专利名称：燃气—蒸汽联合循环电站蒸汽发生装置sg的塔式布置系统的制作方法
燃气一蒸汽联合循环电站
蒸汽发生装置SG的塔式布置系统
燃汽一蒸汽联合循环电站是近年来火电站热工技术的重大发展，是提高电站 热效率的一项有效方法，特别适合于以气体和液体燃料为能源的电站。这种优良
的电站热工系统对大型和特大型电站单元机组(300mw.600mw.1000mw)的适用
性问题，当然也受到有关方面的密切关注。
在我国ei建成适行和规划中正在设计建设的联合循环电站中，由于沿用了某 些国外技术.毫无例外地采用了极低的燃机排出烟气温度(也就是"余热锅炉" 的入口烟温)，其自的只是为了保护燃机主要部件免于被高遛烟气所破坏。采用了 这一姑息性的保护措施， 一则"余热锅炉"的传热温差普遍板低，二则烟气流量 极度扩大，因此不得不容忍大烟道、低热效等一列系列极为不利的负面效应，其 中就包括鳍H管的普遍使用和中压及低压锅炉的并肩运行等问缀，由此而产生的 "余热锅炉"设计是极不理想的，也是大型、特大型电站所不能柃受的。这些负 面效应极t地抵冲了联合循环这一优良构思所能带来的经济效益。
本专利申请提出的蒸汽发生装置sg (或不准确地称为"余热争,.:炉")的塔式 布置系统是在燃气轮机实施了创新性改造，摒弃了以加大燃烧空气併给量为核心 的^f息性措施为前提的条件下，在蒸汽发生技术方面的重大创新。本专利提出的
枝术方案与燃气轮机的创新性改造(可参见国家专利申》，200610079626.1号)可 以认为是一对孪生姐妹，是相互依存、相互烘托的。
本专利申请提出的塔式布置方案见屈1所示。蒸汽发生装置sg的全部热传导 称份，包括蒸发器ev、过热器sh、再热器rh (包括irh和iirh)、省煤器ec 和空气预热器ah等，全部布置在一个垂直向上的烟道内，烟囱ch则布置在烟道 的顶部。
图1为塔式布置基本框架结构的示意图。在实施本专利创新技术时，实施方 的专业设计师既可以按烟气温度的逐步降低而逐步适3地缩小烟道流通截面积的 尺寸，以尽量保持烟气流速的相对稳定，也可以按燃料性质和热工计算的结论对 备传热部件的排列先后次序、某些部件的取舍和增减等作适当的选择。
本专利申请又提出了一个崭新的汽、水分离概念和相应的设备设计方案，供
实施方参考。 以下就各传热部件分别予以说明。
蒸发器EV布置在装置本体的底部，是烟气首先进入的传热部件，由密集的管 束所组成，以对流传热为主要传热方式，与布置在蒸发装置塔体侧旁的汽水分离 装置SS (包括SS1、 SS2)共同营造一个自然循环体系。蒸发器EV的结构本专利 提出了三个设计方案(见图2)。方案I基本上由垂直向上的管束所组成，只是在 管束上端弯成一个斜度，以便管束昀上集箱可以脱离烟气的直接冲刷。方案II为
倾斜的管束，其目的也是为了保护其上集箱。方案in则为纯粹的垂直管束，其上 集箱有参差的高度，以便为它设置保温层时不致于过分妨碍烟气的自由流动。方 案i和方案m可以实现烟气的双向介入，而方案n更适合于烟气的单向介入。 汽、水分离装置ss也提出了三个设计方案。方案I (见图3)是一个垂直布
置的筒形容器SS1和一个球形容器SS2的组合。SS1负担汽、水的粗分离，而SS2 则负担其细分离。来自蒸发器EV的汽、水混合物由引入管进入SS1后，即遭遇 蹼状挡板的阻挡，迫使汽、水混合物按挡板所规定的方向，有序地沿着筒体内壁 作螺旋向下的流动。它一面流动一面就将蒸汽逐步释放出来。蒸汽游离后即刻掉 头向上，经过一道百页窗除湿器流出SS1，进入SS2。在SS2中汽流再一次经受蹼 形挡板的阻挡，使其沿着球体内壁作螺旋向下的流动。蒸汽摆脱了水份的约束后 可以自由流向球体中间较空阔的区域并掉头向上，再经过一道百页窗除湿器流出 SS2，前往过热器(SH1)。
