給水加熱器的制作方法

專利名稱:給水加熱器的制作方法
本發明適用于給水加熱器，特別是熱電廠或核電廠所用的給水加熱器。
熱電廠或核電廠常用的舊式給水加熱器，在鼓筒中配置了一些中間管板，它們在垂直于鼓筒軸線的方向上交錯布置，使蒸汽在鼓筒里以Z字形方式曲折迂回流動。美國專利第4，461，346號提出的就是這種給水加熱器的一個例子。然而，這種加熱器蒸汽側壓力損失大，其換熱性能因此而大大降低。
在上述這種舊式給水加熱器中，由于在進入鼓筒的蒸汽流量中近一半的蒸汽貫穿流過在鼓筒內縱向排列的管束的前后區段，這就引起了較大的蒸汽壓力損失，導致加熱器內壓力降低，在蒸汽進口正下方局部地區凝結水面下降，從而造成鼓筒下部集聚的凝結水水面的傾斜。
結果，在凝結水面高的部位，加熱管束可能浸泡在凝結水中，減少了加熱面積。這可能成為使給水加熱器性能降低的又一個因素。
為消除這些導致加熱器效能下降的因素，曾試過使蒸汽不以Z字形曲折流動，而是以并流形式，均勻地分配到管束的各個區段里去。但是，在這種并流式加熱器里，由于慣性力的作用，加熱用蒸汽在進入鼓筒后直接沖撞到蒸汽進口正下方的鼓筒底上，加大了壓力損失，同時引起凝結水面的傾斜。
因此，本項發明的一個目的就是提供一種能夠減少在鼓筒中壓力損失的給水加熱器。
本項發明的另一個目的則是提供一種能夠減少鼓筒中凝結水水面傾斜程度的給水加熱器。
為此目的，本發明提出這樣一種給水加熱器，它由下列部分組成具有加熱用蒸汽進口和冷凝水排放口的鼓筒，在鼓筒中沿縱向布置的許多換熱管，以及為支撐換熱管而設置的中間管板。每塊中間管板的四周，至少有一部分被開出了缺口，以便蒸汽通過。在這種給水加熱器中，若把鼓筒內部橫截面積扣除管束和凝結水所占部分后所得的凈面積值記為A3，把鼓筒內部橫截面積扣除中間管板和凝結水所占部分后所得的凈面積值記為A4，它們的比值α，即A4/A3，應設置等于或大于0.24。
圖1為按本發明提出的一種給水加熱器的橫向剖視圖;
圖2為圖1所示給水加熱器的縱向剖視圖;
圖3為應用本發明的另一種加熱器的橫向剖視圖;
圖4為一種人們熟知的給水加熱器的縱向剖視圖;
圖5是人們熟知的給水加熱器中Z字形曲折流動形式;
圖6是人們熟知的給水加熱器中平行流式流動示意圖;
圖7為圖2中沿Ⅶ-Ⅶ的放大剖視圖;
圖8為圖2中沿Ⅷ-Ⅷ的放大剖視圖;
圖9為說明溫度、壓力和給水流量之間的關系的溫度變化曲線圖;
圖10為在這種給水加熱器的蒸汽入口附近處的壓力分布圖，以及圖11為說明這種給水加熱器的蒸汽通徑比和壓力損失之間關系的圖線。
參照附圖，現對本發明優先考慮的實施方案，連同舊有技術一起，進行說明。
首先，參見圖4，對一種人們熟知的給水加熱器的實例進行討論。在這種給水加熱器中，給水通過給水進口接管2進入水室1，然后流經U形加熱管5，從給水出口接管3流出。數量很多的U形加熱管5構成了一個管束，通過管板4與水室1相通;它的其余部分，則由中間管板6、6′和固緊桿7支撐在加熱器鼓筒9上。中間管板6，6′是這樣布置的，它們交替地在垂直于鼓筒軸線的方向上錯列配置，它們被設計成既能支撐管束又能導引蒸汽曲折迂回的流通。這樣，在加熱用蒸汽從汽輪機里抽引出來并經過進汽接管10進入這個加熱器鼓筒后，就沿兩個相反的方向流動，直至到達鼓筒兩端的排汽口8和8′。在鼓筒中流動時，加熱用蒸汽與管束中的管子5的表面接觸，這樣在加熱用蒸汽和在管子里流動的給水之間就進行了熱量的交換。熱蒸汽這樣就冷凝下來形成凝結水，聚集在加熱器的底部，直至從疏水口14排放出去。
在按照上述方式制造的舊式給水加熱器中，由于有近一半的進汽貫穿地流過沿鼓筒縱向排列的管束的各個區段，引起了較大的蒸汽壓力損失，并使鼓筒底部聚集的凝結水面15傾斜。
和圖4描述的加熱器相同，圖5所示的給水加熱器，也有在徑向交錯排列的中間管板6和6′，使從進汽管10引入的加熱用蒸汽在鼓筒內沿曲折的途徑流動。這個給水加熱器有一個防沖板11，為防止加熱用蒸汽直接沖撞到加熱管束5上。
圖6是一個平行流式給水加熱器的改良型結構圖。
