專利名稱：具有蒸汽渦輪機(jī)和用于預(yù)熱給水的冷凝器的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有至少一個(gè)蒸汽渦輪機(jī)和一個(gè)冷凝器的裝置。另外，本發(fā)明涉
及一種用來操縱根據(jù)本發(fā)明的裝置的方法。
背景技術(shù)：
隨著公眾對危害自然環(huán)境的關(guān)注的增加，低效的能耗越來越受到批評。特別是化 石產(chǎn)生的能量成為批評的焦點(diǎn)，因?yàn)榇髿庵械亩趸嫉臐舛日谠黾硬⑶冶粦岩梢饻?室效應(yīng)。因此計(jì)劃用所謂的(A證書對產(chǎn)生二氧化碳予以處罰。政治發(fā)展增加了技術(shù)中的 經(jīng)濟(jì)利益，其能夠在較低排放情況下產(chǎn)生能量。更加嚴(yán)格處理的是氧化氮的排放，氧化氮被 懷疑引起對自然環(huán)境甚至更嚴(yán)重的破壞。 關(guān)于這點(diǎn)，熱電聯(lián)產(chǎn)的效率，特別是具有蒸汽渦輪機(jī)和冷凝器的裝置的效率會引 起非常的關(guān)注，因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)是產(chǎn)生熱能的最有效的設(shè)備之一，其中熱能通常是更高等級 過程的廢物。非常重要的問題是要相對于所述熱力學(xué)邊界條件保持熱電聯(lián)產(chǎn)非常靈活以總 是達(dá)到盡可能的最大效率。 環(huán)保型的熱電聯(lián)產(chǎn)的一個(gè)例子是使用含氧燃料(oxyfuel)產(chǎn)生能量和熱。純氧和 燃料特別是甲烷混合并在大約30bar的壓力下得以燃燒并且處于廢氣中，該廢氣被反饋以 獲得高濃度的二氧化碳，該二氧化碳之后被凈化和液化。這種特殊的過程具有幾個(gè)約束條 件并且廢熱因此具有特別具體的熱力學(xué)參數(shù)，其使得難以用蒸汽渦輪機(jī)建立高效的熱電聯(lián)產(chǎn)。 在美國專利6， 047， 549B1中，動力裝置設(shè)施被描述為將燃?xì)廨啓C(jī)和與凝汽式汽輪 機(jī)流體連接的廢熱鍋爐相結(jié)合。在該結(jié)構(gòu)中，燃?xì)廨啓C(jī)、廢熱鍋爐和蒸汽渦輪機(jī)最終會被彼 此調(diào)整并且因此達(dá)到高達(dá)58%的效率。術(shù)語"廢"不能被應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)的廢氣的熱中，因 為所述燃?xì)鉁u輪機(jī)從開始就被設(shè)計(jì)成將給這個(gè)熱量供給為所述蒸汽渦輪機(jī)產(chǎn)生蒸汽的鍋 爐。迄今為止，還沒有知道使用不具有合適條件的廢熱以便使蒸汽渦輪機(jī)高效運(yùn)行的概念。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是要設(shè)計(jì)一種具有蒸汽渦輪機(jī)和冷凝器的裝置，其甚至在與由 應(yīng)用廢熱而產(chǎn)生的蒸汽有關(guān)的廢熱不合適的條件下也具有較高的效率。 本發(fā)明的另一目的是使用蒸汽渦輪機(jī)和冷凝器增加熱電聯(lián)產(chǎn)的靈活性以及在廢 熱的熱力學(xué)參數(shù)不合適的情況下增加效率。 該目的是通過開始提到的那種類型的具有布置在所述蒸汽渦輪機(jī)和所述冷凝器 之間蒸汽流中的回?zé)崾匠裏崞鞯难b置得以實(shí)現(xiàn)，通過該回?zé)崾匠裏崞?，存在于蒸汽渦輪機(jī) 中的蒸汽在浸入所述冷凝器之前已被冷卻并且通過該回?zé)崾匠裏崞骷訜崴鼋o水蒸汽。
