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(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容以參考的方式并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及熱回收蒸汽發(fā)生器。具體實(shí)施例涉及用于預(yù)組裝、運(yùn)輸和安裝熱回收蒸汽發(fā)生器的模塊的方法。

背景技術(shù)：

熱回收蒸汽發(fā)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(chǎn)生蒸汽，該蒸汽能夠被用在工藝（熱電聯(lián)產(chǎn)）中或被用于驅(qū)動蒸汽渦輪機(jī)（聯(lián)合循環(huán)）。

例如，在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電中，來自燃?xì)鉁u輪機(jī)的排氣變?yōu)橛糜诼?lián)合循環(huán)的朗肯（Rankine）循環(huán)部分的熱源。設(shè)置在燃?xì)鉁u輪機(jī)排出物的下游的HRSG將燃?xì)鉁u輪機(jī)排氣中可用的廢熱加以回收。所回收的熱被用于在高壓和高溫下產(chǎn)生蒸汽，并且然后該蒸汽被用于在蒸汽渦輪機(jī)/發(fā)電機(jī)中發(fā)電。

HRSG基本上是由一系列功能單元（即，節(jié)約器（預(yù)熱器）、蒸發(fā)器、再熱器和過熱器）組成的熱交換器。這些功能單元包括設(shè)置在來自燃?xì)鉁u輪機(jī)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(zhì)，來自排氣的熱被傳遞至該介質(zhì)以便在高溫和高壓下產(chǎn)生蒸汽。

在模塊化HRSG結(jié)構(gòu)中，可以將各種功能單元構(gòu)造為單獨(dú)的模塊。這些模塊可以被預(yù)制并且被運(yùn)輸至安裝這些模塊的安裝地點(diǎn)。在模塊化HRSG結(jié)構(gòu)中，可以通過提供較高的預(yù)制度而降低現(xiàn)場安裝成本。然而，與預(yù)制模塊的運(yùn)輸相關(guān)聯(lián)的裝運(yùn)成本隨著較高的預(yù)制度而增加。

模塊化HRSG結(jié)構(gòu)通常導(dǎo)致在現(xiàn)場安裝成本和裝運(yùn)成本之間的妥協(xié)，因此不能同時兼顧這兩種成本。例如，現(xiàn)有的方法使得能夠通過提供高的預(yù)制度而實(shí)現(xiàn)較低的現(xiàn)場安裝成本，但其結(jié)果是對應(yīng)高的裝運(yùn)成本，或者替代地，能夠通過提供較低的制造度而實(shí)現(xiàn)較低的裝運(yùn)成本，但其結(jié)果是高的現(xiàn)場安裝成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目標(biāo)是提供改進(jìn)的熱回收蒸汽發(fā)生器結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的另一個目標(biāo)是提供改進(jìn)的技術(shù)，用于預(yù)組裝、運(yùn)輸和安裝熱回收蒸汽發(fā)生器的模塊。

以上目標(biāo)通過獨(dú)立權(quán)利要求的特征而實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)一個方面，提供用于安裝包括多個預(yù)組裝模塊的熱回收蒸汽發(fā)生器的方法。該方法包括在安裝地點(diǎn)布置預(yù)組裝模塊。該預(yù)組裝模塊包括容納在殼體結(jié)構(gòu)中的熱回收蒸汽發(fā)生器的功能單元。該殼體結(jié)構(gòu)包括頂部殼體、底部殼體和側(cè)殼體。開放側(cè)被限定成與側(cè)殼體相對。根據(jù)該方法，在開放側(cè)面朝下且側(cè)殼體面朝上的情況下，預(yù)組裝模塊被水平地布置在安裝地點(diǎn)。該方法進(jìn)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(jié)構(gòu)鋼部件附接至側(cè)殼體。然后，帶有附接的結(jié)構(gòu)鋼部件的模塊被提升至豎直位置并固定至地基。

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(jìn)的安全性。

在安裝期間，外部結(jié)構(gòu)鋼被附接至模塊的側(cè)殼體。在現(xiàn)有技術(shù)的安裝方法中，在模塊的開放側(cè)面朝上且側(cè)殼體面朝下的情況下，模塊被布置在安裝地點(diǎn)。在這種情形中，首先在豎直位置中提升外部結(jié)構(gòu)鋼部件并且進(jìn)行拉線（guy-wired），這阻礙了可接近性并且造成潛在的安全危害。模塊被提升至豎直位置并且然后連接至豎向布置的外部結(jié)構(gòu)鋼部件，這通常是通過在不同高度處螺栓連接或焊接至側(cè)殼體而完成，這種方式再次造成潛在的安全危害。

