ПАРОГЕНЕРАТОР Российский патент 2007 года по МПК F22B1/18 

Изобретение относится к парогенератору, в котором в канале топочного газа, обтекаемом приблизительно в горизонтальном направлении топочного газа, расположена испарительная прямоточная поверхность нагрева, которая содержит некоторое количество парогенераторных труб, включенных параллельно для протекания текучей среды, и которая рассчитана таким образом, что более сильно нагреваемая парогенераторная труба по сравнению с дальнейшей парогенераторной трубой той же самой испарительной прямоточной поверхности нагрева имеет по сравнению с дальнейшей парогенераторной трубой более высокий расход текучей среды.

В газо- и паротурбинной установке тепло, содержащееся в расширенной рабочей среде или топочном газе из газовой турбины, используют для производства пара для паровой турбины. Теплопередача происходит в подключенном после газовой турбины котле-утилизаторе, в котором обычно расположено некоторое количество поверхностей нагрева для подогрева воды, для испарения воды и для перегрева пара. Поверхности нагрева включены в пароводяной контур паровой турбины. Пароводяной контур обычно содержит несколько, например три, ступеней давления, причем каждая ступень давления может иметь испарительную поверхность нагрева.

Для парогенератора, включенного на стороне топочного газа после газовой турбины в качестве котла-утилизатора, принимаются во внимание многие альтернативные системы расчета, а именно расчет в виде прямоточного парогенератора или расчет в виде парогенератора с многократной принудительной циркуляцией. В случае прямоточного парогенератора нагрев парогенераторных труб, предусмотренных в качестве испарительных труб, приводит к испарению текучей среды в парогенераторных трубах за одноразовый проход. В противоположность этому в парогенераторе с естественной или принудительной циркуляцией вода, направляемая в контуре, испаряется при прохождении через испарительные трубы только частично. Не испарившуюся при этом воду после отделения полученного пара подводят снова для дальнейшего испарения к тем же самым испарительным трубам.

В противоположность парогенератору с естественной или принудительной циркуляцией прямоточный парогенератор не подлежит никакому ограничению давления, так что возможными являются давления свежего пара значительно выше, чем критическое давление воды (Р_Кри≈221 бар), - где имеются только еще малые различия в плотности между средой, подобной жидкости, и средой, подобной пару. Высокое давление свежего пара способствует высокому термическому коэффициенту полезного действия и тем самым низким выбросам СО₂ электростанции, работающей на ископаемом топливе. Кроме того, прямоточный парогенератор по сравнению с парогенератором с принудительной циркуляцией имеет более простую конструкцию и тем самым может изготавливаться с особенно низкими затратами. Применение парогенератора, рассчитанного по принципу прямотока, в качестве котла-утилизатора газо- и паротурбинной установки поэтому является особенно выгодным для достижения высокого общего коэффициента полезного действия газо- и паротурбинной установки при простой конструкции.

Особенные преимущества относительно затрат на изготовление, а также относительно необходимых работ по техническому обслуживанию предоставляет котел-утилизатор в горизонтальной конструкции, в котором обогревающая среда или топочный газ, то есть отходящий газ из газовой турбины, проходит через парогенератор в приблизительно горизонтальном направлении течения. В случае прямоточного парогенератора в горизонтальной конструкции, однако, парогенераторные трубы одной поверхности нагрева в зависимости от их позиционирования могут быть подвержены сильно отличающемуся нагреву. В частности, в случае парогенераторных труб, соединенных на стороне выхода с общим коллектором, различный нагрев отдельных парогенераторных труб может приводить к сведению потоков пара с сильно отличными друг от друга параметрами пара и тем самым к нежелательным потерям коэффициента полезного действия, в частности, к сравнительно уменьшенной эффективности соответствующей поверхности нагрева и за счет этого к пониженному производству пара. Различный нагрев соседних парогенераторных труб может к тому же, в частности, во входной области коллекторов приводить к повреждениям на парогенераторных трубах или коллекторе. Само по себе желательное применение прямоточного парогенератора, выполненного в горизонтальной конструкции, в качестве котла-утилизатора для газовой турбины может тем самым повлечь за собой значительные проблемы относительно достаточно стабилизированного направления потока.

