專利名稱：蒸汽發(fā)生設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種蒸汽發(fā)生設(shè)備，它和一多級(jí)蒸汽透平連接并具有一沸騰層(流化床)(Wirbelschicht)燃燒系統(tǒng)，該燃燒系統(tǒng)具有一沸騰層燃燒室，至少一個(gè)第二煙道和至少一個(gè)設(shè)置在沸騰層燃燒室和第二煙道之間的分離器，至少一個(gè)過(guò)熱器和兩個(gè)在蒸汽一側(cè)串接的中間過(guò)熱器，其中第一中間過(guò)熱器在蒸汽一側(cè)做得帶一可調(diào)節(jié)的旁路裝置，使輸送給第二中間過(guò)熱器的蒸汽的部分氣流可在第一中間過(guò)熱器旁流過(guò)，本發(fā)明還涉及一種開(kāi)動(dòng)這種類型的蒸汽發(fā)生設(shè)備的方法。
在帶有蒸汽發(fā)生器的發(fā)電設(shè)備中利用燃料中的能量以使蒸汽發(fā)生器中的工作介質(zhì)或流動(dòng)介質(zhì)蒸發(fā)。這里工作介質(zhì)通常在一蒸發(fā)回路中運(yùn)行。由蒸汽發(fā)生器提供的蒸汽例如可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)一蒸汽透平機(jī)和/或用于相連的外部過(guò)程。如果蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽透平機(jī)，那么通過(guò)蒸汽透平機(jī)的透平軸通常帶動(dòng)一發(fā)電機(jī)或作功機(jī)械。在帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的情況下由發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電流可以用來(lái)供給聯(lián)合電網(wǎng)和/或獨(dú)立電網(wǎng)。
這里蒸汽發(fā)生設(shè)備可以做得帶有一沸騰層燃燒系統(tǒng)，特別是一循環(huán)的沸騰層燃燒系統(tǒng)。例如由資料EP 0455660 B1已知一種這一類型的蒸汽發(fā)生設(shè)備。是一具有多級(jí)蒸汽透平機(jī)的發(fā)電站的組成部分的這種蒸汽發(fā)生設(shè)備包括一沸騰層燃燒系統(tǒng)，它具有一沸騰層爐，至少一個(gè)分離器，至少一個(gè)第一級(jí)和第二級(jí)或末級(jí)中間過(guò)熱器和一過(guò)熱器，中間過(guò)熱器相互串接。其中第一和第二級(jí)或末級(jí)中間過(guò)熱器依次設(shè)置在蒸汽發(fā)生器的一共同煙道或一第二煙道內(nèi)，該煙道在排氣側(cè)與沸騰層燃燒室相連，并設(shè)有用來(lái)將來(lái)自蒸汽透乎機(jī)的高壓部分和部分卸荷的蒸汽分配成一可選擇的第一和第二部分和引導(dǎo)所述第一部分通過(guò)第一級(jí)中間過(guò)熱器的機(jī)構(gòu)，以及用來(lái)重新合并第一和第二部分并引導(dǎo)它們通過(guò)第二級(jí)中間過(guò)熱器的機(jī)構(gòu)。通過(guò)上述結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)中間過(guò)熱器系統(tǒng)出口處的蒸汽溫度而不必噴射冷的噴淋水。放棄噴淋水對(duì)發(fā)電設(shè)備總的效率起有利的影響。
