ИСПАРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ЕГО РАБОТЫ Российский патент 2019 года по МПК F22B27/04 F22B37/22 F22B15/00 F22B35/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[001] Настоящее изобретение относится к испарителям, выполненным с возможностью превращения воды в пар.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[002] Теплоутилизационный парогенератор («HRSG») является устройством, которое может включать в себя один или более каналов, посредством которых горячий газ может быть использован теплообменниками для передачи тепла от горячего газа к текучей среде. Примеры теплообменников можно найти в опубликованных документах US 2013/0186594, US 2013/0180471, US 2013/0192810, US 2012/0240871, US 2011/0239961 и US 2007/0119388, а также в US 3,756,023, US 4,932,204, US 5,881,551, US 6,173,679 и US 7,481,060.

[003] Известные вертикальные испарители HRSG включают в себя горизонтальные испарительные трубы, которые могут испытывать нестабильность при операции запуска испарителя. Испарители могут подавать пар и нагретую жидкую воду в паровой барабан, который также может испытывать нестабильность уровня воды при операции запуска. Рециркуляционные насосы могут устранить возникновение такой нестабильности для предотвращения обратного потока, или противотока, пара в паровой барабан. Такой принцип также может устранить образование состояния гидравлического удара, необходимость в котором могут испытывать испарители в момент прекращения работы. Рециркуляционные насосы могут сталкиваться с операционными и эксплуатационными затратами.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[004] В соответствии с аспектами, проиллюстрированными в настоящем документе, предусмотрено испарительное устройство, предназначенное для приема жидкой воды из парового барабана, а также для подачи по меньшей мере одного из пара и нагретой жидкой воды, в паровой барабан. Испарительное устройство содержит первый испаритель, имеющий первый впуск для приема жидкой воды, и имеющий по меньшей мере один первый испарительный трубопровод. Каждый первый испарительный трубопровод образует по меньшей мере один первый испарительный тракт, проходящий от первого впуска, через газовый канал, в единственном проходе, к первому выпуску, для передачи тепла от газа к воде в первом испарительном тракте. Участок первого испарительного тракта, проходящий через газовый канал, является по существу перпендикулярным оси потока газа, вдоль которой при работе через газовый канал протекает газ. Второй испаритель имеет второй впуск для приема жидкой воды, а также имеет по меньшей мере один второй испарительный трубопровод, проходящий от второго впуска, через газовый канал, ко второму выпуску, для передачи тепла от газа к воде.

[005] В соответствии с другими аспектами, проиллюстрированными в настоящем документе, обеспечивается испарительное устройство, которое включает в себя первый испаритель для приема жидкой воды посредством первого впуска. Первый испаритель имеет по меньшей мере один первый испарительный трубопровод, образующий первый испарительный тракт, проходящий от первого впуска, через газовый канал, к первому выпуску первого испарителя, для передачи тепла, при работе, от газа, протекающего в газовом канале, к воде в первом испарительном тракте. Второй испаритель, предназначенный для приема жидкой воды посредством второго впуска, имеет по меньшей мере один второй испарительный трубопровод, образующий второй испарительный тракт, проходящий от второго впуска, через газовый канал, ко второму выпуску. Второй испарительный тракт предусмотрен для передачи тепла от газа к воде. Выпускной трубопровод находится в соединении с первым выпуском первого испарителя и вторым выпуском второго испарителя для выпуска по меньшей мере либо пара, либо нагретой жидкой воды, как от первого, так и от второго испарителя.

[006] В соответствии с другими аспектами, проиллюстрированными в настоящем документе, предложен способ работы испарительного устройства, предусмотренного в комбинации с вертикальным HRSG. Способ включает в себя этап подачи жидкой воды из парового барабана в первый питающий трубопровод первого испарителя. Первый испаритель имеет по меньшей мере один первый испарительный трубопровод, который образует первый испарительный тракт, проходящий от первого впуска, через газовый канал, в единственном проходе, к первому выпуску первого испарителя, для передачи тепла от газа, протекающего вдоль оси потока газа в газовом канале, к воде в первом испарительном тракте. Участок первого испарительного тракта, который проходит через газовый канал для образования единственного проходного трубопровода, может являться по существу перпендикулярным оси потока газа. Способ также включает в себя этап подачи жидкой воды из парового барабана во второй питающий трубопровод второго испарителя. Второй испаритель имеет по меньшей мере один второй испарительный трубопровод, проходящий через газовый канал HRSG смежно первому испарительному трубопроводу. Второй испарительный трубопровод образует второй испарительный тракт, проходящий от второго впуска, через газовый канал, ко второму выпуску второго испарителя, для передачи тепла от газа к воде. Способ дополнительно включает в себя этап подачи жидкой воды из парового барабана в первый впуск через первый питающий трубопровод, а также этап подачи жидкой воды из парового барабана во второй впуск через второй питающий трубопровод.

[007] Вышеописанные и другие признаки демонстрируются в качестве иллюстративных на нижеследующих чертежах, а также в подробном описании.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[008] Далее с обращением к чертежам, которые являются иллюстративными вариантами осуществления, на которых схожие элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.

[009] Фиг. 1 изображает блок-схему первого иллюстративного варианта осуществления испарителя;

[0010] Фиг. 2 изображает блок-схему второго иллюстративного варианта осуществления испарителя; и

[0011] Фиг. 3 изображает графическое представление алгоритма иллюстративного способа работы испарительного устройства.

