專利名稱：余熱蒸汽發(fā)生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種余熱蒸汽發(fā)生器，它包括一個借助燃?xì)廨啓C(jī)的廢氣來工作的余熱鍋爐。
許多現(xiàn)代化的發(fā)電站設(shè)備為產(chǎn)生電能配備有燃?xì)廨啓C(jī)，另外還包括一個或多個余熱鍋爐，以便將由燃?xì)廨啓C(jī)中排出的仍具有高能量勢的熱廢氣進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成有用的能量。在此例如可利用余熱鍋爐來產(chǎn)生使至少一個蒸汽輪機(jī)運(yùn)行的工作蒸汽，從而使這類燃?xì)夂驼羝l(fā)電站(GUD發(fā)電站)的效率與單純的燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電站相比更高。
除了蒸汽輪機(jī)外，在當(dāng)今的GUD發(fā)電站中也需要為各種其它用戶(例如旁通式脫氣裝置、建筑物供暖等)提供輔助蒸汽。
尤其在設(shè)備停止運(yùn)行期間以及透平機(jī)組啟動/停機(jī)時需要這種輔助蒸汽。當(dāng)然在發(fā)電站設(shè)備正常運(yùn)行時，例如以額定負(fù)載運(yùn)行時也可能需要輔助蒸汽。
在設(shè)備停止運(yùn)行期間，燃?xì)廨啓C(jī)中沒有熱廢氣排出，因此，此時借助余熱鍋爐不可能為蒸汽輪機(jī)以及如上舉例表示的其他蒸汽用戶提供工作蒸汽及輔助蒸汽。
為了給這類蒸汽用戶提供輔助蒸汽，在已知的發(fā)電站中大多采用一個與余熱蒸汽發(fā)生器完全分離開來的獨(dú)立的燃燒式輔助蒸汽發(fā)生器。
在設(shè)備停止運(yùn)行期間以及啟動/停機(jī)時，在這樣的輔助蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生飽和蒸汽，必要時使之過熱，并將其輸送給上述蒸汽用戶。
在上述設(shè)備正常運(yùn)行時，所需的輔助蒸汽例如在所述余熱蒸汽發(fā)生器的低壓段中產(chǎn)生，其中，在正常運(yùn)行期間，并非一定需要與所述余熱蒸汽發(fā)生器分開構(gòu)造的輔助蒸汽發(fā)生器，因?yàn)檩o助蒸汽本身基于導(dǎo)入余熱蒸汽發(fā)生器中的熱廢氣可在該余熱蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生。
在一公知的發(fā)電站設(shè)備中，通常只是在例外情形下(例如在實(shí)際上可24小時運(yùn)行、因此能始終提供熱廢氣用于產(chǎn)生輔助蒸汽的單純的基荷發(fā)電站中)才放棄采用輔助蒸汽發(fā)生器，因此會導(dǎo)致明顯地限制設(shè)備的靈活運(yùn)營，因?yàn)槔缭O(shè)備的完全停止運(yùn)行或以很低的負(fù)載運(yùn)行將導(dǎo)致所生成的輔助蒸汽出現(xiàn)損失。
對于發(fā)電站設(shè)備的其他要求還包括對余熱鍋爐和新汽管道的預(yù)熱、保溫與穩(wěn)壓以及將蒸汽輪機(jī)預(yù)熱、保溫與穩(wěn)壓到盡可能高的溫度水平或壓力水平；上述要求也應(yīng)在設(shè)備停止運(yùn)行和透平機(jī)啟動或停機(jī)時予以滿足。例如公知的發(fā)電站設(shè)備的啟動時間與輔助蒸汽的壓力和溫度有關(guān)。
