專利名稱：燃?xì)猓羝啓C設(shè)備及其運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃?xì)?蒸汽輪機設(shè)備，該設(shè)備帶有一個接在燃?xì)廨啓C排氣側(cè)后面的廢熱蒸汽發(fā)生器，該廢熱蒸汽發(fā)生器加熱面連接到具有高壓段、中壓段及低壓段的一個蒸汽輪機的水-蒸汽循環(huán)中。本發(fā)明還涉及這種設(shè)備的運行方法。
在燃?xì)?蒸汽輪機設(shè)備中，利用燃?xì)廨啓C的膨脹作功工作介質(zhì)中所含熱量來產(chǎn)生驅(qū)動蒸汽輪機的蒸汽。熱傳遞借助一定數(shù)量的加熱面來進行，這些加熱面以管或管束形式設(shè)置在接于燃?xì)廨啓C排氣側(cè)后的廢熱蒸汽發(fā)生器里。該廢熱蒸汽發(fā)生器連接在蒸汽輪機的水-蒸汽循環(huán)內(nèi)。該水-蒸汽循環(huán)包括多個壓力級，比如兩個或三個壓力級，其中每個壓力級作為加熱面都具有一預(yù)熱器，一汽化器以及一過熱器。
為了使設(shè)備在熱傳遞過程中達(dá)到盡可能高的效率，在廢熱蒸汽發(fā)生器內(nèi)的加熱面設(shè)置應(yīng)與燃?xì)廨啓C廢氣的溫度特性相匹配。在帶有中間過熱的三壓力過程，即所謂的三壓力-中間過熱-過程中，當(dāng)燃?xì)廨啓C功率一定時蒸汽輪機可以達(dá)到特別高的功率，并因此使設(shè)備的總效率達(dá)到特別高。以三壓力-中間過熱-過程工作的燃?xì)?蒸汽輪機設(shè)備由FP 0436536B1和DE 4434526C1為公眾所知。但即便在這種公知設(shè)備上，其總效率也只被限定在大約55％。
因此，本發(fā)明的目的在于，對燃?xì)?蒸汽輪機設(shè)備及其相應(yīng)的驅(qū)動方法作進一步改進，通過提高對燃?xì)廨啓C廢氣中熱函的利用來達(dá)到提高設(shè)備效率的目的。
本發(fā)明有關(guān)設(shè)備方面的目的是通過在廢熱蒸汽發(fā)生器外部安置的熱交換器來實現(xiàn)的，該熱交換器的初級側(cè)連接在蒸汽輪機的高壓段與中壓段之間，其次級側(cè)連接在蒸汽輪機的中壓段與低壓段之間。
本發(fā)明出于這樣的考慮，即，為加熱或中間過熱輸送到蒸汽輪機的低壓段的低壓蒸汽，不直接而是間接地從廢熱煙氣中提取熱量，其中要利用具有適當(dāng)溫度的蒸汽輪機的廢汽。在此，蒸汽輪機高壓段的中壓蒸汽由于其相對于低壓蒸汽特別有利的溫度差而被證實是特別適合的。
間接熱交換時在熱交換器中被冷卻的中壓蒸汽優(yōu)選通過兩級被加熱到額定溫度。因此相宜的方法是將熱交換器初級側(cè)通過兩個連接在蒸汽輪機高壓段之后并沿燃?xì)廨啓C廢氣流動方向前后設(shè)置在廢熱蒸汽發(fā)生器中的過熱器-加熱面，而連接到蒸汽輪機中壓段的入口。
在一個蒸發(fā)器-加熱面上所產(chǎn)生的中壓蒸汽與在熱交換器中被冷卻的中壓蒸汽在廢熱蒸汽發(fā)生器中被過熱前，這兩股蒸汽流最好能在該廢熱蒸汽發(fā)生器中相混合。為此，一個在廢熱蒸汽發(fā)生器中設(shè)置的蒸發(fā)器-加熱面最好在出口端與熱交換器的初級側(cè)出口相連接。
相宜地，所述水-蒸汽循環(huán)的每一級都包括一蒸發(fā)器-加熱面和至少一個過熱器-加熱面，其中，最好設(shè)有一個連接在蒸汽輪機高壓段和中壓段之間的中間過熱器-加熱面。
關(guān)于燃?xì)?蒸汽輪機設(shè)備的驅(qū)動方法，是利用在燃?xì)廨啓C中膨脹作功后的工作介質(zhì)中所含的熱量來產(chǎn)生蒸汽，以用于一個連接在三壓力級結(jié)構(gòu)的水-蒸汽循環(huán)中的蒸汽輪機，其中，在水-蒸汽循環(huán)中流動的供水在廢熱蒸汽發(fā)生器中設(shè)置的加熱面上被汽化和過熱，按照本發(fā)明，所述目的這樣來實現(xiàn)，流入蒸汽輪機低壓段的低壓蒸汽通過與由蒸汽輪機高壓段排出的中壓蒸汽的間接熱交換被加熱。
