用于最小化热损失的系统、方法及设备与流程

本发明的实施例大体上涉及发电，并且更具体而言，涉及用于减缓在中断时段期间通过余热回收蒸汽发生器的烟囱的热损失的设备。

背景技术：

燃气涡轮广泛地用于提供电功率，通常作为公用事业行业中的针对峰值功率和储备功率需求两者的备用物。燃气涡轮为优选的，因为它们的快速启动能力和低资本成本。然而，常规燃气涡轮由于排出气体流的高出口温度和导致的热损失而以降低的热效率操作。因此，燃气涡轮经常与余热回收蒸汽发生器组合，以提高总体系统效率。

如本领域中已知的，可采用余热回收蒸汽发生器，以驱动蒸汽涡轮用于功率输出，如在联合循环发电设备中，或者以提供热电联产循环中的过程蒸汽。例如，由燃气涡轮排放的烟道气体可引导穿过余热回收蒸汽发生器用于蒸汽的生成，并且接着通过烟囱排放至大气。

在发电设备的中断时段期间(如在夜间或周末关闭期间)，热可由于自然通风而通过烟囱从余热回收蒸汽发生器损失。通过烟囱的该热损失还导致余热回收蒸汽发生器的锅炉筒内的压力的降低，该压力必须在随后的启动期间恢复，这增加了使设备回到线上并且以全容量操作所需的燃料成本和时间。

除了在关闭之后增加使设备过渡回至全容量所需的燃料成本和时间之外，频繁的关闭和启动可有助于余热回收蒸汽发生器的构件中的循环应力。具体而言，循环应力可由在设备关闭和重新启动时的构件的温度的变化而引起。因为涉及的高流压力，所以构件中的许多个为厚壁的，因此温度变化横跨构件不均匀地发生。这导致横跨构件的不同的热膨胀和收缩速率以及高材料应力。

用以在关闭和后续重新启动期间减小热应力的现有策略包括金属阻尼器在烟囱内的使用，其可在关闭期间选择性地闭合。此类阻尼器有助于防止在关闭时段期间通过烟囱从余热回收蒸汽发生器的热损失，由此减小温度变化的幅度，并且因此减小余热回收蒸汽发生器的构件内的热应力，以及减少使设备回至全容量所需的时间以及燃料的量。然而，许多建筑物和安全规程由于此类阻尼器的巨大重量而阻止此类金属烟囱阻尼器改装到现有的余热回收蒸汽发生器烟囱中。实际上，此类阻尼器的改装经常可需要烟囱和/或基座的完全重新设计，以适应烟囱阻尼器重量。

鉴于以上，存在对如下系统、方法以及设备的需要，其用于快速且容易地密闭余热回收蒸汽发生器的烟囱，以避免在发电设备的关闭时段期间的自然通风，并且该系统和设备可改装到现有的余热回收蒸汽发生器烟囱中，而不需要对烟囱或基座的显著修改。

技术实现要素：

在实施例中，提供一种用于最小化通过排出烟囱的热损失的阻尼器组件。阻尼器组件包括能够安装在烟囱内的壳体和接收在壳体内的囊。囊能够在第一位置与第二位置之间选择性地移动，在该第一位置，囊放气并且接收在壳体内，在该第二位置，囊定位在壳体外侧并且充气，使得囊的周边表面接触烟囱的内侧壁，以产生气体密封。

在另一实施例中，提供一种用于最小化通过余热回收蒸汽发生器的烟囱的热损失的阻尼器组件。阻尼器组件包括同心地定位在烟囱内的壳体，以及可充气囊，该可充气囊能够在第一位置与第二位置之间移动，在该第一位置，囊接收在壳体内，在该第二位置，囊从壳体延伸。

在又一实施例中，提供一种用于最小化通过排出烟囱的热损失的方法。该方法包括以下步骤：将阻尼器组件安装在排出烟囱内，阻尼器组件具有壳体和壳体内的囊，在进入关闭模式时，使囊充气以在囊与排出烟囱的内侧壁之间建立气体密封，以及在进入重新启动模式时，使囊放气以使得排出气体能够在烟囱内绕过阻尼器组件并且离开烟囱。

