ТЕПЛООБМЕННАЯ ТРУБА, КОТЕЛ И ПАРОТУРБИННОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 2018 года по МПК F22B37/12 F28F1/40 

Область техники, к которой относится изобретение

[0001] Изобретение относится к теплообменной трубе, через которую протекает теплоноситель, такой как вода, к котлу и к паротурбинному устройству.

Уровень техники

[0002] Традиционно в качестве теплообменной трубы, через которую протекает теплоноситель, такой как вода, известна труба с внутренним поверхностным ребром, оборудованная ребром для формирования нескольких шнеков на внутренней поверхности (например, см. патентный документ 1). Внутренняя часть трубы с внутренним поверхностным ребром имеет субкритическое давление. В некоторых случаях вода, протекающая через внутреннюю часть трубы с внутренним поверхностным ребром, имеющим субкритическое давление, подвергается пленочному кипению посредством нагрева теплообменной трубы. Когда возникает пленочное кипение, поскольку теплопередача снижается посредством пленки пара, сформированной на внутренней поверхности трубы, температура трубы увеличивается. Следовательно, в трубе с внутренним поверхностным ребром ребро имеет предварительно определенную форму, с тем чтобы подавлять рост температуры трубы вследствие пленочного кипения. В частности, труба с внутренним поверхностным ребром имеет такую конфигурацию, в которой подъем винтовой части ребра составляет 0,9 от квадратного корня среднего внутреннего диаметра трубы при максимальном уровне, или радиальная высота ребра составляет 0,04 от среднего внутреннего диаметра трубы при минимальном уровне.

[0003] Кроме того, в качестве теплообменной трубы, используемой в прямоточном парогенераторе для работы в режиме переменного давления при сверхкритическом давлении, известна экранная труба топочной камеры (нарезная труба) из группы стенок в форме труб с водяным охлаждением (например, см. патентный документ 2). Нарезная труба содержит спиральный выступ на своей внутренней поверхности. Прямоточный парогенератор выполняет работу в режиме субкритического давления при работе в режиме частичной нагрузки, и посредством предоставления спирального выступа на внутренней поверхности нарезной трубы температура стенок трубы нарезной трубы поддерживается ниже допустимой температуры во время работы в режиме субкритического давления.

Список библиографических ссылок

Патентные документы

[0004] Патентный документ 1. Выложенная патентная публикация (Япония) номер 5-118507

Патентный документ 2. Выложенная патентная публикация (Япония) номер 6-137501

Сущность изобретения

Техническая задача

[0005] Таким образом, когда внутренняя часть теплообменной трубы, такой как труба с внутренним поверхностным ребром, описанная в патентном документе 1, находится в состоянии субкритического давления, чтобы подавлять рост температуры трубы вследствие пленочного кипения, ребро имеет заданную форму. Аналогично, чтобы поддерживать температуру стенок трубы нарезной трубы ниже допустимой температуры во время работы в режиме субкритического давления, нарезная труба, описанная в патентном документе 2, содержит спиральный выступ на внутренней поверхности.

[0006] Между тем, в некоторых случаях теплообменная труба обеспечивает протекание воды в качестве теплоносителя в состоянии, в котором ее внутренняя часть имеет сверхкритическое давление. Вода, протекающая при сверхкритическом давлении, не закипает, даже если она нагревается (не переходит в газожидкостное двухфазное состояние), и протекает через внутреннюю часть теплообменной трубы в однофазном состоянии. Здесь, когда вода, протекающая через внутреннюю часть теплообменной трубы, имеющей сверхкритическое давление, имеет низкую массовую скорость (низкую скорость протекания), или интенсивный тепловой поток прикладывается к воде во время нагрева теплообменной трубы, возникает явление ухудшения теплопередачи, при котором коэффициент теплопередачи снижается в некоторых случаях. Когда возникает явление ухудшения теплопередачи, поскольку теплопередача из теплообменной трубы в воду снижается, температура теплообменной трубы имеет тенденцию к увеличению.

[0007] Кроме того, в теплообменной трубе, имеющей сверхкритическое внутреннее давление, когда коэффициент теплопередачи является низким, поскольку коэффициент теплопередачи из теплообменной трубы в воду снижается, температура теплообменной трубы имеет тенденцию к повышению. Здесь, в патентном документе 1, ребро имеет форму на основе такого допущения, что внутренняя часть теплообменной трубы находится в состоянии субкритического давления, т.е. такого допущения, что внутренняя часть теплообменной трубы находится в газожидкостном двухфазном состоянии. По этой причине, поскольку форма ребра не основана на таком допущении, что внутренняя часть теплообменной трубы находится в однофазном состоянии, затруднительно подавлять рост температуры теплообменной трубы даже посредством применения изобретения из патентного документа 1.

[0008] Таким образом, цель изобретения заключается в том, чтобы предоставить теплообменную трубу, котел и паротурбинное устройство, допускающие подавление увеличения температуры трубы посредством подавления возникновения явления ухудшения теплопередачи во время сверхкритического давления.

[0009] Кроме того, другая цель изобретения заключается в том, чтобы предоставить теплообменную трубу, котел и паротурбинное устройство, допускающие подавление увеличения температуры трубы посредством повышения коэффициента теплопередачи при подавлении возникновения явления ухудшения теплопередачи во время сверхкритического давления.

Решение задачи

[0010] Согласно аспекту изобретения теплообменная труба, которая предоставляется в котле, причем внутренняя часть теплообменной трубы имеет сверхкритическое давление, и теплоноситель протекает через внутреннюю часть, включает в себя: пазовую часть, которая формируется на внутренней периферийной поверхности и имеет спиральную форму к направлению оси трубы; и реберную часть, которая формируется таким образом, что она выступает внутрь в радиальном направлении за счет пазовой части спиральной формы. В поперечном сечении, рассматриваемом вдоль направления оси трубы, когда ширина (мм) пазовой части в направлении оси трубы задается как Wg, высота (мм) реберной части в радиальном направлении задается как Hr, и внешний диаметр трубы (мм) задается как D, ширина Wg (мм) пазовой части, высота Hr (мм) реберной части и внешний диаметр D трубы (мм) удовлетворяют соотношению "Wg/(Hr*D)>0,40".

[0011] Согласно этой конфигурации, когда во внутренней части возникает сверхкритическое давление, посредством удовлетворения Wg/(Hr*D)>0,40 можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи. По этой причине, поскольку возникновение явления ухудшения теплопередачи может подавляться во время сверхкритического давления, можно подавлять увеличение температуры трубы.

[0012] Преимущественно в теплообменной трубе, когда котел работает при номинальной выходной мощности, средняя массовая скорость теплоносителя, протекающего через внутреннюю часть теплообменной трубы, формирующей стенку топочной камеры, становится равной 1000-2000 кг/м²с.

[0013] Согласно этой конфигурации, даже когда теплоноситель, такой как вода, протекающая через внутреннюю часть теплообменной трубы, имеет низкую массовую скорость, или интенсивный тепловой поток прикладывается к теплоносителю, можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи.

[0014] Преимущественно в теплообменной трубе, когда интервал (мм) реберной части в направлении оси трубы задается как Pr, номер реберной части в поперечном сечении, которое рассматривается перпендикулярно направлению оси трубы, задается как Nr, и длина смоченного периметра (мм) поперечного сечения, которое рассматривается перпендикулярно направлению оси трубы, задается как L, высота Hr (мм) реберной части, интервал Pr (мм) реберной части, номер Nr реберной части и длина L смоченного периметра (мм) удовлетворяют соотношению (Pr*Nr)/Hr>1,25L+55.

[0015] Согласно этой конфигурации, когда во внутренней части возникает сверхкритическое давление, посредством удовлетворения (Pr*Nr)/Hr>1,25L+55, можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи. Таким образом, поскольку возникновение явления ухудшения теплопередачи может подавляться во время сверхкритического давления, можно подавлять увеличение температуры трубы.

[0016] Преимущественно в теплообменной трубе, когда котел работает при номинальной выходной мощности, средняя массовая скорость теплоносителя, протекающего через внутреннюю часть теплообменной трубы, формирующей стенку топочной камеры, равна или меньше 1500 кг/м²с.

[0017] Согласно этой конфигурации, даже когда массовая скорость теплоносителя, который протекает через внутреннюю часть теплообменной трубы, понижается, можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи.

[0018] Преимущественно в теплообменной трубе внешний диаметр D трубы (мм) составляет "25 мм≤D≤40 мм".

[0019] Согласно этой конфигурации, если внешний диаметр трубы составляет от 25 мм до 40 мм, эффект является более существенным.

[0020] Согласно другому аспекту изобретения теплообменная труба, которая предоставляется в котле, причем внутренняя часть теплообменной трубы имеет сверхкритическое давление, и теплоноситель протекает через внутреннюю часть, включает в себя: пазовую часть, которая формируется на внутренней периферийной поверхности и имеет спиральную форму к направлению оси трубы; и реберную часть, которая формируется таким образом, что она выступает внутрь в радиальном направлении за счет пазовой части спиральной формы. Когда высота (мм) реберной части в радиальном направлении задается как Hr, интервал (мм) реберной части в направлении оси трубы задается как Pr, номер реберной части в поперечном сечении, которое рассматривается перпендикулярно направлению оси трубы, задается как Nr, и длина смоченного периметра (мм) поперечного сечения, которое рассматривается перпендикулярно направлению оси трубы, задается как L, высота Hr (мм) реберной части, интервал Pr (мм) реберной части, номер Nr реберной части и длина L смоченного периметра (мм) удовлетворяют соотношению "(Pr*Nr)/Hr>1,25L+55".

[0021] Согласно этой конфигурации, когда во внутренней части возникает сверхкритическое давление, посредством удовлетворения соотношения (Pr*Nr)/Hr>1,25L+55, можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи. По этой причине, поскольку возникновение явления ухудшения теплопередачи может подавляться во время сверхкритического давления, можно подавлять увеличение температуры трубы.

[0022] Преимущественно в теплообменной трубе, когда котел работает при номинальной выходной мощности, средняя массовая скорость теплоносителя, протекающего через внутреннюю часть теплообменной трубы, формирующей стенку топочной камеры, равна или меньше 1500 кг/м²с.

[0023] Согласно этой конфигурации, даже когда массовая скорость теплоносителя, который протекает через внутреннюю часть теплообменной трубы, понижается, можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи.

[0024] Преимущественно в теплообменной трубе, в поперечном сечении, рассматриваемом вдоль направления оси трубы, когда ширина (мм) пазовой части в направлении оси трубы задается как Wg, и внешний диаметр трубы (мм) задается как D, ширина Wg (мм) пазовой части, высота Hr (мм) реберной части и внешний диаметр D трубы (мм) удовлетворяют соотношению "Wg/(Hr*D)>0,40".

[0025] Согласно этой конфигурации, когда во внутренней части возникает сверхкритическое давление, посредством удовлетворения Wg/(Hr*D)>0,40, можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи. По этой причине, поскольку возникновение явления ухудшения теплопередачи может подавляться во время сверхкритического давления, можно подавлять увеличение температуры трубы.

[0026] Преимущественно в теплообменной трубе, когда котел работает при номинальной выходной мощности, средняя массовая скорость теплоносителя, протекающего через внутреннюю часть теплообменной трубы, формирующей стенку топочной камеры, становится равной 1000-2000 кг/м²с.

[0027] Согласно этой конфигурации, даже если теплоноситель, такой как вода, протекающая через внутреннюю часть теплообменной трубы, имеет низкую массовую скорость, или интенсивный тепловой поток прикладывается к теплоносителю, можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи.

[0028] Преимущественно в теплообменной трубе внешний диаметр D трубы (мм) составляет "25 мм≤D≤40 мм".

[0029] Согласно этой конфигурации, если внешний диаметр трубы составляет от 25 мм до 40 мм, эффект является более существенным.

