控制鼓筒溫度瞬變的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及控制鼓筒溫度瞬變的方法。一種蒸發(fā)器系統(tǒng)(200)包括蒸發(fā)器(202)；鼓筒(204)；以及泵(206)，它們彼此處于流體連通。泵(206)運行來在蒸發(fā)器系統(tǒng)(200)的啟動期間產生短暫的壓力梯度，并且在流體在蒸發(fā)器(202)中達到其沸點之前將流體從蒸發(fā)器運送到鼓筒。在流體在蒸發(fā)器(202)中達到其沸點之后，流體在蒸發(fā)器系統(tǒng)中自然循環(huán)。
【專利說明】控制鼓筒溫度瞬變的方法
【技術領域】
[0001]本文公開的是一種控制熱回收蒸汽發(fā)生器中的蒸發(fā)器系統(tǒng)中的鼓筒溫度瞬變的方法。更具體地，本文公開的是一種在啟動期間使用短暫的強制循環(huán)來控制熱回收蒸汽發(fā)生器中的鼓筒溫度瞬變的方法。
【背景技術】
[0002]熱回收蒸汽發(fā)生器通常包括三個主要部件:蒸發(fā)器、過熱器以及節(jié)熱器。這些不同的部件被裝配到一起以滿足設備的運行需求。一些熱回收蒸汽發(fā)生器可能沒有過熱器或者可能包括附加的部件，例如再熱器。
[0003]圖1描繪了熱回收蒸汽發(fā)生器的一種示例性現(xiàn)有技術蒸發(fā)器系統(tǒng)100，其包括蒸發(fā)器102和蒸汽鼓筒104。蒸汽鼓筒104與蒸發(fā)器102處于流體連通。在自然循環(huán)熱回收蒸汽發(fā)生器中，在蒸發(fā)器102中發(fā)生沸騰之前不會形成流或者只有最小限度的流。這通常導致蒸汽鼓筒104的溫度快速上升。
[0004]例如，對于冷啟動來說，蒸汽鼓筒104內部的水溫能夠在10分鐘以內從15°C上升到100°C。這在蒸汽鼓筒104的壁中產生巨大的熱梯度以及由此產生壓縮應力。隨著蒸汽鼓筒104中的壓力升高，整個鼓筒壁的溫度梯度減小，并且相應地由于壓力產生的應力成為鼓筒中的主要應力。由于壓力產生的應力(由于蒸汽鼓筒104中壓力的升高)為拉伸應力。鼓筒的應力范圍由滿載(壓力)時的最終拉伸應力與初始壓縮熱應力的差值確定。鍋爐設計規(guī)則(例如ASME和EN)對設計壓力下的應力實行強制限制。一些規(guī)則，例如EN12952-3，還包括了對啟動-停止循環(huán)所允許的應力范圍作出限制。這些限制意圖防止疲勞損壞以及諸如形成在不銹鋼表面上的磁鐵層在運行溫度下裂化的現(xiàn)象。
[0005]隨著蒸汽鼓筒104中壓力的升高，蒸汽鼓筒104的壁厚也增加，以確保處于設計條件下的鼓筒殼的拉伸應力不會超過在設計規(guī)則中規(guī)定的允許壓力極限。然而，熱應力隨著蒸汽鼓筒104的壁厚增加而變大。鼓筒的設計最大壓力由此受到初始熱力瞬變的限制。
[0006]同樣所期望的還有對于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站來說需要具有盡可能多的操作靈活性，因為這些發(fā)電站經常隨著電能需求的變化而停機并且重啟。附加的可再生能源，例如太陽能和風能增加了對停止和重啟聯(lián)合循環(huán)發(fā)電站的需求，因為來自這些可再生能源的能量輸出可能發(fā)生變化。在這些啟動期間由于熱力瞬變而在鼓筒中產生的應力也會限制熱回收蒸汽發(fā)生器在其運行壽命里能夠停機和啟動的總次數(shù)。
[0007]因此所期望的是減小鼓筒中的溫度瞬變。這樣也允許在比采用傳統(tǒng)的自然循環(huán)能夠實現(xiàn)的壓力更高的壓力下使用鼓筒類型鍋爐和/或允許有更多數(shù)量的啟動循環(huán)。

【發(fā)明內容】

