专利名称：用于再加热汽轮机蒸汽的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于再加热汽轮机蒸汽(turbine steam)的设备,该再加热汽轮机蒸汽的设备包括再热器和冷凝物收集罐，冷凝物从所述再热器被引导进入所述冷凝物收集罐中。本发明还涉及一种用于在蒸汽轮机过程(steam turbineprocess)中再加热汽轮机蒸汽的方法。
背景技术：
这样的设备和方法用于蒸汽发电厂的多级蒸汽轮机过程，他们往往与水分离器结合且用于干燥由高压汽轮机排放的湿蒸汽，以及用于依赖于蒸汽在进入中压或低压汽轮机之前的过程再加热该蒸汽(该过程被称为再加热)。在太阳能发电厂的情况中，通常仅存在两个压力阶段。再加热所需的能量被认为是来自蒸汽发生器的蒸汽的加热蒸汽。现有技术中已知结合的水分离器和再热器，具有水平或竖直配置的共用耐压罐；其中，一方面设置有吸热的水或蒸汽回路，及在另一方面设置有供热介质的两个严格分离的环路，该供热介质诸如不直接蒸发的烟道气、氮、水或蒸汽，或太阳能发电厂中的热油(thermal oil)或液体盐。在 DE2314732A、DE3445609A1、US4, 607，689A、US4, 015，562A 和 US3, 574，303A 中已经公开了 一般的设备。本发明基于提供上述类型的给予改善效率或导致所述改善效率的方法和设备的目的。
发明内容
根据本发明的设备，以如下方式实现该目的:在再热器的汽轮机蒸汽流方向上的上游，冷凝物再冷却器与所述再热器被装备在共用外壳中；所述冷凝物再冷却器与所述冷凝物收集罐连接，以使用来自所述冷凝物收集罐的所述冷凝物预加热所述汽轮机蒸汽；所述再冷却器被设置在所述再热器的下方；且，所述冷凝物收集罐与所述再冷却器连接，以供应作为预加热所述汽轮机蒸汽的加热介质的来自所述冷凝物收集罐的冷凝物。与没有再冷却器的再热器相比，可以以具有相同温度升高的方式保存加热介质。所述再冷却器的运行类似于第一再热器阶段。可以省略冷凝物泵。根据本发明的方法，以如下方式实现该目的:冷凝物沿再热器中加热蒸汽的流动路径从再热器被转向至冷凝物罐，其中所述转向可发生在所述加热蒸汽具有不同压力的沿所述流动路径间隔开的位置。具有不同压力水平的冷凝物流可以被引导穿过虹吸管进入共用冷凝物罐。再冷却器可以使用收集在罐中的冷凝物作为加热介质，用于预加热蒸汽加热的再热器束上游的汽轮机蒸汽。在水平配置的情况中，恰当的是，所述再热器在加热蒸汽侧被装备有用于所述冷凝物的第一出口，且在所述加热蒸汽的下游被装备有用于冷凝物和清除蒸汽的第二出口，以便在第四路径中弓I导加热蒸汽穿过再热器束。本发明特别有利的进一步实施方式是第一出口和第二出口与所述冷凝物收集罐连接，优选地按照U形管压力计的原理。通过这种方式，冷凝物的全部的量甚至在几个加热蒸汽路径的情况中也可以用于再冷却。进一步有利地，水分离器被设置在所述再冷却器的上游。在水平配置的情况中，进一步有利地，在耐压罐中，所述再热器被尽可能高的设置，且所述再冷却器被尽可能低的设置。通过以自由下落的方式将转向的冷凝物供应至冷凝物再冷却器，从而可以以特别简单的方式进行本发明。在竖直配置的情况中装备冷凝物泵以将冷凝物供应至冷凝物再冷却器。在水平配置的情况中，按照U形管压力计的原理将在不同点转向的冷凝物供应至收集罐，将从收集罐排放出的冷凝物作为加热介质。
下面将结合示意性附图中示出的实施方式更加详细地描述本发明，其中:图1示出了结合的水分离器和再热器的纵向剖面侧视图；图2示出了沿横断线B-B穿过根据图1的水分离器和再热器的截面；以及图3示出了在根据图1 3的再热器中的蒸汽引导(steam guidance)的示意图。