[0030] Согласно еще одному другому аспекту изобретения теплообменная труба, которая предоставляется в котле, причем внутренняя часть теплообменной трубы имеет сверхкритическое давление, и теплоноситель протекает через внутреннюю часть, включает в себя: пазовую часть, которая формируется на внутренней периферийной поверхности и имеет спиральную форму к направлению оси трубы; и реберную часть, которая формируется таким образом, что она выступает внутрь в радиальном направлении за счет пазовой части спиральной формы. Когда высота (мм) реберной части в радиальном направлении задается как Hr, интервал (мм) реберной части в направлении оси трубы задается как Pr, ширина (мм) реберной части в направлении вдоль окружности внутренней периферийной поверхности задается как Wr, номер реберной части в поперечном сечении, которое рассматривается перпендикулярно направлению оси трубы, задается как Nr, длина смоченного периметра (мм) поперечного сечения, которое рассматривается перпендикулярно направлению оси трубы, задается как L, ширина (мм) пазовой части в направлении оси трубы для поперечного сечения, которое рассматривается вдоль направления оси трубы, задается как Wg, и внешний диаметр трубы (мм) задается как D, ширина Wg (мм) пазовой части, высота Hr (мм) реберной части и внешний диаметр D трубы (мм) удовлетворяют соотношению "Wg/(Hr*D)>0,40", и высота Hr (мм) реберной части, интервал Pr (мм) реберной части, ширина Wr (мм) реберной части, номер Nr реберной части и длина L смоченного периметра (мм) удовлетворяют соотношению "(Pr*Nr)/(Hr*Wr)>0,40L+9,0".

[0031] Согласно этой конфигурации, когда во внутренней части возникает сверхкритическое давление, можно повышать коэффициент теплопередачи при подавлении возникновения явления ухудшения теплопередачи. По этой причине посредством повышения коэффициента теплопередачи при подавлении возникновения явления ухудшения теплопередачи во время сверхкритического давления можно подавлять увеличение температуры трубы.

[0032] Преимущественно в теплообменной трубе, когда котел работает при номинальной выходной мощности, средняя массовая скорость теплоносителя, протекающего через внутреннюю часть теплообменной трубы, формирующей стенку топочной камеры, становится равной 1000-2000 кг/м²с.

[0033] Согласно этой конфигурации, даже когда теплоноситель, такой как вода, протекающая через внутреннюю часть теплообменной трубы, имеет низкую массовую скорость, или интенсивный тепловой поток прикладывается к теплоносителю, можно повышать коэффициент теплопередачи, при подавлении возникновения явления ухудшения теплопередачи.

[0034] Преимущественно в теплообменной трубе, когда котел работает при номинальной выходной мощности, средняя массовая скорость теплоносителя, протекающего через внутреннюю часть теплообменной трубы, формирующей стенку топочной камеры, равна или меньше 1500 кг/м²с.

[0035] Согласно этой конфигурации, даже когда массовая скорость теплоносителя, протекающего через внутреннюю часть теплообменной трубы, понижается, можно повышать коэффициент теплопередачи при подавлении возникновения явления ухудшения теплопередачи.

[0036] Преимущественно в теплообменной трубе внешний диаметр D трубы (мм) составляет "25 мм≤D≤35 мм".

[0037] Согласно этой конфигурации, если внешний диаметр трубы составляет от 25 мм до 35 мм, массовая скорость протекания теплоносителя может задаваться равной, по меньшей мере, любому из вышеописанного диапазона, и массовая скорость протекания теплоносителя может задаваться равной подходящей массовой скорости протекания. Здесь, в случае применения теплообменной трубы к котлу, массовая скорость протекания теплоносителя, протекающего через внутреннюю часть, задается равной предварительно определенной массовой скорости протекания. В этом случае в отношении заданной массовой скорости протекания, когда внешний диаметр трубы снижается, массовая скорость протекания увеличивается, и между тем, когда внешний диаметр трубы увеличивается, массовая скорость протекания снижается. По этой причине, чтобы достигать массовой скорости протекания, подходящей для формы теплообменной трубы, которая удовлетворяет вышеописанной формуле, посредством задания внешнего диаметра трубы в диапазоне от 25 мм до 35 мм, может достигаться заданная массовая скорость протекания, и можно оптимизировать характеристики с точки зрения коэффициента теплопередачи.

[0038] Преимущественно в теплообменной трубе, высота Hr (мм) реберной части, интервал Pr (мм) реберной части, ширина Wr (мм) реберной части, номер Nr реберной части и длины L смоченного периметра (мм) удовлетворяют соотношению "(Pr*Nr)/(Hr*Wr)<0,40L+80".

[0039] Согласно этой конфигурации в формуле "(Pr*Nr)/(Hr*Wr)>0,40L+9,0", когда формула в левой стороне слишком увеличивается, интервал Pr реберной части расширяется, номер Nr реберной части увеличивается, высота Hr реберной части становится нулевой, и ширина Wr реберной части в направлении вдоль окружности становится нулевой. Соответственно непросто поддерживать форму теплообменной трубы. По этой причине посредством удовлетворения формуле "(Pr*Nr)/(Hr*Wr)<0,40L+80" можно легко поддерживать теплообменную трубу в подходящей форме.

[0040] Согласно еще одному другому аспекту изобретения котел включает в себя теплообменную трубу согласно любому из вышеописанных случаев, которая используется в качестве экранной трубы топочной камеры, которая формирует стенку топочной камеры котла, работающего при сверхкритическом давлении, в ходе работы при номинальной выходной мощности.

[0041] Согласно этой конфигурации теплообменная труба может применяться в качестве экранной трубы топочной камеры, которая формирует стенку топочной камеры котла. Помимо этого, такая экранная труба топочной камеры также может упоминаться в качестве нарезной трубы.

[0042] Согласно еще одному другому аспекту изобретения котел, который нагревает теплоноситель, протекающий через внутреннюю часть теплообменной трубы, посредством нагрева теплообменной трубы согласно любому из вышеуказанных случаев, посредством излучения пламени или высокотемпературного газа.

[0043] Согласно этой конфигурации можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи теплообменной трубы во время сверхкритического давления или повышать коэффициент теплопередачи при подавлении возникновения явления ухудшения теплопередачи теплообменной трубы. По этой причине можно надлежащим образом поддерживать теплопередачу из теплообменной трубы в воду в качестве теплоносителя и можно стабильно генерировать пар из воды. Помимо этого, например, высокотемпературный газ может представлять собой горючий газ, который генерируется посредством сгорания топлива, и может представлять собой дымовой газ, выпускаемый из такого устройства, как газовая турбина. Другими словами, в качестве котла с использованием теплообменной трубы, в которой во внутренней части возникает сверхкритическое давление, например, может применяться котел для работы в режиме переменного давления при сверхкритическом давлении, котел для работы в режиме постоянного давления при сверхкритическом давлении и т.п., который нагревает теплообменную трубу посредством излучения пламени или горючего газа. В этом случае теплообменная труба сконфигурирована как стенка топочной камеры для топочной камеры, предоставленной в котле, посредством размещения множества теплообменных труб в радиальном направлении. Кроме того, в качестве другого котла, который использует теплообменную трубу, в которой во внутренней части возникает сверхкритическое давление, например, может применяться котел на основе рекуперации отработавшего тепла, который нагревает теплообменную трубу посредством дымового газа. В этом случае теплообменная труба сконфигурирована как множество групп теплообменных труб, размещаемых в радиальном направлении, и размещена в контейнере, через который протекает дымовой газ. Таким образом, теплообменная труба может применяться к любому котлу при условии, что во внутренней части котла возникает сверхкритическое давление.

[0044] Согласно еще одному другому аспекту изобретения паротурбинное устройство включает в себя: котел согласно любому из вышеуказанных случаев; и паровую турбину, которая работает за счет пара, сгенерированного посредством нагрева воды в качестве теплоносителя, который протекает через внутреннюю часть теплообменной трубы, предоставленной в котле.

[0045] Согласно этой конфигурации можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи теплообменной трубы во время сверхкритического давления или повышать коэффициент теплопередачи при подавлении возникновения явления ухудшения теплопередачи теплообменной трубы. По этой причине можно надлежащим образом поддерживать теплопередачу из теплообменной трубы в воду, и пар может стабильно генерироваться. По этой причине, поскольку можно стабильно подавать пар в паровую турбину, также можно обеспечивать стабильную работу паровой турбины.

Краткое описание чертежей

[0046] Фиг.1 является принципиальной схемой, иллюстрирующей теплоэлектростанцию согласно первому варианту осуществления.

Фиг.2 является видом в поперечном сечении экранной трубы топочной камеры при рассмотрении вдоль направления оси трубы для экранной трубы топочной камеры.

Фиг.3 является видом в поперечном сечении экранной трубы топочной камеры при рассмотрении в плоскости, перпендикулярной направлению оси трубы для экранной трубы топочной камеры.

Фиг.4 является графиком примера поверхностной температуры стенок трубы для стенки топочной камеры, которая варьируется в зависимости от энтальпии.

Фиг.5 является графиком примера поверхностной температуры стенок трубы для стенки топочной камеры, которая варьируется в зависимости от энтальпии.

Фиг.6 является видом в частичном поперечном сечении при рассмотрении вдоль направления оси трубы, иллюстрирующим пример формы реберной части экранной трубы топочной камеры.

Фиг.7 является видом в частичном поперечном сечении при рассмотрении вдоль направления оси трубы, иллюстрирующим пример формы реберной части экранной трубы топочной камеры.

Фиг.8 является видом в частичном поперечном сечении при рассмотрении вдоль направления оси трубы, иллюстрирующим пример формы реберной части экранной трубы топочной камеры.

Фиг.9 является видом в частичном поперечном сечении при рассмотрении в плоскости, перпендикулярной направлению оси трубы, иллюстрирующим пример формы реберной части экранной трубы топочной камеры.

Фиг.10 является пояснительным видом, иллюстрирующим соотношение между потоком (обратноступенчатым потоком) во время перехода через ступень и коэффициентом теплопередачи.

Фиг.11 является графиком примера поверхностной температуры стенок трубы для стенки топочной камеры, которая варьируется в зависимости от энтальпии.

Фиг.12 является графиком примера поверхностной температуры стенок трубы для стенки топочной камеры, которая варьируется в зависимости от энтальпии.

Фиг.13 является графиком, иллюстрирующим соотношение между высотой Hr ребра, интервалом Pr ребра, шириной Wr ребра и номером Nr ребра, которое варьируется в зависимости от длины L смоченного периметра, в отношении экранной трубы топочной камеры второго варианта осуществления.

Фиг.14 является графиком, иллюстрирующим соотношение между высотой Hr ребра, интервалом Pr ребра, шириной Wr ребра и номером Nr ребра, которое варьируется в зависимости от длины L смоченного периметра в отношении экранной трубы топочной камеры третьего варианта осуществления.

Фиг.15 является графиком, иллюстрирующим соотношение между высотой Hr ребра, интервалом Pr ребра, шириной Wr ребра и номером Nr ребра, которое варьируется в зависимости от длины L смоченного периметра в отношении экранной трубы топочной камеры четвертого варианта осуществления.

Подробное описание вариантов осуществления

[0047] Ниже подробно описываются варианты осуществления согласно изобретению на основе чертежей. При этом изобретение не должно быть ограничено посредством этих вариантов осуществления. Помимо этого, составляющие элементы в вариантах осуществления включают в себя составляющие элементы, допускающие простую замену специалистами в данной области техники, либо составляющие элементы, практически идентичные им. Кроме того, составляющие элементы, описанные ниже, могут быть надлежащим образом комбинированы друг с другом, и когда имеется множество вариантов осуществления, также можно комбинировать варианты осуществления.

Первый вариант осуществления

[0048] Фиг.1 является принципиальной схемой, иллюстрирующей теплоэлектростанцию согласно первому варианту осуществления. Фиг.2 является видом в поперечном сечении экранной трубы топочной камеры при рассмотрении вдоль направления оси трубы для экранной трубы топочной камеры. Фиг.3 является видом в поперечном сечении экранной трубы топочной камеры при рассмотрении в плоскости, перпендикулярной направлению оси трубы для экранной трубы топочной камеры.

