專利名稱：蒸汽輪機設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及蒸汽輪機設(shè)備，并且特別是能夠提高設(shè)備效率的蒸汽輪機設(shè)備。
背景技術(shù)：
關(guān)于熱電設(shè)備，提高設(shè)備熱效率的一個因素在于設(shè)備所用燃料的選擇。
聯(lián)合循環(huán)設(shè)備是一種聯(lián)合氣輪機和蒸汽輪機的熱電設(shè)備。傳統(tǒng)的聯(lián)合循環(huán)設(shè)備使用液化天然氣(被稱為LNG，其含有非常少的雜質(zhì))作為燃料，并且能夠達到超過50％的凈發(fā)電效率。
如上所述，由于聯(lián)合循環(huán)設(shè)備的本性，即其是氣輪機和蒸汽輪機的聯(lián)合體，所以它能夠?qū)崿F(xiàn)高熱效率。然而，因為它使用氣輪機，所以不得不凈化燃料，以避免可能由該燃料中所含雜質(zhì)引起的輪機組件的故障。
另一方面，煤是一種更易獲取的用于熱電設(shè)備的燃料。據(jù)說煤在地球上比LNG更豐富。然而，煤通常含有許多雜質(zhì)，并且傳統(tǒng)上不適合于作為氣輪機或者聯(lián)合循環(huán)設(shè)備中的燃料。
一些中試設(shè)備(pilot plant)被制造成通過使用煤氣化技術(shù)來利用煤作為用于聯(lián)合循環(huán)設(shè)備的燃料。此種聯(lián)合設(shè)備根據(jù)IGCC(IntegratedGasification Combined Cycle，整體煤氣化聯(lián)合循環(huán))操作。然而，迄今為止，IGCC設(shè)備的凈發(fā)電效率剛剛超過40％。所以，對于IGCC設(shè)備，仍然存在發(fā)展空間。
傳統(tǒng)煤熱電設(shè)備是使用煤的熱電設(shè)備，它典型地使用粉煤作為用于設(shè)備鍋爐中燃燒的燃料。鍋爐產(chǎn)生蒸汽，并且該蒸汽驅(qū)動設(shè)備中的蒸汽輪機和發(fā)電機。這種類型的熱機根據(jù)蘭金循環(huán)(Rankine cycle)操作。
如上所述的傳統(tǒng)煤熱電設(shè)備的示意圖如圖6所示，其中數(shù)字1是鍋爐，2是蒸汽輪機，以及3是供水系統(tǒng)。如圖6所示，鍋爐1、蒸汽輪機2和供水系統(tǒng)3根據(jù)蘭金循環(huán)操作。
鍋爐1包括蒸汽發(fā)生器4和再熱器5。通常是粉煤的煤6被輸送進鍋爐1中并且燃燒以產(chǎn)生燃燒氣。利用燃燒氣的熱量在蒸汽發(fā)生器4和再熱器5中產(chǎn)生蒸汽。
蒸汽輪機2包括高壓汽輪機8、中壓汽輪機9、低壓汽輪機10和發(fā)電機11。高壓汽輪機8、中壓汽輪機9、低壓汽輪機10和發(fā)電機11的轉(zhuǎn)動軸彼此連接在一起。蒸汽發(fā)生器4中產(chǎn)生的蒸汽被輸送進高壓汽輪機8中，該蒸汽的流量由蒸汽閥12控制。蒸汽在高壓汽輪機8內(nèi)流動并且在它膨脹時做功。
從高壓汽輪機8排放的蒸汽返回到鍋爐1的再熱器5中并且被再加熱作為再加熱蒸汽。然后將該再加熱蒸汽輸送給中壓汽輪機9，從而膨脹并且產(chǎn)生功。來自中壓汽輪機9中的蒸汽被輸送到低壓汽輪機10，從而進一步膨脹并且產(chǎn)生功。輪機8、9和10處所產(chǎn)生的功驅(qū)動發(fā)電機11。
供水系統(tǒng)3包括冷凝器13和供水泵14。從蒸汽輪機2中的低壓汽輪機10排出的蒸汽被輸送進冷凝器13。蒸汽在冷凝器13中凝結(jié)成水作為冷凝水。供水泵14將來自冷凝器13的冷凝水作為供水泵送，該供水被供應(yīng)給鍋爐1中的蒸汽發(fā)生器4。
因為傳統(tǒng)煤熱電設(shè)備相對較低的熱效率，所以人們已經(jīng)嘗試對這些傳統(tǒng)蒸汽輪機設(shè)備作些改進，比如使用氫。
