相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)要求2014年10月9日提交的美國(guó)臨時(shí)專(zhuān)利申請(qǐng)序列no.62/062055的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過(guò)引用的方式明確地包含于此。

背景技術(shù)：

天然氣和燃油用作目前發(fā)的大部分電的能源。為此，天然氣或燃油在對(duì)發(fā)電機(jī)供能的渦輪機(jī)中經(jīng)歷燃燒。燃燒產(chǎn)物作為溫度非常高的廢氣離開(kāi)渦輪機(jī)，使得廢氣本身作為一種能源。在產(chǎn)生對(duì)另一發(fā)電機(jī)供能的過(guò)熱蒸汽的熱回收蒸汽發(fā)生器(hrsg)中捕獲此能量。

通常，hrsg包括殼體和一連串熱交換器，殼體具有入口和出口，熱交換器可包括以如下順序在入口與出口之間布置在殼體內(nèi)的過(guò)熱器、蒸發(fā)器和節(jié)能器。

這種用于hrsg的熱交換器可具有多排盤(pán)管，其中在氣流方向上的最后一個(gè)盤(pán)管可以是給水加熱器。給水加熱器接收由蒸汽渦輪機(jī)排出的低壓蒸汽得到的冷凝物，并升高水的溫度。然后，來(lái)自給水加熱器的更熱的水例如流入一個(gè)或多個(gè)節(jié)能器、鍋爐給水泵或蒸發(fā)器，這些裝置將所述更熱的水轉(zhuǎn)化成飽和蒸汽。該飽和蒸汽流至將其轉(zhuǎn)化成過(guò)熱蒸汽的過(guò)熱器。過(guò)熱蒸汽可從這種過(guò)熱器流至蒸汽渦輪機(jī)。

通常，在上述過(guò)程中，大多數(shù)hrsg產(chǎn)生三個(gè)壓力級(jí)的過(guò)熱蒸汽——低壓(lp)、中壓(ip)和高壓(hp)。因此，hrsg可具有一個(gè)或多個(gè)過(guò)熱器，也可具有叫做lp蒸發(fā)器、hp節(jié)能器和ip節(jié)能器的裝置。

在美國(guó)專(zhuān)利no.6,508,206b1(在下文中叫做“’206專(zhuān)利”)中出現(xiàn)了以使用自然循環(huán)系統(tǒng)的hrsg為特征的系統(tǒng)的總體示意圖，該’206專(zhuān)利通過(guò)引用的方式包含于此?！?06專(zhuān)利的圖4示出了具有位于最遠(yuǎn)位置上游的過(guò)熱器18的布置。在內(nèi)部hrsg流路中的過(guò)熱器16的下游是至少一個(gè)蒸發(fā)器18，其與位于蒸發(fā)器頂部的所示汽包流體流動(dòng)連接。該汽包位于hrsg內(nèi)部廢氣流路的外部?！?06專(zhuān)利中的hrsg還具有給水加熱器20。

由hrsg產(chǎn)生的過(guò)熱蒸汽通常低于蒸汽的臨界點(diǎn)壓力。建造更大規(guī)模和更高效率的發(fā)電站的行業(yè)趨勢(shì)已經(jīng)逐漸發(fā)展成對(duì)這種發(fā)電站在高于或剛剛低于水的臨界壓力下操作的需求。

在自然循環(huán)hrsg中，首先將水蒸發(fā)成飽和蒸汽。這發(fā)生在高壓(hp)蒸發(fā)器盤(pán)管和汽包的組合中，其在這里簡(jiǎn)單地叫做“hp蒸發(fā)器段”(hpevap)。在這種hp蒸發(fā)器盤(pán)管和汽包的組合中，蒸發(fā)器盤(pán)管位于hrsg的內(nèi)部廢氣流路內(nèi)，而汽包位于hrsg的內(nèi)部廢氣流路外，其中hp蒸發(fā)器盤(pán)管和汽包彼此流體流動(dòng)連接。在hpevap中，飽和狀態(tài)下的蒸汽和水的密度差是導(dǎo)致水和/或蒸汽從汽包通過(guò)降液管循環(huán)至hpevap盤(pán)管并通過(guò)升液管回到汽包的驅(qū)動(dòng)力。飽和水在hpevap中的這種循環(huán)是自然循環(huán)hrsg與其他類(lèi)型的hrsg的區(qū)別所在。