[0008]本文公開了一種方法，其包括:在蒸發(fā)器系統(tǒng)的啟動期間產生短暫的壓力梯度，其中蒸發(fā)器系統(tǒng)包括蒸發(fā)器、鼓筒和泵，其中蒸發(fā)器、鼓筒和泵彼此處于流體連通；在流體在蒸發(fā)器中達到其沸點之前將流體從蒸發(fā)器運送到鼓筒；并且在流體在蒸發(fā)器中達到其沸點之后，通過自然循環(huán)來使流體循環(huán)通過蒸發(fā)器系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1描繪了現(xiàn)有技術的蒸發(fā)器系統(tǒng)；
[0010]圖2描繪了本發(fā)明的蒸發(fā)器系統(tǒng)的示例性實施例；并且
[0011]圖3描繪了本發(fā)明的蒸發(fā)器系統(tǒng)的另一個示例性的實施例。
【具體實施方式】
[0012]現(xiàn)在將在下文參照附圖對本發(fā)明進行更加完整的描述，在附圖中示出多個實施例。然而，本發(fā)明可以以多種不同的形式實施，并且不應當被認為限于在本文提出的實施例。相反，提供的這些實施例是為了使本公開更加全面和完整，并且完整地將本發(fā)明的范圍傳達給本領域技術人員。在全文，相同的參考數(shù)字表示相同的部件。
[0013]將要理解，當一個部件被描述為位于另一個部件上，其能夠直接地位于另一個部件之上或者在兩者之間具有中間部件。相反，當一個部件被描述為直接位于另一個部件上，則沒有中間部件。如本文所使用的，術語“和/或”包括一個或多個列出的相關聯(lián)的對象的任意一個以及全部組合。
[0014]將要理解，盡管術語第一、第二、第三等等可以在本文用于描述不同部件、組件、區(qū)域、層和/或區(qū)段，但是這些部件、組件、區(qū)域、層和/或區(qū)段并不應當受這些術語的限制。這些術語僅用于將一個部件、組件、區(qū)域、層和/或區(qū)段與另一個部件、組件、區(qū)域、層和/或區(qū)段區(qū)分開。因此，下面討論的第一部件、組件、區(qū)域、層和/或區(qū)段可以被稱為第二部件、組件、區(qū)域、層和/或區(qū)段而不會脫離本發(fā)明的教導。
[0015]本文使用的術語僅用于描述具體的實施例并且不意圖是限制性的。如本文所使用的，單數(shù)形式“一個”，“一”以及“該”同樣意圖還包括復數(shù)形式，除非上下文中明確另有所指。將進一步理解，當術語“包括”和/或“包含”用在本說明書中時，用于規(guī)定存在所陳述的特征、范圍、整體、步驟、操作、部件和/或組件，但是并不排除存在或增加一個或多個其它特征、范圍、整體、步驟、操作、部件和/或組件。
[0016]此外，關系術語，例如“下方”或“底部”以及“上方”或“頂部”，可以在本文用于描述圖中所示的一個部件與另一個部件的關系。將要理解，除了圖中所描繪的方位之外，關系術語意圖包括裝置的不同方位。例如，如果在一幅圖中的裝置被翻轉，則被描述為位于其它部件“下方”側的部件將定位在其它部件的“上方”側。示例性的術語“下方”由此能夠包括“上方”和“下方”兩個方位，這取決于圖中具體的方位。類似地，如果在一幅圖中的裝置被翻轉，則被描述為位于其它部件“下方”或“之下”的部件將定位在其它部件“上方”。示例性的術語“下方”或“之下”由此能夠包括上方和下方兩個方位。
[0017]除非另有限定，否則本文使用的全部術語(包括技術和科學術語)的意思與本發(fā)明所屬的領域中的普通技術人員通常所理解的意思相同。將要進一步理解，例如那些在平常使用的詞典中限定的術語，應該被解釋為其意思與其在相關技術以及本公開的上下文中所具有的意思相一致，并且不會以理想化或過度正式化的方式解釋，除非在本文有明確的限定。
[0018]示例性的實施例在本文參照示意性描繪理想化的實施例的橫截面視圖進行描述。因而，例如由于制造技術和/或公差而產生的相對于圖示形狀的變形是可以預期的。因此，本文描述的實施例不應當解釋為限定于本文圖示的具體區(qū)域形狀，而是包括例如由于制造原因而產生的形狀偏差。例如，圖示或描述為平坦的區(qū)域通?？傻湫偷鼐哂写植诤?或非直線特征。此外，圖示的銳角可以為圓頭的。因此，圖中所示的區(qū)域實際上是示意性的，并且它們的形狀并不意圖描繪區(qū)域的精確形狀，并且不意圖限定所提出的權利要求的范圍。
