专利名称：蒸汽发生设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种蒸汽发生设备，它和一多级蒸汽透平连接并具有一沸腾层(流化床)(Wirbelschicht)燃烧系统，该燃烧系统具有一沸腾层燃烧室，至少一个第二烟道和至少一个设置在沸腾层燃烧室和第二烟道之间的分离器，至少一个过热器和两个在蒸汽一侧串接的中间过热器，其中第一中间过热器在蒸汽一侧做得带一可调节的旁路装置，使输送给第二中间过热器的蒸汽的部分气流可在第一中间过热器旁流过，本发明还涉及一种开动这种类型的蒸汽发生设备的方法。
在带有蒸汽发生器的发电设备中利用燃料中的能量以使蒸汽发生器中的工作介质或流动介质蒸发。这里工作介质通常在一蒸发回路中运行。由蒸汽发生器提供的蒸汽例如可以用来驱动一蒸汽透平机和/或用于相连的外部过程。如果蒸汽驱动蒸汽透平机，那么通过蒸汽透平机的透平轴通常带动一发电机或作功机械。在带动发电机的情况下由发电机产生的电流可以用来供给联合电网和/或独立电网。
这里蒸汽发生设备可以做得带有一沸腾层燃烧系统，特别是一循环的沸腾层燃烧系统。例如由资料EP 0455660 B1已知一种这一类型的蒸汽发生设备。是一具有多级蒸汽透平机的发电站的组成部分的这种蒸汽发生设备包括一沸腾层燃烧系统，它具有一沸腾层炉，至少一个分离器，至少一个第一级和第二级或末级中间过热器和一过热器，中间过热器相互串接。其中第一和第二级或末级中间过热器依次设置在蒸汽发生器的一共同烟道或一第二烟道内，该烟道在排气侧与沸腾层燃烧室相连，并设有用来将来自蒸汽透乎机的高压部分和部分卸荷的蒸汽分配成一可选择的第一和第二部分和引导所述第一部分通过第一级中间过热器的机构，以及用来重新合并第一和第二部分并引导它们通过第二级中间过热器的机构。通过上述结构可以调节中间过热器系统出口处的蒸汽温度而不必喷射冷的喷淋水。放弃喷淋水对发电设备总的效率起有利的影响。
这种已知蒸汽发生设备显示出这样的缺点，即中间过热器(Z)-温度特性曲线不是最佳的，因此可能出现这样的情况，在部分负载时达不到待加热蒸汽的Z-温度。其次在第二烟道内受热面的数量对这个烟道的结构高度有影响。由于在烟道内设有两个中间过热器受热面，第二烟道的结构高度相应变大和成本较高。
现在本发明的目的是，创造一种蒸汽发生设备和一种用来开动这一类型的蒸汽发生设备的方法，用这种设备和方法时可避免上述缺点。
上述目的在蒸汽发生设备方面通过权利要求1表示的特征来实现，在方法方面通过权利要求8表示的特征来解决。
通过按本发明的解决方案创造了一种蒸汽发生设备以及一种用来开动这种设备的方法，它具有以下优点中间过热系统或中间过热级温度特性的改进，从而需要较小的加热表面。因为第二中间过热器设置在沸腾层燃烧室内，由此产生许多优点。一方面燃烧室内烟气(RG-)温度高于第二烟道内的烟气温度并由此得到对于在第二中间过热器内将热量转移给蒸汽所需要的较高的传导温差，因此只需要较小的受热面。这里特别有利的是，在沸腾层燃烧室内由于烟气内固体颗粒成份高在第二中间过热器的整个高度上RG-温度几乎保持不变。另一方面在沸腾层燃烧室内除作用在中间过热器级上的对流热外还加上较高的辐射热成份，其中辐射热与对流热相比与锅炉负载没有很大关系，即使在部分负载时仍然对受热面发出没有明显减小的热流。通过上述措施Z-温度特性显著改善。
由于在燃烧室内中间过热器更好的温度特性在第一中间过热器上只需要较少的旁路流量。由于第一中间过热器更剧烈的流通达到更好的冷却。其次由于较小的旁路流量也使旁路装置减小，成本更低。