另一種類(lèi)型的hrsg是使用直流蒸汽發(fā)生器的系統(tǒng)，在本領(lǐng)域中通常叫做“otsg”。在otsg中，工作流體不像自然循環(huán)hrsg系統(tǒng)一樣通過(guò)加熱表面再循環(huán)。相反，對(duì)于otsg來(lái)說(shuō)，工作流體通過(guò)每個(gè)單獨(dú)的并行hpevap管道，然后離開(kāi)otsg。授予duffy的美國(guó)專(zhuān)利no.6,019,070(“duffy的’070專(zhuān)利”)公開(kāi)了一種具有otsg的hrsg，該otsg帶有在該專(zhuān)利中叫做回路組件的裝置。duffy的’070專(zhuān)利中的那些回路組件各自包括位于hrsg內(nèi)部氣體流路內(nèi)的蛇形的熱交換管，其帶有u形玩彎曲部分和豎直定向的直線部分。

授予wittchow等人的美國(guó)專(zhuān)利no.6,189,491(“wittchow的’491專(zhuān)利”)也公開(kāi)了一種具有otsg的hrsg，該otsg在hrsg氣體流路內(nèi)帶有豎直設(shè)置的蒸汽發(fā)生器管。授予berndt等人的美國(guó)專(zhuān)利no.8,959,917(“berndt的’917專(zhuān)利”)公開(kāi)了一種使用otsg的hrsg，而公開(kāi)號(hào)us2013/0180228a1的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)zhang公開(kāi)了一種帶有超臨界蒸發(fā)器設(shè)備的hrsg(“zhang的‘228申請(qǐng)”)。所述duffy的‘070專(zhuān)利、wittchow的‘491專(zhuān)利、berndt的‘917專(zhuān)利和zhang的‘228申請(qǐng)包含于此，如同在這里充分闡述一樣。

本申請(qǐng)的圖1示出了系統(tǒng)的總體布局，該系統(tǒng)示出了與’206專(zhuān)利的圖3所示的hrsg類(lèi)似的hrsg的使用。本申請(qǐng)的圖1公開(kāi)了一種燃?xì)廨啓C(jī)g，其將熱廢氣排入hrsg中，hrsg從廢氣中提取熱量以產(chǎn)生蒸汽，從而對(duì)蒸汽輪機(jī)s供能。燃?xì)廨啓C(jī)g和蒸汽輪機(jī)s對(duì)能夠產(chǎn)生電能的發(fā)電機(jī)e供能。蒸汽輪機(jī)s將低溫低壓的蒸汽排入冷凝器cn中，蒸汽在那里冷凝成液態(tài)水。冷凝器cn與冷凝泵cp流動(dòng)連接，冷凝泵cp引導(dǎo)水回到hrsg，作為給水。

通常，熱交換器包括具有多個(gè)管子的盤(pán)管，這些管子通常豎直地定向且一個(gè)接一個(gè)地橫向穿過(guò)殼體的內(nèi)部布置。盤(pán)管也成行地布置，在本申請(qǐng)的圖2至圖7中箭頭所示的熱氣流的方向上一行接一行地布置。不管其盤(pán)管被設(shè)計(jì)為適應(yīng)何種階段，管子都包含水。管子的長(zhǎng)度可以大到約90’高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

如上所述，為了使循環(huán)效率最大化，hrsg通常包含多個(gè)壓力級(jí)的過(guò)熱蒸汽產(chǎn)生和蒸汽再熱。本發(fā)明將允許增加工作壓力范圍，以包括超臨界壓力下的蒸汽產(chǎn)生。由于(對(duì)于設(shè)定工作流體而言)僅有一個(gè)壓力系統(tǒng)(名義上是高壓(hp)系統(tǒng))可在超臨界壓力下運(yùn)行，所以期望對(duì)其他壓力級(jí)(通常是中壓(ip)系統(tǒng)和低壓(lp)系統(tǒng))保持自然循環(huán)。可存在其他的壓力系統(tǒng)和命名。此發(fā)明內(nèi)容并不限制可使用的hrsg的類(lèi)型。

