蒸发器、具备蒸发器的废热回收锅炉及蒸发器的改造方法技术

本发明专利技术提供作为整体能够确保充分的传热量、并且能够减少在传热管内发生腐蚀的蒸发器、具备蒸发器的废热回收锅炉以及蒸发器的改造方法。蒸发器具备：从燃烧废气回收热能而向在管内流通的流体传热的多个传热管(41)；以及设于多个传热管(41)的表面的多个翅片(42)，蒸发器由多个传热管(41)构成，并从被供给的水产生蒸汽，多个传热管(41)由设于燃烧废气的流动的上游侧的第一区域(45)以及翅片间距比第一区域(45)内窄、且设于燃烧废气的流动的下游侧的第二区域(46)这两个区域构成，第一区域(45)的传热管(41)的数量设为占第一区域(45)以及第二区域(46)合计的传热管(41)的数量中的15％～50％的范围。

Modification of Evaporator, Waste Heat Recovery Boiler with Evaporator and Evaporator

【技术实现步骤摘要】
蒸发器、具备蒸发器的废热回收锅炉及蒸发器的改造方法
本专利技术涉及蒸发器、具备蒸发器的废热回收锅炉及蒸发器的改造方法。
技术介绍
以往，废热回收锅炉(HRSG：HeatRecoverySteamGenerator)使用于例如与燃气轮机等组合而构成的复合循环发电设备。在复合循环发电设备中，利用燃气轮机驱动发电机来发电，此外，利用从燃气轮机排出的废气的废热来使废热回收锅炉产生蒸汽。能够将该蒸汽供给到蒸汽轮机来驱动发电机进行发电。因此，复合循环发电设备作为有效地利用能量的高效且有益于环境的发电设备而备受关注。在以往的废热回收锅炉中，作为构成蒸发器的传热管，使用翅片间距在废气上游侧和下游侧为相同间距的构件。然而，近年来，由于废热回收锅炉的入口废气温度的上升，所要求的主蒸汽压力的上升，随之出现了更适当地选择构成蒸发器的传热管内的蒸汽发生的条件的必要性。由于废热回收锅炉的入口废气温度的上升，特别是在燃烧废气上游侧成为传热管的热交换量相比其他位置变高的趋势，因此需要进行传热特性的调节。作为用于进行传热管的传热特性的调节的技术，例如，在专利文献1中报告有如下技术：在构成为在废气通路配置多个翅片管的蒸发器中，使废气上游侧的传热管的翅片管的翅片圈数比废气下游侧的传热管的翅片管的翅片圈数少。另外，在专利文献2中记载有：在通过使钠等的热介质与空气进行热交换来进行冷却的空气冷却器中，使设于空气上游侧的翅片管的翅片圈数比设于空气下游侧的翅片管的翅片圈数少。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开平9-303701号公报专利文献2：日本实开昭61-58577号公报专利技术要解决的课题伴随着废热回收锅炉的入口废气温度的上升，要求使所产生的主蒸汽压力上升。在传热管沿着水平方向配置的蒸发器中，为了使主蒸汽压力上升而提高传热管内的压力，从而导致在传热管的内部流动的水和因传热产生的蒸汽的密度差变小，蒸汽汇集于传热管内的铅垂方向上面侧，由此水与蒸汽发生层分离。此时，蒸汽流动的传热管内的上面侧与水流动的传热管内的铅垂方向下面侧相比，传热特性降低，从而导致不能确保所需的温度、压力下的蒸汽流量，并且传热管内的上面侧的金属温度变高，传热管的耐老化性降低。在此，参照图4A、图4B以及图8对水与蒸汽二层分离而导致传热管的传热特性降低的机理进行更详细地说明。图8是示出构成以往的蒸发器的传热管的一例的局部示意图。需要说明的是，图8中的空白的箭头示出燃烧废气流动的方向。如图8所示，构成以往的蒸发器的传热管141在燃烧废气的流路中配置有多个，在这些多个传热管141的表面设有多个翅片142。设于传热管141的表面的翅片142的翅片间距在从燃烧废气的上游侧到下游侧的整个传热管141中相同。另外，在传热管141内流动有水，该水通过与在燃烧废气的流路中流动的燃烧废气进行热交换而蒸汽化。图4A是示出在传热管的内部发生水与蒸汽的层分离的状态(高质量状态)的传热管的剖视图。另外，图4B是示出在传热管的内部未发生水与蒸汽的层分离的状态(低质量状态)的传热管的剖视图。在图4A的状态下，在传热管141的内部发生水W与蒸汽S的层分离，水W被分离到铅垂下侧的下层而在传热管141内流动，并且蒸汽S被分离到铅垂上侧的上层而在传热管141内流动。在产生上述那样的层分离时，会导致在传热管141内的上面的与蒸汽S接触的部分，热传导率降低，传热性能降低。此外，在传热管141的内部的压力变高时，在传热管141的内部流动的水和因传热产生的蒸汽的密度差变小，水与蒸汽的流速差变小，从而更加容易产生层分离。另外，在作为传热管141内的水垢抑制对策而向供水中应用磷酸盐处理的情况下，在蒸汽S与水W的界面部(图4A中的由粗圆C包围的部分)反复产生干湿(干湿交替)，从而有时发生磷酸的浓缩。由此，具有在传热管141内发生腐蚀的可能性。另一方面，在图4B的状态下，在传热管141的内部未发生水W与蒸汽S的层分离，以水W将蒸汽S包围在内的状态在传热管141内流动。在该状态下，传热管141的整个内表面与水W接触，从而能够维持良好的热传导率，因此能抑制传热性能的降低。