[发明专利]用于给水加热器的双端板低温冷却区

说明书

相关申请的交叉引用

本申请针对2013年1月21日提交的第61/754,754号美国临时申请主张权利。

技术领域

本发明涉及蒸汽发电厂和对具有低温冷却区(subcooling zone)和冷凝区(condensing zone)的高压和低压两种类型的给水加热器的建造和使用的改进。

背景技术

在蒸汽发电厂中，给水加热器被用于逐步提高给水的温度至锅炉运行条件的饱和温度。对给水进行预热改善了系统的热力学效率，降低了发电厂运营成本，并减少了对锅炉金属的热冲击。一个热力发电厂可以配有大量的给水加热器。

用于加热所述给水的能量通常源自从蒸汽涡轮机中抽取的蒸汽。由于本来要用于在涡轮机中做膨胀功(并因此生成电能)的蒸汽并非被用于该目的，所以必须小心的优化所述抽取的蒸汽以获得最大化的发电厂热效率。

给水加热器可以为开放式或封闭式热交换器。在开放式给水加热器中，所述抽取的蒸汽可以直接与所述给水加热器混合从而将其加热。

封闭式给水加热器通常具有外壳和管式热交换器，其中所述给水通过所述管并被在所述外壳内部以及所述管外部流动的涡轮抽取蒸汽加热。授予Fraser的第2,412,573号美国专利和授予Kawano的第 6,095,238号美国专利公开了此类封闭式系统的示例。在过去几年中对蒸汽发电厂的改进也有很多，例如授予Sieder的第2,729,430号美国专利和授予Thompson的第 2,812,164号美国专利。

在蒸汽发电厂中，位于锅炉给水泵的上游的给水加热器被称为高压给水加热器，而位于锅炉给水泵的下游的给水加热器被称为低压给水加热器。

在高压给水加热器中，所述涡轮抽取蒸汽具有巨大的过热量。因此，高压给水中的给水典型的在三个独立的分隔空间中分三个阶段被加热：过热冷却区；冷凝区；以及低温冷却区。在所述低温冷却区通过对冷凝的涡轮抽取蒸汽进行低温冷却来对所述给水加热器进行初始加热；在所述冷凝区通过所述冷凝的涡轮抽取蒸汽对所述给水加热器进行二次加热；在所述过热冷却区通过所述涡轮抽取蒸汽中的过热来对所述给水加热器进行最终加热。

在低压给水加热器中，涡轮排出蒸汽具有较小的过热量。因此，低压给水中的给水典型的在两个独立的分隔空间中分两个阶段被加热：冷凝区；以及低温冷却区。在所述低温冷却区通过对冷凝的涡轮抽取蒸汽进行低温冷却来对所述给水加热器进行初始加热；在所述冷凝区通过所述冷凝的涡轮抽取蒸汽对所述给水加热器进行二次加热和最终加热。

发明内容

待解决的技术问题如下：在高压和低压两种给水加热器中，必须防止冷凝区中的抽取蒸汽进入低温冷却区。如果抽取蒸汽进入了低温冷却区，低温冷却区中的冷凝物将会被加热，而不是被低温冷却，因此全部的冷凝物低温冷却功能将会失效。在主流的给水加热器设计中，是通过以下方式将低温冷却区与冷凝区隔离开来的：保持水平面高于低温冷却区的入口，并在低温冷却区的一端使用端板，从而使低温冷却区与冷凝区分开。所述端板通常为2”-3”厚，在所述端板上以紧公差(tight tolerance)钻出穿透所述端板的管孔。当蒸汽进入管外径和端板管孔之间的紧凑空间时，所述蒸汽被冷凝并形成水封闭(water seal)，从而防止蒸汽进入低温冷却区。

不适当的管孔钻孔误差、过度使用、正常磨损(wear and tear)或是这些情况的组合都会增大管外径和管孔之间的空隙。如果出现这些情况，蒸汽将从冷凝区进入，将冷凝物加热并降低低温冷却区、整个加热器乃至整个蒸汽发电厂的性能。每过一年，这个问题就会变得更加严重，直至效率已降无可降。最终必须替换该加热器。

本发明的目的就是防止蒸汽通过端板管孔进入低温冷却区，因为它是影响给水加热器性能的一个主要问题。

根据本发明，可以通过以下方式来防止蒸汽进入低温冷却区：在低温冷却区和冷凝区之间使用两块端板，并通过所述两块端板之间的水封闭来提供额外保护。根据本发明给水加热器配有低温冷却区，所述低温冷却区使用两块端板，而不是一块，所述端板上的管孔也钻成紧公差。

另外，半圆板被焊接至两块端板。扁平板被焊接至所述端板的顶部从而所述两块端板之间形成封闭空间。在连接所述两块端板的顶板上钻孔，使得冷凝物可以进入所述封闭空间；在所述圆板的底部钻孔，用于将冷凝物排出。在本发明的这个方面，通过小幅流动贯穿所述封闭空间的冷凝物形成水墙(water dam)。所述水墙小幅流动形成水封闭。

所述中间具有水封闭的双端板的优点在于在冷凝区和低温冷却区之间提供了三重隔离层。而现有技术仅有一重隔离层。