在接近水的臨界點(diǎn)的壓力下，飽和狀態(tài)下的水和蒸汽的密度差比其在更低壓力下的密度差小得多。在這種狀態(tài)下，在自然循環(huán)蒸發(fā)器中驅(qū)動(dòng)流動(dòng)的流體力學(xué)減小至需要另一種方法來(lái)對(duì)發(fā)電站發(fā)電需求最終產(chǎn)生流動(dòng)的點(diǎn)。在此情況中，實(shí)際上將hpevap作為直流蒸汽發(fā)生器(otsg)設(shè)計(jì)并操作，其中，如上所述，工作流體不通過(guò)加熱表面再循環(huán)，而是使其通過(guò)每個(gè)單獨(dú)的并行hpevap管道，然后離開(kāi)hpevap部段。如圖2所示的otsg代替自然循環(huán)hrsg中的典型的hpevap。雖然otsg在hrsg領(lǐng)域中是已知的，但是需要通過(guò)使用otsg來(lái)處理穩(wěn)定且機(jī)械上可接受的設(shè)計(jì)中的工況，從而產(chǎn)生亞臨界蒸汽和超臨界蒸汽。兩相流的分層、臨界熱通量和不穩(wěn)定性是otsg的設(shè)計(jì)師主要關(guān)心的問(wèn)題。在超臨界狀態(tài)中，工作流體作為單相流體離開(kāi)，并且，當(dāng)其通過(guò)hpevap的并行回路時(shí)被明顯地加熱。

在本公開(kāi)中，otsg配置為包括具有豎直管部段的一組單獨(dú)的蛇形管，并且，otsg朝向與豎直管部段流動(dòng)連接的頂部和底部彎曲。水可從hp節(jié)能器的出口經(jīng)由來(lái)自hp給水泵的壓力引入otsg管組的入口。然后，當(dāng)水移動(dòng)通過(guò)otsg盤(pán)管中的蛇形管時(shí)被加熱，從廢氣吸收熱量。在稍低于臨界點(diǎn)的壓力下，流體作為兩相蒸汽或稍微過(guò)熱的蒸汽離開(kāi)。在處于或高于臨界點(diǎn)的壓力下，流體離開(kāi)具有與溫度一致的特性的otsg。otsg在高質(zhì)量通量下操作。與其他hrsg一樣，離開(kāi)蒸發(fā)器盤(pán)管的超臨界水/蒸汽流體可在氣路上游的盤(pán)管部段中被進(jìn)一步加熱，從甚至更高溫度的氣體吸收熱量并進(jìn)一步增加溫度，以使蒸汽循環(huán)效率最大化。

通過(guò)包含蛇形管的各個(gè)管道之間的相互關(guān)聯(lián)，來(lái)提供可能存在于那些管道之間的壓力差的適應(yīng)，以幫助平衡壓力。這種均衡促進(jìn)了管路中的壓力穩(wěn)定性。相互關(guān)聯(lián)管道的構(gòu)造和位置利用自然力來(lái)在該過(guò)程中幫助使液體與蒸汽分離，以在各個(gè)蛇形管道部段的下u形彎曲部分下方促進(jìn)兩相分離。這有助于引導(dǎo)水進(jìn)入均衡管道，這促進(jìn)了流動(dòng)穩(wěn)定性。更特別地，本公開(kāi)優(yōu)選地提供在各個(gè)管道之間互相連接的集管(header)。集管優(yōu)選地位于蛇形管的與內(nèi)部廢氣流成橫向的下u形彎曲部分的底部下方。而且，本公開(kāi)優(yōu)選地包括限流裝置，其與各個(gè)蛇形管流動(dòng)連接，定位為改進(jìn)流動(dòng)分布和流動(dòng)穩(wěn)定性，并且優(yōu)選地朝向蛇形管的入口定位。而且，本公開(kāi)優(yōu)選地提供從蛇形管的排放。

附圖說(shuō)明

圖1是可使用本發(fā)明的具有hrsg的組合式循環(huán)動(dòng)力系統(tǒng)的總體示意圖；

圖2是帶有hrsg的實(shí)施例的剖視圖，并且示出了直流豎直管式超臨界蒸發(fā)器盤(pán)管；

圖3是本發(fā)明的第一實(shí)施例的剖視圖，示出了hrsg的底部和頂部的一部分，以代表性高寬比例示出；

圖4是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，示出了底部處的入口和奇數(shù)數(shù)量的管行；

圖5是以交錯(cuò)管間距布置的本發(fā)明的優(yōu)選第一實(shí)施例的平面圖，其中朝向左端的長(zhǎng)圓形框(123)指示一組單獨(dú)的管道管部段的一行豎直部段的端部；該圖下方的圖示以交替方式表明，黑色的圓形區(qū)域代表通過(guò)單獨(dú)管道的豎直管部段108的向上流動(dòng)，而“x”表示通過(guò)相鄰的豎直管部段108的向下流動(dòng)；