由于在第二烟道内受热面(后接的或接触的受热面)的减小(取消第二中间加热级)第二烟道的结构高度可以较小，成本可以更低。
蒸汽发生设备的第二中间过热器做成屏形受热面是有益的，因为由此热量既通过对流又通过辐射传递到工作介质蒸汽上。
在沸腾层燃烧室内的第二中间过热器的屏形受热面可以做成L形(翼形壁)。这种形状可以大大简化各受热面管的安装和连接。但是它也可以水平地穿过沸腾层燃烧室。
蒸汽发生设备以特别有利的方法做得带有一至少包括一个流量调节阀的调节装置，以便将蒸汽流分配成一由第一中间过热器导通的支流和某些情况下一个由旁路管道导通的支流，其中调节根据第一中间过热器入口和出口处的蒸汽温度以及第二中间过热器入口和出口处的蒸汽温度进行。通过这个措施达到在各中间过热器级内蒸汽温度特别有效和准确的调节。
出于调节技术的观点，流量调节阀做成三通阀并安装在通向第一中间过热器输入管道和通向旁路管道的分叉处是有利的。但是流量调节阀做成单通阀并安装在旁路管道内也是合适的。
在本发明另一种优良的结构方案中在用来调节这种类型的蒸汽发生设备中的中间过热器温度的方法中通过第一中间过热器导通的蒸汽流和某些情况下通过旁路管道导通的蒸汽流的调节根据第一中间过热器入口和出口处的蒸汽温度以及第二中间过热器入口和出口处的蒸汽温度进行。
下面借助于附图和说明对本发明的实施例作较详细的说明。
它们表示
图1按本发明的蒸汽发生设备的示意结构，图2图1的另一种可供选择的结构，图3图1的又一种可供选择的结构，图4图1的再一种可供选择的结构。
图1示意表示一用来利用包含在化石类固体或颗粒燃料或其他可利用的材料，如垃圾、生物材料等等之中的热能的蒸汽发生设备。在这些材料或燃料燃烧时释放出来的热量绝大部分发送给流动或工作介质，它最好是水/蒸汽或它们的混合物。在蒸汽发生设备1中获得的蒸汽合适地输送给一个至少两级的蒸汽透平机2，其中工作介质通常循环运行，也就是说在将能量发送给蒸汽透平机2并接着冷凝以后工作介质按顺序重新输送给燃料节省器6(Economiser)，蒸发器7，过热器8，蒸汽透平机2的高压部分，中间过热级9，10，最后输送给蒸汽透平机2的中压部分。
按图1蒸汽发生设备包括一沸腾层燃烧系统，特别是循环的沸腾层燃烧系统，它具有一沸腾层燃烧室3，一在废气侧与沸腾层燃烧室3连接的第二烟道5和一设置在沸腾层燃烧室3和第二烟道5之间的分离器4，其合适的结构可以是一个循环分离器。待燃烧的燃料在沸腾层燃烧室3内在添加通常是空气并同时用作流化介质的氧化剂的情况下，以及在某些情况下添加其他制剂(添加剂，第二或第三空气，循环的烟气等等)以已知的方式在沸腾层内燃烧。在燃烧时形成的并具有固体颗粒的燃烧气体或烟气19在沸腾层燃烧室3内通过从下方引入沸腾层燃烧室3的液化介质向上并接着引入分离器4，在分离器内固体颗粒(沸腾层一惰性物质、灰、未燃烧物)完全从烟气流19中分离出去，并可以通过一管道20重新输送给沸腾层燃烧室3。完全净化的烟气流19从分离器4出来通过一管道21输送给蒸汽发生器1的第二烟道5，在第二烟道5内设有至少一个过热受热面8，一第一中间过热器9和至少一个燃料节省器受热面6，其中在烟气流19中包含的大部分热量发送给在上述受热面6，8，9中流动的工作介质水/蒸汽。
第二烟道5通常基本上做成垂直的，并且烟气流19通常从上向下流过。在第二烟道5中顺序设置的在图1至3中画出的受热面6，8，9也可以根据使用要求的不同有别于所示顺序。第二烟道5也可以根据对蒸汽发生设备1结构形状的要求做成水平的或水平和垂直的。
