CN101065559A - 蒸汽动力装置，尤其是用于至少产生电能的发电站的蒸汽动力装置的运行方法和相应的蒸汽动力装置 - Google Patents

蒸汽动力装置，尤其是用于至少产生电能的发电站的蒸汽动力装置的运行方法和相应的蒸汽动力装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种运行一蒸汽动力装置(2)与一发电站(1)的方法和一种相应的蒸汽动力装置(2)，其中，基本上对所有从所述蒸汽动力装置(2)的至少一个压力级(8，9，10)中排出的水进行收集和储存，并将其回输至所述蒸汽动力装置(2)的水循环。

Description

蒸汽动力装置，尤其是用于至少产生电能的发电站的蒸汽动力装置的运行方法和相应的蒸汽动力装置
技术领域
本发明涉及一种运行一蒸汽动力装置的方法，特别是一种运行一用于至少产生电能且具有一蒸汽动力装置的发电站的方法，其中，所述蒸汽动力装置包括一具有至少一个压力级的水循环，并在必要时可对水循环或压力级进行排水。所述发电站具有至少一个可用所述蒸汽动力装置驱动的发电机。此外，本发明还涉及一种用于至少产生电能且可实施本发明的方法的蒸汽动力装置。
背景技术
这种蒸汽动力装置通常包含一个或多个具有多个压力锅筒(pressuredrum)和附属受热面的循环蒸汽发生器。借助循环蒸汽发生器特别可在不同的压力级中产生可被输送至一汽轮机或汽轮机的相关压力级的蒸汽。蒸汽动力装置也可具有一个或多个所谓的直流(once-through)式蒸汽发生器，直流式蒸汽发生器又称为“本生锅炉”，但通常连接在高压级中。
使用蒸汽动力装置时，向来须根据蒸汽动力装置的具体工作状态对其进行不同程度的排水。例如在工作时，须对积聚有冷凝物的封闭管道进行排水。为此需短时开启相关管道，以便排水。在此过程中，水循环中的水会流失，流失掉的这部分水必须通过重新向水循环输送补给水，即所谓的去离子水来弥补。蒸汽动力装置启动或停机时也需要进行排水，这是因为例如在蒸汽动力装置停机过程中，水循环中的蒸汽逐渐冷凝，由此产生的液态水不允许停留在装置的部件中，尤其是不允许停留在受热面上。停机时，从水循环中排出的水量大于补给的水量，直至最后不再补给任何的水。
收集排水，即将排水集中在一起的做法是已知的。此外，将这些排水短时储存在一水槽内的做法也是已知的。由于以往均是通过一泵将排水(即排出的水)排放到周围环境中，不再对其加以利用，因此，水槽的作用仅在于缩短泵的运转时间及降低其运行频率。此外，在一分离容器内对排水进行减压并使水与蒸汽彼此分离的做法也是已知的。分离出来的蒸汽随后被排放到周围环境中。
现有技术的不足之处主要在于不是将被排出的高成本去离子水重新回输到水循环中，而是以废水形式将其排放到周围环境中，不再加以利用。因此，传统蒸汽动力装置特别在频繁地停机和启动情况下用于去离子水的成本非常之高。此外，废水的大排放量也造成了很大程度上的环境污染。所补给的去离子水氧含量和二氧化碳含量都很高，需要对去离子水进行除气处理，而这会加长蒸汽动力装置的启动时间。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的缺点。因此具体而言，本发明的目的是大幅降低蒸汽动力装置和用于产生电能且带有蒸汽动力装置的发电站的运转费用。本发明的另一目的是大幅减轻废水和水耗给环境造成的负担。借助低成本和低复杂性缩短蒸汽动力装置的启动时间同样也是本发明的目的。
根据本发明，这个目的通过一种具有权利要求1所述特征的方法而达成。本发明有关装置的目的通过一种具有权利要求12所述特征的蒸汽动力装置而达成。
相比现有技术，本发明的优点在于，特别在频繁地停机和启动情况下用于制备去离子水的成本有了大幅降低。此外，借助本发明还可在极度缺水的地区使用热电站。除此之外，通过本发明还可节约大量的水，并减轻由于废水排放而给环境造成的负担。蒸汽动力装置或发电站的启动时间有所缩短。这一目的特别通过基本上对全部排水进行回输而达成，其中的“基本上”例如指的是，约有99％的排水量得到了回输。