這種已知蒸汽發(fā)生設(shè)備顯示出這樣的缺點(diǎn)，即中間過(guò)熱器(Z)-溫度特性曲線不是最佳的，因此可能出現(xiàn)這樣的情況，在部分負(fù)載時(shí)達(dá)不到待加熱蒸汽的Z-溫度。其次在第二煙道內(nèi)受熱面的數(shù)量對(duì)這個(gè)煙道的結(jié)構(gòu)高度有影響。由于在煙道內(nèi)設(shè)有兩個(gè)中間過(guò)熱器受熱面，第二煙道的結(jié)構(gòu)高度相應(yīng)變大和成本較高。
現(xiàn)在本發(fā)明的目的是，創(chuàng)造一種蒸汽發(fā)生設(shè)備和一種用來(lái)開(kāi)動(dòng)這一類型的蒸汽發(fā)生設(shè)備的方法，用這種設(shè)備和方法時(shí)可避免上述缺點(diǎn)。
上述目的在蒸汽發(fā)生設(shè)備方面通過(guò)權(quán)利要求1表示的特征來(lái)實(shí)現(xiàn)，在方法方面通過(guò)權(quán)利要求8表示的特征來(lái)解決。
通過(guò)按本發(fā)明的解決方案創(chuàng)造了一種蒸汽發(fā)生設(shè)備以及一種用來(lái)開(kāi)動(dòng)這種設(shè)備的方法，它具有以下優(yōu)點(diǎn)中間過(guò)熱系統(tǒng)或中間過(guò)熱級(jí)溫度特性的改進(jìn)，從而需要較小的加熱表面。因?yàn)榈诙虚g過(guò)熱器設(shè)置在沸騰層燃燒室內(nèi)，由此產(chǎn)生許多優(yōu)點(diǎn)。一方面燃燒室內(nèi)煙氣(RG-)溫度高于第二煙道內(nèi)的煙氣溫度并由此得到對(duì)于在第二中間過(guò)熱器內(nèi)將熱量轉(zhuǎn)移給蒸汽所需要的較高的傳導(dǎo)溫差，因此只需要較小的受熱面。這里特別有利的是，在沸騰層燃燒室內(nèi)由于煙氣內(nèi)固體顆粒成份高在第二中間過(guò)熱器的整個(gè)高度上RG-溫度幾乎保持不變。另一方面在沸騰層燃燒室內(nèi)除作用在中間過(guò)熱器級(jí)上的對(duì)流熱外還加上較高的輻射熱成份，其中輻射熱與對(duì)流熱相比與鍋爐負(fù)載沒(méi)有很大關(guān)系，即使在部分負(fù)載時(shí)仍然對(duì)受熱面發(fā)出沒(méi)有明顯減小的熱流。通過(guò)上述措施Z-溫度特性顯著改善。
由于在燃燒室內(nèi)中間過(guò)熱器更好的溫度特性在第一中間過(guò)熱器上只需要較少的旁路流量。由于第一中間過(guò)熱器更劇烈的流通達(dá)到更好的冷卻。其次由于較小的旁路流量也使旁路裝置減小，成本更低。
由于在第二煙道內(nèi)受熱面(后接的或接觸的受熱面)的減小(取消第二中間加熱級(jí))第二煙道的結(jié)構(gòu)高度可以較小，成本可以更低。
蒸汽發(fā)生設(shè)備的第二中間過(guò)熱器做成屏形受熱面是有益的，因?yàn)橛纱藷崃考韧ㄟ^(guò)對(duì)流又通過(guò)輻射傳遞到工作介質(zhì)蒸汽上。
在沸騰層燃燒室內(nèi)的第二中間過(guò)熱器的屏形受熱面可以做成L形(翼形壁)。這種形狀可以大大簡(jiǎn)化各受熱面管的安裝和連接。但是它也可以水平地穿過(guò)沸騰層燃燒室。
蒸汽發(fā)生設(shè)備以特別有利的方法做得帶有一至少包括一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)裝置，以便將蒸汽流分配成一由第一中間過(guò)熱器導(dǎo)通的支流和某些情況下一個(gè)由旁路管道導(dǎo)通的支流，其中調(diào)節(jié)根據(jù)第一中間過(guò)熱器入口和出口處的蒸汽溫度以及第二中間過(guò)熱器入口和出口處的蒸汽溫度進(jìn)行。通過(guò)這個(gè)措施達(dá)到在各中間過(guò)熱器級(jí)內(nèi)蒸汽溫度特別有效和準(zhǔn)確的調(diào)節(jié)。
