УСТРОЙСТВО ПАРОГЕНЕРАТОРА-РЕКУПЕРАТОРА С ДЛИТЕЛЬНЫМ СРОКОМ СЛУЖБЫ С ПРИМЕНЕНИЕМ ВНУТРЕННИХ ЭЛЕМЕНТОВ ЖЕСТКОСТИ
LONG-LIFE HEAT RECOVERY STEAM GENERATOR DEVICE WITH USE OF INTERNAL STIFFENERS

Область техники, к которой относится изобретение
[0001] Настоящее раскрытие сущности относится к парогенераторам-рекуператорам, к прокладке системы каналов, связанной с такими устройствами.
Уровень техники
[0002] Энергетические установки могут применять газовые турбины с парогенераторами-рекуператорами (HRSG), которые могут использовать тепловую энергию в турбинах на выхлопных газах для того, чтобы генерировать пар для выработки электроэнергии или технологического процесса. Примеры HRSG и использования HRSG приводятся в публикациях заявок на патент (США) № 2013/0180228, 2013/0180696, 2012/0240871 и 2011/0048010 и в патентах (США) № 7353654, 6957630 и 5924389. HRSG может работать при очень высоких температурах в нормальном режиме работы в установившемся режиме, и впускная область HRSG может работать при температуре, которая существенно превышает температуру текучей среды, вытекающей из выпускного отверстия HRSG. Дополнительно, зачастую существуют существенные различия в температуре в пределах HRSG по сравнению с температурой окружающей среды за пределами HRSG.
[0003] Современная технология, используемая для HRSG с нагревающимся корпусом, зачастую испытывает проблемы после одного-двух лет работы. Например, HRSG с нагревающимся корпусом используют конструкции внешнего упрочнения, которые подвержены повреждениям между ребрами жесткости и корпусом впускного канала или главным корпусом HRSG. Примеры таких повреждений могут включать в себя растрескивание определенных конструкций. Также может возникать деформация или искривление между корпусом и другими внешними элементами, к примеру, внешними ребрами жесткости. Диагональная растяжка также может деформироваться или подвергаться растрескиванию в месте, в котором диагональная растяжка присоединена к стенке HRSG. Помимо этого, соединения корпусов между смежными стенками HRSG может растрескиваться, позволяя горячему газу внутри HRSG вытекать в атмосферу. Чтобы решать такие проблемы, HRSG зачастую должны останавливаться для ремонта в пределах нескольких первых лет службы.
Сущность изобретения
[0004] Согласно аспектам, проиллюстрированным в данном документе, предусмотрен HRSG, содержащий первый корпус, имеющий внутреннюю часть, размещающую, по меньшей мере, один первый канал для протекания газа по оси потока газа. Каждый первый канал задается посредством элементов задания канала, которые разнесены друг от друга и входят во внутреннюю часть первого корпуса. Множество элементов жесткости, вытянутых по оси потока газа, также включается в первый корпус. Каждый из элементов жесткости размещается во внутренней части и размещается между двумя из элементов задания канала. Элементы жесткости и элементы задания канала имеют практически аналогичный коэффициент теплового расширения.
[0005] Согласно другим аспектам, проиллюстрированным в данном документе, вертикальный HRSG-компонент содержит первый модуль, имеющий первый корпус, размещающий, по меньшей мере, один первый канал для прохождения газа через него по оси потока газа. Первый корпус включает в себя элементы задания первого канала и множество первых элементов жесткости. Каждый первый канал задается посредством разнесенных элементов задания первого канала, протягивающихся в пределах корпуса. Первые элементы жесткости размещаются между разнесенными элементами задания первого канала. Первые элементы жесткости являются вытянутыми по оси потока газа. Первые элементы жесткости и элементы задания первого канала имеют практически аналогичный коэффициент теплового расширения.
[0006] Согласно другим аспектам, проиллюстрированным в данном документе, вертикальный HRSG содержит оболочку, имеющую внешнюю часть, включающую в себя верх и низ напротив верха, причем верх задает верхнее отверстие, а низ задает нижнее отверстие. Внешняя часть также имеет первую сторону, вторую сторону, третью сторону и четвертую сторону. Первая сторона протягивается сверху вниз и размещается между второй стороной и третьей стороной. Вторая сторона протягивается сверху вниз и размещается между первой стороной и четвертой стороной. Третья сторона протягивается сверху вниз и размещается между первой стороной и четвертой стороной. Четвертая сторона протягивается сверху вниз и размещается между второй стороной и третьей стороной таким образом, что четвертая сторона обращена к первой стороне, а вторая сторона обращена к третьей стороне. Множество элементов задания канала протягивается в пределах оболочки. Элементы задания канала протягиваются в пределах оболочки и задают, по меньшей мере, один канал, заданный в пределах оболочки для прохождения газа, по меньшей мере, через один канал по оси потока газа, протягивающейся от низа оболочки до верха оболочки. Множество внутренних элементов жесткости находятся в пределах оболочки. Каждый из внутренних элементов жесткости является вытянутым по оси потока газа и размещается между двумя из элементов задания канала. Внутренние элементы жесткости и элементы задания канала имеют практически аналогичный коэффициент теплового расширения.
