專利名稱：蒸汽發(fā)電站的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有至少一蒸汽輪機(jī)和一蒸汽發(fā)生器的蒸汽發(fā)電站。
在公知的蒸汽發(fā)電站中，主要在一個(gè)蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生用于推動(dòng)蒸汽輪機(jī)作功用的工作蒸汽，其中，將熱燃?xì)庵泻械哪芰颗欧沤o一個(gè)或多個(gè)被供給水的熱交換器，并由此通過加熱水來產(chǎn)生工作蒸汽；或者將能量排放給一個(gè)或多個(gè)被供給蒸汽的熱交換器、并由此實(shí)現(xiàn)蒸汽的過熱，這樣一種過熱在公知的蒸汽輪機(jī)中例如在高壓級(jí)和中壓級(jí)之間進(jìn)行，其中，離開高壓級(jí)的蒸汽借助設(shè)置在蒸汽發(fā)生器中的中間過熱器加熱面被過熱并被輸送給所述中壓級(jí)。
這樣一種蒸汽的中間過熱例如有助于提高蒸汽輪機(jī)的效率。
在公知的蒸汽發(fā)電站中，要借助一些熱交換器表面來實(shí)現(xiàn)熱能的輸入，以產(chǎn)生蒸汽和/或中間過熱蒸汽，這些換熱面設(shè)置在蒸汽發(fā)生器中并與引入蒸汽發(fā)生器中的熱燃?xì)饨佑|。這些被加熱的換熱面又將其熱能排放到在由換熱面構(gòu)成的結(jié)構(gòu)體內(nèi)部流動(dòng)水和/或蒸汽中。因此，所述加熱是首先通過將熱燃?xì)獾臒崃總鬟f給換熱面，然后又從換熱面?zhèn)鬟f給被加熱的介質(zhì)來完成的。
由于在被現(xiàn)有技術(shù)所公開的、應(yīng)用在已知的蒸汽發(fā)電站設(shè)備中的蒸汽發(fā)生器內(nèi)的熱交換器中，熱燃?xì)獾哪芰渴墙柚粺崛細(xì)饧訜岬膿Q熱面材料傳遞給被加熱介質(zhì)，因此，可傳遞給被加熱介質(zhì)例如水和/或蒸汽的能量受到換熱面材料特性的限制。
所以，在公知的蒸汽發(fā)電站設(shè)備中對(duì)許可的蒸汽溫度有所限制，因?yàn)閭鬟f熱量的換熱面基于其材料特性及與之相關(guān)的熱負(fù)載極限不能隨意被加熱到很高溫度。
此外，熱量從熱燃?xì)鈧鬟f給被加熱的介質(zhì)有一定的滯后。這種滯后主要因基于所必需的換熱面加熱時(shí)間而造成。
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種具有至少一蒸汽輪機(jī)和一蒸汽發(fā)生器的蒸汽發(fā)電站，該蒸汽發(fā)電站可靈活使用并尤其能克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的所述缺陷。
上述技術(shù)問題是通過這樣一種蒸汽發(fā)電站來解決的，其包括至少一蒸汽輪機(jī)和一蒸汽發(fā)生器，其中，沿蒸汽的流動(dòng)方向在蒸汽發(fā)生器之后和蒸汽輪機(jī)之前和/或在蒸汽輪機(jī)的第一透平級(jí)之后和第二透平級(jí)之前設(shè)置一燃燒裝置，所述蒸汽流在該燃燒裝置的燃燒腔室內(nèi)借助于與該燃燒腔室內(nèi)產(chǎn)生的熱燃?xì)饣旌隙患訜帷?br> 對(duì)此本發(fā)明考慮的出發(fā)點(diǎn)是，若放棄采用換熱面來將能量傳遞給被加熱介質(zhì)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，熱量從熱燃?xì)鈧鬟f給被加熱介質(zhì)所受的限制更少。
按照本發(fā)明，這一點(diǎn)是這樣來實(shí)現(xiàn)的，即，將被加熱的蒸汽流直接輸入燃燒室中，并使之直接與熱燃?xì)饣旌稀?br> 按照本發(fā)明的內(nèi)部輔助燃燒器可沿蒸汽的流動(dòng)方向在蒸汽發(fā)生器之后和蒸汽輪機(jī)之前用于過熱新鮮蒸汽，或者也可用于過熱已經(jīng)將其部分能量傳遞給透平級(jí)的蒸汽，后者按照本發(fā)明被過熱后又輸送給另一透平級(jí)。
借助于本發(fā)明的蒸汽發(fā)電站，與現(xiàn)有技術(shù)相比可達(dá)到更高的蒸汽溫度。這有助于提高蒸汽發(fā)電站的效率。
比較有利的是，可向所述燃燒裝置中輸入氫氣和/或烴、尤其是甲烷作為燃料。
采用氫氣作為燃料首先具有如下優(yōu)點(diǎn)，即，只要?dú)錃馊缱畛Ｒ姷哪菢油ㄟ^燃料轉(zhuǎn)化或汽化從烴中制取出，就可能以比較低的能量耗費(fèi)抑制早在制造氫氣期間對(duì)烴進(jìn)行轉(zhuǎn)化或汽化處理時(shí)所產(chǎn)生的二氧化碳，從而從一開始就可避免在蒸汽發(fā)電站的蒸汽輪機(jī)和/或其它部分中形成酸性蒸汽混合物。