[0012] Другие особенности, предметы и преимущества вариантов осуществления изобретения, раскрытых в настоящем документе, явствуют из нижеследующего описания иллюстративных вариантов осуществления и связанных иллюстративных способов.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] Раскрытые в настоящем документе иллюстративные варианты осуществления испарительного устройства могут быть выполнены с возможностью устранения возникновения противотока и нестабильности парового барабана, которая может возникнуть при операции запуска испарителя или теплообменника. Например, между паровым барабаном и испарителем может быть обеспечена естественная циркуляция воды, вследствие чего рециркуляционные насосы не являются необходимыми для устранения возникновения противотока и нестабильности уровня парового барабана. При желании, рециркуляционные насосы могут быть включены в качестве необязательной резервной меры безопасности.

[0014] Фиг. 1 изображает раскрытое в настоящем документе иллюстративное испарительное устройство, предназначенное для приема жидкой воды из парового барабана 1. Паровой барабан 1 может принимать воду из водоприемного отверстия 3, а также может выводить пар через выпуск 5 парового барабана.

[0015] При работе парового барабана жидкая вода может быть передана из парового барабана 1 на множество испарителей. Как первый питающий трубопровод 9, так и второй питающий трубопровод 11 могут подавать жидкую воду из парового барабана 1 в первый испаритель EVAP-1 или второй испаритель EVAP-2. Первый питающий трубопровод 9 может являться одним или более из трубопровода, клапана, трубы, сосуда, канала или элемента трубопровода других типов, которые образуют первый тракт, через который из парового барабана 1 в первый впуск 10 первого испарителя EVAP-1 протекает жидкая вода. Второй питающий трубопровод 11 также может являться одним или более из взаимосоединенных трубопроводов, клапанов, труб, сосудов, каналов или элементов трубопровода других типов, которые образуют тракт, через который из парового барабана 1 во второй впуск 20 второго испарителя EVAP-2 протекает жидкая вода. Как первый, так и второй питающие трубопроводы 9 и 11, в некоторых вариантах осуществления испарительного устройства могут быть рассмотрены в качестве вертикального трубопровода.

[0016] Принимаемая испарителями вода может быть подана через один или более испарительных трубопроводов первого и второго испарителей EVAP-1 и EVAP-2. Вода будет нагреваться посредством потока 7 нагретого газа, проходящего через по меньшей мере один канал 15 HRSG, для генерирования пара.

[0017] Пар и любая неиспарившаяся нагретая жидкая вода выводятся как первым, так и вторым испарителями EVAP-1 и EVAP-2 через комбинированный испарительный выпуск 13. Этот выпуск может являться трубопроводом, который соединяет первый и второй испарители с паровым барабаном 1, чтобы пар смешивался с нагретой неиспарившейся жидкой водой от обоих испарителей в общем трубопроводе перед подачей в паровой барабан 1. Комбинированный испарительный выпускной трубопровод 13 может являться трубопроводом комбинированного стояка, сформированным в качестве одного или более взаимосоединенных трубопроводов, труб, сосудов, каналов, клапанов или элементов трубопровода других типов, которые образуют тракт, через который из первого и второго выпускных отверстий 12, 22 испарителя в паровой барабан 1 протекает пар.

[0018] Комбинированный испарительный выпуск 13 может обеспечить преимущества при операции запуска испарительного устройства. Например, в процессе запуска, комбинированный испарительный выпуск 13 может способствовать естественной циркуляции пара в нужном направлении. Пар будет испускаться из первого испарителя EVAP-1 перед генерированием пара в нем, и выводиться из второго испарителя EVAP-2. В первом испарителе EVAP-1 пар будет генерироваться более быстро, поскольку вода нагревается в нем горячим газом, который протекает через HRSG в единственном проходе через канал 15 HRSG.

[0019] Первый испаритель EVAP-1 расположен смежно второму испарителю EVAP-2 (например, ниже него) в вертикальном канале 15 HRSG. Вследствие этого вода в первом испарителе EVAP-1 подвергается воздействию более горячему газу для передачи тепла. В момент, когда второй испаритель EVAP-2 начинает выводить пар, давление и температура в комбинированном испарительном выпуске 13 возрастает вследствие наличия пара и нагретой жидкости испарителя, выводимой из первого испарителя EVAP-1, в комбинированном испарительном выпуске 13.

[0020] По существу, имеет место менее значительный рост давления в системе, который может возникать в результате выпуска пара из второго испарителя EVAP-2. Это может снизить потенциальное возникновение нестабильности уровня воды, происходящей в процессе запуска, которая может привести к образованию состояний гидравлического удара. То есть, режимы температуры и давления в комбинированном испарительном выпуске 13 могут минимизировать непредвиденную конденсацию пара посредством предотвращения возникновения иных состояний холодного запуска в паровом барабане 1, в который подается комбинированный испарительный выпуск 13.

[0021] Каждый один или более первых испарительных трубопроводов образует первый испарительный тракт 14, проходящий от первого впуска 10 первого испарителя EVAP-1 к первому выпуску 12 первого испарителя EVAP-1. Каждый первый испарительный тракт 14 проходит через газовый канал, такой как канал 15 HRSG, для передачи тепла от газа, протекающего в первом направлении вдоль оси потока газа в газовом канале, к воде в первом испарительном тракте. Каждый первый испарительный тракт образует только один проход через газовый канал от первого впуска 10 к первому выпуску 12 первого испарителя EVAP-1. Каждый первый испарительный тракт 14 проходит вдоль участка L через газовый канал для образования единственного прохода через газовый канал, который является по существу перпендикулярным (например, менее 45 градусов относительно перпендикуляра) по отношению к оси потока 7 газа, протекающего через газовый канал.

[0022] Например, поток 7 газа может протекать в вертикальном направлении вдоль оси потока газа, чтобы нагретый газ протекал от нижней части канала 15 HRSG к верхней части канала 15 HRSG. Каждый первый испарительный тракт первого испарителя EVAP-1 может проходить по существу перпендикулярно по отношению к нему (например, горизонтально или по существу горизонтально вдоль линейного наклона или отклонения между 0° и 5°) вдоль участка L первого испарительного тракта). Ось потока газа может проходить вертикально, чтобы газ протекал через газовый канал вертикально в направлении, которое является перпендикулярным или по существу перпендикулярным (например, в направлении, которое отклоняется от перпендикуляра в диапазоне 5° или 10°) по отношению к направлению потока воды, через первый испарительный тракт 14.

