蒸汽发生器的制作方法

本发明涉及一种发电厂子设施的蒸汽发生器。此外，本发明涉及一种用于运行发电厂子设施的蒸汽发生器的方法。

背景技术：

在具有蒸汽发生器的发电厂子设施中，将在化石燃料燃烧时在燃烧器侧产生的热气或从燃气轮机中流出的热的废气用于蒸发在蒸汽发生器之内的流动介质。

也称作为废热锅炉的蒸汽发生器为了蒸发流动介质通常具有组合成或聚集成换热面的蒸发器管，所述蒸发器管的加热引起引导到蒸发器管中的流动介质的蒸发。在蒸发时通过蒸汽发生器产生的蒸汽又例如用于连接的外部过程或尤其也用于驱动蒸汽轮机，例如在燃气和蒸汽发电厂(gud发电厂)中使用。

在gud发电厂中，借助于多个燃气轮机和在所述燃气轮机下游接入的蒸汽轮机产生电能。燃气轮机的热的废气在热气或废气通道中穿流(废热)蒸汽发生器，并且用于在水-蒸汽循环回路中产生水蒸气。随后蒸汽经由常规的蒸汽轮机过程膨胀。

在一些gud发电厂中存在提高的热量需求，例如由于覆盖峰值负载或输出集中供热。为了满足所述附加的热量需求，在蒸汽发生器中动用所谓的补充或辅助点火装置(supplementaryfiringsystem)。对此，在蒸汽发生器中安装燃烧器，在所述燃烧器中将燃料连同出自燃气轮机的废气一起燃烧。通过燃烧，废气被加热并且热量经由加热面或换热面输送给蒸汽轮机的水-蒸汽循环回路。以所述方式，有针对性地提高燃气和蒸汽发电厂的蒸汽部分的功率。

当然，在这种补充点火装置的范围中燃烧时，与其他点火系统类似地，又形成有害物质，例如氮氧化物(nox)和硫氧化物(sox)。所述有害物质的形成使得需要用于维持规定的排放限值的附加措施。用于维持所述排放限值的常见的方法在于通过使用在补充点火装置或蒸汽发生器下游接入的催化器来移除所述有害物质。

为了还原在废气或热气中存在的氮氧化物，需要所谓的denox催化设备，所述denox催化设备设置在蒸汽发生器中的适当的部位上。在这种催化设备中，在与催化材料共同作用的条件下并且通过同时喷入氨溶液还原包含在流过的热气或废气中的氮氧化物，其中水(h2o)和元素氮(n2)积聚。该方法也称作为选择性催化还原法(scr)。

在这种方法中不利的是，催化设备需要附加的安装空间和耗费的固定结构，由此用于搭建和安装蒸汽发生器的总耗费提高。此外现存的旧设施由于缺少安装空间通常仅能够以相对高的耗费改装。

技术实现要素：

本发明作为第一目的基于，提出一种蒸汽发生器，借助于所述蒸汽发生器可行的是，在降低有害物质形成时实现改进的蒸发产生。

作为第二目的，本发明基于，提出一种方法，借助于所述方法可行的是，运行蒸汽发生器，使得在降低有害物质形成的条件下实现改进的蒸汽产生。

第一目的根据本发明通过用于发电厂子设施的蒸汽发生器来实现，所述蒸汽发生器包括：至少一个能由流动介质穿流的蒸发器管；以及多个通过蒸发器管的表面形成的换热面，其中所述或每个换热面至少部分地设有催化活性覆层用于碳水化合物的放热分解。

在第一步骤中，本发明基于，为了在蒸汽发生器之内的有害物质最小化，放弃补充点火装置。相应地，必须动用其他方案以便在蒸汽发生器中附加地产生热量。

在第二步骤中，本发明已知，有针对性的热量产生在不附加形成有害物质的条件下在如下情况下是可行的：在蒸汽发生器之内实现下述条件，所述条件有益于放热反应、即释放热量的反应的进行。在此，本发明利用如下知识，碳水化合物的催化分解是这种进行放热的反应。换言之，在碳水化合物分解时，在催化剂表面上释放能量，所述能量以热量的形式输出到环境中。

在第三步骤中，本发明基于如下考虑，在碳水化合物放热分解所在的催化剂表面集成到蒸汽发生器中，可行的是：在蒸汽发生器之内产生可用的余热。对此，尤其蒸发器管的换热面设有催化活性覆层，碳水化合物在所述覆层上放热分解。

因为催化覆层施加到换热面上，所以在放热分解中释放的能量能够直接经由蒸汽发生器的所述或每个蒸发器管引出。以所述方式，优选地并且尤其在没有补充点火装置的情况下满足在蒸汽发生器中期望的附加的热量需求。