Из ЕР 0944801 В1 известен парогенератор, который является пригодным для расчета в горизонтальной конструкции и имеет, кроме того, названные преимущества прямоточного парогенератора. Для этого известный парогенератор относительно своей испарительной прямоточной поверхности нагрева рассчитан таким образом, что избыточно нагретая по сравнению с дальнейшей парогенераторной трубой парогенераторная труба той же самой испарительной прямоточной поверхности нагрева имеет по сравнению с дальнейшей парогенераторной трубой более высокий расход текучей среды. Испарительная прямоточная поверхность нагрева известного парогенератора тем самым по виду характеристики потока испарительной поверхности нагрева с естественной циркуляцией (характеристика естественной циркуляции) при появляющемся различном нагреве отдельных парогенераторных труб проявляет самостабилизирующее поведение, которое без необходимости внешнего воздействия приводит к выравниванию температур на стороне выхода также на различно нагретых парогенераторных трубах, включенных параллельно на стороне текучей среды. Известный парогенератор, однако, является сравнительно сложным в конструктивном отношении, в частности, в отношении распределения текучей среды на стороне воды и/или пара.

В основе изобретения лежит поэтому задача указать парогенератор вышеназванного вида, который может быть изготовлен с особенно малыми затратами и который имеет особенно высокую механическую стабильность также при различной термической нагрузке.

Эта задача решается, согласно изобретению, в парогенераторе (1), в котором в протекаемом в приблизительно горизонтальном направлении топочного газа (х) канале топочного газа (6) расположена испарительная прямоточная поверхность нагрева (8), которая содержит некоторое количество парогенераторных труб (12), включенных параллельно для протекания текучей среды (W), и которая рассчитана таким образом, что перегретая по сравнению с другой парогенераторной трубой (12) той же самой испарительной прямоточной поверхности нагрева (8) парогенераторная труба (12) имеет по сравнению с другой парогенераторной трубой (12) более высокий расход текучей среды (W). Одна или каждая парогенераторная труба (12) соответственно содержит соответственно расположенный приблизительно вертикально, обтекаемый текучей средой (W) в восходящем направлении подъемный отрезок трубы (24), включенный после него на стороне текучей среды, расположенный приблизительно вертикально и обтекаемый текучей средой (W) в нисходящем направлении опускной отрезок трубы (26) и включенный за последним на стороне текучей среды, расположенный приблизительно вертикально и обтекаемый текучей средой (W) в восходящем направлении следующий подъемный отрезок трубы (28), при этом следующий подъемный отрезок трубы (28) соответствующей парогенераторной трубы (12) расположен в канале топочного газа (6) при рассмотрении в направлении топочного газа (х) между приданным ему подъемным отрезком трубы (24) и приданным ему опускным отрезком трубы (26). При этом подъемный отрезок трубы (24) одной или каждой парогенераторной трубы (12) соединен с приданным ему опускным отрезком трубы (26) и опускной отрезок трубы (26) с приданным ему следующим подъемным отрезком трубы (28) соответственно на стороне текучей среды через перепускной отрезок (30).

Соответствующие перепускные отрезки трубы (30) могут быть расположены внутри канала топочного газа (6).

Следующие подъемные отрезки труб (28) и опускные отрезки труб (26) множества парогенераторных труб (12) могут быть позиционированы относительно друг друга в канале топочного газа (6) таким образом, что лежащему сравнительно далеко сзади при рассмотрении в направлении топочного газа (х) следующему подъемному отрезку трубы (28) придан в соответствие опускной отрезок трубы (26), лежащий при рассмотрении в направлении топочного газа (х) сравнительно далеко впереди.

Множество парогенераторных труб (12) соответственно содержит множество включенных переменно друг за другом на стороне текучей среды подъемных отрезков труб (24), опускных отрезков труб (26) и следующих подъемных отрезков труб (28).