[0007] Вышеописанные и другие признаки иллюстрируются посредством следующих чертежей и подробного описания.
Краткое описание чертежей
[0008] Ссылаясь теперь на чертежи, которые являются примерными вариантами осуществления и на которых аналогичные элементы имеют аналогичные номера:
[0009] Фиг. 1 является видом в перспективе первого примерного варианта осуществления HRSG. Следует принимать во внимание, что конструкционная сталь, которая может размещаться, по меньшей мере, по части периметра HRSG, чтобы поддерживать HRSG, не показана на фиг. 1.
[0010] Фиг. 2 является видом в перспективе первого примерного варианта осуществления HRSG на первой стадии завершения конструирования HRSG.
[0011] Фиг. 3 является частичным видом сверху первого примерного варианта осуществления HRSG с частями HRSG в разрезе, чтобы иллюстрировать элементы жесткости и элементы задания канала HRSG.
[0012] Фиг. 4 является частичным видом в перспективе первого примерного варианта осуществления HRSG с частями HRSG в разрезе, чтобы иллюстрировать элементы жесткости и элементы задания канала HRSG.
[0013] Другие подробности, цели и преимущества вариантов осуществления нововведений, раскрытых в данном документе, должны становиться очевидными из нижеприведенного описания примерных вариантов осуществления и ассоциированных примерных способов.
Подробное описание изобретения
[0014] В данном документе раскрыт парогенератор-рекуператор (HRSG), который имеет такую конфигурацию, в которой перепад температур металла и результирующее относительное тепловое расширение элементов HRSG учитываются и минимизируются при его проектировании и конструировании. Это прямо противоположно современным традиционным соображениям, используемым при проектировании и создании HRSG. Например, современные конструктивные принципы говорят, что механические напряжения, вызываемые посредством перепада температур металла и результирующего относительного теплового расширения, испытываемого посредством пластин, внешних ребер жесткости или других элементов HRSG канала, могут игнорироваться, и механические напряжения, которые могут получаться в результате перепадов температур, вызываемых посредством теплового режима в пределах HRSG, следовательно, традиционно игнорируются при проектировании и изготовлении HRSG. Несмотря на этот традиционный на сегодняшний день принцип, за счет существенных изобретательских усилий определено, что механические напряжения, которые могут получаться в результате перепадов температур, не должны игнорироваться при проектировании и изготовлении HRSG. Перепад термических механических напряжений может учитываться при проектировании и изготовлении HRSG, и HRSG может иметь такую конфигурацию, в которой он может удовлетворять механические напряжения, которые могут получаться в результате перепадов температур в пределах HRSG. Выбор проектных решений с учетом механических напряжений, которые могут вызываться посредством режима перепада тепла в пределах HRSG, может позволять HRSG иметь рабочий цикл, который во много раз продолжительнее традиционных HRSG-конструкций. Например, в некоторых вариантах осуществления HRSG, предполагается рабочий цикл, который во много раз продолжительнее традиционных HRSG-конструкций.
[0015] Ссылаясь на примерный вариант осуществления вертикального HRSG 100, проиллюстрированного на фиг. 1-4, HRSG может включать в себя первый корпус 100a, который также может считаться главным корпусом, который размещается между впускным каналом 100b и выпускным каналом 100c. Вариант осуществления HRSG, показанный на фиг. 1-4, может быть сконфигурирован как HRSG с нагревающимся корпусом с применением внутренних элементов жесткости, и первый корпус 100a может быть сконфигурирован как нагревающийся корпус с применением внутренних элементов жесткости. Варианты осуществления HRSG с длительным сроком службы с применением внутренних элементов жесткости могут в дальнейшем называться "ISES HRSG".
[0016] Выпускной канал 100c может считаться вытяжной трубой в некоторых вариантах осуществления ISES HRSG. Нагретый газ из турбины может быть принят в ISES HRSG через впускной канал 100b. Нагретый газ может проходить через впускной канал, в первый корпус 100a и может выделяться из ISES HRSG и в атмосферу через выпускное отверстие выпускного канала 100c. Впускной канал 100b может функционально соединяться с выпускным отверстием турбины, такой как турбина внутреннего сгорания, или с другим технологическим узлом установки, который может выделять горячий газ. Один или более трубопроводов могут соединять впускной канал 100b с турбиной или одним или более узлов установки, которые могут подавать горячий газ в ISES HRSG. Горячий газ, принимаемый посредством впускного канала 100b ISES HRSG, может иметь относительно высокую температуру, к примеру, 500-600°C и может выделяться из выпускного отверстия ISES HRSG при меньшей температуре, к примеру, 100-200°C. Например, горячий газ может приниматься во впускном канале 100b при 550°C, 575°C или 600°C и выделяться из выпускного канала 100c в атмосферу (например, в воздух, внешний для установки ISES HRSG или ISES HRSG) при температуре в 150°C, 175°C или 200°C. В качестве альтернативы, газ, выделяемый из выпускного канала 100c ISES HRSG, может быть подан в другое устройство (не показано) для последующей обработки или использования выделяемого газа вместо выделения в атмосферу.
