[发明专利]具有内筋片的蒸汽发生器管道及采用该管道的蒸汽发生器

说明书

本发明涉及一种具有内筋片的蒸汽发生器管道，其中反向的二级筋片与一级筋片交叉叠加在一起，在使用化石燃料的蒸汽发生器中，这种管道得到了广泛应用。

一种燃烧室壁由垂直布置的管道构成的蒸汽发生器与采用螺旋状管道的蒸汽发生器相比，制造成本比较低，不过，在向各个管道传热时，在相邻的管道之间-特别是在蒸发器的出口处-这种不可避免的区别会导致产生一个温度差，因这个温度差而产生的、不允许的热应力，能够造成(蒸汽发生器的)损坏。这个温度差可通过摩擦压力损失的大大降低而避免产生，这种(摩擦压力损失的)降低本身可以利用管道内流动速度或质流密度的相应降低来实现，不过，为此就需要使用具有内筋片的管道，因为即使在低质流密度下，这种管道也具有特别好的导热性能。这种在其内侧具有构成多头螺纹的筋片的管道及其在蒸汽发生器中的应用，例如通过欧洲专利申请文件0 503 116而为公众所熟知，一种蒸汽发生器管道，其中的二级筋片与一级筋片交叉叠加，是由德国的公开文献20 32 891而为公众所知。

在采用具有内筋片的蒸发器管道的蒸汽发生器的燃烧室壁的管道处，旋转涡流与轴向流相叠加，该旋转涡流将使得以水膜的形式附着在管道内壁上，也就是说附着在加热面上的受热流体介质呈分阶段的流态。由此，非常良好的蒸发导热几乎可以保持直到水的完全汽化，然而，在200 bar和221 bar之间的压力范围内，当强烈加热时，仅一种涡流无法总能避免产生不允许的高的壁温，在接近于约210 bar的临界压力时-此时液态与气态之间仅存在很小的密度上的差别-与在200 bar以下的压力范围内相比，确保润湿加热面的难度要大大增加。这是这样造成的，即在管壁和液态受热介质之间形成的蒸气膜阻碍了热的传导(薄膜蒸发)。在生成蒸气膜的范围内，管壁的温度大大提高了。如同J.Franke，W.Koehler和E.Wi-ttchow在VGB电站技术73(1993)，第4期，第352至360页发表的论文“Benson蒸汽发生器的蒸发器设计”中所描述的，要使从具有加热的加热面的蒸发状态变到具有无法润湿的加热面的薄膜蒸发状态，使压力稍高于210 bar就已足以使管壁出现轻度的过热。在所述压力范围内，即使在轻微过热的情况下，在过热的边界层内，也已可形成气泡，这些气泡又聚集成大的气泡，并因而阻碍了热的传导(形成均匀的晶芽)。

这时，上述的传热介质就使得，在采用约200 bar以上压力运作的蒸汽发生器的上述管道内，质流密度和摩擦压力损失必须选择的比以200 bar以下压力运作的蒸汽发生器要高，由此，特别是在管道内径小的情况下-摩擦压力损失与管道内径成反比-连各管多点加热时流量提高的优点也丧失了，然而因为需要超过200 bar的蒸气压力，为了获得高的热效率和低的二氧化碳排放，即便在这个压力范围内，确定一个良好的导热也是必需的，因此，燃烧室壁采用垂直管道的蒸汽发生器，在具有内筋片的管道内通常以成比例高的质流密度运作，目的是在从约200 bar至221 bar的临界压力范围内，实现始终能有足够高的传热量从管壁传给受热流体介质，也就是传给水-水/蒸汽混合物，为进一步改善传热，可以在受热流体介质的流动中引入一个辅助的扰动，这通常可以这样实现，即使具有内筋片的蒸汽发生器管道拥有二倍的筋片，其中反向的筋片与一级筋片叠加。但通过这种方法，在不同的蒸汽发生器加热时，仅能在管道出口处实现不能令人十分满意的温度平衡。

本发明的目的在于，对蒸汽发生器管道，特别是蒸汽发生器的蒸发器管道，其内侧如此设计，即即使在接近于约210 bar的临界压力时，也能够获得一个由管壁或加热面向受热介质的特别好的传热，特别是在低质流密度时，也能如此。

对于这种具有内筋片的蒸汽发生器管道，本发明的目的是这样实现的，即使这两道筋片的型面高度不同。

通过由此得到的管内侧的表面结构，有利于在管内流过的介质中获得高的紊流和(或)生成纵向涡流。此时，因筋片型面高度不同而附带产生的棱角，在溢流时，提高了受热介质的紊流程度，换句话说，由于棱角的形成，有利于生成涡流，这种涡流本身就可以对流动造成良好的扰动，因而避免了管壁的过热。

本发明是基于这种考虑的，即特别是在接近于约200 bar以上的临界压力范围内，仅有一种涡流对保障良好的传热是不够的，更确切地讲，为避免边界层壁面过热，除需要良好的流动扰动之外，流动中高的紊流也是必不可少的。通过流动中高的紊流，避免了在加热面上或在过热的边界层内形成如此大的气泡，这些气泡能够聚集成一个蒸汽膜，并因而恶化传热。