技术方案1.一种用于最小化通过排出烟囱的热损失的阻尼器组件，其包括：

壳体，其能够安装在所述烟囱内；以及

囊，其接收在所述壳体内；

其中所述囊能够在第一位置与第二位置之间选择性地移动，在所述第一位置，所述囊放气并且接收在所述壳体内，在所述第二位置，所述囊定位在所述壳体外侧并且充气成使得所述囊的周边表面接触所述烟囱的内侧壁，以产生气体密封。

技术方案2.根据技术方案1所述的阻尼器组件，其特征在于：

所述囊在充气时为盘形的。

技术方案3.根据技术方案1所述的阻尼器组件，其特征在于：

所述囊在充气时为锥形的。

技术方案4.根据技术方案1所述的阻尼器组件，其特征在于：

所述囊构造成经由气动连接充气。

技术方案5.根据技术方案4所述的阻尼器组件，其特征在于，所述阻尼器组件还包括：

气动汽缸，其在所述壳体内并且操作性地连接于所述囊，所述气动汽缸能够选择性地促动成使所述囊在所述第一位置与所述第二位置之间移动。

技术方案6.根据技术方案1所述的阻尼器组件，其特征在于：

所述壳体同心地安装在所述烟囱内。

技术方案7.根据技术方案1所述的阻尼器组件，其特征在于，所述阻尼器组件还包括：

安装组件，其用于将所述壳体安装在所述烟囱内，所述安装组件包括多个支承腿部，其在一个端部处枢转地连接于所述壳体，并且在相应的相对端部处经由安装托架连接于所述烟囱的所述内侧壁，以及从所述壳体延伸至各个支承腿部的可调节支柱。

技术方案8.根据技术方案1所述的阻尼器组件，其特征在于：

所述排出烟囱形成余热回收蒸汽发生器的部分。

技术方案9.根据技术方案1所述的阻尼器组件，其特征在于：

所述囊由构造成耐受高达近似250℃的温度的材料形成。

技术方案10.一种用于最小化通过排出烟囱的热损失的方法，其包括以下步骤：

将阻尼器组件安装在所述排出烟囱内，所述阻尼器组件具有壳体和所述壳体内的囊；

在进入关闭模式时，使所述囊充气，以在所述囊与所述排出烟囱的内侧壁之间建立气体密封；以及

在进入重新启动模式时，使所述囊放气，以使得排出气体能够在所述烟囱内绕过所述阻尼器组件并且离开所述烟囱。

技术方案11.根据技术方案10所述的方法，其特征在于：

所述阻尼器组件构造成在所述关闭模式和所述重新启动模式两者期间在所述烟囱内保持在适当位置。

技术方案12.根据技术方案10所述的方法，其特征在于：

使所述囊充气的所述步骤通过气动连接完成。

附图说明

本发明将从参照附图阅读非限制性实施例的以下描述更好地理解，其中在下面：

图1为根据本发明的实施例的具有烟囱阻尼器的余热回收蒸汽发生器的示意图。

图2为根据本发明的实施例的烟囱阻尼器的透视图。

图3为图2的烟囱阻尼器的侧视立面图。

图4为图2的烟囱阻尼器的仰视平面图。

图5为图2的烟囱阻尼器的安装托架的透视图。

图6为图5的安装托架的侧视立面图。

图7为图5的安装托架的俯视平面图。

图8为图5的安装托架的后视立面图。

图9为以除去的支承腿部示出的图2的烟囱阻尼器的侧视立面图。

图10为图9的区域a的放大视图。

图11为烟囱阻尼器的底部的放大详细视图。

图12为图11的区域b的放大视图。

具体实施方式

将在下面详细参照本发明的示例性实施例，其实例在附图中示出。只要有可能，遍及附图使用的相同附图标记表示相同或相似的部分。虽然本发明的实施例适合于在联合循环或热电联产发电设备的余热回收蒸汽发生器的排出烟囱中使用，但是本发明的实施例还可适用于在此类发电设备中的其他类型的管道中使用，如在余热回收蒸汽发生器旁路管道中，以及大体上在管道中。例如，本发明的实施例还可适合于在任何管道中使用，其中期望选择性闭合和开启管道，以约束或便于气态或液态流体穿过其的流。

如本文中使用的，“电气连通”或“电气地耦合”意味着某些构件构造成经由直接或间接电气连接通过直接或间接发信号与彼此连通。如本文中使用的，“操作性地联接”是指连接，其可为直接或间接的。连接不一定为机械附接。如本文中使用的，“连通”意味着两个或更多个构件以允许信号在此类部件之间传播的此类方式连接，如但不限于通过线/线缆、光钎，以及无线发射器/接收器。

