模块化热回收蒸汽发生器结构的制作方法

本申请要求2014年6月10日提交的美国临时专利申请第62/010,102号的优先权，其全部内容以参考的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及热回收蒸汽发生器。具体实施例涉及用于预组装、运输和安装热回收蒸汽发生器的模块的方法。

背景技术：

热回收蒸汽发生器或HRSG是从热气体流中回收热的能量回收热交换器。HRSG产生蒸汽，该蒸汽能够被用在工艺（热电联产）中或被用于驱动蒸汽涡轮机（联合循环）。

例如，在联合循环发电中，来自燃气涡轮机的排气变为用于联合循环的朗肯（Rankine）循环部分的热源。设置在燃气涡轮机排出物的下游的HRSG将燃气涡轮机排气中可用的废热加以回收。所回收的热被用于在高压和高温下产生蒸汽，并且然后该蒸汽被用于在蒸汽涡轮机/发电机中发电。

HRSG基本上是由一系列功能单元（即，节约器（预热器）、蒸发器、再热器和过热器）组成的热交换器。这些功能单元包括设置在来自燃气涡轮机的排气的流路中的热交换器管。热交换器管载有包括水和/或蒸汽的介质，来自排气的热被传递至该介质以便在高温和高压下产生蒸汽。

在模块化HRSG结构中，可以将各种功能单元构造为单独的模块。这些模块可以被预制并且被运输至安装这些模块的安装地点。在模块化HRSG结构中，可以通过提供较高的预制度而降低现场安装成本。然而，与预制模块的运输相关联的装运成本随着较高的预制度而增加。

模块化HRSG结构通常导致在现场安装成本和装运成本之间的妥协，因此不能同时兼顾这两种成本。例如，现有的方法使得能够通过提供高的预制度而实现较低的现场安装成本，但其结果是对应高的装运成本，或者替代地，能够通过提供较低的制造度而实现较低的装运成本，但其结果是高的现场安装成本。

技术实现要素：

本发明的目标是提供改进的热回收蒸汽发生器结构。

本发明的另一个目标是提供改进的技术，用于预组装、运输和安装热回收蒸汽发生器的模块。

以上目标通过独立权利要求的特征而实现。

根据一个方面，提供用于安装包括多个预组装模块的热回收蒸汽发生器的方法。该方法包括在安装地点布置预组装模块。该预组装模块包括容纳在壳体结构中的热回收蒸汽发生器的功能单元。该壳体结构包括顶部壳体、底部壳体和侧壳体。开放侧被限定成与侧壳体相对。根据该方法，在开放侧面朝下且侧壳体面朝上的情况下，预组装模块被水平地布置在安装地点。该方法进一步包括在不提升该模块的情况下，在水平位置中将外部结构钢部件附接至侧壳体。然后，带有附接的结构钢部件的模块被提升至竖直位置并固定至地基。

所提出的方法提供降低的安装成本以及在安装期间的改进的安全性。

在安装期间，外部结构钢被附接至模块的侧壳体。在现有技术的安装方法中，在模块的开放侧面朝上且侧壳体面朝下的情况下，模块被布置在安装地点。在这种情形中，首先在竖直位置中提升外部结构钢部件并且进行拉线（guy-wired），这阻碍了可接近性并且造成潜在的安全危害。模块被提升至竖直位置并且然后连接至竖向布置的外部结构钢部件，这通常是通过在不同高度处螺栓连接或焊接至侧壳体而完成，这种方式再次造成潜在的安全危害。

相反，根据所提出的方法，在开放侧面朝下且侧壳体面朝上的情况下，预组装模块被布置在安装地点，这使得能够在不必提升模块的情况下将外部结构钢部件附接至侧壳体，同时模块仍然水平。因为外部结构钢比预组装模块轻得多并且更易于操纵，所以这种方法降低了安装工作量和成本。另外，这种方法通过消除在高处作业以将模块连接至外部结构钢部件的需要而改进了安装过程的安全性。