相反，根據(jù)所提出的方法，在開放側(cè)面朝下且側(cè)殼體面朝上的情況下，預(yù)組裝模塊被布置在安裝地點(diǎn)，這使得能夠在不必提升模塊的情況下將外部結(jié)構(gòu)鋼部件附接至側(cè)殼體，同時模塊仍然水平。因?yàn)橥獠拷Y(jié)構(gòu)鋼比預(yù)組裝模塊輕得多并且更易于操縱，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(yè)以將模塊連接至外部結(jié)構(gòu)鋼部件的需要而改進(jìn)了安裝過程的安全性。

根據(jù)另一個方面，提供用于對熱回收蒸汽發(fā)生器的模塊進(jìn)行預(yù)組裝以用于隨后運(yùn)輸至安裝地點(diǎn)的方法。該方法包括構(gòu)建熱回收蒸汽發(fā)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(gòu)造成載有包括水或水蒸汽或其混合物的流體介質(zhì)。該方法進(jìn)一步涉及構(gòu)建用于容納該功能單元的殼體結(jié)構(gòu)。該殼體結(jié)構(gòu)限定用于熱氣體的流管道的一部分，并且包括頂部殼體、底部殼體和側(cè)殼體，由此開放側(cè)被限定成與側(cè)殼體相對。根據(jù)所提出的方法，該殼體結(jié)構(gòu)被構(gòu)建成其中開放側(cè)面朝下且側(cè)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(jié)構(gòu)鋼部件附接至模塊。如上所述，這個特征通過消除在高處作業(yè)以將模塊連接至外部結(jié)構(gòu)鋼部件的需要而改進(jìn)安裝的安全性。

根據(jù)又一個方面，提供用于將熱回收蒸汽的預(yù)組裝模塊從預(yù)組裝地點(diǎn)運(yùn)輸至安裝地點(diǎn)的方法。該方法包括在預(yù)組裝地點(diǎn)將預(yù)組裝模塊裝載至運(yùn)輸容器中。預(yù)組裝模塊包括容納在殼體結(jié)構(gòu)中的熱回收蒸汽發(fā)生器的功能單元。該殼體結(jié)構(gòu)包括頂部殼體、底部殼體和側(cè)殼體，由此開放側(cè)被限定成與側(cè)殼體相對。根據(jù)該方法，在開放側(cè)面朝下且側(cè)殼體面朝上的情況下，在水平位置中將預(yù)組裝模塊裝載于容器中。該方法涉及將帶有裝載的預(yù)組裝模塊的容器運(yùn)輸至安裝地點(diǎn)。根據(jù)該方法，預(yù)組裝模塊在安裝地點(diǎn)被卸載，使得在開放側(cè)面朝下且側(cè)殼體面朝上的情況下，卸載的預(yù)組裝模塊在水平位置中被放置在安裝地點(diǎn)。

上述方法提供降低的運(yùn)輸成本以及在運(yùn)輸期間的改進(jìn)的安全性。

通過在開放側(cè)面朝下且側(cè)殼體面朝上的情況下運(yùn)輸預(yù)組裝模塊，確保了與現(xiàn)有技術(shù)（在現(xiàn)有技術(shù)中，在開放側(cè)面朝上且側(cè)殼體面朝下的情況下運(yùn)輸模塊）相比，被運(yùn)輸?shù)哪K的重心被降低。對這種技術(shù)效果的解釋在于以下事實(shí)：帶有內(nèi)部絕熱體的側(cè)殼體的質(zhì)量密度比熱交換器管的質(zhì)量密度低。在所提出的方法中，帶有內(nèi)部絕緣體的側(cè)殼體占據(jù)被運(yùn)輸?shù)哪K的頂部，而熱交換器管占據(jù)底部，由此降低了被運(yùn)輸?shù)哪K的重心。

另外，在所提出的用于運(yùn)輸?shù)姆椒ㄖ校c帶有附接的外部結(jié)構(gòu)鋼的預(yù)組裝模塊的裝運(yùn)尺寸相比，本方法中的裝運(yùn)尺寸較小。

