專(zhuān)利名稱(chēng)：蒸汽渦輪機(jī)裝置及其運(yùn)行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特別是用于發(fā)電的蒸汽渦輪機(jī)裝置，其具有根據(jù)禾又利要求1 前序部分的特征。
此外，本發(fā)明還涉及一種方法，其用于操作這種類(lèi)型的蒸汽渦^M幾裝置。 此外，本發(fā)明還涉及一種慣性分離器的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
CH653 097A5公開(kāi)了一種用于發(fā)電的組合式燃?xì)廨啓C(jī)蒸汽動(dòng)力裝置。這種 組合式裝置一方面包括燃?xì)廨啓C(jī)，該燃?xì)廨啓C(jī)具有配套的壓氣機(jī)和配套的燃燒 室；另一方面包括蒸汽渦輪機(jī)，該蒸汽渦輪機(jī)具有配套的蒸汽發(fā)生器。在此， 燃?xì)廨啓C(jī)的熱廢汽加熱蒸汽發(fā)生器。
在已知的組合式裝置中，j:然燒室配備有流化床。在運(yùn)行中生成的廢氣或者 燃燒氣體載有顆粒。為了避免這些顆粒進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)，在燃?xì)廨啓C(jī)上游的廢氣 路徑內(nèi)布置有多個(gè)旋風(fēng)分離器。
DE198 34 376A1公開(kāi)了一種燃?xì)廨啓C(jī)裝置，其中，渦輪機(jī)葉片借助7賴(lài)卩氣 體冷卻。為了將塵土從冷卻氣分離，軸向旋流式空氣濾清器在要冷卻的葉片的 上游布置在冷卻氣路徑內(nèi)。
在現(xiàn)代蒸汽渦輪機(jī)裝置中，為了取得更高的效率而在蒸汽渦輪機(jī)入口提高 蒸汽^Jt和蒸汽壓力成為一種趨勢(shì)。蒸汽渦輪機(jī)以入口^Jt為580攝氏度至600 攝氏度工作不僅是很重要或者特別重要，而己經(jīng)是極端重要。更新的蒸汽渦輪 機(jī)裝置傾向于620攝氏度至650攝氏度的更高入口溫度。對(duì)于未來(lái)的裝置甚至 可以考慮入口溫度為700攝氏度至720攝氏度。這顯示出，在這樣高的蒸汽溫 度情況下，例如蒸汽發(fā)生器的蒸汽弓l導(dǎo)組件的氧化會(huì)超比例增加。因此產(chǎn)生氧 化物顆粒，其將會(huì)脫離并被蒸汽流體帶走。于是顆粒進(jìn)入到蒸汽渦輪機(jī)，然而 在那里由于慣性不育戰(zhàn)艮隨葉片上的蒸汽流體的轉(zhuǎn)向，由lt彌粒撞擊渦輪機(jī)葉片 和轉(zhuǎn)子葉片。當(dāng)預(yù)先存在較高速度的情況下，在葉片上出現(xiàn)腐蝕現(xiàn)象。這種腐蝕王1^損害葉片的空氣動(dòng)力性，這導(dǎo)致蒸汽渦輪機(jī)效率的降低。

發(fā)明內(nèi)容
這里，本發(fā)明希望消除弊端。本發(fā)明(其如在權(quán)利要求中描述的那樣)為 開(kāi)始部分所述類(lèi)型的蒸汽渦輪機(jī)裝置指出手段，該手段尤其減少由氧化物顆粒 弓l發(fā)的對(duì)蒸汽渦輪機(jī)葉片腐蝕的危險(xiǎn)。
根據(jù)本發(fā)明，所述問(wèn)題由獨(dú)立權(quán)利要求的主題解決。有利實(shí)施方式是從屬 權(quán)利要求的主題。
本發(fā)明基于這樣一禾中總##慮，即，在蒸汽渦輪機(jī)上游從在蒸汽發(fā)生器通