从属权利要求说明的是本发明的有利改进方案。
本发明的一有利改进方案是，至少对从压力最高的压力级中排出的水进行收集、储存并将其全部回输至水循环。由于在最高压力级中流动的水量占去了整个水循环的水量的绝大部分，因此，借此可以简单的方式和少量费用回输绝大部分的排水。
除最高压力级外，再对从至少一个压力水平低于最高压力级的其他压力级中排出的水进行收集、储存并将其全部回输至水循环，是有利的；其中，根据一相应的改进方案，也可对从所有的压力级中排出的水进行收集、储存并将其全部回输至水循环。通过这种方式可对更多的排水或对全部排水进行收集、储存并将其回输至水循环，从而节约更多的水。
本发明的另一有利设计方案是对排水进行液态水-蒸汽分离处理，其中，分离出来的蒸汽可被输送至蒸汽动力装置的冷凝器。通过这一措施可使分离出来的纯净蒸汽在冷凝器中冷却、液化。在此情况下，基本上就无需再对被储存的水采取特别的冷却措施。此外，通过这种方式就已达到了将被收集起来的水以简单的方式回输至水循环的目的。
本发明的另一有利改进方案是，将停机过程中积累的排水重新回输至水循环达到这种程度，使得在停机过程结束时，也就是蒸汽动力装置处于停机状态时，可排出的水，也就是最大可排出水量被储存起来。在此之后，再在下一个启动过程中将通过上述方式排出的水量重新输送至水循环。
使至少一部分排水流经一水处理装置后再将其回输至水循环，是有利的。其中，可同样使至少一部分从冷凝器中的流出的水流经水处理装置，其中，同样也可在这两个分流进入水处理装置之前将其混合。借此例如可对被输送到水处理装置中的水的质量进行调节，所述质量尤指污染度。借此可以容易地防止水处理装置发生超负荷现象。
附图说明
下面借助附图对本发明的实施例进行详细说明，其中：
图1为本发明的一具有三个压力级的蒸汽动力装置的一实施例。
下文中，相同元件和作用相同的元件均用相同的参考符号表示。
具体实施方式
图1显示的是本发明的一蒸汽动力装置2的一第一实施例。蒸汽动力装置2为一发电站1的组成部分，所述发电站例如也可建构为组合式燃气轮机和汽轮机发电站。蒸汽动力装置2具有一在所示实施例中具有三个不同压力区的汽轮机4。此外，所示实施例中的蒸汽动力装置2还具有一水循环，所述水循环主要包括汽轮机4、一冷凝器6、一冷凝液泵7和三个压力级8、9、10，这三个压力级分别附属于汽轮机4的各个压力区。所述水循环此外还包括一图中未显示的给水泵。压力级8、9、10分别通过蒸汽管道11与汽轮机4的各压力区相连。在所示实施例中，压力级8、9、10分成建构为高压级的第一压力级8、建构为中压级的第二压力级9和建构为低压级的第三压力级10。所述水循环的第一压力级8具有一带有一连续流(continuous-flow)式受热面16与一分离容器15的直流式蒸汽发生器12。第二压力级9具有一带有一第一压力锅筒17与一建构为循环蒸发器的第一循环受热面18的第一循环蒸汽发生器13。与第二压力级9构造相似的第三压力级10具有一带有一第二压力锅筒19与一建构为循环蒸发器的第二循环受热面20的第二循环蒸汽发生器14。
受热面16、18、20布置在一锅炉5内，如图1中的实施例所示，所述锅炉可建构为例如卧式废热锅炉，由一图中未显示的燃气轮机的排气提供热量。在所示实施例中，蒸汽发生器12、13、14的后面分别连接有一过热器21。各个过热器21的出口通过相应的蒸汽管道11分别与汽轮机4的附属于其的压力区相连。每个蒸汽管道11是相应压力级8、9、10的组成部分。