[0049] Теплоэлектростанция первого варианта осуществления использует пылевидный уголь, полученный посредством измельчения угля (к примеру, битуминозного и слабобитуминозного угля) в качестве распыленного топлива (твердого топлива). Теплоэлектростанция обеспечивает сгорание пылевидного угля, чтобы генерировать пар посредством тепла, вырабатываемого посредством сгорания, и приводит в действие генератор, соединенный с паровой турбиной, чтобы вырабатывать электроэнергию посредством вращения паровой турбины за счет сгенерированного пара.

[0050] Как проиллюстрировано на фиг.1, теплоэлектростанция 1 оборудована котлом 10, паровой турбиной 11, конденсатором 12, нагревателем 13 питательной воды высокого давления и нагревателем 14 питательной воды низкого давления, деаэратором 15, питательным насосом 16 и генератором 17. Теплоэлектростанция 1 имеет форму паротурбинной установки, оборудованной паровой турбиной 11.

[0051] Котел 10 используется в качестве традиционного котла и представляет собой пылеугольный котел, который допускает сгорание пылевидного угля посредством горелки 41 для сгорания и восстановление тепла, вырабатываемого посредством сгорания, посредством использования экранной трубы 35 топочной камеры, которая выступает в качестве теплообменной трубы. Кроме того, котел 10 представляет собой котел для работы в режиме переменного давления при сверхкритическом давлении, в котором внутренняя часть экранной трубы 35 топочной камеры задается при сверхкритическом давлении или субкритическом давлении. Котел 10 оборудован топочной камерой 21, камерой 22 сгорания, паросепаратором 23, перегревателем 24 и подогревателем 25.

[0052] Топочная камера 21 имеет стенки 31 топочной камеры, которые окружают четыре стороны, и имеет квадратную трубчатую форму посредством стенок 31 топочной камеры с четырех сторон. Кроме того, в топочной камере 21, имеющей квадратную трубчатую форму, продольное направление прохождения становится вертикальным направлением и становится перпендикулярным установочной поверхности котла 10. Стенка 31 топочной камеры формируется с использованием множества экранных труб 35 топочной камеры, и множество экранных труб 35 топочной камеры располагается рядом в радиальном направлении, с тем чтобы формировать поверхности стенок для стенок 31 топочной камеры.

[0053] Каждая экранная труба 35 топочной камеры имеет цилиндрическую форму, и ее направление оси трубы становится вертикальным направлением и становится перпендикулярным установочной поверхности котла 10. Дополнительно экранные трубы 35 топочной камеры представляют собой так называемые нарезные трубы, в которых формируются спиральные пазы. Вода в качестве теплопередающего носителя протекает через внутреннюю часть экранных труб 35 топочной камеры. Внутреннее давление экранных труб 35 топочной камеры становится сверхкритическим давлением или субкритическим давлением в зависимости от работы котла 10. Экранные трубы 35 топочной камеры имеют такую конфигурацию, в которой нижняя сторона в вертикальном направлении является стороной притока, а верхняя сторона в вертикальном направлении является стороной оттока. Таким образом, топочная камера 21 котла 10 настоящего варианта осуществления представляет собой вертикальную трубную топочную камеру, в которой экранные трубы 35 топочной камеры являются перпендикулярными. Ниже описываются подробности экранных труб 35 топочной камеры.

[0054] Камера 22 сгорания имеет множество горелок 41 для сгорания, смонтированных на стенке 31 топочной камеры. Кроме того, на фиг.1 проиллюстрирована только одна горелка 41 для сгорания. Множество горелок 41 для сгорания обеспечивает сгорание пылевидного угля в качестве топлива, чтобы формировать пламя в топочной камере 21. При этом множество горелок 41 для сгорания обеспечивает сгорание пылевидного угля, так что сформированное пламя становится вращающимся потоком. Кроме того, множество горелок 41 для сгорания нагревает экранные трубы 35 топочной камеры посредством высокотемпературного горючего газа, сгенерированного посредством сгорания топлива (высокотемпературного газа). В отношении множества горелок 41 для сгорания, например, множество горелок для сгорания, размещаемых с предварительно определенным интервалом вдоль окружности топочной камеры 21, предположительно представляют собой набор, и набор горелок 41 для сгорания размещается в нескольких стадиях с предварительно определенным интервалом в вертикальном направлении (продольном направлении топочной камеры 21).

[0055] Перегреватель 24 предоставляется в топочной камере 21, чтобы перегревать пар, подаваемый из экранных труб 35 топочной камеры топочной камеры 21 через паросепаратор 23. Пар, перегретый в перегревателе 24, подается в паровую турбину 11 через магистральный паропровод 46.

[0056] Подогреватель 25 предоставляется в топочной камере 21, чтобы нагревать пар, используемый в (турбине 51 высокого давления) паровой турбине 11. Пар, протекающий в подогреватель 25 из (турбины 51 высокого давления) паровой турбины 11 через паропровод 47 низкотемпературного промежуточного перегрева, нагревается посредством подогревателя 25, и нагретый пар протекает в (турбину 52 промежуточного давления) паровую турбину 11 из подогревателя 25 снова через паропровод 48 высокотемпературного промежуточного перегрева.

[0057] Паровая турбина 11 имеет турбину 51 высокого давления, турбину 52 промежуточного давления и турбину 53 низкого давления. Эти турбины 51, 52 и 53 соединены посредством ротора 54 в качестве вращательного вала неразъемно поворотным способом. Магистральный паропровод 46 соединяется со стороной притока турбины 51 высокого давления, и паропровод 47 низкотемпературного промежуточного перегрева соединяется с ее стороной оттока. Турбина 51 высокого давления вращается за счет пара, подаваемого из магистрального паропровода 46, и выпускает пар после использования из паропровода 47 низкотемпературного промежуточного перегрева. Паропровод 48 высокотемпературного промежуточного перегрева соединяется со впускной стороной турбины 52 промежуточного давления, и турбина 53 низкого давления соединяется с ее стороной оттока. Турбина 52 промежуточного давления вращается за счет пара, подаваемого и подогретого из паропровода 48 высокотемпературного промежуточного перегрева, и выпускает пар после использования в турбину 53 низкого давления. Турбина 52 промежуточного давления соединяется со стороной притока турбины 53 низкого давления, и конденсатор 12 соединяется с ее стороной оттока. Турбина 53 низкого давления вращается за счет пара, подаваемого из турбины 52 промежуточного давления, и выпускает пар после использования в конденсатор 12. Ротор 54 соединяется с генератором 17 и вращательно приводит в действие генератор 17 посредством вращения турбины 51 высокого давления, турбины 52 промежуточного давления и турбины 53 низкого давления.

[0058] Конденсатор 12 превращает в хлопья пар, выпускаемый из турбины 53 низкого давления, посредством линии 56 охлаждения, предоставленной в нем, чтобы возвращать (конденсировать) пар в воду. Хлопьевидная вода подается в нагреватель 14 питательной воды низкого давления из конденсатора 12. Нагреватель 14 питательной воды низкого давления нагревает воду, превращенную в хлопья посредством конденсатора 12 в состоянии низкого давления. Нагретая вода подается в деаэратор 15 из нагревателя 14 питательной воды низкого давления. Деаэратор 15 деаэрирует воду, подаваемую из нагревателя 14 питательной воды низкого давления. Деаэрированная вода подается в нагреватель 13 питательной воды высокого давления из деаэратора 15. Нагреватель 13 питательной воды высокого давления нагревает воду, деаэрированную посредством деаэратора 15 в состоянии высокого давления. Нагретая вода подается в экранные трубы 35 топочной камеры котла 10 из нагревателя 13 питательной воды высокого давления. Помимо этого, между деаэратором 15 и нагревателем 13 питательной воды высокого давления предоставляется питательный насос 16, чтобы подавать воду в нагреватель 13 питательной воды высокого давления из деаэратора 15.

[0059] Генератор 17 соединяется с ротором 54 паровой турбины 11 и вырабатывает мощность посредством вращательного приведения в действие посредством ротора 54.

[0060] Помимо этого, хотя это не проиллюстрировано, теплоэлектростанция 1 содержит устройство денитрификации, электростатический пылеуловитель, нагнетатель воздуха с принудительной тягой и устройство десульфурации, и батарея предоставляется в выпускной концевой части.

[0061] В теплоэлектростанции 1 при такой конфигурации вода, протекающая через внутреннюю часть экранных труб 35 топочной камеры котла 10, нагревается посредством камеры 22 сгорания котла 10. Вода, нагретая посредством камеры 22 сгорания, преобразуется в пар до тех пор, пока она не протекает в перегреватель 24 через паросепаратор 23, и пар проходит через перегреватель 24 и магистральный паропровод 46 в этом порядке и подается в паровую турбину 11. Пар, подаваемый в паровую турбину 11, проходит через турбину 51 высокого давления, паропровод 47 низкотемпературного промежуточного перегрева, подогреватель 25, паропровод 48 высокотемпературного промежуточного перегрева, турбину 52 промежуточного давления и турбину 53 низкого давления в этом порядке и протекает в конденсатор 12. При этом паровая турбина 11 вращается за счет протекающего пара, в силу этого вращательно приводя в действие генератор 17 через ротор 54, чтобы вырабатывать мощность в генераторе 17. Пар, протекающий в конденсатор 12, возвращается в воду посредством превращения в хлопья посредством линии 56 охлаждения. Вода, превращенная в хлопья в конденсаторе 12, проходит через нагреватель 14 питательной воды низкого давления, деаэратор 15, питательный насос 16 и нагреватель 13 питательной воды высокого давления в этом порядке и подается в экранные трубы 35 топочной камеры снова. Таким образом, котел 10 этого варианта осуществления становится прямоточным котлом.

[0062] Далее описывается экранная труба 35 топочной камеры со ссылкой на фиг.2 и 3. Как проиллюстрировано на фиг.2 и 3, экранная труба 35 топочной камеры имеет цилиндрическую форму вокруг осевой линии I. Как описано выше, экранная труба 35 топочной камеры предоставляется таким образом, что ее направление оси трубы становится вертикальным направлением, и вода протекает в ней к верхней стороне из нижней стороны в вертикальном направлении. Кроме того, на внутренней периферийной поверхности P1 экранной трубы 35 топочной камеры, сконфигурированной в качестве нарезной трубы, формируется пазовая часть 36, имеющая спиральную форму к направлению оси трубы. Дополнительно в экранной трубе 35 топочной камеры реберная часть 37, выступающая радиально внутрь, формируется со спиральной формой к направлению оси трубы за счет части спирального паза 36. Здесь, внешний диаметр трубы для экранной трубы 35 топочной камеры, т.е. диаметр, проходящий через осевую линию I на внешней периферийной поверхности P3, задается равным внешнему диаметру D трубы. Помимо этого, внешний диаметр D трубы имеет длину порядка в несколько десятков миллиметров. Следовательно, единица внешнего диаметра D трубы задается равной (мм).

[0063] Множество пазовых частей 36 формируется в направлении вдоль окружности внутренней периферийной поверхности P1 с предварительно определенным интервалом в поперечном сечении, проиллюстрированном на фиг.3, которое рассматривается вдоль плоскости, перпендикулярной направлению оси трубы. В первом варианте осуществления шесть пазовых частей 36 формируются в поперечном сечении, проиллюстрированном на фиг.3. Таким образом, шесть реберных частей 37 также формируются в поперечном сечении, проиллюстрированном на фиг.3. В первом варианте осуществления, хотя число пазовых частей 36, сформированных на экранной трубе 35 топочной камеры, равно шести, может формироваться множество пазовых частей 36, и число не ограничено конкретным образом.