На стороне топочного газа может быть включена газовая турбина. Изобретение исходит при этом из рассуждения, что в парогенераторе, изготавливаемом с особенно малыми монтажными и производственными затратами, для особенно стабильного и особенно нечувствительного к различиям в термической нагрузке поведения в эксплуатации, принцип расчета характеристики естественной циркуляции для прямоточной поверхности нагрева, примененный в известном парогенераторе, последовательно должен бы быть усовершенствован и еще больше улучшен для испарительной прямоточной поверхности нагрева. Испарительная прямоточная поверхность нагрева должна бы при этом быть рассчитана на нагрузку со сравнительно малой плотностью массопотока со сравнительно малой потерей давления на трение.

Особенно простая и тем самым также надежная конструкция является при этом достижимой за счет того, что поверхность нагрева выполнена особенно просто, в частности, относительно сбора и распределения текучей среды. При этом поверхность нагрева выполнена подходящей для осуществления всех частей процесса полного испарения, то есть подогрева, испарения и, по крайней мере, частично перегрева, в только одной единственной ступени, то есть без включенных промежуточно компонентов для сбора и/или распределения текучей среды. Дополнительные поверхности нагрева, в общем, предусмотрены для подогрева питательной воды или для дальнейшего перегрева. Для того чтобы при этом, с одной стороны, вообще можно было полностью выполнить все названные части процесса в соответствующей парогенераторной трубе и, с другой стороны, сделать возможными достаточную гибкость при согласовании парогенераторных труб с требованиями этих частей процесса и способ в канале топочного газа, каждая парогенераторная труба содержит три сегмента, включенных друг за другом на стороне текучей среды.

Чтобы, кроме того, способствовать при таком расчете желаемой характеристике естественной циркуляции потока, предусмотрено секционирование парогенераторных труб испарительной прямоточной поверхности нагрева соответственно на, по крайней мере, три сегмента (параллельных труб), причем первый сегмент содержит все подъемные отрезки труб и обтекается в восходящем направлении. Соответственно второй сегмент содержит все опускные отрезки трубы и обтекается в нисходящем направлении так, что поток поддерживается автоматически за счет собственного веса текучей среды. При этом опускные отрезки трубы, образующие второй сегмент каждой парогенераторной трубы, расположены в канале топочного газа при рассмотрении в направлении топочного газа соответственно после приданных им подъемных отрезков трубы. Третий сегмент содержит все дальнейшие подъемные отрезки трубы и обтекается снизу вверх в восходящем направлении.

В особенно предпочтительной форме выполнения сегменты парогенераторной трубы или каждой парогенераторной трубы в канале топочного газа позиционированы таким образом, что потребность нагрева каждого сегмента - в частности, в связи с соответственно предусмотренной там ступенью в процессе испарения - согласована в особенной степени с местным предложением тепла в канале топочного газа. Для этого подъемные отрезки трубы, образующие третий сегмент каждой парогенераторной трубы, целесообразно расположены в канале топочного газа при рассмотрении в направлении топочного газа соответственно между приданными им подъемными отрезками трубы первого и опускными отрезками трубы второго сегмента. Другими словами: целесообразно парогенераторные трубы пространственно позиционированы в канале топочного газа таким образом, что при рассмотрении в направлении текучей среды первый сегмент или подъемный отрезок трубы на стороне топочного газа расположен вверх по течению от третьего при рассмотрении со стороны текучей среды сегмента или следующего подъемного отрезка трубы, а второй при рассмотрении со стороны текучей среды сегмент или опускной отрезок трубы расположен на стороне топочного газа вниз по течению от третьего при рассмотрении на стороне текучей среды сегмента или следующего подъемного отрезка трубы.

При подобном расположении тем самым соответственно первый подъемный отрезок трубы, который служит для частичного подогрева и в большей части уже для испарения текучей среды, подвержен сравнительно сильному нагреву топочным газом в "горячей области дымового газа". За счет этого обеспечено, что во всей области нагрузки из соответствующего первого подъемного отрезка трубы текучая среда выходит со сравнительно высоким содержанием пара. Это приводит при последующем вводе в подключенный отрезок опускной трубы к тому, что в опускном отрезке трубы последовательно избегается невыгодный для стабильности потока подъем пузырей пара против направления течения текучей среды. За счет расположения опускного отрезка трубы в сравнительно холодной области дымового газа и расположения второго подъемного отрезка трубы между первым подъемным отрезком трубы и опускным отрезком трубы, то есть на стороне дымового газа перед опускным отрезком трубы, таким образом, при высокой эксплуатационной надежности достигается в целом особенно высокий коэффициент полезного действия поверхности нагрева, причем первый подъемный отрезок трубы выполняет функцию предварительного испарителя (кипящего экономайзера).