[0017] ISES HRSG 100 может иметь такую конфигурацию, в которой ISES HRSG включает в себя первый корпус, имеющий оболочку, которая имеет внутреннюю часть, размещающую, по меньшей мере, один первый канал для протекания газа по оси 102 потока газа. Ось 102 потока газа может быть вертикальной осью, которая протягивается вдоль оси Y так, что газ может вытекать вертикально через один или более первых каналов 305 из нижней секции ISES HRSG в верхнюю секцию ISES HRSG, которая находится выше нижней секции. Следует принимать во внимание, что ось X x, ось Y y и ось Z z, идентифицированные на фиг. 1-4, могут иметь такую конфигурацию, в которой ось Y может задавать вертикальное направление высоты, ось Z может задавать направление глубины, и ось X может задавать направление длины.
[0018] Как лучше всего понятно из фиг. 2, первый корпус 100a может состоять из множества модулей, которые соединяются с возможностью формировать первый корпус 100a. Каждый модуль 400 может иметь коробчатую форму, к примеру, конструкцию, имеющую верх, низ и первую, вторую, третью и четвертую стороны, проходящие сверху вниз таким образом, что первая сторона располагается между второй и третьей сторонами и обращена к четвертой стороне. Верх и низ каждого модуля может быть, в общем, открытым, так что газ является текучим из одного модуля и в другой модуль первого корпуса 100a. В связи с этим, верх и низ каждого модуля могут иметь верхнюю поверхность, которая имеет, в общем, кольцевую форму, и нижнюю поверхность, которая имеет, в общем, кольцевую форму.
[0019] Как лучше всего понятно из фиг. 3-4, множество соединенных модулей 400 может задавать матрицу соединенных фланцев 205, элементов 201 задания канала и элементов 203 жесткости, которые являются внутренними для оболочки первого корпуса 100a HRSG и на которые оказывает одинаковое влияние или практически одинаковое влияние (например, влияние в пределах диапазона +/-5% относительно друг друга) тепловое расширение, которое может получаться в результате горячего газа, который проходит через один или более каналов 305 ISES HRSG, посредством расширения вследствие нагрева этого газа. Элементы 201 задания канала имеют внутренне протягивающиеся части 201a, которые могут протягиваться от одной внутренней стороны корпуса к другой внутренней стороне корпуса, так чтобы связывать боковые стенки корпуса под действием сжимающих нагрузок, и для передачи ветровых и сейсмических нагрузок на соединительные штанги 207, что служит для того, чтобы эффективно передавать такие нагрузки на конструкционную сталь, к которой присоединяются соединительные штанги 207.
[0020] Каждый модуль может быть задан посредством верхнего фланца 205 и нижнего фланца 205. Модули могут соединяться между собой таким образом, что нижний фланец одного модуля может быть присоединен к верхнему фланцу модуля, который находится непосредственно ниже этого модуля. Верхний фланец модуля может быть присоединен к нижнему фланцу модуля, который размещается непосредственно выше этого модуля. Следует принимать во внимание, что непосредственно смежные модули могут представлять собой модули, которые непосредственно контактируют друг с другом или являются непосредственно смежными друг с другом без размещения другого модуля между этими непосредственно смежными модулями. Стороны модуля, которые являются непосредственно смежными друг с другом, могут иметь края, которые непосредственно контактируют друг с другом, либо могут размещаться таким образом, что нет других сторон между этими непосредственно смежными сторонами.
[0021] ISES HRSG может быть сконфигурирован с возможностью иметь только один первый канал 305, через который проходит горячий газ, или может иметь несколько первых каналов 305, через которые проходит горячий газ. Каждый первый канал 305 может быть задан посредством элементов 201 задания канала, которые разнесены друг от друга и входят во внутреннюю часть первого корпуса. Множество элементов 203 жесткости, которые являются вытянутыми по оси 102 потока газа, также может быть включено в первый корпус. Каждый из элементов 203 жесткости может размещаться во внутренней части оболочки, заданной посредством первого корпуса, и может размещаться между двумя из элементов 201 задания канала рядом с первым каналом 305, заданным посредством, по меньшей мере, этих двух элементов 201 задания канала. Элементы жесткости и элементы задания канала могут состоять из материалов, имеющих практически аналогичные коэффициенты теплового расширения. Например, коэффициент теплового расширения материала, из которого состоят элементы 201 задания канала (например, конкретного сорта или типа стали либо другого металла) может быть идентичным или составлять в пределах 5% коэффициента теплового расширения материала, из которого состоят элементы 203 жесткости (например, конкретного сорта или типа стали, сплава либо другого типа металла). В качестве другого примера, элементы жесткости и элементы задания канала могут состоять из материалов, имеющих практически аналогичные коэффициенты теплового расширения, когда коэффициент теплового расширения материала, из которого состоят элементы 201 задания канала (например, конкретного сорта или типа стали или другого металла), отличается на между 0,5% и 3,0% коэффициента теплового расширения для материала, из которого состоят элементы 203 жесткости (например, конкретного сорта или типа стали, сплава либо другого типа металла). Элементы задания канала, имеющие коэффициент теплового расширения, который составляет между 90% и 110% от коэффициента теплового расширения элементов 203 жесткости, представляют собой еще один другой пример практически аналогичных значений коэффициентов теплового расширения.