根據(jù)又一方面，提供熱回收蒸汽發(fā)生器。該熱回收蒸汽發(fā)生器包括串聯(lián)連接的多個模塊。每一個模塊包括熱回收蒸汽發(fā)生器的功能單元。在所提出的熱回收蒸汽發(fā)生器中，多個模塊的至少一個利用上述方法被預(yù)組裝和/或安裝。

相對于現(xiàn)有技術(shù)，在圖示的實(shí)施例中所描述的熱回收蒸汽發(fā)生器具有較簡單的結(jié)構(gòu)。

附圖說明

借助于附圖更詳細(xì)地示出本發(fā)明。附圖示出優(yōu)選的構(gòu)造并且不限制本發(fā)明的范圍。

圖1圖示根據(jù)一個實(shí)施例的模塊化HRSG結(jié)構(gòu)。

圖2圖示根據(jù)一個實(shí)施例的預(yù)組裝HRSG模塊。

圖3是描繪根據(jù)示例性實(shí)施例的預(yù)組裝HRSG模塊的運(yùn)輸?shù)氖疽鈭D。

圖4、圖5和圖6圖示根據(jù)示例性實(shí)施例的預(yù)組裝HRSG模塊的現(xiàn)場安裝的一系列步驟。

具體實(shí)施方式

在附圖中，任意地選擇X軸和Y軸，使得X-Y平面平行于水平面。Z軸始終被指定為豎直方向，即，垂直于X-Y平面。

在圖示的實(shí)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。術(shù)語“向上”和“向下”相對于平行于Z-軸的豎直方向被限定。

圖1圖示模塊化熱回收蒸汽發(fā)生器（HRSG）1，其包括相鄰地串聯(lián)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(jié)約器（預(yù)熱器）、蒸發(fā)器、再熱器或過熱器?；旧?，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(zhì)，這取決于相應(yīng)模塊10的功能。熱交換管11被容納在殼體結(jié)構(gòu)12中，該殼體結(jié)構(gòu)由外部結(jié)構(gòu)鋼部件13（也被稱為主結(jié)構(gòu)鋼）支撐。在殼體12內(nèi)的是用于熱氣體流（例如，來自燃?xì)鉁u輪機(jī)排出物）的管道。該排氣經(jīng)由入口20進(jìn)入HRSG 1并形成熱源，該熱源以對流的方式傳熱至熱交換管11中的介質(zhì)。殼體結(jié)構(gòu)12可以具有一層內(nèi)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(shí)施例示出水平的HRSG 1，其中，排氣沿水平方向（具體地，在圖1中平行于Y軸）流入通過模塊10。熱交換管11被設(shè)置在排氣的流路中并且在豎直方向上（在圖1中平行于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的下游以便形成用于排氣的出口端口。

在模塊化HRSG結(jié)構(gòu)中，包括HRSG的各種功能單元（諸如，節(jié)約器、蒸發(fā)器、再熱器和過熱器等）的模塊10被預(yù)制。該預(yù)制過程可以例如在車間或制造設(shè)施中進(jìn)行，在這里，功能單元的各個部件被組裝以形成預(yù)組裝模塊。然后該預(yù)組裝模塊被裝運(yùn)（例如，在運(yùn)輸容器中）至HRSG安裝地點(diǎn)，在這里，各個模塊被安裝使得各功能單元被串聯(lián)布置，從而組成如在圖1中所示的熱回收蒸汽發(fā)生器。

模塊化HRSG結(jié)構(gòu)提供許多益處。例如，模塊化結(jié)構(gòu)提供增強(qiáng)的HRSG的標(biāo)準(zhǔn)化，由此導(dǎo)致較短的交付時間。而且，在車間中的較高的預(yù)制度導(dǎo)致在安裝地點(diǎn)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(yù)制模塊而實(shí)現(xiàn)高水平的質(zhì)量。然而，高的預(yù)制度也增加與預(yù)制零件的裝運(yùn)相關(guān)聯(lián)的成本和復(fù)雜性。

在本文中圖示的實(shí)施例至少解決了上述問題，并且提供一種解決方案，該解決方案提供高的預(yù)制度和較低的裝運(yùn)成本，同時還降低現(xiàn)場安裝的成本和工作量。本發(fā)明概念的實(shí)施例可以針對模塊的預(yù)組裝的方法，用于將預(yù)組裝模塊運(yùn)輸至安裝地點(diǎn)的方法，以及用于在安裝地點(diǎn)安裝預(yù)組裝模塊的方法。

