循環(huán)流化床鍋爐裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及鍋爐裝置(1)，其包括：-循環(huán)流化床鍋爐(5)，其中使用燃燒來生成蒸汽，-高壓渦輪機(jī)(2)，在所述鍋爐(5)中生成的蒸汽進(jìn)入其中，-中壓渦輪機(jī)(3)，將來自所述高壓渦輪機(jī)(2)的蒸汽供應(yīng)到其中，其特征在于，所述裝置(1)還包括用于將來自在所述高壓渦輪機(jī)(2)上游流動的蒸汽的熱傳遞到在所述高壓渦輪機(jī)(2)和所述中壓渦輪機(jī)(3)之間流動的蒸汽的換熱器。
【專利說明】循環(huán)流化床鍋爐裝置
[0001]本發(fā)明涉及循環(huán)流化床(CFB)鍋爐裝置，其包括固態(tài)粒子在其中流化且化學(xué)反應(yīng)和/或燃燒反應(yīng)可在其中發(fā)生的反應(yīng)器。循環(huán)流化狀況增強(qiáng)粒子的混合以及潛在的放熱或吸熱化學(xué)反應(yīng)。
[0002]如果使用多個流化爐柵，則常規(guī)流化床鍋爐的爐子由四個外部側(cè)壁、底部和爐頂及潛在的內(nèi)壁限定，確保與外部的密封。所有這些壁構(gòu)成塵密外殼，包括燃料的固態(tài)粒子在其中流化。所述爐外殼通常用由薄壁管形成的氣密面板制成。將從燃料的燃燒釋放的熱傳遞到在這些管內(nèi)部流動的水或蒸汽以及讓這些管冷卻。
[0003]將空氣引入爐中以使固態(tài)粒子流化并且?guī)砣紵枰难鯕??？墒褂脙蓚€空氣流。一次空氣主要用于使粒子流化，流經(jīng)構(gòu)成爐子的底部的流化爐柵。二次空氣為完全燃燒所需要的另外空氣且如果爐子的底部部分包括雙重流化爐柵且其形狀可描述為褲腿的話，二次空氣經(jīng)位于外部側(cè)壁和/或內(nèi)壁之上的多個開口引入。
[0004]另外的加熱表面位于爐子中和/或位于放置在爐子外部的外部裝置中。例如流化床換熱器(FBHE)的外部裝置供應(yīng)有熱循環(huán)固體，這些熱循環(huán)固體被旋風(fēng)分離器捕集并直接經(jīng)由多個管路或經(jīng)安裝換熱器的裝置返回爐子，這允許燃燒釋放的熱到達(dá)循環(huán)固體，以便傳遞到水或蒸汽系統(tǒng)。其他另外的換熱器位于煙氣路徑上并構(gòu)成余熱回收鍋爐。煙氣通常從在爐子出口處的溫度800-950°C冷卻到300-350°C，之后進(jìn)入空氣預(yù)熱器。
[0005]當(dāng)增加鍋爐的熱容量以便發(fā)電時，改變水和蒸汽循環(huán)以改善發(fā)電站的總熱效率。第一步驟將是研發(fā)單一再加熱系統(tǒng)。在高壓(HP)渦輪機(jī)排氣處的蒸汽經(jīng)過鍋爐的一個或多個換熱器以便再加熱到高溫，之后進(jìn)料到中壓-低壓(MP-LP)渦輪機(jī)。該基本工藝流程圖在寬范圍的蒸汽參數(shù)，即操作壓力和蒸汽溫度下使用?，F(xiàn)今，在鍋爐出口處高達(dá)600°C的蒸汽溫度以及300巴的操作壓力是最大發(fā)電站的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)。
[0006]不管蒸汽參數(shù)如何，兩個隨后的操作條件都對發(fā)電站的總熱效率具有一定的影響。用于控制在額定溫度下最終再熱蒸汽溫度的噴淋注水在噴淋水流增加1%的主蒸汽流時引起總工廠熱耗通常衰減0.2%。再加熱系統(tǒng)的從HP渦輪機(jī)排氣到MP渦輪機(jī)入口的壓降也影響著總工廠熱耗。該壓降通常接近HP渦輪機(jī)排氣處的蒸汽壓力的8-10%。當(dāng)該壓降從8%增加到10%時，總工廠熱耗增加0.2%。