日本專利公開(kokai)No.2-130204描述了一個使用氫的改進煤熱電設(shè)備的例子。在該例子中，由氫和氧燃燒產(chǎn)生的高溫蒸汽與鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽混合以升高輸送給輪機的蒸汽溫度。在此種情況下，入口蒸汽溫度大約為800攝氏度，這是通過將由氫燃燒產(chǎn)生的高溫蒸汽和鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽相混合獲得的，其中鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽大約為600攝氏度。
通常，輸送給蒸汽輪機的蒸汽溫度越高，按照蒸汽輪機循環(huán)(也被稱為蘭金循環(huán))能夠獲得的熱效率就越高。然而，由于鍋爐和蒸汽輪機所使用材料的耐熱性能，在實際使用中現(xiàn)有蒸汽輪機的最高入口蒸汽溫度大約為620攝氏度。
迄今為止，即便考慮到熱效率的提高，產(chǎn)生氫的成本還是太高。因此，這種改進的傳統(tǒng)蒸汽輪機設(shè)備并沒有被實際使用。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個方面的優(yōu)點是提供一種蒸汽輪機設(shè)備，其部分使用碳氫化合物燃料比如LNG作為燃料來提高設(shè)備效率。
為實現(xiàn)上述優(yōu)點，本發(fā)明的一個方面是提供一種蒸汽輪機設(shè)備，該蒸汽輪機設(shè)備包括產(chǎn)生蒸汽的鍋爐；由該鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動的蒸汽輪機；供水系統(tǒng)，用于回收從蒸汽輪機排放的蒸汽并且將該蒸汽作為供水提供給鍋爐；以及在鍋爐和蒸汽輪機之間設(shè)置的過熱燃燒器，其中源自于碳氫化合物燃料的燃料和氧化劑與鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽相混合并且在過熱燃燒器中燃燒以增加蒸汽溫度。
通過參考附圖對優(yōu)選實施例進行以下詳細描述，本發(fā)明的進一步特點、方面和優(yōu)點將會變得更加明顯。


圖1是本發(fā)明中蒸汽輪機設(shè)備的第一實施例的示意圖；圖2是示出關(guān)于碳氫化合物燃料比率的關(guān)系的估計效率圖；圖3是蒸汽輪機設(shè)備的第一實施例的改進例的示意圖；圖4是本發(fā)明中蒸汽輪機設(shè)備的第二實施例的示意圖；圖5是本發(fā)明中蒸汽輪機設(shè)備的第三實施例的示意圖；
圖6是傳統(tǒng)蒸汽輪機設(shè)備的示意圖。
發(fā)明詳述圖1是根據(jù)本發(fā)明的蒸汽輪機設(shè)備的第一實施例的示意圖。
根據(jù)第一實施例的蒸汽輪機設(shè)備包括鍋爐22、蒸汽輪機27、供水系統(tǒng)30和過熱燃燒器35。鍋爐22包括蒸汽發(fā)生器20和再熱器21。蒸汽輪機27包括高壓汽輪機23、中壓汽輪機24和低壓汽輪機25。高壓汽輪機23、中壓汽輪機24、低壓汽輪機25的轉(zhuǎn)動軸被連接在一起作為一個整體并且被連接至發(fā)電機26。
供水系統(tǒng)30包括冷凝器28、冷凝管43、供水泵29和供水管36。供水系統(tǒng)回收來自低壓汽輪機25的蒸汽。來自于低壓汽輪機的蒸汽凝結(jié)成水作為冷凝器28中的冷凝液并且通過冷凝管43和供水泵29導(dǎo)入供水管36。
鍋爐22中的蒸汽發(fā)生器20利用供水管36提供的供水產(chǎn)生高溫蒸汽31。將作為燃料的煤37和空氣38提供給鍋爐。經(jīng)由蒸汽閥39將高溫蒸汽31提供給過熱燃燒器35。作為燃料的碳氫化合物燃料32和作為氧化劑的氧氣34分別通過燃料閥47和氧化劑閥48也被提供給過熱燃燒器。在空氣分離器33中從空氣中分離出氧氣34。蒸汽輪機設(shè)備還包括控制器46，控制器46控制蒸汽閥39、燃料閥47和氧化劑閥48的閥門升降以調(diào)節(jié)高溫蒸汽31、碳氫化合物燃料32和氧氣34的流量，從而使其能滿足負載要求。控制器46可以是PID控制器、機械控制器或者本領(lǐng)域中任何其它眾所周知的控制器。
在過熱燃燒器35中，碳氫化合物燃料32和氧氣34與高溫蒸汽31相混合并且燃燒作為超高溫蒸汽40。超高溫蒸汽40包括除燃燒產(chǎn)生的蒸汽之外的燃燒氣。
超高溫蒸汽40的溫度在本實施例中被增加到大約900攝氏度，并且超高溫蒸汽40被輸送給蒸汽輪機27中的高壓汽輪機23中。當(dāng)超高溫蒸汽40作為高壓汽輪機排氣膨脹時，超高溫蒸汽40在高壓汽輪機23內(nèi)流動并且驅(qū)動高壓汽輪機23。冷卻蒸汽供應(yīng)管51被設(shè)置來連接鍋爐22的蒸汽發(fā)生器20和蒸汽輪機27的高壓汽輪機23，以將從蒸汽發(fā)生器20排放的蒸汽作為冷卻蒸汽41提供給高壓汽輪機。冷卻蒸汽41被提供給具有高溫的輪機部件比如輪機轉(zhuǎn)子、輪機葉片或者輪機殼，并且冷卻這些部件。在冷卻高溫輪機部件之后，冷卻蒸汽41與被輸送給高壓汽輪機23的超高溫蒸汽相混合。然后將高壓汽輪機排氣輸送給鍋爐22中的再熱器21。在再熱器21中加熱該高壓汽輪機排氣作為再加熱蒸汽，并且被提供給蒸汽輪機27中的中壓汽輪機24。利用在中壓汽輪機24內(nèi)流動和膨脹的再加熱蒸汽來驅(qū)動中壓汽輪機24。來自中壓汽輪機24的排出蒸汽被輸送給低壓汽輪機25，并且在低壓汽輪機25內(nèi)進一步膨脹。由此，由蒸汽來驅(qū)動蒸汽輪機27的高壓汽輪機23、中壓汽輪機24和低壓汽輪機25，并且因此發(fā)電機26也被驅(qū)動。
輪機排放氣體42是在蒸汽輪機27中膨脹的并且被從蒸汽輪機27的低壓汽輪機25中排出的蒸汽，它被供給冷凝器28，在冷凝器28中蒸汽冷凝成水作為冷凝液。如上所述，在蒸汽輪機27內(nèi)流動的蒸汽包括少量非冷凝氣體44，比如除了過熱燃燒器35中燃燒引起的蒸汽之外的燃燒氣。非冷凝氣體44被從冷凝器28中提取和分離，進入壓縮機45。壓縮機45將非冷凝氣體44壓縮至大氣壓并把它排放到大氣中。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施例的蒸汽輪機設(shè)備包括在鍋爐22的蒸汽發(fā)生器20和蒸汽輪機27的高壓蒸汽輪機23之間設(shè)置的過熱燃燒器35。過熱燃燒器35通過燃燒作為燃料的碳氫化合物燃料32和作為氧化劑的氧氣34，進一步加熱升高蒸汽發(fā)生器20中產(chǎn)生的高溫蒸汽31的溫度，高溫蒸汽31具有由控制器46根據(jù)負載適當(dāng)調(diào)節(jié)的流量。這提高了設(shè)備的熱效率。
通常，由于蒸汽發(fā)生器，尤其是蒸汽發(fā)生器中熱交換器的管道、鍋爐中的管道或者蒸汽輪機中的其它部件的耐熱性能的限制，被輸送給蒸汽輪機的蒸汽溫度被限制在最高為大約600攝氏度。然而，在本實施例中，因為位于鍋爐22下游側(cè)的過熱燃燒器35將蒸汽溫度加熱至大約900攝氏度，所以鍋爐22產(chǎn)生與傳統(tǒng)鍋爐同樣溫度的蒸汽。此外，因為高壓汽輪機23中暴露在超高溫蒸汽40中的部件或者其它高溫輪機部分被冷卻蒸汽41冷卻，其中該冷卻蒸汽41是從鍋爐22中的蒸汽發(fā)生器20通過冷卻蒸汽供應(yīng)管51提供的，所以高壓汽輪機23可以利用從過熱燃燒器35提供給高壓汽輪機23的超高溫蒸汽40工作，該超高溫蒸汽40為大約900攝氏度。通過確定從鍋爐22的蒸汽發(fā)生器20排出冷卻蒸汽41的位置，可以合適地設(shè)置提供給高壓汽輪機23的冷卻蒸汽41的溫度。
然而，控制蒸汽發(fā)生器20產(chǎn)生的高溫蒸汽31流量的蒸汽閥39被安放在過熱燃燒器35的上游側(cè)，而不在過熱燃燒器35和高壓蒸汽輪機23之間，以避免蒸汽閥39暴露在超高溫蒸汽40中。這主要是因為目前沒有一種具有足夠經(jīng)得起長時間暴露于與超高溫蒸汽40相應(yīng)的溫度中的耐熱性能的蒸汽閥。雖然蒸汽閥39也可以被安放在過熱燃燒器35和高壓蒸汽輪機23之間，但是蒸汽閥39的壽命會縮短。然而當(dāng)蒸汽閥39被設(shè)置在過熱燃燒器35的上游側(cè)時，對于蒸汽閥39，可以期望和傳統(tǒng)蒸汽輪機設(shè)備中的蒸汽閥相同的壽命。可以通過蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生的蒸汽的流量以及碳氫化合物燃料32與氧氣34的流量來估計提供給高壓汽輪機的超高溫蒸汽40的量。
作為氧化劑的氧氣34在空氣分離器33中被從空氣中分離和提取出來?？諝夥蛛x器33有助于減少非冷凝氣體44的產(chǎn)生。如前所述，非冷凝氣體44是除由過熱燃燒器35中燃燒引起的蒸汽之外的燃燒氣，它被從冷凝器28中提取和分離，進入壓縮機45。當(dāng)在壓縮機45中壓縮非冷凝氣體44時，使用設(shè)備中產(chǎn)生的電能。因此，當(dāng)使用氧氣34而不是空氣作為氧化劑時，用于從輪機排放氣體42中提取和分離非冷凝氣體44的電能可以減少，并且可以提高整個設(shè)備效率。此外，由于非冷凝氣體的量減少，所以冷凝器28也可以較使用空氣作為氧化劑時相對小一點。
因為將燃燒氣輸送給蒸汽輪機27，所以在鍋爐22的蒸汽發(fā)生器20和蒸汽輪機27的高壓蒸汽輪機23之間設(shè)置的過熱燃燒器35中使用的燃料不應(yīng)當(dāng)包含灰成份。因此，在過熱燃燒器35中使用的燃料優(yōu)選是純凈的燃料比如類似LNG的碳氫化合物燃料32。然而，與煤比較，碳氫化合物燃料32比如LNG相對昂貴。在設(shè)備效率和燃料成本之間存在折中關(guān)系。當(dāng)在過熱加熱器中使用更大量的碳氫化合物燃料32時，設(shè)備以高效率操作但是成本效率較差。
圖2是示出碳氫化合物燃料比率和凈發(fā)電效率的改善之間關(guān)系的估計效率圖。
水平軸指示碳氫化合物燃料裝爐量(heat quantity)與燃料裝爐量總量的比率，該比率意味著在過熱燃燒器35中使用的碳氫化合物燃料和在鍋爐22中使用的煤之間的比率。垂直軸指示相對于利用煤作為鍋爐燃料的傳統(tǒng)蒸汽輪機設(shè)備的凈發(fā)電效率的凈發(fā)電效率的提高。
虛線連接兩個點，這兩點分別代表只利用煤作為燃料的傳統(tǒng)蒸汽輪機設(shè)備和只利用LNG作為燃料的聯(lián)合循環(huán)設(shè)備。如圖2所示，聯(lián)合循環(huán)設(shè)備的效率比傳統(tǒng)蒸汽輪機設(shè)備的效率高10％或者更多。
據(jù)估計，本實施例中的蒸汽輪機設(shè)備比傳統(tǒng)蒸汽輪機獲得高6％的凈發(fā)電效率。然而，還估計，有與2％的提高效率相對應(yīng)的電能被用于操作設(shè)備，比如從空氣中分離和提取氧氣、壓縮非冷凝氣體等等。因此，據(jù)估計，本實施例中蒸汽輪機設(shè)備凈發(fā)電效率的提高基本上為傳統(tǒng)蒸汽輪機的4％。
因此，作為一個非限制性的例子，當(dāng)在設(shè)備中按照所使用的碳氫化合物燃料32與供應(yīng)給鍋爐22的碳氫化合物燃料32和煤的裝爐總量的比率最高大約為40％來使用碳氫化合物燃料32時，該設(shè)備可以獲得的效率比由圖2中虛線表示的簡單聯(lián)合傳統(tǒng)蒸汽輪機設(shè)備和聯(lián)合循環(huán)設(shè)備的假定設(shè)備更高。
在本實施例中，可以通過使用控制器46來容易地完成這一點，控制器46控制蒸汽閥39、燃料閥47和氧化劑閥48，以根據(jù)負載要求調(diào)節(jié)高溫蒸汽31、碳氫化合物燃料32和氧氣34的流量?？刂破?6可以被配置來檢測煤37和碳氫化合物燃料32的量，從而通過控制器46來估計和限制碳氫化合物燃料32的量，使其最高為在設(shè)備中所利用的燃料和煤的裝爐總量的40％。
控制器46還具有將輸送給高壓汽輪機23的超高溫蒸汽40的溫度保持恒定在大約900攝氏度的功能。
控制器46根據(jù)負載要求發(fā)送信號給蒸汽閥39、燃料閥47和氧化劑閥48，以調(diào)節(jié)輸送給過熱燃燒器35的高溫蒸汽31、碳氫化合物燃料32和氧氣34的流量。因此當(dāng)高溫蒸汽31、碳氫化合物燃料32和氧氣34的流量被適當(dāng)調(diào)節(jié)時，超高溫蒸汽40的溫度就可以被保持在大約900攝氏度。
關(guān)于超高溫蒸汽40的壓力，假定被輸送給冷凝器的、來自于低壓汽輪機25的蒸汽濕度為10％，那么它優(yōu)選被設(shè)置為大約16MPa。
如上所述，按照根據(jù)本發(fā)明的實施例，過熱燃燒器35產(chǎn)生大約900攝氏度的超高溫蒸汽40，并且相比傳統(tǒng)蒸汽輪機可以提高設(shè)備的熱效率。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的蒸汽輪機設(shè)備的第一實施例的改進例的示意圖。相同的符號被用于和第一實施例相同的元件。因為這些元件和第一實施例相同，所以在本實施例中這些元件的詳細描述被省略。
在本改進例中，在鍋爐22的再熱器21和蒸汽輪機27的中壓汽輪機24之間而不是在圖1中的蒸汽發(fā)生器20和高壓蒸汽輪機23之間提供過熱燃燒器35。
高壓蒸汽輪機23由高溫蒸汽31驅(qū)動。高壓汽輪機排氣是從高壓汽輪機23排放的蒸汽，它在再熱器21中被加熱作為再加熱蒸汽。然后將該再加熱蒸汽輸送給過熱燃燒器35。再加熱蒸汽在過熱燃燒器35中與碳氫化合物燃料32和氧氣34相混合并且燃燒作為超高溫再加熱蒸汽50。超高溫再加熱蒸汽50被輸送給中壓輪機24以驅(qū)動中壓輪機24。
因為超高溫再加熱蒸汽50被輸送給中壓汽輪機24，所以必須冷卻中壓汽輪機24的部件。因此，設(shè)置冷卻蒸汽供應(yīng)管57。在本改進例中，冷卻蒸汽供應(yīng)管57連接在高壓蒸汽輪機23和中壓汽輪機24之間，并且將來自高壓汽輪機23的、在高壓汽輪機23內(nèi)流動的蒸汽作為冷卻蒸汽排出。通過確定從高壓汽輪機23排出冷卻蒸汽的位置，可以合適地設(shè)置被提供給中壓汽輪機24的冷卻蒸汽的溫度。如同圖1中所示的冷卻蒸汽供應(yīng)管51，可以在鍋爐22和中壓汽輪機24之間設(shè)置冷卻蒸汽供應(yīng)管57，從而從鍋爐22中排出和供應(yīng)冷卻蒸汽。本改進例可以提高設(shè)備的熱效率。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的蒸汽輪機設(shè)備的第二實施例的示意圖。相同的符號被用于和第一實施例中相同的元件。因為這些元件和第一實施例相同，所以在本實施例中這些元件的詳細描述被省略。
在本實施例中，蒸汽輪機設(shè)備包括兩個過熱燃燒器第一過熱燃燒器35和第二過熱燃燒器49。換句話說，過熱燃燒器包括第一過熱燃燒器和第二過熱燃燒器。兩個過熱燃燒器35、49都被安放在鍋爐22和蒸汽輪機27之間，然而第二過熱燃燒器49被設(shè)置在鍋爐22的再熱器21和蒸汽輪機27的中壓汽輪機24之間，而第一過熱燃燒器35被設(shè)置在鍋爐22的蒸汽發(fā)生器20和蒸汽輪機27的高壓蒸汽輪機23之間。
高壓汽輪機排氣是從高壓汽輪機23排放的蒸汽，它在再熱器21中被加熱作為再加熱蒸汽。然后將再加熱蒸汽輸送給第二過熱燃燒器49。在第二過熱燃燒器49中，再加熱蒸汽與碳氫化合物燃料32和氧氣34相混合并且燃燒作為超高溫再加熱蒸汽50。超高溫再加熱蒸汽50被輸送給中壓汽輪機24，以驅(qū)動中壓汽輪機24。
因為超高溫再加熱蒸汽50被輸送給中壓汽輪機24，所以必須冷卻中壓汽輪機24的部件。因此，設(shè)置冷卻蒸汽供應(yīng)管57。在本實施例中，冷卻蒸汽供應(yīng)管57連接在高壓蒸汽輪機23和中壓汽輪機24之間，并且將來自高壓汽輪機23的、在高壓汽輪機23內(nèi)流動的蒸汽作為冷卻蒸汽排出。通過確定從高壓汽輪機23排出冷卻蒸汽的位置，可以合適地設(shè)置被提供給中壓汽輪機24的冷卻蒸汽的溫度。如同冷卻蒸汽供應(yīng)管51(圖1)，可以在鍋爐22和中壓汽輪機24之間設(shè)置冷卻蒸汽供應(yīng)管57，以從鍋爐22中排出和供應(yīng)冷卻蒸汽。
根據(jù)該實施例，不僅供應(yīng)給高壓汽輪機23的蒸汽而且供應(yīng)給中壓汽輪機24的蒸汽都是超高溫，可以預(yù)期進一步提高熱效率。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的蒸汽輪機設(shè)備的第三實施例的示意圖。相同的符號被用于和第一實施例中相同的元件。因為這些元件和第一實施例相同，所以在本實施例中這些元件的詳細描述被省略。
在本實施例中，將源自碳氫化合物燃料的富氫氣體55作為燃料供應(yīng)給過熱燃燒器35。并且設(shè)備包括用于將碳氫化合物燃料重整成富氫氣體55的燃料重整裝置52。如同燃料重整裝置52一樣，在本實施例中還設(shè)置蒸汽重整器53、二氧化碳分離器54和重整蒸汽供應(yīng)管58。
在鍋爐22中設(shè)置蒸汽重整器53。重整蒸汽供應(yīng)管58連接在供水管36和蒸汽重整器53之間，以將高壓水供應(yīng)給蒸汽重整器53，其中該供水管36連接在供水泵29的下游側(cè)。碳氫化合物燃料比如LNG也被提供給蒸汽重整器53。通過利用鍋爐22的熱量，碳氫化合物燃料和高壓水在蒸汽重整器53中發(fā)生反應(yīng)，碳氫化合物燃料被重整為富氫氣體55。碳氫化合物燃料的蒸汽重整的反應(yīng)公式如下。
該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。在本實施例中，通過在鍋爐22中設(shè)置蒸汽重整器53，能夠從鍋爐22的熱量中獲取反應(yīng)所需的熱量。此種配置提高了設(shè)備的效率。
在二氧化碳分離器54中分離出二氧化碳之后，富氫氣體55被提供給過熱燃燒器35。二氧化碳分離器54分離出從蒸汽重整器53提供的富氫氣體55中所包含的二氧化碳。
根據(jù)本實施例，因為在過熱燃燒器35中使用的燃料是富氫氣體55，所以被輸送給蒸汽輪機的超高溫蒸汽40包含較少雜質(zhì)。這可以提高熱效率并且可以延長蒸汽輪機27的壽命。此外，因為在工作氣體中所包含的非冷凝氣體更少，所以冷凝器28可以比較小。
本實施例可以與圖3所示的第一實施例的改進例或者圖4所示的第二實施例相結(jié)合。
對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，從這里公開的本發(fā)明的說明和實踐的討論中，本發(fā)明的其它實施例可以顯而易見。希望的是，本說明書和實施例僅被認為是典型的例子，本發(fā)明真正的范圍和精神由下述權(quán)利要求書來指出。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽輪機設(shè)備，包括鍋爐，用于產(chǎn)生蒸汽；蒸汽輪機，其由該鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動；供水系統(tǒng)，用于回收從該蒸汽輪機排放的蒸汽并且將該蒸汽供應(yīng)給該鍋爐作為供水；以及過熱燃燒器，其設(shè)置在該鍋爐和該蒸汽輪機之間，其中源自于碳氫化合物燃料的燃料和氧化劑與該鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽相混合并且在該過熱燃燒器中燃燒以增加該蒸汽的溫度。
2.如權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機設(shè)備，其中；所述氧化劑是氧氣。
3.如權(quán)利要求2所述的蒸汽輪機設(shè)備，還包括空氣分離器，該空氣分離器從空氣中提取氧氣。
4.如權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機設(shè)備，還包括燃料重整裝置，該燃料重整裝置利用所述碳氫化合物燃料產(chǎn)生富氫氣體。
5.如權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機設(shè)備，還包括蒸汽重整器，該蒸汽重整器產(chǎn)生作為所述過熱燃燒器的燃料的富氫氣體，在所述鍋爐中設(shè)置該蒸汽重整器；以及二氧化碳分離器，其設(shè)置在該蒸汽重整器和所述過熱燃燒器之間。
6.如權(quán)利要求5所述的蒸汽輪機設(shè)備，還包括重整蒸汽供應(yīng)管，其連接在所述供水系統(tǒng)和所述蒸汽重整器之間。
7.如權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機設(shè)備，其中；所述鍋爐使用煤來產(chǎn)生所述蒸汽，并且其中所述蒸汽輪機設(shè)備還包括燃料控制器，該燃料控制器控制所述碳氫化合物燃料的裝爐量，使其最高為所述設(shè)備中使用的燃料和煤的全部裝爐量的大約40％。
8.如權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機設(shè)備，其中；所述供水系統(tǒng)包括連接至所述蒸汽輪機的蒸汽冷凝器，并且還包括；壓縮機，其與該蒸汽冷凝器相連接，該壓縮機分離來自該蒸汽冷凝器的非冷凝氣體。
9.如權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機設(shè)備，還包括蒸汽閥，該蒸汽閥調(diào)節(jié)供應(yīng)給所述過熱燃燒器的所述蒸汽的量。
10.如權(quán)利要求9所述的蒸汽輪機設(shè)備，還包括燃料閥，該燃料閥調(diào)節(jié)供應(yīng)給所述過熱燃燒器的所述燃料的量；氧化劑閥，該氧化劑閥調(diào)節(jié)供應(yīng)給所述過熱燃燒器的所述氧化劑的量；以及流量控制器，其與所述蒸汽閥、燃料閥和氧化劑閥相連接。
11.如權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機設(shè)備，還包括冷卻蒸汽供應(yīng)管，其連接在所述鍋爐和所述蒸汽輪機之間，該冷卻蒸汽供應(yīng)管將來自所述鍋爐的蒸汽作為冷卻蒸汽排放并且將該冷卻蒸汽供應(yīng)給所述蒸汽輪機。
12.如權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機設(shè)備，其中；所述鍋爐包括蒸汽發(fā)生器和再熱器，所述蒸汽輪機包括高壓汽輪機、中壓汽輪機和低壓汽輪機，以及所述過熱燃燒器被設(shè)置在該再熱器和該中壓汽輪機之間。
13.如權(quán)利要求12所述的蒸汽輪機設(shè)備，還包括燃料重整裝置，該燃料重整裝置利用所述碳氫化合物燃料產(chǎn)生富氫氣體。
14.如權(quán)利要求12所述的蒸汽輪機設(shè)備，還包括蒸汽重整器，該蒸汽重整器產(chǎn)生作為所述過熱燃燒器的燃料的富氫氣體，在所述鍋爐中設(shè)置該蒸汽重整器；以及二氧化碳分離器，其設(shè)置在該蒸汽重整器和所述過熱燃燒器之間。
15.如權(quán)利要求14所述的蒸汽輪機設(shè)備，還包括重整蒸汽供應(yīng)管，其連接在所述供水系統(tǒng)和所述蒸汽重整器之間。
16.如權(quán)利要求12所述的蒸汽輪機設(shè)備，還包括冷卻蒸汽供應(yīng)管，其連接在所述鍋爐和所述蒸汽輪機的中壓汽輪機之間，該冷卻蒸汽供應(yīng)管將來自所述鍋爐的蒸汽作為冷卻蒸汽排出并且將該冷卻蒸汽供應(yīng)給所述蒸汽輪機的中壓汽輪機。
17.如權(quán)利要求12所述的蒸汽輪機設(shè)備，還包括冷卻蒸汽供應(yīng)管，其連接在所述蒸汽輪機的高壓汽輪機和中壓汽輪機之間，該冷卻蒸汽供應(yīng)管將來自所述高壓汽輪機的蒸汽作為冷卻蒸汽排出并且將該冷卻蒸汽供應(yīng)給所述蒸汽輪機的中壓汽輪機。
18.如權(quán)利要求1所述的蒸汽輪機設(shè)備，其中；所述鍋爐包括蒸汽發(fā)生器和再熱器，所述蒸汽輪機包括高壓汽輪機、中壓汽輪機和低壓汽輪機，所述過熱燃燒器包括在該蒸汽發(fā)生器和該高壓汽輪機之間設(shè)置的第一過熱燃燒器和在該再熱器和該中壓汽輪機之間設(shè)置的第二過熱燃燒器。
19.如權(quán)利要求18所述的蒸汽輪機設(shè)備，還包括燃料重整裝置，該燃料重整裝置利用所述碳氫化合物燃料產(chǎn)生富氫氣體。
20.如權(quán)利要求18所述的蒸汽輪機設(shè)備，還包括蒸汽重整器，該蒸汽重整器產(chǎn)生作為所述過熱燃燒器的燃料的富氫氣體，在所述鍋爐中設(shè)置該蒸汽重整器；以及二氧化碳分離器，其設(shè)置在該蒸汽重整器和所述過熱燃燒器之間。
21.如權(quán)利要求20所述的蒸汽輪機設(shè)備，還包括重整蒸汽供應(yīng)管，其連接在所述供水系統(tǒng)和所述蒸汽重整器之間。
22.如權(quán)利要求18所述的蒸汽輪機設(shè)備，還包括冷卻蒸汽供應(yīng)管，其連接在所述鍋爐和所述蒸汽輪機的高壓汽輪機或者中壓汽輪機中的至少一個之間，該冷卻蒸汽供應(yīng)管將來自所述鍋爐的蒸汽作為冷卻蒸汽排出并且將該冷卻蒸汽供應(yīng)給所述蒸汽輪機的高壓汽輪機或者中壓汽輪機中的至少一個。
23.在一個蒸汽輪機設(shè)備中，該蒸汽輪機設(shè)備具有產(chǎn)生蒸汽的鍋爐，由該鍋爐中產(chǎn)生的所述蒸汽驅(qū)動的蒸汽輪機，回收從該蒸汽輪機排出的蒸汽并且將該蒸汽作為供水供應(yīng)給所述鍋爐的供水系統(tǒng)；一種用于操作所述蒸汽輪機設(shè)備的方法包括將來自所述鍋爐的所述蒸汽輸送給過熱燃燒器；將碳氫化合物燃料和氧化劑輸送給所述過熱燃燒器；在所述過熱燃燒器中燃燒所述碳氫化合物燃料和所述氧化劑以及來自所述鍋爐的所述蒸汽以產(chǎn)生超高溫蒸汽；以及將所述超高溫蒸汽輸送給所述蒸汽輪機。
全文摘要
一種蒸汽輪機設(shè)備，其部分使用碳氫化合物燃料比如LNG作為燃料以提高設(shè)備效率。該蒸汽輪機設(shè)備包括鍋爐、蒸汽輪機、供水系統(tǒng)和過熱燃燒器。所述鍋爐產(chǎn)生蒸汽，并且由該鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽驅(qū)動所述蒸汽輪機。所述供水系統(tǒng)回收從所述蒸汽輪機排出的蒸汽并且將該蒸汽作為供水供應(yīng)給所述鍋爐。在所述鍋爐和所述蒸汽輪機之間設(shè)置所述過熱燃燒器，其中源自碳氫化合物燃料的燃料和氧化劑與所述鍋爐中產(chǎn)生的蒸汽混合并且在所述過熱燃燒器中燃燒以增加蒸汽的溫度。
文檔編號F22G1/00GK1661202SQ20051000959
公開日2005年8月31日 申請日期2005年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月24日
發(fā)明者山田正彥, 山下勝也, 后藤功一, 中垣隆雄 申請人:株式會社東芝