[0023] Второй испаритель EVAP-2 также принимает жидкую воду от парового барабана 1 из второго питающего трубопровода 11 посредством второго впуска 20 второго испарителя EVAP-2. Второй питающий трубопровод 11 может являться трубопроводом, который является единственным от первого питающего трубопровода 9. Например, каждый из первых и вторых питающих трубопроводов 9 и 11 может включать в себя отдельные трубопроводы, клапаны или другие элементы трубопровода, которые образуют отдельные тракты, которые проходят от парового барабана до впуска соответствующего одного из первых и вторых испарителей EVAP-1 и EVAP-2. По сути, жидкая вода из парового барабана 1, протекающая по первому питающему трубопроводу 9 в направлении впуска первого испарителя EVAP-1 не имеет возможности смешивания с жидкой водой, протекающей от парового барабана 1 до впуска второго испарителя EVAP-2.

[0024] Второй испаритель имеет по меньшей мере один второй испарительный трубопровод, проходящий через канал 15 HRSG, который может быть рассмотрен в качестве газового канала. Каждый второй испарительный трубопровод образует по меньшей мере один второй испарительный тракт 24, проходящий от второго впуска 20, через газовый канал, ко второму выпуску 22 второго испарителя, для передачи тепла от газа к воде в втором испарительном тракте. Например, каждый второй испарительный тракт 24 может образовывать только один проход через газовый канал или может быть выполнен с возможностью образования двух, трех или более проходов через газовый канал для передачи тепла от нагретого газа, протекающего в канале, к воде во втором испарительном трубопроводе второго испарительного тракта.

[0025] В случае образования множества проходов через канал 15 HRSG, второй испарительный тракт может быть выполнен таким образом, чтобы второй впуск 20 и второй выпуск 22 второго испарителя EVAP-2 располагались в канале HRSG или смежно на одной стороне, как показано на Фиг. 1, или, в альтернативном варианте, может быть выполнен таким образом, чтобы второй впуск 20 и второе выпуск 22 находились в канале HRSG или смежно на противоположных сторонах. Например, каждый второй испарительный тракт 24 может включать в себя изогнутые или углообразные сегменты для содействия в образовании второго тракта, имеющего структуру обратной буквы «С», как показано на Фиг. 1, или, в альтернативном варианте, может быть выполнен таким образом, чтобы второй испарительный тракт имел структуру буквы «С» или другую структуру.

[0026] Каждый второй испарительный тракт может располагаться смежно по меньшей мере одному первому испарительному тракту (например, выше него), и имеет один или более проходов, каждый из которых содержит участок L, который проходит через канал 15 HRSG. Участок L каждого проходного трубопровода может являться перпендикулярным или по существу перпендикулярным (например, отклоняться в диапазоне от 1 до 10 градусов от перпендикуляра к направлению потоков газа или отклоняться в диапазоне от 1 до 5 градусов от перпендикуляра к направлению потоков газа) по отношению к оси потока 7 газа, протекающего через канал 15 HRSG.

[0027] Поток 7 газа может протекать в вертикальном направлении вдоль оси потока газа, чтобы газ протекал вертикально от нижней части канала HRSG к верхней части канала HRSG. По сути, второй испаритель EVAP-2 и вторые испарительные тракты 24 второго испарителя EVAP-2 могут быть рассмотрены в качестве расположенных в направлении потока первого испарителя EVAP-1 и первых испарительных трактов 14 первого испарителя EVAP-1.

[0028] Каждый второй испарительный тракт второго испарителя EVAP-2 может включать в себя один или более сегментов тракта, которые содержат участок L и проходят горизонтально или по существу горизонтально вдоль участка L через канал 15 HRSG. Ось потока газа может проходить вертикально, чтобы газ через газовый канал протекал вертикально и перемещался в направлении, которое является перпендикулярным или по существу перпендикулярным направлению, в котором вода протекает через горизонтальный второй испарительный тракт газового канала 15 HRSG.

[0029] В иллюстративных вариантах осуществления каждый второй испарительный тракт второго испарителя EVAP-2 может образовывать по меньшей мере два горизонтальных проходных трубопровода через газовый канал между вторым впуском и вторым выпуском, которые целиком и полностью расположены выше первого испарителя. Например, каждый второй испарительный тракт может быть выполнен с возможностью образования двух горизонтальных проходных трубопроводов через газовый канал, каждый из которых расположена выше первого испарительного тракта первого испарителя EVAP-1.

[0030] Первый питающий трубопровод 9 может иметь часть (например, самую нижнюю часть 17), которая расположена на высоте, находящейся на заданном расстоянии D от впуска первого испарителя EVAP-1 (например, вертикально ниже). В иллюстративных вариантах осуществления заданное расстояние D может находиться в одном из следующих диапазонов: от 0.1 до 10 метров от первого впуска первого испарителя EVAP-1 (например, вниз), от 1 до 6 метров от первого впуска 10 первого испарителя EVAP-1, от 1 до 2 метров от первого впуска первого испарителя EVAP-1 и не менее 1 метра от первого впуска 10 первого испарителя EVAP-1. Такая конфигурация для первого питающего трубопровода 9 может способствовать естественной циркуляции при операции запуска, а также блокирует (например, предотвращает) обратный поток пара из первого испарителя EVAP-1 в первый питающий трубопровод 9.

