专利名称：强制循环蒸汽发生器中的水-蒸汽回路的净化方法
技术领域：
本发明涉及一种净化组合式燃气—蒸气—发电装置的水-蒸气回路的方法，该发电装置具有一个燃气轮机回路和一个蒸气轮机回路，其中燃气轮机的废气通过在强制循环蒸气发生器中流动的工作介质将其余热输送给蒸气轮机并且其中强制循环蒸气发生器主要由节能器、蒸发器和过热器构成，并且其中在蒸发器和过热器之间接有一分离瓶。
通常利用燃气轮机装置的废热的废热锅炉为辊筒式锅炉。通过在某个辊筒中进行浓缩，并进行连续或非连续的排垢来实现水-蒸气回路的净化。
如果此时废热锅炉配备有一个强制循环锅炉，则不必采用此净化机理。此情况时在冷凝水净化装置中进行水—蒸气回路的净化。
本发明的任务在于提出一种无冷凝水净化装置也能实现的本说明书引言部分中所述方式的装置。
依照本发明，该任务的解决方案是，在满负荷工作时采用给水泵经节能器和蒸发器输送大于必要量的水，选定的水量应使饱和蒸气到达分离瓶，带有内含各种杂质的蒸气的水部分在分离瓶中被分离出并经除垢管路排出。
依照一有益的方案在循环蒸气发生器被过量给水前，首先将装置降至部分负荷。最好调整的过量给水应使在过热器出口的新鲜蒸气温度等于某负荷点的额定值。
此外，本发明的优点在于大幅度降低了装置和工作费用，以及由于在水-节气回路中没有化工设备因而减少了风险。
如果想在满负荷工作时实现水-蒸气回路的净化，而又不必对该系统进行过量给水，则最好由蒸发器的一未完全气化级提取蒸气并将其导入分离瓶。对杂质多的情况最好提取此未完全气化级的整个蒸气量并输送给分离瓶，而对杂质较少的情况，则仅提取一部分蒸气并与在蒸发器出口处的剩余蒸气量一起被输送给分离瓶。如果在分离系统中进行加压分离，则建议首先把由未完全蒸发级提取的蒸气加到第一起动-分离瓶并从此处将其输送给后面的净化-分离瓶。
在冷起动时，宜将经蒸发器到达分离瓶的过冷水和以后的由产生的饱和蒸气中分离出的水经除垢管路排出，直至实现水-蒸气回路中所要求的净化。
在附图中表达了本发明的多个实施例。图中仅示出对理解本发明的重要的器件。用箭头表示工作介质的流向。
图中示出
图1组合式燃气-蒸气-发电装置的示意图；图2温度-熵-曲线；图3配设有不同于图1的分离瓶的局部示意图。
依照图1，在燃气轮机系统中经管路，吸入的新鲜空气在压气机2中被压缩到工作压力。经压缩的空气在一例如用天然气点火的燃烧室3内被急剧加热并把采用此方法产生的燃气在燃气轮机4中工作式减压。从中获得的能量被加到发电机组5及压气机2上。燃气轮机尚热的废气经管路6一由燃气轮机出口处被加到废热气化装置7上，并由此处在放热后经管路8和图中未示出的烟囱排空。
在水-蒸气回路中设置有一个与燃气轮机同轴的多缸蒸气轮机9、10和11。在低蒸气压轮机11中被减压的工作蒸气在冷凝器13中被冷凝。采用冷凝水泵14将冷凝水直接输送给蒸发器7。值得一提的是，该装置不具有通常的用蒸气加热的低压节能器、给水槽和高压节能器。
废热蒸发设备7为立式锅炉并在此情况时按双压蒸发工艺工作。当然也可以采用卧式锅炉。
低压系统为带有转筒的循环系统，其中在这里选用的是强制循环系统。该系统在锅炉的烟气通路中由低压节能器15、低压蒸发器16和低压过热器19构成，冷凝水被引入到节能器中。低压蒸发器通过循环泵18与转筒17相连接。过热的蒸气通过一条低压-蒸气管路2 8被传送到中压-蒸气轮机10的相应的级中。
高压系统为强制循环系统并因此既可以设计成高于临界的参数，又可以设计成低于临界的参数。该系统在锅炉的烟气通路中主要由高压节能器21、高压蒸发器22和高压过热器23构成。工作介质通过一高压给水泵20从低压转筒17被加到高压节能器21。采用此方法可以省去迄今通用的给水槽。过热的蒸气通过一条新鲜蒸气管路24被传送到蒸气轮机的高压部分9。
备有一个用于相分离的分离瓶25，高压蒸发器22的出口通过管路31接在该分离瓶上。分离瓶的上端通过管路32与高压过热器23连接。在分离瓶的下端附加备有一条除垢管路29。同时在分离瓶的下端还引出一条回流管路26，该管路上有一开关30并接入低压转筒17中。