本發(fā)明的優(yōu)點主要在于，為利用設(shè)置在廢熱蒸汽發(fā)生器外部的熱交換器來加熱低壓蒸汽，通過與中壓蒸汽進行間接熱交換，可以特別簡單的方式并不需附加控制裝置就可使低壓蒸汽達(dá)到特別高的溫度。從而可使設(shè)備的總效率特別高。在此，對設(shè)備運行的控制得以大大簡化并提高了整個設(shè)備的可靠性。為了實現(xiàn)短管道和小壓力損失，比較有利的是將熱交換器設(shè)置在蒸汽輪機區(qū)域內(nèi)，也就是說設(shè)置在其附近。
下面借助附圖來對本發(fā)明的一實施例作詳盡說明。


圖1簡略示出一帶有用于加熱低壓蒸汽的一單獨的熱交換器的燃?xì)?蒸汽輪機設(shè)備。
圖示的燃?xì)?蒸汽輪機設(shè)備包括一燃?xì)廨啓C2和一蒸汽輪機4以及一由燃?xì)廨啓C2的熱廢氣AG通過的廢熱蒸汽發(fā)生器6。該蒸汽輪機4包括一高壓段4a，一中壓段4b以及一低壓段4c。廢熱蒸汽發(fā)生器6用來產(chǎn)生蒸汽，其加熱面連接到蒸汽輪機4的水-蒸汽循環(huán)8中。
為此，廢熱蒸汽發(fā)生器6具有一個連接到冷凝液管道10的冷凝液預(yù)熱器12，其入口端通過一冷凝液泵14與連接在蒸汽輪機4后面的一個冷凝器16相連。該冷凝液預(yù)熱器12在出口端通過一循環(huán)泵18與其入口相連。此外該冷凝液預(yù)熱器出口端還通過供水管道20與供水容器22相連。
供水容器22在出口端通過一供水管道24與一低壓汽包28連接，在供水管道24上連接有泵26。汽化器加熱面32通過循環(huán)泵30連接到低壓汽包28上。低壓汽包28在蒸汽側(cè)與一過熱器-加熱面34連接，該加熱面通過一蒸汽管道36連接到一由蒸汽輪機4的中壓段4b到低壓段4c的溢流管道38上。該低壓汽包28和蒸發(fā)器-加熱面32與過熱器加熱面34和低壓段4c共同構(gòu)成水-蒸汽循環(huán)8的一低壓級。
此外，供水容器22在出口側(cè)通過其上連接有泵42的供水管道40與第一高壓預(yù)熱器或廢氣節(jié)熱器44連接，該節(jié)熱器通過連接管道46與第二高壓預(yù)熱器或廢氣節(jié)熱器48連接。泵42及其連接的供水管道40也可以以沒有詳細(xì)示出的方式和方法在泵26的壓力側(cè)連接到管道24上。作為中壓預(yù)熱器的另一節(jié)熱器也可以以沒有詳細(xì)示出的方式和方法相宜地安置在廢熱蒸汽發(fā)生器6內(nèi)部第一高壓預(yù)熱器44的區(qū)域內(nèi)。
一中壓汽包52通過一管道50連接到連接管道46上，在此中壓汽包上又通過一循環(huán)泵54連接有一蒸發(fā)器-加熱面56。該中壓汽包52在蒸汽側(cè)與第一中間過熱器-加熱面57連接，其出口側(cè)與第二中間過熱器-加熱面58連接。所述中間過熱器-加熱面58在出口側(cè)連接到蒸汽輪機4的中壓段4b的入口。中壓汽包52和蒸發(fā)器一加熱面56以及兩個中間過熱器-加熱面57、58與蒸汽輪機4的中壓段4b共同構(gòu)成水-蒸汽循環(huán)8的中壓級。
第二高壓預(yù)熱器48在出口端通過一連接管道60與一高壓汽包62連接，在高壓汽包上通過一循環(huán)泵64連接一蒸發(fā)器加熱面66。高壓汽包62在蒸汽側(cè)通過一過熱器-加熱面68連接到蒸汽輪機4的高壓段4a的入口。高壓預(yù)熱器44,48和高壓汽包62以及蒸發(fā)器-加熱面66和過熱器-加熱面68與蒸汽輪機4的高壓段4a共同構(gòu)成水-蒸汽循環(huán)8的高壓級。
熱交換器70的次級側(cè)連接在蒸汽輪機4的中壓段4b和低壓段4c之間的溢流管道38中。熱交換器70的初級入口側(cè)與蒸汽輪機4的高壓段4a的出口72連接。熱交換器70的初級出口74通過一蒸汽管道76與中壓級的中間過熱器-加熱面57的入口相連接。