[0031] Например, самая нижняя часть 17 первого питающего трубопровода может включать в себя заданный процент общего объема одного или более первых испарительных трактов, через которые протекает вода, для предотвращения попадания пара, генерируемого в первом испарительном тракте(ах), в первый питающий трубопровод 9 при операции запуска испарительного устройства. Например, длина, глубина и ширина самой нижней части первого питающего трубопровода могут быть заданы так, чтобы гарантировать расположение заданного объема первого питающего трубопровода на нужной высоте ниже впуска первого испарителя EVAP-1.

[0032] Заданный объем самой нижней части первого питающего трубопровода 9, который является заданным расстоянием D от впуска первого испарителя EVAP-1, например, может находиться в диапазоне от 0,2% до 20% от общего объема одного или более первых испарительных трактов, через которые протекает вода по меньшей мере 0,5% от объема одного или более первых испарительных трактов, или от 1% до 10% от общего объема одного или более первых испарительных трактов, через которые протекает вода. Иллюстративная самая нижняя часть первого питающего трубопровода 9 может включать в себя участок первого питающего трубопровода, который проходит в горизонтальном направлении на конкретной высоте, или может включать в себя часть первого питающего трубопровода, который проходит в диагональном направлении от самой нижней точки до другой более высокой позиции, которая ниже желаемой высоты (например, в диапазоне от 0,1 до 10 метров, от 1 до 6 метров или от 1 до 2 метров ниже впуска первого испарителя EVAP-1). Целокупность части трубопровода, или частей трубопровода, первого питающего трубопровода, который находится на высоте, эквивалентной или меньшей минимального заданного расстояния D от впуска первого испарителя EVAP-1, может быть рассмотрена в качестве самой нижней части первого питающего трубопровода 9.

[0033] В дополнение к этому, второй питающий трубопровод 11 может иметь часть (например, самую нижнюю часть 27), которая расположена на высоте, которая является заданным расстоянием D от высоты впуска второго испарителя EVAP-2 (например, ниже). Заданное расстояние D, например, может находиться в одном из следующих диапазонов: от 0,1 до 10 метров ниже впуска второго испарителя EVAP-2, от 1 до 6 метров ниже впуска второго испарителя EVAP-2, от 1 до 2 метров ниже впуска 20 второго испарителя EVAP-2 и не менее 1 метра ниже второго впуска 20 второго испарителя EVAP-2. Такая конфигурация для второго питающего трубопровода 11 может способствовать естественной циркуляции при операции запуска, а также блокирует (например, предотвращает) обратный поток пара из второго испарителя EVAP-2 во второй питающий трубопровод 11 и паровой барабан 1, а также способствует блокировке (например, предотвращению) возникновения нестабильности уровня воды при операции запуска.

[0034] Например, самая нижняя часть 27 второго питающего трубопровода 11 может включать в себя заданный процент общего объема одного или более вторых испарительных трактов, через которые протекает вода, для предотвращения образования обратного потока пара, генерируемого в любом из вторых испарительных трактов, во второй питающий трубопровод 11 при операции запуска испарительного устройства, а также для предотвращения возникновения нестабильности уровня воды. Длина, глубина и ширина самой нижней части второго питающего трубопровода 11 могут быть выбраны так, чтобы гарантировать расположение заданного объема второго питающего трубопровода 11, через который протекает вода, в пределах нужного высотного диапазона ниже впуска второго испарителя EVAP-2. Заданный объем самой нижней части второго питающего трубопровода 11, через который протекает вода, может находиться в диапазоне, например, от 0.2% до 20% от общего объема одного или более вторых испарительных трактов, через которые протекает вода по меньшей мере 0,5% от объема одного или более вторых испарительных трактов, или от 1% до 15% от общего объема одного или более вторых испарительных трактов, через которые протекает вода.

[0035] Иллюстративная самая нижняя часть второго питающего трубопровода 11 может включать в себя участок второго питающего трубопровода 11, который проходит в горизонтальном направлении на конкретной высоте, или может включать в себя часть второго питающего трубопровода, который проходит в диагональном направлении от самой нижней точки до другой более высокой позиции, которая ниже желаемой высоты (например, в диапазоне от 1 до 10 метров, от 1 до 6 метров или от 1 до 2 метров ниже впуска второго испарителя EVAP-2). Целостность части трубопровода, или частей трубопровода, второго питающего трубопровода 11, который находится на высоте, эквивалентной или меньшей минимального заданного расстояния D от впуска второго испарителя EVAP-2, может быть рассмотрена в качестве самой нижней части второго питающего трубопровода 11.

[0036] Текучая среда может быть подана по меньшей мере либо в паровой барабан 1, либо в комбинированный испарительный выпуск 13. Это может увеличить рабочее давление в паровом барабане 1, первом испарителе EVAP-1 и втором испарителе EVAP-2 для предотвращения возникновения нестабильности, которая может привести к образованию состояния гидравлического удара.

[0037] Например, состояние гидравлического удара может образоваться в процессе холодного запуска испарительного устройства, вследствие чего значительная часть пара из испарителей конденсируется при контакте с более холодными состояниями, присутствующими в испарительном устройстве, а также может привести к возникновению нестабильности уровня воды парового барабана и жидкой воды в комбинированном испарительном выпуске 13. Кроме того, увеличение давления в паровом барабане 1, а также в первом и втором испарителях в процессе запуска может блокировать (например, предотвращать) попадание пара, генерируемого в одном или более трактах первого испарителя EVAP-1 и/или второго испарителя EVAP-2, который протекает через канал 15 HRSG, в первый питающий трубопровод 9 и/или второй питающий трубопровод 11 при операции запуска испарительного устройства. Впоследствии попадание текучей среды в паровой барабан 1 или комбинированный испарительный выпуск 13 может быть заблокировано, когда испарительное устройство достигает стабильного рабочего состояния для генерирования пара из жидкой воды, принятой через первый и второй питающие трубопроводы 9 и 11.