圖6是本發(fā)明的替代實(shí)施例的平面圖，示出了對(duì)于各個(gè)管道的直列式管間距布置，其中朝向左端的長(zhǎng)圓形框(123)指示一組單獨(dú)的管道管部段的一行豎直部段的端部；與圖5一樣，該圖下方的圖示以交替方式表明，黑色的圓形區(qū)域代表通過(guò)單獨(dú)管道90’的豎直管部段108’的向上流動(dòng)，而“x”表示通過(guò)相鄰的豎直管部段108’的向下流動(dòng)；

圖7是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其中，各個(gè)中間管道包含膨脹環(huán)，以解決不同的管膨脹問(wèn)題；

圖8是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，示出了位于頂部的替代入口和偶數(shù)數(shù)量的管行；

圖9是本發(fā)明的一個(gè)替代實(shí)施例，示出了逆流流動(dòng)和并流流動(dòng)的混合，其中入口集管朝向底部；以及

圖10是本發(fā)明的一個(gè)替代實(shí)施例，示出了逆流流動(dòng)和并流流動(dòng)的混合，其中入口集管朝向頂部。

具體實(shí)施方式

以下詳細(xì)描述通過(guò)示例以非限制性方式來(lái)說(shuō)明所要求保護(hù)的本發(fā)明。該描述清楚地使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠形成并使用本公開(kāi)，描述本公開(kāi)的幾個(gè)實(shí)施例、適應(yīng)性改變、變化、替代方式和用途，包括目前據(jù)信是執(zhí)行所要求保護(hù)的發(fā)明的最佳方式。另外，將理解，本公開(kāi)的應(yīng)用不限于在以下描述中闡述或在附圖中示出的部件的構(gòu)造和布置的細(xì)節(jié)。本公開(kāi)能夠是其他實(shí)施例，并且能夠以各種方式實(shí)踐或執(zhí)行。而且，將理解，本文使用的用語(yǔ)和術(shù)語(yǔ)是為了描述的目的，不應(yīng)將其認(rèn)為是限制性的。

對(duì)于以下描述，我們將超臨界水/蒸汽混合物和亞臨界水/蒸汽混合物叫做“流體”。這不應(yīng)推論出，亞臨界水和蒸汽的行為與超臨界水/蒸汽相同。

參考圖2，hrsg20具有殼體23，熱交換器位于殼體內(nèi)。熱廢氣，例如從燃?xì)廨啓C(jī)(例如圖1的燃?xì)廨啓C(jī)g)排出的熱廢氣，進(jìn)入殼體23并通過(guò)具有入口25和出口27的管道，例如在圖1和圖2中用箭頭指示的。在這種處理的過(guò)程中，該氣體通過(guò)熱交換器。

hrsg殼體23具有底部30、頂部32，以及從底部30向上延伸至頂部32的側(cè)壁。熱交換器位于殼體23內(nèi)。底部30和頂部32在側(cè)壁之間延伸，使得底部30、側(cè)壁和頂部32有助于形成hrsg殼體23的內(nèi)部管道，廢氣通過(guò)該內(nèi)部管道。

圖2示出了帶有示例性順續(xù)布置的熱交換器的hrsg殼體。在圖2中，在從左到右的縱向方向上，沿著示出廢氣流的箭頭的方向，是第一再熱器36，之后是第一高壓(hp)過(guò)熱器39，然后在其下游是第二hp過(guò)熱器42，之后是第二再熱器44。

為了使對(duì)“典型”水平氣流的破壞最小化，所公開(kāi)的豎直管直流hp蒸發(fā)器(otsg)47在圖2中示出為處于優(yōu)選位置。如此，其代替了hrsg中的自然循環(huán)hpevap。為了如正常供應(yīng)地保持hrsg的平衡，水平氣路是優(yōu)選的。

otsg47包括大盤(pán)管52，如圖3所示。盤(pán)管52包括裝配成方便運(yùn)輸?shù)拇笮〉哪K的各個(gè)蛇形管，并將進(jìn)一步描述。otsg47的下游可以是高壓(hp)節(jié)能器系統(tǒng)56，在其下游是中壓(ip)系統(tǒng)59，然后其之后可以是低壓(lp)系統(tǒng)61。其下游可以是給水加熱器系統(tǒng)63(例如在’206專(zhuān)利中所討論和公開(kāi)的)。

盤(pán)管52從其懸掛在鋼架中的頂部結(jié)構(gòu)42支撐，該鋼架在圖3中部分地示出為頂梁65和底梁67。通過(guò)通常在hrsg中發(fā)現(xiàn)的且在圖2中部分地示出為頂部32和底部30的絕緣殼體和襯套系統(tǒng)，在鋼架內(nèi)包含廢氣。