Особенно простая конструкция испарительной прямоточной поверхности нагрева, с одной стороны, а также особенно малая механическая нагрузка испарительной прямоточной поверхности нагрева также при различной термической нагрузке, с другой стороны, является достижимой за счет того, что в последующей или в альтернативной предпочтительной форме выполнения подъемный отрезок трубы одной или каждой парогенераторной трубы соединен с приданным ему опускным отрезком трубы, а также опускной отрезок трубы одной или каждой парогенераторной трубы соединен с приданным ему следующим подъемным отрезком трубы на стороне текучей среды соответственно через перепускной отрезок.

Подобное расположение является особенно пригодным для компенсации расширения при переменной термической нагрузке; поскольку перепускной отрезок, соединяющий подъемный отрезок трубы и опускной отрезок трубы или, соответственно, опускной отрезок трубы и следующий подъемный отрезок трубы, служит при этом в качестве дуги расширения, которая может без проблем компенсировать относительные изменения длины подъемного отрезка трубы и/или опускного отрезка трубы и/или следующего подъемного отрезка трубы. За счет перепускного отрезка тем самым имеет место поворот парогенераторных труб в верхней области первой испарительной ступени, представленной подъемными отрезками труб, с прямым продолжением и с новым поворотом в нижней области второй испарительной ступени, образованной опускными отрезками труб, а также поворот и дальнейшее прохождение парогенераторных труб в нижней области второй испарительной ступени в третью испарительную ступень, образованную следующими подъемными отрезками труб.

Перепускной отрезок или каждый перепускной отрезок предпочтительным образом проходит внутри канала топочного газа. Альтернативно, однако, перепускной отрезок может также проходить вне канала топочного газа, в частности, если по причинам возможно необходимого обезвоживания испарительной прямоточной поверхности нагрева к перепускному отрезку должен быть подключен дренажный коллектор.

Парогенераторные трубы могут быть объединены внутри канала топочного газа в трубные ряды, каждый из которых содержит некоторое количество парогенераторных труб, расположенных перпендикулярно к направлению топочного газа рядом друг с другом. При подобной форме выполнения парогенераторные трубы предпочтительном образом проложены так, что образующим наиболее сильно нагреваемый трубный ряд подъемным отрезкам труб, то есть при рассмотрении в направлении топочного газа первому трубному ряду придан в соответствие наиболее слабо нагреваемый или при рассмотрении в направлении топочного газа - последний трубный ряд опускных отрезков труб. Кроме того, целесообразным образом опускные отрезки труб и подъемные отрезки труб множества парогенераторных труб позиционированы относительно друг друга в канале топочного газа таким образом, что лежащему сравнительно далеко сзади при рассмотрении в направлении топочного газа опускному отрезку трубы придан лежащий сравнительно далеко впереди при рассмотрении в направлении топочного газа следующий подъемный отрезок трубы.

За счет такого расположения сравнительно сильно нагретые следующие подъемные отрезки трубы снабжаются сравнительно слабо подогретой текучей средой, вытекающей из опускных отрезков трубы.

Для обеспечения желательной для стерильного обтекания труб характеристики естественной циркуляции соответствующая парогенераторная труба предпочтительно выполнена таким образом, что она содержит только один подъемный отрезок трубы, а также только один опускной отрезок трубы, включенный после него на стороне текучей среды, а также включенный после него на стороне текучей среды следующий подъемный отрезок трубы.

Целесообразным образом парогенератор используют в качестве котла-утилизатора газо- и паротурбинной установки. При этом парогенератор предпочтительным образом подключен к газовой турбине на стороне топочного газа. При этом включении после газовой турбины может быть целесообразно расположена дополнительная топочная камера для повышения температуры топочного газа.

