先進的超超臨界蒸汽發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種先進的超超臨界蒸汽發(fā)生器。超臨界蒸汽發(fā)生器包括倒風(fēng)爐封殼、料斗隧道以及對流通道封殼，料斗隧道將倒風(fēng)爐封殼和對流通道封殼連接在一起。煙氣通過料斗隧道向下流過倒風(fēng)爐封殼，向上流過對流通道封殼。蒸汽出口終端對生成的超臨界蒸汽和/或再熱蒸汽提供通路，所述結(jié)構(gòu)允許蒸汽出口終端位于蒸汽發(fā)生器的底部而不是位于與傳統(tǒng)鍋爐那樣的蒸汽發(fā)生器頂部。這減小了蒸汽導(dǎo)管從蒸汽發(fā)生器到使用超臨界蒸汽發(fā)電的蒸汽輪機的長度。
【專利說明】先進的超超臨界蒸汽發(fā)生器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其可結(jié)合用于燃煤電廠的碳捕獲封存(CCS)技術(shù)使用。

【背景技術(shù)】
[0002]在燃燒過程中，燃料中的化學(xué)能轉(zhuǎn)換為鍋爐爐中的熱能。該熱能通過鍋爐內(nèi)的吸熱表面擒獲而產(chǎn)生蒸汽。爐子中使用的燃料包括很大范圍的固體、液體和氣體物質(zhì)，包括煤、天然氣和柴油。燃燒使燃料變換為大量化學(xué)化合物。水和二氧化碳(CO2)是完全燃燒的產(chǎn)物。不完全燃燒反應(yīng)可導(dǎo)致不理想的副產(chǎn)物，其可包括顆粒(例如，飛灰、爐渣)、諸如SOx或NOx那樣的酸性氣體、諸如汞或砷之類的金屬、一氧化碳(CO)以及碳氫化合物(HC)。
[0003]圖1示出傳統(tǒng)的帶有爐子20的直通雙通道的卡羅來納型鍋爐10的蒸汽-水流動系統(tǒng)和氣體流動系統(tǒng)，該鍋爐能夠在次臨界至超臨界壓力下運行。眾所周知，鍋爐10包括流體冷卻膜管外殼壁，該外殼壁通常由水/蒸汽傳輸管30制成，水/蒸汽傳輸管30通過鋼膜(未可見)彼此分開以實現(xiàn)氣密的封殼。為簡潔和簡單起見，管30在這里被稱作水管。
[0004]蒸汽發(fā)生器在可變的壓力曲線對負荷的情況下運行(次臨界至超臨界壓力)。水通過入口 141進入預(yù)熱器并吸熱，然后，從預(yù)熱器出口 142流到爐子底部處的入口 143?？稍O(shè)置下部瓶(未示出)來分配該預(yù)熱的水。水然后通過爐墻管30向上流動。當水流過這些墻管30時，該水冷卻暴露在燃燒室60中高溫煙氣前的管子，并從煙氣中吸收熱量而變成次臨界壓力的蒸汽-水混合物。(如果在超臨界壓力條件下，則保持單相態(tài))。流體排入垂直的蒸汽分離器42，如果是次臨界的話，則蒸汽-水混合物中在分離器42內(nèi)分離為濕蒸汽(即，飽和蒸汽)和水。任何的水可通過下水管50流出，并從出口 144流到預(yù)熱器入口 141。當流體是超臨界流體時，垂直的分離器起作傳輸管作用，讓所有進入的蒸汽從頂部出口離開。通過從垂直分離器引出的蒸汽管或爐頂管子75，可用蒸汽來冷卻爐子對流通道70內(nèi)的煙氣。蒸汽然后從出口 149流到入口 145，并通過過熱器的加熱表面80饋送，然后，送到高壓蒸汽輪機(附圖標記146)。從高壓蒸汽輪機(附圖標記147)返回的蒸汽通過再熱器的加熱表面90，而從煙氣中吸收附加的熱量，并然后可送到第二中間壓力或低壓蒸汽輪機(附圖標記148)。送到蒸汽輪機的蒸汽通常是干蒸汽(100%蒸汽，沒有水)。來自過熱器80加熱表面的蒸汽可被送到高壓(HP)汽輪機，然后，從再熱器90加熱表面流到中壓(IP)和低壓(LP)蒸汽輪機(未示出)級。通過預(yù)熱器100傳送的給水也可用來在煙氣離開鍋爐之前從煙氣中吸收熱能；然后將加熱的給水送到爐子包封的管子30，或可通過過熱器80和再熱器90輸送。
[0005]涉及到氣體流動系統(tǒng)，可通過好幾種方法將用于燃燒的空氣供應(yīng)到爐子20。一般地，風(fēng)扇102將空氣104供應(yīng)到再生空氣加熱器106。然后，加熱的空氣作為二次空氣108送到風(fēng)箱以分配給個別的燃燒器，并作為一次空氣110送到煤粉碎機112，那里，煤被干燥處理和粉碎。一次空氣(現(xiàn)攜帶煤顆粒)116然后被送到燃燒器120，并與二次空氣108混合，以在燃燒室60內(nèi)燃燒和形成煙氣。煙氣向上流過燃燒室60，然后循著對流通道70到煙氣排出160，流過過熱器80、再熱器90和預(yù)熱器100。煙氣然后可通過再生空氣加熱器106 (用以加熱進入的空氣104)和污染控制設(shè)備114，如果需要的話則再循環(huán)通過爐子20。煙氣通過煙氣排出口 160流出。
