CN101415907A - 蒸汽涡轮机装置及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特别是用于发电的蒸汽涡轮机装置(1)，其包括蒸汽路径(2)，在蒸汽路径(2)内布置有蒸汽发生器(4)和蒸汽涡轮机(3)。为了减少对布置在蒸汽路径(2)内的组件例如蒸汽涡轮机(3)叶片的腐蚀危险，在蒸汽路径(2)内，惯性分离器(6)布置在蒸汽发生器(4)和蒸汽涡轮机(3)之间。

Description

蒸汽涡轮机装置及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种特别是用于发电的蒸汽涡轮机装置，其具有根据权利要求1前序部分的特征。

此外，本发明还涉及一种方法，其用于操作这种类型的蒸汽涡轮机装置。此外，本发明还涉及一种惯性分离器的应用。

背景技术

CH 653 097 A5公开了一种用于发电的组合式燃气轮机蒸汽动力装置。这种组合式装置一方面包括燃气轮机，该燃气轮机具有配套的压气机和配套的燃烧室；另一方面包括蒸汽涡轮机，该蒸汽涡轮机具有配套的蒸汽发生器。在此，燃气轮机的热废汽加热蒸汽发生器。

在已知的组合式装置中，燃烧室配备有流化床。在运行中生成的废气或者燃烧气体载有颗粒。为了避免这些颗粒进入燃气轮机，在燃气轮机上游的废气路径内布置有多个旋风分离器。

DE 198 34 376 A1公开了一种燃气轮机装置，其中，涡轮机叶片借助冷却气体冷却。为了将尘土从冷却气分离，轴向旋流式空气滤清器在要冷却的叶片的上游布置在冷却气路径内。

在现代蒸汽涡轮机装置中，为了取得更高的效率而在蒸汽涡轮机入口提高蒸汽温度和蒸汽压力成为一种趋势。蒸汽涡轮机以入口温度为580摄氏度至600摄氏度工作不仅是很重要或者特别重要，而已经是极端重要。更新的蒸汽涡轮机装置倾向于620摄氏度至650摄氏度的更高入口温度。对于未来的装置甚至可以考虑入口温度为700摄氏度至720摄氏度。这显示出，在这样高的蒸汽温度情况下，例如蒸汽发生器的蒸汽引导组件的氧化会超比例增加。因此产生氧化物颗粒，其将会脱离并被蒸汽流体带走。于是颗粒进入到蒸汽涡轮机，然而在那里由于惯性不能跟随叶片上的蒸汽流体的转向，由此颗粒撞击涡轮机叶片和转子叶片。当预先存在较高速度的情况下，在叶片上出现腐蚀现象。这种腐蚀现象损害叶片的空气动力性，这导致蒸汽涡轮机效率的降低。

发明内容

这里，本发明希望消除弊端。本发明(其如在权利要求中描述的那样)为开始部分所述类型的蒸汽涡轮机装置指出手段，该手段尤其减少由氧化物颗粒引发的对蒸汽涡轮机叶片腐蚀的危险。

根据本发明，所述问题由独立权利要求的主题解决。有利实施方式是从属权利要求的主题。

本发明基于这样一种总体考虑，即，在蒸汽涡轮机上游从在蒸汽发生器通向蒸汽涡轮机的蒸汽路径中去除蒸汽流中夹带的颗粒，并且优选借助惯性分离器。

使用惯性分离器(其尤其可以被构造为旋风分离器)是可相对廉价地实现的措施，该措施相对于使用传统的过滤器，特点是相对小的压力损失。此外，惯性分离器的应用比起以下应用有显著的价格优势，所述应用是为减少蒸汽的氧化作用而应用高净化水，或者为提高组件的抗氧化性在蒸汽发生器区域内应用特别高价值的材料，或者为改善叶片的抗腐蚀性而为叶片应用特别高价值的合金或者涂层或者表面处理。相比所述的替代方式，惯性分离器的特点是特别低的压力损失以及廉价的可实现性。惯性分离器的特征在于，在惯性分离器内强制进行流体转向，而夹带的颗粒由于其较大的质量而不能够跟随转向。替换地，颗粒撞击到相应的障碍物，颗粒由此被附加地制动。