Достигнутые изобретением преимущества состоят, в частности, в том, что за счет трехступенчатого выполнения парогенераторных труб с обтекаемым в восходящем направлении подъемным отрезком трубы, обтекаемым в нисходящем направлении опускным отрезком трубы и с включенным после него на стороне текучей среды, обтекаемым в восходящем направлении дальнейшим подъемным отрезком трубы является особенно простым образом достижимым полное выполнение испарения, то есть частично предварительный нагрев, испарение и частично перегревание в только одной степени и особенно простое конструктивное выполнение без промежуточного включения компонентов для сбора или распределения. При этом, например, является возможным выполнение без водоотделителя, причем при вводе в действие может избегаться или поддерживаться малым нежелательный выброс воды в перегреватель за счет того, что к началу процесса ввода в действие только первый подъемный отрезок трубы заполняется водой, которая после начала процесса ввода в действие полностью или в достаточно высокой степени испаряется при прохождении через последующие отрезки труб.

Дело в том, что обтекаемые в нисходящем направлении нагретые испарительные системы обычно приводят к нестабильностям потока, с которыми нельзя мириться как раз при использовании в испарителях с принудительной циркуляцией. При обтекании со сравнительно низкой плотностью массопотока за счет сравнительно малой потери давления на трение может, однако, надежным образом достигаться характеристика естественной циркуляции парогенераторной трубы, которая при избыточном нагреве парогенераторной трубы по сравнению с другой парогенераторной трубой приводит к сравнительно более высокому расходу текучей среды в перегретой парогенераторной трубе. Эта характеристика естественной циркуляции гарантирует достаточно стабильное и надежное обтекание парогенераторных труб также при применении сегментов, обтекаемых сверху вниз.

Подобная характеристика является к тому же достижимой с особенно малыми строительными и монтажными затратами за счет того, что опускной отрезок трубы включен после соответственно приданного ему подъемного отрезка трубы или, соответственно, следующий подъемный отрезок трубы включен после соответственно приданного ему опускного отрезка трубы непосредственно и без промежуточного включения сложной коллекторной или распределительной системы. Парогенератор имеет, таким образом, при особенно стабильном поведении потока сравнительно малую сложность установки. Кроме того, как подъемный отрезок трубы, так опускной отрезок трубы и включенный после него следующий подъемный отрезок трубы каждой парогенераторной трубы могут быть закреплены соответственно в подвесной конструкции в области перекрытия корпуса канала топочного газа, причем в нижней области соответственно допускается свободное продольное удлинение. Подобные, обусловленные термическими эффектами продольные удлинения, компенсируются к тому же за счет перепускного отрезка, соединяющего соответствующий опускной отрезок трубы с подъемным отрезком трубы или, соответственно, следующий подъемный отрезок трубы с опускным отрезком трубы так, что вследствие термических эффектов не возникают никакие натяжения.

Примеры выполнения изобретения поясняются более подробно с помощью чертежа, который показывает в упрощенном представлении парогенератор горизонтального вида конструкции в продольном сечении.

Парогенератор 1 согласно чертежу подключен по типу котла-утилизатора на стороне отходящего газа после не представленной более подробно на чертеже газовой турбины. Парогенератор 1 содержит ограждающую стенку 2, которая образует канал топочного газа 6 для отходящего газа из газовой турбины, обтекаемый примерно в горизонтальном, обозначенном стрелкой 4 направлении топочного газа х. В канале топочного газа 6 расположено соответственно некоторое количество сконструированных по прямоточному принципу поверхностей нагрева, обозначенных также как испарительные прямоточные поверхности нагрева 8, которые предусмотрены для испарения текучей среды. В примере выполнения согласно чертежу показана только одна испарительная прямоточная поверхность нагрева 8, однако может быть предусмотрено также большее количество испарительных прямоточных поверхностей нагрева.