[0038] Текучая среда, которая попадает в паровой барабан 1 и/или комбинированный испарительный выпуск 13 может являться азотом, воздухом, паром или другим газом или текучей средой, которая может быть выполнена для надежного повышения давления в паровом барабане, комбинированном испарительном выпуске 13 и испарителях для предотвращения возникновения нестабильности запуска, которую можно отнести к образованию гидравлического удара, а также содействует предотвращению попадания пара в первый и/или второй питающие трубопроводы 9 и 11. Насос или вентилятор может быть в соединении с источником текучей среды и линией подачи текучей среды под давлением, а также может быть селективно приведен в действие для подачи текучей среды в паровой барабан 1 и/или комбинированный испарительный выпуск 13 для повышения давления в паровом барабане 1, комбинированном испарительном выпуске 13 и испарителях в процессе запуска. Текучая среда может быть передана в паровой барабан 1 и/или комбинированный испарительный выпуск 13 для повышения рабочего давления, а также для поддержания рабочего давления в первом и втором испарителях на уровне давления, равном, например, (i) по меньшей мере, двум атмосферам, (ii) находящемся в диапазоне от двух до шести атмосфер, или (iii) равном давлению в диапазоне от двух до восьмидесяти атмосфер при операции запуска до достижения испарительным устройством стабильного рабочего состояния.

[0039] Фиг. 2 изображает, что иллюстративные варианты осуществления испарительного устройства, как раскрыто в настоящем документе, могут включать в себя множество блоков первых и вторых испарителей EVAP-1 и EVAP-2. Например, два первых испарителя EVAP-1A и EVAP-1B могут располагаться в нижней части вертикального канала 15 HRSG, а два вторых испарителя EVAP-2A и EVAP-2B могут располагаться выше первых испарителей EVAP-1A и EVAP-1B.

[0040] Каждый первый испаритель EVAP-1A, EVAP-1B может иметь собственный первый питающий трубопровод 9а, 9b, проходящий от парового барабана 1 до впуска 10а, 10b, чтобы жидкая вода могла протекать от парового барабана 1 до первых испарителей. Каждый первый питающий трубопровод 9а, 9b может иметь самую нижнюю часть 17а, 17b, которая находится на по меньшей мере заданном расстоянии D ниже первого впуска 10а, 10b, в которое подается жидкая вода. Каждый первый испаритель может включать в себя первые испарительные тракты 14а, 14b, через которые вода протекает к выпускному отверстию 12а, 12b, которое соединено с комбинированным испарительным выпуском 13, для подачи пара и нагретой неиспарившейся текучей среды в паровой барабан 1. Каждый второй испаритель EVAP-2A, EVAP-2B также может принимать жидкую воду из парового барабана 1 по соответствующему единственному второму питающему трубопроводу 11а, 11b посредством второго впуска 20а, 20b. Каждый второй питающий трубопровод 11а, 11b может иметь самую нижнюю часть 27а, 27b, которая находится на заданном расстоянии ниже второго впуска 20а, 20b второго испарителя EVAP-2A, EVAP-2B. Каждый второй испаритель EVAP-2A, EVAP-2B может быть выполнен с возможностью нагрева принимаемой воды посредством передачи тепла от газа, протекающего в канале 15 HRSG, через вторые испарительные тракты 24а, 24b, а также может выпускать пар и неиспарившуюся нагретую жидкую воду в паровой барабан 1 через комбинированный испарительный выпуск 13.

[0041] Каждый комбинированный испарительный выпуск 13 может включать в себя трубопровод, соединяющий второй выпуск 22а, 22b второго испарителя EVAP-2A, EVAP-2B с первым выпуском 10а, 10b одного из первых испарителей EVAP-1A, EVAP-1B. Например, каждый первый выпуск 12а, 12b каждого первого испарителя EVAP-1A, EVAP- 1В может быть коммуникативно соединено с комбинированным выпускным трубопроводом 13, который также принимает пар от второго выпуска 22а, 22b соответствующего одного из вторых испарителей EVAP-2.

[0042] В иллюстративных вариантах осуществления каждый из первых и вторых испарителей EVAP-1 и EVAP-2 может иметь множество различных линий выпуска, каждая из которых выпустит пар из испарителя к трубопроводу комбинированного стояка или другому комбинированному испарительному выпуску 13. Например, в варианте осуществления испарительного устройства, как показано на Фиг. 2, присутствует в общей сложности четыре питающих трубопровода 9с, 9b, 11а, 11b и два или более комбинированных выпускных трубопроводов 13, чтобы жидкая вода могла протекать от парового барабана 1 в испарители, и чтобы пар и нагретая неиспарившаяся жидкая вода могли протекать от испарителей в паровой барабан 1. По сути, потоки пара, подаваемые от первого и второго испарителей, комбинируются перед подачей в паровой барабан 1.

[0043] В иллюстративных вариантах осуществления может присутствовать по меньшей мере два блока первых и вторых испарителей EVAP-1 и EVAP-2, где один блок первых и вторых испарителей расположен выше или ниже другого блока первых и вторых испарителей, расположенного в по меньшей мере одном канале 15 HRSG.

[0044] Далее будет описан принцип работы иллюстративных вариантов осуществления, проиллюстрированных в настоящем документе. Фиг. 3 изображает, что иллюстративный способ может включать в себя этап 300 подачи жидкой воды из парового барабана в первый питающий трубопровод первого испарителя, имеющего по меньшей мере один первый испарительный трубопровод. Первый испарительный трубопровод образует единственный первый испарительный тракт, проходящий от первого впуска, через газовый канал, к первому выпуску первого испарителя, для передачи тепла от газа, протекающего вдоль оси потока газа в газовом канале, к воде к воде в первом испарительном тракте. Первый испарительный тракт является по существу перпендикулярным оси потока газа.

