燒室內(nèi)的燒嘴均安裝在燃燒室壁中水平煙道的高度內(nèi)。因此在蒸汽發(fā)生器運行時熱煙氣沿基本上水平的主流方向流過這兩個燃燒室。
比較有利的方式是，燒嘴裝在第一燃燒室的端壁上和第二燃燒室的端壁上，亦即裝在第一或第二燃燒室與去往水平煙道的流出口處于相對位置的那個環(huán)壁上。如此設計的蒸汽發(fā)生器可以極簡單的方式適應于燃料的燃盡長度。在這里，燃料的燃盡長度指的是，在規(guī)定的平均熱煙氣溫度時熱煙氣沿水平方向的速度乘以燃料的燃盡時間tA。因此，該蒸汽發(fā)生器的最大燃盡長度是在全負荷時的蒸汽發(fā)生器蒸發(fā)量的情況下，亦即在蒸汽發(fā)生器進行所謂全負荷運行時得出的。燃盡時間tA則是例如一個平均尺寸的煤粉粒在規(guī)定的平均熱煙氣溫度下完全燃燒所需要的時間。
為了使材料受損和水平煙道例如由于沾染高溫熔融的灰分所不希望受到的污染程度盡可能低，第一和第二燃燒室的長度L(從端壁到水平煙道進口區(qū)的距離)，按有利的方式至少等于在蒸汽發(fā)生器全負荷運行時燃料的燃盡長度。第一燃燒室和第二燃燒室的這一水平長度L通常大于第一或第二燃燒室從漏斗上邊緣到燃燒室蓋測得的高度距離。
為了特別有利地充分利用礦物燃料的燃燒熱量，第一或第二燃燒室的長度L(以m計)按一種有利的設計作為蒸汽發(fā)生器的BMCR值W(kg/s)、燃燒室數(shù)量N、燃料的燃盡時間tA(s)和熱煙氣從燃燒室流出的出口溫度TBRK(℃)的函數(shù)來選擇。BMCR表示蒸汽發(fā)生器最大持續(xù)功率(Boilermaxium continius rating)，它是蒸汽發(fā)生器最大持續(xù)功率的國際通用術語。它也對應于設計功率，亦即在蒸汽發(fā)生器全負荷運行時的功率。當BMCR值W和燃燒室數(shù)量N給定時，兩個函數(shù)(1)和(2)中較大的值近似認為是第一和第二燃燒室的長度LL(W，N，tA)＝(C1+C2·W/N)·tA(1)L(W，N，TBRK)＝(C3·TBRK+C4)(W/N)+C5(TBRK)2+C6·TBRK+C7(2)其中，C1＝8m/s，C2＝0.0057m/kg，C3＝-1.905·10-4(m·s/)(kg℃)，C4＝0.286(s·m)/kg，C5＝3·10-4m/(℃)2，C6＝-0.842m/℃，以及C7＝603.41m。
在這里，上述“近似”的意思是指允許偏離由有關函數(shù)確定的值+20％/-10％。
第一燃燒室的端壁和第二燃燒室的端壁以及第一或第二燃燒室、水平煙道和/或垂直煙道的側(cè)壁，有利地均由互相氣密焊接、垂直排列的蒸發(fā)管或蒸汽發(fā)生器管構成，其中，往一定數(shù)量的蒸發(fā)管或蒸汽發(fā)生器管中可平行地分別加入流動介質(zhì)。
為了特別有效地將第一和第二燃燒室的熱量傳輸給在各蒸發(fā)管內(nèi)流動的流動介質(zhì)，比較有利的是一定數(shù)量的蒸發(fā)管在其內(nèi)側(cè)分別具有由多頭螺紋構成的肋。在這種情況下比較有利的是，一個垂直于管軸線的平面與設在管內(nèi)側(cè)上的肋的側(cè)面之間的螺旋角α小于60°，優(yōu)選地小于55°。
在設計為無內(nèi)肋的蒸發(fā)管，即所謂光管的蒸發(fā)管內(nèi)，從某一個蒸汽含量起不再能保持管壁為特別有效的傳熱所需的潤濕。當潤濕不足時，會存在局部干燥的管壁。過渡為這種干燥管壁導致一種具有不良傳熱特性的傳熱危機，所以通常管壁溫度在此部位升得特別高。然而現(xiàn)在在有內(nèi)肋的管內(nèi)，與光管相比這種傳熱危機只有在蒸汽質(zhì)量含量＞0.9，亦即在結(jié)束蒸發(fā)前不久才會出現(xiàn)。這一結(jié)果歸因于渦流，它是在通過螺旋形肋流動時產(chǎn)生的。由于離心力不同，水成分與蒸汽成分分離并壓在管壁上。因此管壁一直到高的蒸汽含量時仍保持潤濕，所以在有傳熱危機的地方已經(jīng)存在高的流動速度。其結(jié)果是盡管有傳熱危機仍造成比較良好地傳熱以及導致低的管壁溫度。