向蒸汽渦輪機(jī)的蒸汽路徑中去除蒸汽流中夾帶的顆粒，并且優(yōu)i^借助慣性分離器。
使用慣性分離器(其尤其可以被構(gòu)造為旋風(fēng)分離器)是可相對(duì)廉價(jià)地實(shí)現(xiàn) 的措施，該措施相對(duì)于使用傳統(tǒng)的過(guò)濾器，特點(diǎn)是相對(duì)小的壓力損失。此外， 慣性分離器的應(yīng)用比起以下應(yīng)用有顯著的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，所述應(yīng)用是為減少蒸汽的 氧化作用而應(yīng)用高凈化水，或者為提高組件的抗氧化性在蒸汽發(fā)生器區(qū)域內(nèi)應(yīng) 用特別高價(jià)值的材料，或者為改善葉片的抗腐蝕性而為葉片應(yīng)用特別高價(jià)值的 合金或者涂層或者表面處理。相比所述的替代方式，慣性分離器的特點(diǎn)是特別 低的壓力損失以及廉價(jià)的可實(shí)現(xiàn)性。慣性分離器的特征在于，在慣性分離器內(nèi) 強(qiáng)制進(jìn)行流體轉(zhuǎn)向，而夾帶的顆粒由于其較大的質(zhì)量而不能夠跟隨轉(zhuǎn)向。替換 地，顆粒撞擊至湘應(yīng)的障礙物，顆粒由此被附加地制動(dòng)。
由從屬權(quán)利要求、附圖和依據(jù)附圖的所屬


得出本發(fā)明的其它重要 特征和優(yōu)點(diǎn)。

在附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例并且在以下描述中進(jìn)一歩闡述該ttit 實(shí)施例，同樣的或 似的或者功能相同的組件在此將以相同附圖標(biāo)記標(biāo)識(shí)。
圖中，分別示意性示出
圖1表示蒸汽渦輪機(jī)裝置的線(xiàn)路圖式高度簡(jiǎn)化的原理性示意圖； 圖2表示一種慣性分離器的簡(jiǎn)化的局咅,視圖； 圖3表示另一種慣性分離器的局剖透視立體圖。
具體實(shí)施例方式
按照?qǐng)Dl，根據(jù)本發(fā)明的蒸汽渦輪機(jī)裝置1包括蒸汽路徑2，在蒸汽路徑2 內(nèi)布置有蒸汽渦輪機(jī)3和蒸汽發(fā)生器4。在此，蒸汽渦輪機(jī)3在蒸汽發(fā)生器4 的下游并且例如可以驅(qū)動(dòng)發(fā)電t幾5，蒸汽渦^^幾裝置1從而被,用于發(fā)電。蒸 汽渦輪機(jī)裝置1可以是組合裝置的，即組合，氣l&機(jī)蒸氣動(dòng)力裝置的組成部 分。尤其是，蒸汽發(fā)生器4可以被燃?xì)廨啓C(jī)的熱廢汽加熱。但原則上，蒸汽發(fā) 生器4的加熱可以是任意配置的。
根據(jù)本發(fā)明，在蒸汽路徑2中，慣性分離器6布置在蒸汽發(fā)生器4的下游 和蒸汽渦輪機(jī)3的上游。慣性分離器6用于分離在蒸汽流體中夾帶的通常為固 體的顆粒，所述分離是借助慣性力實(shí)現(xiàn)的。被分離的顆粒可按照箭頭7從慣性 分離器6排出。
在具有多個(gè)經(jīng)由蒸汽發(fā)生器4 (所謂的中間再加熱)的通流的蒸汽渦f&機(jī)裝 置l中，如它們目前典型地布置在高壓渦輪機(jī)殼體和中壓渦輪機(jī)殼體之前那樣， 可以為各個(gè)通流配備一個(gè)這種慣性分離器。原則上，蒸汽發(fā)生器4的每個(gè)蒸汽 出口都可以配有這種慣性分離器6 。