[0006]圖1還示出蒸汽-水流動系統(tǒng)的啟動設(shè)備。當蒸汽是超臨界的蒸汽時，垂直蒸汽分離器42用來代替次臨界自然循環(huán)鍋爐的傳統(tǒng)的水平蒸汽鍋筒。鍋爐循環(huán)泵44和截止閥46也設(shè)置在下水管50內(nèi)，以在啟動過程中增大爐子封殼墻30和預(yù)熱器100內(nèi)的流動。鍋爐循環(huán)泵在以下負荷下停止，即，100%干蒸汽從爐子封殼進入垂直蒸汽分離器。垂直蒸汽分離器保持工作，而靜態(tài)水柱保持在下水管50中。
[0007]如這里所示，卡羅來納型過濾的蒸汽出口終點位于鍋爐的頂部，一般地在大約200英尺級的相當高的高度處。蒸汽然后通過蒸汽導(dǎo)管(即，管道)被攜帶到蒸汽輪機。蒸汽導(dǎo)管由適合于700°C蒸汽溫度的鎳合金制造，其是非常昂貴的。由于蒸汽出口終端的位置在鍋爐頂部處，所以，蒸汽導(dǎo)管的長度可以是非常長。希望能夠減小從鍋爐蒸汽出口終端到蒸汽被用來發(fā)電的蒸汽輪機的蒸汽導(dǎo)管長度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明涉及鍋爐系統(tǒng)，其可結(jié)合發(fā)電用的蒸汽輪機一起使用。鍋爐的蒸汽出口終端位于鍋爐的底部，而不是在鍋爐頂部。這減小了所需的蒸汽導(dǎo)管長度，又降低了成本和提高全部系統(tǒng)的經(jīng)濟性。
[0009]本文各種實施例中披露的是蒸汽發(fā)生器，其包括:由水或蒸汽冷卻的管子制成的墻所形成的倒風(fēng)爐封殼，其中，爐子墻形成頂端和底部氣體出口 ；對流通道封殼，其包括底部氣體入口和位于底部氣體入口上方的水平管排；連接倒風(fēng)爐封殼的底部氣體出口到對流通道封殼的底部氣體入口的料斗隧道；以及位于蒸汽發(fā)生器底部處的蒸汽出口終端。
[0010]倒風(fēng)爐封殼的底部氣體出口可包括向外延伸的喉部，其延伸到對流通道封殼的底部氣體入口的端口內(nèi)。
[0011]倒風(fēng)爐封殼的頂端可包括用以從相關(guān)爐子接受煙氣的氣體入口。
[0012]蒸汽發(fā)生器還可包括位于倒風(fēng)爐封殼頂端處用以產(chǎn)生煙氣的風(fēng)箱和燃燒器。
[0013]流出對流通道封殼的煙氣可再循環(huán)到倒風(fēng)爐封殼的頂端、倒風(fēng)爐封殼的底部，和/或?qū)α魍ǖ婪鈿さ牡撞俊?br> [0014]流出對流通道封殼的煙氣可通過顆粒清洗裝置，然后再循環(huán)到倒風(fēng)爐封殼的頂端、倒風(fēng)爐封殼的底部，或?qū)α魍ǖ婪鈿さ牡撞俊?br> [0015]料斗隧道可內(nèi)襯耐火材料。料斗隧道可包括浸沒的用以除煙灰和爐渣的鏈條傳輸器。該浸沒的鏈條傳輸器可與煙氣流動成一直線，或可橫向于煙氣流動來移動。
[0016]替代地，料斗隧道可由蒸汽或水冷卻的管板形成。水槽密封件可設(shè)置在倒風(fēng)爐封殼和料斗隧道以及對流通道封殼之間。
[0017]倒風(fēng)爐封殼的管子內(nèi)流體可以是煙氣流動的逆流流動。
[0018]對流通道封殼有時由蒸汽或水冷卻管制成的封殼墻形成，其中，對流通道封殼管內(nèi)的冷卻流體是煙氣流動的逆流流動。
[0019]對流通道封殼內(nèi)的水平管排可包括過熱器、再熱器和預(yù)熱器。
[0020]蒸汽發(fā)生器還可包括連接到對流通道封殼的頂部和下通道的上部水平通道封殼、上部水平通道和含有附加管排的下通道。
[0021]下面將特別詳細地描述上述的和其他的非限制性的特征。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]下面是對附圖的簡要描述，提供附圖是為了說明這里所披露的示范實施例，而不是為了限制示范的實施例。
[0023]圖1是示出傳統(tǒng)的雙通(巴布科克和威爾科克斯卡羅來納型)次臨界或超臨界直通型蒸汽發(fā)生器。
[0024]圖2是本發(fā)明的直通型蒸汽發(fā)生器的第一示范實施例的側(cè)視立體圖，其中，倒置的塔型倒風(fēng)爐封殼包括產(chǎn)生煙氣的燃燒器。
[0025]圖3是料斗隧道的一種可能設(shè)計的剖視圖，使傳輸器橫向于煙氣流移動。料斗隧道是掩埋式的內(nèi)襯耐火材料的、混凝土和鋼拱通道，用以傳輸煙氣流。
[0026]圖4是料斗隧道的另一實施例，其由蒸汽或水冷卻的管板形成。
[0027]圖5是顯示具有垂直壁的料斗隧道的變體的立體圖。
[0028]圖6是圖5料斗隧道的前視圖。
[0029]圖7是圖5料斗隧道的側(cè)視圖。
[0030]圖8是本發(fā)明的倒風(fēng)爐倒置的塔型蒸汽發(fā)生器的另一示范實施例的側(cè)視圖，顯示與蒸汽發(fā)生器相關(guān)的蒸汽輪機。
[0031]圖9是倒風(fēng)爐倒置的塔型蒸汽發(fā)生器和蒸汽輪機管道的另一實施例的立體圖。