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種余熱蒸汽發(fā)生器，它能實(shí)現(xiàn)所述發(fā)電站設(shè)備的靈活運(yùn)營，而且其建設(shè)費(fèi)用特別低廉。
上述技術(shù)問題通過這樣一種用于燃?xì)夂驼羝l(fā)電站的余熱蒸汽發(fā)生器來解決，該余熱蒸汽發(fā)生器包括一余熱鍋爐，燃?xì)廨啓C(jī)的廢氣可輸入該余熱鍋爐中，所述余熱蒸汽發(fā)生器還另外包括至少一個設(shè)置在余熱鍋爐中的、為蒸汽輪機(jī)產(chǎn)生工作蒸汽的蒸發(fā)器，其中，可將來自燃燒裝置的煙氣輸入所述余熱鍋爐中，并且可在該余熱鍋爐的至少一處抽取出至少一部分煙氣，并將此部分煙氣回送到該余熱鍋爐的進(jìn)口。
因此，在本發(fā)明的余熱蒸汽發(fā)生器中使至少一部分煙氣離開所述余熱鍋爐，和/或在余熱鍋爐出口前的至少一處從該余熱鍋爐中抽取出至少一部分煙氣，并將此部分煙氣導(dǎo)入煙氣循環(huán)回路中。
所述燃燒裝置例如包括一燃燒器，燃料和燃燒用空氣以及作為要被加熱的介質(zhì)的部分煙氣被輸送到該燃燒器中。借助燃燒裝置已加熱的煙氣然后(重新)被引入余熱鍋爐中，在那兒熱煙氣借助熱交換將能量傳遞給蒸發(fā)器，使蒸發(fā)器產(chǎn)生輔助蒸汽。然后，例如可從蒸發(fā)器的蒸汽汽包中取出輔助蒸汽，并將其輸送給輔助蒸汽用戶以及新汽管道和/或蒸汽輪機(jī)。
在被冷卻的煙氣流過余熱鍋爐期間，其至少一部分被抽取后被輸送回余熱鍋爐的進(jìn)口，此時，借助燃燒裝置可加熱被冷卻的煙氣。
此時，優(yōu)選將所述燃燒裝置設(shè)計(jì)為用于這樣的蒸汽負(fù)荷量，即，該蒸汽負(fù)荷量相應(yīng)于所需的輔助蒸汽負(fù)荷量，和/或相應(yīng)于所需的用于加熱新汽管道和/或蒸汽輪機(jī)的熱量。
在按照本發(fā)明的余熱蒸汽發(fā)生器中，尤其在沒有或只提供很少的熱廢氣(例如停止運(yùn)行，起動/停機(jī)時，等)的工作情況下能可靠提供輔助蒸汽。此外，可避免對所述燃燒裝置進(jìn)行不必要的過高設(shè)計(jì)，因?yàn)椴槐亟柚撊紵b置產(chǎn)生為蒸汽輪機(jī)工作所需的工作蒸汽。
此外，在發(fā)電站設(shè)備正常運(yùn)行時可借助廢氣來替代或補(bǔ)充燃燒裝置所需的輔助蒸汽。
多余的煙氣在離開余熱鍋爐后例如可引入煙囪中。
可有利地對通過本發(fā)明的余熱蒸汽發(fā)生器產(chǎn)生的輔助蒸汽量如此確定，即，例如借助一調(diào)節(jié)閥對引入余熱鍋爐中的煙氣量進(jìn)行控制，該調(diào)節(jié)閥沿?zé)煔獾牧飨蛟O(shè)置在所述燃燒裝置的燃燒器之前和/或之后。
本發(fā)明的余熱蒸汽發(fā)生器的煙氣溫度尤其可通過輸入所述燃燒裝置中的燃料量來調(diào)節(jié)。此時提高燃料輸入量可提高燃燒溫度，從而可提高對于煙氣的加熱溫度。
優(yōu)選例如借助另一調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)本發(fā)明的余熱蒸汽發(fā)生器的燃燒裝置所需的燃燒用空氣量，該調(diào)節(jié)閥連接在所述燃燒裝置的空氣進(jìn)氣管中。
本發(fā)明的一些實(shí)施方式涉及煙氣循環(huán)回路的設(shè)計(jì)以及燃燒裝置的設(shè)置(參見從屬權(quán)利要求2-4)。
在另一實(shí)施方式中，所述余熱蒸汽發(fā)生器包括至少兩個蒸發(fā)器。
這種配備有一些設(shè)置在不同溫度水平的蒸發(fā)器的余熱鍋爐已在一些發(fā)電站設(shè)備中公開。