燃燒室一定數(shù)量的蒸發(fā)管優(yōu)選地具有減小流動介質(zhì)流量的裝置。在這方面業(yè)已證明特別有利的是將這些裝置設計為節(jié)流裝置。節(jié)流裝置可例如安裝在蒸發(fā)管內(nèi)，它們在有關的蒸發(fā)管內(nèi)部的一個位置減小了管的內(nèi)徑。與此同時還證明在一個包括多根平行管的管道系統(tǒng)內(nèi)設用于減小流量的裝置也是有利的，流動介質(zhì)可通過此管道系統(tǒng)供入燃燒室的蒸發(fā)管內(nèi)。在管道系統(tǒng)的一根管或多根管內(nèi)可設置例如節(jié)流配件。借助這些用于減少通過蒸發(fā)管的流動介質(zhì)流量的裝置，可以使通過各蒸發(fā)管的流動介質(zhì)的流量與各蒸發(fā)管在燃燒室內(nèi)具體的受加熱狀況相匹配。此外，流動介質(zhì)在蒸發(fā)管出口處的溫度差由此還可以特別可靠地保持得非常小。
相鄰蒸發(fā)管或蒸汽發(fā)生器管有利地通過金屬帶，亦即所謂的鰭板(Flossen)互相氣密焊接。鰭板的寬度影響輸入蒸發(fā)管內(nèi)的熱量。因此鰭板寬度優(yōu)選地根據(jù)有關蒸發(fā)管或蒸汽發(fā)生器管在蒸汽發(fā)生器中的位置與可預先規(guī)定的熱煙氣加熱剖面相匹配。作為加熱剖面可采用一種由經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定的典型的加熱剖面或粗略地估計出，例如采用一種臺階式加熱剖面。通過恰當選擇鰭板寬度，即使在不同蒸發(fā)管或蒸汽發(fā)生器管受加熱的差別很大時，也能使熱量在傳入所有的蒸發(fā)管或蒸汽發(fā)生器管內(nèi)之后，將所有蒸發(fā)管或蒸汽發(fā)生器管的出口處的溫度差別控制得非常小。以此方式可靠防止材料提前疲勞。其結(jié)果是蒸汽發(fā)生器的使用壽命特別長。
按本發(fā)明的另一種有利的設計，第一或第二燃燒室一定數(shù)量的蒸發(fā)管的管內(nèi)徑根據(jù)蒸發(fā)管在第一或第二燃燒室內(nèi)的具體位置進行選擇。以此方式使第一或第二燃燒室的一定數(shù)量的蒸發(fā)管能與可預先規(guī)定的熱煙氣加熱剖面相匹配。由此特別可靠地使第一或第二燃燒室蒸發(fā)管出口處的溫度保持微小的差別。
比較有利的是，在配屬于第一或第二燃燒室的用于流動介質(zhì)的一定數(shù)量的并聯(lián)蒸發(fā)管的上游設有一公共的進口總管系統(tǒng)，在其下游設有一公共的出口總管系統(tǒng)。按此設計制造的蒸汽發(fā)生器在并聯(lián)的蒸發(fā)管之間可以實現(xiàn)可靠的壓力平衡，并因而使流動介質(zhì)在流過蒸發(fā)管時能特別有利地分布。與此同時可在該進口總管系統(tǒng)上游設置一個配備有節(jié)流配件的管道系統(tǒng)。因此可以特別簡單的方式調(diào)整流動介質(zhì)通過進口總管系統(tǒng)和并聯(lián)的蒸發(fā)管的流量。
第一或第二燃燒室端壁上的蒸發(fā)管比較有利地設在第一或第二燃燒室側(cè)壁上蒸發(fā)管的上游。由此保證極為有利地冷卻第一或第二燃燒室的端壁。