按照?qǐng)D2和圖3，慣性分離器6可以?xún)?yōu)選構(gòu)造為旋風(fēng)分離器，該旋風(fēng)分離器 特征在于，在圖2中以箭頭8表示的蒸汽流體圍繞慣性分離器6的縱向中心軸 線(xiàn)9旋轉(zhuǎn)。旋風(fēng)分離器在下文同樣以6標(biāo)識(shí)。如例如靜電過(guò)濾器那樣的其它構(gòu) 造形式也是可以的，因而這里所述的旋風(fēng)分離器6僅以示例性且不限制普遍性 的方式示出。
在圖2所示的實(shí)施方式中，在安裝狀態(tài)下旋風(fēng)分離器6優(yōu)選以直立的方式 布置，由此其縱向中心軸線(xiàn)9以基本豎直的方式延伸。旋風(fēng)分離器6沿垂直方 向具有兩個(gè)部分，即，上圓柱形部分10和下圓錐形部分11。圓錐形部分ll連 接在圓柱形部分10的下7，，并且以隨著相對(duì)于圓柱形部分]0間距的加大而變 細(xì)，即朝向下方。
旋風(fēng)分離器6 M蒸汽入口 12和蒸汽出口 13接入蒸汽路徑2中。在這里 所示的優(yōu)選實(shí)施方式中，蒸汽入口 12沿切線(xiàn)方向連接到旋風(fēng)分離器6或者旋風(fēng) 分離器6的圓柱形部分10上。由此，關(guān)于縱向中心軸線(xiàn)9的所希望的旋流已經(jīng) 在流入到旋風(fēng)分離器6中時(shí)被迫產(chǎn)生。這種旋流產(chǎn)生強(qiáng)離心力。夾帶的顆粒基于其高慣性而被拋向旋風(fēng)分離器6的壁，由lt彌粒一方面可以很大程度地制動(dòng)， 另一方面也可以被粉碎。顆粒制動(dòng)導(dǎo)致顆粒出于重力原因更易于朝向下方落入 圓錐形部分ll中。顆粒的粉碎有這樣的優(yōu)點(diǎn)，即，盡管顆粒由于旋風(fēng)分離器6
強(qiáng)大的分離作用還是隨蒸汽流通8又離開(kāi)旋風(fēng)分離器6，但是這些顆粒在蒸汽渦 輪機(jī)3內(nèi)對(duì)其葉片只會(huì)減低腐蝕危險(xiǎn)。
由于在旋風(fēng)分離器6內(nèi)的中心旋流，在該旋風(fēng)分離器6中將出現(xiàn)離心區(qū)， 在該離心區(qū)中具有較大質(zhì)量或者較高特定重量的顆粒帶向外側(cè)。在外側(cè)將發(fā)生 壁接觸，產(chǎn)生上述結(jié)果。壁可以相應(yīng)地配置，以改善顆粒撞到旋風(fēng)分離器6的 壁上時(shí)的粉碎效果。此外，旋風(fēng)分離器6的衝tit可以在圓柱形部分10內(nèi)有針 對(duì)性地這樣布置，gp，沿壁運(yùn)動(dòng)的顆粒不可以tte蒸汽出口 13。例如壁包含未 示出的徑向向內(nèi)突出的環(huán)形障礙物。任選或者替換地以靜電或者電動(dòng)力學(xué)方式 加載相應(yīng)的壁也是可纟亍的，這同樣也可以實(shí)現(xiàn)在壁上"抓住"顆粒。
圓錐形部分ll被用作為分離的顆粒的收集容器。分離的顆?？梢园凑占^ 7從圓錐形部分11取出。原則上，這可以在蒸汽渦輪機(jī)裝置l運(yùn)行期間實(shí)現(xiàn)， 這是因?yàn)檎羝鲃?dòng)以相對(duì)高的壓力工作。沉積的顆粒可以經(jīng)由相應(yīng)的這里未示 出的排出閥(其控制圓錐形部分ll的排出口 14)的柱形開(kāi)口而被排出。同樣也 可以利用蒸汽渦輪機(jī)裝置l的停車(chē)時(shí)間來(lái)從圓錐形部分ll取出分離的顆粒。