現(xiàn)在從圖2的描述轉(zhuǎn)到otsg47及其盤(pán)管52的更詳細(xì)的討論，盤(pán)管52包括多個(gè)單獨(dú)的熱交換管道，示出為管子90。圖3示出了管子90的子組70，其中為了示出目的，減少了各個(gè)管道的數(shù)量。圖4示出了子組70的甚至更詳細(xì)的正視圖。

參考圖4，一般，otsg47具有入口集管75，其可以是可從入口管道78接收流體的管道，入口管道連接到hp節(jié)能器56(圖2所示)的出口。otsg47還具有出口集管82，其與出口管道86流體流動(dòng)連接。管道86可導(dǎo)致與外部分離器88的入口87的流體流動(dòng)連接，外部分離器的出口89可導(dǎo)致與hp過(guò)熱器44(圖2所示)的入口的流動(dòng)連接。

位于入口集管75與出口集管82之間的是一組單獨(dú)的熱交換管道90。圖4的正視圖示出了一個(gè)這樣的管道90。圖5的俯視平面圖示出了，管道子組70包括多個(gè)這樣的在圖4的正視圖中示出的單獨(dú)管道90。

每個(gè)單獨(dú)的管道90可以是具有入口端94和出口端98的管子。入口集管75和出口集管82優(yōu)選地是與廢氣流垂直地布置的圓柱體，沿著其長(zhǎng)度具有開(kāi)口，管子90的入口端94和出口端98分別固定至所述開(kāi)口，例如通過(guò)焊接。

如圖4所示，從入口管道端94，管道90可優(yōu)選地包括限流裝置100，流體流過(guò)該限流裝置。與限流裝置100相關(guān)聯(lián)的壓力降改進(jìn)了流動(dòng)分布和流動(dòng)穩(wěn)定性。從限流裝置100，管道90通常延伸成蛇形管部段104(圖4和圖5)。蛇形管部段104通常包括一系列的豎直管部段108，其包括中間部分109。如本領(lǐng)域已知的，那些豎直部段108可包括部分111和部分113，部分111具有熱交換翅片(在圖4中放大地示出該部分111)，部分113沒(méi)有翅片。翅片部分111示出為與中間部分109重疊。

管道90還具有一系列的非直線部段，其是弧形的或彎曲的，例如示出為多個(gè)上u形彎曲部段115和下u形彎曲部段120。在圖4中，管道90的第一個(gè)豎直部段108標(biāo)示為121。限流裝置100包含在第一部段121的流路中，優(yōu)選地在流動(dòng)進(jìn)入部段121的中間部分109之前。

因此，在優(yōu)選實(shí)施例中，單獨(dú)管道90內(nèi)的流動(dòng)包括通過(guò)豎直管部段108到達(dá)上u形彎曲部段115的向上流動(dòng)，然后是隨后的通過(guò)相鄰的豎直管部段108到達(dá)下u形彎曲部段120的向下流動(dòng)。在一系列豎直管部段108中的最后一個(gè)處，流體向上流過(guò)管道出口端98進(jìn)入出口集管82。因此，通過(guò)管道90的流動(dòng)是交替的向上和向下流路的連續(xù)回路，直到通過(guò)出口端98的流動(dòng)到達(dá)出口集管82。

如在圖5的平面圖中看到的，在子組70中，許多單獨(dú)的管道90與內(nèi)部縱向廢氣流路大致對(duì)齊地并行布置。豎直管部段108在與縱向廢氣流路大致垂直的橫向平面中對(duì)齊，以組成管部段108的“行”123。因此，行123布置為與熱廢氣的流路垂直。圖5示出了通過(guò)位于圖5底部處的示例性管道90的向上流體流動(dòng)和向下流動(dòng)的方向。如在圖5的描述中指出的，黑色的圓形區(qū)域表明通過(guò)豎直管部段108的向上流動(dòng)，而“x”示出了通過(guò)管部段108的向下流體流動(dòng)。

在圖5的優(yōu)選實(shí)施例中，圖4中示出的豎直管部段108以交錯(cuò)方式布置，其中，管行123中的每個(gè)管部段108定位在上游和/或下游管行的橫向間隔的中點(diǎn)處。因此，管部段108在廢氣流路中沿縱向方向以交替偏置圖案交錯(cuò)。在此布置中，縱向地位于相鄰豎直部段下游的豎直部段以交替圖案與其縱向地偏置，使得豎直部段不縱向?qū)R。在圖5的特定實(shí)施例中，第一組豎直部段108彼此縱向?qū)R，并且第二組豎直部段108彼此縱向?qū)R，使得第一組和第二組本身相對(duì)于彼此縱向地偏置。這種偏置和交錯(cuò)布置在本領(lǐng)域中叫做“交錯(cuò)間距”。