在水平煙道內(nèi)有利地設置一些過熱加熱面，它們基本上垂直于熱煙氣的主流方向排列以及它們用于流過流動介質(zhì)的管相互并聯(lián)。這些按懸掛的結(jié)構方式布置的也稱為艙壁加熱面的過熱加熱面主要通過對流加熱，并設在第一或第二燃燒室蒸發(fā)管的下游。由此保證特別有利地充分利用通過燒嘴供應的熱煙氣熱量。
比較有利的是垂直煙道具有一些對流加熱面，它們由基本上垂直于熱煙氣主流方向排列的管子構成。對流傳熱面的這些管子為流過流動介質(zhì)而并聯(lián)。這些對流加熱面主要也是通過對流被加熱。
為了更進一步保證特別充分地利用熱煙氣的熱量，垂直煙道比較有利地具有一燃料節(jié)省器。
采用本發(fā)明獲得的優(yōu)點主要在于，蒸汽發(fā)生器的燃燒室模塊式結(jié)構化的方案，使得蒸汽發(fā)生器只需要特別低的設計和生產(chǎn)費用。現(xiàn)在，在針對規(guī)定的功率范圍和/或規(guī)定的燃料品質(zhì)設計蒸汽發(fā)生器的燃燒室時，不是具體地重新進行燃燒室的尺寸設計，而僅僅是增添或去除一個或多個燃燒室。在這種情況下從某一個蒸汽發(fā)生器功率值開始，可以取代一個要重新設計的燃燒室，將兩個或多個較小功率的燃燒室并聯(lián)地設在一個共同的水平煙道上游。


下面借助附圖進一步說明本發(fā)明的實施例，附圖中圖1為一個通過燃燒礦物燃料來加熱的雙通道結(jié)構方式的蒸汽發(fā)生器沿縱向的示意性側(cè)視圖；圖2為單根蒸發(fā)管或蒸汽發(fā)生器管的示意性縱剖面圖；圖3為蒸汽發(fā)生器正面的示意性視圖；以及圖4示出一個繪有特性曲線K1至K6的坐標系。
在所有的附圖中相互對應的部件用相同的附圖標記表示。
具體實施例方式
圖1所示蒸汽發(fā)生器2配屬于一個圖中未進一步表示的電站設備，此電站設備還包括一個汽輪機裝置。在蒸汽發(fā)生器內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽用于推動汽輪機，汽輪機本身再驅(qū)動一臺發(fā)電機用于發(fā)電。由發(fā)電機發(fā)出的電流則饋入一個聯(lián)合電網(wǎng)或獨立電網(wǎng)中。此外，還可分出一個蒸汽分量供入一個連接在汽輪機裝置上的外部過程，該外部過程在此可以是一種加熱過程。
圖1所示通過燃燒礦物燃料來加熱的蒸汽發(fā)生器2比較有利地設計為直流式蒸汽發(fā)生器。它包括第一水平燃燒室4和第二水平燃燒室5，由于圖1表示的是蒸汽發(fā)生器2的側(cè)視圖，所以只能看到其中之一。沿熱煙氣流向，在蒸汽發(fā)生器2的燃燒室4和5的下游設有一共同的水平煙道6，它匯入一垂直煙道8中。第一燃燒室4或第二燃燒室5的端壁9和側(cè)壁10，分別由互相氣密焊接的垂直排列的蒸發(fā)管11構成，與此同時分別有一定數(shù)量的蒸發(fā)管11可平行地加入流動介質(zhì)S。此外，水平煙道6或垂直煙道8的側(cè)壁12，13也可以由互相氣密焊接垂直設置的蒸汽發(fā)生器管14或15構成。在這種情況下同樣可分別往蒸汽發(fā)生器管14、15中平行加入流動介質(zhì)S。
如圖2所示，蒸發(fā)管11在其內(nèi)側(cè)有肋40，它們構成一種多頭螺紋并有肋高R。一個垂直于管軸線的平面41與設在管內(nèi)側(cè)上的肋40的側(cè)面42之間的螺旋角α在這里小于55°。由此獲得特別有效的從蒸發(fā)管11的內(nèi)壁向在蒸發(fā)管11內(nèi)流動的流動介質(zhì)S的傳熱，并與此同時使管壁達到特別低的溫度。