[0007]關(guān)注于這兩個驅(qū)動因素(driver)，鍋爐制造商已經(jīng)研發(fā)了許多配置來基于經(jīng)濟(jì)性盡可能地降低這兩個參數(shù)。研發(fā)了許多配置來實(shí)現(xiàn)不用噴淋水如分流旁通(splitback-pass)、外部裝置如FBHE或蒸汽旁路。在第一構(gòu)造中，分流旁通裝備有用于平衡兩個單獨(dú)路徑之間的煙氣的控制擋板。隨后將煙氣在其中設(shè)有再熱換熱器的路徑中調(diào)整以實(shí)現(xiàn)零噴淋水流。該系統(tǒng)有時在商業(yè)上并不被消費(fèi)者認(rèn)可，因?yàn)榇嬖诟呋曳置焊咚倌p控制擋板系統(tǒng)的危險。
[0008]在外部裝置的情況下，將一個或多個再熱換熱器安裝到外部裝置中。熱敏傳感器且因此最終蒸汽溫度通過改變流經(jīng)外部裝置的固體流量來控制。固體流量的控制可用控制閥或任何其他系統(tǒng)完成。所有這些系統(tǒng)都需要適當(dāng)?shù)恼羝麎航狄栽试S安全且成本有效的材料選擇。還使用蒸汽旁路，但是如果發(fā)生操作條件的一些偏差，可能導(dǎo)致高壓降。
[0009]因此，本發(fā)明的一個目的在于提供解決上述問題的循環(huán)流化床鍋爐裝置。
[0010]上述目的通過鍋爐裝置完成，所述鍋爐裝置包括:
-循環(huán)流化床鍋爐，其中使用燃燒來生成蒸汽，
-高壓渦輪機(jī)，在所述鍋爐中生成的蒸汽進(jìn)入其中，
-中壓渦輪機(jī)，來自所述高壓渦輪機(jī)的蒸汽供應(yīng)到其中。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的裝置還包括用于將來自在所述高壓渦輪機(jī)上游流動的蒸汽的熱傳遞到在所述高壓渦輪機(jī)和所述中壓渦輪機(jī)之間流動的蒸汽的換熱器。
[0012]因此，通過控制從所述高壓蒸汽傳遞到所述低壓蒸汽的熱量，可以在沒有任何注水的情況下且在所述HP渦輪機(jī)排氣和所述MP渦輪機(jī)入口之間的低壓降的情況下控制在所述中壓渦輪機(jī)的入口處蒸汽的溫度。
[0013]所述裝置可包括用于控制進(jìn)入所述換熱器的蒸汽流量的控制設(shè)備。
[0014]所述控制設(shè)備可包括安裝在用于將在所述鍋爐中生成的蒸汽導(dǎo)引到所述換熱器中的管道上的閥門和安裝在用于將在所述鍋爐中生成的蒸汽導(dǎo)引到所述換熱器下游的管道上的閥門。
[0015]所述裝置可包括用于控制作為在所述換熱器中傳遞的熱的函數(shù)的在所述中壓渦輪機(jī)的入口處的蒸汽的溫度的溫度控制設(shè)備。
[0016]可將離開所述高壓渦輪機(jī)的蒸汽在至少一個再熱器中再加熱，之后將其供應(yīng)到所述中壓渦輪機(jī)。
[0017]在所述高壓渦輪機(jī)上游流動(即，進(jìn)入所述換熱器)的蒸汽的溫度可為450-600°C，優(yōu)選為500-600°C，而位于所述高壓渦輪機(jī)和所述中壓渦輪機(jī)之間(S卩，進(jìn)入所述換熱器)的蒸汽的溫度可為300-500°C，優(yōu)選為300-450°C、300-400°C、400-50(rC、400-450°C或 450-500°C。
[0018]所述裝置優(yōu)選不包括用以控制再熱蒸汽溫度的任何注水設(shè)備。