[0019]本文公開的是一個蒸發(fā)器系統(tǒng)，其包括使受加熱流體從蒸發(fā)器循環(huán)到蒸汽鼓筒的泵。泵在啟動期間提供循環(huán)，以初始加熱蒸汽鼓筒，這減少了鼓筒中溫度改變速率。鼓筒中溫度改變速率的減小會減小鼓筒中的熱應力。在示例性的實施例中，流體為水。
[0020]泵可以是離心泵、噴射泵或類似的泵，并且其目的是在存在于蒸發(fā)器中的流體(例如，水)開始沸騰之前在蒸發(fā)器系統(tǒng)中提供壓力梯度，該壓力梯度促進流體從蒸發(fā)器循環(huán)到蒸汽鼓筒。在一個實施例中，在存在于蒸發(fā)器中的流體開始沸騰之前，泵在蒸汽鼓筒中產生相對于蒸發(fā)器較低的壓力。一旦在蒸汽鼓筒中產生較低的壓力，流體從蒸發(fā)器被抽吸進入蒸汽鼓筒，使得蒸汽鼓筒被逐漸加熱。這種逐漸的加熱持續(xù)到蒸發(fā)器中的流體達到沸點，在沸點，泵被關閉或隔離。在泵被關閉后，自然循環(huán)推動流體在蒸發(fā)器系統(tǒng)中循環(huán)。
[0021]泵因此工作很短的時間段，直到蒸汽鼓筒達到沸騰流體溫度。這允許泵的尺寸小于一般使用的其它相當?shù)谋谩＿@還能減小蒸汽鼓筒壁的應力。
[0022]參照圖2，本發(fā)明的蒸發(fā)器系統(tǒng)200包括蒸發(fā)器202、蒸汽鼓筒204和泵206。泵206與蒸汽鼓筒204和蒸發(fā)器202處于流體連通。在一個實施例中，泵206位于蒸汽鼓筒204的下游。蒸汽鼓筒位于蒸發(fā)器202的下游。
[0023]在泵206的入口和出口之間設置有單向止回閥208。止回閥208只允許流體從蒸汽鼓筒204通過泵206向下游流向蒸發(fā)器202。止回閥進一步僅允許流體從蒸發(fā)器202向下游流向蒸汽鼓筒204。泵206具有分別位于其上游和下游的第一閥210和第二閥212。第一閥210和第二閥212能夠在需要時使泵206與蒸發(fā)器系統(tǒng)200隔離開。第一閥210和第二閥212可為電動、氣動或手動的。
[0024]在一個實施例中,在一種蒸發(fā)器系統(tǒng)200的運行方法中,泵206用于在熱回收蒸汽發(fā)生器啟動期間使流體從蒸發(fā)器202循環(huán)到蒸汽鼓筒204，以消除通常在自然循環(huán)熱回收蒸汽發(fā)生器中產生的鼓筒溫度快速上升。一旦蒸汽鼓筒204的溫度達到預定值，泵206就被隔離并且蒸發(fā)器202在自然循環(huán)下運行。由于泵206在啟動后被隔離，所以其沒必要針對滿流負載、壓力和溫度而設計尺寸。當與用于全時循環(huán)的相當?shù)谋孟啾葧r，這減少了泵206的成本。
[0025]在另一個實施例中，如圖3描繪的，蒸發(fā)器系統(tǒng)200包括噴射泵306(噴射器)，其在存在于蒸發(fā)器202中的流體(例如，水)開始沸騰之前在蒸發(fā)器系統(tǒng)中產生壓力梯度，壓力梯度促進流體從蒸發(fā)器202循環(huán)到蒸汽鼓筒204。在一個實施例中，在存在于蒸發(fā)器中的流體開始沸騰之前，噴射泵306在蒸汽鼓筒中產生相對于蒸發(fā)器較低的壓力。
[0026]噴射泵306在與蒸汽鼓筒204處于流體連通的下導管308中產生低壓，結果導致流體從蒸發(fā)器202被抽吸進入蒸汽鼓筒204。高速流體在狹窄的下導管308中流動使得下導管308中的壓力低于蒸汽鼓筒204中的壓力，這又引起下導管308中的流。當在下導管308中產生低壓時，蒸汽鼓筒204處于比蒸發(fā)器低的壓力，這使得流體從蒸發(fā)器202流向蒸汽鼓筒204。在一個實施例中，通過噴射泵306的運行在下導管308中產生的低壓驅使流體從蒸發(fā)器202循環(huán)到蒸汽鼓筒204。