[0064] Кроме того, поскольку каждая пазовая часть 36 формируется таким образом, что она проникает наружу в радиальном направлении, нижняя поверхность (т.е. внешняя плоскость в радиальном направлении пазовой части 36) каждой пазовой части 36 представляет собой внутреннюю периферийную поверхность P2, которая расположена снаружи в радиальном направлении от внутренней периферийной поверхности P1. Внутренняя периферийная поверхность P2 имеет круглую форму вокруг осевой линии I в поперечном сечении, проиллюстрированном на фиг.3. Иными словами, внутренняя периферийная поверхность P1 и внутренняя периферийная поверхность P2 формируются на концентрической окружности, внутренняя периферийная поверхность P1 расположена внутри в радиальном направлении, и внутренняя периферийная поверхность P2 расположена снаружи в радиальном направлении. Здесь, диаметр находящейся внутри внутренней периферийной поверхности P1 экранной трубы 35 топочной камеры задается равным небольшому внутреннему диаметру d1, а диаметр находящейся снаружи внутренней периферийной поверхности P2 экранной трубы 35 топочной камеры задается равным большому внутреннему диаметру d2.

[0065] Кроме того, поскольку каждая из пазовых частей 36 имеет спиральную форму к направлению оси трубы, множество пазовых частей 36 формируется в направлении оси трубы внутренней периферийной поверхности P1 с предварительно определенным интервалом в поперечном сечении, проиллюстрированном на фиг.2, которое рассматривается вдоль направления оси трубы.

[0066] Множество реберных частей 37 формируется в направлении вдоль окружности внутренней периферийной поверхности P1 с предварительно определенным интервалом в поперечном сечении, проиллюстрированном на фиг.3, которое рассматривается вдоль плоскости, перпендикулярной направлению оси трубы. В первом варианте осуществления, поскольку формируются шесть пазовых частей 36, шесть реберных частей 37 формируются между пазовыми частями 36. В первом варианте осуществления, хотя число реберных частей 37, сформированных на экранной трубе 35 топочной камеры, равно шести, аналогично пазовым частям 36, может формироваться множество реберных частей 37, и их число не ограничено конкретным образом.

[0067] Кроме того, каждая из реберных частей 37 формируется таким образом, что она выступает внутрь в радиальном направлении из нижней поверхности (т.е. внутренней периферийной поверхности P2) соответствующих пазовых частей 36. Кроме того, поскольку реберные части 37 имеют спиральную форму к направлению оси трубы, множество реберных частей 37 формируется на внутренней периферийной поверхности P2 в направлении оси трубы с предварительно определенным интервалом в поперечном сечении, проиллюстрированном на фиг.2, которое рассматривается вдоль направления оси трубы.

[0068] Здесь, как проиллюстрировано на фиг.2, высота в радиальном направлении реберной части 37 задается равной высоте Hr ребра. В частности, высота Hr ребра является высотой от внутренней периферийной поверхности P2 к местоположению (т.е. вершине), в котором реберная часть 37 расположена на радиально крайней внутренней стороне. Кроме того, в поперечном сечении, проиллюстрированном на фиг.3, ширина в направлении вдоль окружности реберной части 37 задается равной ширине Wr ребра. В частности, ширина Wr ребра является шириной между границей между внутренней периферийной поверхностью P2 на одной стороне в направлении вдоль окружности реберной части 37 и границей между внутренней периферийной поверхностью P2 на другой стороне в направлении вдоль окружности реберной части 37.

[0069] Кроме того, в поперечном сечении, проиллюстрированном на фиг.2, ширина в направлении оси трубы пазовой части 36 задается равной ширине Wg паза, и интервал реберных частей 37, смежных друг с другом в направлении оси трубы, задается равным интервалу Pr ребра. В частности, ширина Wg паза является шириной между границей между внутренней периферийной поверхностью P2 и реберной частью 37 на одной стороне в направлении оси трубы пазовой части 36 и границей между внутренней периферийной поверхностью P2 и реберной частью 37 на другой стороне в направлении оси трубы пазовой части 36. Кроме того, интервал Pr является расстоянием между центрами в направлении оси трубы реберных частей 37.

[0070] Кроме того, в поперечном сечении, проиллюстрированном на фиг.3, длина контакта экранной трубы 35 топочной камеры с водой, протекающей через внутреннюю часть, задается равной длине L смоченного периметра, и число реберных частей 37 задается равным номеру Nr ребра. На фиг.3 длина L смоченного периметра рассматривается как окружность для удобства иллюстрации, но она представляет собой общую длину поверхности стенки в контакте с текучей средой в поперечном сечении проточного канала, как описано выше. При этом внешний диаметр D трубы имеет длину порядка в несколько десятков миллиметров. Следовательно, высота Hr ребра становится высотой порядка миллиметра. Аналогично ширина Wr ребра, ширина Wg паза, интервал Pr ребра и длина L смоченного периметра также становятся длиной порядка миллиметра. Следовательно, единицы высоты Hr ребра, ширины Wr ребра, ширины Wg паза, интервала Pr ребра и длины L смоченного периметра представляют собой (мм).

[0071] Далее описывается форма экранной трубы 35 топочной камеры. Как описано выше, вода протекает через экранную трубу 35 топочной камеры в состоянии, в котором ее внутренняя часть имеет сверхкритическое давление. В этом случае в экранной трубе 35 топочной камеры, нагретой посредством камеры 22 сгорания, в некоторых случаях возникает явление ухудшения теплопередачи, при котором понижается коэффициент теплопередачи. Следовательно, экранная труба 35 топочной камеры имеет форму, в которой небольшой внутренний диаметр d1, большой внутренний диаметр d2, внешний диаметр D трубы, ширина Wg паза, ширина Wr ребра, интервал Pr, номер Nr ребра, высота Hr ребра и длина L смоченного периметра удовлетворяют формуле отношения, описанной ниже.

[0072] В экранной трубе 35 топочной камеры ширина Wg паза, высота Hr ребра и внешний диаметр D трубы удовлетворяют формуле отношения "Wg/(Hr*D)>0,40". Здесь, в случае "Wg/(Hr*D)=F", получается соотношение "F>0,40". При этом высота Hr ребра составляет "Hr>0", реберная часть 37 выполнена с возможностью выступать радиально внутрь. Кроме того, высота Hr ребра, интервал Pr ребра, номер Nr ребра и длина L смоченного периметра удовлетворяют формуле отношения "(Pr*Nr)/Hr>1,25L+55". Хотя подробности поясняются ниже, посредством задания формы экранной трубы 35 топочной камеры с возможностью удовлетворять вышеописанной формуле отношения, можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи. При этом, если внешний диаметр D трубы составляет "25 мм≤D≤40 мм", достигается более существенный эффект.

[0073] Угол подъема винтовой части реберной части 37, имеющей спиральную форму, становится углом, который удовлетворяет вышеуказанной формуле отношения. Помимо этого, угол подъема винтовой части является углом относительно направления оси трубы. Если угол подъема винтовой части реберной части 37 составляет 0°, оно становится направлением вдоль направления оси трубы, а если угол подъема винтовой части реберной части 37 составляет 90°, оно становится направлением вдоль направления вдоль окружности. Здесь, угол подъема винтовой части реберной части 37 также надлежащим образом изменяется в зависимости от числа реберных частей 37. Другими словами, если существует большое число реберных частей 37, угол подъема винтовой части реберной части 37 становится пологим углом (приближается к 0°), и с другой стороны, если существует небольшое число реберных частей 37, угол подъема винтовой части реберной части 37 становится крутым углом (приближается к 90°).

[0074] Далее описываются изменения поверхностной температуры стенок трубы для стенки топочной камеры, которая варьируется в зависимости от энтальпии, со ссылкой на фиг.4 и 5. Фиг.4 и 5 являются графиками примера поверхностной температуры стенок трубы для стенки топочной камеры, которая варьируется в зависимости от энтальпии. Здесь, на фиг.4 и 5, горизонтальные оси являются энтальпией, придаваемой стенке 31 топочной камеры (экранной трубы 35 топочной камеры), а вертикальные оси являются поверхностной температурой стенок трубы (температурой экранной трубы 35 топочной камеры).

[0075] Как проиллюстрировано на фиг.4 и 5, F₁ является графиком, иллюстрирующим изменение поверхностной температуры стенок трубы во время "F=0,35", и имеет форму традиционной экранной трубы 35 топочной камеры, которая не удовлетворяет формуле отношения этого варианта осуществления. Кроме того, F₂ является графиком, иллюстрирующим изменение поверхностной температуры стенок трубы во время "F>0,40", и имеет форму экранной трубы 35 топочной камеры, которая удовлетворяет формуле отношения этого варианта осуществления. Помимо этого, F₃ является графиком, иллюстрирующим изменение поверхностной температуры стенок трубы при удовлетворении формуле отношения "(Pr*Nr)/Hr>1,25L+55", и имеет другую форму экранной трубы 35 топочной камеры, которая удовлетворяет формуле отношения этого варианта осуществления. Помимо этого, T_w является графиком, иллюстрирующим изменение температуры (температуры начала жидкого состояния) воды, которая протекает через внутреннюю часть экранной трубы 35 топочной камеры, и T_max является критической температурой трубы, которая является приемлемой для экранной трубы 35 топочной камеры.

[0076] Здесь, на фиг.4, массовая скорость воды, протекающей через внутреннюю часть экранной трубы 35 топочной камеры, становится низкой массовой скоростью, при которой может обеспечиваться стабильность потока воды в экранной трубе 35 топочной камеры, и внутренняя часть экранной трубы 35 топочной камеры имеет сверхкритическое давление. В частности, низкая массовая скорость отличается в зависимости от размеров внешнего диаметра D трубы, небольшого внутреннего диаметра d1 и большого внутреннего диаметра d2, но, например, при работе котла 10 при номинальной выходной мощности, средняя массовая скорость экранной трубы 35 топочной камеры находится в диапазоне 1000 (кг/м²с) или более и 2000 (кг/м²с) или меньше. Помимо этого, при условии, что достигается массовая скорость протекания, при которой может обеспечиваться стабильность потока воды в экранной трубе 35 топочной камеры, массовая скорость протекания не ограничена вышеописанным диапазоном. В этом варианте осуществления номинальная выходная мощность имеет номинальную электрическую мощность в генераторе теплоэлектростанции 1.

[0077] Как проиллюстрировано на фиг.4, в случае F₁, следует признавать, что когда увеличивается энтальпия, т.е. когда увеличивается количество тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, поверхностная температура стенок трубы кратковременно увеличивается. Иными словами, в случае F₁ проверяется то, что когда увеличивается количество тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, возникает явление ухудшения теплопередачи, при котором коэффициент теплопередачи снижается во время сверхкритического давления.

[0078] Между тем, как проиллюстрировано на фиг.4, в случае F₂ и F₃ следует признавать, что когда увеличивается энтальпия, т.е. когда увеличивается количество тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, по сравнению со случаем F₁, поверхностная температура стенок трубы постепенно увеличивается. Иными словами, в случае F₂ и F₃ проверяется то, что даже когда увеличивается количество тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, снижение коэффициента теплопередачи во время сверхкритического давления подавляется, и можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи в экранной трубе 35 топочной камеры.

[0079] Затем, на фиг.5, массовая скорость воды, протекающей через внутреннюю часть экранной трубы 35 топочной камеры, становится меньше, чем в случае по фиг.4, и становится минимальной (нижней предельной) массовой скоростью, при которой может работать котел 10. Помимо этого, аналогично фиг.4, внутренняя часть экранной трубы 35 топочной камеры имеет сверхкритическое давление. В частности, минимальная массовая скорость отличается в зависимости от размеров внешнего диаметра D трубы, небольшого внутреннего диаметра d1 и большого внутреннего диаметра d2, но, например, при работе котла 10 при номинальной выходной мощности средняя массовая скорость экранной трубы 35 топочной камеры находится в диапазоне 1500 (кг/м²с) или меньше. Помимо этого, если существует минимальная массовая скорость, которая дает возможность работы котла 10, она не ограничена вышеописанным диапазоном, но общий нижний предел составляет приблизительно 700 кг/м²с.