然后可從設(shè)置在適合于產(chǎn)生輔助蒸汽的溫度水平上的蒸發(fā)器中抽取所需的輔助蒸汽，所述蒸發(fā)器例如就是在發(fā)電站設(shè)備運(yùn)行期間可為蒸汽輪機(jī)的低壓級產(chǎn)生運(yùn)行用工作蒸汽的那個蒸發(fā)器。
在此優(yōu)選沿?zé)煔獾牧飨蛟谥辽僖粋€蒸發(fā)器之前從所述余熱鍋爐中抽取出至少一部分煙氣。
在這樣的抽取位置，所述煙氣中含有的能量還沒有減弱許多。
按照本發(fā)明的另一有利的擴(kuò)展設(shè)計(jì)，可在余熱鍋爐的出口處或者沿?zé)煔獾牧飨蛟谠摮隹诤髲乃鲇酂徨仩t中抽取至少一部分煙氣。
在此，所述至少一部分煙氣在回流到所述燃燒裝置的至少一部分之前全部流過所述余熱鍋爐。
由此可確保輸入余熱鍋爐中的全部煙氣量實(shí)際上可事先與那個抽取出輔助蒸汽的蒸發(fā)器進(jìn)行熱交換。
為了調(diào)節(jié)輔助蒸汽的產(chǎn)量，所述燃燒裝置優(yōu)選包括至少一個用于調(diào)節(jié)煙氣的溫度和/或數(shù)量的控制裝置。
在這一實(shí)施方式中，在所述發(fā)電站的各種運(yùn)行情形下都可有針對性地生成所需的輔助蒸汽的數(shù)量和所含的能量(Energiegehalt)。
本發(fā)明的一些附加實(shí)施方式涉及輔助蒸汽所起的作用、亦即其是作為工作蒸汽還是作為加熱蒸汽使用，在此，優(yōu)選在各種運(yùn)行情形下，尤其在設(shè)備停止運(yùn)行期間以及設(shè)備啟動或停機(jī)時可抽取出輔助蒸汽(參見從屬權(quán)利要求9-11)。
下面借助附圖示出的兩個實(shí)施例對本發(fā)明予以詳細(xì)說明。附圖中

圖1是本發(fā)明的余熱蒸汽發(fā)生器的示意圖，它帶有一個連接在一循環(huán)回路中的燃燒裝置；圖2示出了本發(fā)明的余熱蒸汽發(fā)生器的另一實(shí)施方式，它帶有一個連接在一循環(huán)回路上的燃燒裝置。
圖1中示意地示出了本發(fā)明的余熱蒸汽發(fā)生器1的布置。
為了更清晰明了，圖1中將余熱蒸汽發(fā)生器1表示成處于橫臥位置。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，當(dāng)然也可將余熱蒸汽發(fā)生器1設(shè)計(jì)為立式，亦即具有一基本上垂直的延伸段。
余熱蒸汽發(fā)生器1包括余熱鍋爐3，燃?xì)廨啓C(jī)5的廢氣7通過余熱鍋爐3的進(jìn)口4被引入該余熱鍋爐中。
在圖示的實(shí)施例中，在余熱鍋爐3中設(shè)有三個蒸發(fā)器的熱交換面，即高壓蒸發(fā)器15、中壓蒸發(fā)器13以及低壓蒸發(fā)器11的熱交換面。
所述蒸發(fā)器15、13、11分別包括高壓汽包31、中壓汽包29以及低壓汽包27。
在此可分別通過一根沒有詳細(xì)示出的管道向這些汽包31、29、27中輸入給水17。
在回流管44上近似平行于余熱鍋爐3地設(shè)有燃燒裝置43，該燃燒裝置包括借助燃料35運(yùn)行的燃燒器33、鼓風(fēng)機(jī)39以及調(diào)節(jié)閥37、41。由此通過余熱鍋爐3的加熱區(qū)段52、53和回流管44構(gòu)成循環(huán)回路50。
借助燃燒器33通過加熱可形成導(dǎo)入余熱鍋爐3中的煙氣9。煙氣9沿加熱區(qū)段52、53流過余熱鍋爐3并在此與蒸發(fā)器15、13、11的加熱面接觸。