出于調(diào)節(jié)技術(shù)的觀點(diǎn)，流量調(diào)節(jié)閥做成三通閥并安裝在通向第一中間過(guò)熱器輸入管道和通向旁路管道的分叉處是有利的。但是流量調(diào)節(jié)閥做成單通閥并安裝在旁路管道內(nèi)也是合適的。
在本發(fā)明另一種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)方案中在用來(lái)調(diào)節(jié)這種類型的蒸汽發(fā)生設(shè)備中的中間過(guò)熱器溫度的方法中通過(guò)第一中間過(guò)熱器導(dǎo)通的蒸汽流和某些情況下通過(guò)旁路管道導(dǎo)通的蒸汽流的調(diào)節(jié)根據(jù)第一中間過(guò)熱器入口和出口處的蒸汽溫度以及第二中間過(guò)熱器入口和出口處的蒸汽溫度進(jìn)行。
下面借助于附圖和說(shuō)明對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作較詳細(xì)的說(shuō)明。
它們表示

圖1按本發(fā)明的蒸汽發(fā)生設(shè)備的示意結(jié)構(gòu)，圖2圖1的另一種可供選擇的結(jié)構(gòu)，圖3圖1的又一種可供選擇的結(jié)構(gòu)，圖4圖1的再一種可供選擇的結(jié)構(gòu)。
圖1示意表示一用來(lái)利用包含在化石類固體或顆粒燃料或其他可利用的材料，如垃圾、生物材料等等之中的熱能的蒸汽發(fā)生設(shè)備。在這些材料或燃料燃燒時(shí)釋放出來(lái)的熱量絕大部分發(fā)送給流動(dòng)或工作介質(zhì)，它最好是水/蒸汽或它們的混合物。在蒸汽發(fā)生設(shè)備1中獲得的蒸汽合適地輸送給一個(gè)至少兩級(jí)的蒸汽透平機(jī)2，其中工作介質(zhì)通常循環(huán)運(yùn)行，也就是說(shuō)在將能量發(fā)送給蒸汽透平機(jī)2并接著冷凝以后工作介質(zhì)按順序重新輸送給燃料節(jié)省器6(Economiser)，蒸發(fā)器7，過(guò)熱器8，蒸汽透平機(jī)2的高壓部分，中間過(guò)熱級(jí)9，10，最后輸送給蒸汽透平機(jī)2的中壓部分。
按圖1蒸汽發(fā)生設(shè)備包括一沸騰層燃燒系統(tǒng)，特別是循環(huán)的沸騰層燃燒系統(tǒng)，它具有一沸騰層燃燒室3，一在廢氣側(cè)與沸騰層燃燒室3連接的第二煙道5和一設(shè)置在沸騰層燃燒室3和第二煙道5之間的分離器4，其合適的結(jié)構(gòu)可以是一個(gè)循環(huán)分離器。待燃燒的燃料在沸騰層燃燒室3內(nèi)在添加通常是空氣并同時(shí)用作流化介質(zhì)的氧化劑的情況下，以及在某些情況下添加其他制劑(添加劑，第二或第三空氣，循環(huán)的煙氣等等)以已知的方式在沸騰層內(nèi)燃燒。在燃燒時(shí)形成的并具有固體顆粒的燃燒氣體或煙氣19在沸騰層燃燒室3內(nèi)通過(guò)從下方引入沸騰層燃燒室3的液化介質(zhì)向上并接著引入分離器4，在分離器內(nèi)固體顆粒(沸騰層一惰性物質(zhì)、灰、未燃燒物)完全從煙氣流19中分離出去，并可以通過(guò)一管道20重新輸送給沸騰層燃燒室3。完全凈化的煙氣流19從分離器4出來(lái)通過(guò)一管道21輸送給蒸汽發(fā)生器1的第二煙道5，在第二煙道5內(nèi)設(shè)有至少一個(gè)過(guò)熱受熱面8，一第一中間過(guò)熱器9和至少一個(gè)燃料節(jié)省器受熱面6，其中在煙氣流19中包含的大部分熱量發(fā)送給在上述受熱面6，8，9中流動(dòng)的工作介質(zhì)水/蒸汽。
