模塊化熱回收蒸汽發生器結構的製作方法
2023-10-04 02:46:19
本申請要求2014年6月10日提交的美國臨時專利申請第62/010,102號的優先權，其全部內容以參考的方式併入本文中。
技術領域
本發明涉及熱回收蒸汽發生器。具體實施例涉及用於預組裝、運輸和安裝熱回收蒸汽發生器的模塊的方法。
背景技術：
熱回收蒸汽發生器或HRSG是從熱氣體流中回收熱的能量回收熱交換器。HRSG產生蒸汽，該蒸汽能夠被用在工藝（熱電聯產）中或被用於驅動蒸汽渦輪機（聯合循環）。
例如，在聯合循環發電中，來自燃氣渦輪機的排氣變為用於聯合循環的朗肯（Rankine）循環部分的熱源。設置在燃氣渦輪機排出物的下遊的HRSG將燃氣渦輪機排氣中可用的廢熱加以回收。所回收的熱被用於在高壓和高溫下產生蒸汽，並且然後該蒸汽被用於在蒸汽渦輪機/發電機中發電。
HRSG基本上是由一系列功能單元（即，節約器（預熱器）、蒸發器、再熱器和過熱器）組成的熱交換器。這些功能單元包括設置在來自燃氣渦輪機的排氣的流路中的熱交換器管。熱交換器管載有包括水和/或蒸汽的介質，來自排氣的熱被傳遞至該介質以便在高溫和高壓下產生蒸汽。
在模塊化HRSG結構中，可以將各種功能單元構造為單獨的模塊。這些模塊可以被預製並且被運輸至安裝這些模塊的安裝地點。在模塊化HRSG結構中，可以通過提供較高的預製度而降低現場安裝成本。然而，與預製模塊的運輸相關聯的裝運成本隨著較高的預製度而增加。
模塊化HRSG結構通常導致在現場安裝成本和裝運成本之間的妥協，因此不能同時兼顧這兩種成本。例如，現有的方法使得能夠通過提供高的預製度而實現較低的現場安裝成本，但其結果是對應高的裝運成本，或者替代地，能夠通過提供較低的製造度而實現較低的裝運成本，但其結果是高的現場安裝成本。
技術實現要素：
本發明的目標是提供改進的熱回收蒸汽發生器結構。
本發明的另一個目標是提供改進的技術，用於預組裝、運輸和安裝熱回收蒸汽發生器的模塊。
以上目標通過獨立權利要求的特徵而實現。
根據一個方面，提供用於安裝包括多個預組裝模塊的熱回收蒸汽發生器的方法。該方法包括在安裝地點布置預組裝模塊。該預組裝模塊包括容納在殼體結構中的熱回收蒸汽發生器的功能單元。該殼體結構包括頂部殼體、底部殼體和側殼體。開放側被限定成與側殼體相對。根據該方法，在開放側面朝下且側殼體面朝上的情況下，預組裝模塊被水平地布置在安裝地點。該方法進一步包括在不提升該模塊的情況下，在水平位置中將外部結構鋼部件附接至側殼體。然後，帶有附接的結構鋼部件的模塊被提升至豎直位置並固定至地基。
所提出的方法提供降低的安裝成本以及在安裝期間的改進的安全性。
在安裝期間，外部結構鋼被附接至模塊的側殼體。在現有技術的安裝方法中，在模塊的開放側面朝上且側殼體面朝下的情況下，模塊被布置在安裝地點。在這種情形中，首先在豎直位置中提升外部結構鋼部件並且進行拉線（guy-wired），這阻礙了可接近性並且造成潛在的安全危害。模塊被提升至豎直位置並且然後連接至豎向布置的外部結構鋼部件，這通常是通過在不同高度處螺栓連接或焊接至側殼體而完成，這種方式再次造成潛在的安全危害。
相反，根據所提出的方法，在開放側面朝下且側殼體面朝上的情況下，預組裝模塊被布置在安裝地點，這使得能夠在不必提升模塊的情況下將外部結構鋼部件附接至側殼體，同時模塊仍然水平。因為外部結構鋼比預組裝模塊輕得多並且更易於操縱，所以這種方法降低了安裝工作量和成本。另外，這種方法通過消除在高處作業以將模塊連接至外部結構鋼部件的需要而改進了安裝過程的安全性。
根據另一個方面，提供用於對熱回收蒸汽發生器的模塊進行預組裝以用於隨後運輸至安裝地點的方法。該方法包括構建熱回收蒸汽發生器的功能單元。該功能單元包括多個熱交換管，該熱交換管被構造成載有包括水或水蒸汽或其混合物的流體介質。該方法進一步涉及構建用於容納該功能單元的殼體結構。該殼體結構限定用於熱氣體的流管道的一部分，並且包括頂部殼體、底部殼體和側殼體，由此開放側被限定成與側殼體相對。根據所提出的方法，該殼體結構被構建成其中開放側面朝下且側殼體面朝上。