另外，由于还抑制上述的干湿交替，因此还防止在传热管141内发生腐蚀。在图8中的多个传热管141中的位于热吸收量多的环路的传热管141内，存在从图4B的状态向图4A的状态变化，蒸汽汇集在传热管141内的上面而产生层分离的趋势。即，具有成为更高质量的状态的趋势。在上述的专利文献1、2中，关于传热管的翅片管的翅片圈数，报告有燃烧废气上游侧的传热管的翅片管的翅片圈数比下游侧的传热管的翅片管的翅片圈数少的技术、空气上游侧的传热管的翅片管的翅片圈数比空气下游侧的传热管的翅片管的翅片圈数少的技术。然而，这些专利文献1、2并未充分考虑使传热管的管内的压力上升时的上述那样的传热管内的内部中的、水与蒸汽的层分离的发生和传热性能的降低等的流动方式。另外，未考虑传热管内的蒸汽S和水W的层分离的界面部处的因供水处理用磷酸的浓缩导致的腐蚀，也未考虑抑制传热管内的蒸汽S和水W的层分离。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述那样的情况而做出的，其目的在于，提供一种作为蒸发器整体能够确保充分的传热量，并且减少传热管内的腐蚀的发生的蒸发器以及蒸发器的改造方法。用于解决课题的方案为了解决上述课题，本专利技术采用以下的方案。本专利技术的几个方案的蒸发器具备：从燃烧废气回收热能而向在管内流通的流体传热的多个传热管；以及设于所述多个传热管的表面的多个翅片，所述蒸发器由所述多个传热管构成，并从被供给的水产生蒸汽，在所述蒸发器中，所述多个传热管由设于所述燃烧废气的流动的上游侧的第一区域以及翅片间距比所述第一区域内窄、且设于所述燃烧废气的流动的下游侧的第二区域这两个区域构成，所述第一区域的所述传热管的数量设为占所述第一区域以及所述第二区域合计的所述传热管的数量中的15％～50％的范围。根据本专利技术的几个方案的蒸发器，能够充分地确保传热管的吸热量。另外，设计上比由3个以上的区域构成更容易。另外，通过使第一区域为上述范围的下限值以上，从而在整个传热管内，水与蒸汽不发生层分离，能够形成水将蒸汽包围在内的状态的流动。由此，能够抑制吸热量的降低。另外，在对供水完成磷酸盐处理的情况下，还能够降低磷酸在蒸汽与水的界面部浓缩而发生腐蚀的可能性。然而，为了确保蒸发器整体的传热面积，将第一区域的上限值如上述范围那样设为50％，确保了翅片间距窄且传热面积较大的传热管构成的第二区域。在上述方案中，优选的是，所述多个传热管沿与所述燃烧废气的流动方向正交的方向且沿着水平方向配置。在传热管沿着水平方向配置的情况下，存在水和蒸汽发生层分离的可能性。然而，根据本专利技术的几个方案的蒸发器，即使在将传热管沿着水平方向配置的情况下，也能够有效地抑制层分离的发生。在上述方案中，优选的是，所述多个传热管沿着所述燃烧废气的流动方向呈交错状配置，入口集管侧的所述传热管从所述燃烧废气的流动方向的上游侧向下游侧配置，出口集管侧的所述传热管从所述燃烧废气的流动方向的下游侧向上游侧配置。如果这样配置传热管，则能够使各环路的吸热量、传热量变得均匀。由此能够有效地维持作为蒸发器整体的传热性能。在本专利技术的几个方案的废热回收锅炉中，所述燃烧废气在外壳的内侧从气体入口部流通到气体出口部，所述废本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种蒸发器，其具备：从燃烧废气回收热能而向在管内流通的流体传热的多个传热管；以及设于所述多个传热管的表面的多个翅片，所述蒸发器由所述多个传热管构成，并从被供给的水产生蒸汽，所述蒸发器的特征在于，所述多个传热管由设于所述燃烧废气的流动的上游侧的第一区域以及翅片间距比所述第一区域内窄、且设于所述燃烧废气的流动的下游侧的第二区域这两个区域构成，所述第一区域的所述传热管的数量设为占所述第一区域以及所述第二区域合计的所述传热管的数量中的15％～50％的范围。

【技术特征摘要】
2018.02.22 JP 2018-0297841.一种蒸发器，其具备：从燃烧废气回收热能而向在管内流通的流体传热的多个传热管；以及设于所述多个传热管的表面的多个翅片，所述蒸发器由所述多个传热管构成，并从被供给的水产生蒸汽，所述蒸发器的特征在于，所述多个传热管由设于所述燃烧废气的流动的上游侧的第一区域以及翅片间距比所述第一区域内窄、且设于所述燃烧废气的流动的下游侧的第二区域这两个区域构成，所述第一区域的所述传热管的数量设为占所述第一区域以及所述第二区域合计的所述传热管的数量中的15％～50％的范围。2.根据权利要求1所述的蒸发器，其特征在于，所述多个传热管沿与所述燃烧废气的流动方向正交的方向且沿着水平方向配置。3.根据权利要求1或2所述的蒸发器，其特征在于，所述多个传热管沿着所述燃烧废气的流动方向呈交错状配置，入口集管侧的所述传热管从所述燃烧废气的流动方向的上游侧向下游侧配置，出口...

【专利技术属性】
技术研发人员：上口将太，斋藤直仁，
申请(专利权)人：三菱日立电力系统株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP