用于流体介质预热的系统和方法与流程

本公开内容涉及联合循环发电设备(CCPP)，并且更具体地涉及用于预热将给送到CCPP中的热回收蒸汽发生器(HRSG)中的流体介质的预热系统。

相关技术的简要描述

联合循环发电设备(CCPP)大体上需要流体介质的预热来给热回收蒸汽发生器(HRSG)提供达到或高于HRSG处所需的固定最低温度。流体介质的预热减少HRSG中的蒸汽生成中涉及的不可逆性且改善CCPP的热动态效率。在预热流体介质的各种其它优点中，此类预热还有助于避免由HRSG内部中的外管表面上的烟道气体冷凝引起的腐蚀。流体介质的此类预热可在具有或没有给水加热系统的情况下实现。

对于未配备给水加热系统的CCPP，预热一般通过从HRSG的冷端处的专用HRSG盘管中的节约器获取的流体介质再循环的再循环实现。提到的现有技术构想的原理在于大体上在给水箱中控制进入HRSG中的低压节约器的流体介质的固定温度。

各种配置可实现此流体介质加热原理，诸如序列号为6427636B1的美国专利(US‘636)中所述的一种。所述设备配置基于并入流体介质加热布置中的各种控制元件(如US‘636的图3中所示(这里在图4再现为现有技术))，诸如并入给送线路与入口线路(10)之间的第一控制元件；在旁通线路(11)上并入其间的第二控制元件；以及布置在再循环线路(12)上的第三控制元件。US‘636还包括具有额外的控制元件的若干其它过程变型。此类各种控制元件对流进行节流来调整再循环质量流，且因此调整到流体介质的热输入以保持所需的温度。

然而，使用此类各种控制单元和此类调节的再循环可不断影响CCPP的效率。此类各种控制单元和再循环必须针对最大CCPP效率仔细优化。

概述

本发明限定在所附独立权利要求中，现在将对其进行参照。本发明的有利特征在从属权利要求中阐述。

本公开内容描述了一种改善的流体介质预热系统，其将在以下简化的概述中呈现以提供本公开内容的一个或多个方面的基本理解，这些方面意在克服所述缺陷，但包括其所有优点，同时提供一些额外的优点。该概述不是本公开内容的广泛综述。期望的是既不确定本公开内容的重要或关键元件，也不刻划本公开内容的范围。相反，该概述的唯一目的在于以简化形式提出本公开内容的一些构想、其方面和优点作为下文提出的更详细描述的前序部分。

本公开内容的目的在于描述一种改善的流体介质预热系统，其可允许利用减少的控制单元预热流体介质且提高联合循环发电设备(CCPP)的效率。此改善的预热系统可同样能够防止HRSG内部中的外管表面上的烟道气体冷凝引起的腐蚀。此外，本公开内容的目的在于描述一种改善的预热系统，其可以以有效且经济的方式方便使用。本公开内容的各种其它方面和特征将从以下详细描述和权利要求中清楚。

在一方面，上述和其它目的可通过用于预热将给送到热回收蒸汽发生器(HRSG)中的流体介质的改善的预热系统来实现。预热系统包括给送线路和再循环线路。给送线路适于将流体介质给送到HRSG的低压节约器(LPE)。给送线路适于联接到LPE的入口，且LPE的出口允许流体介质从其流到HRSG中。再循环线路适于连接在LPE的出口与入口之间，且布置成与LPE并行以使流体再循环至LPE。

在本公开内容的一个实施例中，流体介质保持高于或处于最低设置温度，该温度在设计期间基于烟道气体中的硫/水含量来限定。在此实施例中，预热系统可包括配置至给送线路和再循环线路的温度控制回路，以发送信号来基于LPE的入口处的流体介质的温度促动和解除促动流体介质的再循环，以便保持进入LPE的流体介质的最低设置温度。

在本公开内容的另一个实施例中，替代设计期间限定最低设置温度，如以上实施例中那样，流体介质在操作期间保持在一定温度，由HRSG所需的所需最低温度或高于设置的温度。按照该实施例，测量元件回路(诸如连续排放监测系统(CEMS)回路)或任何其它测量装置(诸如专用水/酸露点测量装置)配置至HRSG，以允许基于HRSG的参数计算所需最低设置温度，流体介质需要保持在此温度下以用于在HRSG中再循环。

预热系统的两个实施例可以可选地包括旁通线路，其配备有从给送线路延伸至LPE的出口的控制阀元件。此外，在本公开内容的这两个实施例中，预热系统还可包括控制布置，其配置在再循环线路中以允许流体介质经由再循环线路的再循环。