本发明的实施例涉及用于最小化在关闭时段期间来自余热回收蒸汽发生器的热损失的系统、方法及设备。图1示出示例性余热回收蒸汽发生器(“hrsg”)10，其中可采用本发明的系统和设备。hrsg10具有入口仓室12，其供应有来自燃气涡轮(未示出)的排出管道的燃烧气体，该燃气涡轮向发生器(未示出)供能。hrsg10为已知的设计，并且包括例如高压筒14、低压筒16，以及相关联的热交换器表面，其以常规方式包括分别地高压蒸发器18和低压蒸发器20，过热器22和节约器24的表面。在穿过热交换器之后，排出气体引导穿过过渡件26并且经由烟囱28喷出至大气，如本领域中已知的。hrsg的其它构造也为可能的。

如图1中进一步示出的，根据本发明的实施例，阻尼器组件100安装在烟囱28内，并且能够操作成选择性地关闭烟囱28，以最小化在关闭时段期间来自hrsg10的热损失，如在下文中详细论述的。现在参照图2-4，阻尼器组件100包括大体上圆柱形导管或壳体102，其构造成将可充气的囊或球囊104接收在其中。导管102大体上同心地定位在烟囱28内，并且由三脚架状安装组件106支承在其中。如图2-4中示出的，安装组件106包括多个支承腿部108，其在一个端部处经由包绕导管102的大体上圆柱形框架110枢转地连接于导管102，并且在它们相应的相对端部处经由安装托架112连接于烟囱28的内壁。组件106还包括与各个腿部108相关联的多个支柱114。支柱114包括允许调节支柱114的长度的调节机构。

图5-8示出安装托架112的示例性构造，其实现将阻尼器组件100安装于烟囱28的内侧壁，如下文中论述的。如本文中示出的，安装托架112包括大体上平面的基板116，一对相对的尖头118从大体上平面的基板116延伸。尖头118由杆120连结。杆120设计成以便由形成在腿部108的端部上的钩部分接收，以实现将腿部108联接于相应的安装托架112。张紧螺钉122设在基板116的相对侧上，这使得安装托架112能够固定地装固于烟囱28。

在囊104处于其放气状态的情况下，阻尼器组件100可利用安装组件106安装在烟囱28内。具体而言，阻尼器组件100可下降到烟囱28中，并且利用安装托架112装固于烟囱的侧壁。腿部108的枢转构造与可调节支柱114组合允许腿部108向上或向下枢转，直到各个安装托架112的基板116接触烟囱28的内侧壁，在该点处，张紧螺钉122可用于将安装托架112固定地装固于侧壁。这提供导管102与烟囱28的侧壁之间的刚性连接，同时支柱114向腿部108提供支持支承并且有助于承载组件100的重量。

进一步参照图1-4，囊104的大小和形状在充气时对应于由hrsg10的烟囱28的内壁限定的通路的大小和形状。在实施例中，囊104在充气时为大致盘形的，如图2和3中最佳示出的。在另一实施例中，囊104在充气时为大致锥形的，尽管其它形状也为可能的而不脱离本发明的更广泛的方面。在任何情况中，囊104的直径在充气时与烟囱28或阻尼器组件100配置在其中的其它通路的内侧直径紧密地匹配。在实施例中，囊104由能够耐受超过近似250℃的温度并且展示足够高的耐磨性以实现每天使用至少一次的材料制造(耐磨性为必要的，以耐受与烟囱28的内侧壁的重复接触)。在实施例中，囊104由具有能够耐受每天使用两次(即，充气和放气)而没有显著退化的耐磨性的材料制造。例如，在实施例中，囊104可由具有硅的双层保护层(即，在其内和外表面上)的玻璃纤维和kevlar^®缝线形成。

现在转向图9-12，示出阻尼器组件100的附加视图。如图10中最佳示出的，导管102收纳气动汽缸组件，其能够操作成使囊104从汽缸选择性地延伸和缩回。气动汽缸组件包括收纳在导管102内的气动汽缸124、活塞引导件126以及磁性联接件128。气动汽缸124操作性地连接于囊104，并且能够操作成使囊从导管壳体102选择性地缩回和延伸。如还在本文中示出的，气动汽缸组件还包括锥形阀130和相关联的固持弹簧132，穿过相关联的固持弹簧132，提供具有吊环螺栓(liftingeyebolt)136的提升杆134。囊104的内部中心部分设有密封环138，其就座抵靠锥形阀130。