蒸气在蒸气轮机高压部分9中被部分减压后，在输送给中压涡轮机10前被中间加热。该中间加热例如在换热面27上进行，该换热面设置在高压过热器23上方的气化器的烟气通道上。
利用这种气化器通过改变循环系统和连续系统中的压力和流量可得到复合循环的很宽的工作范围。
随着达到某沸点温度，在锅炉中开始生成蒸气。通过对来自分离瓶的回流的高压饱和水的减压在低压系统中生成第一蒸气。
分离瓶用于使高压过热器随时保持干燥并在锅炉出口提前提供过热器的蒸气。一旦在高压蒸发器中达到稳定工作必要的压力，就可采用新鲜蒸气来起动以滑动压力工作方式工作的蒸气轮机。
依照本发明此时可以省去冷凝水净化装置。其构思在于，在分离瓶范围内可以把蒸气/水回路中的杂质排出。
既可以在满负荷时，又可以在部分负荷时实现对蒸气/水回路的净化。在满负荷时将对高压系统过量给水，即通过高压给水泵经强制循环-蒸气发生器输送大于必要量的水。显然在只有唯一一台高压给水泵的情况下必须把该泵的流量设计得大一些。如果该装置备有泵余量，例如以2×100％或3×50％方式，则可采用备用泵过量给水。
输送水量的调整应使在任何情况下饱和蒸气到达分离瓶。杂质附着在水-蒸气-混合物的水滴中。在分离瓶中蒸气中的水部分通过相应手段被分离出去并经除垢管路29被排出。采用此方法的优点是，回路经少量的循环，即在内部最短的时间后，将大量杂质除掉。
采用为正常工作定量的给水泵实现回路净化的方案是，将蒸气发生器从满负荷降到部分负荷，例如80％。此后与满负荷方法时相同对高压系统过量给水并按上述方法进行。
鉴于水-蒸气回路的效率主要由新鲜蒸气的温度决定，宜在净化过程中也将此温度尽可能保持不变。据此对过量给水和随之对到尺分离瓶的湿气的调整应使在任何工作负荷条件下由分离瓶流到过热器的饱和蒸气量仍可被加热到属于相应负荷的新鲜蒸气温度上。对此的考虑如下在正常工作时过热的蒸气很容易就可以到达分离瓶，该分离瓶因此保持干燥状态。但没有水排放。由于连续提高对蒸气发生系统的过量给水，即由于增大给水流量，过热首先回落。新鲜蒸气温度下降。随着到达饱和蒸气区，越来越多的水分在分离瓶中被分离出来。到达过热的流量减少。由于降低了过热器的蒸气侧的负荷，因此新鲜蒸气温度又重新升到原来的值。
在图2中用温度-熵-曲线表述了净化阶段的分离瓶25的象征性装置。在饱和蒸气阶段，在A和B两点间水分被从分离瓶排出。
综上所述，在正常工作时分离瓶25是干燥的，而在满负荷或部分负荷时为实现净化饱和蒸气须到达分离瓶。根据上述方法，通过对系统过量给水，据此采用增大给水流量和/或采用降低燃气轮机的负荷方法加以实现，从而使必要的水分到达分离瓶。此净化方法提出了一些附加的条件，对此是不应忽视的。要提及的是，与此有关的对给水泵及燃气轮机的调整、新鲜蒸气温度的降低和重新升高以及必要时将该装置降回到部分负荷。在采用满负荷净化时提高给水泵功率尤为必要。
在此对其的补求办法是采用一种不需要在满负荷工作时对系统过量给水工作的方法。该方法涉及一种对分离瓶25的多级供料或对多级串接的分离瓶的供料。
在图1中对此方法做了表述。在相应位置将蒸发器22分成两部分，即备有一附加的收集器。由此收集器引出一条管路33，该管路接在通向分离瓶25的管路31上。当然管路33也可以直接接在分离瓶25上。在这两条管路31和33上分别设置有一个阀门34、35。在此情况时的相应位置意味着从该处引出的蒸气未完全气化并尚含有至少10-15％的水分。这种装置的运行过程如下在起动和正常工作时阀门34开启。阀门35闭合。通向分离瓶25的管路31仅由水及蒸气加载，这些水及蒸气全部流过蒸发器22。
在满负荷下进行部分量净化时，即在仅存在少量杂质而选用的运行方式时，阀门34完全开启，阀门35部分开启。经管路33引出的含有杂质的湿蒸气在分离瓶25内被沉降。沉降水经除垢管路29被排出。加在蒸发器底部的剩余蒸气在采用此方法时势必被过热。