过热器，第一中间过热器以及燃料节省器受热面6，8，9通常做成对流受热面，特别是管束受热面，也就是说各受热面的加热管集束成受热面组。
在穿过第二烟道5后烟气流19在排入大气前可以送去作进一步处理。
按本发明的蒸汽发生设备1做得带有两个中间过热器9，10，其中第一中间过热器或过热级9设置在第二烟道5内，也可称为末端中间过热器的第二中间过热器或过热级10设置在沸腾层燃烧室3内。它有利地具有一调节装置14，它将来自蒸汽透平机2的高压级和部分卸荷的蒸汽分成一通过第一中间过热器9导通的支流和某些情况下一通过旁路管道16导通的支流。因为两个中间过热级9，10在蒸汽一侧相互串联，并且旁路管道16引导蒸汽支流仅仅从第一中间过热器9旁边经过，沿蒸汽流动方向看在第一中间过热器9的下游处蒸汽支流重新配合，并共同输送给第二中间过热器10。
通过包括至少几个温度测量部位22和至少一个流量调节阀13的调节装置14分成上述蒸汽支流根据在第一中间过热器9的入口和出口处的蒸汽温度和在第二中间过热器10的入口和出口处的蒸汽温度进行。由输入调节装置14的所述蒸汽温度的测量值或实际值建立一调节量并输送给一流量调节阀13，它根据这个调节量分配蒸汽支流。这里按图1至3可以采用一三通阀作为流量调节阀13，它在通向第一中间过热器9和旁路管道16的输入管15的分叉处分配和调节蒸汽支流。
蒸汽支流也可以通过一做成直通阀的，按图4设置在旁路管道16内的流量调节阀13分配和调节。
蒸汽发生设备1中中间过热器的温度的调节是必要的，因为在不同的锅炉负载时烟气温度的下降不同。在实际上这意味着，在锅炉负载小于100％(100％相当于满载)时RG-温度较低，Z-温度在不进行干预的情况下也下降得较低。但是为了达到所要求的Z-温度，在按本发明的蒸汽发生设备1中在满载时受调节的蒸汽支流通过旁路管道16引出，而在部分载荷时通过旁路管道16引出并调节的蒸汽支流流量与满载时比较小，直至下降为零。用这个措施可以与锅炉负载无关地在恒定的中间过热器温度下运行，并且蒸汽透平机2的中压部分根据要求供给蒸汽。
按本发明的蒸汽发生设备1其特征为中间过热级9，10的更好的温度特性，这与已知的现有技术相比又只需要较小的受热面，从而较小的制造费用。
第二中间过热级10有利地由屏形受热面构成。它们由例如相互隔开800至1000mm的管壁组成，并垂直于RG-流19流动方向设置，其中屏形受热面的各个管子平行于RG-流19。第二中间过热器10屏形受热面的布局或结构使得可以通过对流以及辐射从燃烧室3中吸收热量。
在本发明另一种优良的结构方案中第二中间过热器10的屏形受热面做成L形(图1，2，4)。通过这种结构造型可以非常方便地进行屏形受热面的安装和受热面管的连接。在L形屏形受热面时一部分受热面做得垂直于而另一部分受热面沿着RG-流19的流动方向。按图3第二中间过热器10的屏形受热面也可以水平地穿过沸腾层燃烧室3。
与图1和3中的按本发明的蒸汽发生设备1的结构相反，在图1和3的结构中工作介质有益地并且相对于在沸腾层燃烧室3内RG-流19的流动方向看流动方向相同地通过第二中间过热器10，工作介质，相对于RG-流19的流动方向，也可以流动方向相反地通过第二中间过热器10(图2)。这在某些应用场合时可能是有益的。
附图标记表1蒸汽发生设备2蒸汽透平3沸腾层燃烧室4分离器5第二烟道6燃料节省器7蒸发器8过热器9第一中间过热器10第二中间过热器11末端过热器通向蒸汽透平的管道12蒸汽透平通向流量调节阀的管道13流量调节阀14调节装置15流量调节阀通向第一中间过热器的管道16旁路管道17第一到第二中间过热器的管道18第二中间过热器通向蒸汽透平的管道19烟气流20分离器和燃烧室之间的管道21分离器和第二烟道之间的管道22温度测量部位