[0022] В некоторых вариантах осуществления, элементы жесткости могут находиться исключительно во внутренней части оболочки первого корпуса, и первый корпус может иметь такую конфигурацию, в которой элементы жесткости и элементы задания канала - это все, что требуется для поддержки и задания одного или более первых каналов 305, заданных в оболочке первого корпуса. В отличие от традиционных HRSG-конструкций, которые зачастую используют диагональные раскосы, варианты осуществления ISES HRSG могут иметь такую конфигурацию, в которой диагональные раскосы не входят ни в один или более первых каналов 305. Элементы 203 жесткости могут размещаться по периметру первых каналов 305 между элементами 201 задания канала. Элементы 203 жесткости могут представлять собой пластины, балки, стержни, штоки или другие конструкции, которые состоят из металла. Элементы 201 задания канала также могут состоять из металла и могут представлять собой трубчатые листы, пластины, элементы или другие конструкции, которые состоят из металла и входят во внутреннюю часть первого корпуса, с тем чтобы, по меньшей мере, частично, задавать один или более каналов в пределах корпуса. Металл элементов жесткости 201 может иметь коэффициент теплового расширения, который является практически аналогичным коэффициенту теплового расширения металла, из которого формируются элементы 201 задания канала (например, коэффициент тепловых расширений может быть идентичным или составлять в пределах 5%). Элементы 201 задания канала могут быть сконфигурированы с возможностью задавать отверстия 211, просветы или другие типы апертур в пределах корпуса элементов 201 задания канала. Отверстия 211 могут быть сконфигурированы с возможностью помогать упрощать требуемый поток газа через каналы или требуемую теплопередачу тепла из газа, протекающего в пределах каналов, заданных посредством элементов 201 задания канала. Элементы 201 задания канала также могут иметь другие апертуры, сформированные посредством сверления или других механизмов формирования апертур, чтобы позволять конструкции проходить через каналы ISES HRSG. Например, отверстия могут высверливаться в элементы 201 задания канала, которые имеют такой размер, чтобы принимать систему труб для теплообменника, который может протягиваться через каналы ISES HRSG, так что теплообменник может быть использован для передачи тепла из газа, проходящего через ISES HRSG, в текучую среду в пределах трубок теплообменника. Пример такого теплообменника может представлять собой испаритель, который выпаривает воду в пар с использованием тепла из газа, проходящего через ISES HRSG, для подачи такого пара в паровой барабан установки для выработки электроэнергии или для другого промышленного использования пара.
[0023] Отверстия, сформированные в различных элементах задания канала, могут размещаться таким образом, что отверстия различных элементов задания канала совмещаются между собой, так что трубки могут протягиваться горизонтально через каналы ISES HRSG и проходить от одной стороны к противоположной стороне ISES HRSG. Каждый элемент задания канала может иметь множество сформированных отверстий, которые вертикально разнесены друг от друга, чтобы позволять множеству рядов вертикально разнесенных наборов трубопроводов теплообменника проходить через HRSG для передачи тепла из газа, проходящего через ISES HRSG, в текучую среду в пределах этих трубопроводов. Например, элемент 201 задания канала может иметь, по меньшей мере, три сформированных отверстия, которые разнесены друг от друга по длине или высоте элемента задания канала так, что первое отверстие располагается между верхним отверстием и нижним отверстием. Отверстия 211 также могут быть заданы в пределах элементов задания канала для совмещения отверстий 211 или иной организации матрицы отверстий 211 в пределах элементов 201 задания канала, чтобы упрощать требуемый поток газа или профиль теплопередачи в пределах каналов ISES HRSG.
[0024] Каждый из фланцев 205 может протягиваться вокруг всех, по меньшей мере, из одного канала, заданных посредством элементов задания канала модуля 400, и каждый из верхних и нижних фланцев 205 модуля 400 может представлять собой внутренние фланцы, которые присоединены ко множеству элементов 201 задания канала, множеству внутренних элементов 203 жесткости и множеству соединительных штанг 207, которые протягиваются из модуля 400 для присоединения к конструкционной стали, которая может размещаться рядом с ISES HRSG. Каждый внутренний фланец 205 может состоять из продолговатых пластин, балок или других элементов, которые соединяются между собой с возможностью задавать кольцевую конструкцию. Соединенные элементы каждого внутреннего фланца 205 могут быть закреплены между собой через крепеж, сварку или другие соединительные механизмы, чтобы задавать кольцевую конструкцию внутреннего фланца 205. Внутренние фланцы 205 могут формироваться из материала, имеющего коэффициент теплового расширения, который является практически аналогичным коэффициенту теплового расширения элементов задания канала (например, коэффициент теплового расширения внутренних фланцев 205 является идентичным или отличается на +/-5% от коэффициента теплового расширения для элементов 203 жесткости, а также является идентичным или отличается на +/-5% от коэффициента теплового расширения элементов 201 задания канала).