与补充点火装置、即在传统意义中的氧气消耗下的燃烧不同地，在碳水化合物的催化放热分解中，不出现附加的有害物质，如氮氧化物或硫氧化物。换言之，通过蒸发器管的换热面的催化覆层，以简单且有效的方式也能够满足提高的热量需求，而在此不必承受在蒸汽发生器之内形成不期望的有害物质。蒸汽产生通过附加的热量输入来改进。然而，蒸汽发生器在没有补充点火装置的条件下运行。

此外，现有的蒸汽发生器能够借助小的耗费改装，因为即使在已经存在的发电厂设施中也能够施加催化活性覆层。对此不需要改变蒸汽发生器的构造。

在碳水化合物分解或转化时出现的热量优选直接引出。换热面对此适当地构成为用于将在碳水化合物分解时释放的热量传递到穿流蒸发器管的流动介质上。在碳水化合物的催化分解时在换热面上、即在所述或每个蒸发器管的催化覆层的表面上形成的热量基本上无损耗地传递到在蒸发器管中循环的流动介质上。在此加热的流动介质尤其在蒸汽轮机过程中使用。

通过蒸发器管的表面形成的换热面适当地在至少一个子区域中设有催化活性覆层。在此，尤其优选的是如下子区域，所述子区域在废气穿流蒸汽发生器的废气通道时朝向流动的废气。替选地，当然整面的覆层也是可行的。

设置在蒸汽发生器之内的蒸发器管适当地是蒸汽轮机的热量-蒸汽循环回路的一部分。在分解时释放的热量相应地馈入到水-蒸汽循环回路中，进而有助于有针对性地加热和由此有助于在循环中引导的流动介质的蒸发。

优选地，用于碳水化合物的放热分解的催化活性覆层包括至少一种贵金属。通过使用一种或多种贵金属，提供催化活化的表面，在所述表面上在施放呈热量的形式的能量的条件下可选地将碳水化合物分解或转化。

优选地，催化活性覆层包括至少一种贵金属，所述贵金属选自如下组，所述组包括：金(au)、银(ag)、钌(ru)、铑(rh)、钯(pd)、锇(os)、铱(ir)和铂(pt)。在此，具有仅一种贵金属的催化活性覆层与包含多种贵金属即合金的催化覆层是同样优选的。为了碳水化合物的分解，尤其有利的是，催化活性覆层包含铑(rh)、钯(pd)和/或铂(pt)。

在另一个有利的设计方案中，催化活性覆层构成为用于甲烷的催化转化。甲烷在由贵金属构成的表面上的分解是强放热的反应，其中甲烷分解以形成二氧化碳(co2)和水(h2o)。优选地，将天然气和/或沼气引入到蒸汽发生器中，因为所述气体同其他碳水化合物一样包含高份额的甲烷。尤其地，天然气包含高的甲烷份额。甲烷优选在催化活性覆层上分解，所述覆层包含铑(rh)、钯(pd)和/或铂(pt)。

将要分解的碳水化合物优选作为气流的一部分引入到蒸汽发生器中。为了分配碳水化合物或含碳水化合物的气流，蒸汽发生器适当地包括喷射设备。经由喷射设备能够有针对性地将期望量的碳水化合物——尤其在已知所包含的碳水化合物量的情况下作为气流的一部分——分配到蒸汽发生器中，需要所述期望量的碳水化合物以产生附加需要的热量。碳水化合物或含碳水化合物的气流在此适当地连同热气或废气在催化活性覆层上喷入并且碳水化合物在那分解。

根据气体流量和碳水化合物份额，过程热量产生能够匹配于实际的热量需求。通过散热，催化活性覆层的温度被限制，使得喷入的碳水化合物的量不受到限制。

本发明的一个替选的设计方案提出，使用催化活性覆层，所述覆层除了用于碳水化合物的催化分解之外同时构成为用于一氧化碳(co)和/或氢气(h2)的催化转化。一氧化碳和氢气能够经由燃气轮机的废气输入。此外，一氧化碳也能够包含在含碳水化合物的气流中。份额通常小的氢气也能够从工业过程中到达蒸汽锅炉中。

适合于一氧化碳(co)和/或氢气(h2)的催化分解或转化的催化覆层优选同样包括至少一种贵金属，所述贵金属选自如下组，所述组包含：金(au)、银(ag)、钌(ru)、铑(rh)、钯(pd)、锇(os)、铱(ir)和铂(pt)。尤其适当的是包含钌(ru)、铑(rh)、钯(pd)、和/或铂(pt)的催化活性覆层。

适当地，所述或每个换热面至少部分地设有增附剂。增附剂施加到换热面上，以便确保催化活性覆层良好且均匀地附着在换热面上。作为增附剂优选使用金属有机化合物。优选地，使用陶瓷化合物，尤其基于二氧化钛(tio2)的陶瓷化合物。