方案II见图4。汽水分离器SS为一个垂直的筒形容器，其结构与方案I中的 SSI十分相似，只是增加了一些高度。在百页窗除湿器的下方布置了一个螺旋导向 器(见图4的导向器示意图)，使上升的蒸汽在进入百页窗除湿器之前又经过一次 旋转，利用汽流的旋转离心力将其所携带的细小水滴摔向筒体内壁而下沉。
方案III单纯地为一个球形容器，与方案I中的SS2十分相似，只是有较大的 球径。蒸汽在球体内有较充裕的时间和空间，除蹼状挡板和百页窗的分离作用之 夕卜，又显著降低了蒸汽向上的流速，故而增加了蒸汽附带的细小水滴由于重力 差而自动下沉的分离机会。球体下方可增加一个储水罐，代替了方案I中SS1所 起的贮水作用。(见图5)
蒸发器EV之后，过热器SH(经常分为两段，SHl禾nSH2)，再热器RH(有时 按需要设置两级(IRH与IIRH)和省煤器EC (按需要可分置两段EC1和EC2)， 皆由水平布置的蛇形管束所组成，与传统的大型电站锅炉的结构十分相似，为我 国广大锅炉设计师所熟知，本说明书不需要赘述。
空气预热器是传统电站锅炉必备的部件。它的采用可以将烟气低温阶段的部 份热焓移转给更低温度的燃烧空气。这部份热焓由空气携带着介入了从燃料燃烧 到锅炉的整个传热过程，因而提升了烟气各阶段的温度水平，普遍地加大了传热 温差。可以说空气预热器有百利而无一弊。因此本专利蒸汽发生装置SG中保留了 它的地位，与大型电站锅炉的优良传统尽量保持一致。
本专利申请提出的塔式布置采用卧式管箱空气预热器AH,烟气走管外，空气 走管内。为多段式结构。在实施时具体采用几段，以设计条件和热工计算的结果 为准绳，采用或为3段，或为4段，或为5段的组合方式。
垂直烟道的最上方布置了烟囱CH。因而烟气是一直向上流动，使烟气流动阻 力减至最小。烟囱的长度比之传统的落地烟囱大为减少，而且烟气排出速度与烟 道内烟气平均流速保持相近似的情况下，使排烟存在一定的向上冲刺的能力。
特别提示
① 本专利申请提出的"蒸汽发生装置SG"是根据其结构特点和基本工作任务 而定的名称，而不用"电站锅炉"和"余热锅炉"等传统惯用名称，因为它没有
"炉"(只有燃气轮机前的微型燃烧室)，而烟气也并非是"余热"的携带者。该 装置负担着联合循环电站的绝大部份负荷(最低占80%，最高可达卯 95%)，是 一个单纯的"蒸汽发生"者，因此采用了国际惯用名称"蒸汽发生装置SG" (Steam generator)。但名称虽有不同，但其结构的技术特性与相应的技术要求则与传统的
"锅炉"完全一致。因此，国家制定的有关蒸汽锅炉和受压容器的有关法规、规 贝lj、制度等等皆应完全遵守，与"电站锅炉"与"余热锅炉"同样受各种约束， 以策安全。
② 本专利申请中各示意图只是示其意，而不是特定的设计规范。实施时其尺
寸大小、排列顺序、甚而至于某些传热部件的取舍(例如IIRH)也必需作详细的
设计计箅，进行必要的经济技术论证后，才能最后确定。
③本专利申请中的汽、水分离装置SS (包括SS1、 SS2等)可能会有人认为 "离谱"太甚，不乐于接受。本专利申请人郑重声明，如果实施者宁愿用传统的 "卧式汽包"的方式进行汽、水分离，可以将它布置在塔形本体的某个方位和某 个高度。这样的决策与本专利提出的塔式布置是可以兼容的。并无矛盾之虑。但 本专利申请人需要特别申明，本专利提出的汽、水分离新技术与传统惯用的"卧 式汽包"汽、水分离方式的区别在于两者汽、水分离基础理论上的原则性差异。 传统的卧式汽包因蒸汽空间的高度极为有限(不超过汽包直径的半数)，要以离心 力为主导分离作用力就不得不用成排的小型旋风筒，作"螺丝壳里做道场"式的 强制汽、水分离，其分离效果极为有限。本专利提出的分离装置SS乃基于另--种 汽、水分离理念，它的核心离心力是水的"贴边"作用(表面张力的作用)和蒸 汽的活泼性两者之间的差别，因此基本分离力就是这两者的差所形成的。在SS