通過允許所述蒸汽渦輪機(jī)中的廢蒸汽被過熱而在回?zé)崾匠裏崞髦羞M(jìn)行換熱的過 程中回收過熱蒸汽的過剩能量，其中所述回?zé)崾匠裏崞魇乖摕崮芑氐狡錈嵫h(huán)的開始，該 裝置解決了與蒸汽渦輪機(jī)運(yùn)行的熱力學(xué)條件有關(guān)的不靈活的問題。根據(jù)本發(fā)明的裝置的另一優(yōu)點(diǎn)是蒸汽渦輪機(jī)的葉片不會暴露于濕蒸汽之下，該濕蒸汽通常會導(dǎo)致葉片的腐蝕損 壞。本發(fā)明的另外的優(yōu)點(diǎn)在于由于回?zé)崾匠裏崞魉隼淠饕矝]有暴露于過熱蒸汽之下， 因此其還不需要被加強(qiáng)以對付較高的能量和更高的溫度。由于本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中提出的 混合焓沒有任何損失，從蒸汽渦輪機(jī)出來的蒸汽的總質(zhì)量流進(jìn)入到回?zé)崾匠裏崞?。在回?zé)?式除熱器的尺寸足夠的情況下，壓力損失是允許的，并且該裝置可以在較大范圍熱條件下 運(yùn)行。當(dāng)平行于所述回?zé)崾匠裏崞鞑贾弥辽僖粋€(gè)用于給水蒸汽的旁路以使給水能繞過回?zé)?式除熱器并且沒有加入到給水和從蒸汽渦輪機(jī)出來的蒸汽之間的能量交換中時(shí)，根據(jù)本發(fā) 明的裝置的運(yùn)行的靈活性得以增加。當(dāng)至少一個(gè)閥門被布置在旁路管線和進(jìn)入到回?zé)崾匠?熱器的給水蒸汽之間的相交處時(shí)，擴(kuò)大了效率較好的運(yùn)行范圍，通過所述閥門，進(jìn)入到回?zé)?式除熱器的給水蒸汽和繞過回?zé)崾匠裏崞鞯慕o水蒸汽之間的比率能受到控制。該控制可以 通過控制單元得以實(shí)現(xiàn)，該控制單元被設(shè)計(jì)成以使進(jìn)入到回?zé)崾匠裏崞鞯慕o水蒸汽和繞過 回?zé)崾匠裏崞鞯慕o水蒸汽之間的比例是根據(jù)該蒸汽渦輪機(jī)的出口和冷凝器的入口之間的 蒸汽溫度得以控制的。通過這樣控制蒸汽渦輪機(jī)、冷凝器、除熱器以及控制旁通流和流過除 熱器的給水流的比例的閥門，該裝置或多或少地自動調(diào)節(jié)以改變消耗的能量供給并保持較 高的效率。 根據(jù)本發(fā)明的裝置可以和鍋爐有利地相結(jié)合，其中給水進(jìn)入蒸汽渦輪機(jī)之前通過
鍋爐被分別加熱至過熱，其中所述鍋爐被設(shè)計(jì)成以使其通過氧氣和燃料的混合物特別是通
過氧氣和碳酸氫鹽的混合物得以加熱。該混合物，還被稱為含氧燃料，當(dāng)其和輸回來的廢氣
(fed bag exhaust a gas) —起被燃燒時(shí)產(chǎn)生85%的水和15%的二氧化碳的混合物。"含
氧燃料"過程給蒸汽渦輪機(jī)的熱力學(xué)循環(huán)較強(qiáng)的約束以使該申請能被有益地應(yīng)用。 本發(fā)明不僅涉及蒸汽渦輪機(jī)、冷凝器以及它們之間的回?zé)崾匠裏崞鞯难b置，而且
還涉及一種操作該裝置的方法。


通過參照本發(fā)明的實(shí)施例的以下描述并與附圖相結(jié)合，本發(fā)明的上述屬性和其他 特征和優(yōu)點(diǎn)以及獲得它們的方法將會顯而易見并且本發(fā)明本身將會得以更好地理解，其 中 圖1表示包含根據(jù)本發(fā)明的裝置的含氧燃料動力裝置的示意性流動圖；
圖2表示包含根據(jù)本發(fā)明的裝置的傳統(tǒng)蒸汽渦輪機(jī)動力裝置的示意性流動圖。
具體實(shí)施例方式