[0025] Каждая из соединительных штанг 207 может быть соединена, по меньшей мере, с одним из элементов 201 задания канала и одним из нижнего внутреннего кольцевого фланца и верхнего внутреннего кольцевого фланца модуля 400. Соединительные штанги 207 могут протягиваться снаружи первого корпуса только на двух непосредственно смежных сторонах первого корпуса для присоединения к конструкционной стали рядом с двумя непосредственно смежными сторонами первого корпуса. Например, соединительные штанги 207 могут протягиваться от места рядом с задней и левой стороной первого корпуса для присоединения к конструкционной стали рядом с этими сторонами. В качестве другого примера, соединительные штанги 207 могут протягиваться только от передней и левой стороны первого корпуса для присоединения к конструкционной стали, смежной с этими сторонами первого корпуса. В качестве еще одного другого примера, соединительные штанги 207 могут протягиваться только от задней и правой стороны первого корпуса для присоединения к конструкционной стали рядом с этими сторонами. Конструкционная сталь, к которой присоединяются соединительные штанги 207, может быть значительно более холодной по сравнению с температурой нагретого газа, проходящего через один или более каналов ISES HRSG, температурой внутренних элементов 201 задания канала и температурой внутренних элементов 203 жесткости. Например, конструкционная сталь может иметь температуру окружающей среды, которая является идентичной или, в общем, является идентичной температуре среды в районе местонахождения, в котором размещается ISES HRSG, в то время как температура нагретого газа, проходящего через ISES HRSG и фланцы 205, элементы 203 жесткости и элементы 201 задания канала, может варьироваться от 150°C до 550°C.
[0026] Изоляция может размещаться между модулями 400 и конструкционной сталью, чтобы помогать сохранять тепло в пределах одного или более каналов 305 HRSG, так что может обеспечиваться эффективное использование этого тепла. Соединительные штанги 207 могут протягиваться через слой изоляции, размещаемый между оболочкой, задающей один или более каналов 305, и внешней рамой, которая включает в себя опоры из конструкционной стали для поддержки ISES HRSG.
[0027] Когда соединительные штанги 207 протягиваются только от двух непосредственно смежных сторон ISES HRSG для соединения с конструкционной сталью рядом с этими двумя сторонами, другим сторонам ISES HRSG позволяется расширяться под действием тепловых нагрузок, что может приводить к существенному уменьшению термических механических напряжений, испытываемых посредством ISES HRSG, что вытекает из расширения элементов ISES HRSG вследствие теплового режима в пределах ISES HRSG. Уменьшение термических механических напряжений, достигаемых посредством вариантов осуществления ISES HRSG, позволяет компонентам ISES HRSG, таким как внутренние фланцы, внутренние элементы жесткости и внутренние элементы канала, поддерживать нагрузки ISES HRSG без использования диагональных раскосов или опоры, предоставленных посредством внешних элементов жесткости.
[0028] Каждый модуль 400 первого корпуса 100a может считаться компонентом вертикального ISES HRSG. Каждый модуль 400 может включать в себя первый корпус, размещающий, по меньшей мере, один первый канал 305 для прохождения газа через него по оси 102 потока газа. Первый корпус модуля 400 может включать в себя элементы задания первого канала. Каждый первый канал 305 может быть задан посредством разнесенных элементов задания первого канала 201, которые протягиваются в пределах корпуса. Множество первых элементов жесткости 203 также размещается между разнесенными элементами задания первого канала 201 и являются вытянутыми по оси 102 потока газа. Например, элементы жесткости могут быть вытянутыми по вертикали. Первые элементы жесткости и элементы задания первого канала могут иметь практически аналогичный коэффициент теплового расширения (например, коэффициент теплового расширения элементов 201 задания канала может отличаться на +/-10% или +/-5% от коэффициента теплового расширения элементов 203 жесткости). Каждый модуль 400 может иметь такую конфигурацию, в которой отсутствуют диагональные раскосы, которые входят, по меньшей мере, в один первый канал 305.
[0029] Каждый модуль 400 может включать в себя верхний кольцевой фланец 205 и нижний кольцевой фланец 205. Верхний кольцевой фланец может быть присоединен к верхним концам элементов задания первого канала этого первого модуля и верхним концам первых элементов жесткости первого модуля. Нижний кольцевой фланец может быть присоединен к нижним концам элементов задания первого канала и нижним концам первых элементов жесткости. Каждый модуль 400 также может включать в себя множество соединительных штанг 207 для соединения с конструкционной сталью, которая должна размещаться рядом с модулем 400. Каждая из соединительных штанг может соединяться с одним из элементов задания первого канала 201 и одним из нижнего кольцевого фланца 205 и верхнего кольцевого фланца 205.
[0030] Каждый модуль может иметь корпус, который включает в себя верхнюю кольцевую поверхность, которая задает верхнее отверстие, нижнюю кольцевую поверхность, которая задает нижнее отверстие, первую сторону между верхней поверхностью и нижней поверхностью, вторую сторону между верхней поверхностью и нижней поверхностью, третью сторону между верхней поверхностью и нижней поверхностью и четвертую сторону между верхней поверхностью и нижней поверхностью. Соединительные штанги 207 могут протягиваться только от первой и второй стороны первого корпуса, с тем, чтобы ограничивать расширение первой и второй сторон первого корпуса, так что расширение первого корпуса, вызываемое посредством теплового режима с первым модулем, должно приводить к возникновению существенного расширения первого корпуса через свободу расширения третьей и четвертой сторон первого корпуса.