圖2圖示HRSG的模塊10的示例實(shí)施例。在被運(yùn)輸至安裝地點(diǎn)之前，模塊10在車間或制造設(shè)施中被預(yù)組裝。該預(yù)組裝包括構(gòu)建HRSG的功能單元，包括熱交換管11的布置，在這個實(shí)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也可以在車間或制造設(shè)施中被預(yù)組裝至模塊10中。

該預(yù)組裝進(jìn)一步包括構(gòu)建殼體結(jié)構(gòu)12，該殼體結(jié)構(gòu)12容納包括例如熱交換管11和集管14的功能單元。殼體結(jié)構(gòu)12包括頂部殼體 12a、底部殼體 12b和側(cè)殼體12c，該側(cè)殼體12c連接頂部殼體12a和底部殼體12b。側(cè)殼體12c被設(shè)置成覆蓋模塊10的一側(cè)，而不覆蓋另一側(cè)，由此開放側(cè)或未覆蓋側(cè)15被限定成與由側(cè)殼體12c所覆蓋的一側(cè)相對。

可以沿殼體結(jié)構(gòu)12的內(nèi)表面設(shè)置一層絕緣體16（諸如，陶瓷絕緣體），該殼體結(jié)構(gòu)包括頂部和底部殼體12a、12b以及側(cè)殼體12c。襯里16a可以被設(shè)置成給絕緣體16的內(nèi)表面裝襯里。在一個實(shí)施例中，例如如果模塊10包括蒸發(fā)器，則在預(yù)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(gòu)建。也就是說，在預(yù)組裝時，熱交換管11被定向在水平方向上，例如平行于車間地面的平面。特別地，模塊10被構(gòu)建成使得開放側(cè)15面朝下，即面朝車間地面，同時側(cè)殼體12面朝上?？梢栽O(shè)置加強(qiáng)結(jié)構(gòu)17（諸如，桁架）以在運(yùn)輸期間支撐模塊10。隨后模塊10在基本上相同的位置中被運(yùn)輸至安裝地點(diǎn)。在圖示的實(shí)施例中，預(yù)組裝不包括將主結(jié)構(gòu)鋼13附接至模塊10，該過程在安裝地點(diǎn)完成。

要注意的是，在現(xiàn)場安裝時，模塊10被旋轉(zhuǎn)90度使得熱交換管11沿豎直方向延伸，由此頂部殼體12a將面朝上并且底部殼體12b將面朝下。

圖3示意性地圖示根據(jù)一個實(shí)施例的預(yù)組裝模塊10的運(yùn)輸。該方法包括將預(yù)組裝模塊10從預(yù)組裝地點(diǎn)裝載至運(yùn)輸容器30中。在開放側(cè)15豎直地面朝下且側(cè)殼體12c豎直地面朝上的情況下，該預(yù)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(yù)組裝模塊10的容器30被運(yùn)輸至安裝地點(diǎn)，例如通過鐵路，或公路，或水路，或其組合。

本方法提供在之前采用的方法中沒有想到的一些技術(shù)益處，在之前采用的方法中，該模塊在開放側(cè)面朝上且側(cè)殼體面朝下的情況下被預(yù)制并被運(yùn)輸。在本方法中，通過在開放側(cè)15面朝下且側(cè)殼體12c面朝上的情況下運(yùn)輸預(yù)組裝模塊，可確保的是，模塊10的重心被顯著地降低。這是因?yàn)樾纬赡K10的大部分重量的熱交換管11現(xiàn)在占據(jù)模塊10的底部，而帶有絕緣體16的輕得多的側(cè)殼體12c占據(jù)模塊10的頂部。較低的重心有助于裝運(yùn)方便，同時降低在模塊10的運(yùn)輸期間的安全危害。另外，在圖示的方法中，與附接有主結(jié)構(gòu)剛的預(yù)組裝模塊的裝運(yùn)尺寸相比，本方法中的裝運(yùn)尺寸較小。

在安裝地點(diǎn)處，在開放側(cè)15面朝下并且側(cè)殼體12c面朝上的情況下，模塊10從容器30中被卸載并且基本上在與運(yùn)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(yù)組裝模塊10在安裝地點(diǎn)的安裝有關(guān)的示例性步驟。參照圖4，在開放側(cè)15豎直地面朝下（即，面朝地面）且側(cè)殼體12c面朝上的情況下，預(yù)組裝模塊10最初在水平位置中被布置在安裝地點(diǎn)，即，熱交換器管平行于X-Y平面定向。