圖1表示在動力裝置設(shè)施2中實(shí)現(xiàn)的根據(jù)本發(fā)明的裝置1的示意性流動圖。動力 裝置設(shè)施2消耗空氣A和燃料F并且產(chǎn)生二氧化碳C02和電能U。 在所述示意圖的左上部的開始處，空氣A進(jìn)入到空氣分離裝置AS，該空氣分離裝 置將N2從氧氣02分離出去并消耗電能P。 02在混合室MC中和C02混合并且進(jìn)入燃料混合 室FMC，在此02和C02的混合物與優(yōu)選由甲烷CH4組成的燃料F混合。從空氣中分離出的氮 氣N2被壓縮并液化，其在圖中沒有示出。 燃料F、氧氣02和二氧化碳C02在FMC中的混合物在壓力為4. 5bar下在鍋爐B中 予以燃燒。燃燒過程的廢氣EG首先除去灰燼中的較大的粒子并且在隨后的分離模塊SM除去灰燼中的微小粒子。在灰燼在分離模塊SM中分離之后，一部分的廢氣EG，其主要是C02， 被輸回到混合室MC，在此其與02混合。廢氣EG的另一部分，其為相應(yīng)的(A，被輸入到冷卻 器和冷凝器模塊CC，在此水H20和熱h被去除了。在隨后的分離器SS中，解算器S被移除 并且剩余的分別被凈化C02的廢氣EG被再次供給給冷卻器C，在此熱h和水H20再次被去 除。最后純凈的(A被壓縮機(jī)CO壓縮，消耗掉能量E。該壓縮后并優(yōu)選液化的(A最后被 存儲在安全的儲存系統(tǒng)中，例如被泵送到山洞中。 鍋爐B加熱給水FW并通過燃燒FMC混合物產(chǎn)生過熱蒸汽SST。給水FW在大約 5. 5bar壓力和100攝氏度下被供給到鍋爐B并且過熱蒸汽SST在大約5. 4bar和540攝氏 度下被所述鍋爐輸送。過熱蒸汽SST進(jìn)入蒸汽渦輪機(jī)STG，該STG驅(qū)動發(fā)電機(jī)G，產(chǎn)生電能 U。在從蒸汽渦輪機(jī)STG出來之后，過熱蒸汽SST具有0. 06bar的壓力和150攝氏度的溫度 并且因此仍過熱。蒸汽渦輪機(jī)的描述被大大簡化并且在大多數(shù)情況下其會包含在不同進(jìn)出 口蒸汽壓力和溫度下運(yùn)行的不只一個(gè)渦輪機(jī)殼。在大多數(shù)情況下，所述鍋爐還會以更加復(fù) 雜的方式予以構(gòu)造并且包含幾個(gè)連接到蒸汽渦輪機(jī)STG的連接裝置，例如用于再次加熱， 特別是中間過熱。 根據(jù)本發(fā)明，從蒸汽渦輪機(jī)STG出來的過熱廢蒸汽SES進(jìn)入到回?zé)崾匠裏崞鱎EDE 中。 在從回?zé)崾匠裏崞鱎EDE出來之后，過熱蒸汽SES變?yōu)閴毫榇蠹s0. 06bar、溫度 為88攝氏度的濕蒸汽WS。進(jìn)入冷凝器CON，該冷凝器是由冷卻劑COL例如水得以冷卻的， 在此所述濕蒸汽冷凝成給水FW。在穿過噴射式冷凝器EC之后所述給水被給水泵FWP泵送 并且在壓力大約為6bar并且溫度大約為30攝氏度下被輸送到回?zé)崾匠裏崞髦小Ｔ诨責(zé)崾?除熱器REDE中，所述給水FW被加熱并被供給到鍋爐B。 過熱的廢蒸汽SES的總質(zhì)量流穿過所述回?zé)崾匠裏崞鱎EDE得以輸送并且和所述 給水FW或給水FW至少一部分流進(jìn)行能量交換。給水流被分成從過熱廢蒸汽SES中接收熱 能的第一流FW1，和繞過回?zé)崾匠裏崞鱎EDE的內(nèi)部熱交換器EX的第二流FW2。分離是通過 控制穿過旁路BY的給水FW的質(zhì)量流量的閥門裝置VA得以實(shí)現(xiàn)的，其中所述旁路BY繞過熱 交換管線EXL。在進(jìn)入所述鍋爐B之前，給水流FW1 、FW2再次混合。閥門裝置FA和給水流 的分支是通過控制單元CU受到控制的，其中所述控制單元CU控制閥門裝置VA的閥門的位 置，這與分別位于回?zé)崾匠裏崞鱎EDE之后和回?zé)崾匠裏崞鱎EDE之前的過熱廢蒸汽SES和 濕蒸汽WS的溫度有關(guān)。而且，控制單元CU控制吹除閥VOV的位置，特別是在起動過程中。