根据另一个方面，提供用于对热回收蒸汽发生器的模块进行预组装以用于随后运输至安装地点的方法。该方法包括构建热回收蒸汽发生器的功能单元。该功能单元包括多个热交换管，该热交换管被构造成载有包括水或水蒸汽或其混合物的流体介质。该方法进一步涉及构建用于容纳该功能单元的壳体结构。该壳体结构限定用于热气体的流管道的一部分，并且包括顶部壳体、底部壳体和侧壳体，由此开放侧被限定成与侧壳体相对。根据所提出的方法，该壳体结构被构建成其中开放侧面朝下且侧壳体面朝上。

所提出的方法使得能够在不提升模块的情况下，在安装处、在水平位置中将外部结构钢部件附接至模块。如上所述，这个特征通过消除在高处作业以将模块连接至外部结构钢部件的需要而改进安装的安全性。

根据又一个方面，提供用于将热回收蒸汽的预组装模块从预组装地点运输至安装地点的方法。该方法包括在预组装地点将预组装模块装载至运输容器中。预组装模块包括容纳在壳体结构中的热回收蒸汽发生器的功能单元。该壳体结构包括顶部壳体、底部壳体和侧壳体，由此开放侧被限定成与侧壳体相对。根据该方法，在开放侧面朝下且侧壳体面朝上的情况下，在水平位置中将预组装模块装载于容器中。该方法涉及将带有装载的预组装模块的容器运输至安装地点。根据该方法，预组装模块在安装地点被卸载，使得在开放侧面朝下且侧壳体面朝上的情况下，卸载的预组装模块在水平位置中被放置在安装地点。

上述方法提供降低的运输成本以及在运输期间的改进的安全性。

通过在开放侧面朝下且侧壳体面朝上的情况下运输预组装模块，确保了与现有技术（在现有技术中，在开放侧面朝上且侧壳体面朝下的情况下运输模块）相比，被运输的模块的重心被降低。对这种技术效果的解释在于以下事实：带有内部绝热体的侧壳体的质量密度比热交换器管的质量密度低。在所提出的方法中，带有内部绝缘体的侧壳体占据被运输的模块的顶部，而热交换器管占据底部，由此降低了被运输的模块的重心。

另外，在所提出的用于运输的方法中，与带有附接的外部结构钢的预组装模块的装运尺寸相比，本方法中的装运尺寸较小。

根据又一方面，提供热回收蒸汽发生器。该热回收蒸汽发生器包括串联连接的多个模块。每一个模块包括热回收蒸汽发生器的功能单元。在所提出的热回收蒸汽发生器中，多个模块的至少一个利用上述方法被预组装和/或安装。

相对于现有技术，在图示的实施例中所描述的热回收蒸汽发生器具有较简单的结构。

附图说明

借助于附图更详细地示出本发明。附图示出优选的构造并且不限制本发明的范围。

图1图示根据一个实施例的模块化HRSG结构。

图2图示根据一个实施例的预组装HRSG模块。

图3是描绘根据示例性实施例的预组装HRSG模块的运输的示意图。

图4、图5和图6图示根据示例性实施例的预组装HRSG模块的现场安装的一系列步骤。

具体实施方式

在附图中，任意地选择X轴和Y轴，使得X-Y平面平行于水平面。Z轴始终被指定为竖直方向，即，垂直于X-Y平面。

在图示的实施例中，“水平”方向或定向可以被理解成平行于水平面（即，平行于X-Y平面）的任意方向或定向。术语“向上”和“向下”相对于平行于Z-轴的竖直方向被限定。

图1图示模块化热回收蒸汽发生器（HRSG）1，其包括相邻地串联布置的多个模块10。模块10的每一个包括HRSG的功能单元，诸如，节约器（预热器）、蒸发器、再热器或过热器。基本上，每一个模块10包括热交换器，该热交换器包括多个热交换器管11，该热交换器管载有诸如水或蒸汽或其混合物的流体介质，这取决于相应模块10的功能。热交换管11被容纳在壳体结构12中，该壳体结构由外部结构钢部件13（也被称为主结构钢）支撑。在壳体12内的是用于热气体流（例如，来自燃气涡轮机排出物）的管道。该排气经由入口20进入HRSG 1并形成热源，该热源以对流的方式传热至热交换管11中的介质。壳体结构12可以具有一层内部绝缘体16（如在图2中可见）以便减少向HRSG 1的外部的传热。