為了使燃燒室的燃燒特別充分，比較有利的是可向燃燒裝置中輸入含氧氣體、尤其是純氧和/或空氣，以產(chǎn)生燃燒氣氛。
本發(fā)明的這一實(shí)施方式考慮到了這樣的要求，即，燃料只能在一種適合的燃燒氣氛中燃燒。特別有效的燃燒可借助于輸入純氧來實(shí)現(xiàn)，因?yàn)檠鯕馀c空氣相比不含其他阻礙燃燒的成分，這些成分在某些情況下例如在燃燒前必須在空氣分離裝置中被分離出去，以確保適當(dāng)?shù)娜紵龤夥铡?br> 在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方式中，借助連接在所述蒸汽輪機(jī)下游的冷凝器可從所述蒸汽流中獲取所產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物。
實(shí)際上在所有燃燒過程中所產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物大多需要排出，這是因?yàn)檫@些燃燒產(chǎn)物在較長的運(yùn)行時(shí)間之后可能沉積在燃燒腔室中或其它部件中并限制其功能。
如果在本發(fā)明的蒸汽發(fā)電站中在由純氧組成的氣氛中燃燒作為燃料的烴，那么至少會(huì)產(chǎn)生燃燒產(chǎn)物水和二氧化碳。這些燃燒產(chǎn)物可被蒸汽流夾帶走并傳輸給冷凝器。在公知的蒸汽發(fā)電站中大多本來就設(shè)有冷凝器，因此，結(jié)合本發(fā)明就不必非得再單獨(dú)設(shè)置適合于獲取燃燒產(chǎn)物的冷凝器。
在冷卻含有作為燃燒產(chǎn)物的水-二氧化碳混合物的蒸汽時(shí)，水成分在很大程度上被冷凝并剩下幾乎純凈的氣態(tài)二氧化碳，然后將其從冷凝器中取出并例如存儲(chǔ)起來。
如上所述，在采用借助對(duì)烴的轉(zhuǎn)化或汽化處理制出的氫氣作為燃料時(shí)，所產(chǎn)生的二氧化碳早在將燃料輸入燃燒裝置前就被提取出，因此在燃燒時(shí)實(shí)際上不會(huì)產(chǎn)生作為燃燒產(chǎn)物的二氧化碳。
借助本發(fā)明的蒸汽發(fā)電站的燃燒裝置實(shí)現(xiàn)所述的內(nèi)部輔助燃燒可在蒸汽輪機(jī)運(yùn)行期間非?？斓靥峁┦褂谩榇酥恍椟c(diǎn)燃輸入燃燒室中的燃料即可，這樣尤其可取消公知換熱面的加熱時(shí)間。
此外，本發(fā)明的蒸汽發(fā)電站具有如下優(yōu)點(diǎn)，即，不必借助單獨(dú)的排料裝置將燃燒產(chǎn)物和/或廢氣從燃燒室中排出，因?yàn)樗鼈兛杀徽羝鲓A帶并可在蒸汽循環(huán)的其他位置例如冷凝器旁被分離。再者，通過本發(fā)明可達(dá)到更高的蒸汽溫度，而不必改變對(duì)于蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)。
本發(fā)明的蒸汽發(fā)電站尤其可用于在高峰負(fù)荷期間準(zhǔn)備提供能量或用于支持供電網(wǎng)的電網(wǎng)頻率；本發(fā)明的蒸汽發(fā)電站提供了快速調(diào)節(jié)功率的可能性并可非常靈活地應(yīng)用。
下面借助附圖所示實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明予以詳細(xì)說明，附圖中

圖1示出了按照本發(fā)明的蒸汽發(fā)電站。
圖1中示出了按照本發(fā)明的蒸汽發(fā)電站1，它包括與發(fā)電機(jī)21連接的蒸汽輪機(jī)3以及蒸汽發(fā)生器5。
蒸汽輪機(jī)3構(gòu)造成具有三級(jí)透平級(jí)，亦即第一透平級(jí)11、第二透平級(jí)13和第三透平級(jí)15。它們分別被構(gòu)造成高壓級(jí)、中壓級(jí)與低壓級(jí)。
在該圖所示的實(shí)施方式中，蒸汽發(fā)生器5是一個(gè)用煤27燃燒的鍋爐，為對(duì)煤助燃，將燃燒用空氣29輸入該鍋爐中。
在蒸汽發(fā)生器5中，在其熱端區(qū)域內(nèi)設(shè)置加熱面37以及在其較低溫度區(qū)域內(nèi)設(shè)置中間過熱加熱面35。
加熱面37用于在蒸汽發(fā)生器5中對(duì)來自于給水箱23的給水24進(jìn)行加熱，使得可向第一透平級(jí)11輸送工作蒸汽。