[0031] Из фиг. 1-4 можно принимать во внимание, что вариант осуществления ISES HRSG может представлять собой вертикальный ISES HRSG, который имеет оболочку, имеющую внешнюю часть, содержащую верх и низ напротив верха и первую сторону, вторую сторону, третью сторону и четвертую сторону. Первая сторона может протягиваться сверху вниз и размещаться между второй стороной и третьей стороной. Вторая сторона может протягиваться сверху вниз и размещаться между первой стороной и четвертой стороной. Третья сторона может протягиваться сверху вниз и размещаться между первой стороной и четвертой стороной. Четвертая сторона может протягиваться сверху вниз и размещаться между второй стороной и третьей стороной таким образом, что четвертая сторона обращена к первой стороне и вторая сторона обращена к третьей стороне. Множество элементов 201 задания канала может протягиваться в пределах оболочки. Элементы 201 задания канала могут протягиваться в пределах оболочки и задавать, по меньшей мере, один канал, заданный в пределах оболочки для прохождения газа, по меньшей мере, через один канал по оси 102 потока газа, протягивающейся от низа оболочки до верха оболочки. Множество внутренних элементов 203 жесткости может размещаться в пределах оболочки. Каждый из внутренних элементов 203 жесткости является вытянутым по оси 102 потока газа и размещается между двумя из элементов 201 задания канала. Внутренние элементы жесткости и элементы задания канала имеют практически аналогичный коэффициент теплового расширения (например, коэффициент теплового расширения элементов 201 задания канала может отличаться на +/-10% или 5% от коэффициента теплового расширения элементов 203 жесткости).
[0032] Каждая из множества соединительных штанг 207 может быть присоединена к соответствующему одному из элементов 201 задания канала и протягиваться от него для прохождения от одной из первой стороны оболочки и второй стороны оболочки для присоединения к конструкционной стали рядом с первой и второй сторонами оболочки. Соединительные штанги 207 могут протягиваться только от первой и второй сторон оболочки, так что расширение оболочки, вызываемое посредством теплового режима в пределах оболочки, должно приводить к возникновению существенного расширения оболочки через расширение третьей и четвертой сторон оболочки, которые не ограничены через соединительные штанги 207 и конструкционную сталь, к которой присоединяются эти соединительные штанги 207. Соединительные штанги 207 могут быть сконфигурированы с возможностью присоединения к первой и второй опорам 301 и 303 из конструкционной стали рядом с первой и второй сторонами оболочки, так что расширение оболочки, вызываемое посредством теплового режима в пределах оболочки, должно приводить только к расширению третьей и четвертой сторон оболочки.
[0033] В некоторых вариантах осуществления, модули 400 могут соединяться таким образом, что самый нижний модуль 400 соединяется с впускным каналом 100b, и самый верхний модуль 400 соединяется с выпускным каналом 100c ISES HRSG. Самый верхний модуль 400 может иметь верхний фланец, который присоединен к верхним опорам 209, которые соединяют самый верхний модуль со стальными балками 403, которые поддерживаются посредством стальных опор 405. Верхние опоры 209 могут представлять собой фланцевые стропильные балки, которые поддерживаются посредством широкофланцевых стоек, либо другие типы стальных балок 403 и стальных опор 405 рамы ISES HRSG. Другие конструкции также могут быть присоединены к стальным балкам 403 и опорам 405 и могут задавать внешний кожух или раму для HRSG. Первая и вторая опоры 301 и 303 из конструкционной стали могут размещаться на двух непосредственно смежных сторонах ISES HSRG и сконфигурированы с возможностью поддержки ISES HRSG и помощи ISES HRSG в сохранении вертикального положения. Первая и вторая опоры 301 и 303 из конструкционной стали могут представлять собой части внешней рамы, которые поддерживают ISES HRSG, или могут представлять собой отдельные стальные конструкции, которые являются внешними для ISES HRSG и располагаются рядом с внешними сторонами HRSG. Первая и вторая опоры 301 и 303 из конструкционной стали могут быть присоединены к основанию производственного участка.
[0034] Соединительные штанги 207 могут протягиваться от модулей 400 в эти первую и вторую опоры 301 и 303 из конструкционной стали. Соединительные штанги 207 могут быть присоединены к различным фланцам модулей, так что соединительные штанги 207 имеют предварительно заданное разнесение. Например, первый ряд соединительных штанг 207 может быть присоединен к нижнему фланцу 205 нижнего модуля, и второй ряд соединительных штанг 207 непосредственно выше первого ряда соединительных штанг может быть присоединен к верхнему фланцу модуля, размещаемого непосредственно выше нижнего модуля, так что расстояние, равное высоте двух модулей, разносит нижний первый ряд от верхнего второго ряда. Соединительные штанги 207 второго ряда соединительных штанг могут соединяться как с верхним фланцем нижнего модуля, так и с нижним фланцем верхнего модуля, а так же с элементами задания канала нижнего и верхнего модуля. Каждая из соединительных штанг 207 может присоединяться к фланцам 205 рядом с местом, в котором соединительная штанга 207 присоединена к элементам задания канала верхних и нижних модулей. Дополнительные модули могут соединяться в матрице, использующей идентичное разнесение соединительных штанг для присоединения к фланцам непосредственно смежных модулей и элементам задания канала этих модулей. Например, матрица модулей может соединяться таким образом, что третий ряд соединительных штанг 207 размещается выше второго ряда соединительных штанг и также разнесен от второго ряда на высоту двух модулей.