图示的实施例示出水平的HRSG 1，其中，排气沿水平方向（具体地，在图1中平行于Y轴）流入通过模块10。热交换管11被设置在排气的流路中并且在竖直方向上（在图1中平行于Z-轴）延伸。为了增大传热面积，热交换管11可以具有翅片，即，热交换管11的表面可以包括外部翅片。排气管（stack）21被连接在模块10的下游以便形成用于排气的出口端口。

在模块化HRSG结构中，包括HRSG的各种功能单元（诸如，节约器、蒸发器、再热器和过热器等）的模块10被预制。该预制过程可以例如在车间或制造设施中进行，在这里，功能单元的各个部件被组装以形成预组装模块。然后该预组装模块被装运（例如，在运输容器中）至HRSG安装地点，在这里，各个模块被安装使得各功能单元被串联布置，从而组成如在图1中所示的热回收蒸汽发生器。

模块化HRSG结构提供许多益处。例如，模块化结构提供增强的HRSG的标准化，由此导致较短的交付时间。而且，在车间中的较高的预制度导致在安装地点的降低的成本和工作量。另外，可以通过在车间中以可能的最大程度预制模块而实现高水平的质量。然而，高的预制度也增加与预制零件的装运相关联的成本和复杂性。

在本文中图示的实施例至少解决了上述问题，并且提供一种解决方案，该解决方案提供高的预制度和较低的装运成本，同时还降低现场安装的成本和工作量。本发明概念的实施例可以针对模块的预组装的方法，用于将预组装模块运输至安装地点的方法，以及用于在安装地点安装预组装模块的方法。

图2图示HRSG的模块10的示例实施例。在被运输至安装地点之前，模块10在车间或制造设施中被预组装。该预组装包括构建HRSG的功能单元，包括热交换管11的布置，在这个实施例中该热交换管包括翅片管。作为该功能单元的一部分，集管14也可以在车间或制造设施中被预组装至模块10中。

该预组装进一步包括构建壳体结构12，该壳体结构12容纳包括例如热交换管11和集管14的功能单元。壳体结构12包括顶部壳体 12a、底部壳体 12b和侧壳体12c，该侧壳体12c连接顶部壳体12a和底部壳体12b。侧壳体12c被设置成覆盖模块10的一侧，而不覆盖另一侧，由此开放侧或未覆盖侧15被限定成与由侧壳体12c所覆盖的一侧相对。

可以沿壳体结构12的内表面设置一层绝缘体16（诸如，陶瓷绝缘体），该壳体结构包括顶部和底部壳体12a、12b以及侧壳体12c。衬里16a可以被设置成给绝缘体16的内表面装衬里。在一个实施例中，例如如果模块10包括蒸发器，则在预组装阶段可以将蒸汽汽包从外面附接至该模块的顶部壳体12a。

模块10被水平地构建。也就是说，在预组装时，热交换管11被定向在水平方向上，例如平行于车间地面的平面。特别地，模块10被构建成使得开放侧15面朝下，即面朝车间地面，同时侧壳体12面朝上。可以设置加强结构17（诸如，桁架）以在运输期间支撑模块10。随后模块10在基本上相同的位置中被运输至安装地点。在图示的实施例中，预组装不包括将主结构钢13附接至模块10，该过程在安装地点完成。

要注意的是，在现场安装时，模块10被旋转90度使得热交换管11沿竖直方向延伸，由此顶部壳体12a将面朝上并且底部壳体12b将面朝下。

图3示意性地图示根据一个实施例的预组装模块10的运输。该方法包括将预组装模块10从预组装地点装载至运输容器30中。在开放侧15竖直地面朝下且侧壳体12c竖直地面朝上的情况下，该预组装模块在水平位置中被装载至容器30中，使得热交换器管11被水平地定向。带有装载的预组装模块10的容器30被运输至安装地点，例如通过铁路，或公路，或水路，或其组合。

本方法提供在之前采用的方法中没有想到的一些技术益处，在之前采用的方法中，该模块在开放侧面朝上且侧壳体面朝下的情况下被预制并被运输。在本方法中，通过在开放侧15面朝下且侧壳体12c面朝上的情况下运输预组装模块，可确保的是，模块10的重心被显著地降低。这是因为形成模块10的大部分重量的热交换管11现在占据模块10的底部，而带有绝缘体16的轻得多的侧壳体12c占据模块10的顶部。较低的重心有助于装运方便，同时降低在模块10的运输期间的安全危害。另外，在图示的方法中，与附接有主结构刚的预组装模块的装运尺寸相比，本方法中的装运尺寸较小。