当蒸汽动力装置2或发电站1工作时，由图中未显示的给水泵通过管道向蒸汽发生器12、13、14提供去离子水，出于简化目的，附图未对所述管道进行图示。由于所示实施例可以使用不同类型的蒸汽发生器12、13、14，而这些蒸汽发生器对所提供的去离子水的特性(例如pH值)的要求各不相同，因此，在去离子水即将进入各蒸汽发生器12、13、14之前通过一图中未显示的相应设备对去离子水进行相应处理。这部分水在蒸汽发生器12、13、14中蒸发。直流式蒸汽发生器12多数情况下还会对进入其中的水进行过热处理。水蒸气随后在过热器21中接受过热处理，并通过蒸汽管道11被输送至汽轮机4的相应的压力区。
以蒸汽形式从汽轮机4的高压区流出的水以传统方式通过管道被输送至下一个较低的压力级，为清楚起见，附图未对所述管道进行图示。也就是说，在所示实施例中，以蒸汽形式从汽轮机4的高压区流出的水被输送至第二压力级9。以蒸汽形式从汽轮机4的中压区流出的水被输送至第三压力级10，因而最后也会被输送至汽轮机的最低压力区。
从汽轮机4的低压区流出的水通过一排汽管道41被输送至冷凝器6进行冷却和液化。借助排汽管道41可接通蒸汽动力装置2中汽轮机4和冷凝器6之间的水循环。
从冷凝液泵7中流出的水通过图中未显示的给水泵主要被输送至第一压力级8。在所示实施例中，在工作时在所有压力级8、9、10中流动的水量中，在第一压力级8中流动的水量占有的份额约为75％，因为与其余两个压力级9、10相比，这部分水量中转化有更多的功率。
蒸汽输送给汽轮机4的能量在汽轮机4中被转化为转动能，并被传输到相连的发电机3上。
在工作时，特别在启动和停机时，需要间歇性地或者部分情况下连续地对压力级8、9、10进行排水。为此，先通过一收集装置22将排出的水收集起来，所述收集装置在所示实施例中实施为一第一管束23与一第二管束24。举例而言，当蒸汽动力装置2正常工作时，需要持续对压力锅筒17和19进行排水。这一过程又称为“排污”，这是因为压力锅筒17、19中由于循环工作而积聚了必须清除的淤积物。例如须从压力锅筒17、19中持续排出约0.5％至1％的水流量。由于直流式蒸汽发生器12的正常工作模式并非为循环工作模式，因而多数情况下主要是在启动和停机时对所示实施例中的分离容器15进行排水，而无需持续对其进行排水。需要排水的还有过热器21，但通常也只在启动和停机时才对其进行排水处理。在所示实施例中，也需对蒸汽管道11进行排水，并用第二管束24收集排出的水。也可对压力级8、9、10的其他区域或部件进行排水处理，出于简化实施例图示的目的，附图并未对所有的这些区域或部件进行显示。
在所示实施例中从压力级8、9、10中排出和收集的水随后被储存起来。为此设置有多个储存器25、26、27和28，这些储存器根据发电站1的具体工作状态可容纳不同的水量。具体而言，在所示实施例中，从压力锅筒17、19中排出的水、从分离容器15中排出的水以及从过热器21中排出的水先被输送到第一储存器25中进行储存。第一储存器25的尺寸设计为，使其可将蒸汽动力装置2启动或停机过程中排出的很大水量先储存一段时间，并加以缓冲。第一储存器25还起到一第一分离装置32的作用，因为高温排水在第一储存器25中蒸发，液态水与蒸汽分离，其中，自身不含杂质的蒸汽通过一第一回输管道29被输送至冷凝器6的入口，液态水则暂时被储存在储存器25中。需要时借助一第一泵34将储存在第一储存器25中的液态水抽吸到一第三储存器27中。通过在第一泵34的出口后面布置的一支管，并通过对一图中未显示的阀进行相应调节，可将从第一储存器25中抽吸出来的水量部分或全部经由一第一冷却器37抽吸回第一储存器25内。借此可对储存在第一储存器25中的水进行额外冷却。通过使用第一冷却器37特别可减少被蒸发的水量，从而减小冷凝器6的热负荷。
在所示实施例中，从压力级8、9、10的蒸汽管道11中排出的水由第二管束24排出，并被储存在第二储存器26中。与第一储存器25相同，第二储存器26也分配有一由一第二泵35与一第二冷却器38构成的冷却回路。此外，第二储存器26还具有一与第一储存器25中的分离装置构造相同的第二分离装置33，其中，自身纯净的水蒸气从此处通过一第二回输管道30被输送至冷凝器6的入口。需要时，储存在第二储存器26中的液态水也可经由第二泵35被输送至第三储存器27。