具体实施例方式根据图1和图2,用于来自高压蒸汽轮机装备(installation)的过程环路的汽轮机蒸汽的再冷却器(subcooler) 11、水分离器12和再热器13被设置在水平配置的共用的耐压圆柱形外壳10中。再冷却器11位于再热器13的上游，且再冷却器11位于水分离器12的下游。外壳10的内部空间在根据图1的纵向方向上被再分为工作空间和分配器空间，且工作空间和分配器空间在外壳10的表面侧(face side)中的一个上均通过端壁5被限制。分配器空间具有按照图1所示的表面区域7，及按照图2所示延伸越过罐10的剩余长度且形成水分离器12的流入区的区域6。分配器空间在与工作空间8相对的表面侧上通过与端壁5相对的分离壁4而被密封。在外壳10的全长上，分配器空间的区域6沿平行于工作空间的外壳10的侧面纵向壁延伸。在例的实施例中，区域6基本具有圆柱形外壳10的侧面部分(lateral sector)。工作空间8在端壁5和表面壁4之间基本上延伸越过外壳10的长度。工作空间8包括导流的引导表面和分离壁，汽轮机蒸汽通过该引导表面和分离壁被连续引导穿过水分离器12、再冷却器11和再热器13。相对于外壳10的纵向中央面A，水分离器12被配置在沿分配器空间6内侧的外壳10的侧面区(Iateralregion)中。两排对称设置的水分离器也可以替代例示的水分离器12。相对于纵向中央面A以向侧面偏置的方式设置水分离器12，因此水分离器12相对于纵向中央面立于再冷却器11和再热器13的侧面。其中，再冷却器11和再热器13相对于外壳10的纵向中央面A以近似对称的方式设置在外壳10的底部和上部区中。因此，再冷却器11被配置在再热器13的下方，且再冷却器11被侧面偏置的配置在水分离器12的下方。在例示的实施例中，再热器13被设置在外壳10的上部区中，且再热器13以与再冷却器11相对于水分离器12侧面偏置相同的方式配置。但是类似的侧面偏置并不是强制性的。
将典型地具有近似2 16%的水分数(water fraction)的湿汽轮机蒸汽经由在罐10表面侧上的汽轮机蒸汽入口 14引导进入罐10中，所述汽轮机蒸汽从高压汽轮机(未示出)排出。汽轮机蒸汽在水分离器12中干燥，且随后在再冷却器11和再热器13中加热，然后该汽轮机蒸汽作为再加热的蒸汽经由外壳上侧上的出口 15排出。将供热的高压或低压压力蒸汽经由加热蒸汽入口 16供应至再热器13。在再热器13中产生的冷凝物流依赖于压力直接经由冷凝物管线33或经由冷凝物回路(例如34)被供应至在外壳10外侧分离的冷凝物收集罐22 (图2，图3)。在图1中，冷凝物收集罐22被配置在外壳10的前面且在横断面的前面，因此图1中未示出冷凝物收集罐22。再热器13包括水平延伸的U形管束23，U形管束23延伸越过工作空间的全长，且U形管束23的端部与管板(tube sheet)24连接。入口腔25位于管板24的后面,加热蒸汽入口 16通向该入口腔25 ;且与入口腔25相分离的具有出口 17的出口腔26也位于管板24的后面。水分离器12由具有机械湿气分离器的分离器模件(27)构成，该机械湿气分离器的表面将截住甚至最小的液滴，这样液滴可以会合且被收集在底部。分离器模件27被设置在工作空间的全长上。分离器模件27形成分配器空间6和工作空间之间的连接。由于水分离器12相对于再热器11以侧面偏置的方式设置，因此干燥的汽轮机蒸汽的流出区被配置在再热器11的下方。按照箭头Pl所示水平引导汽轮机蒸汽穿过水分离器12。在水分离器12中从汽轮机蒸汽中移除的水到达底部区，且经由在罐10底部部分中的水出口 20排出至外侧。罐在分配器空间和工作空间中的内表面上收集的水同样发生上述过程，冷凝物回路21补偿不同的压力水平。再冷却器11由基本水平延伸的管束28构成。