圖6示出了蛇形布置的替代實(shí)施例，其中，豎直管部段108’以直列式間距布置，使得每個(gè)單獨(dú)管道90’中的管部段108’、上u形彎曲部分115’和下u形彎曲部分120’從每個(gè)管道90’的前部向后部縱向地對(duì)齊。這種對(duì)齊在本領(lǐng)域中叫做“直列式間距”。

參考圖4，限流裝置100本質(zhì)上可以是孔或收縮管?；谒璧膲毫岛土魉賮?lái)構(gòu)造孔的尺寸。裝置100優(yōu)選地放置在入口集管75下游的第一管行123的第一管部段121中，如圖4所示。限流裝置100的位置優(yōu)選地在入口集管75與第一管部段121的翅片部分111之間。與限流裝置相關(guān)聯(lián)的壓力降改進(jìn)了流動(dòng)分布和流動(dòng)穩(wěn)定性。

現(xiàn)在關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)向用于各個(gè)管道90之間的均衡的布置。朝向每個(gè)下u形彎曲部段120的底部的是中間均衡管道125。中間管道125可以是一段相對(duì)短的管道或管子，其上入口端朝向u形彎曲部段120的底部連接，優(yōu)選地在其中間連接。中間管道125允許流體從每個(gè)下u形彎曲部分120的底部中心流動(dòng)，流入集管130形式的均衡管道中。每個(gè)均衡集管130優(yōu)選地是與hrsg的廢氣流垂直定向的圓柱形管子，并在一個(gè)盤(pán)管52內(nèi)跨越一個(gè)管行123的寬度。中間管道125的出口端連接到集管均衡管道130，優(yōu)選地朝向其頂部。優(yōu)選地，中間管道125的出口端與集管管道130的連接通常直接位于中間管道125的入口端與其相應(yīng)的下u形彎曲部分120的連接處的下方。

如圖4所示，每個(gè)均衡集管130在其下側(cè)連接到待與其流體流動(dòng)連接的排水管133，例如管道。排水管133延伸穿過(guò)殼體底部30。波紋管膨脹接頭136與排水管133連接，以在操作過(guò)程中適應(yīng)管子的膨脹，同時(shí)將廢氣密封在底部30內(nèi)。排水管133可通過(guò)閥134打開(kāi)和關(guān)閉，例如通過(guò)示出的閘閥134、球閥或本領(lǐng)域已知的其他閥?？刹僮鏖y134，使得在otsg盤(pán)管52可能需要排空流體時(shí)的過(guò)程中，排水管133可將流體運(yùn)送至處理點(diǎn)。

排水旁路管道140(其可以是管道或管子)與期望的相鄰排水管133連接。旁路140允許相對(duì)少量的流動(dòng)在旁路140所連接的一對(duì)排水管133之間循環(huán)。通過(guò)排水管133內(nèi)的流體運(yùn)動(dòng)來(lái)刺激流體通過(guò)旁路140的運(yùn)動(dòng)，從而減少流體在分開(kāi)的排水管133內(nèi)的停滯，并在排水管133上產(chǎn)生冷卻效果。這種冷卻對(duì)于以下情況來(lái)說(shuō)是有利的：排水管133的工藝條件和冶金狀態(tài)要求在操作過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行冷卻。

系統(tǒng)流體力學(xué)和不同的單獨(dú)管道90的差異熱吸收會(huì)在各個(gè)管道90之間產(chǎn)生不穩(wěn)定和壓力差。這種壓力差導(dǎo)致發(fā)生通過(guò)均衡中間管道125和均衡集管130的流動(dòng)，以使那些壓力差平衡。這種壓力平衡對(duì)通過(guò)管道90的流動(dòng)具有穩(wěn)定效果。

當(dāng)流體向下流過(guò)豎直管部段108進(jìn)入每個(gè)下u形彎曲部段120時(shí)，由于流體轉(zhuǎn)到下u形彎曲部段120中，流體受到流體的重力和離心力。離心力和重力迫使水(其具有比蒸汽更高的密度)到達(dá)u形彎曲部段120的拱背的內(nèi)表面。特別是在兩相流的情況中，希望僅重新分布水流通過(guò)均衡集管130。通過(guò)每個(gè)管行123的流體的高質(zhì)量通量加上下u形彎曲部段120中的更高密度的流體上的力，確保均衡中間管道125和均衡集管130中在亞臨界操作的過(guò)程中僅存在水。

