專利名稱：蒸汽發(fā)電廠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有至少一個蒸汽透平和一個點(diǎn)火燃燒的蒸汽發(fā)生器的蒸汽發(fā)電廠。
在已知的蒸汽發(fā)電廠中，用于蒸汽透平的工作蒸汽通常在一點(diǎn)火燃燒的蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生，其中，在熱燃?xì)?heiβgas)中包含的熱量被送往一個或多個熱交換器，如果向這些熱交換器添加水，則可以通過加熱水來產(chǎn)生工作蒸汽，或者向這些熱交換器輸入蒸汽，則可以借助于一后面提到的熱交換器達(dá)到過熱所述蒸汽；這樣一種過熱在已知的蒸汽透平中例如在蒸汽透平的高壓級與中壓級之間進(jìn)行，其中，離開高壓級的蒸汽借助于一個安置在所述蒸汽發(fā)生器中的中間過熱器加熱面被過熱以及被送往所述中壓級。
這種對蒸汽的中間過熱例如有助于使蒸汽透平達(dá)到更高的效率。
在已知的蒸汽發(fā)電廠中輸入熱能，以便借助于熱交換器面產(chǎn)生蒸汽和/或用于中間過熱蒸汽，這些熱交換器面安置在所述點(diǎn)火燃燒的蒸汽發(fā)生器中，例如安置在一個燃燒煤炭或油或生物材料或者統(tǒng)稱為礦物燃料的或核能燃燒的蒸汽鍋爐中以及與在蒸汽發(fā)生器中導(dǎo)引的熱燃?xì)饨佑|。被加熱的熱交換器面又將其熱能傳遞給在由熱交換器面構(gòu)成的熱交換體內(nèi)流通的水和/或蒸汽。也就是說，這種加熱是借助于將熱燃?xì)獾臒崃總鬟f到熱交換器面上以及從熱交換器面?zhèn)鬟f到要加熱的介質(zhì)上來實(shí)現(xiàn)的。
因?yàn)閷τ诂F(xiàn)有技術(shù)中已知的裝入到公知的蒸汽發(fā)電設(shè)備的蒸汽發(fā)生器內(nèi)的熱交換器而言，是借助于通過熱燃?xì)饧訜岬臒峤粨Q器面的材料來將熱燃?xì)獾臒崮軅鬟f到所述待加熱的介質(zhì)上，因此，能夠傳遞到所述待加熱的介質(zhì)、例如水和/或蒸汽的熱能量受到所述熱交換器面的材料特性的限制。
因此在已知的蒸汽發(fā)電設(shè)備中要限定所允許的蒸汽溫度，因?yàn)閭鬟f熱能的熱交換器面基于其材料特性以及與此相關(guān)的所承受的熱負(fù)荷極限不可能被加熱到任意高的溫度。
另外，熱燃?xì)獾臒崃肯蛩龃訜岬慕橘|(zhì)的傳遞遭受一延遲，這主要由所述熱交換器面所需的加熱變暖時間引起的。
因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種帶有至少一個蒸汽透平和一個點(diǎn)火燃燒的蒸汽發(fā)生器的蒸汽發(fā)電廠，該蒸汽發(fā)電廠可靈活地應(yīng)用并尤其可克服現(xiàn)有技術(shù)中所提到的缺點(diǎn)。
上述技術(shù)問題通過一種包括至少一個蒸汽透平和一個點(diǎn)火燃燒的蒸汽發(fā)生器的蒸汽發(fā)電廠得以解決，按照本發(fā)明，沿蒸汽流的方向在所述蒸汽透平的一個第一透平級之后且在一個第二透平級之前安置一燃燒室以及所述蒸汽流在該燃燒室中可通過與一種可在該燃燒室中產(chǎn)生的熱燃?xì)饣旌媳患訜帷?br> 在此，本發(fā)明基于下述思想，即，如果放棄采用一熱交換器面向一種待加熱的介質(zhì)傳遞熱能，則從一種熱燃?xì)庀蛩龃訜岬慕橘|(zhì)的熱能傳遞與現(xiàn)有技術(shù)相比更少地受到限制。