由从属权利要求、附图和依据附图的所属附图说明得出本发明的其它重要特征和优点。

附图说明

在附图中示出了本发明的优选实施例并且在以下描述中进一步阐述该优选实施例，同样的或者近似的或者功能相同的组件在此将以相同附图标记标识。图中，分别示意性示出：

图1表示蒸汽涡轮机装置的线路图式高度简化的原理性示意图；

图2表示一种惯性分离器的简化的局剖侧视图；

图3表示另一种惯性分离器的局剖透视立体图。

具体实施方式

按照图1，根据本发明的蒸汽涡轮机装置1包括蒸汽路径2，在蒸汽路径2内布置有蒸汽涡轮机3和蒸汽发生器4。在此，蒸汽涡轮机3在蒸汽发生器4的下游并且例如可以驱动发电机5，蒸汽涡轮机装置1从而被优选用于发电。蒸汽涡轮机装置1可以是组合装置的，即组合式燃气轮机蒸气动力装置的组成部分。尤其是，蒸汽发生器4可以被燃气轮机的热废汽加热。但原则上，蒸汽发生器4的加热可以是任意配置的。

根据本发明，在蒸汽路径2中，惯性分离器6布置在蒸汽发生器4的下游和蒸汽涡轮机3的上游。惯性分离器6用于分离在蒸汽流体中夹带的通常为固体的颗粒，所述分离是借助惯性力实现的。被分离的颗粒可按照箭头7从惯性分离器6排出。

在具有多个经由蒸汽发生器4(所谓的中间再加热)的通流的蒸汽涡轮机装置1中，如它们目前典型地布置在高压涡轮机壳体和中压涡轮机壳体之前那样，可以为各个通流配备一个这种惯性分离器。原则上，蒸汽发生器4的每个蒸汽出口都可以配有这种惯性分离器6。

按照图2和图3，惯性分离器6可以优选构造为旋风分离器，该旋风分离器特征在于，在图2中以箭头8表示的蒸汽流体围绕惯性分离器6的纵向中心轴线9旋转。旋风分离器在下文同样以6标识。如例如静电过滤器那样的其它构造形式也是可以的，因而这里所述的旋风分离器6仅以示例性且不限制普遍性的方式示出。

在图2所示的实施方式中，在安装状态下旋风分离器6优选以直立的方式布置，由此其纵向中心轴线9以基本竖直的方式延伸。旋风分离器6沿垂直方向具有两个部分，即，上圆柱形部分10和下圆锥形部分11。圆锥形部分11连接在圆柱形部分10的下方，并且以随着相对于圆柱形部分10间距的加大而变细，即朝向下方。

旋风分离器6通过蒸汽入口12和蒸汽出口13接入蒸汽路径2中。在这里所示的优选实施方式中，蒸汽入口12沿切线方向连接到旋风分离器6或者旋风分离器6的圆柱形部分10上。由此，关于纵向中心轴线9的所希望的旋流已经在流入到旋风分离器6中时被迫产生。这种旋流产生强离心力。夹带的颗粒基于其高惯性而被抛向旋风分离器6的壁，由此颗粒一方面可以很大程度地制动，另一方面也可以被粉碎。颗粒制动导致颗粒出于重力原因更易于朝向下方落入圆锥形部分11中。颗粒的粉碎有这样的优点，即，尽管颗粒由于旋风分离器6强大的分离作用还是随蒸汽流通8又离开旋风分离器6，但是这些颗粒在蒸汽涡轮机3内对其叶片只会减低腐蚀危险。

由于在旋风分离器6内的中心旋流，在该旋风分离器6中将出现离心区，在该离心区中具有较大质量或者较高特定重量的颗粒带向外侧。在外侧将发生壁接触，产生上述结果。壁可以相应地配置，以改善颗粒撞到旋风分离器6的壁上时的粉碎效果。此外，旋风分离器6的壁优选可以在圆柱形部分10内有针对性地这样布置，即，沿壁运动的颗粒不可以抵达蒸汽出口13。例如壁包含未示出的径向向内突出的环形障碍物。任选或者替换地以静电或者电动力学方式加载相应的壁也是可行的，这同样也可以实现在壁上“抓住”颗粒。