[0027]噴射泵306與第一閥310和第二閥312處于流體連通。第一閥310用于控制進入蒸汽鼓筒204的給水流，而第二閥312用于使噴射泵306與下導管隔離。
[0028]圖3的噴射泵與圖2的泵206的工作方式相類似，因為在存在于蒸發(fā)器202中的流體開始沸騰之前，它允許流體從蒸發(fā)器202短暫地流向蒸汽鼓筒204。
[0029]如上所述，采用泵使流體短暫地循環(huán)到蒸汽鼓筒具有很多優(yōu)點。這些優(yōu)點包括使用的泵與一般使用的其它相當?shù)谋孟啾瘸叽绺?。這還能夠降低蒸汽鼓筒壁的應力，并且允許使用的蒸汽鼓筒的壁比當前用在蒸發(fā)器系統(tǒng)中沒有采用短暫循環(huán)的蒸汽鼓筒的壁更厚。這又使蒸汽鼓筒能夠在更高的壓力或者更多數(shù)量的停止-啟動循環(huán)下運行。
[0030]雖然本發(fā)明已經參照多個示例性實施例進行了描述，但是本領域技術人員將要理解，可以進行各種改變并且其中的部件可以采用等同物進行替換而不會脫離本發(fā)明的范圍。此外，可以進行多種修改以適應本發(fā)明的教導的具體條件或材料，而不會脫離本發(fā)明的實質范圍。因此，意圖的是，本發(fā)明并不限定于公開的作為實施本發(fā)明而構想的最佳模式的具體實施例，而是本發(fā)明將包括落在所附的權利要求的范圍之內的全部實施形式。
【權利要求】
1.一種方法，包括: 在蒸發(fā)器系統(tǒng)的啟動期間產生短暫的壓力梯度，其中所述蒸發(fā)器系統(tǒng)包括: 蒸發(fā)器； 鼓筒；以及 泵；其中，所述蒸發(fā)器、所述鼓筒和所述泵彼此處于流體連通； 在流體在所述蒸發(fā)器中達到沸點之前，將流體從所述蒸發(fā)器運送到所述鼓筒；并且 在流體在所述蒸發(fā)器中達到其沸點之后，通過自然循環(huán)來使流體循環(huán)通過所述蒸發(fā)器系統(tǒng)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述泵為離心泵或噴射泵。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述流體為水。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述流體為蒸汽。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述蒸發(fā)器系統(tǒng)進一步包括用于使所述泵與所述蒸發(fā)器系統(tǒng)隔離的閥。
6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述蒸發(fā)器系統(tǒng)進一步包括下導管，所述壓力梯度產生于從所述蒸汽鼓筒中壓力較低的區(qū)域到所述蒸發(fā)器中壓力較高的區(qū)域的所述下導管中。
7.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述泵位于所述蒸汽鼓筒的下游以及所述蒸發(fā)器的上游。
8.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述噴射泵位于所述蒸汽鼓筒的下游并且與下導管處于流體連通，所述下導管與所述蒸汽鼓筒處于流體連通。
【文檔編號】F22B37/00GK103518099SQ201280016172
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年3月22日 優(yōu)先權日:2011年3月28日
【發(fā)明者】W·P·鮑弗二世, I·J·佩林, D·W·拜爾利, R·J·特達爾卡 申請人:阿爾斯通技術有限公司