在满负荷工作时进行完全净化时，即在存在大量杂质而选用的运行方式时，阀门34闭合，阀门35开启。整个蒸气量对蒸发器22的底部绕行并因而在湿状态下被输送到分离瓶25内，在分离瓶25内进行对杂质的分离和离析。
在图3中表述了第二种方法。对功能相同的器件用与图1相同的标记加以标示。由不完全蒸发级提取的蒸气经管路33首先加入所谓的起动-分离瓶125内并由此处输送到原有的净化-分离瓶25内。对部分量净化和完全流净化采用与上述相同的方式进行，其中两个瓶125和25投入工作并逐次被流体流过。显然，根据由发电厂类型、功率、锅炉结构、流量、换热面的配置等确定的各种条件，可以在蒸发器和分离瓶中中采用排出任意数量的蒸气。
这样的一种无冷凝水净化设施的装置的冷起动是很成问题的。在长时间停机、至少几乎完全冷却或甚至防腐处理后，水-蒸气回路中的杂质特别高。这些杂质有可能是由于防腐剂、修理时造成的污染、停机锈蚀或由不稳定的温度和压力应力造成的材料剥落的后果。因此要特别小心进行冷起动一净化并为此应将该装置置于连续工作状态。
如果冷凝水和给水的质量不能达到国际标准规定的值，则按下述步骤起动该装置经蒸发器22进入分离瓶25的过冷水或饱和水不经过管路26再循环，而是经除垢管路29部分或完全排出。随着继续起动饱和蒸气进入分离瓶25。如果此时冷凝水、给水和蒸气的质量仍未达到所需要的值，则以湿气/水气方式进入分离瓶并在其中继续分离出的水仍不能再循环，而是经除垢管路29部分或完全地排出。如果接着表明，在继续加载，甚至直至分离瓶干燥运行一直未达到冷凝水，给水和蒸气的国际标准规定的质量，则将冷起动保持在澄清瓶内与杂质相符的相宜的状态-压力和温度下。不要继续加荷。在此保持点保持长时间并净化，即对分离出的水除垢，直至达到努力实现的水-蒸气回路的纯度。
当起动时，即在极低的部分负荷情况下至少与水有关的压力、热流和速度都是很低的，这对分离瓶中的杂质的分离将产生有利的作用。存在有近于稳定的条件。低值将会造成对分离有利的分布系数的影响。该分布系数的定义是蒸气相中的杂质的浓度与在分离瓶入口处的水相中的杂质的浓度的比。该比例很大程度上取决于压力、气化过程的动态，即调整化学平衡的可能性及杂质本身。随压力的升高分布系数的数值将增大，即水中的浓度将下降。在分离瓶出口处实现的蒸气纯度取决于该分布系数和洗净率。分布系数及分离器中的压力越小，则蒸气纯度越好，反之则蒸气纯度越坏。
一旦达到努力实现的水-蒸气回路的纯度，则起动过程将被继续进行，接着分离瓶最后进行干燥运行。
采用此高效冷起动一净化的方法可以避免在运行期间长期的继续净化。鉴于该装置每年冷起动的次数与暖起动或热起动相比是有限的，所以在冷起动时的起动时间是无关紧要的。采用此方法对水的排放与化学净化相比很明显是费用上较为有利的方案。在一组合式发电厂中预计将排放的水量约为30m3。
附图标记对照表1管路(抽吸新鲜空气)2压气机3燃烧室4燃气轮机5发电机组6管路(废气)7废热蒸气发生装置8管路(通向烟囱)9高压气轮机10 中压气轮机11 低压气轮机13 冷凝器14 冷凝液泵15 低压节能器16 低压蒸发器17 低压转筒18 循环泵19 低压过热器20 给水泵21 高压节能22 高压蒸发器23 高压过热器24 新鲜蒸气管路25 净化-分离瓶26 再循环管路27 中间过热器28 低压-蒸气管路29 除垢管路30 开关31 22与25间的管路32 25与23间的管路33 22与25、125间的管路34 31上的阀门35 33上的阀门125起动-分离瓶
权利要求
1.净化组合式燃气-蒸气-发电装置的水-蒸气回路的方法，该发电装置具有一个燃气轮机回路和一个蒸气轮机回路，其中燃气轮机(4)的废气通过在强制循环蒸气发生器中流动的工作介质将其余热输送给蒸气轮机并且其中强制循环蒸气发生器主要由节能器(21)、蒸发器(22)和过热器(23)构成，并且其中在蒸发器(22)和过热器(23)之间接有一分离瓶(25)，其特征在于在满负荷工作时采用给水泵(20)经节能器(21)和蒸发器(22)输送大于必要量的水，选定的水量应使饱和蒸气到达分离瓶(25)，带有内含各种杂质的蒸气中的水部分在分离瓶中被分离出并经除垢管路(29)被排出。