再冷却器11包括再冷却器入口 18和再冷却器出口 19，冷凝物经由再冷却器入口 18和再冷却器出口 19作为加热介质从冷凝物收集罐22被导入管束28中，且作为再冷却的冷凝物从管束28排出。根据图1，管束28延伸越过工作空间8的全长。按照图2所示，再冷却器11被设置在流出区的下方，该流出区邻近地配置在水分离器12的侧面和下游。出口空间通过分离壁与剩余的工作空间8分离，该分离壁在例示的实施例中从以漏斗状方式扩大的水分离器的上部边缘延伸至再冷却器11的相对边缘，以便从水分离器12排出的干燥汽轮机蒸汽流可以以流动促进的方式(flow-promoting manner)按照箭头P2所示进入冷却器11。再冷却器11在底部是打开的，偏转空间31位于该底部且在朝向背离水分离器12的一侧打开，以便从再冷却器11中排出的已经加热的汽轮机蒸汽能够按照箭头P3所示在剩余的工作空间8中侧面经过再冷却器且沿分离壁向上移动至再热器13。然后汽轮机蒸汽从下方进入再热器13，从底部至顶部穿过所述再热器，汽轮机蒸汽在所述再热器中被进一步加热，且按照箭头P4所示离开外壳10。将进一步加热的汽轮机蒸汽从外壳10供应至低压汽轮机(未不出)。在例示的实施例中的冷凝物收集罐22被示为在水平位置上的圆柱形中空体。按照图2和图3所示，冷凝物收集罐22被设置在再热器13和再冷却器11之间的一高度处。出口 17经由冷凝物回路与冷凝物收集罐22连接，该冷凝物回路补偿第二路径和第四路径之间的压差。再热器13的第四路径的与冷凝物收集罐22直接连接的出口 37处于高于冷凝物收集罐22的冷凝物水平的水平，且冷凝物收集罐22的出口 35位于加热介质入口 18上方或至少与加热介质入口 18位于相同水平。这种设置的结果使得在再热器13中产生的冷凝物与剩余的清除蒸汽(scavenging steam) 一起从再热器13自由下落流入冷凝物收集罐22中，且收集的冷凝物从冷凝物收集罐22自由下落流至再冷却器13且流动穿过再冷却器13。因此不需要泵来产生所述流动。流入冷凝物收集罐22的清除蒸汽经由蒸汽出口 36排放至外侧。清除蒸汽(也被称为过量蒸汽)是没有在再热器管中凝结的加热蒸汽的一部分，且清除蒸汽是冷凝物运输所必需的。仅在水平配置中需要清除蒸汽。在竖直配置中，仅通过重力发生冷凝物的运输。虹吸管34的使用允许引导冷凝物流从再热器13流入共用的冷凝物收集罐22中，而不管他们不同的压力水平，且不会引起冷凝物收集罐22中任何自发性蒸发或导致向再热器13的横向流。冷凝物收集罐22中的压力水平近似对应于在第四路径出口处的压力水平。从对应于该压力的饱和蒸汽温度获得接收在冷凝物收集罐22中的冷凝物的温度。冷凝物的再冷却仅发生在再冷却器11中。图3例示了加热蒸汽穿过再热器13的通路，及再热器13与冷凝物收集罐22的功能性连接。冷凝物在沿再热器中的加热蒸汽流动路径的不同点上转向，在加热介质具有不同压力的位置出现该转向。在示出的实施例中，冷凝物的排放出现在具有压力Pait2和Pait4的两个位置处。流入管道束33的加热蒸汽按照箭头P6所示连续经过路径通道1、通道2、通道3和通道4，且所述加热蒸汽将能量传递给来自再冷却器11的汽轮机蒸汽且加热所述蒸汽。当经过第一管状回路通道I和通道2时，一部分加热蒸汽在加热汽轮机蒸汽的情况下发生凝结，同时在路径通道I和通道2中发生压力损失。经由出口 17排放掉获得的冷凝物，且该排放的冷凝物经由虹吸管34到达冷凝物收集罐22。在箭头P7所示的进一步通过的过程中，加热蒸汽在路径通道3和通道4中进一步加热汽轮机蒸汽，同时蒸汽进一步凝结且在通道4的出口处获得压力PJlil4t5来自路径通道3和通道4的冷凝物与清除蒸汽一起经由冷凝物管线33到达冷凝物收集罐22。冷凝物收集罐22中的压力对应于压力Ρλ14，同时通过冷凝物回路34补偿在第二路径端部处的较高压力Ρμ12。 路径2和路径4之间的压差Λ P对应于在输入侧管状虹吸管34中的冷凝物顶部(condensate head)的高度与在冷凝物收集罐22中的冷凝物水平的高度之间的差异。用于再冷却器的通流的驱动力是在冷凝物收集罐中的大地高(geodetic height)。在再冷却器后面降低至较低的压力水平来促进通流，但这不是强制性的。冷凝物作为再冷却的冷凝物经由加热介质出口 19离开再冷却器11，且从外壳10中被排放到外侧。