在所示实施例中，需要时通过一第三冷却器39、一第三泵36、一水处理装置40与一第三回输管道31将储存在第三储存器27中的液态水输送至冷凝液泵7的入口。
水处理装置40建构为及布置成，排水的全部液相均被导入水处理装置40内进行处理，随后再被回输到蒸汽动力装置2的水循环中。所有从第三储存器27中流出的水均流经水处理装置40，并在此处接受处理。在所示实施例中，水处理装置40布置在所述水循环的旁通流(secondary flow)中，通过第三泵36可将从一建构为冷凝液收集器的第四储存器28中流出的水的一分流输送至水处理装置40。在所示实施例中，所述分流可在到达水处理装置40之前先与来自第三储存器27的液态水混合。特别当蒸汽动力装置2处于正常工作模式时，也可使所有从冷凝器6中流出的水流经水处理装置40，在此情况下，水处理装置40则位于从冷凝器6中流出的水的主流中。
根据本发明，在所示实施例中，将一特定时间间隔内出现的全部排水量收集起来并对其进行储存，直至达到一特定的储存量，然后再把这部分排水量送入所述水循环。在所示实施例中，对从所有压力级8、9、10中排出的水进行收集、储存和回输。在附图未显示的其他实施例中，也可以这种方式只对从一个、优选为最高压力级8中排出的水进行收集、储存和回输。
停机时，也就是例如需要关闭蒸汽动力装置2时，积累的排水会有所增多。启动时情况也同样如此，这是因为正常工作所需的蒸汽参数只能逐步达到。由于需要通过循环水来对压力级8、9、10进行散热，因此停机时也仍须进行水循环。停机过程结束时，积累的待排出的水量达到了最大值。在停机过程中也可对排水进行回输，但须确保停机过程结束时，全部水量均已被储存起来。储存器具有与其尺寸和容量相应的设计。泵34、35、36和7受到相应的控制。特别在重新启动时，以这种方式只需向水循环加入少量的新的去离子水。借此可达到节约水资源的目的，并通过减少废水排放实现对环境的保护。
由于所示实施例在最高压力级8中使用了一直流式蒸汽发生器12，因此，本发明在所示实施例中布署和使用水处理装置40特别有利。直流式蒸汽发生器12对水质有较高的要求，其所要求的水质通常只有水处理装置40才能制备和确保。与循环蒸汽发生器13、14相比，不同的水质要求涉及pH值和氧含量。由于因直流式蒸汽发生器12的存在而必须使用水处理装置40，因而与将从循环蒸汽发生器13、14中排出的相对较小的水量舍弃不用相比，使这部分排水量流经水处理装置40后再将其回输至水循环的做法则更为有利。多数情况下，这一点也适用于从压力锅筒17、19中排出且污染相对较重的水量以及在启动和停机模式下从分离容器15中排出的水量。但为减小水处理装置40的负荷，可考虑不将从循环蒸汽发生器13、14的压力锅筒17、19中排出的排水回输至水循环。尽管如此，仍可对这部分排水进行蒸汽-液态水分离处理，其中，自身纯净的蒸汽可被回输至水循环，特别可被回输至冷凝器6的入口。
水处理装置40可特别具有一机械净化装置与一阳离子/阴离子交换剂。水处理装置40特别在化学特性方面对输送到其中的水进行处理。
整个水循环，特别是收集装置22、储存器25、26、27、28和回输管道29、30、31相对于周围环境是封闭的，借此可防止空气不受控制地进入排水中。
所示实施例的各个特征可彼此结合起来。

Claims (18)

1.一种运行一蒸汽动力装置(2)的方法，所述蒸汽动力装置具有一水循环，所述水循环包括至少一个压力级(8，9，10)、一汽轮机(4)与一冷凝器(6)，其中，对所述至少一个压力级(8，9，10)进行排水，
其特征在于，
基本上对所有从所述至少一个压力级(8，9，10)中排出的水进行收集和储存，以及