2.净化组合式燃气-蒸气-发电装置的水-蒸气回路的方法，该发电装置具有一个燃气轮机回路和一个蒸气轮机回路，其中燃气轮机(4)的废气通过在强制循环蒸气发生器中流动的工作介质将其余热输送给蒸气轮机并且其中强制循环蒸气发生器主要由节能器(21)、蒸发器(22)和过热器(23)构成，并且其中在蒸发器(22)和过热器(23)之间接有一分离瓶(25)，其特征在于在将该装置降回至部分负荷时通过给水泵(20)经节能器(21)和蒸发器(22)输送大于必要量的水，选定的水量应使饱和蒸气到达分离瓶(25)，带有内含各种杂质的蒸气中的水部分在分离瓶中被分离出来并经除垢管路(29)被排出。
3.依照权利要求1或2的方法，其特征在于通过给水泵(20)输送的水量的调整应使在过热器(23)出口处的新鲜蒸气温度经短时间降低后自动调节到某负荷点时的额定值。
4.净化组合式燃气-蒸气-发电装置的水-蒸气回路的方法，该发电装置具有一个燃气轮机回路和一个蒸气轮机回路，其中燃气轮机(4)的废气通过在强制循环蒸气发生器中流动的工作介质将其余热输送给蒸气轮机并且其中强制循环蒸器发生器主要由节能器(21)、蒸发器(22)和过热器(23)构成，并且其中在蒸发器(21)和过热器(23)之间至少接有一分离瓶(25)，其特征在于在至少接近满负荷工作时由蒸发器(22)的至少一未完全蒸发级提取蒸气并引入至少一分离瓶(25，25)内。
5.依照权利要求4的方法，其特征在于在杂质特别多时由至少一未完全蒸发级提取整个蒸气量并引入至少一分离瓶(25、125)内。
6.依照权利要求4的方法，其特征在于在杂质少量由至少一未完全蒸发级仅提取部分蒸气量并与存在于蒸发器出口处的剩余蒸气量引入至少一个分离瓶(25、125)内。
7.依照权利要求4的方法，其特征在于由至少一未完全蒸发级提取的蒸气首先加入一起动-分离瓶(125)内并从此处引入净化-分离瓶(25)内。
8.净化组合式燃气-蒸气-发电装置的水-蒸气回路的方法，该发电装置具有一个燃气轮机回路和一个蒸气轮机回路，其中燃气轮机(4)的废气通过在强制循环蒸发器中流动的工作介质将其余热输送给蒸气轮机并且其中强制循环蒸气发生器主要由节能器(21)，蒸发器(22)和过热器(23)构成，并且其中在蒸发器(22)和过热器(23)之间接有一分离机(25)，其特征在于—冷起动时经蒸发器(22)到达分离瓶(25)的过冷水至少部分经除垢管路(29)被排放掉，—在接着起动时蒸发器(22)内生成的饱和蒸气到达分离瓶(25)内，在该分离瓶内含有杂质的水份被分离出并且至少部分水经除垢管路(29)被排放掉，—在一直尚存在杂质的情况下中断对该装置的提速，并在分离瓶(25)内保持在与杂质相应的压力-和湿度-状况下，其中把瓶中分离出的水一直排放到，直至达到努力实现的水-蒸气回路中的纯度，—接着继续起动过程，直至达到分离瓶的干燥运行。
全文摘要
在带强制循环蒸汽发生器的组合燃气/蒸汽发电设备中在蒸发器与过热器间接一分离瓶。通过给水泵经蒸发器给过量的水来对水/蒸汽回路净化，水量应使饱和蒸汽到达分离瓶，带有杂质的水部分在瓶内分离后从除垢管路排出。过量给水调整成使新鲜蒸汽温度相当于相应负荷点的额定值。在满载时不经过量给水净化则须从不完全蒸发级取蒸汽引入瓶内。在冷起动时将经蒸发到瓶内的过冷水及随后从饱和蒸汽分出的水经除垢管路排放直至所需纯度。
文档编号F22B37/54GK1157892SQ96121978
公开日1997年8月27日 申请日期1996年11月28日 优先权日1995年11月28日
发明者E·利必希, C·鲁赫蒂 申请人:亚瑞亚·勃朗勃威力有限公司