[0045] Способ включает в себя этап 302 подачи жидкой воды из парового барабана во второй питающий трубопровод второго испарителя, имеющего по меньшей мере один второй испарительный трубопровод, проходящий через газовый канал HRSG смежно первым испарительным трубопроводом. Второй испарительный трубопровод образует второй испарительный тракт, проходящий от второго впуска, через газовый канал, ко второму выпуску второго испарителя, для передачи тепла от газа к воде.

[0046] Способ может включать в себя этап 304 подачи воды через первые и вторые испарители, которые нагреют воду, и этап 306 выпуска пара и нагретой неиспарившейся воды из первых и вторых испарителей к паровому барабану посредством по меньшей мере одного комбинированного испарительного выпускного трубопровода.

[0047] Очевидно, что варианты осуществления испарительного устройства и способы использования и работы такого устройства могут отличаться для удовлетворения различным наборам конструктивных критериев. Например, второй испаритель EVAP-2 может включать в себя трубопроводы, которые образуют только один проходной трубопровод через газовый канал для передачи тепла от газа, протекающего в газовом канале, к воде в трубопроводе второго испарителя EVAP-2, или может создать любое количество необходимых проходных трубопроводов через газовый канал (например, 2, 3,4 и т.д. проходных трубопроводов через газовый канал).

[0048] В другом примере питающий трубопровод для второго испарителя EVAP-2 может не иметь самой нижней части, которая расположена на по меньшей мере определенном заданном расстоянии D ниже впуска второго испарителя EVAP-2. В иллюстративных вариантах осуществления только первый питающий трубопровод 9 может быть выполнен с возможностью различных вариантов расположения самой нижней части трубопровода.

[0049] В дополнительных вариантах осуществления размер, рабочие параметры и емкости парового барабана 1, размеры первых и вторых питающих трубопроводов 9 и 11, а также размеры и емкость первых и вторых испарителей EVAP-1 и EVAP-2 могут быть выбраны для удовлетворения любым заданным конструктивным критериям. Кроме того, канал нагретого газа для передачи тепла от газа к воде не ограничивается одним или более каналами HRSG, вместо этого может быть использован любой подходящий канал или трубопровод, через который может протекать нагретая текучая среда.

[0050] Несмотря на то, что изобретение было описано со ссылкой на различные иллюстративные варианты осуществления, специалисты в данной области техники должны подразумевать возможность создания различных изменений и возможность замены элементов их эквивалентами без отклонения от объема изобретения. Кроме того, может быть выполнено множество модификаций для адаптации конкретной ситуации или материала к принципам изобретения без отклонения от присущего объема изобретения. В силу вышесказанного предполагается, что изобретение не ограничивается конкретным вариантом осуществления, раскрытым в качестве предпочтительного варианта, рассмотренного для осуществления настоящего изобретения, и что изобретение включает в себя все варианты осуществления, находящиеся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к испарителям. Устройства-теплообменники для приема воды из парового барабана (1) и для подачи пара и нагретой неиспарившейся жидкой воды в паровой барабан включают в себя первый испаритель (EVAP-1) и второй испаритель (EVAP-2). Первый испаритель может принимать воду из парового барабана через первый питающий трубопровод (9), а второй испаритель может принимать воду из второго питающего трубопровода (11). Оба испарителя могут выпускать нагретую текучую среду в паровой барабан через комбинированный испарительный выпускной трубопровод (13). Каждый первый испарительный тракт (14) образует только один проход через газовый канал (15), через который протекает поток (7) нагретого газа, кроме того, каждый второй испарительный тракт (24) может образовывать один или более проходов через газовый канал для передачи тепла от газа к текучей среде в испарителях. Часть первого питающего трубопровода также может иметь заданный объем и находиться на заданной высоте ниже первого впуска (10). Техническим результатом является предотвращение возникновения обратного потока пара в барабан и образования состояния гидроудара. 3 н. и 15 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Испарительное устройство для приема жидкой воды из парового барабана и подачи по меньшей мере одного из пара и нагретой жидкой воды в паровой барабан, содержащее:

первый испаритель, имеющий первый впуск для приема жидкой воды и содержащий по меньшей мере один первый испарительный трубопровод, причем каждый первый испарительный трубопровод образует по меньшей мере один первый испарительный тракт, проходящий от первого впуска через газовый канал к первому выпуску, для передачи тепла от газа к воде в первом испарительном тракте, причем участок первого испарительного тракта, проходящий через газовый канал, является по существу перпендикулярным оси потока газа, вдоль которой будет протекать газ через газовый канал при работе;

первый питающий трубопровод, проходящий из парового барабана и обеспечивающий соединение с первым впуском для перемещения жидкой воды от парового барабана к первому впуску;

второй испаритель, имеющий второй впуск для приема жидкой воды и содержащий по меньшей мере один второй испарительный трубопровод, причем каждый второй испарительный трубопровод образует по меньшей мере один второй испарительный тракт, проходящий от второго впуска через газовый канал ко второму выпуску, для передачи тепла от газа к воде;

второй питающий трубопровод, проходящий из парового барабана и обеспечивающий соединение со вторым впуском для перемещения жидкой воды от парового барабана ко второму впуску;

выпускной трубопровод, находящийся в соединении с первым выпуском первого испарителя, вторым выпуском второго испарителя и паровым барабаном и предназначенный для обеспечения выпуска по меньшей мере одного из пара и нагретой жидкой воды как из первого, так и из второго испарителей и их поступления в паровой барабан,