形成各個(gè)管道90的管道的內(nèi)徑根據(jù)特定設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)而定，例如可以是約0.5”(英寸)至約2”。u形彎曲部分120的彎弧的形狀優(yōu)選地是大致半圓形形狀。u形彎曲部分120的彎曲中心線半徑可以是例如中心線管道直徑的約1.5倍至約3.0倍。各個(gè)管道90的壁厚可以基于材料類(lèi)型、直徑、操作溫度和壓力。

均衡中間管道125優(yōu)選地是具有約0.25”至約1.0”范圍內(nèi)的公稱直徑的管道。均衡管道125的內(nèi)徑優(yōu)選地小于各個(gè)管道90的內(nèi)徑。與通過(guò)下u形彎曲部段120的流動(dòng)的量相比，均衡中間管道125相對(duì)于其相應(yīng)各個(gè)管子的內(nèi)徑具有更小的內(nèi)徑，便于僅相對(duì)少量的流動(dòng)通過(guò)中間均衡管道，以對(duì)均衡集管130加壓。在亞臨界操作中，通過(guò)中間管道125的流動(dòng)將包括液態(tài)水，這促進(jìn)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在優(yōu)選實(shí)施例中，均衡管道125的內(nèi)徑明顯小于其相應(yīng)各個(gè)管道90的內(nèi)徑。在優(yōu)選實(shí)施例中，均衡管道125的內(nèi)徑與其相應(yīng)各個(gè)管道90的內(nèi)徑的比值是約1/3至約1/2。

排水管133優(yōu)選地是具有約1.5”至約2”的公稱直徑的管道。波紋管膨脹接頭140與排水管133一起使用，以在操作過(guò)程中吸收膨脹，同時(shí)將廢氣密封在底部30內(nèi)。在管子90可能需要排空流體時(shí)的過(guò)程中，排水管133將流體運(yùn)送至處理點(diǎn)。排水旁路144連接相鄰的排水管133，并且，對(duì)于排水管133的工藝條件和冶金狀態(tài)要求在操作過(guò)程中對(duì)其進(jìn)行冷卻的情況，允許少量的流動(dòng)循環(huán)通過(guò)排水管133。

圖7描繪了這樣一個(gè)實(shí)施例，其中，每個(gè)均衡中間管道125”形成為膨脹環(huán)形狀的或弓形的部段127”。期望這種類(lèi)型的盤(pán)管由于熱輸入的外部變化而在同一管行123中的相鄰豎直管部段108之間具有溫度變化。溫度的較大變化會(huì)在各個(gè)管道90、中間管道125和集管130之間的連接處中引起應(yīng)力。均衡集管130有效地錨固下u形彎曲部段120，并限制相鄰的單獨(dú)管道90中的差異生長(zhǎng)。部段127”的環(huán)狀或弓形構(gòu)造允許其在膨脹和收縮過(guò)程中屈曲，使得直接連接到中間管道125”的每對(duì)豎直管部段108”可獨(dú)立于其管行123”中的其他相鄰豎直管部段108”移動(dòng)。在圖7中，膨脹環(huán)部段127”可包括多種構(gòu)造，包括例如“c”、“v”、“u”或“l(fā)”形狀，并可具有不在同一平面中的豎直部段和水平部段。這種構(gòu)造可允許每個(gè)豎直管部段108-108”’的獨(dú)立生長(zhǎng)或收縮。取決于流體流的熱-機(jī)械分析、幾何形狀和所使用的材料，相鄰管道90中的溫度變化量將決定是否采用圖7的實(shí)施例。膨脹環(huán)形狀的構(gòu)造127”在操作過(guò)程中屈曲和彎曲，從而在調(diào)節(jié)可能存在于不同的單獨(dú)管道90”之間的溫度變化時(shí)提供靈活性，從而減少并避免由于蠕變應(yīng)力和疲勞應(yīng)力引起的損壞或故障。

圖8描繪了替代實(shí)施例，其中，入口集管75”’定位為朝向盤(pán)管52”’的頂部。流體以與之前所描述的相同的方式移動(dòng)通過(guò)盤(pán)管52”’的蛇形部分，但是第一行123”’以向下方向的流體流開(kāi)始。在圖8的實(shí)施例中，限流裝置100”’位于入口集管75”’下方且位于第一豎直部段121”’的中間部分109”’上方。