[0080] Как проиллюстрировано на фиг.5, в случае F₁ следует признавать, что когда увеличивается энтальпия, т.е. когда увеличивается количество тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, поверхностная температура стенок трубы кратковременно увеличивается. Иными словами, в случае F₁ проверяется то, что теплоноситель протекает через внутреннюю часть экранной трубы 35 топочной камеры на минимальной массовой скорости, и когда увеличивается количество тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, возникает явление ухудшения теплопередачи, при котором коэффициент теплопередачи снижается во время сверхкритического давления.

[0081] Между тем, как проиллюстрировано на фиг.5, в случае F₂ следует признавать, что когда увеличивается энтальпия, т.е. когда увеличивается количество тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, по сравнению со случаем F₁, поверхностная температура стенок трубы постепенно увеличивается, но превышает критическую температуру T_max трубы. Напротив, в случае F₃, когда увеличивается энтальпия, т.е. когда увеличивается количество тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, по сравнению со случаем F₂, поверхностная температура стенок трубы постепенно увеличивается. Иными словами, проверяется то, что в случае F₃, другими словами, когда форма экранной трубы 35 топочной камеры удовлетворяет формуле отношения "(Pr*Nr)/Hr>1,25L+55", теплоноситель протекает через внутреннюю часть экранных труб 35 топочной камеры на минимальной массовой скорости, даже когда увеличивается количество тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, снижение коэффициента теплопередачи во время сверхкритического давления подавляется, и можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи в экранных трубах 35 топочной камеры.

[0082] Как описано выше, согласно конфигурации первого варианта осуществления в экранных трубах 35 топочной камеры, в которых во внутренней части возникает сверхкритическое давление, даже если вода, протекающая через внутреннюю часть экранных труб 35 топочной камеры, имеет низкую массовую скорость, или интенсивный тепловой поток прикладывается к ней, посредством удовлетворения соотношению Wg/(Hr*D)>0,40, как проиллюстрировано на фиг.4, можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи. Таким образом, поскольку возникновение явления ухудшения теплопередачи может подавляться во время сверхкритического давления, можно подавлять увеличение температуры трубы для экранной трубы 35 топочной камеры (поверхностной температуры стенок трубы для стенки 31 топочной камеры).

[0083] Кроме того, согласно конфигурации первого варианта осуществления, даже если вода, протекающая через внутреннюю часть экранной трубы 35 топочной камеры, имеет нижнюю предельную скорость, посредством удовлетворения формуле отношения (Pr*Nr)/Hr>1,25L+55, как проиллюстрировано на фиг.5, можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи. По этой причине, даже если вода протекает через внутреннюю часть экранной трубы 35 топочной камеры на нижней предельной массовой скорости во время сверхкритического давления, возникновение явления ухудшения теплопередачи может подавляться, и за счет этого можно подавлять увеличение температуры трубы для экранной трубы 35 топочной камеры (поверхностной температуры стенок трубы для стенки 31 топочной камеры).

[0084] Кроме того, согласно конфигурации первого варианта осуществления экранная труба 35 топочной камеры, удовлетворяющая вышеуказанной формуле отношения, может применяться к котлу для работы в режиме переменного давления при сверхкритическом давлении с вертикальной трубной топочной камерой. Таким образом, поскольку можно подавлять возникновение ухудшения теплопередачи экранной трубы 35 топочной камеры во время сверхкритического давления, можно надлежащим образом поддерживать теплопередачу из экранной трубы 35 топочной камеры в воду и стабильно генерировать пар.

[0085] Кроме того, согласно конфигурации первого варианта осуществления котел 10, имеющий экранную трубу 35 топочной камеры, может применяться к теплоэлектростанции 1, которая использует паровую турбину 11. По этой причине, поскольку пар может стабильно генерироваться в котле 10, можно стабильно подавать пар в паровую турбину 11, и за счет этого можно обеспечивать стабильную работу паровой турбины 11.

[0086] В первом варианте осуществления экранная труба 35 топочной камеры, которая выступает в качестве теплообменной трубы, применяется к традиционному котлу, и традиционный котел применяется к теплоэлектростанции 1, но изобретение не ограничено этой конфигурацией. Например, теплообменная труба, которая удовлетворяет вышеуказанной формуле отношения, может применяться к котлу на основе рекуперации отработавшего тепла, и котел на основе рекуперации отработавшего тепла может применяться к парогазовой установке на основе комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией угля (IGCC). Иными словами, при условии, что приспосабливается прямоточный котел, в котором внутренняя часть теплообменной трубы имеет сверхкритическое давление, она может применяться к любому котлу.

[0087] Кроме того, в первом варианте осуществления, хотя F₂ имеет форму экранной трубы 35 топочной камеры, которая удовлетворяет формуле отношения "F>0,40", и F₃ имеет форму экранной трубы 35 топочной камеры, которая удовлетворяет формуле отношения "(Pr*Nr)/Hr>1,25L+55", форма экранной трубы 35 топочной камеры не ограничена формой F₂ или F₃. Иными словами, форма экранной трубы 35 топочной камеры может представлять собой форму, полученную посредством комбинирования формы F₂ и формы F₃.

[0088] В первом варианте осуществления, хотя форма реберной части 37 экранной трубы 35 топочной камеры не ограничена конкретным образом, например, она может представлять собой форму, проиллюстрированную на фиг.6. Фиг.6 является видом в частичном поперечном сечении при рассмотрении вдоль направления оси трубы, иллюстрирующим пример формы реберной части экранной трубы топочной камеры.

[0089] Как проиллюстрировано на фиг.6, в реберной части 37 экранной трубы 35 топочной камеры форма поперечного сечения при рассмотрении вдоль направления оси трубы имеет трапецеидальную форму, в которой внутренняя периферийная поверхность P2 представляет собой нижнюю поверхность (нижнее основание), и внутренняя периферийная поверхность P1 представляет собой верхнюю поверхность (верхнее основание). Кроме того, в этом случае, аналогично первому варианту осуществления, высота Hr ребра реберной части 37 является высотой от внутренней периферийной поверхности P2 до местоположения, в котором реберная часть 37 расположена на радиально крайней внутренней стороне (т.е. внутренней периферийной поверхности P1). Кроме того, ширина Wg паза является шириной между изогнутым местоположением в качестве границы между внутренней периферийной поверхностью P2 и реберной частью 37 на одной стороне в направлении оси трубы пазовой части 36 и изогнутым местоположением в качестве границы между внутренней периферийной поверхностью P2 и реберной частью 37 на другой стороне в направлении оси трубы пазовой части 36.

[0090] Как проиллюстрировано на фиг.6, реберная часть 37 экранной трубы 35 топочной камеры может представлять собой форму, имеющую изогнутую часть, которая имеет предварительно определенный угол относительно внутренней периферийной поверхности P1 и внутренней периферийной поверхности P2. Помимо этого, на фиг.6 реберная часть 37 имеет трапецеидальную форму, но она может иметь прямоугольную форму или треугольную форму и не ограничена конкретным образом.

[0091] Кроме того, форма реберной части 37 экранной трубы 35 топочной камеры может представлять собой форму, проиллюстрированную на фиг.7. Фиг.7 является видом в частичном поперечном сечении при рассмотрении вдоль направления оси трубы, иллюстрирующим пример формы реберной части экранной трубы топочной камеры.

[0092] Как проиллюстрировано на фиг.7, реберная часть 37 экранной трубы 35 топочной камеры имеет такую конфигурацию, в которой форма поперечного сечения при рассмотрении вдоль направления оси трубы имеет искривленную форму, которая продолжается с внутренней периферийной поверхностью P2 и является выпуклой радиально внутрь. Кроме того, в этом случае, аналогично первому варианту осуществления, высота Hr ребра реберной части 37 является высотой от внутренней периферийной поверхности P2 до местоположения (т.е. вершины), в котором реберная часть 37 расположена на радиально крайней внутренней стороне. Кроме того, ширина Wg паза является шириной между границей между плоской внутренней периферийной поверхностью P2 и искривленной реберной частью 37 на одной стороне в направлении оси трубы пазовой части 36 и границей между плоской внутренней периферийной поверхностью P2 и искривленной реберной частью 37 на другой стороне в направлении оси трубы пазовой части 36.

[0093] Как проиллюстрировано на фиг.7, реберная часть 37 экранной трубы 35 топочной камеры может представлять собой форму, имеющую непрерывную искривленную поверхность, которая имеет предварительно определенный радиус кривизны относительно внутренней периферийной поверхности P1 и внутренней периферийной поверхности P2. На фиг.7 реберная часть 37 имеет искривленную форму, которая является выпуклой радиально внутрь, но радиально внутренняя вершина реберной части 37 может представлять собой плоскую поверхность, и при условии, что она представляет собой непрерывную искривленную поверхность относительно внутренней периферийной поверхности P1 и внутренней периферийной поверхности P2, она не ограничена конкретным образом.

[0094] Кроме того, форма реберной части 37 экранной трубы 35 топочной камеры может представлять собой форму, проиллюстрированную на фиг.8 и 9. Фиг.8 является видом в частичном поперечном сечении при рассмотрении вдоль направления оси трубы, иллюстрирующим пример формы реберной части экранной трубы топочной камеры, а фиг.9 является видом в частичном поперечном сечении при рассмотрении в плоскости, перпендикулярной направлению оси трубы, иллюстрирующим пример формы реберной части экранной трубы топочной камеры.

[0095] Как проиллюстрировано на фиг.8, в реберной части 37 экранной трубы 35 топочной камеры форма поперечного сечения при рассмотрении вдоль направления оси трубы имеет треугольную форму, в которой внутренняя периферийная поверхность P2 представляет собой нижнюю поверхность. При этом угол, сформированный между реберной частью 37 и внутренней периферийной поверхностью P2, отличается на стороне впуска и стороне выпуска в направлении протекания воды. Иными словами, угол, сформированный между реберной частью 37 и внутренней периферийной поверхностью P2 на стороне впуска в направлении протекания, имеет небольшой угол, по сравнению с углом, сформированным между реберной частью 37 и внутренней периферийной поверхностью P2 на стороне выпуска направления протекания. Иными словами, в реберной части 37 относительно направления протекания воды градиент местоположения стороны впуска является крутым, в то время как градиент местоположения стороны выпуска является постепенным.

[0096] Помимо этого, как проиллюстрировано на фиг.9, реберная часть 37 экранной трубы 35 топочной камеры имеет такую конфигурацию, в которой форма поперечного сечения при рассмотрении в плоскости, перпендикулярной направлению оси трубы, имеет треугольную форму, в которой внутренняя периферийная поверхность P2 представляет собой нижнюю поверхность. При этом угол, сформированный между реберной частью 37 и внутренней периферийной поверхностью P2, отличается на стороне впуска и стороне выпуска в направлении вращения воды. Иными словами, угол, сформированный между реберной частью 37 и внутренней периферийной поверхностью P2 на стороне впуска в направлении вращения, имеет небольшой угол по сравнению с углом, сформированным между реберной частью 37 и внутренней периферийной поверхностью P2 на стороне выпуска в направлении вращения. Иными словами, в реберной части 37 относительно направления вращения воды градиент местоположения стороны впуска является крутым, в то время как градиент местоположения стороны выпуска является постепенным.

Второй вариант осуществления

[0097] Далее описывается экранная труба 35 топочной камеры согласно второму варианту осуществления со ссылкой на фиг.10-13. Фиг.10 является пояснительным видом, иллюстрирующим соотношение между потоком во время перехода через ступень (обратноступенчатым потоком) и коэффициентом теплопередачи. Фиг.11 является графиком примера поверхностной температуры стенок трубы для стенки топочной камеры, которая варьируется в зависимости от энтальпии. Фиг.12 является графиком примера поверхностной температуры стенок трубы для стенки топочной камеры, которая варьируется в зависимости от энтальпии. Фиг.13 является графиком, иллюстрирующим соотношение между высотой Hr ребра, интервалом Pr ребра, шириной Wr ребра и номером Nr ребра, которое варьируется в зависимости от длины L смоченного периметра в отношении экранной трубы топочной камеры второго варианта осуществления. Помимо этого, во втором варианте осуществления во избежание повторного описания описываются только части, отличающиеся от частей первого варианта осуществления, и части конфигураций, идентичные частям конфигураций первого варианта осуществления, обозначаются посредством идентичных ссылок с номерами. Ниже описывается форма экранной трубы 35 топочной камеры согласно второму варианту осуществления.