[0032]圖10是圖9蒸汽發(fā)生器的側(cè)視圖(沿著假想的y軸)。
[0033]圖11是圖9蒸汽發(fā)生器的前視圖(沿著假想的X軸)。
[0034]圖12是圖9蒸汽發(fā)生器的平面圖(即，從頂部觀看)。
[0035]圖13是顯示與修改的塔型蒸汽發(fā)生器同級(即，在傳統(tǒng)預(yù)期的相對位置中)的蒸汽輪機的側(cè)視圖。
[0036]圖14是顯示圖13修改的塔型蒸汽發(fā)生器附加細節(jié)的平面圖(即，從頂部觀看)。
[0037]圖15是一實施例的側(cè)視圖，其中，修改的塔型蒸汽發(fā)生器具有與蒸汽輪機相比的底部高度差。
[0038]圖16是一實施例的側(cè)視圖，其中，修改的塔型蒸汽發(fā)生器具有與蒸汽輪機相比的同樣的底部。
[0039]圖17是本發(fā)明蒸汽發(fā)生器的另一示范實施例的側(cè)視圖，其中，倒風(fēng)爐封殼的底部氣體出口成形為一喉部，其進入對流通道封殼的底部氣體入口的端口。

【具體實施方式】
[0040]參照附圖，可獲得對這里披露的部件、過程和裝置的更加完整的理解。這些圖僅是基于演示本發(fā)明的便利和方便而給出的示意圖，因此這些附圖并不意圖指出本發(fā)明裝置或部件的相對大小和尺寸，和/或定義或限制示范實施例的范圍。
[0041]盡管為了清晰起見在以下的描述中使用了特殊的術(shù)語，但這些術(shù)語目的僅是涉及為說明圖中而選定的實施例的特殊結(jié)構(gòu)，并不意圖定義或限制本發(fā)明范圍。在附圖中和以下的描述中，應(yīng)該理解到，相同的附圖標記表示功能相同的部件。
[0042]單數(shù)形式的冠詞“一”、“一”和“該”包括復(fù)數(shù)指示對象，除非文中另有清楚地表示。
[0043]如本說明書和權(quán)利要求書中所使用的，術(shù)語“包括”可包括“由…組成”和“基本上由…組成”的實施例。
[0044]數(shù)值應(yīng)理解為包括化簡為有效數(shù)字的相同數(shù)時的相同的數(shù)值，以及與所陳述數(shù)值相差本申請中所描述類型的用來確定數(shù)值的傳統(tǒng)測量技術(shù)的實驗誤差的那些數(shù)值。
[0045]這里所披露的所有范圍包括所列舉的端點和獨立可組合的點(例如，“從2瓦至10瓦”的范圍，是包括端點2瓦和10瓦，以及所有的中間值)。
[0046]如這里所使用的，近似的語言可用來修正任何數(shù)量的表達，這種表達可變化而不會導(dǎo)致改變其所涉及的基本功能。因此，在某些情形中，諸如“大約”和“基本上”之類的術(shù)語所修正的數(shù)值可不被限制在所規(guī)定的精確數(shù)值上。修飾語“大約”也應(yīng)被認為披露了由兩個端點的絕對值限定的范圍。例如，“從約2至約4”的表達，也披露了范圍“從2至4”。
[0047]術(shù)語“水側(cè)”、“水冷卻”、“蒸汽冷卻”或“流體側(cè)”是指暴露于水或蒸汽前鍋爐的任何區(qū)域。相比之下，術(shù)語“空氣側(cè)”、“氣體側(cè)”或“火側(cè)”是指暴露于來自爐子的直接熱量前的鍋爐區(qū)域，或換句話說，暴露于來自爐子的燃燒氣體。在說明書涉及水和/或蒸汽的情況下，其他流體的液體和/或氣體態(tài)也可用于本發(fā)明的方法中。
[0048]應(yīng)該指出的是，這里所用的許多術(shù)語是相對的術(shù)語。例如，術(shù)語“上”和“下”是位置的互相相對關(guān)系，即，在給定的定向上，上部部件位于比下部部件高的高度處。術(shù)語“入口”和“出口”對于給定的結(jié)構(gòu)是相對于流體流過它們而言，例如，流體流過入口而流入結(jié)構(gòu)內(nèi)，而流過出口而流出結(jié)構(gòu)外。術(shù)語“上游”和“下游”是關(guān)于流體流過各種部件的方向，即，流體流過下游部件之前先流過上游部件。
[0049]術(shù)語“水平的”和“垂直的”用來表示相對于絕對參考(即，地面)的方向。然而，這些術(shù)語不應(yīng)認為是要求結(jié)構(gòu)絕對平行或絕對垂直于彼此。例如，第一垂直結(jié)構(gòu)和第二垂直結(jié)構(gòu)不一定彼此平行。術(shù)語“頂部”和“底部”或“基部”用來指這樣的表面，其中，相對于絕對參考物(即，地表面)來說，頂部始終高于底部/基部。術(shù)語“上方”和“下方”用來指兩個結(jié)構(gòu)相對于絕對參考物的位置。例如，當?shù)谝徊考挥诘诙考戏綍r，這意味著相對于地面來說第一部件將始終高于第二部件。術(shù)語“向上”和“向下”也是相對于絕對參考物來說；向上流動始終對抗地心引力。