在這里所示的實(shí)施方式中，蒸汽出口 13沿切線(xiàn)方向連接到旋風(fēng)分離器6或 者旋風(fēng)分離器6的圓柱形部分10上。所述沿切向的接口 (所述接口還按照旋流 的轉(zhuǎn)動(dòng)方向定向)4吏得在流過(guò)旋風(fēng)分離器6時(shí)M^、流通阻力或者減少壓力下降。 為了使得夾帶的顆粒不能暢通無(wú)阻地穿過(guò)旋風(fēng)分離器6流動(dòng)，兩個(gè)切向布置的 接口 (即蒸汽入口 12和蒸汽出口 13)沿軸向相互間隔地布置。在lt際出的布置 方式是優(yōu)選的，在該布置方式中，蒸汽入口 12布置在圓柱形部分10的下端部 區(qū)域內(nèi)，與此同時(shí)蒸汽出口 13布置在圓柱形部分10的上端部區(qū)域內(nèi)。夾帶的 顆粒必須逆著重力向上運(yùn)動(dòng)，以便從下端部區(qū)域抵達(dá)上端部區(qū)域，通常不會(huì)出 現(xiàn)這樣的情況。
與所示的實(shí)施方式不同的實(shí)施方式原則上也是可行的，即，蒸汽出口13仍 舊沿切線(xiàn)方向然而關(guān)于旋轉(zhuǎn)方向反向布置。蒸汽出口 13同樣也可以關(guān)于縱向中 心軸線(xiàn)9徑向定向。此外，蒸汽出口 13軸向且關(guān)于縱向中心軸線(xiàn)9居中布置， 原則上也是可行的。在這里，最后描述的變形方式示出最大的分離效果。慣性分離器6配合于蒸汽渦輪機(jī)裝置1的特殊操作^f牛。另外，慣性分離
器6{雌這樣構(gòu)造，艮卩，其可以在250巴到350巴之間的蒸汽壓力情況下工作。 此外，慣性分離器6是針對(duì)在620攝氏度至720攝氏度范圍內(nèi)的蒸汽》^設(shè)計(jì) 的。慣性分離器6的尺寸例如是這樣選擇的，艮P，借助該尺寸可以或多或少凈 化產(chǎn)生大約IOOOMW蒸汽渦輪機(jī)功率所必須的蒸汽量中的顆粒。例如慣性分離 器6是這樣設(shè)計(jì)的，艮口，顆粒大小在0.1毫斜口0.5毫fe間的顆粒育g夠從蒸汽 排出。制造慣性分離器6的材料選擇可以適當(dāng)?shù)剡@樣選擇，以使得慣性分離器6 適于分離氧化物顆粒，如例如磁鐵礦或者尖晶石。此外，慣性分離器6應(yīng)該具 有至少50000小時(shí)的f吏用壽命，優(yōu)選是100000小時(shí)至200000小時(shí)。
依照?qǐng)D3，在另一實(shí)施方式中構(gòu)造為旋風(fēng)分離器6的慣性分離器6具有球形 或者球體形殼體15。該殼體15可以特別簡(jiǎn)單地以極為耐壓的方式構(gòu)造。這里， 蒸汽入口 12也可以沿切線(xiàn)方向連接到殼體15上。蒸汽入口 12到殼體15的連 接tt^在殼體15的赤道平面16內(nèi)實(shí)現(xiàn)。在旋風(fēng)分離器6或者殼體15的優(yōu)選是 直立的布置方式中，赤道平面16以基本水平的方式延伸。
蒸汽出口 13超立的殼體15情況下j雄布置在上方，并且特別是與殼體 15的縱向中心軸線(xiàn)9同軸。球形殼體15的縱向中心軸線(xiàn)的特征在于，這些縱向 中心軸線(xiàn)全都延伸穿過(guò)殼體15的未進(jìn)一歩示出的中心點(diǎn)。在直立殼體15中， 配屬于蒸汽出口 13的縱向中心軸線(xiàn)9以基本豎:EM伸。在這里示出的優(yōu)選的實(shí) 施方式中，配屬于蒸 氣出口 13的縱向中心軸線(xiàn)9垂直立于之前戶(hù)萬(wàn)述的配屬于蒸 汽入口 12的赤道平面16上。