[0098] Внутренняя часть экранной трубы 35 топочной камеры переходит в состояние сверхкритического давления, и вода протекает в этом состоянии. При этом экранная труба 35 топочной камеры второго варианта осуществления, нагретая посредством камеры 22 сгорания, имеет форму с высоким коэффициентом теплопередачи при подавлении явления ухудшения теплопередачи.

[0099] В этой связи, поскольку внутренняя часть экранной трубы 35 топочной камеры имеет сверхкритическое давление, вода протекает в однофазном состоянии. Кроме того, поскольку вода протекает в направлении оси трубы, вода становится потоком, который переходит через реберную часть 37, при придании вращающей силы посредством реберной части 37. При этом поток, переходящий через реберную часть 37, представляет собой так называемый обратноступенчатый поток. Ниже описывается соотношение между обратноступенчатым потоком и коэффициентом теплопередачи со ссылкой на фиг.10.

[0100] Фиг.10 является пояснительным видом, иллюстрирующим соотношение между потоком (обратноступенчатым потоком) во время перехода через ступень и коэффициентом теплопередачи. Проточный канал 100, через который протекает текучая среда, проиллюстрированная на фиг.10, представляет собой проточный канал, в котором ступенчатая часть 101 выступает из нижней поверхности P4. Помимо этого, местоположение, в котором формируется нижняя поверхность P4, является пазовой частью 102. Здесь, проточный канал 100 соответствует внутреннему проточному каналу экранной трубы 35 топочной камеры. Кроме того, ступенчатая часть 101 соответствует реберной части 37 экранной трубы 35 топочной камеры. Кроме того, пазовая часть 102 соответствует пазовой части 36 экранной трубы 35 топочной камеры. Кроме того, текучая среда, протекающая через проточный канал 100, соответствует воде в качестве теплоносителя. Предварительно определенное направление протекания потока текучей среды соответствует направлению оси трубы потока воды.

[0101] Здесь, когда текучая среда протекает в предварительно определенном направлении протекания в проточном канале 100, текучая среда протекает на ступенчатой части 101 и затем отделяется в угловой части ступенчатой части 101. Отделенная текучая среда повторно присоединяется к нижней поверхности P4 пазовой части 102 в точке O повторного присоединения. После этого вода, повторно присоединяющаяся к нижней поверхности P4 пазовой части 102, протекает в сторону выпуска вдоль нижней поверхности P4.

[0102] При этом коэффициент теплопередачи нижней поверхности P4 в предварительно определенном направлении протекания является таким, как проиллюстрировано на фиг.10, коэффициент теплопередачи является наибольшим в точке O повторного присоединения, и коэффициент теплопередачи понижается по мере того, как она уходит от точки O повторного присоединения к стороне впуска и стороне выпуска. По этой причине, для того чтобы повышать коэффициент теплопередачи экранной трубы 35 топочной камеры, необходимо надлежащим образом регулировать позицию точки O повторного присоединения.

[0103] Здесь, позиция точки O повторного присоединения может регулироваться посредством варьирования высоты Hr ребра и ширины Wr ребра. Иными словами, можно задавать позицию точки O повторного присоединения равной позиции, в которой коэффициент теплопередачи экранной трубы 35 топочной камеры является высоким, посредством задания высоты Hr ребра и ширины Wr ребра как оптимальную формы.

[0104] По этой причине экранная труба 35 топочной камеры имеет форму, в которой небольшой внутренний диаметр d1, большой внутренний диаметр d2, внешний диаметр D трубы, ширина Wg паза, ширина Wr ребра, интервал Pr, номер Nr ребра, высота Hr ребра и длина L смоченного периметра удовлетворяют формуле отношения, описанной ниже.

[0105] В экранной трубе 35 топочной камеры ширина Wg паза, высота Hr ребра и внешний диаметр D трубы удовлетворяют формуле отношения "Wg/(Hr*D)>0,40 "(в дальнейшем в этом документе называется формулой (1)). Здесь, когда "Wg/(Hr*D)=F", соотношение составляет "F>0,40". При этом высота Hr ребра составляет "Hr>0", и реберная часть 37 выполнена с возможностью выступать радиально внутрь. Помимо этого, высота Hr ребра, интервал Pr ребра, ширина Wr ребра, номер Nr ребра и длина L смоченного периметра удовлетворяют формуле отношения "(Pr*Nr)/(Hr*Wr)>0,40L+9,0" (в дальнейшем в этом документе называется формулой (2)). Хотя подробности описываются ниже, посредством задания формы экранной трубы 35 топочной камеры как формы, которая удовлетворяет вышеописанным двум формулам отношения, можно повышать коэффициент теплопередачи, при подавлении возникновения явления ухудшения теплопередачи.

[0106] Угол подъема винтовой части реберной части 37, имеющей спиральную форму, становится углом, который удовлетворяет вышеуказанной формуле отношения. Помимо этого, угол подъема винтовой части является углом относительно направления оси трубы, если угол подъема винтовой части реберной части 37 составляет 0°, оно становится направлением вдоль направления оси трубы, а если угол подъема винтовой части реберной части 37 составляет 90°, оно становится направлением вдоль направления вдоль окружности. Здесь, угол подъема винтовой части реберной части 37 также надлежащим образом изменяется в зависимости от числа реберных частей 37. Иными словами, если число реберных частей 37 является большим, угол подъема винтовой части реберной части 37 становится пологим углом (приближающимся к 0°), и между тем, если число реберных частей 37 является небольшим, угол подъема винтовой части реберной части 37 становится крутым углом (приближающимся к 90°).

[0107] Далее описываются изменения поверхностной температуры стенок трубы для стенки топочной камеры, которая варьируется в зависимости от энтальпии, со ссылкой на фиг.11 и 12. Фиг.11 и 12 являются графиками примера поверхностной температуры стенок трубы для стенки топочной камеры, которая варьируется в зависимости от энтальпии. Здесь, горизонтальные оси фиг.11 и 12 являются энтальпией, которая придается стенке 31 топочной камеры (экранной трубе 35 топочной камеры), а вертикальные оси являются поверхностной температурой стенок трубы (температурой экранной трубы 35 топочной камеры).

[0108] Как проиллюстрировано на фиг.11 и 12, F₁ является графиком, иллюстрирующим изменения поверхностной температуры стенок трубы во время "F=0,35", и имеет форму традиционной экранной трубы 35 топочной камеры, которая не удовлетворяет формуле отношения первого варианта осуществления. Кроме того, F₂ является графиком, иллюстрирующим изменения поверхностной температуры стенок трубы во время "F>0,40", и имеет форму экранной трубы 35 топочной камеры, которая удовлетворяет формуле (1) второго варианта осуществления. Помимо этого, F₄ является графиком, иллюстрирующим изменения поверхностной температуры стенок трубы во время удовлетворения двум формулам отношения "F>0,40" и "(Pr*Nr)/(Hr*Wr)>0,40L+9,0", и имеет форму экранной трубы 35 топочной камеры, которая удовлетворяет двум формулам отношения второго варианта осуществления. Помимо этого, T_w является графиком, иллюстрирующим изменения температуры (температуры начала жидкого состояния) воды, протекающей через внутреннюю часть экранной трубы 35 топочной камеры, и T_max является критической температурой трубы, которая является приемлемой для экранной трубы 35 топочной камеры.

[0109] Здесь, на фиг.11, массовая скорость воды, протекающей через внутреннюю часть экранной трубы 35 топочной камеры, становится низкой массовой скоростью, при которой может обеспечиваться стабильность потока воды в экранной трубе 35 топочной камеры, и внутренняя часть экранной трубы 35 топочной камеры имеет сверхкритическое давление. В частности, хотя низкая массовая скорость отличается в зависимости от размеров внешнего диаметра D трубы, небольшого внутреннего диаметра d1 и большого внутреннего диаметра d2, например, при работе котла 10 при номинальной выходной мощности, средняя массовая скорость экранной трубы 35 топочной камеры находится в диапазоне 1000 (кг/м²с) или более и 2000 (кг/м²с) или меньше. Помимо этого, при условии, что достигается массовая скорость, при которой может обеспечиваться стабильность потока воды в экранной трубе 35 топочной камеры, она не ограничена вышеописанным диапазоном. Кроме того, во втором варианте осуществления номинальная выходная мощность становится номинальной электрической мощностью в генераторе теплоэлектростанции 1.

[0110] Как проиллюстрировано на фиг.11, в случае F₁ следует признавать, что когда увеличивается энтальпия, т.е. когда увеличивается количество тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, поверхностная температура стенок трубы кратковременно увеличивается. Иными словами, в случае F₁ проверяется то, что когда увеличивается количество тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, возникает явление ухудшения теплопередачи, при котором коэффициент теплопередачи снижается во время сверхкритического давления.

[0111] Между тем, как проиллюстрировано на фиг.11, в случае F₂ следует признавать, что когда увеличивается энтальпия, т.е. когда увеличивается количество тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, поверхностная температура стенок трубы постепенно увеличивается по сравнению со случаем F₁. Иными словами, в случае F₂ проверяется то, что даже когда увеличивается количество тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, снижение коэффициента теплопередачи во время сверхкритического давления подавляется, и можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи в экранной трубе 35 топочной камеры. Иными словами, проверяется то, что форма экранной трубы 35 топочной камеры, которая удовлетворяет формуле (1), может подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи.

[0112] Кроме того, как проиллюстрировано на фиг.11, в случае F₄ следует признавать, что поверхностная температура стенок трубы снижается по сравнению со случаем F₂ от небольшой энтальпии до большой энтальпии. Иными словами, в случае F₄ проверяется то, что коэффициент теплопередачи экранной трубы 35 топочной камеры повышается по сравнению со случаем F₂ независимо от абсолютной величины количества тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, и даже когда увеличивается количество тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, снижение коэффициента теплопередачи во время сверхкритического давления также подавляется, и можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи в экранной трубе 35 топочной камеры. Иными словами, проверяется то, что форма экранной трубы 35 топочной камеры, удовлетворяющей формулам (1) и (2), позволяет повышать коэффициент теплопередачи при подавлении возникновения явления ухудшения теплопередачи.

[0113] Затем, на фиг.12 массовая скорость воды, протекающей через внутреннюю часть экранной трубы 35 топочной камеры, становится меньше, чем в случае по фиг.11, и становится минимальной (нижней предельной) массовой скоростью, при которой может работать котел 10. Кроме того, как показано на фиг.11, внутренняя часть экранной трубы 35 топочной камеры имеет сверхкритическое давление. В частности, хотя минимальная массовая скорость отличается в зависимости от размеров внешнего диаметра D трубы, небольшого внутреннего диаметра d1 и большого внутреннего диаметра d2, например, при работе котла 10 при номинальной выходной мощности, средняя массовая скорость экранной трубы 35 топочной камеры находится в диапазоне 1500 (кг/м²с) или меньше. Помимо этого, при условии, что задается минимальная массовая скорость, с которой может работать котел 10, она не ограничена вышеописанным диапазоном, и общий нижний предел составляет приблизительно 700 кг/м²с.

[0114] Как проиллюстрировано на фиг.12, в случае F₁ следует признавать, что когда увеличивается энтальпия, т.е. когда увеличивается количество тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, поверхностная температура стенок трубы кратковременно увеличивается. Иными словами, в случае F₁ проверяется то, что когда теплоноситель протекает через внутреннюю часть экранной трубы 35 топочной камеры на минимальной массовой скорости, и увеличивается количество тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, возникает явление ухудшения теплопередачи, при котором коэффициент теплопередачи снижается во время сверхкритического давления.