[0050]如這里使用的，術(shù)語“超臨界”是指這樣的流體，其處于高于臨界溫度的溫度下或處于高于臨界壓力的壓力下，或是兩者兼而有之。例如，水的臨界溫度是374.15°C，而水的臨界壓力是3200.1psia(22.1MPa)。流體在給定壓力但低于其臨界壓力下處于沸點之上的溫度，該流體被認為是“過熱的”但是“次臨界的”。過熱流體可被冷卻(即，能量轉(zhuǎn)移)而不改變其相。如這里所使用的，術(shù)語“濕蒸汽”是指飽和蒸汽/水的混合物(即，蒸汽質(zhì)量不到100%，其中，質(zhì)量是按質(zhì)量計的百分比的蒸汽含量)。如這里所使用的，術(shù)語“干蒸汽”是指質(zhì)量等于或大于100%的蒸汽，(即，沒有液態(tài)水存在)。在加熱或冷卻過程中，由于一旦達到臨界點溫度時表面張力為零，所以超臨界水或蒸汽將沒有可見的氣泡交界面或彎液面。流體繼續(xù)像單相流作用，同時從水轉(zhuǎn)換為蒸汽或從蒸汽到水，流體是處于不平衡的熱力學(xué)狀態(tài)下，其中，可出現(xiàn)密度、粘度和熱導(dǎo)率的快速變化。
[0051]為理解本發(fā)明，對太陽能接收器、鍋爐和/或蒸汽發(fā)生器技術(shù)的某些術(shù)語或原理的解釋可能是必要的，讀者可參考以下的文章:“蒸汽/蒸汽的發(fā)生和使用(Steam/itsgenerat1n and use) ”,第 40 版，Stultz 和 Kitto 編著,版權(quán) 1992, The Babcock&ffilcoxCompany,以及“蒸汽/蒸汽的發(fā)生和使用(Steam/ its generat1n and use)”,第41版,Stultz和Kitto編著，版權(quán)2005, The Babcock&ffilcox Company,本文以參見方式引入它們的全部內(nèi)容。
[0052]在圖1的傳統(tǒng)鍋爐中，蒸汽出口終端位于結(jié)構(gòu)的頂部中心處。結(jié)構(gòu)的頂部相當高，大約200至250英尺。為了使爐子具有足夠的體積讓煤顆粒完全燃燒，為了使水管吸收熱能，以及為了將煙氣溫度降到煙灰熔融溫度以下(使各種管排內(nèi)的結(jié)渣和結(jié)垢減到最少)，如此的高度是必要的。還要求降低蒸汽出口終端的高度，以使它們更加靠近蒸汽輪機并提供較短的總體設(shè)置高度。本發(fā)明涉及如此書面描述的蒸汽發(fā)生器。尤其是，本發(fā)明的蒸汽發(fā)生器是先進的超超臨界蒸汽發(fā)生器，其可產(chǎn)生25MPa(3625psia)或更高的出口蒸汽壓力，包括29MPa(4200psia)或更高壓力；以及產(chǎn)生570°C (1058° F)或更高的出口蒸汽溫度，包括730°C (1346° F)或更高溫度。與自然循環(huán)鍋筒鍋爐不同，其中，爐子封殼墻運行在接近于飽和溫度的幾乎均勻的溫度下，而本發(fā)明先進的超超臨界直通蒸汽發(fā)生器不具有接近飽和的頗為均勻的封殼墻溫度。傳統(tǒng)的直通超臨界蒸汽發(fā)生器必須細心地設(shè)計，以便具有頗為狹窄的差異和非常類似的幾何形、熱水力學(xué)流動特性以及所有焊接封殼墻管子上的吸熱條件。本設(shè)計因此允許沿著可在不同材料溫度下運行的氣體流動路徑連接一系列分開的封殼。
[0053]在圖1的卡羅來納(雙通)鍋爐中，煙氣向上流動，然后，水平地向下流過管排。在本發(fā)明的蒸汽發(fā)生器中，該氣體流動路徑是反過來的。煙氣首先向下流動，然后水平地，再然后向上流過管排，管排將水轉(zhuǎn)換為過熱或超臨界蒸汽。該結(jié)構(gòu)布置允許蒸汽終端降低(更靠近地面)并更靠近蒸汽輪機。
[0054]圖2是本發(fā)明蒸汽發(fā)生器200的第一示范實施例的側(cè)視立體圖。該蒸汽發(fā)生器一般地包括三個結(jié)構(gòu):倒風(fēng)爐封殼210、料斗隧道270以及對流通道封殼230。倒風(fēng)爐封殼在這里顯示為在左邊上。倒風(fēng)爐封殼210由水或蒸汽冷卻的管子組成的墻216形成，這些管子可垂直地或螺旋形地布置。爐子封殼墻216形成頂部端212和底部端214。頂部端和底部端位于爐子墻的相對端處。如這里所示，風(fēng)箱218和燃燒器220靠近爐子頂部端定位。燃燒器可布置在爐頂(即，頂部端)或爐子墻的頂部處。燃燒器可位于所有四個壁上，在兩個墻上相對，或位于四個壁的角落附近。