相鄰蒸發(fā)管或蒸汽發(fā)生器管11、14、15按未進一步表示的方式通過鰭板互相氣密焊接。通過恰當?shù)剡x擇鰭板的寬度可以影響蒸發(fā)管或蒸汽發(fā)生器管11、14、15的受熱。因此，具體的鰭板寬度根據(jù)各蒸發(fā)管或蒸汽發(fā)生器管11、14、15在蒸汽發(fā)生器2中的位置與一個可預先規(guī)定的熱煙氣加熱剖面相匹配。在這里，加熱剖面可以是一種根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)確定的典型的加熱剖面，或也可以是一種粗略的估計。由此，即使在蒸發(fā)管或蒸汽發(fā)生器管11、14、15的受熱狀況差別很大的情況下，在蒸發(fā)管或蒸汽發(fā)生器管11、14、15出口處的溫度差也能保持得特別小。以此方式可靠防止了材料疲勞，從而保證蒸汽發(fā)生器2有長的使用壽命。
燃燒室4或5的各蒸發(fā)管11的管子內(nèi)徑D根據(jù)它們在燃燒室4或5中各自的具體位置來選擇。以此方式使蒸汽發(fā)生器2適應于各蒸發(fā)管11受到的不同強度的加熱。燃燒室4或5中蒸發(fā)管11的這種設計，保證特別可靠地將蒸發(fā)管11出口處的溫度差控制得特別低。
沿流動介質(zhì)流向，在燃燒室4或5側(cè)壁10上一定數(shù)量的蒸發(fā)管11的上游設有一流動介質(zhì)S的進口總管系統(tǒng)16，以及在它們下游設有一出口總管系統(tǒng)18。在這里，進口總管系統(tǒng)16包括一些并聯(lián)的進口總管。為了將流動介質(zhì)S供入燃燒室4或5蒸發(fā)管11的進口總管系統(tǒng)16中，采用一管道系統(tǒng)19。該管道系統(tǒng)19包括多根并聯(lián)的管道，它們分別與進口總管系統(tǒng)16的進口總管之一連接。因此可以實現(xiàn)并聯(lián)蒸發(fā)管11的壓力平衡，這種壓力平衡促使流動介質(zhì)S在流過蒸發(fā)管11時特別有利地分配。
作為用于減小流動介質(zhì)S流量的裝置，是一部分蒸發(fā)管11配備的節(jié)流裝置，在附圖中對此沒有進一步示出。該節(jié)流裝置是縮小管子內(nèi)徑D的孔眼隔板，在蒸汽發(fā)生器2運行時它能促使減少在受熱欠缺的蒸發(fā)管11內(nèi)流動介質(zhì)S的流量，由此使流動介質(zhì)S的流量與受加熱狀況匹配。此外，作為用于減少在燃燒室4或5一定數(shù)量的蒸發(fā)管11內(nèi)流動介質(zhì)S流量的措施，管道系統(tǒng)19的一根或多根在附圖中未進一步表示的管道配備有節(jié)流裝置，尤其是節(jié)流配件。
對于第一和第二燃燒室4、5的管系，必須考慮到互相氣密焊接的各蒸發(fā)管11的受熱在蒸汽發(fā)生器2運行期間差別很大。因此在設計蒸發(fā)管11時有關它們的內(nèi)部加肋、與相鄰蒸發(fā)管11的鰭板連接以及其管子內(nèi)徑D方面應選擇為，使所有的蒸發(fā)管11盡管加熱狀況不同仍有基本上相同的出口溫度，并保證在蒸汽發(fā)生器2的各種運行狀態(tài)下充分冷卻蒸發(fā)管11。這尤其是采取這樣的措施來保證，即，針對讓流動介質(zhì)S以比較低的質(zhì)量流量密度流過蒸發(fā)管11來設計蒸汽發(fā)生器2。此外，通過恰當選擇鰭板連接和管子內(nèi)徑D，使得摩擦壓力損失占總的壓力損失的份額很低，以形成一種自然循環(huán)特性受到較強加熱的蒸發(fā)管11比受到較弱加熱的蒸發(fā)管11流量大。由此達到，在燒嘴附近受到較強加熱的蒸發(fā)管11吸收的單位熱量(相對于質(zhì)量流量而言)，與在燃燒室末端受到較弱加熱的蒸發(fā)管11吸收的單位熱量幾乎同樣大小。另一項使燃燒室4或5中蒸發(fā)管11的流量與加熱狀況匹配的措施，是在部分蒸發(fā)管11內(nèi)或在管道系統(tǒng)19的部分管道內(nèi)安裝節(jié)流裝置。在蒸發(fā)管11的內(nèi)部加肋設計成能保證蒸發(fā)管壁被充分冷卻。因此采取上述措施使所有的蒸發(fā)管11幾乎有相同的出口溫度。