圖2表示包含根據(jù)本發(fā)明的裝置的傳統(tǒng)蒸汽渦輪機(jī)動力裝置的示意性流動圖。根 據(jù)本發(fā)明的裝置和圖1所示的相同并且被點(diǎn)劃線X框住。在該實(shí)施例中，蒸汽渦輪機(jī)STG包 含兩個(gè)渦輪機(jī)殼體IP、LP，其中第一殼體IP中的平均壓力高于第二殼體LP中的平均壓力。 從第二殼體LP出來的蒸汽SES被加熱至過熱。圖2還以比圖1更復(fù)雜的方式示出鍋爐B， 其描述仍被簡化。 空氣A和燃料F進(jìn)入鍋爐B并且在幾個(gè)階段ST1到ST6中被燃燒，產(chǎn)生熱和廢氣 C02并且還包含其他化學(xué)成分，其中所述化學(xué)成分在大多數(shù)情況下是例如不希望的酸性物。 鍋爐B中的溫度從階段一 ST1的最高溫度降低到階段六ST6的最低溫度。階段六ST6作 為給水FW的預(yù)熱器運(yùn)行，階段四和五ST5作為蒸汽發(fā)電機(jī)得以運(yùn)行，在此所述預(yù)熱給水FW 蒸發(fā)。蒸發(fā)后的給水FW進(jìn)入階段一 ST1并被過熱到可用的最高溫度并且在之后進(jìn)入到第
5一渦輪機(jī)殼IP。在第一殼體IP中將熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能之后，廢蒸汽IPS進(jìn)入鍋爐B的階段二 ST2，在此它被再次加熱。最終再次加熱的蒸汽REST具有大約426bar的壓力和大約500-560攝氏度的溫度。再次加熱后的蒸汽REST在過熱條件下進(jìn)入第二渦輪機(jī)殼體LP并且被膨脹以產(chǎn)生機(jī)械能，該機(jī)械能通過發(fā)電機(jī)GEN轉(zhuǎn)化為電能U。從第二渦輪機(jī)殼體LP出來的蒸汽是過熱的廢蒸汽SES，并進(jìn)入如前所述回?zé)崾匠裏崞鱎eDe。 當(dāng)對圖1中的實(shí)施例的補(bǔ)充，圖2表示給水FW以大于70-90攝氏度的溫度離開回
熱式除熱器并且進(jìn)入除氣器DEAE中，在此所述給水FD被分別脫氣并從雜質(zhì)氣體得以凈化。
該氣體是通過使用來自階段五ST5的蒸汽以加熱給水，從給水得以煅燒出來的。 盡管本發(fā)明已被描述為具有優(yōu)選的設(shè)計(jì)，但是在本披露的精神和范圍內(nèi)可以進(jìn)行
進(jìn)一步地修改。該申請因此目的在于使用其總的原理涵蓋本發(fā)明的任何變化、用途或采用。
而且，該申請目的在于涵蓋那些背離本披露內(nèi)容但與本發(fā)明有關(guān)的本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的已知或
客戶實(shí)踐一起出現(xiàn)的那些內(nèi)容。
權(quán)利要求
一種具有至少一個(gè)蒸汽渦輪機(jī)(STG)和一個(gè)冷凝器(CON)的裝置(1)，其特征在于在所述蒸汽渦輪機(jī)(STG)和所述冷凝器(CON)之間的蒸汽流中布置有回?zé)崾匠裏崞?REDE)，通過該回?zé)崾匠裏崞鳎瑥乃稣羝麥u輪機(jī)出來的蒸汽(過熱的廢蒸汽SES)在進(jìn)入所述冷凝器(CON)之前被冷卻，并且通過該回?zé)崾匠裏崞鹘o水(FW)流被加熱。
2. 如權(quán)利要求l的裝置(l)，其特征在于，從蒸汽渦輪機(jī)出來的蒸汽(過熱的廢蒸汽SES)的總質(zhì)量流進(jìn)入所述回?zé)崾匠裏崞?REDE)。
3. 如權(quán)利要求1或2的裝置(l)，其特征在于，從所述蒸汽渦輪機(jī)(STG)出來的蒸汽(過熱的廢蒸汽SES)被過熱。
4. 如權(quán)利要求l-3中任一項(xiàng)的裝置(l)，其特征在于，平行于回?zé)崾匠裏崞?REDE)，布置用于所述給水(FW)流的至少一個(gè)旁路(BY)，以使給水能繞過回?zé)崾匠裏崞?REDE)的換熱器(EX)并且不參與給水(FW)和從所述蒸汽渦輪機(jī)(STG)出來的蒸汽(過熱的廢蒸汽SES)之間的能量交換。