Образованная из испарительных прямоточных поверхностей нагрева 8 испарительная система является нагружаемой текучей средой W, которая испаряется при одноразовом проходе через испарительную прямоточную поверхность нагрева 8 и после выхода из испарительной прямоточной поверхности нагрева 8 отводится в виде уже перегретого пара D и только при необходимости подводится для дальнейшего перегрева к поверхностям нагрева пароперегревателя. Образованная из испарительной прямоточной поверхности нагрева 8 испарительная система включена в не представленный более подробно пароводяной контур паровой турбины. Дополнительно к испарительной системе в пароводяной контур паровой турбины включено некоторое количество дальнейших, схематически показанных на чертеже поверхностей нагрева 10. В случае поверхностей нагрева 10 может идти речь, например, о перегревателях, испарителях среднего давления, испарителях низкого давления и/или о подогревателях.

Испарительная прямоточная поверхность нагрева 8 парогенератора 1, согласно чертежу, содержит по типу пучка труб множество парогенераторных труб 12, параллельно включенных для протекания текучей среды W. При этом соответственно множество парогенераторных труб 12 расположены рядом друг с другом при рассмотрении в направлении топочного газа х. При этом видимой является соответственно только одна из расположенных таким образом рядом друг с другом парогенераторных труб 12. Перед парогенераторными трубами 12, расположенными таким образом рядом друг с другом, на стороне текучей среды соответственно включен общий распределитель 16 и после них - общий выходной коллектор 18. При этом распределители 16 со своей стороны соединены на стороне входа с главным распределителем 20, причем выходные коллекторы 18 на стороне выхода подключены к общему главному коллектору 22.

Испарительная прямоточная поверхность нагрева 8 рассчитана так, что она является подходящей для питания парогенераторных труб 12 при сравнительно низкой плотности массопотока, причем парогенераторные трубы 12 имеют характеристику естественной циркуляции. В случае этой характеристики естественной циркуляции перегретая по сравнению с другой парогенераторной трубой 12 той же самой испарительной прямоточной поверхности нагрева 8 парогенераторная труба 12 имеет по сравнению с другой парогенераторной трубой 12 более высокий расход текучей среды W. Чтобы обеспечить это особенно простыми конструктивными средствами особенно надежным образом, испарительная прямоточная поверхность нагрева 8 содержит три сегмента, включенных последовательно на стороне текучей среды. В первом сегменте каждая парогенераторная труба 12 испарительной прямоточной поверхности нагрева 8 при этом содержит расположенный приблизительно вертикально, обтекаемый текучей средой W в восходящем направлении подъемный отрезок трубы 24. Во втором сегменте каждая парогенераторная труба 12 содержит подключенный на стороне текучей среды после подъемного отрезка трубы 24, расположенный приблизительно вертикально и обтекаемый текучей средой W в нисходящем направлении опускной отрезок трубы 26. В третьем сегменте каждая парогенераторная труба 12 содержит подключенный на стороне текучей среды после опускного отрезка трубы 26, приблизительно вертикально расположенный и обтекаемый текучей средой W в восходящем направлении следующий подъемный отрезок трубы 28.

При рассмотрении в направлении топочного газа х при этом сегмент, образованный следующими подъемными отрезками труб 28, расположен между сегментом, образованным первыми подъемными отрезками труб 24, и сегментом, образованным опускными отрезками труб 26. За счет этого обеспечена конструкция, согласованная в особенной степени с потребностями при нагреве текучей среды и с условиями нагрева в канале топочного газа 6.

Опускной отрезок трубы 26 при этом соединен с приданным ему подъемным отрезком трубы 24 через перепускной отрезок 30. Таким же образом следующий подъемный отрезок трубы 28 соединен с приданным ему опускным отрезком трубы 26 через перепускной отрезок 30. В примере выполнения перепускные отрезки 30 проложены внутри канала топочного газа 6. Альтернативно перепускные отрезки 30 могут быть расположены вне канала топочного газа 6. Это может быть особенно выгодным для случая, когда по конструктивным или эксплуатационным причинам должно быть предусмотрено обезвоживание испарительной прямоточной поверхности нагрева 8.