為了使流動介質(zhì)S在通過燃燒室4環(huán)壁時具有有利的流量特性并因而達到非常充分地利用礦物燃料B的燃燒熱值，將燃燒室4或5端壁9的蒸發(fā)管11分別設在燃燒室4或5側(cè)壁10蒸發(fā)管11的上游。
水平煙道6具有一些設計為艙壁加熱面的過熱加熱面22，它們按懸掛的結(jié)構方式基本上垂直于熱煙氣G的主流方向24布置，并且它們用于流過流動介質(zhì)S的管子相互并聯(lián)。過熱加熱面22主要通過對流加熱，并且沿流體介質(zhì)流動方向設在燃燒室4或5蒸發(fā)管11的下游。
垂直煙道8具有一些主要可通過對流被加熱的對流加熱面26，它們由基本上垂直于熱煙氣G主流方向24的管子構成。這些用于流過流動介質(zhì)S的管子并聯(lián)。此外在垂直煙道8內(nèi)設有燃料節(jié)省器28。垂直煙道8出口側(cè)通入另一個熱交換器，例如通入一個空氣預熱器中，再從那里經(jīng)一個濾塵器通入煙囪。在圖1中沒有進一步示出在垂直煙道8下游的構件。
蒸汽發(fā)生器2按水平的結(jié)構方式設計成有特別低的結(jié)構高度，并因而能達到特別低的生產(chǎn)和裝配費用。此外蒸汽發(fā)生器2的燃燒室4或5具有一些用于燃燒礦物燃料B的燒嘴30，它們裝在燃燒室4或5的端壁9上水平煙道6所在高度內(nèi)，如圖3所示。
為了使礦物燃料B特別完全地燃盡以獲得非常高的效率以及為了特別可靠地防止水平煙道6沿熱煙氣流向來看的第一過熱加熱面材料受損和例如因沾染高溫的熔融灰分而受到污染，燃燒室4和5的長度L應選擇為超過蒸汽發(fā)生器2全負荷運行時燃料B的燃盡長度。在這里，長度L是從燃燒室4或5的端壁9到水平煙道6進口區(qū)32的距離。燃料B的燃盡長度由在規(guī)定的平均熱煙氣溫度下沿水平方向的熱煙氣速度與燃料B的燃盡時間tA的乘積確定。對于具體的蒸汽發(fā)生器2，最大燃盡長度在蒸汽發(fā)生器2全負荷運行的條件下得出。燃料B的燃盡時間tA則是例如一個平均尺寸的煤粉顆粒在規(guī)定的平均熱煙氣溫度下完全燃燒所需時間。
為保證特別有效地充分利用礦物燃料B的燃燒熱值，燃燒室4或5的長度L(以m計)根據(jù)熱煙氣G從燃燒室4或5的出口溫度TBRK(℃)、礦物燃料B的燃盡時間tA(S)、蒸汽發(fā)生器2的BMCR值W(kg/s)和燃燒室4、5的數(shù)量N恰當選擇。其中BMCR表示蒸汽發(fā)生器最大持續(xù)功率。BMCR是一臺蒸汽發(fā)生器的最大持續(xù)功率的國際通用術語。它也對應于設計功率，亦即在蒸汽發(fā)生器全負荷運行時的功率。燃燒室4或5的水平長度L在這里大于燃燒室4或5的高度H。高度H是從燃燒室4或5的漏斗上邊緣(圖1中用端點X和Y連線表示)到燃燒室蓋的垂直距離。長度L只確定一次，然后便適用于N個燃燒室4或5的每一個。兩個燃燒室4和5的長度L近似地通過下面兩個函數(shù)(1)和(2)來確定。