本发明的第二目的根据本发明通过一种用于运行发电厂子设施的蒸汽发生器的方法来实现，其中碳水化合物输送给包括至少一个蒸发器管的蒸汽发生器，其中碳水化合物与多个换热面置于接触，所述换热面通过蒸发器管的表面形成且至少部分地设有催化活性覆层，并且其中碳水化合物在与催化活性覆层接触时在其上放热分解。

在碳水化合物分解时释放的热量优选传递到穿流蒸发器管的流动介质上。流动介质通过在气态组分转化或分解时产生的热量加热，而催化活化层的温度由于散热而向上受到限制。在分解时出现的热量适当地引出到蒸汽轮机的热量-蒸汽-循环中，由此有针对性地提高燃气和蒸汽发电厂的蒸汽部分的功率。

有利的是，使用具有至少一种贵金属的催化活性覆层。优选地，使用包括至少一种贵金属的催化活性覆层，所述贵金属选自如下组，所述组包括：金(au)、银(ag)、钌(ru)、铑(rh)、钯(pd)、锇(os)、铱(ir)和铂(pt)。

尤其优选地，甲烷在催化活性覆层上分解。对此，将甲烷适当地作为气流的一部分、尤其天然气流或沼气流的一部分引入到蒸汽发生器中。经由沼气的或通常可分解的碳水化合物的量，控制在催化活性覆层上的热量产生。碳水化合物在此适当地喷入到蒸汽发生器中。在一个替选的设计方案中，除了碳水化合物之外，也在催化活性覆层上转化一氧化碳和氢气。

为了确保持久且均匀的覆层，所述或每个换热面至少部分地设有增附剂。优选地，作为增附剂使用金属有机的化合物。

针对蒸汽发生器的优选的设计方案提出的优点能够在此类似地转用于方法的相应的设计方案。

附图说明

下面根据附图详细阐述本发明的实施例。在此示出：

图1示意地示出蒸汽发生器的侧视图，并且

图2示出根据图1的蒸汽发生器的局部的俯视图。

具体实施方式

图1示意地示出蒸汽发生器1作为发电厂子设施3、当前为蒸汽轮机的一部分的侧视图。在蒸汽发生器1上游连接有燃气轮机5。废气7从燃气轮机5中流动到蒸汽发生器1中。废气7在废气通道9之内朝向构成为排气装置或竖直烟道11的烟囱的方向穿流蒸汽发生器3，所述废气通道由于当前的设计方案也称作为水平烟道。在此，废气7将大部分在其中包含的热量通过热传递输出到设置在废气通道9之内的换热面13上，所述换热面通过在蒸汽发生器3中设置的蒸发器管17的表面15形成。

由此，流动到蒸发器管17中的流动介质19被加热和蒸发。在其热量输出到流动介质19当前为水上之后尽可能冷却的废气7经由烟囱11离开蒸汽发生器1。在蒸发器管17中产生的水蒸气在水-蒸汽循环回路中使用并且在传统的、未详细描述的蒸汽轮机过程中膨胀。

当前，全部换热面13完全地设有增附剂23和催化活性覆层25。催化覆层25当前由铂构成并且用于碳水化合物的放热分解。通过碳水化合物的放热分解，有针对性地在蒸汽发生器1内部产生热量，而在此不形成有害物质，如氮氧化物和/或硫氧化物。

现在，经由喷射设备27将天然气喷入到蒸汽发生器1中，所述喷射设备示意地根据箭头表示。天然气包含高份额的碳水化合物和尤其高份额的甲烷。在天然气流中包含的甲烷在换热面13的催化活性覆层25上放热分解成二氧化碳和水。在此释放的能量以热量的形式经由换热面13输出到流动介质19中，所述流动介质流动到蒸发器管17中。

热量引出到热量-蒸汽循环回路中，由此提高燃气和蒸汽发电厂的蒸汽部分的功率。此外，通过散热来限制催化活性覆层25的温度。

在图2中示出根据图1的蒸汽发生器1的局部的俯视图。根据所述视图，可见设置在蒸汽发生器1中的、设有催化活性覆层25的蒸发器管17。蒸汽轮机5的废气7连同甲烷在废气通道9中流过蒸汽发生器1。甲烷在催化活性覆层25上分解，其中在此释放的热量传递到流动介质19上，所述流动介质流动到蒸发器管17中。

根据当前视图可见的是，蒸发器管17或通过蒸发器管17的表面15形成的换热面13被完全覆层。原则上，当然也可行的是，仅对换热面13的子区域覆层。

总体上可行的是，通过蒸发器管17的换热面13的催化活性覆层25提高过程热量，而不必承受在蒸汽发生器1之内形成不期望的有害物质。蒸汽发生器1在有针对性地产生热量时在不具有补充点火装置的情况下运行。