在殼體15的直立布置方式中，排出口 14優(yōu)選位于殼體15的下端部上。在 所示的優(yōu)選實(shí)施方式中，排出口 14以與殼體15的縱向中心軸線(xiàn)9'同軸的方式 布置在殼體15上。在本實(shí)施方式中，配屬于排出口 14的縱向中心軸線(xiàn)9'以與 配屬于蒸汽出口13的縱向中心軸線(xiàn)9同軸的方式布置，也就是說(shuō)，兩個(gè)縱向中 心軸線(xiàn)9和9'重合。因此在該情況下，配屬于排出口 14的縱向中心軸線(xiàn)9'同樣 垂直立于赤道平面16上并且以基本豎直的方式延伸。附圖標(biāo)記
1 蒸汽渦裕腺置
2 蒸汽路徑
3 蒸汽渦輪機(jī)
4 蒸汽發(fā)生器
5 發(fā)電機(jī)
6 慣性分離器/旋風(fēng)分離器
7 分離的顆粒
8 蒸汽流
9、 9' 6的縱向中心軸線(xiàn)
10 6的圓柱形部分
11 6的圓錐形部分
12 蒸汽入口
13 蒸汽出口
14 11或者15的排出口
15 殼體
16 ^it平面
權(quán)利要求
1. 一種特別是用于發(fā)電的蒸汽渦輪機(jī)裝置，其具有蒸汽路徑(2)，在所述蒸汽路徑(2)內(nèi)布置有蒸汽發(fā)生器(4)，并且蒸汽渦輪機(jī)(3)布置在所述蒸汽發(fā)生器(4)的下游，其特征在于，在所述蒸汽路徑(2)內(nèi)，至少一個(gè)慣性分離器(6)布置在所述蒸汽發(fā)生器(4)和所述蒸汽渦輪機(jī)(3)之間。
2. 根據(jù)禾又利要求1所述的蒸汽渦輪機(jī)裝置，其特征在于，所述慣性分離器 被構(gòu)造為旋風(fēng)分離器(6)。
3. 根據(jù)豐又利要求2所述的蒸汽渦輪機(jī)裝置，其特征在于下述特征中的至少 ——個(gè).所述旋風(fēng)分離器(6)是直立布置的，并且具有豎直的縱向中心軸線(xiàn)(9);蒸汽入口 (12)沿切向方向連接至(J所述旋風(fēng)分離器(6)上；蒸汽出口 (13)軸向居中或者沿切向方向連接至斷述旋風(fēng)分離器(6)上；所述蒸汽入口 (12)在所述旋風(fēng)分離器(6)的圓柱形部分(10)的下端部區(qū)域內(nèi)連接至IJ所述旋風(fēng)分離器(6)上；所述蒸汽出口 (13)在所述旋風(fēng)分離器(6)的圓柱形部分(10)的上端部區(qū)域內(nèi)連接到所述旋風(fēng)分離器(6)上；所述旋風(fēng)分離器(6)具有圓柱形部分(10)和圓錐形部分(11)，所述圓 錐形部分(11)連接到所述圓柱形部分(10)的下方并朝向下方縮小。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的蒸汽渦輪機(jī)裝置，其特征在于下述特征中的至少 ——個(gè)所述旋風(fēng)分離器(6)具有球形殼體(15);蒸汽入口 (12)沿切向方向連接至!J所述殼體(15)上；所述蒸汽入口 (12)在/M平面(16)內(nèi)連接至lj所述殼體(15)上； 蒸汽出口 (13)與所述殼體(15)的縱向中心軸線(xiàn)(9)以同軸方式連接到所述殼體(15)上；配屬于所述蒸汽出口 (13)的所述縱向中心軸線(xiàn)(9)垂直于配屬于所述蒸汽入口 (12)的所述赤道平面(16);用于排出來(lái)自殼體(15)的、在所述殼體(15)內(nèi)沉積的污物的排出口 (14) 以與所述殼體(15)的縱向中心軸線(xiàn)(9')同軸的方式布置在所述殼體(15)上；配屬于所述排出口 (14)的所述縱向中心軸線(xiàn)(9')以與配屬于所述蒸汽出 口 (13)的所述縱向中心軸線(xiàn)(9)同軸的方式布置；配屬于所述排出口 (14)的所述縱向中心軸線(xiàn)(9')垂直于配屬于所述蒸汽入口 (12)的所述赤譜平面(16);所述殼體(15)以直立方式布置，其方式為配屬于所述蒸汽入口 (12)的所述/ 平面(16)以基本zK平的方式延伸和/或配屬于所述蒸汽出口 (13) 的所述縱向中心軸線(xiàn)(9)以基本豎直的方式延伸和/或配屬于所述排出口 (14) 的縱向中心軸線(xiàn)(9')以基本豎直的方式魁申。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的蒸汽渦輪機(jī)裝置，其特征在于下述特征中的至少一個(gè)所述慣性分離器(6)被構(gòu)造，使得其可以在大約250巴至大約350巴的蒸 汽壓力下和/或在大約620攝氏度至大約720攝氏度的蒸汽溫度下運(yùn)行；所述慣性分離器(6)被構(gòu)造，使得其從蒸汽中分離顆粒大小小于0.5毫米 或者小于0.1毫米的顆粒；所述慣性分離器(6)被構(gòu)造用于分離氧化物顆粒，尤其是用于分離磁鐵礦 或者尖晶石。
6. —種方法，用于短亍特別是用于發(fā)電的蒸汽渦輪機(jī)裝置，在該方法中， 蒸汽被從蒸汽發(fā)生器(4)引導(dǎo)到蒸汽渦輪機(jī)(3)，其特征在于，蒸汽將在所述 蒸汽渦輪機(jī)(3)的上游被去除所夾帶的顆粒。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所i^l粒借助慣性力從所述 蒸汽中分離。
8. —種慣性分離器(6)的應(yīng)用，所述慣性分離器(6)被用于在特別是用 于發(fā)電的蒸汽渦輪機(jī)裝置(1)內(nèi)在蒸汽發(fā)生器(4)下游和蒸汽渦輪機(jī)(3)上 游從蒸汽流體中去除顆粒。
9. 根據(jù)豐又利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于禾又利要求2至5中的至少一個(gè) 的特征。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種特別是用于發(fā)電的蒸汽渦輪機(jī)裝置(1)，其包括蒸汽路徑(2)，在蒸汽路徑(2)內(nèi)布置有蒸汽發(fā)生器(4)和蒸汽渦輪機(jī)(3)。為了減少對(duì)布置在蒸汽路徑(2)內(nèi)的組件例如蒸汽渦輪機(jī)(3)葉片的腐蝕危險(xiǎn)，在蒸汽路徑(2)內(nèi)，慣性分離器(6)布置在蒸汽發(fā)生器(4)和蒸汽渦輪機(jī)(3)之間。
文檔編號(hào)B04C5/081GK101415907SQ200780011633
公開(kāi)日2009年4月22日 申請(qǐng)日期2007年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者R·格雷姆, T·S·賴(lài)斯 申請(qǐng)人:阿爾斯托姆科技有限公司