L(W，N，tA)＝(C1+C2·W/N)·tA(1)L(W，N，TBRK)＝(C3·TBRK+C4)(W/N)+C5(TBRK)2+C6·TBRK+C7(2)其中，C1＝8m/s，C2＝0.0057m/kg，C3＝-1.905·10-4(m·s/)(kg℃)，C4＝0.286(s·m)/kg，C5＝3·10-4m/(℃)2，C6＝-0.842m/℃，以及C7＝603.41m。
上述“近似”指的是允許偏離由有關函數(shù)確定的值+20％/-10％。對于一個任意的但固定的蒸汽發(fā)生器2的BMCR值W，總是由函數(shù)(1)和(2)得出的值中較大的那個值作為燃燒室4和5的長度L。
作為根據(jù)蒸汽發(fā)生器2的BMCR值W計算燃燒室4和5(亦即N＝2)長度L的舉例，在按圖4的坐標系中示出了六條曲線K1至K6，其中對于這些曲線分別有下列參數(shù)K1tA＝3s 按(1)，K2tA＝2.5s 按(1)，K3tA＝2s 按(1)，K4TBRK＝1200℃ 按(2)，K5TBRK＝1300℃ 按(2)K6TBRK＝1400℃ 按(2)。
為了確定始終具有相同長度的燃燒室4或5的長度L，例如在燃盡時間tA＝3s和熱煙氣G從燃燒室4或5流出的出口溫度TBRK＝1200℃時，則使用曲線K1和K4。當預先給定一個蒸汽發(fā)生器2的BMCR值W和N＝2時，由此得出燃燒室4和5的長度L為當W/N＝80kg/s時，按曲線K4，長度L＝29m，當W/N＝160kg/s時，按曲線K4，長度L＝34m，當W/N＝560kg/s時，按曲線K4，長度L＝57m。
當燃盡時間tA＝2.5s和熱煙氣G從燃燒室4或5流出的出口溫度TBRK＝1300℃時，則適用曲線K2和K5。當N＝2和預先給定一個蒸汽發(fā)生器2的BMCR值W時，由此得出燃燒室4和5的長度為當W/N＝80kg/s，按曲線K2，長度L＝21m，當W/N＝180kg/s時，按曲線K2和K5，長度L＝23m，當W/N＝560kg/s時，按曲線K5，長度L＝37m。
當燃盡時間tA＝2s和熱煙氣G從燃燒室流出的出口溫度TBRK＝1400℃時，則例如適用曲線K3和K6。當N＝2和預先給定一個蒸汽發(fā)生器2的BMCR值W時，由此得出燃燒室4和5的長度為當W/N＝80kg/s，按曲線K3，長度L＝18m，當W/N＝465kg/s，按曲線K3和K6，長度L＝21m，當W/N＝560kg/s，按曲線K6，長度L＝23m。
在蒸汽發(fā)生器2運行時，燒嘴30的火焰F水平定向。因此采用燃燒室4或5的這種結(jié)構方式，造成在燃燒時產(chǎn)生的熱煙氣G沿基本上水平的主流方向24的流動。熱煙氣經(jīng)共同的水平煙道6進入基本上朝向地面的垂直煙道8，并離開垂直煙道去往圖中未示出的煙囪的方向。
進入燃料節(jié)省器28的流動介質(zhì)S經(jīng)過設在垂直煙道8內(nèi)的對流加熱面進入蒸汽發(fā)生器2的燃燒室4或5的進口總管系統(tǒng)16中。在蒸汽發(fā)生器2燃燒室4或5的垂直排列互相氣密焊接的蒸發(fā)管11內(nèi)，流體介質(zhì)S蒸發(fā)且可能部分過熱。在這種情況下產(chǎn)生的蒸汽或水-汽混合物集中在流動介質(zhì)S的出口總管系統(tǒng)18內(nèi)。蒸汽或水汽混合物從那里進入水平煙道6和垂直煙道8的壁中，再從那里進入水平煙道6的過熱加熱面22內(nèi)。蒸汽在過熱加熱面22內(nèi)被進一步過熱，隨后輸出供它用，例如用于驅(qū)動汽輪機。
由于蒸汽發(fā)生器2特別小的結(jié)構高度以及緊湊的結(jié)構方式，保證了蒸汽發(fā)生器特別低的生產(chǎn)和裝配費用。在這里，蒸汽發(fā)生器2針對一個預定的功率范圍和/或一種規(guī)定的礦物燃料B的品質(zhì)來設計，為此只需要付出非常低的工程費用。此外，基于燃燒室模塊式的設計方案，從某一個功率值開始可以用兩個或多個功率較小的在共同的水平煙道6上游并聯(lián)的燃燒室來取代一個燃燒室。