[0019]本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將從僅作為非限制性實(shí)施例給出的本發(fā)明的實(shí)施方案的以下描述并參考附圖而顯而易見，其中:
圖1為根據(jù)本發(fā)明的裝置的示意圖；及圖2為所述裝置的局部視圖。
[0020]在典型的蒸汽渦輪機(jī)發(fā)電站中，蒸汽發(fā)生器如鍋爐生成蒸汽，該蒸汽經(jīng)由多個進(jìn)汽閥門提供到高壓(HP)渦輪機(jī)。離開高壓渦輪機(jī)的蒸汽在常規(guī)再熱器中再加熱，之后將其供應(yīng)到較低壓力的渦輪機(jī)，將來自較低壓力的渦輪機(jī)的廢氣引導(dǎo)到冷凝器中，排出蒸汽在其中轉(zhuǎn)化成水并供應(yīng)到鍋爐以完成循環(huán)。典型的發(fā)電站系統(tǒng)將采用一個或多個HP渦輪機(jī)、中壓(MP)渦輪機(jī)和低壓(LP)渦輪機(jī)。各渦輪機(jī)通常被連接從而以恒定速度驅(qū)動同步電力發(fā)生器，以生成電力，電氣經(jīng)傳輸線路傳輸?shù)礁鞣N使用者的。
[0021]舉例來說，圖1示出了化石燃燒的單一再熱蒸汽渦輪機(jī)發(fā)生器單元的簡化方框圖。渦輪機(jī)系統(tǒng)I包括以高壓(HP)渦輪機(jī)2和至少一個或多個較低壓力的渦輪機(jī)形式的多個渦輪機(jī)，在圖1的情況下，所述較低壓力的渦輪機(jī)包括中壓(MP)和低壓(LP)渦輪機(jī)3。這些渦輪機(jī)連接到共用的軸以驅(qū)動發(fā)電機(jī)4，發(fā)電機(jī)4為諸如電網(wǎng)的負(fù)載(未圖示)供應(yīng)電力。
[0022]為由化石燃料操作的循環(huán)流化床鍋爐5的蒸汽產(chǎn)生系統(tǒng)產(chǎn)生蒸汽，將該蒸汽加熱到恰當(dāng)?shù)牟僮鳒囟炔⒁龑?dǎo)通過管道6，到達(dá)高壓渦輪機(jī)2，蒸汽流量通過一組進(jìn)汽閥門控制。
[0023]將經(jīng)高壓渦輪機(jī)排氣出口和蒸汽管道7離開高壓渦輪機(jī)2的蒸汽引導(dǎo)到一個或多個再熱器Rh、Ri> Ri+1 (如在圖2中圖示)且此后例如在閥門配置的控制之下經(jīng)蒸汽管道7提供到中壓渦輪機(jī)3。此后，將來自MP-LP渦輪機(jī)3的廢氣經(jīng)蒸汽管道9提供到冷凝器8并使其轉(zhuǎn)化成水。該水經(jīng)包括水管10、低壓管道11、水管12、再熱器13、水管14、鍋爐進(jìn)水容器15、水管16、高壓泵17、水管18、再熱器19和水管20的路徑提供返回到鍋爐5。雖然沒有圖示，但在回流線路中通常提供水處理設(shè)備以維持水的精確化學(xué)平衡和高純度。
[0024]如在圖2中圖示，根據(jù)本發(fā)明的裝置包括用于在位于高壓渦輪機(jī)上游的蒸汽與位于高壓渦輪機(jī)和中壓渦輪機(jī)之間的蒸汽之間交換熱的換熱器Ri, Si+1。
[0025]S為供應(yīng)有高壓蒸汽，即來自鍋爐的蒸汽且位于高壓渦輪機(jī)上游的換熱器Ri, Si+1的蒸汽路徑，而R為供應(yīng)有低壓，即來自高壓渦輪機(jī)的蒸汽且位于中壓渦輪機(jī)上游的換熱器Ri，Si+1的蒸汽路徑。
[0026]除了換熱器Ri, Si+1之外，蒸汽路徑S可包括其他換熱器S1、Si+2、...Sn且蒸汽路徑R可包括其他再熱器Rh、Ri+1、...Rn。