第二煙道5通?；旧献龀纱怪钡模⑶覠煔饬?9通常從上向下流過(guò)。在第二煙道5中順序設(shè)置的在圖1至3中畫(huà)出的受熱面6，8，9也可以根據(jù)使用要求的不同有別于所示順序。第二煙道5也可以根據(jù)對(duì)蒸汽發(fā)生設(shè)備1結(jié)構(gòu)形狀的要求做成水平的或水平和垂直的。
過(guò)熱器，第一中間過(guò)熱器以及燃料節(jié)省器受熱面6，8，9通常做成對(duì)流受熱面，特別是管束受熱面，也就是說(shuō)各受熱面的加熱管集束成受熱面組。
在穿過(guò)第二煙道5后煙氣流19在排入大氣前可以送去作進(jìn)一步處理。
按本發(fā)明的蒸汽發(fā)生設(shè)備1做得帶有兩個(gè)中間過(guò)熱器9，10，其中第一中間過(guò)熱器或過(guò)熱級(jí)9設(shè)置在第二煙道5內(nèi)，也可稱為末端中間過(guò)熱器的第二中間過(guò)熱器或過(guò)熱級(jí)10設(shè)置在沸騰層燃燒室3內(nèi)。它有利地具有一調(diào)節(jié)裝置14，它將來(lái)自蒸汽透平機(jī)2的高壓級(jí)和部分卸荷的蒸汽分成一通過(guò)第一中間過(guò)熱器9導(dǎo)通的支流和某些情況下一通過(guò)旁路管道16導(dǎo)通的支流。因?yàn)閮蓚€(gè)中間過(guò)熱級(jí)9，10在蒸汽一側(cè)相互串聯(lián)，并且旁路管道16引導(dǎo)蒸汽支流僅僅從第一中間過(guò)熱器9旁邊經(jīng)過(guò)，沿蒸汽流動(dòng)方向看在第一中間過(guò)熱器9的下游處蒸汽支流重新配合，并共同輸送給第二中間過(guò)熱器10。
通過(guò)包括至少幾個(gè)溫度測(cè)量部位22和至少一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥13的調(diào)節(jié)裝置14分成上述蒸汽支流根據(jù)在第一中間過(guò)熱器9的入口和出口處的蒸汽溫度和在第二中間過(guò)熱器10的入口和出口處的蒸汽溫度進(jìn)行。由輸入調(diào)節(jié)裝置14的所述蒸汽溫度的測(cè)量值或?qū)嶋H值建立一調(diào)節(jié)量并輸送給一流量調(diào)節(jié)閥13，它根據(jù)這個(gè)調(diào)節(jié)量分配蒸汽支流。這里按圖1至3可以采用一三通閥作為流量調(diào)節(jié)閥13，它在通向第一中間過(guò)熱器9和旁路管道16的輸入管15的分叉處分配和調(diào)節(jié)蒸汽支流。
蒸汽支流也可以通過(guò)一做成直通閥的，按圖4設(shè)置在旁路管道16內(nèi)的流量調(diào)節(jié)閥13分配和調(diào)節(jié)。
蒸汽發(fā)生設(shè)備1中中間過(guò)熱器的溫度的調(diào)節(jié)是必要的，因?yàn)樵诓煌腻仩t負(fù)載時(shí)煙氣溫度的下降不同。在實(shí)際上這意味著，在鍋爐負(fù)載小于100％(100％相當(dāng)于滿載)時(shí)RG-溫度較低，Z-溫度在不進(jìn)行干預(yù)的情況下也下降得較低。但是為了達(dá)到所要求的Z-溫度，在按本發(fā)明的蒸汽發(fā)生設(shè)備1中在滿載時(shí)受調(diào)節(jié)的蒸汽支流通過(guò)旁路管道16引出，而在部分載荷時(shí)通過(guò)旁路管道16引出并調(diào)節(jié)的蒸汽支流流量與滿載時(shí)比較小，直至下降為零。用這個(gè)措施可以與鍋爐負(fù)載無(wú)關(guān)地在恒定的中間過(guò)熱器溫度下運(yùn)行，并且蒸汽透平機(jī)2的中壓部分根據(jù)要求供給蒸汽。