Как это видно из чертежа, опускной отрезок трубы 26 с приданным ему в соответствие следующим подъемным отрезком трубы 28 и соединяющим оба отрезка перепускным отрезком 30 имеют почти U-образную форму, причем стороны U образованы опускным отрезком трубы 26 и следующим подъемным отрезком трубы 28, а соединительная дуга - перепускным отрезком 30. В случае парогенераторной трубы 12, выполненной таким образом, геодезическая составляющая давления текучей среды W создает в области опускного отрезка трубы 26 - в противоположность к области следующего подъемного отрезка трубы 28 способствующую потоку, а не препятствующую потоку составляющую давления. Другими словами: находящийся в опускном отрезке трубы 26 водяной столб неиспаренной текучей среды W еще "двигает" вместе с собой поток через соответствующую парогенераторную трубу 12 вместо того, чтобы препятствовать ему. За счет этого парогенераторная труба 12 имеет при рассмотрении в целом сравнительно малую потерю давления.

При этом типе конструкции оба подъемных отрезка трубы 24, 28 и опускной отрезок трубы 26 подвешены или закреплены по типу подвесной конструкции на перекрытии канала топочного газа 6. В пространственном рассмотрении нижний конец соответствующего подъемного отрезка трубы 24 и нижний конец соответствующего опускного отрезка трубы 26 и следующего подъемного отрезка трубы 28, которые соответственно соединены друг с другом своим перепускным отрезком 30, в противоположность этому не являются пространственно фиксированными в канале топочного газа 6. Продольные расширения этих сегментов парогенераторных труб 12 тем самым могут допускаться без риска повреждения, причем соответствующий перепускной отрезок 30 действует в качестве дуги расширения. Это расположение парогенераторных труб 12 тем самым является механически особенно гибким и относительно термических напряжений нечувствительным к появляющимся дифференциальным расширениям.

Избыточный нагрев парогенераторной трубы 12, в частности, в ее подъемном отрезке трубы 24 приводит там при этом вначале к повышению скорости испарения, причем уже в результате выбора размеров парогенераторной трубы 12 вследствие этого избыточного нагрева наступает повышение скорости потока через избыточно нагретую парогенераторную трубу 12.

Кроме того, опускные отрезки труб 26 и следующие подъемные отрезки труб 28 множества парогенераторных труб 12 позиционированы относительно друг друга в канале топочного газа 6 таким образом, что расположенному при рассмотрении в направлении топочного газа х сравнительно сзади опускному отрезку трубы 26 приданы в соответствие расположенные при рассмотрении в направлении топочного газа х сравнительно далеко впереди подъемные отрезки труб 24, 28. За счет этого расположения сравнительно сильно нагретые подъемные отрезки труб 24, 28 сообщаются со сравнительно слабо нагретым опускным отрезком трубы 26. За счет этого относительного позиционирования относительно потока автоматически компенсирующий эффект достигнут также между трубными рядами 14.

Вследствие особенно выраженной характеристики естественной циркуляции парогенераторных труб 12 последние имеют в особенной степени самостабилизирующее поведение в случае местного различного нагрева: избыточный нагрев одного ряда парогенераторных труб 12 при этом приводит локально к повышенной подаче текучей среды W в этот ряд парогенераторных труб 12 так, что автоматически вследствие соответственно повышенного охлаждающего действия начинается выравнивание соответствующих температурных значений. Втекающий в главный коллектор 22 свежий пар является, таким образом, особенно однородным относительно параметров пара, независимо от индивидуально проходимого трубного ряда 14.