[0035] В еще одних других вариантах осуществления, матрица соединительных штанг 207 и модулей 400 может быть сконфигурирована по-иному. Например, соединительные штанги 207 могут быть присоединены к каждому фланцу 205 каждого модуля, а также к элементам 201 задания канала этих модулей, к которым присоединяется эта соединительная штанга. Каждая соединительная штанга 207 может быть присоединена, по меньшей мере, к одному соответствующему элементу 201 задания канала и соответствующему одному из фланцев в таких вариантах осуществления.
[0036] Соединительные штанги 207 могут быть сконфигурированы с возможностью присоединения к конструкционной стали рядом с двумя непосредственно смежными сторонами первого корпуса 100a. Например, задняя и левая сторона корпуса или задняя и правая сторона корпуса могут иметь соединительные штанги 207, протягивающиеся от них для присоединения к первой и второй опорам 301 и 303 из конструкционной стали. Только эти две непосредственно смежных стороны могут иметь такие соединительные штанги, протягивающиеся от них для присоединения к конструкционной стали для поддержки ISES HRSG. Соединительные штанги 207 могут представлять собой металлические балки или металлические элементы. Например, соединительные штанги 207 могут представлять собой жесткие стальные балки или стальные элементы. Соединительные штанги 207 предоставляют жесткое крепление для конструкционной стали, что позволяет предотвращать или, по меньшей мере, существенно ограничивать расширение элементов задания канала и фланцев модулей ISES HRSG в направлении двух сторон, от которых протягиваются соединительные штанги. Две другие стороны первого корпуса 100a, которые не имеют соединительных штанг, протягивающихся от них, не ограниваются таким способом, что позволяет упрощать расширение первого корпуса в районе этих двух неограниченных сторон ISES HRSG вследствие теплового режима, испытанного в пределах одного или более каналов 305 HRSG. Расширение ISES HRSG в этих двух направлениях по-прежнему позволяет ISES HRSG поддерживать вертикальное положение через присоединение соединительных штанг 207 к конструкционной стали рядом с другими двумя сторонами ISES HRSG. Дополнительно, поскольку все элементы ISES HRSG имеют практически идентичный коэффициент теплового расширения, все элементы протягиваются сравнительно в направлении этих неограниченных сторон, что может позволять ISES HRSG-конструкции расширяться вследствие теплового режима газа, проходящего через ISES HRSG, без подвергания ISES HRSG-конструкции растрескиванию или искривлению вследствие расширения элементов с существенно отличающимися скоростями вследствие различного теплового режима, которые могут испытывать эти элементы.
[0037] В случае конфигурации в качестве вертикального ISES HRSG, расширение неограниченных сторон ISES HRSG дает возможность нижней части HRSG (к примеру, нижней части первого корпуса 100a ISES HRSG, которая является ближайшей к впускному каналу 100b ISES HRSG, который принимает самый горячий газ) свободно расширяться в большей степени, чем верхние части HRSG (которые ближе к выпускному каналу 100c). Это может способствовать повышенной конструктивной целостности неограниченных сторон ISES HRSG, поскольку сложные варьирования скоростей расширения легко удовлетворяются без ослабления надлежащей поддержки самой нижней части ISES HRSG из в меньшей степени расширенных верхних частей ISES HRSG.
[0038] Варианты осуществления ISES HRSG также могут иметь впускной канал 100b, изготовленный с возможностью иметь один или более каналов, заданных в пределах оболочки нагревающегося корпуса с применением внутренних элементов жесткости. Впускной канал 100b может иметь оболочку, заданную посредством нескольких соединенных модулей, аналогичных модулю 400. Впускной канал 100b или модули впускного канала также могут считаться компонентами ISES HRSG. Модули впускного канала могут иметь конструкцию, аналогичную модулям первого корпуса 100a, но иметь немного отличающуюся форму или геометрию либо задавать каналы другой формы, через которые может проходить горячий газ. Модули впускного канала 100b могут включать в себя внутренние фланцы, которые соединяются с верхними концами элементов задания канала, и внутренние фланцы, присоединенные к нижним концам элементов задания канала. Каждый модуль впускного канала может соединяться с непосредственно смежными модулями впускного канала, чтобы формировать оболочку. Например, верхний внутренний фланец одного модуля может непосредственно соединяться с нижним внутренним фланцем непосредственно смежного модуля впускного канала 100b. Каждый из внутренних фланцев может представлять собой кольцевую конструкцию. Впускной конец впускного канала может иметь сформированное отверстие для приема горячего газа из одного или более источников и выпускной конец, который соединяется с первым корпусом 100a таким образом, что горячий газ проходит из впускного канала 100b в один или более каналов 305 первого корпуса 100a. Внутренние элементы жесткости, внутренние фланцы и элементы задания канала для впускного канала 100b или модулей впускного канала могут иметь практически аналогичный коэффициент теплового расширения (например, коэффициент теплового расширения элементов задания канала, внутренних фланцев и внутренних элементов жесткости может отличаться на +/-10% или 5%).
