CN101932796B - 直流式蒸汽发生器的起动方法和直流式蒸汽发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种直流式蒸汽发生器(1)的起动方法，该直流式蒸汽发生器包括具有多个燃烧器(7)的燃烧室(8)，就流动介质而言在燃烧室的蒸发管(12)下游连接水-汽分离装置(14)，按此方法，起动过程流入水-汽分离装置(14)中的水量应保持为很低，从而可以减小水-汽分离装置和排水装置(14)的尺寸，与此同时应保证充分冷却蒸发管(12)。为此，至少一个燃烧器(7)的燃烧功率根据水-汽分离装置(14)的液位特征值来调整。

Description

直流式蒸汽发生器的起动方法和直流式蒸汽发生器
技术领域
本发明涉及一种直流式蒸汽发生器的起动方法，该直流式蒸汽发生器包括具有多个燃烧器的燃烧室，就流动介质而言在燃烧室的蒸发管之后连接水-汽分离装置。 
背景技术
在具有蒸汽发生器的电厂设备中，燃料的能量含量在蒸汽发生器内利用于汽化流动介质。为了汽化流动介质，蒸汽发生器有蒸发管，对它们的加热导致在蒸发管内流动的流动介质汽化。由蒸汽发生器制备的蒸汽又可规定例如用于连接的外部过程或用于驱动汽轮机。若蒸汽驱动汽轮机，则通过汽轮机的透平轴通常驱动发电机或作功机械。在发电机的情况下，由发电机产生的电流规定馈入联合电网或孤立电网。 
在这里，蒸汽发生器设计为直流式蒸汽发生器。由J.Franke、 和E.Wittchow在VGB-Kraftwerkstechnik 73(1993)，第4期第352至360页上发表的论文“Verdampferkonzepte für BENSON-Dampferzeuger”中已知一种直流式蒸汽发生器。在直流式蒸汽发生器中，加热用作蒸发管的蒸汽发生器管导致流动介质在蒸汽发生器管内一次性通过时的汽化。 
为达到直流式蒸汽发生器特别高的效率，就流动介质而言在蒸发管下游连接过热管，它们进一步提高排出蒸汽的焓。过热管设计用于通过蒸汽并可能因水的进入而受损。因此通常就流动介质而言在它们的上游连接水-汽分离装置，例如可包括水-汽分离器和水瓶，所谓集水罐，或水-汽分离器与水瓶的组合。水-汽分离装置将没有完全蒸发的水尽可能与蒸汽分开，起先将水收集，然后经排出阀流出。分离的水或被废弃，或重新被输入到循环中再汽化。 
在直流式蒸汽发生器持续运行状态，在水-汽分离装置内流入比较少的水或完全没有水流入，因为唧入蒸发管内的水实际上完全汽化。反之，在起动过程，水-汽分离装置内流入大量的水。也就是说，当直流式蒸汽发生 器起动时，出自于管道足够冷却的原因，蒸发管通常起先被蒸发器最小质量流量流过，以及燃烧器以部分负荷燃烧。在汽化开始前，将全部水流输入水-汽分离装置中。在汽化开始时，通过由此引起的突然体积增大，部分水含量在汽化开始地点与水-汽分离装置之间排出。为了尽管发生这种水的排出，仍能基本上避免连接在下游的过热管内不希望地流过未汽化的流动介质，通常水-汽分离装置以及位于下游的排水装置(例如减压器、凝汽器、流出管道等)的所有构件需要有相应地大的尺寸，其结果是提高材料耗费和成本。 
由DE19528438已知一种直流式蒸汽发生器的起动方法，采用这种方法可以避免水的排出或保持为小的量。在这种方法中，将燃烧功率与给水流量之比调整为，使唧入蒸发管内的水即使在部分负荷区也能完全汽化，并因而没有或几乎没有水进入水-汽分离装置或过热管内。因此，水的排出在这里通过相应地保持供给小量给水而降到最低程度。 
当然，在如DE19528438中所介绍的直流式蒸汽发生器中，为了可靠地冷却蒸发管，即使在投入最小燃烧功率的情况下，最小质量流量密度以及因而最小给水质量流量仍是必要的。因此不可能为了避免水的排出而减小给水质量流量。 
