[发明专利]锅炉

说明书

本发明涉及一种锅炉，其中，在燃气通道内设一个由一些蒸发管构成的蒸发器连续加热面和一个由一些在流动介质方面连接在蒸发管下游的过热管构成的过热器加热面。

在直流式锅炉中，加热一些蒸发管导致在蒸发管内的流动介质在一次通过时完全汽化。流动介质(通常是水)在其汽化后供入连接在蒸发管下游的过热管并在那里过热。汽化终点的位置，亦即未汽化与已汽化流动介质之间的分界区，在这里是可变的并取决于运行方式。在这种直流式锅炉全负荷运行时，汽化终点例如处于蒸发管末端区内，从而已汽化的流动介质的过热在蒸发管内已经开始。与自然或强制循环锅炉相反，直流式锅炉不遭遇压力限制，所以它对于新汽压力可以设计为远高于水的临界压力(P_kri≈221bar)，在临界压力时水相与汽相没有区别并因而也不可能实施分相。

这种直流式锅炉可以在燃气轮机和蒸汽轮机中使用，在那里在燃气轮机膨胀后的工质或燃气内所含的热量，利用于产生汽轮机用的蒸汽。在这里可规定尤其与设计功率约达60MW的所谓工业燃气轮机组合使用。按这种设计方案，鉴于由额定功率规定的边界条件，水的预热和蒸发以及所生成蒸汽的进一步过热，可以在单一的连续加热面内进行，它们的管道在进口侧与过冷给水的进口集箱连接，以及在出口侧与过热蒸汽的出口集箱连接。

在低负荷运行时或在这种直流式锅炉起动时，来自燃气轮机的高温排气通常首先导入直流式锅炉过热器段不冷却的管道中，由于这一原因它们通常必须用优质的耐热材料制造。与之不同，蒸发器段也可以规定供给最低流量的流动介质，以保证可靠地冷却蒸发管。在这里，恰恰在例如小于40％设计负荷的低负荷时，与相关的蒸汽功率相应的通过锅炉管的连续质量流量一般不再能将其充分冷却，所以在这种通过蒸发器的流动介质上叠加一个附加的流动介质流量。在这种情况下，在水进入直流式锅炉的过热器段之前，通常有必要将水从流动介质分离出来。为此连续加热面在其总体上可由一个设在燃气通道中的由一些蒸发管构成的蒸发器连续加热面和由一个在流动介质方面连接在它下游由一些过热管构成的过热器加热面构成，以及，在流动介质方面在蒸发器连续加热面与过热器加热面之间连接一个水分离系统。

在这种直流式锅炉中，构成蒸发器段的蒸发管通常汇入一个或多个出口集箱内，流动介质从那里出发引入连接在下游的水汽分离器内。在那里流动介质分离为水和蒸汽，其中蒸汽被转移到连接在过热管上游的分配系统中，在那里实施将蒸汽质量流量分配给各根在流动介质方面并联的过热管。

按这种结构方式，通过中间连接水分离系统，在起动和低负荷运行时确定了直流式锅炉的汽化终点以及如在全负荷运行时那样不能改变。由此极大地限制了按这种结构方式的直流式锅炉低负荷运行时的运行灵活性。此外，按这种结构方式分离系统通常尤其在材料选择方面必须考虑到，蒸汽在分离器内在纯粹的连续运行中明显过热。所要求的这种材料选择同样导致严重限制运行的灵活性。此外在所需构件的尺寸设计及结构类型方面，所述的结构方式还使得在直流式锅炉起动时在第一个起动阶段产生的水冲击必须能完全吸收在分离系统内，以及必须能通过连接在下游的分离瓶和泄流阀导入减压器内。由此造成的比较大的分离瓶及泄流阀尺寸导致昂贵的生产及装配费用。

因此本发明的目的是，提供一种上述类型的锅炉，它在保持较低生产及装配费用的同时，在起动和低负荷运行时也有特别高的运行灵活性。

按本发明为达到此目的，在一些在流动介质方面分别将一根或多根蒸发管与一根或多根过热管连接起来的溢流管段内分别组合一个水分离元件。

本发明考虑问题的出发点在于，为了保证有特别高的运行灵活性，直流式锅炉即使在起动或低负荷运行时也应当针对可变的汽化终点设计。为此在水分离系统中应避免在迄今的系统中通常因结构类型引起的汽化终点固定化。鉴于下列认识：所述的固定化主要由于收集从蒸发管流出的流动介质、随后在一个中央水分离器内水分离以及接着将蒸汽分配给过热管内形成的，所以应从事水分离功能的分散化。水分离在这里尤其应设计为，使得水分离后不规定流动介质复杂的分配，因为恰恰是这种分配对于水汽混合物是不适用的。为做到这一点，通过与通常采用的集中的中央水汽分离不同将水分离系统设计为分散的，在这种情况下将分离功能组合在在流动介质方面为连接蒸发管与下游的过热管原本就必需的那些管段内。

直流式锅炉可按所谓立式的结构方式设计，或按所谓卧式的结构方式设计。因此用于流过燃气的燃气通道设计为沿基本上垂直的或沿基本上水平的流动方向。