[0055]在使用中，空氣和煤通過風(fēng)箱或爐頂前室218饋送入頂部端212內(nèi)，并使用燃燒器220進行燃燒以產(chǎn)生熱的煙氣202?？墒褂醚?燃燒(即，使用富含氧的再循環(huán)氣體)或空氣點火。風(fēng)箱也產(chǎn)生空氣流動，由于機械抽風(fēng)(不是如自然發(fā)生的上升風(fēng)；通過冷卻煙氣的墻有助于該種倒風(fēng))，空氣流致使煙氣向下流動。底部氣體出口 222布置在底部端214處，熱煙氣通過該該出口流出爐子封殼210外。煙氣流過位于爐子封殼底部的料斗隧道270。料斗隧道270流體地使倒風(fēng)爐封殼的底部氣體出口 222連接到對流通道封殼的底部氣體入口 236。料斗隧道還柔性地密封底部氣體出口和底部氣體入口。當流出倒風(fēng)爐封殼外時，煙氣可具有約為500° F至約2500° F的溫度。然后，煙氣202向上流過對流通道封殼230，通過水平布置的管排，管排起作過熱器240、再熱器242，和/或預(yù)熱器244表面。這些表面從煙氣中擒獲附加的能量。當流出對流通道封殼時，煙氣可具有約為240° F至約825° F的溫度。對流通道封殼230自身還具有頂部端232和底部端234。
[0056]煙氣可通過再生空氣加熱器，以將某些剩余熱能傳輸?shù)竭M入的空氣中。煙氣還可送到污染控制單元以除去不理想的副產(chǎn)物。例如，煙氣可通過有選擇的催化還原(SCR)單元以除去NOx，通過煙氣脫硫(FGD)單元以除去SOx，和/或通過顆粒清洗裝置(例如，袋式除塵器或靜電濾塵器)。污染控制單元和再生空氣加熱器以適合于優(yōu)化污染降低的次序放置。例如，在特殊的實施例中，SCR單元放置在再生空氣加熱器的上游。如果需要的話，則可將流出對流通道封殼的煙氣再循環(huán)到爐子封殼頂部處的風(fēng)箱或前室218，這是通常被稱作氣體再循環(huán)的做法。如果需要的話，則還可將流出對流通道封殼的煙氣再循環(huán)到倒風(fēng)爐封殼底部252，用以控制蒸汽溫度，和/或再循環(huán)到對流通道封殼的底部254，用以控制煙氣溫度，這通常被稱作氣體溫度調(diào)節(jié)。蒸汽發(fā)生器可包括這些再循環(huán)路徑中的任何一種，或可包括所有三種再循環(huán)路徑。
[0057]就倒風(fēng)爐封殼內(nèi)的流體流動來說，來自預(yù)熱器出口的相對冷的水進入爐子墻216底部處的蒸汽發(fā)生器，并流過水管，通過吸收煙氣中的熱能變成蒸汽/水的混合物。該水相對于煙氣流逆流流動(即，水向上流動，而煙氣向下流動)。蒸汽/水的混合物收集在出口集箱內(nèi)，并送到垂直的蒸汽分離器260，被分離成濕蒸汽和水。蒸汽通過過熱器240被送到對流通道封殼230，然后送到蒸汽輪機，再然后從蒸汽輪機返回而通過對流通道封殼內(nèi)的再熱器242管排。在某些實施例中，對流通道封殼還由水或蒸汽冷卻管組成的封殼墻形成，其也可擒獲能量。在如此的實施例中，對流通道封殼的封殼墻內(nèi)的流體流動與煙氣流動為并流(即，兩者均向上流動)。一般地，倒風(fēng)爐封殼在低負荷時是水冷的，而在較高負荷時至出口附近處變成蒸汽冷卻，同時對流通道封殼是蒸汽冷卻的。
[0058]超臨界蒸汽和/或再熱蒸汽在位于對流通道封殼基部264處的一個或多個蒸汽出口終端處流出，對流通道封殼是蒸汽發(fā)生器的一部分。再熱蒸汽出口終端用附圖標記261表示，而超臨界蒸汽出口終端用附圖標記262表示，這些出口終端可存在任何一個或兩者都存在。術(shù)語“基部”在這里是指蒸汽發(fā)生器高度的三分之一的底部。例如，如果蒸汽發(fā)生器的高度約為60英尺，那么蒸汽出口終端的高度在大約20英尺處。應(yīng)該認識到，爐子封殼和對流通道封殼可以是不同的高度。
[0059]在這一點上，在700°C (1292° F)下運行先進的超超臨界蒸汽發(fā)生器所需的用于主蒸汽和熱的再熱管道的蒸汽導(dǎo)管，是在600°C (1112° F)下運行蒸汽發(fā)生器所需的用于蒸汽導(dǎo)管材料質(zhì)量費用的4倍。因此使用本設(shè)計來降低蒸汽出口終端而不招致如此管道的費用是有利的。
[0060]對流通道封殼內(nèi)的管排應(yīng)該是可排放的。內(nèi)部沉淀物通常沿著管排分散開，從而不集中在下垂部分的下部彎頭內(nèi)。在與封殼墻連接處，可膨脹的水密封或氣密膨脹接頭(未示出)布置在封殼墻和管排之間。
[0061]返回到圖2，料斗隧道270柔性地將倒風(fēng)爐封殼210連接到對流通道封殼230。料斗隧道理想地是絕熱的。料斗隧道270包括連接到浸沒的鏈條輸送器的一個或多個灰燼和爐渣出口?？梢栽O(shè)想，讓灰燼和爐渣落入浸沒的鏈條輸送器并予以處置。鏈條輸送器可以是與煙氣流成一直線，或可橫向于煙氣流。如這里所圖示，鏈條輸送器是與煙氣流成一直線。
[0062]圖3是料斗隧道270的另一替代實施例，其中，鏈條輸送器橫向于煙氣流202。兩個浸沒的鏈條輸送器474在料斗隧道270中可見是在倒風(fēng)爐封殼210和對流通道封殼230之下。如這里所見，一個差別在于，倒風(fēng)爐封殼的基部412和對流通道封殼的基部432成斜坡，以導(dǎo)向灰燼/爐渣下落到浸沒的鏈條輸送器內(nèi)。