借助各汽包31、29或27將給水17引入蒸發(fā)器15、13、11的加熱面的內(nèi)腔中，從而通過熱交換形成蒸汽。由此可從高壓蒸發(fā)器15中抽取出高壓蒸汽25，從中壓蒸發(fā)器13中抽取出中壓蒸汽23以及從低壓蒸發(fā)器11中抽取出低壓蒸汽21。然后這些分別借助蒸發(fā)器15、13、11產(chǎn)生的蒸汽25、23以及21可按照未詳細(xì)示出的方式輸送到蒸汽輪機(jī)的相應(yīng)壓力級中。
另外，從低壓蒸發(fā)器11，尤其是其低壓汽包27中可抽取輔助蒸汽19，以提供給例如發(fā)電站的輔助蒸汽用戶或用于預(yù)熱如新汽管道之類的設(shè)備部件。
也可在燃?xì)廨啓C(jī)5沒有或只有很少廢氣7可供使用的運(yùn)行狀態(tài)下、例如在燃?xì)廨啓C(jī)5停止運(yùn)行期間或者在其啟動或停機(jī)時抽取輔助蒸汽19。
尤其在這樣的運(yùn)行狀態(tài)下可由煙氣9來提供為產(chǎn)生輔助蒸汽19所需的能量，所述煙氣由燃燒裝置43產(chǎn)生并被導(dǎo)引通過余熱鍋爐3。
在煙氣9通過余熱鍋爐3的出口45離開該余熱鍋爐之后，其中的至少一部分煙氣借助回流管44又流回到余熱鍋爐3的進(jìn)口4，因此，在本發(fā)明的余熱蒸汽發(fā)生器中還構(gòu)成一煙氣循環(huán)回路。由此可特別充分地利用煙氣9中所含有的能量。
作為上述方案的替代措施或組合手段，也可在另一不同于出口45的位置從余熱鍋爐3中抽取出至少一部分煙氣9，并將其重新輸回燃燒裝置43。適合的抽氣位置例如是沿?zé)煔?流向位于中壓蒸發(fā)器13之前的位置，在那兒煙氣9還沒有被充分冷卻。這種用于煙氣9回流的替代性或輔助性手段在圖1中用虛線示出。
可通過改變輸送給燃燒器33的燃料35的數(shù)量來調(diào)節(jié)所產(chǎn)生的輔助蒸汽19的溫度。燃燒器33工作所需的燃燒用空氣47的數(shù)量可有利地借助調(diào)節(jié)閥41來調(diào)節(jié)，該調(diào)節(jié)閥41連接在一根通往燃燒器的空氣輸入管道上。
此外，有待產(chǎn)生的輔助蒸汽19的數(shù)量可借助另一沿?zé)煔?流向連接在所述燃燒器之前的調(diào)節(jié)閥37來調(diào)節(jié)。該調(diào)節(jié)閥37用來調(diào)節(jié)輸送給燃燒器的煙氣9的數(shù)量。可借助鼓風(fēng)機(jī)39將煙氣9輸送給燃燒器33。
圖1示意性地示出了本發(fā)明的余熱蒸汽發(fā)生器1、例如用于帶有中間過熱的燃?xì)夂驼羝娜龎毫夁^程的余熱蒸汽發(fā)生器1產(chǎn)生輔助蒸汽的過程。本發(fā)明也可用于其他過程(例如帶有中間過熱的二壓力級過程等)。
在本發(fā)明的余熱蒸汽發(fā)生器1的一種運(yùn)行方式中，可關(guān)閉連接在所述高壓和中壓蒸發(fā)器的供汽管道中的滑閥，致使在這兩個壓力級中沒有蒸汽產(chǎn)生。冷卻后的煙氣在所述出口45處被抽取出并將其中的至少一部分煙氣9輸回到進(jìn)口4。多余的煙氣要么通過現(xiàn)有的煙囪要么通過單獨(dú)的帶有抽吸裝置的煙囪排出。
煙氣9通過燃燒器33例如天然氣的燃燒被加熱到余熱蒸汽發(fā)生器1的進(jìn)口所需的溫度，所需的燃燒用空氣47例如經(jīng)由燃燒用空氣鼓風(fēng)機(jī)輸入。
通過例如調(diào)節(jié)閥37改變流過余熱蒸汽發(fā)生器的煙氣量可調(diào)節(jié)輔助蒸汽量。
所述煙氣的溫度可通過改變?nèi)剂狭縼碚{(diào)節(jié)。