[0115] Между тем, как проиллюстрировано на фиг.12, в случае F₂ следует признавать, что когда увеличивается энтальпия, т.е. когда увеличивается количество тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, поверхностная температура стенок трубы постепенно увеличивается по сравнению со случаем F₁, но превышает критическую температуру T_max трубы.

[0116] Напротив, как проиллюстрировано на фиг.12, в случае F₄ проверяется то, что поверхностная температура стенок трубы снижается от небольшой энтальпии до большой энтальпии по сравнению со случаем F₂. Иными словами, в случае F₄ проверяется то, что коэффициент теплопередачи экранной трубы 35 топочной камеры повышается по сравнению со случаем F₂ независимо от количества тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры. Кроме того, проверяется то, что даже когда теплоноситель протекает через внутреннюю часть экранной трубы 35 топочной камеры на минимальной массовой скорости, и количество тепла, предоставляемого в экранную трубу 35 топочной камеры, является большим, снижение коэффициента теплопередачи во время сверхкритического давления подавляется, и можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи в экранной трубе 35 топочной камеры. Иными словами, проверяется то, что форма экранной трубы 35 топочной камеры, удовлетворяющей формулам (1) и (2), позволяет повышать коэффициент теплопередачи при подавлении возникновения явления ухудшения теплопередачи.

[0117] Далее описывается соотношение между графиком, иллюстрирующим соотношение между высотой Hr ребра, интервалом Pr ребра, шириной Wr ребра и номером Nr ребра и местоположением согласно F₄, которое варьируется в зависимости от длины L смоченного периметра, со ссылкой на фиг.13. Фиг.13 является графиком, иллюстрирующим соотношение между высотой Hr ребра, интервалом Pr ребра, шириной Wr ребра и номером Nr ребра, которое варьируется в зависимости от длины L смоченного периметра в отношении экранной трубы топочной камеры второго варианта осуществления. На графике по фиг.13 горизонтальная ось представляет собой длину L смоченного периметра, и вертикальная ось представляет собой "(Pr*Nr)/(Hr*Wr)".

[0118] S1, проиллюстрированная на фиг.13, представляет собой линию "(Pr*Nr)/(Hr*Wr)=0,40L+9,0", и область согласно F₄ становится областью, в которой значение (Pr*Nr)/(Hr*Wr) становится значением, превышающим S1. Иными словами, экранная труба 35 топочной камеры второго варианта осуществления может иметь форму, которая позволяет повышать коэффициент теплопередачи при подавлении возникновения явления ухудшения теплопередачи посредством задания высоты Hr ребра, интервала Pr ребра, ширины Wr ребра, номера Nr ребра и длины L смоченного периметра как форм, которые попадают в область F₄.

[0119] Как описано выше, согласно конфигурации второго варианта осуществления в экранной трубе 35 топочной камеры, в которой внутренняя часть имеет сверхкритическое давление, посредством удовлетворения "Wg/(Hr*D)>0,40" и "(Pr*Nr)/(Hr*Wr)>0,40L+9,0", можно повышать коэффициент теплопередачи при подавлении возникновения явления ухудшения теплопередачи. По этой причине, посредством повышения коэффициента теплопередачи во время сверхкритического давления, при подавлении возникновения явления ухудшения теплопередачи, можно подавлять увеличение температуры трубы (поверхностной температуры стенок трубы для стенки 31 топочной камеры) сверх абсолютной величины энтропии.

[0120] Кроме того, согласно конфигурации второго варианта осуществления, даже когда вода, протекающая через внутреннюю часть экранной трубы 35 топочной камеры, имеет низкую массовую скорость (средняя массовая скорость составляет 1000-2000 кг/м²с), интенсивный тепловой поток прикладывается к ней, или массовая скорость воды, протекающей через внутреннюю часть экранной трубы 35 топочной камеры, понижается (средняя массовая скорость равна или меньше 1500 кг/м²с), можно повышать коэффициент теплопередачи во время сверхкритического давления при подавлении возникновения явления ухудшения теплопередачи.

[0121] Кроме того, согласно конфигурации второго варианта осуществления экранная труба 35 топочной камеры, удовлетворяющая вышеуказанной формуле отношения, может применяться к котлу для работы в режиме переменного давления при сверхкритическом давлении с вертикальной трубной топочной камерой. По этой причине, поскольку можно подавлять возникновение явления ухудшения теплопередачи экранной трубы 35 топочной камеры во время сверхкритического давления, можно надлежащим образом поддерживать теплопередачу из экранной трубы 35 топочной камеры в воду, и пар может стабильно генерироваться.

[0122] Кроме того, согласно конфигурации второго варианта осуществления котел 10, имеющий экранную трубу 35 топочной камеры, может применяться к теплоэлектростанции 1, которая использует паровую турбину 11. Следовательно, поскольку пар может стабильно генерироваться в котле 10, можно стабильно подавать пар в паровую турбину 11, и за счет этого также можно обеспечивать стабильную работу паровой турбины 11.

[0123] Во втором варианте осуществления, хотя экранная труба 35 топочной камеры, служащая в качестве теплообменной трубы, применяется к традиционному котлу, и традиционный котел применяется к теплоэлектростанции 1, изобретение не ограничено этой конфигурацией. Например, теплообменная труба, которая удовлетворяет вышеуказанной формуле отношения, может применяться к котлу на основе рекуперации отработавшего тепла, и котел на основе рекуперации отработавшего тепла может применяться к устройству на основе комбинированного цикла с внутрицикловой газификацией угля (IGCC). Иными словами, при условии, что приспосабливается прямоточный котел, в котором внутренняя часть теплообменной трубы имеет сверхкритическое давление, теплообменная труба может применяться к любому котлу.

[0124] Кроме того, хотя форма реберной части 37 экранной трубы 35 топочной камеры не ограничена конкретным образом во втором варианте осуществления, например, аналогично первому варианту осуществления, она может иметь форму, как проиллюстрировано на фиг.6-9.

Третий вариант осуществления

[0125] Далее описывается экранная труба 35 топочной камеры согласно третьему варианту осуществления со ссылкой на фиг.14. Фиг.14 является графиком, иллюстрирующим соотношение между высотой Hr ребра, интервалом Pr ребра, шириной Wr ребра и номером Nr ребра, которое варьируется в зависимости от длины L смоченного периметра согласно экранной трубе топочной камеры третьего варианта осуществления. Помимо этого, даже в третьем варианте осуществления, во избежание повторного описания, описываются только части, отличающиеся от частей первого и второго вариантов осуществления, и части конфигураций, идентичные частям конфигураций первого и второго вариантов осуществления, обозначаются посредством идентичных ссылок с номерами. Хотя внешний диаметр D трубы не упоминается конкретно во втором варианте осуществления, внешний диаметр D трубы для экранной трубы 35 топочной камеры формируется таким образом, что он составляет "25 мм≤D≤35 мм" в третьем варианте осуществления. Ниже описывается экранная труба 35 топочной камеры согласно третьему варианту осуществления.

[0126] Как описано во втором варианте осуществления, средняя массовая скорость воды, протекающей через внутреннюю часть экранной трубы 35 топочной камеры, находится в диапазоне 1000 (кг/м²с) или более и 2000 (кг/м²с) или меньше либо 1500 (кг/м²с) или меньше и равна или превышает минимальную массовую скорость, с которой может работать котел 10. Таким образом, массовая скорость воды, протекающей через внутреннюю часть экранной трубы 35 топочной камеры, становится предварительно установленной массовой скоростью. Причина заключается в том, что для того, чтобы достигать оптимального коэффициента теплопередачи экранной трубы 35 топочной камеры, которая удовлетворяет формуле (1) и формуле (2), посредством задания массовой скорости в вышеописанном диапазоне, позиция точки O повторного присоединения, проиллюстрированной на фиг.10 задается равной оптимальной позиции. При этом, когда внешний диаметр D трубы для экранной трубы 35 топочной камеры снижается, массовая скорость протекания увеличивается, и между тем, когда внешний диаметр D трубы увеличивается, массовая скорость протекания снижается. Здесь, когда размер внешнего диаметра D трубы для экранной трубы 35 топочной камеры является слишком большим или слишком небольшим, массовая скорость протекания отступает от вышеописанного диапазона, в силу чего позиция точки O повторного присоединения, проиллюстрированной на фиг.10, может изменяться относительно оптимальной позиции. По этой причине, для того чтобы достигать массовой скорости протекания, которая является подходящей для формы экранной трубы 35 топочной камеры, которая удовлетворяет формуле (1) и формуле (2), внешний диаметр D трубы для экранной трубы 35 топочной камеры становится диапазоном, который описывается ниже.

[0127] В третьем варианте осуществления внешний диаметр D трубы для экранной трубы 35 топочной камеры формируется таким образом, что он составляет "25 мм≤D≤35 мм". Здесь, как проиллюстрировано на фиг.14, область, заданная посредством внешнего диаметра D трубы диапазона "25 мм≤D≤35 мм", представляет собой область, которая расположена между двух линий S2. Иными словами, длина L смоченного периметра задается посредством функции внешнего диаметра D трубы в качестве фактора, когда внешний диаметр D трубы увеличивается, длина L смоченного периметра увеличивается, и когда внешний диаметр D трубы снижается, длина L смоченного периметра снижается. Кроме того, в двух линиях S2, левая линия S2 по фиг.14 представляет собой линию внешнего диаметра трубы "D=25 мм", а правая линия S2 по фиг.14 представляет собой линию внешнего диаметра трубы "D=35 мм". Кроме того, экранная труба 35 топочной камеры третьего варианта осуществления имеет форму, в которой высота Hr ребра, интервал Pr ребра, ширина Wr ребра, номер Nr ребра и длина L смоченного периметра попадают в перекрытую область, в которой область F₄, заданная посредством линии S1, и область, расположенная между двух линий S2, перекрывают друг друга.

[0128] Как описано выше, согласно конфигурации третьего варианта осуществления, посредством задания внешнего диаметра D трубы как "25 мм≤D≤35 мм", массовая скорость протекания воды может задаваться в вышеописанном диапазоне, и массовая скорость протекания воды может задаваться равной подходящей массовой скорости протекания. Следовательно, поскольку можно достигать массовой скорости протекания, которая является подходящей для формы экранной трубы 35 топочной камеры, которая удовлетворяет формуле (1) и формуле (2), позиция точки O повторного присоединения может задаваться равной оптимальной позиции, и могут достигаться оптимальные характеристики с точки зрения коэффициента теплопередачи.

Четвертый вариант осуществления

[0129] Далее описывается экранная труба 35 топочной камеры согласно четвертому варианту осуществления со ссылкой на фиг.15. Фиг.15 является графиком, иллюстрирующим соотношение между высотой Hr ребра, интервалом Pr ребра, шириной Wr ребра и номером Nr ребра, которое варьируется в зависимости от длины L смоченного периметра, в отношении экранной трубы топочной камеры четвертого варианта осуществления. Помимо этого, даже в четвертом варианте осуществления во избежание повторного описания описываются части, отличающиеся от частей первого-третьего вариантов осуществления, и части конфигураций, идентичные частям конфигураций первого-третьего вариантов осуществления, обозначаются посредством идентичных ссылок с номерами. В четвертом варианте осуществления верхнее предельное значение предоставляется в формуле (2). Ниже описывается экранная труба 35 топочной камеры согласно четвертому варианту осуществления.

[0130] В экранной трубе 35 топочной камеры четвертого варианта осуществления, высота Hr ребра, интервал Pr ребра, ширина Wr ребра, номер Nr ребра и длина L смоченного периметра удовлетворяют формуле отношения "(Pr*Nr)/(Hr*Wr)<0,40L+80" (в дальнейшем в этом документе называется формулой (3)), в дополнение к формуле (1) и формуле (2). Иными словами, экранная труба 35 топочной камеры третьего варианта осуществления становится в диапазоне "0,40L+9,0<(Pr*Nr)/(Hr*Wr)<0,40L+80", когда формула (2) и формула (3) комбинируются друг с другом.