基本上将这部分被收集和储存起来的排水全部回输至所述水循环。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述压力级(8，9，10)为所述水循环的最高压力级(8)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
此外，还包括至少另一个较低压力级(9，10)。
4.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，
对所述排水进行液态水-蒸汽分离处理。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
将分离出来的蒸汽输送至所述水循环的冷凝器(6)。
6.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，
将所述排水储存在至少一个储存器(25，26，27，28)中。
7.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，
对所述蒸汽动力装置(2)停机过程中积累的排水进行回输达到这种程度，使得在停机过程结束时基本上全部的可排出水量被储存起来并在启动时将储存起来的水量重新输送至所述水循环。
8.根据上述权利要求中任一项权利要求所述的方法，其特征在于，
使至少部分排水流经一水处理装置(40)后再将其回输至所述水循环。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
使从所述冷凝器(6)中流出的冷凝水的至少一个分流流经所述水处理装置(40)。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，
在流经所述水处理装置(40)后再被回输至所述水循环的排水进入所述水处理装置(40)之前将其与来自所述冷凝器(6)的分流混合。
11.一种操作一用于至少产生电能的发电站(1)的方法，其中，所述发电站(1)具有一蒸汽动力装置(2)，借助所述蒸汽动力装置可驱动一发电机(3)，所述蒸汽动力装置(2)以一根据权利要求1至10中任一项权利要求所述的方法工作。
12.一种蒸汽动力装置(2)，所述蒸汽动力装置具有一包括至少一个压力级(8，9，10)、一汽轮机(4)与一冷凝器(6)的水循环，其中，可对所述至少一个压力级(8，9，10)进行排水，
其特征在于，
为所有从所述至少一个压力级(8，9，10)中排出的水设置至少一个收集装置(22)和至少一个储存器(25，26，27，28)，所有这些被收集和储存起来的排水可回输至所述水循环。
13.根据权利要求12所述的蒸汽动力装置，其特征在于，
所述至少一个压力级(8，9，10)为最高压力级(8)。
14.根据权利要求12或13所述的蒸汽动力装置，其特征在于，
所述蒸汽动力装置具有至少一个用于分离液态水和蒸汽的分离装置(32，33)。
15.根据权利要求14所述的蒸汽动力装置，其特征在于，
所述分离装置(32，33)的蒸汽侧通过至少一个回输管道(29，30)与所述冷凝器(6)的入口相连。
16.根据权利要求14或15所述的蒸汽动力装置，其特征在于，
所述分离装置(32，33)建构为所述至少一个储存器(25，26，27)的组成部分。
17.根据权利要求12至16中任一项权利要求所述的蒸汽动力装置，其特征在于，
所述至少一个储存器(25，26，27，28)的尺寸建构为，使其可储存在所述蒸汽动力装置(2)停机过程结束时所积累的全部排水量。
18.根据权利要求12至17中任一项权利要求所述的蒸汽动力装置，其特征在于，
所述蒸汽动力装置具有至少一个水处理装置(40)，所述水处理装置对输送到其中的水特别进行化学处理和调节。
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