圆锥形部分11被用作为分离的颗粒的收集容器。分离的颗粒可以按照箭头7从圆锥形部分11取出。原则上，这可以在蒸汽涡轮机装置1运行期间实现，这是因为蒸汽流动以相对高的压力工作。沉积的颗粒可以经由相应的这里未示出的排出阀(其控制圆锥形部分11的排出口14)的柱形开口而被排出。同样也可以利用蒸汽涡轮机装置1的停车时间来从圆锥形部分11取出分离的颗粒。

在这里所示的实施方式中，蒸汽出口13沿切线方向连接到旋风分离器6或者旋风分离器6的圆柱形部分10上。所述沿切向的接口(所述接口还按照旋流的转动方向定向)使得在流过旋风分离器6时减少流通阻力或者减少压力下降。为了使得夹带的颗粒不能畅通无阻地穿过旋风分离器6流动，两个切向布置的接口(即蒸汽入口12和蒸汽出口13)沿轴向相互间隔地布置。在此示出的布置方式是优选的，在该布置方式中，蒸汽入口12布置在圆柱形部分10的下端部区域内，与此同时蒸汽出口13布置在圆柱形部分10的上端部区域内。夹带的颗粒必须逆着重力向上运动，以便从下端部区域抵达上端部区域，通常不会出现这样的情况。

与所示的实施方式不同的实施方式原则上也是可行的，即，蒸汽出口13仍旧沿切线方向然而关于旋转方向反向布置。蒸汽出口13同样也可以关于纵向中心轴线9径向定向。此外，蒸汽出口13轴向且关于纵向中心轴线9居中布置，原则上也是可行的。在这里，最后描述的变形方式示出最大的分离效果。

惯性分离器6配合于蒸汽涡轮机装置1的特殊操作条件。另外，惯性分离器6优选这样构造，即，其可以在250巴到350巴之间的蒸汽压力情况下工作。此外，惯性分离器6是针对在620摄氏度至720摄氏度范围内的蒸汽温度设计的。惯性分离器6的尺寸例如是这样选择的，即，借助该尺寸可以或多或少净化产生大约1000MW蒸汽涡轮机功率所必须的蒸汽量中的颗粒。例如惯性分离器6是这样设计的，即，颗粒大小在0.1毫米和0.5毫米之间的颗粒能够从蒸汽排出。制造惯性分离器6的材料选择可以适当地这样选择，以使得惯性分离器6适于分离氧化物颗粒，如例如磁铁矿或者尖晶石。此外，惯性分离器6应该具有至少50000小时的使用寿命，优选是100000小时至200000小时。

依照图3，在另一实施方式中构造为旋风分离器6的惯性分离器6具有球形或者球体形壳体15。该壳体15可以特别简单地以极为耐压的方式构造。这里，蒸汽入口12也可以沿切线方向连接到壳体15上。蒸汽入口12到壳体15的连接优选在壳体15的赤道平面16内实现。在旋风分离器6或者壳体15的优选是直立的布置方式中，赤道平面16以基本水平的方式延伸。

蒸汽出口13在直立的壳体15情况下优选布置在上方，并且特别是与壳体15的纵向中心轴线9同轴。球形壳体15的纵向中心轴线的特征在于，这些纵向中心轴线全都延伸穿过壳体15的未进一步示出的中心点。在直立壳体15中，配属于蒸汽出口13的纵向中心轴线9以基本竖直延伸。在这里示出的优选的实施方式中，配属于蒸汽出口13的纵向中心轴线9垂直立于之前所述的配属于蒸汽入口12的赤道平面16上。

在壳体15的直立布置方式中，排出口14优选位于壳体15的下端部上。在所示的优选实施方式中，排出口14以与壳体15的纵向中心轴线9′同轴的方式布置在壳体15上。在本实施方式中，配属于排出口14的纵向中心轴线9′以与配属于蒸汽出口13的纵向中心轴线9同轴的方式布置，也就是说，两个纵向中心轴线9和9′重合。因此在该情况下，配属于排出口14的纵向中心轴线9′同样垂直立于赤道平面16上并且以基本竖直的方式延伸。

附图标记

1      蒸汽涡轮机装置

2      蒸汽路径

3      蒸汽涡轮机

4      蒸汽发生器

5      发电机

6      惯性分离器/旋风分离器

7      分离的颗粒

8      蒸汽流

9、9′ 6的纵向中心轴线

10     6的圆柱形部分

11     6的圆锥形部分

12     蒸汽入口

13     蒸汽出口

14     11或者15的排出口

15     壳体

16     赤道平面

Claims (9)

