[发明专利]使用单螺距和多螺距加肋管的可调压力单循环锅炉

说明书

本发明一般涉及发电厂用的锅炉或蒸汽发生器，特别是有关一使用单螺距或多螺距加肋管的可调压力单循环(直流)锅炉的新的和实用的结构。

单循环锅沪从1926年开始已在动力设备领域中使用。单循环锅炉的结构包括一些适应超临界蒸汽压力的可调压力控制的装置，如图1所示，装置10的锅炉给水泵8设有迫使水流过一节热器11、一蒸发器12和一能与分离器13连同使用的过热器14的总驱动装置(驱动头)。水被连续地蒸发到干燥，然后加以过热而无任何蒸汽—水分离作用。这种环流方法适用于所有工作压力，即，超临界(大于3208 psia)和亚临界(小于3208 psia)压力。通常，装置10的蒸发器使用螺旋式炉内管路12，这是因为立管结构对加压和不均匀的管对管加热更敏感。不过，对于起动和低负荷工作而言，仍需要设有专门的旁路装置。

为了适应起动和低负荷工作条件的需要，已使用装有叠加再循环装置10a和10b的单循环锅炉结构且在图2和3中加以图解表示。这些再循环装置可使部分流体再循环到炉壁，以便通过加入装置中的环流泵15和流孔16来增加蒸发器管子中的流体速率。在许多应用场合中，设计可使炉12保持不变的压力(恒压)，通常为超临界压力并且利用分离器或闪蒸箱13，使得在起动或低负荷情况下把超临界压力降低到亚临界压力，这些类型的单循环锅炉装置10a和10b一般使用立式炉管蒸发器结构。

单循环(直流)锅炉结构使用螺旋管和立管蒸发器已由许多锅炉制造厂加以销售。这些结构已发展到用于超临界和亚临界蒸汽压力。但是，最近，一可调压应用的立管单循环锅炉已投入运行。由于蒸发器的流量要求，这种立管单循环锅炉的可调压力控制被限制到约40％的最低负荷范围。除了螺旋管炉的特定燃料和尺寸外，螺旋管炉不受到这种限制。对于这些少量的例外，由于蒸发器的流量需要，而得出高于所需的最低流量的结果。螺旋管炉允许在配合炉管直径和炉的质量速度方面有较大灵活性，以确保管子冷却和炉内的平行蒸发器管中的流量稳定性。此外，它使炉子的每一管子穿过燃烧室中的所有不同的加热区，因此，可使管子之间的总热量输入的差异保持在最低程度。

与立式炉子构造相比较，因螺旋管炉结构具有较高成本，故立管可调压力单循环锅炉的发展是很需要的。强迫循环的单循环锅炉的构造需要使用很大数量的并联管，它们被焊接在一起形成隔膜壁板。隔膜壁的完整性的基本要求是在每一炉内高度上的所有管子中的液体和金属温度是均匀的。迄今为止，立管结构的主要问题是由于在炉内的各根管子之间有大量热量差异。在立管炉中，管子之间的热量差异比在螺旋炉结构的大2.5倍左右。用于现有单循环锅炉结构中的典型速度，即平均质量速度为1.500,000到2.000,000 lb/hr-ft²。这些质量速度在经受典型的炉子外部热量吸收变化时(此变化可以是35％或大于平均值)，会导致在数量上减低的速度变化。这种速度变化的倾向称之为锅炉管的单循环(直流)特性。在单循环模式中，由于热量的增加，速度的变化为如图4所示的负值。如果把过量的热输入作用于单一管子中，在此管子中就出现流体质量速度的降低，引起管子中流体出口温度的额外增加。

假如炉管通过降低质量速度进行操作，其结果是相对于任一暴露于过大热量的管子是质量速度的增加。这种类型的质量速度的变化叫做自然循环(环流)特性。为了能使用立管单循环锅炉的炉子结构的较低质量速度需要在燃烧区内使用加肋管以避免成核沸腾偏离(DNB)。

本发明的受让人、巴布科克和威尔科克斯公司(B&W)已经在单循环、立管亚临界压力锅炉中使用了单螺距加肋(SLR)管。多螺距加肋(MLR)也已经由(B&M)公司使用于单循环、立管超临界压力锅炉和可在亚临界和超临界压力情况下工作的单循环、螺旋管锅炉的若干应用中。这些SLR和MLR管的几何形状的实例示子本文的图6到8中。科奇等人的美国专利号3.088,494和3.289,451分别揭示了亚临界压力蒸汽发生器用的加肋蒸汽发生器以及在美国专利号3.088,494所公开的在这种类型管子内形成内螺纹加肋的方法和装置。

就这种类型的加肋管而言，即使通过管子的是低质量速度的流体，加肋管的传热特性是极好(优越)的。通常，在同一质量速度下，SLR管的热通量高于MLR管的。SLR管的传热性能已在公开文献中加以叙述，参见下述文献，例如：

(1)美国机械工程师协会会刊、动力工程杂志，1962年10月，第365-371页，H.S.斯威森(Swenson)、J.R.卡弗、G.斯佐伊克的“在发电厂锅炉管中有关传热的成核沸腾与薄膜状沸腾的效应”；