[0131] Здесь, в формуле (2), т.е. в формуле "(Pr*Nr)/(Hr*Wr)>0,40L+9,0", поскольку верхний предел "(Pr*Nr)/(Hr*Wr)" не задается, когда формула в левой стороне слишком увеличивается, получается направление, в котором интервал Pr ребра расширяется, номер Nr ребра увеличивается, высота Hr ребра становится нулевой, и ширина Wr ребра становится нулевой. В этом случае непросто поддерживать форму экранной трубы 35 топочной камеры.

[0132] Следовательно, в четвертом варианте осуществления 4 верхнее предельное значение задается в формуле (3). Здесь, как проиллюстрировано на фиг.15, линия S3 составляет "(Pr*Nr)/(Hr*Wr)=0,40L+80". Кроме того, экранная труба 35 топочной камеры четвертого варианта осуществления имеет форму, в которой высота Hr ребра, интервал Pr ребра, ширина Wr ребра, номер Nr ребра и длина L смоченного периметра попадают в перекрытую область, в которой область F₄, заданная посредством линии S1, область, расположенная между двух линий S2, и область, меньшая линии S3, перекрывают друг друга. Иными словами, экранная труба 35 топочной камеры четвертого варианта осуществления имеет высоту Hr ребра, интервал Pr ребра, ширину Wr ребра, номер Nr ребра и длину L смоченного периметра в области, окруженной посредством линии S1, двух линий S2 и линии S3.

[0133] Как описано выше, согласно конфигурации четвертого варианта осуществления, посредством задания верхнего предельного значения посредством формулы (3), можно легко поддерживать экранную трубу 35 топочной камеры в подходящей форме без отклонения высоты Hr ребра, интервала Pr ребра, ширины Wr ребра, номера Nr ребра и длины L смоченного периметра.

[0134] В первом-четвертом вариантах осуществления, хотя направление вращения пазовой части 36 и реберной части 37, имеющих спиральную форму, не ограничено конкретным образом, направление вращения может представлять собой направление по часовой стрелке, может представлять собой направление против часовой стрелки и не ограничено конкретным образом.

Список ссылочных позиций

[0135] 1 - теплоэлектростанция

10 - котел

11 - паровая турбина

21 - топочная камера

22 - камера сгорания

31 - стенка топочной камеры

35 - экранная труба топочной камеры

36 - пазовая часть

37 - реберная часть

100 - проточный канал

101 - ступенчатая часть

102 - пазовая часть

D - внешний диаметр трубы

d1 - небольшой внутренний диаметр

d2 - большой внутренний диаметр

Wg - ширина паза

Wr - ширина ребра

Hr - высота ребра

P1 - внутренняя периферийная поверхность

P2 - внутренняя периферийная поверхность

P3 - внешняя периферийная поверхность

P4 - нижняя поверхность

L - длина смоченного периметра

O - точка повторного присоединения

Изобретение относится к теплотехнике и может быть применено в котлах и паротурбинных установках. Внутренняя часть экранной трубы топочной камеры имеет сверхкритическое давление и содержит пазы (36) на внутренней периферийной поверхности, имеющие спиральную форму к направлению оси трубы; и ребра (37), выступающие внутрь в радиальном направлении за счет пазов (36), при этом в поперечном сечении, рассматриваемом вдоль направления оси трубы, когда ширина (мм) пазов (36) в направлении оси трубы задается как Wg, высота (мм) ребер (37) в радиальном направлении задается как Hr и внешний диаметр трубы (мм) задается как D, ширина Wg (мм) пазов (36), высота Hr (мм) ребер (37) и внешнего диаметра D трубы (мм) удовлетворяют соотношению "Wg/(Hr*D)>0,40". Технический результат – повышение теплопередачи при сверхкритическом давлении. 6 н. и 14 з.п. ф-лы, 15 ил.

1. Теплообменная труба, которая предоставляется в котле, причем внутренняя часть теплообменной трубы имеет сверхкритическое давление, и теплоноситель протекает через внутреннюю часть, причем теплообменная труба содержит:

- пазовую часть, которая формируется на внутренней периферийной поверхности и имеет спиральную форму в направлении оси трубы; и

- реберную часть, которая формируется таким образом, что она выступает внутрь в радиальном направлении за счет пазовой части спиральной формы,

при этом в поперечном сечении, рассматриваемом вдоль направления оси трубы, когда ширина (мм) пазовой части в направлении оси трубы задается как Wg, высота (мм) реберной части в радиальном направлении задается как Hr и внешний диаметр трубы (мм) задается как D,

ширина Wg (мм) пазовой части, высота Hr (мм) реберной части и внешний диаметр D трубы (мм) удовлетворяют соотношению "Wg/(Hr*D)>0,40".

2. Теплообменная труба по п.1,

в которой, когда котел работает при номинальной выходной мощности, средняя массовая скорость теплоносителя, протекающего через внутреннюю часть теплообменной трубы, формирующей стенку топочной камеры, становится равной 1000-2000 кг/м²с.

3. Теплообменная труба по п.1,

в которой, когда интервал (мм) реберной части в направлении оси трубы задается как Pr, номер реберной части в поперечном сечении, которое рассматривается перпендикулярно направлению оси трубы, задается как Nr и длина смоченного периметра (мм) поперечного сечения, которое рассматривается перпендикулярно направлению оси трубы, задается как L,

высота Hr (мм) реберной части, интервал Pr (мм) реберной части, номер Nr реберной части и длина L смоченного периметра (мм) удовлетворяют соотношению "(Pr*Nr)/Hr>1,25L+55".

4. Теплообменная труба по п.3,

в которой, когда котел работает при номинальной выходной мощности, средняя массовая скорость теплоносителя, протекающего через внутреннюю часть теплообменной трубы, формирующей стенку топочной камеры, равна или меньше 1500 кг/м²с.

5. Теплообменная труба по п.1,

в которой внешний диаметр D трубы (мм) составляет "25 мм ≤ D ≤ 40 мм".

6. Теплообменная труба, которая предоставляется в котле, причем внутренняя часть теплообменной трубы имеет сверхкритическое давление, и теплоноситель протекает через внутреннюю часть, причем теплообменная труба содержит:

- пазовую часть, которая формируется на внутренней периферийной поверхности и имеет спиральную форму к направлению оси трубы; и

- реберную часть, которая формируется таким образом, что она выступает внутрь в радиальном направлении за счет пазовой части спиральной формы,

при этом, когда высота (мм) реберной части в радиальном направлении задается как Hr, интервал (мм) реберной части в направлении оси трубы задается как Pr, номер реберной части в поперечном сечении, которое рассматривается перпендикулярно направлению оси трубы, задается как Nr и длина смоченного периметра (мм) поперечного сечения, которое рассматривается перпендикулярно направлению оси трубы, задается как L,

высота Hr (мм) реберной части, интервал Pr (мм) реберной части, номер Nr реберной части (37) и длина L смоченного периметра (мм) удовлетворяют соотношению "(Pr*Nr)/Hr>1,25L+55".

7. Теплообменная труба по п.6,

в которой, когда котел работает при номинальной выходной мощности, средняя массовая скорость теплоносителя, протекающего через внутреннюю часть теплообменной трубы, формирующей стенку топочной камеры, равна или меньше 1500 кг/м²с.

8. Теплообменная труба по п.6,

в которой в поперечном сечении, рассматриваемом вдоль направления оси трубы, когда ширина (мм) пазовой части в направлении оси трубы задается как Wg и внешний диаметр трубы (мм) задается как D,

ширина Wg (мм) пазовой части, высота Hr (мм) реберной части и внешний диаметр D трубы (мм) удовлетворяют соотношению "Wg/(Hr*D)>0,40".

9. Теплообменная труба по п.8,

в которой, когда котел работает при номинальной выходной мощности, средняя массовая скорость теплоносителя, протекающего через внутреннюю часть теплообменной трубы, формирующей стенку топочной камеры, становится равной 1000-2000 кг/м²с.

10. Теплообменная труба по п.8,

в которой внешний диаметр D трубы (мм) составляет "25 мм ≤ D ≤ 40 мм".

11. Теплообменная труба, которая предоставляется в котле, причем внутренняя часть теплообменной трубы имеет сверхкритическое давление, и теплоноситель протекает через внутреннюю часть, причем теплообменная труба содержит:

- пазовую часть, которая формируется на внутренней периферийной поверхности и имеет спиральную форму к направлению оси трубы; и

- реберную часть, которая формируется таким образом, что она выступает внутрь в радиальном направлении за счет пазовой части спиральной формы,

при этом, когда высота (мм) реберной части в радиальном направлении задается как Hr, интервал (мм) реберной части в направлении оси трубы задается как Pr, ширина (мм) реберной части в направлении вдоль окружности внутренней периферийной поверхности задается как Wr, номер реберной части в поперечном сечении, которое рассматривается перпендикулярно направлению оси трубы, задается как Nr, длина смоченного периметра (мм) поперечного сечения, которое рассматривается перпендикулярно направлению оси трубы, задается как L, ширина (мм) пазовой части в направлении оси трубы для поперечного сечения, которое рассматривается вдоль направления оси трубы, задается как Wg и внешний диаметр трубы (мм) задается как D,

ширина Wg (мм) пазовой части, высота Hr (мм) реберной части и внешний диаметр D трубы (мм) удовлетворяют соотношению "Wg/(Hr*D)>0,40" и

высота Hr (мм) реберной части, интервал Pr (мм) реберной части, ширина Wr (мм) реберной части, номер Nr реберной части и длина L смоченного периметра (мм) удовлетворяют соотношению "(Pr*Nr)/(Hr*Wr)>0,40L+9,0".

12. Теплообменная труба по п.11,

в которой, когда котел работает при номинальной выходной мощности, средняя массовая скорость теплоносителя, протекающего через внутреннюю часть теплообменной трубы, формирующей стенку топочной камеры, становится равной 1000-2000 кг/м²с.

13. Теплообменная труба по п.11,

в которой, когда котел работает при номинальной выходной мощности, средняя массовая скорость теплоносителя, протекающего через внутреннюю часть теплообменной трубы, формирующей стенку топочной камеры, равна или меньше 1500 кг/м²с.

14. Теплообменная труба по п.12,

в которой внешний диаметр D трубы (мм) составляет "25 мм ≤ D ≤ 35 мм".

15. Теплообменная труба по п.11,

в которой высота Hr (мм) реберной части, интервал Pr (мм) реберной части, ширина Wr (мм) реберной части, номер Nr реберной части и длина L смоченного периметра (мм) удовлетворяют соотношению "(Pr*Nr)/(Hr*Wr)<0,40L+80".

16. Котел, содержащий теплообменную трубу по п.1, которая используется в качестве экранной трубы топочной камеры, которая формирует стенку топочной камеры котла, работающего при сверхкритическом давлении, в ходе работы при номинальной выходной мощности.

17. Котел, который нагревает теплоноситель, протекающий через внутреннюю часть теплообменной трубы, посредством нагрева теплообменной трубы по п.1 посредством излучения пламени или высокотемпературного газа.

18. Паротурбинное устройство, содержащее:

- котел по п.16; и

- паровую турбину, которая работает за счет пара, сгенерированного посредством нагрева воды в качестве теплоносителя, который протекает через внутреннюю часть теплообменной трубы, предоставленной в котле.

19. Теплообменная труба по п.2,

в которой, когда интервал (мм) реберной части в направлении оси трубы задается как Pr, номер реберной части в поперечном сечении, которое рассматривается перпендикулярно направлению оси трубы, задается как Nr и длина смоченного периметра (мм) поперечного сечения, которое рассматривается перпендикулярно направлению оси трубы, задается как L,

высота Hr (мм) реберной части, интервал Pr (мм) реберной части, номер Nr реберной части и длина L смоченного периметра (мм) удовлетворяют соотношению "(Pr*Nr)/Hr>1,25L+55".

20. Теплообменная труба по п.2,

в которой внешний диаметр D трубы (мм) составляет "25 мм ≤ D ≤ 40 мм".