[0063]圖4是料斗隧道的另一實施例。這里，料斗隧道也由蒸汽或水冷管板形成。形成料斗隧道側(cè)邊的管板500是底部支撐的，而料斗隧道的頂部502是使用料斗隧道的側(cè)壁進行頂部支撐的。水槽密封件或非金屬密封件504可形成在料斗隧道270、倒風(fēng)爐封殼210和對流通道封殼230之間。鏈條輸送器274圖示為形成料斗隧道的封殼。
[0064]圖5-7是顯示料斗隧道270結(jié)構(gòu)上的另一種可能的變化的各種視圖。倒風(fēng)爐封殼210在左邊上，而對流通道封殼230在右邊上。料斗隧道的底部含有兩個浸沒的鏈條輸送器474。倒風(fēng)爐封殼的基部412呈斜坡以導(dǎo)向灰燼/爐渣落到輸送器內(nèi)。此外，垂直壁292位于料斗隧道內(nèi)的兩個輸送器之間。垂直壁的基部294沿兩個方向側(cè)向成斜坡，以導(dǎo)向灰燼/爐渣落到輸送器內(nèi)。在料斗隧道中心內(nèi)存在有拱296，并可用來支承料斗隧道的頂部管板502。垂直壁可具有任何要求的長度。還可見料斗隧道、倒風(fēng)爐封殼和對流通道封殼之間的水槽密封件504?？梢栽O(shè)想，地面高度是水槽密封件的高度。隧道自身可以是由混凝土、耐火材料和泥土構(gòu)成。水冷卻管回路可放置在隧道壁和/或拱內(nèi)。
[0065]特別地參照圖6，應(yīng)該指出的是，垂直壁的基部294成坡度以形成用于灰燼/爐渣的漏斗，使形成的開口 480的寬度482小于浸沒的鏈條輸送器486的寬度484。輸送器的維護保養(yǎng)位置這里顯示為488。可以設(shè)想，根據(jù)維護或其他用途的需要，輸送器可以斷開。
[0066]因為爐子封殼和對流通道封殼設(shè)計成在高溫差下運行，所以，料斗隧道270必須能夠操縱非常熱的煙氣的傳輸。料斗隧道可以內(nèi)襯耐火材料276，耐火材料在高溫下化學(xué)上和物理上是穩(wěn)定的。示范的耐火材料包括含有氧化鋁、二氧化硅或氧化鎂的耐火磚或陶瓷磚。如此的材料可抵擋2800F至3000° F的溫度。如這里所示的，料斗隧道具有寬度282，耐火磚276位于隧道全部外圍的周圍，絕熱材料278包圍耐火磚，并具有合適的尺寸。料斗隧道的上部具有高度284，料斗隧道的下部具有高度286。下部中存在有機械運輸系統(tǒng)280 (例如，浸沒的鏈條輸送器)，其將灰燼移出料斗隧道。
[0067]圖8是倒風(fēng)的倒置塔型的蒸汽發(fā)生器和蒸汽輪機實施例的側(cè)視圖。倒風(fēng)爐封殼1010在左邊上，對流通道封殼1030在右邊上。蒸汽輪機1100在更遠的右邊上。實線1122代表將超臨界蒸汽和/或再熱蒸汽送到蒸汽輪機的蒸汽導(dǎo)管。虛線矩形1128代表再熱器/過熱器。矩形1156代表預(yù)熱器。矩形1134代表分離的低壓蒸汽發(fā)生器，用以產(chǎn)生輔助蒸汽用于公用事業(yè)。料斗隧道270也顯示在這里。還有，基部412縱向地傾斜以引導(dǎo)灰燼/爐渣進入輸送器474內(nèi)。
[0068]圖9-12是顯示蒸汽發(fā)生器另一實施例的各種圖。該實施例含有倒風(fēng)爐封殼1010、料斗隧道1070以及對流通道封殼1030，還包含附加的下通道1092。
[0069]圖9是蒸汽發(fā)生器外部的立體圖。倒風(fēng)爐封殼1010在最遠的左邊上，對流通道封殼1030在中心內(nèi)。料斗隧道1070是三角形結(jié)構(gòu)，其連接對流通道封殼1030的基部和倒風(fēng)爐封殼1010的基部。下通道1092在最遠的右邊上。料斗隧道底部處的矩形代表移動灰燼/爐渣的鏈條輸送器1074。實線1122代表蒸汽出口管道。圓圈1126代表倒風(fēng)爐封殼頂部處的燃燒器開口。附圖標記1120是連接對流通道封殼1030與下通道1092的結(jié)構(gòu)。
[0070]圖10是蒸汽發(fā)生器和蒸汽輪機的側(cè)視圖(沿著假想的y軸)。虛線矩形1128代表用作為再加熱器/過熱器的水平管排，其提供蒸汽發(fā)生器/對流通道封殼的基部附近的蒸汽出口終端。虛線1122代表將超臨界蒸汽和/或再熱蒸汽輸送到蒸汽輪機的蒸汽導(dǎo)管。蒸汽輪機1100安裝在用附圖標記1130標記的廠房建筑內(nèi)。應(yīng)該指出的是，蒸汽輪機相對于蒸汽發(fā)生器位于高度1132上。