權利要求
1.一種蒸汽發(fā)生器(2)，它包括一個具有至少一個第一燃燒室和一個第二燃燒室(4、5)的燃燒室，第一和第二燃燒室(4、5)分別具有一些燃燒礦物燃料(B)的燒嘴(30)并設計成，讓熱煙氣(G)有基本上水平的主流方向(24)，其中，第一燃燒室(4)和第二燃燒室(5)匯入一個沿熱煙氣流向設在垂直煙道(8)上游的共同的水平煙道(6)內(nèi)；分別在第一燃燒室(4)的端壁(9)上和第二燃燒室(5)的端壁(9)上設置一些燒嘴(30)；以及，通過從第一燃燒室(4)的端壁(9)和從第二燃燒室(5)的端壁(9)到水平煙道(6)進口區(qū)(32)的距離定義的第一燃燒室(4)和第二燃燒室(5)的長度(L)至少等于在蒸汽發(fā)生器(2)全負荷運行時燃料(B)的燃盡長度。
2.按照權利要求1所述的蒸汽發(fā)生器，其中，第一燃燒室(4)和第二燃燒室(5)的長度(L)作為蒸汽發(fā)生器最大持續(xù)產(chǎn)汽率(W)、燃燒室(4、5)的數(shù)量N、礦物燃料(B)的燃盡時間(tA)和/或熱煙氣(G)從第一燃燒室(4)和第二燃燒室(5)流出的出口溫度(TBRK)的函數(shù)近似地按下列兩個函數(shù)(1)和(2)L(W，N，tA)＝(C1+C2·W/N)·tA(1)L(W，N，TBRK)＝(C3·TBRK+C4)(W/N)+C5(TBRK)2+C6·TBRK+C7(2)來選擇，其中，C1＝8m/s，C2＝0.0057m/kg，C3＝-1.905·10-4(m·s/)(kg℃)，C4＝0.286(s·m)/kg，C5＝3·10-4m/(℃)2，C6＝-0.842m/℃，以及C7＝603.41m，在這里，對于一個蒸汽發(fā)生器最大持續(xù)產(chǎn)汽率(W)，總是由上述兩個函數(shù)(1)和(2)得到的較大的那個值作為第一燃燒室(4)和第二燃燒室(5)的長度(L)，其中，所述長度(L)、產(chǎn)汽率(M)、完全燃燒時間(tA)和出口溫度(TBRK)的單位分別是m、kg/s、s和℃。
3.按照權利要求1所述的蒸汽發(fā)生器(2)，其中，第一燃燒室(4)的端壁(9)和第二燃燒室(5)的端壁(9)均由互相氣密焊接、垂直排列可平行地加入流動介質(zhì)(S)的蒸發(fā)管(11)構成。
4.按照權利要求1所述的蒸汽發(fā)生器(2)，其中，第一燃燒室(4)的側(cè)壁(10)和第二燃燒室(5)的側(cè)壁(10)由互相氣密焊接、垂直排列的蒸發(fā)管(11)構成，其中分別有一定數(shù)量的蒸發(fā)管(11)可被平行地加入流動介質(zhì)(S)。
5.按照權利要求3或4所述的蒸汽發(fā)生器(2)，其中，一定數(shù)量的蒸發(fā)管(11)在其內(nèi)側(cè)帶有由多頭螺紋構成的肋(40)。
6.按照權利要求5所述的蒸汽發(fā)生器(2)，其中，在一個垂直于管軸線的平面(41)與設在管內(nèi)側(cè)上的肋(40)的側(cè)面(42)之間的螺旋角(α)小于60°。
7.按照權利要求6所述的蒸汽發(fā)生器(2)，其中，所述螺旋角(α)小于55°。
8.按照權利要求1或2所述的蒸汽發(fā)生器(2)，其中，水平煙道(6)的側(cè)壁(10)由互相氣密焊接、垂直排列可平行地加入流動介質(zhì)(S)的蒸汽發(fā)生器管(14)構成。
9.按照權利要求1或2所述的蒸汽發(fā)生器(2)，其中，垂直煙道(8)的側(cè)壁(13)由互相氣密焊接、垂直排列可平行地加入流動介質(zhì)(S)的蒸汽發(fā)生器管(15)構成。