例如可用另一調(diào)節(jié)閥41來調(diào)節(jié)所需的燃燒用空氣量。
若采用帶有抽吸裝置的單獨(dú)的煙囪，則可例如通過一附加的調(diào)節(jié)閥來調(diào)節(jié)所述系統(tǒng)內(nèi)的煙氣壓力。
在本發(fā)明的余熱蒸汽發(fā)生器1的另一替代性運(yùn)行方式中，開啟前述滑閥，致使在所有壓力級中都可產(chǎn)生蒸汽。來自余熱蒸汽發(fā)生器1的高壓蒸發(fā)器15和/或中壓蒸發(fā)器13的蒸汽例如可用于保溫/加熱發(fā)電站的蒸汽輪機(jī)的新汽管道。
圖2示出了本發(fā)明的余熱蒸汽發(fā)生器1的替代性實(shí)施方式，其中，與圖1不同的是，燃燒裝置43沒有連接在回流管44中，而是連接在回流管44旁。
試驗(yàn)研究表明，這樣布置燃燒裝置43具有如下優(yōu)點(diǎn)例如即便在燃燒裝置43暫時出現(xiàn)故障時，盡管煙氣9中所含能量此時可能有所減少，仍能保持煙氣9的再循環(huán)流動；此外，在這樣布置時，回流管44中的煙氣9的體積流不會受到連接在中間的部件的干擾，因而能實(shí)現(xiàn)均勻運(yùn)行。在圖1所示的實(shí)施方式中，當(dāng)沒有因?yàn)槿紵b置43出現(xiàn)故障而非所愿地關(guān)閉回流管44時，可同樣在所述故障情形下保持煙氣的再循環(huán)流動。
鼓風(fēng)機(jī)39連接在所述回流管44中，并承擔(dān)再循環(huán)鼓風(fēng)機(jī)的作用。
在回流管44中可另外連接一些用于調(diào)節(jié)再循環(huán)煙氣9的數(shù)量的控制裝置。
利用本發(fā)明的余熱蒸汽發(fā)生器還可獲得如下好處
-可取消采用單獨(dú)的輔助蒸汽發(fā)生器；-即便在設(shè)備停止運(yùn)行期間也能保持余熱蒸汽發(fā)生器為暖機(jī)狀態(tài)，從而可取消原來可能必需采取的防霜凍措施；-即便在設(shè)備停止運(yùn)行期間也可將余熱蒸汽發(fā)生器保持在較高的壓力上，從而在頻繁啟動時可顯著減少因溫度變化(在預(yù)熱和冷卻時)給厚壁構(gòu)件帶來的應(yīng)力負(fù)荷；-能保持蒸汽輪機(jī)的新汽管道以及蒸汽輪機(jī)本身的溫度和/或?qū)λ鼈冞M(jìn)行加熱，從而可明顯縮短整個設(shè)備的啟動時間，進(jìn)而可以明顯減少廢氣排放。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)夂驼羝l(fā)電站的余熱蒸汽發(fā)生器(1)，它包括一余熱鍋爐(3)，將一燃?xì)廨啓C(jī)(5)的廢氣(7)輸入該余熱鍋爐中，所述余熱蒸汽發(fā)生器還另外包括至少一個設(shè)置在該余熱鍋爐(3)中、為一蒸汽輪機(jī)產(chǎn)生工作蒸汽的蒸發(fā)器(11、13、15)，其特征在于，將來自一燃燒裝置(43)的煙氣(9)輸入所述余熱鍋爐(3)中，并且在該余熱鍋爐(3)的至少一處抽取至少一部分煙氣(9)，并將此部分煙氣回送到該余熱鍋爐(3)的一進(jìn)口(4)。
2.如權(quán)利要求1所述的余熱蒸汽發(fā)生器(1)，其特征在于，設(shè)有一用于回送所述煙氣(9)的回流管(44)。