如图11和12中最佳地示出的，导管102还收纳引导衬套140，引导衬套140穿过其接收空气供应供给管142。在实施例中，空气供应供给管142联接于在发电设备(例如，空气压缩机)处可用的加压空气的供应，使得囊104可利用压缩机充气。在另一实施例中，囊104可经由在烟囱28外侧位于小平台上的专用风扇来充气。

在操作中，在开始关闭操作之后，气动汽缸可促动成使囊104从导管壳体102选择性地延伸。囊104可接着经由以上论述的气动连接(或经由专用风扇)充气。具体而言，在实施例中，气动汽缸124能够促动成克服锥形弹簧136的偏压拉动杆134，这允许空气穿过阀130进入囊104。在空气进入囊104时，其沿径向膨胀直到囊104的外周表面接触烟囱28的内侧壁，产生与其的大体上不透流体的密封。该密封大致防止由于在锅炉中断期间的自然通风而通过烟囱28的来自hrsg的热损失。因此，在重新启动期间，hrsg的内部构件可处于或接近于正常操作温度，消除在以全容量操作之前对缓慢地预热hrsg的需要。此外，因为甚至在中断期间大致保持hrsg内的温度，所以hrsg的构件中的热应力可最小化。

与以上相关，在重新启动时，囊104可放气，并且气动气缸可促动成使囊104缩回到气缸102中，由此开启烟囱28并且允许排出气体再次离开至大气。包括hrsg的操作的发电可接着照常恢复。

与现有的金属阻尼器对比，本发明的阻尼器组件100为轻质的，并且可因此容易地改装到现有的hrsg烟囱中，而不需要烟囱或基座修改或重新设计。此外，一旦安装，则阻尼器组件100不需要后续的组装、拆卸或维护，而是可响应于设备操作模式(即，关闭/中断和正常操作)按需要简单地充气和放气。这与一些现有装置成对比，该一些现有装置需要在各个中断或维护时段之前安装，并且在每次后续重新启动之前从烟囱除去。此外，因为囊104能够耐受高达和/或超过250℃的温度，所以阻尼器可配置在锅炉的正常循环模式(其中温度可接近250℃)内。这与现有装置成对比，该现有装置不能够在此类温度下配置，并且可仅用于如下位置或状况中，其中包绕此类装置的环境冷却达显著程度(例如，低于100℃)，如远在关闭事件(例如，用于维护)之后。

在实施例中，一个或更多个系绳可操作性地附接于囊104，以便便于囊104的放气。在实施例中，囊104还可具有排出点或端口，其允许雨水或类似物在烟囱内侧排放或者从具有专用开口的烟囱收集和除去。在实施例中，气动汽缸和加压空气的供应可电气地连接于控制单元，使得囊可基于由用户或技术人员的命令选择性地自动地延伸和充气，以及放气和缩回。例如，系统可构造成使得其可在由技术人员按下按钮等时配置或缩回。在另一实施例中，控制单元可构造成在开始关闭模式时使囊自动地延伸和充气，并且在开启重新启动模式时使囊自动地放气和缩回到导管壳体中，而没有由技术人员的特定输入。

本发明因此防止通过烟囱的热损失，其中现有的阻尼器由于结构加载原因而不可安装，或者由于循环操作而不可每天利用。因此，本发明的阻尼器组件消除了对焚烧相当大量的燃料以使hrsg回升至温度的需要，由此导致降低的操作成本，并且减少了在中断(如夜间关闭或周末关闭)之后使设备回至全容量所需的时间，由此整体上提高发电的效率。

在实施例中，提供用于最小化通过排出烟囱的热损失的阻尼器组件。阻尼器组件包括能够安装在烟囱内的壳体和接收在壳体内的囊。囊能够在第一位置与第二位置之间选择性地移动，在该第一位置，囊放气并且接收在壳体内，在该第二位置，囊定位在壳体外侧并且充气，使得囊的周边表面接触烟囱的内侧壁，以产生气体密封。在实施例中，囊在充气时为盘形的。在实施例中，囊在充气时为锥形的。在实施例中，囊构造成经由气动连接充气。在实施例中，阻尼器组件包括在壳体内且操作性地连接于囊的气动汽缸，气动汽缸能够选择性地促动成使囊在第一位置与第二位置之间移动。在实施例中，壳体同心地安装在烟囱内。在实施例中，阻尼器组件可包括用于将壳体安装在烟囱内的安装组件。安装组件可包括多个支承腿部，其在一个端部处枢转地连接于壳体并且在相应的相对端部处经由安装托架连接于烟囱的内侧壁，以及从壳体延伸至各个支承腿部的可调节支柱。在实施例中，排出烟囱形成余热回收蒸汽发生器的部分。在实施例中，囊由构造成耐受高达近似250℃的温度的材料形成。