Особенное преимущество конструкции испарительной прямоточной поверхности нагрева 8, выход которой в виде следующего подъемного отрезка трубы 28 на стороне газа позиционирован между первыми подъемными отрезками труб 24, с одной стороны, и опускными отрезками труб 26, с другой стороны, и тем самым в средней области температур газа испарительной прямоточной поверхности нагрева 8, заключается в том, что за счет этого позиционирования естественным образом избегается сильный перегрев текучей среды также в отдельных парогенераторных трубах 12 на выходе испарительной прямоточной поверхности нагрева 8.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может использоваться на прямоточных парогенераторах, вырабатывающих пар для паровых турбин. Задачей изобретения является снижение затрат на изготовление парогенератора, обладающего высокой механической стабильностью при различных термических нагрузках. Для решения поставленной задачи в парогенераторе расположена испарительная прямоточная поверхность нагрева (8), которая содержит некоторое количество парогенераторных труб (12), включенных параллельно для протекания текучей среды, и которая рассчитана таким образом, что перегретая по сравнению с другой парогенераторной трубой (12) той же самой испарительной прямоточной поверхности нагрева (8) парогенераторная труба (12) имеет по сравнению с другой парогенераторной трубой (12) более высокий расход текучей среды. При этом одна или каждая парогенераторная труба (12) содержит соответственно расположенный приблизительно вертикально, обтекаемый текучей средой в восходящем направлении подъемный отрезок трубы (24), включенный после него на стороне текучей среды, расположенный приблизительно вертикально и обтекаемый текучей средой в нисходящем направлении опускной отрезок трубы (26) и включенный за последним на стороне текучей среды, расположенный приблизительно вертикально и обтекаемый текучей средой в восходящем направлении следующий подъемный отрезок трубы (28), при этом следующий подъемный отрезок трубы (28) соответствующей парогенераторной трубы (12) расположен в канале топочного газа (6) при рассмотрении в направлении топочного газа между приданным ему подъемным отрезком трубы (24) и приданным ему опускным отрезком трубы (26). 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Парогенератор (1), в котором в протекаемом в приблизительно горизонтальном направлении топочного газа (х) канале топочного газа (6) расположена испарительная прямоточная поверхность нагрева (8), которая содержит некоторое количество парогенераторных труб (12), включенных параллельно для протекания текучей среды (W), и которая рассчитана таким образом, что перегретая по сравнению с другой парогенераторной трубой (12) той же самой испарительной прямоточной поверхности нагрева (8) парогенераторная труба (12) имеет по сравнению с другой парогенераторной трубой (12) более высокий расход текучей среды (W), отличающийся тем, что одна или каждая парогенераторная труба (12) соответственно содержит соответственно расположенный приблизительно вертикально, обтекаемый текучей средой (W) в восходящем направлении подъемный отрезок трубы (24), включенный после него на стороне текучей среды, расположенный приблизительно вертикально и обтекаемый текучей средой (W) в нисходящем направлении опускной отрезок трубы (26) и включенный за последним на стороне текучей среды, расположенный приблизительно вертикально и обтекаемый текучей средой (W) в восходящем направлении следующий подъемный отрезок трубы (28), при этом следующий подъемный отрезок трубы (28) соответствующей парогенераторной трубы (12) расположен в канале топочного газа (6) при рассмотрении в направлении топочного газа (х) между приданным ему подъемным отрезком трубы (24) и приданным ему опускным отрезком трубы (26).2. Парогенератор (1) по п.1, отличающийся тем, что подъемный отрезок трубы (24) одной или каждой парогенераторной трубы (12) соединен с приданным ему опускным отрезком трубы (26) и опускной отрезок трубы (26) с приданным ему следующим подъемным отрезком трубы (28) соответственно на стороне текучей среды через перепускной отрезок (30).3. Парогенератор (1) по п.2, отличающийся тем, что соответствующие перепускные отрезки трубы (30) расположены внутри канала топочного газа (6).4. Парогенератор (1) по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что следующие подъемные отрезки труб (28) и опускные отрезки труб (26) множества парогенераторных труб (12) позиционированы относительно друг друга в канале топочного газа (6) таким образом, что лежащему сравнительно далеко сзади при рассмотрении в направлении топочного газа (х) следующему подъемному отрезку трубы (28) придан в соответствие опускной отрезок трубы (26), лежащий при рассмотрении в направлении топочного газа (х) сравнительно далеко впереди.5. Парогенератор (1) по п.2, отличающийся тем, что множество парогенераторных труб (12) соответственно содержит множество включенных переменно друг за другом на стороне текучей среды подъемных отрезков труб (24), опускных отрезков труб (26) и следующих подъемных отрезков труб (28).6. Парогенератор (1) по п.1, отличающийся тем, что на стороне топочного газа включена газовая турбина.