在本公开内容的另一个方面，预热系统包括热转移配置，其配置成增大蒸发器中的蒸汽的操作压力来使热转移至LPE或至给送线路以增大流体介质中的热增益。

此改善的预热系统可允许利用减少的控制单元来预热流体介质且提高联合循环发电设备(CCPP)的效率。此改善的预热系统可同样能够防止HRSG内部中的外管表面上的烟道气体冷凝引起的腐蚀。此外，此改善的预热系统可以以有效且经济的方式方便使用。

结合本公开内容的其它方面，连同使本公开内容特征化的新颖性的各种特征的这些方面在本公开内容中指出。为了本公开内容、其操作优点和其使用的更好理解，将参照附图和描述的主题，其中说明了本公开内容的示例性实施例。

附图的简要描述

本公开内容的优点和特征将连同附图参照以下详细描述和权利要求更好理解，其中相似的元件由相似的标号表示，且在附图中：

图1示出了根据本公开内容的第一示例性实施例的预热系统的示例性线路图；

图2示出了根据本公开内容的第二示例性实施例的预热系统的示例性线路图；

图3示出了根据本公开内容的第三示例性实施例的预热系统的示例性线路图；以及

图4示出了如6427636B1中已知的现有技术知识。

相似的参考标号表示贯穿附图的若干视图的描述的相似部分。

本公开内容的详细描述

为了本公开内容的透彻理解，将结合上述附图参照以下详细描述(包括所附权利要求)。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了多个特定细节以便提供本公开内容的透彻理解。然而，本领域的技术人员将清楚的是，本公开内容可在没有这些特定细节的情况下实施。在其它情况中，仅以框图形式示出了结构和设备，以便避免使本公开内容模糊。此说明书中提到的"一个实施例"、"实施例"、"另一个实施例"、"各种实施例"意思是结合实施例描述的特定特征、结构或特点包括在本公开内容的至少一个实施例中。短语"在一个实施例中"在说明书中的各个位置中的出现不一定全部指相同的实施例，也不是与其它实施例相互排斥的单独或备选实施例。此外，描述了各种特征，其可由一些实施例展现而不由其它展现。类似地，描述了各种要求，其可为一些实施例的要求，但不是其它实施例的要求。

尽管以下描述包含出于说明目的的一些细节，但本领域的技术人员将认识到，这些细节的许多变型和/或改型在本公开内容的范围内。类似地，尽管本公开内容的许多特征依据彼此或连同彼此描述，但本领域的技术人员将认识到，这些特征中的许多可独立于其它特征提供。因此，本公开内容的该描述阐述成没有本公开内容的任何普遍性损失，且也不对本公开内容施加限制。本文中的用语"一个"和"一种"不表示数量限制，而是表示至少一个提到的项目的存在。

现在参看图1至图3，示出了根据本公开内容的各种示例性实施例的预热系统100的各种示例。由于预热系统100的结构和布置及其相对于热回收蒸汽发生器(HRSG)200的布置为了提高联合循环发电设备(CCPP)的效率，各种相关联的元件可为本领域的技术人员公知的，出于获得本公开内容的理解的目的，认为不需要在本文中引用其所有结构细节和解释。相反，认为足够的是仅指出如图1至图3中所示的预热系统100，仅示出了对于本公开内容的各种实施例的描述相关的那些构件。

如图1中所示，根据本公开内容的第一方面，用于预热将给送到HRSG 200的流体介质的预热系统100包括给送线路110和再循环线路120。给送线路110适于将流体介质从主冷凝物源112给送到HRSG 200的低压节约器(LPE)210。给送线路110适于联接到LPE 210的入口210a。此外，LPE 210的出口210b允许流体介质从其流到HRSG 200的其它部分中。再循环线路120适于连接在LPE 210的出口210a与入口210b之间，与LPE 210并行以使流体介质再循环至LPE 210。

此外，预热系统100可包括允许流体介质再循环的控制布置130。如图1中所示，控制布置130配置在再循环线路120中，以允许流体介质经由再循环线路120的再循环。在一个实施例中，控制布置130可为配置在再循环线路120中的控制阀132或泵134中的至少一者，或两者。例如，如图1中所示，配置了控制阀132和泵134(特别是恒容量泵)两者，而在图3中，仅配置了泵134(特别是变速泵)。与现有技术的预热系统相比，如图4中所示，设备配置基于各种控制元件，诸如元件10、11和12；然而，本实施例的预热系统100排除了各种此类控制元件，且简化了具有一个控制布置130的系统以减少构件损失，同时流体介质预热且提高预热系统100的效率。与使用各种控制元件和影响其效率的复杂再循环回路来使流体介质再循环的现有技术的预热系统相对照，控制布置130对使流体介质再循环是完全冗余的以在再循环时减少热损失。