在圖6中，加熱用蒸汽以50到60米/秒的高速度從進汽接管10流進鼓筒。因為在管束的每一個區段16里需要耗用的蒸汽量是確定了的，所以進入鼓筒的蒸汽可以看作是立即在鼓筒的縱軸方向上分布開來并被管束的各個區段所吸收。但是根據對蒸汽流量的實測已經發現基本上所有的蒸汽17都首先流入正對進汽口的那些管束區段16，并且由于50～60米/秒的高速流動的慣性，蒸汽先是沖撞到鼓筒的底部，然后才分布到其他的區段去。這樣的結果是使鼓筒中蒸汽的壓損加大了，并且使在進汽口正下方的凝結水面被局部地壓低，而在其余的地方卻升高了，以致一部分加熱管束被浸泡在凝結水里。
與圖5所示的折流式加熱器相比，圖6的這種平行流式給水加熱器鼓筒內的壓力損失較低。但是這種加熱器仍然存在著在進汽口正下方凝結水面被壓低很多這樣令人困擾的問題。
下面，結合圖1和圖2，就本發明優先考慮的實施方案作一詳細的描述。
首先參見圖1，按照本發明制成的給水加熱器的鼓筒9內裝有管束31，其特點是上部帶有防沖板11，以防止熱蒸汽在通過進汽口10進入鼓筒時對加熱管的損壞。
鼓筒9還裝有一個主排汽管20，它配置在管束的中心。流進管束的蒸汽，其未凝結的部分，從這個主排汽管20里集中排放出去。在主排汽管20上裝有一個擋板21，以把蒸汽和未凝結氣導向主排汽管。憑借以這種方式安排的主排汽管，能夠把未凝結的氣體或蒸汽完全排放出去，而不致停滯在管束中間，這樣就可以使給水加熱器的工作性能得到改善。中間管板6的外緣部分開有缺口22，它把加熱蒸汽迅速地分配到加熱管束縱向的各個區段里去，避免了壓損的提高。本文稍后部分將解釋“蒸汽通徑比”這樣一個參數，其數值，包括把中間管板外緣上的缺口22計算在內，要設置為24%以上(對這一實施方案的給水加熱器，約大于30%)。
圖2畫出了數個中間管板，它們都設置在同一高度上，這就造成了一個平行流式的給水加熱器。所有管束區段16上方的空間構成了蒸汽流路23。當著一部分蒸汽流入每個管束區段成為分布流24的時候，另外一部分蒸汽以管束邊側流25的形式供入各個區段，確保加熱器在低壓力損失的狀態下工作運行。
圖3為本發明的另一實施方案。為了使邊側蒸汽流通道更為可靠，管束31具有一個正方形的外形輪廓。依靠這種結構，蒸汽流路截面34就可以增加。
現在參照圖7和圖8來說明前面提到的蒸汽通徑比這一參數。
加熱器鼓筒內橫截面積，扣除管束31和凝結水32所占的部分后，即圖7中的面積30，記為參數A3，鼓筒內橫截面積，扣除中間管板6和凝結水32所占部分后，即圖8中的面積33，記為參數A4。根據實驗測定，發現比例A4/A3，即蒸汽通徑比α＝A4/A3，與壓損變化有聯系。這個試驗所用的給水加熱器蒸汽鼓筒的長度(L)是2200mm，鼓筒直徑(D)是300mm，也就是鼓筒長度是其本身直徑的7倍，此卡徑比可取5到8。
圖10給出了這個試驗的結果。從圖10可以看出，在進汽口正下方(曲線上箭頭所示位置)壓力升高，而在其它部分壓力下降，形成了一個壓力梯度。這結果說明了壓力變化是受上述的通徑比(α＝A4/A3影響的α值越小，壓力的變化就越大;α值越大，壓力的變化就越小。當著增加α的值的時候，即蒸汽流通截面積A4增加時，壓損就能夠減少。為了求得經濟上合理的α數值，把壓力損失和它的變化關系畫在圖11上。從圖11可以看到，當α值大約為0.24或更大時，壓損可以大為降低。因此，對一定的給水加熱器的管束而言，在確定鼓筒直徑時，為了把壓損降低到足夠的程度，應當考慮采用α＝0.24。
在熱電廠或核電廠里常見的給水加熱器中，鼓筒的長度與其直徑的比值在5∶1到8∶1之間，它的蒸汽通徑比是在0.10到0.17之間。對于這樣的給水加熱器，α＝0.24的標準是可以用來作為參照的。
在舊式給水加熱器里，為了在鼓筒里盡可能多地布置加熱管，從經濟性出發常把管束的外緣輪廓組成一個園柱形，沿鼓筒的內表面安置。這就使管束外緣蒸汽流通截面減少了。再加之中間管板的設置，蒸汽流通截面進一步縮小，所以一般只有0.10到0.17(即10%到17%)。