[0071]圖11是蒸汽發(fā)生器和蒸汽輪機的前視圖(沿著假想的X軸)。對流通道封殼1030在這里完全不可見，因為其位于安裝蒸汽輪機的廠房建筑后面。附加的下通道1092可見在右面上。還有，虛線矩形1128代表再熱器/過熱器。點畫的矩形1156代表用作為預(yù)熱器的水平管排。粗實線矩形1134代表分離的低壓蒸汽發(fā)生器，其用于產(chǎn)生諸如吹灰器之類用途的輔助蒸汽。使用溫度較低的冷卻劑有助于降低煙氣溫度，且對較低水平的服務(wù)不使用超過高溫度高壓力的蒸汽。點畫的矩形1136代表留給待安裝的將來的加熱表面的空間(例如，在蒸汽發(fā)生器壽期內(nèi)用于修改)。蒸汽輪機被標以附圖標記1100。
[0072]圖12是蒸汽發(fā)生器1000和蒸汽輪機1100的平面圖(即，從頂上觀看)。如這里可見，線1122示出向蒸汽輪機供汽的蒸汽導(dǎo)管。該蒸汽導(dǎo)管從對流通道封殼1030上的蒸汽出口終端1062延伸到蒸汽輪機上的多個地方。
[0073]圖13是修改的塔型蒸汽發(fā)生器和蒸汽輪機的的另一實施例的側(cè)視圖(沿著假想的X軸)。虛線矩形1128代表再熱器/過熱器。點畫的矩形1156代表預(yù)熱器。粗實線矩形1134代表分離的低壓蒸汽發(fā)生器，其用于產(chǎn)生公用用途的輔助蒸汽。點畫的矩形1136代表將來的加熱表面。從再生空氣加熱器1142引出的二次空氣導(dǎo)管1140也顯示在這里。虛線1122是將超臨界蒸汽和/或再熱蒸汽饋送給蒸汽輪機1100的蒸汽導(dǎo)管。實線1148是從給水加熱器和蒸汽輪機弓I出的給水和冷的再熱蒸汽管線。
[0074]圖14是顯示修改的塔型蒸汽發(fā)生器附加細節(jié)的平面圖(即，從頂上觀看)。中間的線1158代表對流加熱表面。右手側(cè)上的兩個圓圈1144代表再生空氣加熱器。九個六角形結(jié)構(gòu)1152代表煤粉碎機。
[0075]圖15是修改的塔型蒸汽發(fā)生器的側(cè)視圖(沿著假想的X軸)，與蒸汽輪機1100相t匕，該塔型蒸汽發(fā)生器具有基部高度的差異，這縮短了蒸汽管線的長度。中心內(nèi)的結(jié)構(gòu)1154代表爐子封殼。對流通道封殼1155位于爐子封殼上方。右邊上的矩形1156代表對流通道封殼下游的附加的下通道。線1122是將超臨界蒸汽和/或再熱蒸汽饋送給蒸汽輪機1100的蒸汽導(dǎo)管。黑線1148是從給水加熱器和蒸汽輪機引出的給水和冷的再熱蒸汽管線。應(yīng)該指出的是，黑線是從蒸汽輪機延伸到水平的對流通道封殼，它在這里不是完全可見。還有，請注意蒸汽輪機是位于高度1132上。圖16類似于圖15，例外之處是，蒸汽輪機1100位于與蒸汽發(fā)生器同樣的高度1133處。
[0076]應(yīng)該指出的是，對流通道封殼在各種圖中顯示為具有單一的氣體路徑。還可設(shè)想，對流通道封殼可包括平行的氣體路徑，其中，一個氣體路徑可用于使用氣體偏置的蒸汽溫度控制。
[0077]圖17是顯示倒風(fēng)爐倒置的塔型蒸汽發(fā)生器另一實施例的側(cè)視圖。該實施例也包括倒風(fēng)爐封殼1010、對流通道封殼1030以及料斗隧道1070。如前一樣，底部氣體出口存在于倒風(fēng)爐封殼的底部端處，而底部氣體入口存在于對流通道封殼的底部端。這里，料斗隧道的上部由倒風(fēng)爐封殼1010和對流通道封殼1030的底部端形成。倒風(fēng)爐封殼1010的底部氣體出口 1022包括向外延伸的噴嘴，其從煙氣隧道的壁1016延伸處時限制了直徑而形成喉部1026。對流通道封殼1030的底部氣體入口 1036包括面向內(nèi)的端口 1038。可以設(shè)想，底部氣體出口的喉部1026延伸入底部氣體入口端口 1038內(nèi)以形成通道，煙氣(箭頭1002)可通過該通道從倒風(fēng)爐封殼流入對流通道封殼內(nèi)。應(yīng)該指出的是，煙氣隧道(1016)和對流通道封殼(1035)的壁不焊接在一起。然而，兩個封殼的平的垂直面緊密地放置在一起以允許使用柔性的氣密密封系緊的連接。此外，可使用支柱支撐(未示出)來控制可能發(fā)生的兩個封殼的相對運動。倒風(fēng)爐封殼1010和對流通道封殼1030包括通向料斗隧道下部內(nèi)的開口，浸沒的鏈條輸送器274位于該隧道內(nèi)。對流通道封殼1030內(nèi)的各種管排(再熱、過熱、預(yù)熱器)不在這里示出。
[0078]本發(fā)明已經(jīng)參照示范實施例作了描述。顯然，其他人在閱讀和理解前面的詳細描述后，將會想到各種修改和改變。本發(fā)明意欲認為包括所有如此的修改后改變，只要它們落入附后權(quán)利要求書或其等價物的范圍之內(nèi)就可。
【權(quán)利要求】
1.一種蒸汽發(fā)生器，包括: 由水或蒸汽冷卻的管子制成的墻所形成的倒風(fēng)爐封殼，其中，爐子墻形成頂端和底部氣體出口 ； 對流通道封殼，所述對流通道封殼包括底部氣體入口和位于底部氣體入口上方的水平管排； 連接倒風(fēng)爐封殼的底部氣體出口到對流通道封殼的底部氣體入口的料斗隧道；以及 位于蒸汽發(fā)生器底部處的蒸汽出口終端。