在另一实施例中，提供用于最小化通过余热回收蒸汽发生器的烟囱的热损失的阻尼器组件。阻尼器组件包括同心地定位在烟囱内的壳体和可充气囊，该可充气囊能够在第一位置与第二位置之间移动，在该第一位置，囊接收在壳体内，在该第二位置，囊从壳体延伸。在实施例中，当在第二位置时，囊充气成使得囊的周边表面接触烟囱的内侧壁，以产生气体密封，以最小化来自烟囱的空气流，并且当在第一位置时，囊放气成使得容许空气流流过壳体并且离开烟囱。在实施例中，当充气时，囊为盘形的。在实施例中，当放气时，囊为锥形的。在实施例中，烟囱为余热回收蒸汽发生器的出口端部处的排出烟囱。在实施例中，烟囱为余热回收蒸汽发生器的入口端部处的旁通烟囱。在实施例中，囊构造成经由气动连接充气。在实施例中，阻尼器组件包括在壳体内且操作性地连接于囊的气动汽缸。气动汽缸可能够选择性地促动成使囊在第一位置与第二位置之间移动。

在又一实施例中，提供用于最小化通过排出烟囱的热损失的方法。该方法包括以下步骤：将阻尼器组件安装在排出烟囱内，阻尼器组件具有壳体和壳体内的囊，在进入关闭模式时，使囊充气以在囊与排出烟囱的内侧壁之间建立气体密封，以及在进入重新启动模式时，使囊放气以使得排出气体能够在烟囱内绕过阻尼器组件并且离开烟囱。在实施例中，阻尼器组件构造成在关闭模式和重新启动模式两者期间在烟囱内保持在适当位置。在实施例中，使囊充气的步骤通过气动连接完成。

将理解的是，以上描述旨在为说明性的，并且不是限制性的。例如，以上描述的实施例(和/或其方面)可与彼此组合使用。此外，可作出许多修改，以使特定状况或材料适于本发明的教导，而不脱离其范围。虽然本文中描述的材料的尺寸和类型旨在限定本发明的参数，但它们决不是限制性的并且为示例性实施例。许多其它实施例将在审阅以上描述时对本领域技术人员而言为显而易见的。本发明的范围应当因此参照所附权利要求连同此类权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定。在所附权利要求中，用语“包括(including)”和“其中(inwhich)”用作相应用语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”的平易英语等同物。此外，在以下权利要求中，如“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“底部”、“顶部”等用语仅用作标签，并且不旨在对它们的对象强加数字或位置要求。此外，以下权利要求的限制不是以器件加功能格式撰写的，并且不旨在基于35u.s.c.§122第6段来解释，除非并且直到此类权利要求限制明确地使用短语“用于...的器件”，后接没有又一结构的功能声明。

该书面的描述使用实例以公开本发明的若干实施例(包括最佳模式)，并且还使本领域技术人员能够实践本发明的实施例(包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何并入的方法)。本发明的可专利范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这些其它实例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其它实例包括与权利要求的字面语言无显著差别的等同结构元件，则这些其它实例意图在权利要求的范围内。

如本文中使用的，以单数叙述并且冠以词语"一"或"一个"的元件或步骤应当理解为未排除多个所述元件或步骤，除非明确指出此类排除。此外，提到本发明的"一个实施例"不旨在解释为排除也并入叙述的特征的附加实施例的存在。此外，除非明确相反指出，否则"包括"、"包含"或"具有"带特定性质的元件或多个元件的实施例可包括不具有该性质的附加此类元件。

由于可在以上描述的系统、方法以及设备中作出某些变化，而不脱离本文中涉及的本发明的精神和范围，故意图是以上描述或附图中所示的所有主题应当仅解释为示出本文中的发明构想的实例，并且不应当看作是限制本发明。