這在本發(fā)明中通過將所述待加熱的蒸汽流直接導(dǎo)入到一燃燒室中以及在那里與所述熱燃?xì)庵苯踊旌蟻磉_(dá)到。
這種按照本發(fā)明的內(nèi)部輔助燃燒可以沿蒸汽流方向在蒸汽發(fā)生器之后以及蒸汽透平之前就可被用于過熱新鮮蒸汽或者過熱那些已將其部分能量傳遞給一個透平級并且在經(jīng)過按照本發(fā)明的過熱后向另一個透平級傳輸?shù)恼羝?br> 與現(xiàn)有技術(shù)相比，借助于按照本發(fā)明的蒸汽發(fā)電廠可達(dá)到更高的蒸汽溫度，高的蒸汽溫度有助于蒸汽發(fā)電廠達(dá)到更高的效率。
在按照本發(fā)明的蒸汽發(fā)電廠中，如果關(guān)掉所述借助于燃燒室實(shí)現(xiàn)的輔助燃燒器或當(dāng)其失效時，則該蒸汽發(fā)電廠仍可以如一個已公知的蒸汽發(fā)電廠那樣繼續(xù)運(yùn)行。
可有利地向所述燃燒室輸送氫氣和/或一種碳?xì)浠衔铩⒂绕涫羌淄樽鳛槿剂稀?br> 所述燃料尤其包括碳和/或氫。
采用氫氣作為燃料首先具有的優(yōu)點(diǎn)是，倘若象經(jīng)常那樣通過燃料重整或汽化從一種碳?xì)浠衔镏兄瞥蓺錃?，則附帶生成的二氧化碳早在制造氫氣期間就可在對碳?xì)浠旌衔镞M(jìn)行重整改造或汽化時以相對較少的能量消耗被抑制，由此從一開始就避免了在蒸汽透平和/或蒸汽發(fā)電廠的其他部件內(nèi)部形成酸性的蒸汽混合物。
為了實(shí)現(xiàn)燃燒室內(nèi)有特別好的燃燒，可有利地向所述點(diǎn)火燃燒裝置輸送一種含氧的氣體、尤其是純氧氣和/或空氣，以形成一種燃燒氣氛。
本發(fā)明的這種實(shí)施方式考慮到這樣的要求，即，只能在一種適當(dāng)?shù)娜紵龤夥罩袑?shí)現(xiàn)燃燒一種燃料。借助于輸入純氧氣可以達(dá)到特別有效的燃燒，因?yàn)榧冄鯕馀c空氣相比不含有其他的防礙燃燒的成分，有時在燃燒前必須例如在一空氣分離裝置中將這些成分分離出來，以便創(chuàng)造一種適合的燃燒氣氛。
在本發(fā)明的另一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，可借助于一連接在所述蒸汽透平之后的冷凝器從所述蒸汽流中分離取出所產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物。
在實(shí)際上所有的燃燒過程中都產(chǎn)生大多必須排出的燃燒產(chǎn)物，因?yàn)檫@些燃燒產(chǎn)物尤其在經(jīng)過較長的運(yùn)行時間后可能沉積在燃燒室或其他部件中并且限制它們的功能。
如果在按照本發(fā)明的蒸汽發(fā)電廠中例如在一種純氧氣的氣氛中燃燒作為燃料的碳?xì)浠衔?，則燃燒產(chǎn)物至少包括水和二氧化碳。這些燃燒產(chǎn)物被所述蒸汽流一起攜帶以及被導(dǎo)向所述冷凝器。在已知的蒸汽發(fā)電廠中大多數(shù)本身就設(shè)有一個冷凝器，因此在本發(fā)明中并不一定必須要設(shè)置另一個適合于獲取所述燃燒產(chǎn)物的單獨(dú)的冷凝器。
在冷卻所述含有水與二氧化碳的混合物形式的燃燒產(chǎn)物的蒸汽時，水成分基本上被冷凝以及剩余的幾乎是純的氣體形式的二氧化碳，二氧化碳可以從冷凝器中獲取以及例如儲存起來。
如已經(jīng)提到的那樣，在采用借助于重整或汽化碳?xì)浠衔镏瞥傻臍錃庾鳛槿剂蠒r，附帶生成的二氧化碳已經(jīng)在將燃料輸入到燃燒室中之前就被提取出來，因此在這種情況下在燃燒時實(shí)際上作為燃燒產(chǎn)物不會產(chǎn)生二氧化碳。
借助于本發(fā)明蒸汽發(fā)電廠的燃燒室實(shí)現(xiàn)的內(nèi)部輔助燃燒器在蒸汽透平運(yùn)行期間可以很快地被提供應(yīng)用。為此，只需要點(diǎn)燃輸入到燃燒室中的燃料即可；這尤其取消了已知的熱交換器面的預(yù)熱時間。
另外，一個按照本發(fā)明的蒸汽發(fā)電廠所具有的優(yōu)點(diǎn)在于，并不一定要借助于一單獨(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)槿紵a(chǎn)物可以被蒸汽流攜帶以及在蒸汽循環(huán)的其他地方、例如所提到的冷凝器處被分離出。此外，通過本發(fā)明可達(dá)到一更高的蒸汽溫度，而不必改變蒸汽發(fā)生器的設(shè)計(jì)。
尤其是可以采用一按照本發(fā)明的蒸汽發(fā)電廠在用電高峰時間提供電能或者用于支持一供電網(wǎng)的電網(wǎng)頻率；一按照本發(fā)明的蒸汽發(fā)電廠提供了一種快速功率調(diào)節(jié)的方法以及可以極靈活地應(yīng)用。
下面詳細(xì)闡述本發(fā)明的一種實(shí)施方式。
附

圖1表示一種按照本發(fā)明的蒸汽發(fā)電廠。
在附圖中示出了一種按照本發(fā)明的蒸汽發(fā)電廠，其包括與一臺發(fā)電機(jī)21連接的蒸汽透平3以及一點(diǎn)火燃燒的蒸汽發(fā)生器5。
蒸汽透平3是三級式結(jié)構(gòu)以及具有一個第一透平級11、一個第二透平級13和一個第三透平級15，它們分別設(shè)計(jì)為高壓級、中壓級以及低壓級。
在附圖所示的實(shí)施方式中，蒸汽發(fā)生器5涉及一種燃燒煤炭27的鍋爐，為了保持煤炭燃燒向該鍋爐輸送燃燒用空氣29。
在蒸汽發(fā)生器5中在其熱端部區(qū)域中安置一加熱面37以及在一較低溫度的區(qū)域內(nèi)安置一中間過熱器加熱面35。
所述加熱面37用于在蒸汽發(fā)生器5中這樣加熱來自一供水容器23的供應(yīng)水24，即，可將工作蒸汽導(dǎo)向所述第一透平級11。
在第一透平級11中部分膨脹做功之后，蒸汽借助于所述中間過熱器加熱面35被中間過熱。蒸汽流17沿方向9從中間過熱器加熱面35出來后被導(dǎo)向一點(diǎn)火燃燒裝置。在此，蒸汽流17在一燃燒室19中借助于一種燃料33以及添加氧氣31被加熱，此時，蒸汽流17在燃燒室19中與所述在該燃燒室19中燃燒燃料33時產(chǎn)生的熱燃?xì)饣旌稀?br> 因此，從熱燃?xì)獾秸羝?7的熱傳遞直接通過混合來完成，為了熱傳導(dǎo)不需要采用一種材料、例如一種熱交換器面。
代替氧氣31，也可以采用空氣來形成一種適合的燃燒氣氛，其中，必要時在將空氣導(dǎo)入到燃燒室之前借助于一空氣分離裝置分離成氧氣和剩余氣體。
例如可以采用碳?xì)浠衔?、尤其是甲烷或氫氣作為燃?3。
將借助于燃燒室19加熱的蒸汽流17導(dǎo)向所述第二透平級13，在那里蒸汽流17至少將其內(nèi)部含有的能量部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械功。該如此繼續(xù)膨脹做功后的蒸汽隨后離開該第二透平級13被導(dǎo)向所述第三透平級15，在那里將在蒸汽中還存留的能量盡可能良好地轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。