2.如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，倒風(fēng)爐封殼的頂端包括用以從相關(guān)爐子接受煙氣的氣體入口。
3.如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，還包括位于倒風(fēng)爐封殼頂端處用以產(chǎn)生煙氣的風(fēng)箱和燃燒器。
4.如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，流出對流通道封殼的煙氣再循環(huán)到倒風(fēng)爐封殼的頂端。
5.如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，流出對流通道封殼的煙氣再循環(huán)到倒風(fēng)爐封殼的底部。
6.如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，流出對流通道封殼的煙氣再循環(huán)到對流通道封殼的底部。
7.如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，流出對流通道封殼的煙氣通過再生空氣加熱器，然后再循環(huán)到倒風(fēng)爐封殼的頂端、倒風(fēng)爐封殼的底部，或?qū)α魍ǖ婪鈿さ牡撞俊?br> 8.如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，流出對流通道封殼的煙氣通過顆粒清洗裝置，然后再循環(huán)到倒風(fēng)爐封殼的頂端、倒風(fēng)爐封殼的底部，或?qū)α魍ǖ婪鈿さ牡撞俊?br> 9.如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，料斗隧道內(nèi)襯耐火材料。
10.如權(quán)利要求9所述的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，料斗隧道包括浸沒的用以除煙灰和爐洛的鏈條傳輸器。
11.如權(quán)利要求10所述的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，所述浸沒的鏈條傳輸器與煙氣流動成一直線。
12.如權(quán)利要求10所述的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，所述浸沒的鏈條傳輸器橫向于煙氣流動來移動。
13.如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，料斗隧道由蒸汽或水冷卻的管板形成。
14.如權(quán)利要求13所述的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，水槽密封件設(shè)置在倒風(fēng)爐封殼、料斗隧道以及對流通道封殼之間。
15.如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，倒風(fēng)爐封殼的管子內(nèi)流體以與煙氣流動的逆流流動。
16.如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，對流通道封殼由蒸汽或水冷卻管制成的封殼墻形成，其中，對流通道封殼管內(nèi)的冷卻流體是煙氣流動的逆流流動。
17.如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，對流通道封殼內(nèi)的水平管排包括過熱器、再熱器和預(yù)熱器。
18.如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，蒸汽發(fā)生器還包括連接到對流通道封殼頂端和下通道的上部水平通道封殼、上部水平通道和含有附加管排的下通道。
19.如權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)生器，其特征在于，料斗隧道由倒風(fēng)爐封殼的底部氣體出口的向外延伸的喉部形成，所述喉部延伸到對流通道封殼的底部氣體入口的端口內(nèi)。
【文檔編號】F22B31/08GK104515125SQ201410471783
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月3日
【發(fā)明者】P·S·魏茲爾 申請人:巴布科克和威爾科克斯能量產(chǎn)生集團公司