在如图1中所示的本公开内容的一个实施例中，流体介质的预热保持在最低或高于设置的温度下，该温度在设计期间基于CCPP的烟道气体中的硫/水含量限定。在该实施例中，从再循环回路120排除各种控制元件且仅提供一个控制布置130使得预热系统100对使流体介质再循环完全冗余，使得其在流体介质再循环时减少热损失，且保持如设计期间设置的流体介质的最低设置温度。为了适当保持最低或高于设置的温度，预热系统100包括配置至给送线路110和再循环线路120的温度控制回路140。温度控制回路140配置成发送信号来基于LPE 210的入口210a处的流体介质的温度经由控制布置130促动和解除促动再循环线路120。基于促动和解除促动，控制布置130调节LPE 210中的流体介质以便保持其中的最低设置温度。

如图1中所示，预热系统100还可包括旁通线路170，其配备有从给送线路110延伸至LPE 210的出口210b的控制阀元件172。控制阀元件172可为三通或二通截止阀中的一者。图3中示出了没有旁通线路170的预热系统100。在流体介质的温度不可达到最低所需温度时的情况下，旁通线路170配备成使流体介质从给送线路110直接旁通至HRSG 200的蒸发器220。

现在参看图2，替代如关于图1所述的第一方面中的在设计期间限定最低设置温度的本公开内容的第二方面，流体介质保持处于或高于所需的温度，下文称为"所需最低温度"，这是操作期间HRSG 200所需的。按照图2中所示的该方面，测量装置150回路配置至温度控制回路140和HRSG 200。在一个实施例中，测量装置150可为连续排放监测系统(CEMS)，其可配置至温度控制回路140和HRSG 200，以基于HRSG 200的参数来计算对于流体介质的所需最低温度，流体介质需要保持在该温度下以用于在HRSG 200中再循环以避免其腐蚀。然而，在不脱离本公开内容的范围的情况下，除CEMS之外，任何其它测量装置(诸如专用的水/酸露点测量装置)也可用于计算所需最低温度。此外，在该第二方面中(如图2中所示)，类似于第一方面(按照图1)，从再循环回路排除各种控制元件且仅提供一个控制布置130使得预热系统100对使流体介质再循环完全冗余，使得其在流体介质再循环时减少热损失，且保持由温度控制回路140计算的流体介质的所需最低温度。此外，类似于第一方面，旁通线路170可以可选地配备有从给送线路110延伸至LPE 210的出口210b的控制阀元件172。

现在参看图3，绘出了流体介质预热系统100的第三方面。按照该方面，预热系统100包括热转移配置180，其配置成增大蒸发器220中的蒸汽的操作压力来将热转移至LPE 210或给送线路110以增大流体介质中的热增益。在示例性实施例中，可使用配备在蒸汽涡轮的典型布置中的蒸汽涡轮控制阀以用于所述目的。蒸汽涡轮控制阀可使蒸汽流节流，这导致LPE 210中的较高压力，且因此使热转移至LPE 210。由于用于预热流体介质所需的热通过转移热来获得，故可消除对LPE 210旁通线路170的需要(其可为如图1和图2中绘出的以上实施例中所需的)，从而提高HRSG 200的效率。此布置可为燃气涡轮为燃料油的情况。

如图3中所示的预热系统100还可包括类似于以上实施例的温度控制回路140，其配置至热转移配置180，特别是至蒸汽涡轮控制阀，以发送信号来使蒸汽涡轮控制阀节流以基于流体介质的温度增大或减小操作压力。

本公开内容的发明在各个领域中是有利的。此改善的预热系统可允许利用减少的控制单元预热流体介质且提高联合循环发电设备(CCPP)的效率。此改善的预热系统可同样能够防止HRSG内部中的外管表面上的烟道气体冷凝引起的腐蚀。此外，改善的预热系统可以以有效且经济的方式方便使用。本公开内容的各种其它优点和特征从上文详述的描述和所附权利要求中清楚。

本公开内容的特定实施例的前述描述已经出于说明和描述的目的提出。它们不意在为彻底的，或将本公开内容限于公开的准确形式，且明显地，许多改型和变型鉴于以上教导内容是可能的。实施例选择和描述成以便最佳地解释本公开内容的原理和其实际应用，从而允许本领域的其它技术人员最佳地使用本公开内容以及具有适于构想的特定用途的各种改型的各种实施例。将理解的是，因为情形可提出或给予便利，构想出了各种省略和等同方案的置换，但这意在不脱离本公开内容的权利要求的精神或范围的情况下覆盖应用或实施方式。

参考标号列表

100 预热系统

110 给送线路

112 主冷凝物源

200 热回收蒸汽发生器(HRSG)

210 低压节约器(LPE)

210a 入口

210b 出口

220 蒸发器

120 再循环线路

130 控制布置

132 控制阀

134 变速泵

140 温度控制回路

150 测量元件回路

170 旁通线路

172 控制阀元件

180 热转移配置。