因此，只要把蒸汽通徑比設計為α＝0.24(24%)或更大一些，就可能得到一個壓力損失較低的高效能給水加熱器。
接著來進一步闡明本發明的優越性，為此參照圖9-給水加熱器溫度線圖。圖中T1…給水入口處的溫度;
T2…給水出口處的溫度;
h1…給水入口處的焓值;
h2…給水出口處的焓值;
TS…飽和溫度;
TS′…發生了壓力損失以后對應的飽和溫度;
GW…給水流量;
TD…TS和T2的溫差;
TD′…TS′和T2的溫差。
給水流入加熱器時的溫度為T1，流出時的溫度為T2，流量為GW。蒸汽的溫度維持在與鼓筒內飽和蒸汽壓力對應的飽和溫度TS上。但是由于壓損的原因，這個溫度在鼓筒內下降到TS′。上述給水加熱器所需要的加熱面積Scz(m2)可由下述等式確定Scz＝ (GW(h2-h1))/(Kcz·θm)式中h2…對應于出水溫度T2的焓值，(Kcal/kg);
h1…對應于給水進口溫度T1的焓值，(Kcal/kg);
Kcz…總傳熱系數，(kcal/m2·h·℃);
θm…對數平均溫差，(℃)對數平均溫差由下式計算θm＝ ((TS′-T1))/(2.3Log〔(TS′-T1)/(TS′-T2)〕)一個給水加熱器的換熱能力正比于對數平均溫差，也就是說，它所需要的換熱面積是與對數平均溫差成反比的。上式說明，隨著加熱器中飽和溫度TS′的提高，對數平均溫差θm也增加。而這個飽和溫度是按照從汽輪機中抽出的蒸汽的壓力減去壓力損失后的飽和壓力求得的，因此，降低加熱器中的壓力損失，就可以減少給水加熱器所必需的加熱面積。
把一個用于核電廠的α＝0.15的舊式給水加熱器，和按本發明制成的一個α＝0.30的給水加熱器的性能作比較，結果如下抽汽壓力(kg/cm2，絕對)0.4給水流量(t/hr)2200給水進出口溫度(℃)48.3/71.2舊式加熱器的壓損370mm水柱舊式加熱器所需的換熱面積1250m2按本發明制作的加熱器的壓損70mm水柱新式加熱器所需的換熱面積1100m2由上可以看出，當α為0.3時，加熱面積(換熱管表面積)可以減少12%。
從前面的說明人們可以理解，采用本發明就可以把給水加熱器中加熱用蒸汽的壓損減少，并且防止進汽口下方凝結水面的跌落，從而可以防止各種繼發的不利情況的出現。
權利要求
1.一種給水加熱器，它包括有一個基本上水平安裝的鼓筒，其上有一個為引入加熱用蒸汽的進口和一個凝結水排放口；在上述鼓筒中縱向排列的多條換熱管；若干支撐上述換熱管的中間管板，其邊緣至少有一部分被開了缺口以便讓上述蒸汽穿流而過；這種給水加熱器的特征在于當把從上述鼓筒的內部橫截面積中減去被管束和冷凝水占去的面積后的凈面積值記為A3，和把從上述鼓筒的內部橫截面積中減去被上述管板和冷凝水占去的面積后的凈面積值記為A4時，它們的比值，即A4/A3，是被設置為0.24或更大。
2.按權利要求
1所述的給水加熱器，其所述的比例a值基本上是0.3。
3.按權利要求
1所述的給水加熱器，其所述的鼓筒長度約是它的直徑的5至8倍。
4.按權利要求
1所述的給水加熱器，其所述的為引進所述的加熱用蒸汽的進汽口基本上是在所述的鼓筒上部和鼓筒縱向尺度的中間位置。
5.按權利要求
1所述的給水加熱器，其所述的換熱管構成了具有正方形橫斷面的管束。
6.按權利要求
1所述的給水加熱器，其所述的中間管板上部的空間構成了蒸汽流動的通道。
專利摘要
本發明提供了一種給水加熱器，它包括一個有加熱用蒸汽進口、凝結水排放口和沿其軸向布置有許多傳熱管的鼓筒，以及為支撐這些傳熱管的中間管板。每塊中間管板的四周，至少都有一部分被開出了缺口，以利加熱用蒸汽通過其流動。如果把鼓筒內部橫截面積扣除管束和凝結水所占部分后所得的面積記為A3，把鼓筒內部橫截面積扣除中間管板和凝結水所占部分后所得的面積記為A4，其比值α(即A4/A3)應設置等于或大于0.24。
文檔編號F24H1/40GK87103831SQ87103831
公開日1987年12月16日 申請日期1987年5月27日
發明者星野嘉之, 住谷吉男, 菅野莊藏 申請人:株式會社日立制作所