和SS2中，水倾向于贴附在筒体(球体)的内壁作螺旋向下的运动，而蒸汽则倾 向于沿途不断地寻求机会脱离水的束缚而逸入"自由空间"向上运动。本专利申 请人可以断言，本专利提出的汽、水分离新理论和新设备代表汽、水分离理论和 实践的未来，但并不反对在新理论、新概念、新设备未得到普遍认同前，仍然沿 用传统的"汽包"方式，也未不可。
两种分离装置的另一差异可能在水位平面的调控方面。"汽包"方式因水平面 表面积较大(约等于汽包内径X汽包长度)，而水位平面的上、下波动范围则极为 有限，所以水位调控范围一般取用士50 75mm。本专利提出的分离装置SS的水平
面积较小，约为(SS1直径2X工)，而高度方面则较为充裕，因此水位调控范围可
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以采用土300咖(甚而至于更大)。这一方面的差异可能对自动设备的设计有--定 的提示作用。
④本专利申请的核心技术在于燃气轮机经过自主创新改造后，摒弃了采用冷 的并且是过量的空气(过量达到理论量的数倍之多)以刻意压低燃烟温度，容忍 极小的传热温差和使用辅燃等等一系列"补救"性措施的做法，而反其道用理论最低量并且是经过预热的空气，以尽量提高烟气温度和最佳的传热温差为目的， 提出了一个崭新的蒸汽发生装置SG的布置方式。和引进国外技术相比较，本专利
技求^tO)不采用中压和低压蒸发系统，而只使用高压系统和必要的中间再热，② 不采用鳍片管，③不采用辅燃等等重要方面的优势.，因而整体结构十分简捷流畅， 与世界各国上百年的电站设计成就和我国机电工业科技工作者过去五六十年勤奋 努力所获得的巨大成就，实现完美的对接。可以断言，只有同时采用燃机的创新 性改造(可参见国家专利申请200610079626. 1号)和一个合理的蒸汽发生装置， 联合循环理论才能真正实现其可观的经济价值。
⑤附面的补充说明
图1为塔式布置基本框架结构的示意图。
图2为蒸发器EV部份三个设计方案的结构示意图。
图3为汽、水分离器SS第I方案(SS1+SS2)的结构示意图。
图4为汽、水分离器ss第n方案的结构示意图。
图5为汽、水分离器SS第m方案(SS1+WD)的结构示意图。
权利要求
1、本专利申请提出蒸汽发生装置的塔式布置。在燃气-蒸汽联合循环的高温烟气(1000℃以上)的条件下，将全部受热部体布置在一个垂直向上的烟道中，并且将烟囱安放在烟道的顶部。
2、本专利申请提出了蒸发器EV的三种设计方案。
3、本专利申请提出了一项全新的汽、水分离技术的新理论和新设各。
4、本专利申请为体现上述汽、水分离新理论，提出了汽:、水分离装置的三个 分离器(SS、 SS1、 SS2)的具体设计方案。
全文摘要
燃气-蒸汽联合循环是近代火电站热工系统的重大创新，但我国在引时某些国外技术中，由于沿用了国外技术极低的燃气轮机排出烟气温度(也就是“余热锅炉”的入口烟温)，使“余热锅炉”的设计不可避免地采用了一系列极不合理的结构，其结果是联合循环的优势根本就不可能在实际的电站热工系统热能利用效率方面得到充分的体现。本发明申请“燃气-蒸汽联合循环电站蒸汽发生装置SG的塔式布置系统”是在燃气轮机解决了高温运作的前提下，提出了其后继的蒸汽发生装置SG的创新性设计——塔式布置，以充分利用新的热工系统所提供的有利条件，使火电站的总热利用率得到显著的提升。附图为塔式蒸汽发生装置SG的整体布置和流程示意图。
文档编号F22B33/00GK101173760SQ200610092958
公开日2008年5月7日 申请日期2006年6月15日 优先权日2006年6月15日
发明者戴克发 申请人:戴克发