所提出的方法使得能夠在不提升模塊的情況下，在安裝處、在水平位置中將外部結構鋼部件附接至模塊。如上所述，這個特徵通過消除在高處作業以將模塊連接至外部結構鋼部件的需要而改進安裝的安全性。
根據又一個方面，提供用於將熱回收蒸汽的預組裝模塊從預組裝地點運輸至安裝地點的方法。該方法包括在預組裝地點將預組裝模塊裝載至運輸容器中。預組裝模塊包括容納在殼體結構中的熱回收蒸汽發生器的功能單元。該殼體結構包括頂部殼體、底部殼體和側殼體，由此開放側被限定成與側殼體相對。根據該方法，在開放側面朝下且側殼體面朝上的情況下，在水平位置中將預組裝模塊裝載於容器中。該方法涉及將帶有裝載的預組裝模塊的容器運輸至安裝地點。根據該方法，預組裝模塊在安裝地點被卸載，使得在開放側面朝下且側殼體面朝上的情況下，卸載的預組裝模塊在水平位置中被放置在安裝地點。
上述方法提供降低的運輸成本以及在運輸期間的改進的安全性。
通過在開放側面朝下且側殼體面朝上的情況下運輸預組裝模塊，確保了與現有技術（在現有技術中，在開放側面朝上且側殼體面朝下的情況下運輸模塊）相比，被運輸的模塊的重心被降低。對這種技術效果的解釋在於以下事實：帶有內部絕熱體的側殼體的質量密度比熱交換器管的質量密度低。在所提出的方法中，帶有內部絕緣體的側殼體佔據被運輸的模塊的頂部，而熱交換器管佔據底部，由此降低了被運輸的模塊的重心。
另外，在所提出的用於運輸的方法中，與帶有附接的外部結構鋼的預組裝模塊的裝運尺寸相比，本方法中的裝運尺寸較小。
根據又一方面，提供熱回收蒸汽發生器。該熱回收蒸汽發生器包括串聯連接的多個模塊。每一個模塊包括熱回收蒸汽發生器的功能單元。在所提出的熱回收蒸汽發生器中，多個模塊的至少一個利用上述方法被預組裝和/或安裝。
相對於現有技術，在圖示的實施例中所描述的熱回收蒸汽發生器具有較簡單的結構。
附圖說明
藉助於附圖更詳細地示出本發明。附圖示出優選的構造並且不限制本發明的範圍。
圖1圖示根據一個實施例的模塊化HRSG結構。
圖2圖示根據一個實施例的預組裝HRSG模塊。
圖3是描繪根據示例性實施例的預組裝HRSG模塊的運輸的示意圖。
圖4、圖5和圖6圖示根據示例性實施例的預組裝HRSG模塊的現場安裝的一系列步驟。
具體實施方式
在附圖中，任意地選擇X軸和Y軸，使得X-Y平面平行於水平面。Z軸始終被指定為豎直方向，即，垂直於X-Y平面。
在圖示的實施例中，「水平」方向或定向可以被理解成平行於水平面（即，平行於X-Y平面）的任意方向或定向。術語「向上」和「向下」相對於平行於Z-軸的豎直方向被限定。
圖1圖示模塊化熱回收蒸汽發生器（HRSG）1，其包括相鄰地串聯布置的多個模塊10。模塊10的每一個包括HRSG的功能單元，諸如，節約器（預熱器）、蒸發器、再熱器或過熱器。基本上，每一個模塊10包括熱交換器，該熱交換器包括多個熱交換器管11，該熱交換器管載有諸如水或蒸汽或其混合物的流體介質，這取決於相應模塊10的功能。熱交換管11被容納在殼體結構12中，該殼體結構由外部結構鋼部件13（也被稱為主結構鋼）支撐。在殼體12內的是用於熱氣體流（例如，來自燃氣渦輪機排出物）的管道。該排氣經由入口20進入HRSG 1並形成熱源，該熱源以對流的方式傳熱至熱交換管11中的介質。殼體結構12可以具有一層內部絕緣體16（如在圖2中可見）以便減少向HRSG 1的外部的傳熱。
圖示的實施例示出水平的HRSG 1，其中，排氣沿水平方向（具體地，在圖1中平行於Y軸）流入通過模塊10。熱交換管11被設置在排氣的流路中並且在豎直方向上（在圖1中平行於Z-軸）延伸。為了增大傳熱面積，熱交換管11可以具有翅片，即，熱交換管11的表面可以包括外部翅片。排氣管（stack）21被連接在模塊10的下遊以便形成用於排氣的出口埠。