[0039] Соединительные штанги, к примеру, жесткие стальные балки или другие стальные элементы, могут быть присоединены к фланцам и элементам задания канала для впускного канала 100b для присоединения к конструкционной стали, к примеру, к опорам из конструкционной стали для поддержки впускного канала 100b. Следует принимать во внимание, что такие соединительные штанги могут передавать нагрузки на конструкционную сталь, аналогично соединительным штангам 207, поясненным в данном документе. Соединительные штанги могут протягиваться только от двух непосредственно смежных сторон впускного канала 100b, так что другие стороны впускного канала 100b имеют такую конфигурацию, в которой расширение вследствие теплового режима в пределах впускного канала 100b может возникать исключительно или практически исключительно в районе неограниченных сторон впускного канала 100b (например, сторон впускного канала, в районе которых не протягиваются соединительные штанги 207 для присоединения к конструкционной стали). Также изоляция может размещаться между внешней частью оболочки и рамой конструкционной стали, чтобы помогать обеспечивать эффективное использование тепла нагретого газа, проходящего через один или более каналов, заданных в пределах оболочки нагревающегося корпуса впускного канала 100b. Соединительные штанги, протягивающиеся от модулей впускного канала, могут проходить через такую изоляцию для присоединения к конструкционной стали.
[0040] Зачастую, традиционные HRSG должны останавливаться в течение первых одного-двух лет работы с тем чтобы могло устраняться растрескивание и конструктивные искривления, до перезапуска и дальнейшего использования HRSG. Это способствует существенным затратам и неудобству для оператора HRSG. Варианты осуществления ISES HRSG могут быть сконфигурированы с возможностью не допускать таких трещин и искривлений, так что могут исключаться такие остановки в течение первых одного или двух лет работы. Следовательно, варианты осуществления ISES HRSG позволяют обеспечивать существенное снижение затрат для операторов установок при использовании одного или более вариантов осуществления ISES HRSG. Дополнительно, варианты осуществления ISES HRSG сконфигурированы с возможностью учитывать термические механические напряжения, вызываемые посредством перепада температур газа, проходящего через ISES HRSG, так что рабочий цикл варианта осуществления ISES HRSG может быть сконфигурирован с возможностью иметь рабочий цикл, который во много раз продолжительнее (например, по меньшей мере, в 4-5 раз продолжительнее) рабочего цикла традиционного HRSG.
[0041] Следует принимать во внимание, что различные изменения могут быть внесены в варианты осуществления ISES HRSG, чтобы учитывать различные критерии конструирования. Например, размер и форма элементов задания канала и элементов жесткости могут представлять собой любое число подходящих размеров и форм. В качестве другого примера, размер и форма оболочки модуля или оболочки ISES HRSG, который размещает каналы для протекания газа из впускного отверстия ISES HRSG в выпускное отверстие HRSG, могут представлять собой любое число размеров с возможностью удовлетворять горячим газам с любым числом возможных расходов, которые могут быть приняты посредством ISES HRSG из турбин или других узлов, которые выделяют горячий газ. Наружная поверхность оболочки ISES HRSG может иметь такую конфигурацию, в которой отсутствуют элементы жесткости, которые традиционно присутствуют на внешней части традиционного HRSG. Например, варианты осуществления ISES HRSG могут не включать в себя ребра или нервюры жесткости на наружной поверхности оболочки ISES HRSG, которая размещает один или более каналов, через которые проходит горячий газ, принимаемый посредством ISES HRSG. В качестве еще одного другого примера, ISES HRSG может иметь такую конфигурацию, в которой испарители или другие типы теплообменников могут быть сконфигурированы с возможностью проходить через оболочку или один или более каналов варианта осуществления ISES HRSG, так что тепло из горячего газа, который может протекать через ISES HRSG, передается в текучую среду. Вода, например, может нагреваться через такой испаритель, чтобы выпаривать воду и преобразовывать воду в пар для использования в другой технологической обработке установки, которая может использовать вариант осуществления ISES HRSG. Теплообменники могут быть присоединены к ISES HRSG или поддерживаться рядом с ISES HRSG. В качестве еще одного другого примера, предполагается, что элементы задания канала и элементы жесткости и фланцы могут быть использованы для того, чтобы формировать модули для формирования впускного канала 100b ISES HRSG, и что соединительные штанги могут протягиваться только от двух сторон впускного канала для присоединения к конструкционной стали для поддержки впускного канала 100b ISES HRSG.
[0042] Хотя изобретение описано со ссылкой на различные примерные варианты осуществления, специалисты в данной области техники должны понимать, что различные изменения могут вноситься и эквиваленты могут использоваться вместо его элементов без отступления от объема изобретения. Кроме того, множество модификаций может выполняться, чтобы приспосабливать конкретную ситуацию или материал к идеям изобретения без отступления от его объема охраны. Следовательно, изобретение не должно быть ограничено конкретным вариантом осуществления, раскрытым в качестве оптимального режима, предполагаемого для осуществления данного изобретения, и изобретение должно включать в себя все варианты осуществления, попадающие в пределы объема прилагаемой формулы изобретения.