優(yōu)選地，整個(gè)蛇形流體流路與廢氣逆流地流動(dòng)。替代地，該構(gòu)造可以是與廢氣并流流動(dòng)的蛇形流路。在這種逆流的情況中，入口集管75、75’、75”和75”’與出口集管82、82’、82”和82”’的位置彼此切換。第一豎直管部段121、121’、121”或121”’的位置，并不是距hrsg入口極右的或最遠(yuǎn)離的位置，將位于豎直管部段的更靠近hrsg入口25的最遠(yuǎn)上游處。入口集管75、75’、75”或75”’的重新定位可以在這種對(duì)應(yīng)重新定位的第一豎直部段121、121’、121”或121”’的上方或下方。還可存在具有并流部段和逆流部段的混合流動(dòng)實(shí)施例。

替代地，在同一蛇形流路中可存在逆流流動(dòng)和并流流動(dòng)的混合。圖9和圖10示出了以這種混合流動(dòng)為特征的兩個(gè)替代實(shí)施例。不管入口集管的位置處于流路的底部還是頂部，這種混合都會(huì)出現(xiàn)。圖9示出了處于流路底部的入口集管75””，而圖10示出了處于流路頂部的入口集管75””’。作為一般示例性的描述，前三個(gè)或四個(gè)管行113””(圖9)或113””’(圖10)可在改變分別通過(guò)返回部段150””(圖9)或150””’(圖10)的方向之前與內(nèi)部廢氣流并流地流動(dòng)，以與該流路逆流地流動(dòng)。分別通過(guò)各個(gè)管道90””或90””’的流動(dòng)分別終止于出口集管82””或82””’。這種混合流路的好處包括在并流流路中在亞臨界狀態(tài)下更有效的相變，然后改變至逆流流動(dòng)，以根據(jù)需要完成流體的加熱。

管行123”’的數(shù)量以及入口78”’和出口86”’的相對(duì)位置，根據(jù)廢氣狀態(tài)和加熱流體所需的加熱表面的大小而定。本發(fā)明不限于圖中描繪的管行123的數(shù)量或者入口78和出口86的相對(duì)位置。本發(fā)明既不限于橫向方向上的各個(gè)管道或蛇形部段的數(shù)量，也不限于這些蛇形管可形成的且位于hrsg廢氣路徑中的盤(pán)管52的數(shù)量。

在操作中，為了實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和低負(fù)載操作，系統(tǒng)可在亞臨界狀態(tài)下操作。在所有操作模式期間，進(jìn)入入口集管75的流動(dòng)被低溫冷卻，使得入口水溫低于飽和溫度。該系統(tǒng)被設(shè)計(jì)為，通過(guò)使用節(jié)能器-入口接近溫度控制來(lái)保持此需求。為了避免重力控制的流態(tài)，期望采用最小的管質(zhì)量通量。該流動(dòng)優(yōu)選地是至少約400kg/ms²。在某些具體設(shè)計(jì)和/或操作模式中，較低的質(zhì)量通量可能是可接受的。在啟動(dòng)和低負(fù)載狀態(tài)期間的流動(dòng)穩(wěn)定性是特別重要的，并優(yōu)選地應(yīng)保持高于約400kg/ms²。如所指出的，包含限流裝置和壓力均衡集管可用來(lái)使流動(dòng)穩(wěn)定并減小盤(pán)管中的局部溫度和壓力差。

為了在亞臨界操作中實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)和低負(fù)載，帶有otsg(例如圖2的otsg47)的hrsg可設(shè)置在流動(dòng)控制模式。出口蒸汽/水混合物可在外部分離器中分離，例如圖2的外部分離器88，其中，水可再循環(huán)至例如工廠冷凝器，或再循環(huán)至系統(tǒng)中的另一點(diǎn)，例如，大氣排污罐、節(jié)能器連接處、專(zhuān)用閃蒸罐，或諸如本領(lǐng)域中已知的其他位置。一旦可對(duì)otsg47提供足夠的熱量以產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽，優(yōu)選地流動(dòng)控制改變?yōu)榛谡羝隹跍囟群推渌麉?shù)。然后，可將壓力增大到超臨界操作。

在不背離本公開(kāi)范圍的情況下，可在以上構(gòu)造中進(jìn)行改變。目的是，包含在以上描述中或在附圖中示出的所有內(nèi)容都應(yīng)解釋為是說(shuō)明性的而不是限制性意義上的。