权利要求
1.一种用于再加热汽轮机蒸汽的设备，所述设备包括再热器(13)和冷凝物收集罐(22)，冷凝物从所述再热器(13)被引导进入所述冷凝物收集罐(22)中，其特征在于， 冷凝物再冷却器(11)被装备在所述再热器(13)的上游，与所述再热器(13)处于共用的外壳(10)中；所述冷凝物再冷却器(11)与所述冷凝物收集罐(22)连接，以使用来自所述冷凝物收集罐(22)的所述冷凝物预加热所述汽轮机蒸汽；所述再冷却器(11)被设置在所述再热器(13)的下方；且，所述冷凝物收集罐(22)中的大地高用于穿过所述再冷却器(11)的流动。
2.根据权利要求1所述的 设备，其特征在于，所述再热器(13)在加热蒸汽侧被装备有用于所述冷凝物的第一出口，且在所述加热蒸汽的下游被装备有用于冷凝物和清除蒸汽的第二出口。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，来自所述冷凝物收集罐(22)的过量蒸汽被弓I导返回所述汽轮机蒸汽以提高效率。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，来自所述第一出口和所述第二出口的所述冷凝物流以不同的压力被转移至共用的所述冷凝物收集罐，同时使用按照U形管压力计原理运行的管状虹吸管(34)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，水分离器(12)相对于所述汽轮机蒸汽流的方向被设置在所述再冷却器(11)的上游。
6.根据权利要求4或5所述的设备，其特征在于，在所述外壳(10)竖直配置的情况中，所述再热器(13)和所述再冷却器(11)基本对称于竖直纵向中央面(MJ设置，且所述水分离器(12)以相对于所述外壳(10)的所述竖直纵向中央面(MJ向侧面偏置的方式设置；且所述设备装备有冷凝物收集泵以将冷凝物供应至所述冷凝物再冷却器(11)。
7.根据权利要求4或5所述的设备，其特征在于，在所述外壳(10)水平配置的情况中，所述再热器(13)和所述再冷却器(11)基本对称于竖直中央轴设置，且所述水分离器以相对于所述外壳(10)的所述竖直中央轴向侧面偏置的方式设置。
8.一种利用蒸汽轮机过程中的加热蒸汽再加热汽轮机蒸汽的方法，其特征在于，冷凝物沿再热器中加热蒸汽的流动路径从再热器被转向至冷凝物罐，所述转向发生在所述加热蒸汽具有不同压力的沿所述流动路径间隔开的位置；且，排放的所述冷凝物被以受控的方式捕获且用于在再加热之前预加热所述汽轮机蒸汽。
全文摘要
本发明涉及一种用于再加热汽轮机蒸汽的设备和方法，包括再热器和冷凝物收集罐，冷凝物从所述再热器被引导进入所述冷凝物收集罐中。再冷却器被装备在所述再热器的上游，与所述再热器具有共用的外壳中。所述再冷却器被设置在所述再热器的下方，且所述冷凝物收集罐与所述再冷却器连接以供应作为加热介质的来自所述冷凝物收集罐中的冷凝物。
文档编号F22B37/26GK103216816SQ20131002042
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月18日 优先权日2012年1月20日
发明者盖德·博纳蒂, 格尔德·斯达克史艾德 申请人:巴尔克有限公司