причем первый и второй питающие трубопроводы являются отдельными трактами, которые проходят от парового барабана соответственно до первого и второго впусков так, что жидкая вода из парового барабана, протекающая по первому питающему трубопроводу, не имеет возможности смешивания с жидкой водой, протекающей от парового барабана по второму питательному трубопроводу,

при этом количество проходов, которые образует в газовом канале каждый второй испарительный тракт в газовом канале, превышает количество проходов, которые образует в газовом канале каждый первый испарительный тракт,

причем второй испаритель расположен в газовом канале выше первого испарителя,

при этом большее количество проходов каждого второго испарительного тракта в газовом канале по сравнению с количеством проходов каждого первого испарительного тракта в газовом канале и расположение второго испарителя выше первого испарителя обеспечивает возможность более быстрого генерирования пара в первом испарителе по сравнению со вторым испарителем и выпуск этого пара из первого испарителя и его поступление в выпускной трубопровод перед выпуском пара из второго испарителя и его поступлением в выпускной трубопровод во время операции запуска для снижения вероятности нестабильности во время операции запуска.

2. Испарительное устройство по п. 1, в котором каждый первый испарительный тракт проходит через газовый канал, чтобы при работе газ протекал вертикально через газовый канал в направлении, которое является по существу перпендикулярным направлению потока воды через первый испарительный тракт.

3. Испарительное устройство по п. 1, в котором первый питающий трубопровод имеет первую часть, расположенную в положении, составляющем от 0,1 до 10 метров ниже первого впуска.

4. Испарительное устройство по п. 1, в котором первая часть первого питающего трубопровода находится на заданном расстоянии ниже первого впуска и образует объем для протекания жидкой воды через него, который равен по меньшей мере заданному проценту от общего объема первого испарительного тракта, для предотвращения попадания пара, генерируемого в первом испарительном тракте, в первый питающий трубопровод при операции запуска испарительного устройства.

5. Испарительное устройство по п. 1, содержащее паровой барабан и выполненное с возможностью:

подачи текучей среды в паровой барабан для увеличения рабочего давления в паровом барабане и для предотвращения возникновения нестабильности запуска при операции запуска испарительного устройства, и

блокировки текучей среды, когда первый испаритель достигает стабильного рабочего состояния, для генерирования пара из воды, принимаемой через первый питающий трубопровод.

6. Испарительное устройство по п. 5, выполненное с возможностью:

подачи текучей среды в паровой барабан для увеличения рабочего давления в паровом барабане и первом испарителе и для поддержания рабочего давления в первом испарителе, равного по меньшей мере двум атмосферам, при операции запуска испарительного устройства до достижения первым испарителем стабильного рабочего состояния.

7. Испарительное устройство по п. 1, в котором

первый испаритель содержит несколько испарительных блоков, каждый из которых имеет впуск для приема жидкой воды из парового барабана и выпуск, причем по меньшей мере один испарительный трубопровод образует испарительный тракт, проходящий от соответствующего впуска через газовый канал;

второй испаритель содержит несколько испарительных блоков, каждый из которых имеет впуск для приема жидкой воды из парового барабана и

выпуск, причем по меньшей мере один испарительный трубопровод образует испарительный тракт, проходящий от соответствующего впуска через газовый канал.

8. Испарительное устройство по п. 1, в котором

каждый первый испарительный тракт и каждый второй испарительный тракт проходят в горизонтальном направлении через газовый канал так, чтобы во время работы газ протекал вертикально через газовый канал в направлении, которое является по существу перпендикулярным направлению потока воды через первый и второй испарительные тракты,

причем первый питающий трубопровод имеет самую нижнюю часть, которая проходит горизонтально и расположена на высоте, которая находится на по меньшей мере заданном расстоянии ниже высоты первого впуска, для предотвращения попадания пара, генерируемого в первом испарительном тракте, в первый питающий трубопровод во время операции запуска испарительного устройства.

9. Испарительное устройство для приема жидкой воды из парового барабана и для подачи по меньшей мере одного из пара и нагретой жидкой воды в паровой барабан, содержащее:

первый испаритель для приема жидкой воды на первом впуске, содержащий по меньшей мере один первый испарительный трубопровод, образующий первый испарительный тракт, проходящий от первого впуска через газовый канал к первому выпуску первого испарителя для передачи тепла при работе от газа, протекающего в газовом канале, к воде в первом испарительном тракте;

второй испаритель для приема жидкой воды на втором впуске, содержащий по меньшей мере один второй испарительный трубопровод, образующий второй испарительный тракт, проходящий от второго впуска через газовый канал ко второму выпуску и предназначенный для передачи тепла от газа к воде;

первый питающий трубопровод, предназначенный для перемещения жидкой воды от парового барабана к первому впуску;

второй питающий трубопровод, предназначенный для перемещения жидкой воды от парового барабана ко второму впуску; и

выпускной трубопровод, находящийся в соединении с первым выпуском первого испарителя и вторым выпуском второго испарителя, для выпуска по меньшей мере одного из пара и нагретой жидкой воды как из первого, так и из второго испарителей и подачи указанного по меньшей мере одного из пара и нагретой жидкой воды как из первого, так и из второго испарителя в паровой барабан,

причем первый испарительный тракт образует только один проход в газовом канале, при этом газ протекает через газовый канал вдоль оси потока газа в направлении, которое является по существу перпендикулярным направлению, в котором вода протекает через участок первого испарительного тракта, который проходит через газовый канал, образуя указанный один проход,

при этом второй испарительный тракт образует несколько параллельных проходов через газовый канал между вторым впуском и вторым выпуском, которые расположены в газовом канале выше первого испарительного тракта,

причем наличие нескольких параллельных проходов второго испарительного тракта в газовом канале по сравнению с одним проходом первого испарительного тракта в газовом канале и расположение проходов второго испарительного тракта выше первого испарительного тракта обеспечивает возможность более быстрого генерирования пара в первом испарителе по сравнению со вторым испарителем и выпуск этого пара из первого испарителя и его поступление в выпускной трубопровод перед выпуском пара из второго испарителя и его поступлением в выпускной трубопровод во время операции запуска для снижения вероятности нестабильности во время операции запуска.