在模塊化HRSG結構中，包括HRSG的各種功能單元（諸如，節約器、蒸發器、再熱器和過熱器等）的模塊10被預製。該預製過程可以例如在車間或製造設施中進行，在這裡，功能單元的各個部件被組裝以形成預組裝模塊。然後該預組裝模塊被裝運（例如，在運輸容器中）至HRSG安裝地點，在這裡，各個模塊被安裝使得各功能單元被串聯布置，從而組成如在圖1中所示的熱回收蒸汽發生器。
模塊化HRSG結構提供許多益處。例如，模塊化結構提供增強的HRSG的標準化，由此導致較短的交付時間。而且，在車間中的較高的預製度導致在安裝地點的降低的成本和工作量。另外，可以通過在車間中以可能的最大程度預製模塊而實現高水平的質量。然而，高的預製度也增加與預製零件的裝運相關聯的成本和複雜性。
在本文中圖示的實施例至少解決了上述問題，並且提供一種解決方案，該解決方案提供高的預製度和較低的裝運成本，同時還降低現場安裝的成本和工作量。本發明概念的實施例可以針對模塊的預組裝的方法，用於將預組裝模塊運輸至安裝地點的方法，以及用於在安裝地點安裝預組裝模塊的方法。
圖2圖示HRSG的模塊10的示例實施例。在被運輸至安裝地點之前，模塊10在車間或製造設施中被預組裝。該預組裝包括構建HRSG的功能單元，包括熱交換管11的布置，在這個實施例中該熱交換管包括翅片管。作為該功能單元的一部分，集管14也可以在車間或製造設施中被預組裝至模塊10中。
該預組裝進一步包括構建殼體結構12，該殼體結構12容納包括例如熱交換管11和集管14的功能單元。殼體結構12包括頂部殼體 12a、底部殼體 12b和側殼體12c，該側殼體12c連接頂部殼體12a和底部殼體12b。側殼體12c被設置成覆蓋模塊10的一側，而不覆蓋另一側，由此開放側或未覆蓋側15被限定成與由側殼體12c所覆蓋的一側相對。
可以沿殼體結構12的內表面設置一層絕緣體16（諸如，陶瓷絕緣體），該殼體結構包括頂部和底部殼體12a、12b以及側殼體12c。襯裡16a可以被設置成給絕緣體16的內表面裝襯裡。在一個實施例中，例如如果模塊10包括蒸發器，則在預組裝階段可以將蒸汽汽包從外面附接至該模塊的頂部殼體12a。
模塊10被水平地構建。也就是說，在預組裝時，熱交換管11被定向在水平方向上，例如平行於車間地面的平面。特別地，模塊10被構建成使得開放側15面朝下，即面朝車間地面，同時側殼體12面朝上。可以設置加強結構17（諸如，桁架）以在運輸期間支撐模塊10。隨後模塊10在基本上相同的位置中被運輸至安裝地點。在圖示的實施例中，預組裝不包括將主結構鋼13附接至模塊10，該過程在安裝地點完成。
要注意的是，在現場安裝時，模塊10被旋轉90度使得熱交換管11沿豎直方向延伸，由此頂部殼體12a將面朝上並且底部殼體12b將面朝下。
圖3示意性地圖示根據一個實施例的預組裝模塊10的運輸。該方法包括將預組裝模塊10從預組裝地點裝載至運輸容器30中。在開放側15豎直地面朝下且側殼體12c豎直地面朝上的情況下，該預組裝模塊在水平位置中被裝載至容器30中，使得熱交換器管11被水平地定向。帶有裝載的預組裝模塊10的容器30被運輸至安裝地點，例如通過鐵路，或公路，或水路，或其組合。
本方法提供在之前採用的方法中沒有想到的一些技術益處，在之前採用的方法中，該模塊在開放側面朝上且側殼體面朝下的情況下被預製並被運輸。在本方法中，通過在開放側15面朝下且側殼體12c面朝上的情況下運輸預組裝模塊，可確保的是，模塊10的重心被顯著地降低。這是因為形成模塊10的大部分重量的熱交換管11現在佔據模塊10的底部，而帶有絕緣體16的輕得多的側殼體12c佔據模塊10的頂部。較低的重心有助於裝運方便，同時降低在模塊10的運輸期間的安全危害。另外，在圖示的方法中，與附接有主結構剛的預組裝模塊的裝運尺寸相比，本方法中的裝運尺寸較小。