隨后，如在圖5中所示，主結(jié)構(gòu)鋼13被操縱靠近模塊10，以用于附接至殼體12。在圖示的實(shí)施例中，主結(jié)構(gòu)鋼13包括待附接至側(cè)殼體12c的側(cè)部結(jié)構(gòu)鋼部件13a以及待附接至底部殼體12b的底部結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)鋼13附接至模塊10。側(cè)結(jié)構(gòu)鋼部件13a是細(xì)長的鋼柱，并且可在水平位置中（即，平行于X-Y平面）附接至面朝上的側(cè)殼體12c，例如通過沿側(cè)殼體12c的長度在多個點(diǎn)處設(shè)置的螺栓連接件50。替代地或額外地，在一個或多個點(diǎn)處，側(cè)結(jié)構(gòu)鋼部件13a可以焊接至側(cè)殼體12c。底部結(jié)構(gòu)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。

在隨后的步驟中，如在圖6中所示，帶有附接的結(jié)構(gòu)鋼13部件13a、13b的模塊10被提升至豎直位置（即，旋轉(zhuǎn)90度），使得該模塊/結(jié)構(gòu)鋼組件現(xiàn)在平行于Z-軸。為了輔助該模塊/結(jié)構(gòu)鋼組件的提升，可以在側(cè)結(jié)構(gòu)鋼13a上設(shè)置長槽孔51。然后，經(jīng)由結(jié)構(gòu)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(diǎn)。如在圖1中所示，多個預(yù)組裝模塊10可以以相似的方式豎立并且彼此相鄰地串聯(lián)堆疊，使得相應(yīng)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(nèi)部限定了用于排氣的水平流路。模塊10的熱交換管11被設(shè)置在所述流路中并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(yōu)于現(xiàn)有的安裝技術(shù)的一些益處。根據(jù)現(xiàn)有安裝技術(shù)，在模塊的開放側(cè)面朝上且側(cè)殼體面朝下的情況下將模塊布置在安裝地點(diǎn)。在這種情況下，首先在豎直位置中提升主結(jié)構(gòu)鋼并且進(jìn)行拉線，這阻礙了可接近性并且造成潛在的安全危害。另外，由于該模塊在側(cè)殼體面朝地面的情況下被放置，所以接近側(cè)殼體以在水平位置中附接結(jié)構(gòu)鋼是不可能的。必須將模塊提升到豎直位置然后連接至豎向布置的結(jié)構(gòu)鋼，這通常是通過在不同高度處螺栓連接或焊接至側(cè)殼體。由于結(jié)構(gòu)鋼、特別是側(cè)結(jié)構(gòu)鋼部件是細(xì)長的柱，其經(jīng)常延伸大約90英尺的高度，所以在豎向定向的結(jié)構(gòu)鋼部件上在高處作業(yè)造成潛在的安全危害。

相反，根據(jù)所提出的方法，在開放側(cè)面朝下且側(cè)殼體面朝上的情況下在安裝地點(diǎn)布置預(yù)組裝模塊使得能夠在不需要提升模塊的情況下，將結(jié)構(gòu)鋼附接至側(cè)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?yàn)榻Y(jié)構(gòu)鋼比預(yù)組裝模塊輕得多并且容易操縱得多。另外，這個特征通過消除在高處作業(yè)以將模塊連接至結(jié)構(gòu)鋼的需要而改進(jìn)安裝的安全性。

總之，由圖示實(shí)施例給出的本發(fā)明的示例提供改進(jìn)的安全性并且易于構(gòu)造，同時通過提供特別地降低的裝運(yùn)成本和現(xiàn)場安裝工作量而顯著地降低總安裝成本。例如，已經(jīng)看出的是，在涉及兩個模塊化HRSG結(jié)構(gòu)的聯(lián)合循環(huán)安裝中（該HRSG結(jié)構(gòu)每一個涉及10-12個模塊），相對于現(xiàn)有技術(shù)，通過采用本發(fā)明的技術(shù)可以在總安裝成本上（包括預(yù)制成本、裝運(yùn)成本和現(xiàn)場安裝成本）實(shí)現(xiàn)$600,000-$800,000的節(jié)約。

雖然已詳細(xì)描述了具體實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)理解的是，根據(jù)本公開的總體教導(dǎo)可以對細(xì)節(jié)作出各種修改和替代。因此，所公開的具體結(jié)構(gòu)只是說明性的并且不限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書及其任意和所有等同物的全部寬度所限定。