按本發(fā)明的蒸汽發(fā)生設(shè)備1其特征為中間過(guò)熱級(jí)9，10的更好的溫度特性，這與已知的現(xiàn)有技術(shù)相比又只需要較小的受熱面，從而較小的制造費(fèi)用。
第二中間過(guò)熱級(jí)10有利地由屏形受熱面構(gòu)成。它們由例如相互隔開(kāi)800至1000mm的管壁組成，并垂直于RG-流19流動(dòng)方向設(shè)置，其中屏形受熱面的各個(gè)管子平行于RG-流19。第二中間過(guò)熱器10屏形受熱面的布局或結(jié)構(gòu)使得可以通過(guò)對(duì)流以及輻射從燃燒室3中吸收熱量。
在本發(fā)明另一種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)方案中第二中間過(guò)熱器10的屏形受熱面做成L形(圖1，2，4)。通過(guò)這種結(jié)構(gòu)造型可以非常方便地進(jìn)行屏形受熱面的安裝和受熱面管的連接。在L形屏形受熱面時(shí)一部分受熱面做得垂直于而另一部分受熱面沿著RG-流19的流動(dòng)方向。按圖3第二中間過(guò)熱器10的屏形受熱面也可以水平地穿過(guò)沸騰層燃燒室3。
與圖1和3中的按本發(fā)明的蒸汽發(fā)生設(shè)備1的結(jié)構(gòu)相反，在圖1和3的結(jié)構(gòu)中工作介質(zhì)有益地并且相對(duì)于在沸騰層燃燒室3內(nèi)RG-流19的流動(dòng)方向看流動(dòng)方向相同地通過(guò)第二中間過(guò)熱器10，工作介質(zhì)，相對(duì)于RG-流19的流動(dòng)方向，也可以流動(dòng)方向相反地通過(guò)第二中間過(guò)熱器10(圖2)。這在某些應(yīng)用場(chǎng)合時(shí)可能是有益的。
附圖標(biāo)記表1蒸汽發(fā)生設(shè)備2蒸汽透平3沸騰層燃燒室4分離器5第二煙道6燃料節(jié)省器7蒸發(fā)器8過(guò)熱器9第一中間過(guò)熱器10第二中間過(guò)熱器11末端過(guò)熱器通向蒸汽透平的管道12蒸汽透平通向流量調(diào)節(jié)閥的管道13流量調(diào)節(jié)閥14調(diào)節(jié)裝置15流量調(diào)節(jié)閥通向第一中間過(guò)熱器的管道16旁路管道17第一到第二中間過(guò)熱器的管道18第二中間過(guò)熱器通向蒸汽透平的管道19煙氣流20分離器和燃燒室之間的管道21分離器和第二煙道之間的管道22溫度測(cè)量部位
權(quán)利要求
1.帶有一沸騰層燃燒系統(tǒng)的蒸汽發(fā)生設(shè)備，該系統(tǒng)具有一沸騰層燃燒室，至少一個(gè)第二煙道和至少一個(gè)設(shè)置在沸騰層燃燒室和第二煙道之間的分離器，至少一個(gè)過(guò)熱器和兩個(gè)在蒸汽一側(cè)相互串接的中間過(guò)熱器，其中第一中間過(guò)熱器在蒸汽一側(cè)做得帶有一可調(diào)節(jié)的旁路裝置，使得輸送給第二中間過(guò)熱器的蒸汽的支流可從第一中間過(guò)熱器旁邊流過(guò)，其特征為第一中間過(guò)熱器(9)設(shè)置在第二煙道(5)內(nèi)，第二中間過(guò)熱器(10)設(shè)在沸騰層燃燒室(3)內(nèi)。
2.按權(quán)利要求1的蒸汽發(fā)生設(shè)備，其特征為第二中間過(guò)熱器(10)做成屏形受熱面。
3.按權(quán)利要求2的蒸汽發(fā)生設(shè)備，其特征為第二中間過(guò)熱器(10)的屏形受熱面做成L形。
4.按權(quán)利要求2的蒸汽發(fā)生設(shè)備，其特征為第二中間過(guò)熱器(10)的屏形受熱面水平穿過(guò)沸騰層燃燒室(3)。