在安裝地點處，在開放側15面朝下並且側殼體12c面朝上的情況下，模塊10從容器30中被卸載並且基本上在與運輸時相同的位置中（即，在水平定向中）被放置。
圖4-圖6圖示與預組裝模塊10在安裝地點的安裝有關的示例性步驟。參照圖4，在開放側15豎直地面朝下（即，面朝地面）且側殼體12c面朝上的情況下，預組裝模塊10最初在水平位置中被布置在安裝地點，即，熱交換器管平行於X-Y平面定向。
隨後，如在圖5中所示，主結構鋼13被操縱靠近模塊10，以用於附接至殼體12。在圖示的實施例中，主結構鋼13包括待附接至側殼體12c的側部結構鋼部件13a以及待附接至底部殼體12b的底部結構鋼部件13b。本方法使得能夠在不需要提升模塊10的情況下，在水平位置中將結構鋼13附接至模塊10。側結構鋼部件13a是細長的鋼柱，並且可在水平位置中（即，平行於X-Y平面）附接至面朝上的側殼體12c，例如通過沿側殼體12c的長度在多個點處設置的螺栓連接件50。替代地或額外地，在一個或多個點處，側結構鋼部件13a可以焊接至側殼體12c。底部結構鋼部件13b可以固定至底部殼體12b，例如通過螺栓連接、焊接、或者任何其它手段。
在隨後的步驟中，如在圖6中所示，帶有附接的結構鋼13部件13a、13b的模塊10被提升至豎直位置（即，旋轉90度），使得該模塊/結構鋼組件現在平行於Z-軸。為了輔助該模塊/結構鋼組件的提升，可以在側結構鋼13a上設置長槽孔51。然後，經由結構鋼部件13a、13b將模塊10固定至地基60從而最終使模塊10豎立在安裝地點。如在圖1中所示，多個預組裝模塊10可以以相似的方式豎立並且彼此相鄰地串聯堆疊，使得相應模塊的殼體13形成HRSG的共同的氣密殼體，該共同的氣密殼體將功能單元圍在其中。在殼體13內部限定了用於排氣的水平流路。模塊10的熱交換管11被設置在所述流路中並且在豎直方向上延伸。
在圖4-圖6中圖示的安裝方法提供優於現有的安裝技術的一些益處。根據現有安裝技術，在模塊的開放側面朝上且側殼體面朝下的情況下將模塊布置在安裝地點。在這種情況下，首先在豎直位置中提升主結構鋼並且進行拉線，這阻礙了可接近性並且造成潛在的安全危害。另外，由於該模塊在側殼體面朝地面的情況下被放置，所以接近側殼體以在水平位置中附接結構鋼是不可能的。必須將模塊提升到豎直位置然後連接至豎向布置的結構鋼，這通常是通過在不同高度處螺栓連接或焊接至側殼體。由於結構鋼、特別是側結構鋼部件是細長的柱，其經常延伸大約90英尺的高度，所以在豎向定向的結構鋼部件上在高處作業造成潛在的安全危害。
相反，根據所提出的方法，在開放側面朝下且側殼體面朝上的情況下在安裝地點布置預組裝模塊使得能夠在不需要提升模塊的情況下，將結構鋼附接至側殼體，同時該模塊仍然是水平的。這種方法降低了安裝的工作量和成本，因為結構鋼比預組裝模塊輕得多並且容易操縱得多。另外，這個特徵通過消除在高處作業以將模塊連接至結構鋼的需要而改進安裝的安全性。
總之，由圖示實施例給出的本發明的示例提供改進的安全性並且易於構造，同時通過提供特別地降低的裝運成本和現場安裝工作量而顯著地降低總安裝成本。例如，已經看出的是，在涉及兩個模塊化HRSG結構的聯合循環安裝中（該HRSG結構每一個涉及10-12個模塊），相對於現有技術，通過採用本發明的技術可以在總安裝成本上（包括預製成本、裝運成本和現場安裝成本）實現$600,000-$800,000的節約。
雖然已詳細描述了具體實施例，但本領域技術人員應理解的是，根據本公開的總體教導可以對細節作出各種修改和替代。因此，所公開的具體結構只是說明性的並且不限制本發明的範圍，本發明的範圍由所附權利要求書及其任意和所有等同物的全部寬度所限定。