所述蒸汽在第一透平級(jí)11中部分膨脹做功后借助所述中間過熱加熱面35被中間過熱。蒸汽流17從中間過熱加熱面35中出來后沿方向9輸入燃燒裝置7中。在此，蒸汽流17在燃燒室19中借助燃料33和所加入的氧氣31被加熱，由此燃燒室19中的蒸汽流17與燃料33燃燒時(shí)在燃燒室19中產(chǎn)生的熱燃?xì)饣旌稀?br> 因此，熱量可直接通過混合從熱燃?xì)鈧鬟f到蒸汽流17中，而不會(huì)傳遞給例如設(shè)置成換熱面的材料。
也可用空氣取代氧氣31來產(chǎn)生適合的燃燒氣氛，其中，必要時(shí)在將空氣輸入燃燒室之前借助空氣分離裝置將其分離成氧氣和剩余氣體。
作為燃料33例如可采用烴尤其可采用甲烷，或氫氣。
將借助燃燒裝置7被加熱的蒸汽流17輸送給第二透平級(jí)13，在那兒該蒸汽流含有的能量至少部分被轉(zhuǎn)化成機(jī)械功。進(jìn)一步膨脹做功后的蒸汽離開第二透平級(jí)13并被輸送到第三透平級(jí)15，在那里蒸汽中還含有的能量被盡可能充分地轉(zhuǎn)換成機(jī)械能。
膨脹作功后的蒸汽作為水-蒸汽混合物離開第三透平級(jí)15，并被輸入冷凝器25，在那兒殘存的蒸汽成分被冷凝成水。
這種在冷凝器25中收集的水作為冷凝液26被輸送到給水箱23。
從冷凝器25中可取出在燃燒裝置7的燃燒室19中燃燒所產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物39。
由于在燃燒室19中在蒸汽流17中進(jìn)行燃燒，燃燒產(chǎn)物39被蒸汽循環(huán)回路中的蒸汽流17夾帶走并且按照本發(fā)明的這一實(shí)施方式可從冷凝器25中取出。
如果將例如烴作為燃料33與氧氣31燃燒，燃燒產(chǎn)物39中含有水和二氧化碳，這樣的水-二氧化碳混合物被蒸汽流17帶走并可從冷凝器25中取出，因?yàn)樵诶鋮s所述水-二氧化碳混合物時(shí)，其中的水分在很大程度上被冷凝，因此剩下幾乎純凈的氣態(tài)二氧化碳，隨后可將所述二氧化碳?xì)怏w排出并例如存儲(chǔ)起來。
水作為燃燒產(chǎn)物當(dāng)然通常不必排出，而可作為冷凝液26的成分輸入給水箱23中。
權(quán)利要求
1.蒸汽發(fā)電站(1)，其包括至少一蒸汽輪機(jī)(3)和一蒸汽發(fā)生器(5)，其特征在于，沿蒸汽(17)的流動(dòng)方向(9)在所述蒸汽發(fā)生器(5)之后和所述蒸汽輪機(jī)(3)之前和/或在所述蒸汽輪機(jī)(3)的第一透平級(jí)(11)之后和第二透平級(jí)(13)之前設(shè)置一燃燒裝置(7)，所述蒸汽流(17)在該燃燒裝置(7)的一燃燒腔室(19)內(nèi)借助與所述燃燒腔室(19)內(nèi)產(chǎn)生的熱燃?xì)饣旌隙患訜帷?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)電站(1)，其特征在于，向所述燃燒裝置(7)中輸入氫氣和/或一種烴、尤其是甲烷作為燃料(33)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的蒸汽發(fā)電站(1)，其特征在于，向所述燃燒裝置(7)中輸入一種含氧的氣體、尤其是純氧(31)和/或空氣，以便在所述燃燒室(19)中形成燃燒氣氛。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的蒸汽發(fā)電站(1)，其特征在于，借助一連接在所述蒸汽輪機(jī)(3)下游的冷凝器(25)可從所述蒸汽流(9)中獲取所產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物(39)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種蒸汽發(fā)電站(1)，其包括至少一蒸汽輪機(jī)(3)和一蒸汽發(fā)生器(5)，其中，沿蒸汽(17)的流動(dòng)方向(9)在蒸汽發(fā)生器(5)之后和蒸汽輪機(jī)(3)之前和/或在蒸汽輪機(jī)(3)的第一透平級(jí)(11)之后和第二透平級(jí)(13)之前設(shè)置燃燒裝置(7)，所述蒸汽流(9)在燃燒裝置(7)的燃燒腔室(19)內(nèi)借助與該燃燒腔室(19)內(nèi)產(chǎn)生的熱燃?xì)饣旌隙患訜帷?br> 文檔編號(hào)F01K25/00GK1671949SQ03818028
公開日2005年9月21日 申請(qǐng)日期2003年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月28日
發(fā)明者喬格·哈波伯格, 克里斯托弗·凱爾 申請(qǐng)人:西門子公司