5. 如權(quán)利要求4的裝置(l)，其特征在于，至少一個(gè)閥門(閥門裝置VA)被布置在所述旁路管線(BY)和進(jìn)入到所述回?zé)崾匠裏崞?REDE)的給水(FW)流之間的相交處，通過所述閥門，進(jìn)入到所述回?zé)崾匠裏崞?REDE)的給水(FW)流和繞過所述回?zé)崾匠裏崞?REDE)的給水(FW)流之間的比例能得到控制。
6. 如權(quán)利要求5的裝置(l)，其特征在于控制單元(CU)，該控制單元被設(shè)計(jì)成根據(jù)蒸汽渦輪機(jī)(STG)的出口和冷凝器(CON)入口之間的蒸汽的溫度來控制進(jìn)入到回?zé)崾匠裏崞?REDE)和繞過所述回?zé)崾匠裏崞?REDE)的給水流(FW1，F(xiàn)W2)之間的比例。
7. 如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的裝置，具有鍋爐(B)，通過該鍋爐，給水(FW)在進(jìn)入到蒸汽渦輪機(jī)(STG)之前分別被加熱、被過熱，其中鍋爐(B)被設(shè)計(jì)成以使該鍋爐被氧氣(02)和燃料(F)的混合物，特別是氧氣(02)和碳酸氫鹽的混合物被加熱的。
8. —種用于操作具有蒸汽渦輪機(jī)(STG)和冷凝器(CON)的裝置(1)的方法，其特征在于，回?zé)崾匠裏崞?REDE)被用來冷卻從所述蒸汽渦輪機(jī)(STG)出來的蒸汽，同時(shí)使用蒸汽(過熱的廢蒸汽SES)的熱能加熱回?zé)崾匠裏崞?REDE)中的給水。
9. 如權(quán)利要求8的方法，其特征在于，從蒸汽渦輪機(jī)(STG)出來的過熱蒸汽(過熱的廢蒸汽SES)的總質(zhì)量流進(jìn)入所述回?zé)崾匠裏崞?REDE)。
10. 如權(quán)利要求8或9的方法，其特征在于，從蒸汽渦輪機(jī)(STG)出來的過熱蒸汽(過熱的廢蒸汽SES)被過熱。
11. 如前述權(quán)利要求8到10中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，從連接到回?zé)崾匠裏崞?REDE)的給水(FW)管線到回?zé)崾匠裏崞?REDE)，設(shè)置了旁路(BY)管線，通過該旁路管線，至少一部分的給水(FW)流繞過所述回?zé)崾匠裏崞?REDE)。
12. 如權(quán)利要求ll的方法，其特征在于，進(jìn)入到回?zé)岢裏崞?REDE)的給水(FW)和繞過回?zé)岢裏崞?RE啦的給水(FW)之間的閥門(閥門裝置VA)是根據(jù)蒸汽渦輪機(jī)(STG)的出口和冷凝器(CON)的入口之間的蒸汽溫度(T1、T2)得以控制的。
13. 如前述權(quán)利要求8到12中任一項(xiàng)的方法，其特征在于，進(jìn)入到蒸汽渦輪機(jī)(STG)的蒸汽(過熱的廢蒸汽SES)是使用氧氣(02)和燃料(F)的混合物，特別是氧氣(02)和碳酸氫鹽的混合物被加熱的。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有至少一個(gè)蒸汽渦輪機(jī)(STG)和一個(gè)冷凝器(CON)的裝置(1)。另外，其涉及一種用于操作該裝置的方法。本發(fā)明的目的是即使在廢熱的熱力學(xué)參數(shù)不合適的情況下增加效率。為了解決該問題，建議回?zé)崾匠裏崞?REDE)布置在所述蒸汽渦輪機(jī)(STG)和所述冷凝器(CON)之間的蒸汽流中，通過該回?zé)崾匠裏崞?，從所述蒸汽渦輪機(jī)出來的蒸汽(過熱的廢蒸汽SES)在進(jìn)入所述冷凝器(CON)之前被冷卻并且通過該回?zé)崾匠裏崞骷訜峤o水(FW)流。
文檔編號F01K7/38GK101720381SQ200880010183
公開日2010年6月2日 申請日期2008年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月30日
發(fā)明者勞倫斯·霍夫曼, 尤多·蒂爾克, 斯科特·瑪卡德姆 申請人:西門子公司