3.如權(quán)利要求2所述的余熱蒸汽發(fā)生器(1)，其特征在于，所述燃燒裝置(43)連接在一循環(huán)回路(50)中，該循環(huán)回路由所述余熱鍋爐(3)的一加熱區(qū)段(52、53)和所述回流管(44)構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求2所述的余熱蒸汽發(fā)生器(1)，其特征在于，所述燃燒裝置(43)連接在一循環(huán)回路(50)旁，該循環(huán)回路由所述余熱鍋爐(3)的一加熱區(qū)段(52、53)和所述回流管(44)構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的余熱蒸汽發(fā)生器(1)，其特征在于，所述余熱蒸汽發(fā)生器(1)包括至少兩個蒸發(fā)器(11、13、15)。
6.如權(quán)利要求5所述的余熱蒸汽發(fā)生器(1)，其特征在于，所述至少一部分煙氣(9)沿所述煙氣(9)的流向在至少一個蒸發(fā)器之前從所述余熱鍋爐(3)中被抽出。
7.如權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的余熱蒸汽發(fā)生器(1)，其特征在于，所述至少一部分煙氣(9)在所述余熱鍋爐的出口(45)處或者沿所述煙氣(9)的流向在該出口后從所述余熱鍋爐(3)中被抽出。
8.如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的余熱蒸汽發(fā)生器(1)，其特征在于，所述燃燒裝置(43)包括至少一個用于調(diào)節(jié)所述煙氣(9)的溫度和/或數(shù)量的控制裝置(37、39、41)。
9.如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的余熱蒸汽發(fā)生器(1)，其特征在于，從至少一個蒸發(fā)器(11、13、15)中抽取出輔助蒸汽(19)以供所述燃?xì)夂驼羝l(fā)電站的至少一個蒸汽用戶運(yùn)行之用。
10.如權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的余熱蒸汽發(fā)生器(1)，其特征在于，從至少一個蒸發(fā)器(11、13、15)中抽取出輔助蒸汽(19)，以用于所述燃?xì)夂驼羝l(fā)電站的余熱鍋爐(3)和/或新汽管道和/或所述蒸汽輪機(jī)的加熱和/或保溫和/或穩(wěn)壓。
11.如權(quán)利要求9或10所述的余熱蒸汽發(fā)生器(1)，其特征在于，所述輔助蒸汽(19)在很大程度上與所述燃?xì)廨啓C(jī)(5)和/或所述蒸汽輪機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)無關(guān)地被抽出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種燃?xì)夂驼羝l(fā)電站的余熱蒸汽發(fā)生器(1)，它包括余熱鍋爐(3)，燃?xì)廨啓C(jī)(5)的廢氣(7)可輸入余熱鍋爐(3)中。所述余熱蒸汽發(fā)生器還另外包括至少一個設(shè)置在余熱鍋爐(3)中、為蒸汽輪機(jī)產(chǎn)生工作蒸汽的蒸發(fā)器(11、13、15)，其中，在余熱鍋爐(3)中輸入來自燃燒裝置(43)的煙氣(9)，并且在余熱鍋爐(3)的至少一處將至少一部分煙氣(9)抽取出，并將此部分煙氣回送到余熱鍋爐(3)的進(jìn)口(4)。
文檔編號F22B1/18GK1671993SQ03817584
公開日2005年9月21日 申請日期2003年6月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月25日
發(fā)明者埃里克·施密德, 簡·布呂克納, 伊娃·溫德克爾 申請人:西門子公司, 西門子西屋動力公司