5.按上述權(quán)利要求之任一項(xiàng)的蒸汽發(fā)生設(shè)備，其特征為設(shè)有至少一個(gè)包括一流量調(diào)節(jié)閥(13)的調(diào)節(jié)裝置(14)，以將蒸汽流分配成一由第一中間過(guò)熱器(9)導(dǎo)通的支流和某些情況下由旁路管道(16)導(dǎo)通的支流，其中調(diào)節(jié)根據(jù)在第一中間過(guò)熱器(9)入口和出口處的蒸汽溫度以及第二中間過(guò)熱器(10)入口和出口處的蒸汽溫度進(jìn)行。
6.按權(quán)利要求5的蒸汽發(fā)生設(shè)備，其特征為流量調(diào)節(jié)閥(13)做成三通閥并設(shè)置在通向到第一中間過(guò)熱器(9)和到旁路管道(16)的輸入管(15)的分叉處。
7.按權(quán)利要求5的蒸汽發(fā)生設(shè)備，其特征為流量調(diào)節(jié)閥(13)做成單通閥并設(shè)置在旁路管道(16)內(nèi)。
8.在一帶有沸騰層燃燒系統(tǒng)的蒸汽發(fā)生器內(nèi)調(diào)節(jié)中間過(guò)熱器溫度的方法，該燃燒系統(tǒng)具有一沸騰層燃燒室，至少一個(gè)第二煙道和至少一個(gè)設(shè)置在沸騰層燃燒室和第二煙道之間的分離器，至少一個(gè)過(guò)熱器和兩個(gè)在蒸汽一側(cè)相互串接的中間過(guò)熱器，其中第一中間過(guò)熱器做得在蒸汽一側(cè)帶有一可調(diào)節(jié)的旁路裝置，使得輸送給第二中間過(guò)熱器的蒸汽的一股支流可從第一中間過(guò)熱器旁邊流過(guò)，其特征為第一中間過(guò)熱器之內(nèi)的蒸汽流在第二煙道內(nèi)，第二中間過(guò)熱器之內(nèi)的蒸汽流在沸騰層燃燒室內(nèi)加熱。
9.按權(quán)利要求8的方法，其特征為通過(guò)第一中間過(guò)熱器引導(dǎo)的蒸汽流和某些情況下通過(guò)旁路管道引導(dǎo)的蒸汽流的調(diào)節(jié)根據(jù)第一中間過(guò)熱器入口和出口處以及第二中間過(guò)熱器入口和出口處的蒸汽溫度進(jìn)行。
10.按權(quán)利要求8或9的方法，其特征為在沸騰層燃燒室內(nèi)蒸汽與煙氣流的流動(dòng)方向相比流向相同地流過(guò)第二中間過(guò)熱器。
11.按權(quán)利要求8或9的方法，其特征為在沸騰層燃燒室內(nèi)蒸汽與煙氣流的流動(dòng)方向相比流向相反地流過(guò)第二中間過(guò)熱器。
全文摘要
帶有一沸騰層燃燒系統(tǒng)的蒸汽發(fā)生設(shè)備,該燃燒系統(tǒng)具有一沸騰層燃燒室,至少一個(gè)第二煙道和至少一個(gè)設(shè)置在沸騰層燃燒室和第二煙道之間的分離器,至少一個(gè)過(guò)熱器和兩個(gè)在蒸汽一側(cè)相互串接的中間過(guò)熱器,其中第一中間過(guò)熱器在蒸汽一側(cè)做得帶有一可調(diào)節(jié)的旁路裝置,使得輸送給第二中間過(guò)熱器的蒸汽有一股支流可在第一中間過(guò)熱器旁邊流過(guò),其特征為:第一中間過(guò)熱器(9)設(shè)置在第二煙道(5),第二中間過(guò)熱器(10)設(shè)在沸騰層燃燒室(3)內(nèi),以及一種用來(lái)開(kāi)動(dòng)這種類型的蒸汽發(fā)生設(shè)備的方法。
文檔編號(hào)F01K7/24GK1338589SQ0112457
公開(kāi)日2002年3月6日 申請(qǐng)日期2001年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年8月11日
發(fā)明者貝恩特·托拉爾夫, 西伯·約阿希姆 申請(qǐng)人:阿爾斯托姆動(dòng)力鍋爐有限公司