1.一种特别是用于发电的蒸汽涡轮机装置，其具有蒸汽路径(2)，在所述蒸汽路径(2)内布置有蒸汽发生器(4)，并且蒸汽涡轮机(3)布置在所述蒸汽发生器(4)的下游，其特征在于，在所述蒸汽路径(2)内，至少一个惯性分离器(6)布置在所述蒸汽发生器(4)和所述蒸汽涡轮机(3)之间。

2.根据权利要求1所述的蒸汽涡轮机装置，其特征在于，所述惯性分离器被构造为旋风分离器(6)。

3.根据权利要求2所述的蒸汽涡轮机装置，其特征在于下述特征中的至少一个：

所述旋风分离器(6)是直立布置的，并且具有竖直的纵向中心轴线(9)；

蒸汽入口(12)沿切向方向连接到所述旋风分离器(6)上；

蒸汽出口(13)轴向居中或者沿切向方向连接到所述旋风分离器(6)上；

所述蒸汽入口(12)在所述旋风分离器(6)的圆柱形部分(10)的下端部区域内连接到所述旋风分离器(6)上；

所述蒸汽出口(13)在所述旋风分离器(6)的圆柱形部分(10)的上端部区域内连接到所述旋风分离器(6)上；

所述旋风分离器(6)具有圆柱形部分(10)和圆锥形部分(11)，所述圆锥形部分(11)连接到所述圆柱形部分(10)的下方并朝向下方缩小。

4.根据权利要求2所述的蒸汽涡轮机装置，其特征在于下述特征中的至少一个：

所述旋风分离器(6)具有球形壳体(15)；

蒸汽入口(12)沿切向方向连接到所述壳体(15)上；

所述蒸汽入口(12)在赤道平面(16)内连接到所述壳体(15)上；

蒸汽出口(13)与所述壳体(15)的纵向中心轴线(9)以同轴方式连接到所述壳体(15)上；

配属于所述蒸汽出口(13)的所述纵向中心轴线(9)垂直于配属于所述蒸汽入口(12)的所述赤道平面(16)；

用于排出来自壳体(15)的、在所述壳体(15)内沉积的污物的排出口(14)以与所述壳体(15)的纵向中心轴线(9＇)同轴的方式布置在所述壳体(15)上；

配属于所述排出口(14)的所述纵向中心轴线(9＇)以与配属于所述蒸汽出口(13)的所述纵向中心轴线(9)同轴的方式布置；

配属于所述排出口(14)的所述纵向中心轴线(9＇)垂直于配属于所述蒸汽入口(12)的所述赤道平面(16)；

所述壳体(15)以直立方式布置，其方式为：配属于所述蒸汽入口(12)的所述赤道平面(16)以基本水平的方式延伸和/或配属于所述蒸汽出口(13)的所述纵向中心轴线(9)以基本竖直的方式延伸和/或配属于所述排出口(14)的纵向中心轴线(9＇)以基本竖直的方式延伸。

5.根据权利要求1至4之一所述的蒸汽涡轮机装置，其特征在于下述特征中的至少一个：

所述惯性分离器(6)被构造，使得其可以在大约250巴至大约350巴的蒸汽压力下和/或在大约620摄氏度至大约720摄氏度的蒸汽温度下运行；

所述惯性分离器(6)被构造，使得其从蒸汽中分离颗粒大小小于0.5毫米或者小于0.1毫米的颗粒；

所述惯性分离器(6)被构造用于分离氧化物颗粒，尤其是用于分离磁铁矿或者尖晶石。

6.一种方法，用于运行特别是用于发电的蒸汽涡轮机装置，在该方法中，蒸汽被从蒸汽发生器(4)引导到蒸汽涡轮机(3)，其特征在于，蒸汽将在所述蒸汽涡轮机(3)的上游被去除所夹带的颗粒。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述颗粒借助惯性力从所述蒸汽中分离。

8.一种惯性分离器(6)的应用，所述惯性分离器(6)被用于在特别是用于发电的蒸汽涡轮机装置(1)内在蒸汽发生器(4)下游和蒸汽涡轮机(3)上游从蒸汽流体中去除颗粒。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于权利要求2至5中的至少一个的特征。

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