所述膨脹作功的蒸汽以水-蒸汽的混合物形式離開所述第三透平級15以及被導(dǎo)向一冷凝器25，在那里所述還存在的蒸汽成分被冷凝成水。
這種在冷凝器25中收集起來的水作為冷凝液26輸送到所述供水容器23。
可以從冷凝器25中提取出在燃燒室19中燃燒時所產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物39。
因?yàn)樵谌紵?9中的燃燒發(fā)生在蒸汽流17內(nèi)部，因此，燃燒產(chǎn)物39被蒸汽流17帶入蒸汽循環(huán)中，并按照本發(fā)明的實(shí)施方式隨后從冷凝器25中提取出。
如果例如將一種碳?xì)浠衔镒鳛槿剂?3與氧氣31一起燃燒，則所述燃燒產(chǎn)物39包括水和二氧化碳。該水-二氧化碳的混合物被所述蒸汽流17一起攜帶以及可以從冷凝器25中提取，這是因?yàn)樵谒?二氧化碳的混合物被冷卻時，其中的水成分在很大程度上被冷凝以及幾乎純氣體形式的二氧化碳作為氣體存留，接下來就可以將二氧化碳排出并且例如儲存起來。
權(quán)利要求
1.一種蒸汽發(fā)電廠(1)，其包括至少一個蒸汽透平(3)和一個點(diǎn)火燃燒的蒸汽發(fā)生器(5)，其特征為一燃燒室(7)沿蒸汽流(17)的方向(9)安置在所述蒸汽透平(3)的一個第一透平級(11)之后且在一個第二透平級(13)之前，以及，所述蒸汽流(17)在該燃燒室(19)中可通過與一種可在該燃燒室(19)中產(chǎn)生的熱燃?xì)饣旌媳患訜帷?br> 2.按照權(quán)利要求1所述的蒸汽發(fā)電廠(1)，其特征為可向所述點(diǎn)火燃燒裝置(7)輸送氫氣和/或一種碳?xì)浠衔?、尤其是甲烷作為燃?33)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的蒸汽發(fā)電廠(1)，其特征為為了在所述燃燒室(19)中形成一種燃燒氣氛，可向所述點(diǎn)火燃燒裝置(7)輸送一種含氧的氣體、尤其是純氧氣(31)和/或空氣。
4.按照權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的蒸汽發(fā)電廠(1)，其特征為借助于一連接在所述蒸汽透平(3)之后的冷凝器(25)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
一種按照本發(fā)明的蒸汽發(fā)電廠(1)包括至少一個蒸汽透平(3)和一個點(diǎn)火燃燒的蒸汽發(fā)生器(5)，其中，沿蒸汽流(17)的方向(9)在該蒸汽透平(3)的一個第一透平級(11)之后且在一個第二透平級(13)之前安置一燃燒室(19)以及所述蒸汽流(17)在該燃燒室(19)中可通過與一種可在該燃燒室(19)中產(chǎn)生的熱燃?xì)饣旌媳患訜帷?br> 文檔編號F01K7/16GK1842638SQ200480024647
公開日2006年10月4日 申請日期2004年7月26日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月27日
發(fā)明者喬格·哈伯伯格, 克里斯托弗·凱爾 申請人:西門子公司