[0027]在最后熱再熱器Rn的出口處的蒸汽溫度通過調(diào)整在換熱器Ri, Si+1中的熱敏傳感器來控制。傳遞的熱量通過用控制閥Va、Vb調(diào)節(jié)流經(jīng)Si+1蒸汽路徑的高壓蒸汽來控制。閥門Vb安裝在用于將在鍋爐中生成的蒸汽導(dǎo)引到換熱器Ri, Si+1的管道上，且閥門Va安裝在用于將在鍋爐中生成的蒸汽導(dǎo)引到換熱器下游的管道上。
[0028]無論控制閥門開啟與否，低壓蒸汽路徑R的壓降都是恒定的。
[0029]所述裝置優(yōu)選包括用于將在高壓渦輪機(jī)上游的蒸汽的溫度設(shè)定到500-600°C的值且用于將位于高壓渦輪機(jī)和中壓渦輪機(jī)之間的蒸汽的溫度設(shè)定到400-500°C的值的溫度控制設(shè)備。這些具體的溫度范圍以及在高壓渦輪機(jī)上游的蒸汽的溫度的均勻性使得可以設(shè)計換熱器Ri, Si+1，在HP渦輪機(jī)排氣和MP渦輪機(jī)入口之間的壓降非常低。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的裝置在連續(xù)穩(wěn)定操作期間不需要提供噴淋水并且且盡管在操作條件方面可能有偏差仍獲得低壓降。
【權(quán)利要求】
1.鍋爐裝置(1)，其包括: -循環(huán)流化床鍋爐(5)，其中使用燃燒來生成蒸汽， -高壓渦輪機(jī)(2)，在所述鍋爐(5)中生成的蒸汽進(jìn)入其中， -中壓渦輪機(jī)(3)，來自所述高壓渦輪機(jī)(2)的蒸汽供應(yīng)到其中， 其特征在于，所述裝置(I)還包括用于將來自在所述高壓渦輪機(jī)(2)上游流動的蒸汽的熱傳遞到在所述高壓渦輪機(jī)(2)和所述中壓渦輪機(jī)(3)之間流動的蒸汽的換熱器(Ri, Si+1)。
2.權(quán)利要求1的裝置(I)，其特征在于，其包括用于控制進(jìn)入所述換熱器(Ri,Si+1)的蒸汽流量的控制設(shè)備。
3.權(quán)利要求2的裝置(I)，其特征在于，所述控制設(shè)備包括安裝在用于將在所述鍋爐中生成的蒸汽導(dǎo)引到所述換熱器(Ri，Si+1)的管道上的閥門(Vb)和安裝在用于將在所述鍋爐中生成的蒸汽導(dǎo)引到所述換熱器(Ri，Si+1)下游的管道上的閥門(Va)。
4.權(quán)利要求2或3的裝置(I)，其特征在于，其包括用于控制作為在所述換熱器中傳遞的熱的函數(shù)的在所述中壓渦輪機(jī)(3)的入口處的蒸汽的溫度的溫度控制設(shè)備。
5.權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)的裝置(I)，其特征在于，將離開所述高壓渦輪機(jī)(2)的蒸汽在至少一個再熱器中再加熱，之后將其供應(yīng)到所述中壓渦輪機(jī)(3)。
6.權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)的裝置(I)，其特征在于，在所述高壓渦輪機(jī)(2)上游流動的所述蒸汽的溫度為500-600°C，而位于所述高壓渦輪機(jī)(2)和所述中壓渦輪機(jī)(3)之間的蒸汽的溫度為300-450°C。
【文檔編號】F01K7/24GK104246152SQ201380017178
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月28日
【發(fā)明者】恩奧特 C., 德雷斯勒 P., 高維勒 P. 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司