权利要求
1.带有一沸腾层燃烧系统的蒸汽发生设备，该系统具有一沸腾层燃烧室，至少一个第二烟道和至少一个设置在沸腾层燃烧室和第二烟道之间的分离器，至少一个过热器和两个在蒸汽一侧相互串接的中间过热器，其中第一中间过热器在蒸汽一侧做得带有一可调节的旁路装置，使得输送给第二中间过热器的蒸汽的支流可从第一中间过热器旁边流过，其特征为第一中间过热器(9)设置在第二烟道(5)内，第二中间过热器(10)设在沸腾层燃烧室(3)内。
2.按权利要求1的蒸汽发生设备，其特征为第二中间过热器(10)做成屏形受热面。
3.按权利要求2的蒸汽发生设备，其特征为第二中间过热器(10)的屏形受热面做成L形。
4.按权利要求2的蒸汽发生设备，其特征为第二中间过热器(10)的屏形受热面水平穿过沸腾层燃烧室(3)。
5.按上述权利要求之任一项的蒸汽发生设备，其特征为设有至少一个包括一流量调节阀(13)的调节装置(14)，以将蒸汽流分配成一由第一中间过热器(9)导通的支流和某些情况下由旁路管道(16)导通的支流，其中调节根据在第一中间过热器(9)入口和出口处的蒸汽温度以及第二中间过热器(10)入口和出口处的蒸汽温度进行。
6.按权利要求5的蒸汽发生设备，其特征为流量调节阀(13)做成三通阀并设置在通向到第一中间过热器(9)和到旁路管道(16)的输入管(15)的分叉处。
7.按权利要求5的蒸汽发生设备，其特征为流量调节阀(13)做成单通阀并设置在旁路管道(16)内。
8.在一带有沸腾层燃烧系统的蒸汽发生器内调节中间过热器温度的方法，该燃烧系统具有一沸腾层燃烧室，至少一个第二烟道和至少一个设置在沸腾层燃烧室和第二烟道之间的分离器，至少一个过热器和两个在蒸汽一侧相互串接的中间过热器，其中第一中间过热器做得在蒸汽一侧带有一可调节的旁路装置，使得输送给第二中间过热器的蒸汽的一股支流可从第一中间过热器旁边流过，其特征为第一中间过热器之内的蒸汽流在第二烟道内，第二中间过热器之内的蒸汽流在沸腾层燃烧室内加热。
9.按权利要求8的方法，其特征为通过第一中间过热器引导的蒸汽流和某些情况下通过旁路管道引导的蒸汽流的调节根据第一中间过热器入口和出口处以及第二中间过热器入口和出口处的蒸汽温度进行。
10.按权利要求8或9的方法，其特征为在沸腾层燃烧室内蒸汽与烟气流的流动方向相比流向相同地流过第二中间过热器。
11.按权利要求8或9的方法，其特征为在沸腾层燃烧室内蒸汽与烟气流的流动方向相比流向相反地流过第二中间过热器。
全文摘要
带有一沸腾层燃烧系统的蒸汽发生设备,该燃烧系统具有一沸腾层燃烧室,至少一个第二烟道和至少一个设置在沸腾层燃烧室和第二烟道之间的分离器,至少一个过热器和两个在蒸汽一侧相互串接的中间过热器,其中第一中间过热器在蒸汽一侧做得带有一可调节的旁路装置,使得输送给第二中间过热器的蒸汽有一股支流可在第一中间过热器旁边流过,其特征为:第一中间过热器(9)设置在第二烟道(5),第二中间过热器(10)设在沸腾层燃烧室(3)内,以及一种用来开动这种类型的蒸汽发生设备的方法。
文档编号F01K7/24GK1338589SQ0112457
公开日2002年3月6日 申请日期2001年8月10日 优先权日2000年8月11日
发明者贝恩特·托拉尔夫, 西伯·约阿希姆 申请人:阿尔斯托姆动力锅炉有限公司