當(dāng)燃?xì)?蒸汽輪機設(shè)備運行時，冷凝液K從冷凝液器16通過泵14和冷凝液管道10輸入冷凝液預(yù)熱器12。在此該冷凝液預(yù)熱器12可以被全部或部分地回流。該冷凝液K在冷凝液預(yù)熱器12中被加熱并至少有一部分通過循環(huán)泵18循環(huán)。被加熱的冷凝液K通過管道20被引至供水容器22。在那兒以沒有詳細(xì)示出的方式和方法借助來自蒸汽輪機4或低壓蒸汽管道36的抽出蒸汽對供水進行加熱以及相宜地使冷凝液K脫氣。被加熱的供水S一方面被輸送到低壓汽包28，另一方面通過第一高壓預(yù)熱器44輸送到中壓汽包52以及通過第二高壓預(yù)熱器48輸送到高壓汽包62。輸送到低壓級的供水S在蒸發(fā)器-加熱面32以低壓被汽化。其中，從低壓汽包28中分出的低壓蒸汽ND被輸送給過熱器-加熱面34。在那里被過熱的低壓蒸汽ND被引至熱交換器70的后面，即熱交換器次級出口端的溢流管道38。
同樣，被引至中壓汽包52的供水S在蒸發(fā)器-加熱面56中被汽化。從中壓汽包52中分出的中壓蒸汽MD通過中間過熱器-加熱面57和58被輸送。在此，從中壓汽包52中分出的中壓蒸汽MD在進入中間過熱器-加熱面57之前與來自熱交換器70的中壓蒸汽MD混合。因此經(jīng)兩級過熱的中壓蒸汽MD被輸送到蒸汽輪機4的中壓段4b。
與此類似地，在第二高壓預(yù)熱器48中被預(yù)熱的供水S在蒸發(fā)器-加熱面66中被高壓汽化。在此，從高壓汽包62中分出的高壓蒸汽HD在過熱器-加熱面68中被過熱，并以過熱狀態(tài)引至蒸汽輪機4的高壓段4a。在高壓段4a中被膨脹減壓的蒸汽作為中壓蒸汽MD通過熱交換器70的初級側(cè)被輸出，隨即與來自中壓汽包52的中壓蒸汽MD一起經(jīng)過熱后被輸送到蒸汽輪機4的中壓段4b。
在蒸汽輪機4的中壓段4b中經(jīng)膨脹減壓并保持低壓狀態(tài)的蒸汽作為低壓蒸汽ND通過溢流管道38被輸出并在熱交換器70中通過間接地與由高壓段4a排出的中壓蒸汽MD進行熱交換而被過熱。在此該中壓蒸汽MD所具有的蒸汽溫度范圍T根據(jù)新高壓蒸汽HD的壓力和溫度以及高壓段4a中的膨脹過程在350℃到400℃之間。來自中壓段4b的低壓蒸汽ND離開蒸汽輪機4的溫度根據(jù)所選擇的壓力，在大約200℃到250℃之間。因此在熱交換器70中低壓蒸汽ND被加熱了大約100℃。這樣被加熱的低壓蒸汽ND以大約300℃至350℃的溫度T與從低壓汽包28排出的低壓蒸汽ND一起被輸送到蒸汽輪機4的低壓段4c。在那里經(jīng)膨脹減壓后的低壓蒸汽ND被輸送到冷凝器16去冷凝。
通過接通蒸汽輪機4的中壓段4b與低壓段4c之間的熱交換器70，用由蒸汽輪機4的高壓段4a排出的中壓蒸汽MD來過熱流入低壓段4c的低壓蒸汽MD，使設(shè)備達(dá)到一特別高的總效率，這一點體現(xiàn)在從蒸汽輪機發(fā)電機G上可取得高輸出功率。在此來自低壓汽包28的低壓蒸汽ND也可以在進入熱交換器70之前以沒有詳細(xì)示出的方法與來自中壓段4b的低壓蒸汽ND混合，然后混合體，即共同產(chǎn)生的低壓蒸汽ND在熱交換器70中被加熱。
權(quán)利要求
1．一種燃?xì)?蒸汽輪機設(shè)備，該設(shè)備帶有一個連接在燃?xì)廨啓C(2)排氣側(cè)后面的廢熱蒸汽發(fā)生器(6)，該廢熱蒸汽發(fā)生器的加熱面連接在具有一高壓段(4a)和一中壓段(4b)以及一低壓段(4c)的蒸汽輪機(4)的水-蒸汽循環(huán)(8)中，其特征在于一個設(shè)置在廢熱蒸汽發(fā)生器(6)外部的熱交換器(70)，該熱交換器的初級側(cè)連接在蒸汽輪機(4)的高壓段(4a)與中壓段(4b)之間，其次級側(cè)連接在蒸汽輪機(4)的中壓段(4b)與低壓段(4c)之間。