10. Испарительное устройство по п. 9, в котором первый питающий трубопровод имеет первую часть, расположенную в положении, составляющем от 0,1 до 10 метров ниже первого впуска.

11. Испарительное устройство по п. 9, в котором газовый канал проходит вертикально;

при этом первый и второй испарительные тракты проходят через газовый канал по существу горизонтально;

причем первый питающий трубопровод имеет первую часть, которая имеет заданный процент от общего объема первого испарительного тракта и расположена на высоте, которая находится на по меньшей мере заданном расстоянии ниже высоты первого впуска, для предотвращения попадания пара, генерируемого в первом испарительном тракте, в первый питающий трубопровод во время операции запуска испарительного устройства.

12. Испарительное устройство по п. 11, в котором каждый первый испарительный тракт образует только один проход через газовый канал от первого впуска к первому выпуску через газовый канал для образования единственного прохода через газовый канал.

13. Испарительное устройство по п. 9, содержащее:

первый питающий трубопровод, соединенный с первым впуском;

причем испарительное устройство выполнено с возможностью

подачи текучей среды по меньшей мере в одно из парового барабана и выпускного трубопровода для увеличения рабочего давления в паровом барабане для предотвращения возникновения нестабильности запуска в испарительном устройстве, связанной с образованием состояния гидравлического удара, и

блокировки протекания текучей среды в паровой барабан и выпускной трубопровод, когда первый испаритель достигает стабильного рабочего состояния, для генерирования пара из воды, принимаемой через первый питающий трубопровод.

14. Испарительное устройство по п. 13, выполненное с возможностью подачи текучей среды в паровой барабан для увеличения рабочего давления в первом испарителе и для поддержания рабочего давления в первом испарителе, равного по меньшей мере двум атмосферам, до достижения первым испарителем стабильного рабочего состояния.

15. Способ работы испарительного устройства, расположенного в комбинации с вертикальным теплоутилизационным парогенератором («HRSG»), имеющим проходящий в вертикальном направлении канал, предназначенный для обеспечения по существу вертикального потока газа, при этом указанный способ включает этапы, на которых:

подают жидкую воду из парового барабана в первый питающий трубопровод первого испарителя, имеющего по меньшей мере один первый испарительный трубопровод, причем первый испарительный трубопровод образует первый испарительный тракт, проходящий от первого впуска через газовый канал в единственном проходе к первому выпуску первого испарителя для передачи тепла от газа, протекающего вдоль оси потока газа в газовом канале, к воде в первом испарительном тракте, причем участок первого испарительного тракта, проходящий через газовый канал для образования единственного прохода, является по существу перпендикулярным оси потока газа;

подают жидкую воду из парового барабана во второй питающий трубопровод второго испарителя, имеющего по меньшей мере один второй испарительный трубопровод, проходящий через газовый канал HRSG смежно с первым испарительным трубопроводом, причем второй испарительный трубопровод образует второй испарительный тракт, проходящий от второго впуска через газовый канал ко второму выпуску второго испарителя для передачи тепла от газа к воде;

подают жидкую воду из парового барабана в первый впуск через первый питающий трубопровод; и

подают жидкую воду из парового барабана во второй впуск через второй питающий трубопровод; и

подают пар в первый выпускной трубопровод из первого выпуска первого испарителя перед подачей пара в первый выпускной трубопровод из второго выпуска второго испарителя во время операции запуска для подачи пара как из первого, так и из второго испарителя в паровой барабан;

причем первый и второй питающие трубопроводы являются отдельными трактами, которые проходят от парового барабана до первого и второго впусков соответственно;

при этом второй испарительный тракт образует в газовом канале по меньшей мере два по существу параллельных прохода между вторым впуском и вторым выпуском, которые расположены в газовом канале выше первого испарительного тракта;

причем наличие указанных по меньшей мере двух по существу параллельных проходов второго испарительного тракта в газовом канале по сравнению с одним проходом первого испарительного тракта в газовом канале и расположение проходов второго испарительного тракта выше в вертикальном направлении относительно первого испарительного тракта внутри газового канала обеспечивает возможность подачи пара из первого выпуска первого испарителя в первый выпускной трубопровод перед подачей пара из второго выпуска второго испарителя в первый выпускной трубопровод с обеспечением, таким образом, снижения нестабильности во время операции запуска.

16. Способ по п. 15, включающий этап, на котором: подают текучую среду в паровой барабан для увеличения рабочего давления в паровом барабане и первом испарителе до достижения испарительным устройством стабильного рабочего состояния для предотвращения возникновения нестабильности запуска в испарительном устройстве, связанной с образованием состояния гидравлического удара.

17. Способ по п. 15, включающий этап, на котором:

располагают первый питающий трубопровод таким образом, чтобы первый питающий трубопровод имел первую часть, которая расположена в положении, составляющем от 0,1 до 10 метров ниже первого впуска, причем первая часть первого питающего трубопровода имеет объем, равный по меньшей мере заданному проценту от общего объема первого испарительного тракта, для предотвращения попадания пара, генерируемого в первом испарительном тракте, в первый питающий трубопровод при операции запуска испарительного устройства.

18. Способ по п. 15, включающий этап, на котором: подают текучую среду по меньшей мере в одно из парового барабана и первого выпускного трубопровода для увеличения рабочего давления в испарительном устройстве и для поддержания рабочего давления в первом испарителе, равного по меньшей мере двум атмосферам, при операции запуска испарительного устройства до достижения испарительным устройством стабильного рабочего состояния.