10.按照權利要求3或4所述的蒸汽發(fā)生器(2)，其中，一些蒸發(fā)管(11)分別具有一節(jié)流裝置。
11.按照權利要求1或2所述的蒸汽發(fā)生器(2)，其中，設置一個用于將流動介質(zhì)(S)供入燃燒室(4)蒸發(fā)管(11)中的管道系統(tǒng)(19)，為了減少流動介質(zhì)(S)的流量，該管道系統(tǒng)(19)具有一些節(jié)流裝置。
12.按照權利要求9所述的蒸汽發(fā)生器(2)，其中，相鄰蒸發(fā)管或蒸汽發(fā)生器管(11、14、15)通過鰭板互相氣密焊接，在這里鰭板的寬度根據(jù)各蒸發(fā)管或蒸汽發(fā)生器管(11、14、15)在第一燃燒室(4)或第二燃燒室(5)、水平煙道(6)和/或垂直煙道(8)內(nèi)的具體位置來選擇，使得可以影響對蒸發(fā)管或蒸汽發(fā)生器管(11、14、15)的加熱。
13.按照權利要求3或4所述的蒸汽發(fā)生器(2)，其中，第一燃燒室(4)或第二燃燒室(5)一定數(shù)量的蒸發(fā)管(11)的管子內(nèi)徑(D)根據(jù)各蒸發(fā)管(11)在第一燃燒室(4)或第二燃燒室(5)內(nèi)的具體位置來選擇，使得所述直通式蒸汽發(fā)生器(2)與所述蒸發(fā)管(11)不同強度的受熱相適應。
14.按照權利要求3或4所述的蒸汽發(fā)生器(2)，其中，沿流體介質(zhì)(S)的流動方向，在第一燃燒室(4)或第二燃燒室(5)中一定數(shù)量可平行加入流動介質(zhì)(S)的蒸發(fā)管(11)的上游，設有一公共的進口總管系統(tǒng)(16)，而在其下游設有一公共的出口總管系統(tǒng)(18)。
15.按照權利要求3或4所述的蒸汽發(fā)生器(2)，其中，第一燃燒室(4)或第二燃燒室(5)端壁(9)的蒸發(fā)管(11)沿熱煙氣的流動方向設在第一燃燒室(4)或第二燃燒室(5)側(cè)壁(10)的蒸發(fā)管(11)的上游。
16.按照權利要求1或2所述的蒸汽發(fā)生器(2)，其中，在水平煙道(6)內(nèi)按懸掛的結(jié)構方式布設有一些過熱加熱面(22)。
17.按照權利要求1或2所述的蒸汽發(fā)生器(2)，其中，在垂直煙道(8)內(nèi)設有一些對流加熱面(26)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種蒸汽發(fā)生器(2)，它應有一種用于燃燒室(4)的方案，蒸汽發(fā)生器(2)包括第一燃燒室(4)和第二燃燒室(5)，它們各有一些燃燒礦物燃料(B)的燒嘴(30)并且設計成，讓熱煙氣(G)有基本上水平的主流方向(24)，其中，第一燃燒室(4)和第二燃燒室(5)匯入一個沿熱煙氣流向設在垂直煙道(8)上游的共同的水平煙道(6)內(nèi)；分別在第一燃燒室(4)的端壁(9)上和第二燃燒室(5)的端壁(9)上設置一些燒嘴(30)；以及，通過從第一燃燒室(4)的端壁(9)和從第二燃燒室(5)的端壁(9)到水平煙道(6)進口區(qū)(32)的距離定義的第一燃燒室(4)和第二燃燒室(5)的長度(L)至少等于在蒸汽發(fā)生器(2)全負荷運行時燃料(B)的燃盡長度。
文檔編號F22B37/40GK1550710SQ20041004958
公開日2004年12月1日 申請日期2000年1月10日 優(yōu)先權日1999年1月18日
發(fā)明者喬基姆·弗蘭克, 魯?shù)婪颉た死瓲? 克拉爾, 喬基姆 弗蘭克 申請人:西門子公司