2．按照權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述熱交換器(70)從初級側(cè)通過至少一個連接在高壓段(4a)之后的中間過熱器-加熱面(57,58)連接到中壓段(4b)的入口。
3．按照權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，一個設(shè)置在廢熱蒸汽發(fā)生器(6)中的蒸發(fā)器-加熱面(56)在出口側(cè)與熱交換器(70)的初級側(cè)出口(74)連接。
4．按照權(quán)利要求1至3中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，所述水-蒸汽循環(huán)(8)由三個壓力級構(gòu)成，其中每一級都具有一個蒸發(fā)器-加熱面(32,56,66)和至少一個過熱器-加熱面(34,57,68)，在蒸汽輪機(4)的高壓段(4a)和中壓段(4b)之間至少連接一中間過熱器-加熱面(58)。
5．一種具有如權(quán)利要求1至4中任一項所述特征的燃?xì)?蒸汽輪機設(shè)備的運行方法，其中利用從燃?xì)廨啓C(2)中排出的經(jīng)膨脹降壓后的工作介質(zhì)(AG)中所含的熱量來生成蒸汽(HD,MD,ND)，以用于連接在一個由三壓力級構(gòu)成的水-蒸汽循環(huán)(8)中的蒸汽輪機(4)，其中，在水-蒸汽循環(huán)(8)中流動的供水(S)在通過設(shè)置在廢熱蒸汽發(fā)生器(6)中的加熱面(34,56,57,58,66,68)時被蒸發(fā)汽化和過熱，其特征在于，所述流入蒸汽輪機(4)的低壓段(4c)中的低壓蒸汽(ND)通過與由蒸汽輪機(4)的高壓段(4a)排出的中壓蒸汽(MD)進行間接熱交換而被加熱。
6．按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在間接熱交換時被冷卻的中壓蒸汽(MD)在廢熱蒸汽發(fā)生器(6)中被加熱，并隨即被輸入蒸汽輪機(4)中。
7．按照權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，在所述廢熱蒸汽發(fā)生器(6)中產(chǎn)生的中壓蒸汽(MD)與被冷卻的中壓蒸汽(MD)在廢熱蒸汽發(fā)生器(6)中一起被過熱。
8．按照權(quán)利要求5至7中任一項所述的方法，其特征在于，在廢熱蒸汽發(fā)生器(6a)中產(chǎn)生的低壓蒸汽(ND)與通過間接熱交換被加熱的低壓蒸汽(ND)相混合。
全文摘要
一種燃?xì)猓羝啓C設(shè)備,該設(shè)備帶有一個連接在燃?xì)廨啓C(2)排氣側(cè)后的廢熱蒸汽發(fā)生器(6),該廢熱蒸汽發(fā)生器的加熱面連接在具有高壓段(4a)和中壓段(4b)以及低壓段(4c)的蒸汽輪機(4)的水－蒸汽循環(huán)(8)中,為了實現(xiàn)盡可能高的設(shè)備效率,按照本發(fā)明,在廢熱蒸汽發(fā)生器(6)外部設(shè)置一熱交換器(70),該熱交換器的初級側(cè)連接在蒸汽輪機(4)的高壓段(4a)與中壓段(4b)之間,其次級側(cè)連接在蒸汽輪機(4)的中壓段(4b)與低壓段(4c)之間。在相應(yīng)的一種運行這類設(shè)備的方法中,流入蒸汽輪機(4)中的低壓蒸汽(ND)通過與由蒸汽輪機(4)排出的中壓蒸汽(MD)進行間接熱交換而被加熱。
文檔編號F01K23/10GK1218537SQ97194592
公開日1999年6月2日 申請日期1997年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月14日
發(fā)明者赫爾曼·布魯克納, 埃里克·施密德 申請人:西門子公司