在安装地点处，在开放侧15面朝下并且侧壳体12c面朝上的情况下，模块10从容器30中被卸载并且基本上在与运输时相同的位置中（即，在水平定向中）被放置。

图4-图6图示与预组装模块10在安装地点的安装有关的示例性步骤。参照图4，在开放侧15竖直地面朝下（即，面朝地面）且侧壳体12c面朝上的情况下，预组装模块10最初在水平位置中被布置在安装地点，即，热交换器管平行于X-Y平面定向。

随后，如在图5中所示，主结构钢13被操纵靠近模块10，以用于附接至壳体12。在图示的实施例中，主结构钢13包括待附接至侧壳体12c的侧部结构钢部件13a以及待附接至底部壳体12b的底部结构钢部件13b。本方法使得能够在不需要提升模块10的情况下，在水平位置中将结构钢13附接至模块10。侧结构钢部件13a是细长的钢柱，并且可在水平位置中（即，平行于X-Y平面）附接至面朝上的侧壳体12c，例如通过沿侧壳体12c的长度在多个点处设置的螺栓连接件50。替代地或额外地，在一个或多个点处，侧结构钢部件13a可以焊接至侧壳体12c。底部结构钢部件13b可以固定至底部壳体12b，例如通过螺栓连接、焊接、或者任何其它手段。

在随后的步骤中，如在图6中所示，带有附接的结构钢13部件13a、13b的模块10被提升至竖直位置（即，旋转90度），使得该模块/结构钢组件现在平行于Z-轴。为了辅助该模块/结构钢组件的提升，可以在侧结构钢13a上设置长槽孔51。然后，经由结构钢部件13a、13b将模块10固定至地基60从而最终使模块10竖立在安装地点。如在图1中所示，多个预组装模块10可以以相似的方式竖立并且彼此相邻地串联堆叠，使得相应模块的壳体13形成HRSG的共同的气密壳体，该共同的气密壳体将功能单元围在其中。在壳体13内部限定了用于排气的水平流路。模块10的热交换管11被设置在所述流路中并且在竖直方向上延伸。

在图4-图6中图示的安装方法提供优于现有的安装技术的一些益处。根据现有安装技术，在模块的开放侧面朝上且侧壳体面朝下的情况下将模块布置在安装地点。在这种情况下，首先在竖直位置中提升主结构钢并且进行拉线，这阻碍了可接近性并且造成潜在的安全危害。另外，由于该模块在侧壳体面朝地面的情况下被放置，所以接近侧壳体以在水平位置中附接结构钢是不可能的。必须将模块提升到竖直位置然后连接至竖向布置的结构钢，这通常是通过在不同高度处螺栓连接或焊接至侧壳体。由于结构钢、特别是侧结构钢部件是细长的柱，其经常延伸大约90英尺的高度，所以在竖向定向的结构钢部件上在高处作业造成潜在的安全危害。

相反，根据所提出的方法，在开放侧面朝下且侧壳体面朝上的情况下在安装地点布置预组装模块使得能够在不需要提升模块的情况下，将结构钢附接至侧壳体，同时该模块仍然是水平的。这种方法降低了安装的工作量和成本，因为结构钢比预组装模块轻得多并且容易操纵得多。另外，这个特征通过消除在高处作业以将模块连接至结构钢的需要而改进安装的安全性。

总之，由图示实施例给出的本发明的示例提供改进的安全性并且易于构造，同时通过提供特别地降低的装运成本和现场安装工作量而显著地降低总安装成本。例如，已经看出的是，在涉及两个模块化HRSG结构的联合循环安装中（该HRSG结构每一个涉及10-12个模块），相对于现有技术，通过采用本发明的技术可以在总安装成本上（包括预制成本、装运成本和现场安装成本）实现$600,000-$800,000的节约。

虽然已详细描述了具体实施例，但本领域技术人员应理解的是，根据本公开的总体教导可以对细节作出各种修改和替代。因此，所公开的具体结构只是说明性的并且不限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其任意和所有等同物的全部宽度所限定。