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是，提供一种用于起动直流式蒸汽发生器的不同的起动方法，按此方法，在起动过程中流入水-汽分离装置和排水装置中的水量保持为很低，从而可以减小水-汽分离装置和/或排水装置的尺寸，与此同时应保证蒸发管的足够冷却。这应当在一种适用于实施本方法的直流式蒸汽发生器中采取简单的措施达到。 
按本发明为解决有关方法的技术问题而采取的措施是，使至少一个燃烧器的燃烧功率根据水-汽分离装置的液位特征值调整。 
本发明在这方面考虑问题的出发点在于，要保证蒸发管的充分冷却应输入足够大的给水量。因此通过简单地减少给水量避免水的排出是不符合要求的。尽管如此，仍应达到水-汽分离装置和排水装置比较小的尺寸，因为这样做的意义在于设计水-汽分离装置和排水装置时显著节省材料和生产费用。因此，应走一条与通过影响给水量不同的其他途径来降低起动过程 产生的水排出量。这可以通过在较长的时间内分配水的排出达到。为此，在起动过程中水初期的蒸发应慢化，因为通过在蒸发管内突然开始汽化以及由此造成的体积增大，引起水的排出。这可以通过相应地影响蒸发管内的热量输入达到。所述热量输入本身由燃烧功率决定，并因而应在考虑开始汽化的情况下加以控制。为了确定开始汽化的时刻，通过汽化造成的水排出可利用作为提示(Indikator)。因为水的排出尤其通过在水-汽分离装置内水流入的增加来表明，所以这可以通过测量水-汽分离装置的液位特征值实现。 
为了确定初期水的排出，可考虑表征水-汽分离装置中液位的不同特征值。例如可以在水-汽分离装置进口处测量通过的流量，根据测量结果可以间接地推断液位。按特别有利的扩展设计，规定直接测量水-汽分离装置液位，可以达到非常可靠的转换。在水-汽分离装置内液位的上升，特别可靠地表明初期水的排出，并能采用简单的装置测量。 
按本方法另一项有利的扩展设计，可附加地考虑测得液位特征值的改变速度，因为特别迅速地上升为初期水的排出以及水排出的高度提供了另一个提示。 
为了对水的排出采取足够的应对措施，应影响和尤其节制向蒸发管的热量输入。在提高燃烧功率的一个起动过程中典型的阶段中，这可以通过推迟提高燃烧功率到开始汽化的时刻达到。由此慢化汽化过程和防止给水-汽分离装置过量输水。因为初期水的排出尤其通过水-汽分离装置中液位比较剧烈地上升表明，所以所述的减小可有利地在水-汽分离装置测得的液位特征值达到一个极限值时实施。这可以是一种在技术上特别容易实现的控制。 
按本方法另一项有利的设计，在测得的液位特征值达到一个极限值时，燃烧器的燃烧功率不只是保持不变，而是甚至减小。这促使更剧烈地减小向蒸发管内的热量输入并因而更剧烈地慢化汽化过程。这可以更有效地减少水的排出以及限制向水-汽分离装置中水的输入。 
按本方法另一项有利的扩展设计，在这方面当然应考虑到，尽可能不低于一个最低的稳定起动燃烧功率，它根据直流式蒸汽发生器的设计参数，鉴于燃烧的稳定性，可例如界于最大燃烧功率(相应于在100％负荷时的燃烧功率)的2％与5％之间。为此，在达到极限值时燃烧功率的减小量有利 地为最大燃烧功率的1％至5％。 
可以达到一种特别有效的设备运行，只要在去除开始汽化后排出的水之后将直流式蒸汽发生器尽可能迅速和直接置于其期望的运行状态。为此，燃烧功率恰当地在一个等待时间后重新提高。在这里，为保证排出的水从蒸发管完全流出，应有利地遵照1至3分钟的等待时间。 
按本发明另一项有利的扩展设计，为保证在时间上与水排出的结束更协调地提高燃烧功率，在达到水-汽分离装置液位特征值的下极限值时重新提高燃烧功率。这可以实现一种更有效和更省时的起动过程。 
直流式蒸汽发生器的初始状态对于热起动和冷起动有很大的差别：不同构件的温度对起动过程的参数有直接的影响。因此有利地，针对直流式蒸汽发生器的热起动和冷起动规定不同的极限值。若水-汽分离装置对于热起动和冷起动具有不同的排出阀，则在热起动时，此时在水-汽分离装置中的压力通常高于冷起动流出阀的锁紧压力，上极限值可例如是热起动阀调整范围的最高值。反之，在冷起动时，此时在水-汽分离装置中的压力低于冷起动流出阀的锁紧压力，上极限值可例如是冷起动流出阀液位调整范围的最高值。由此能相应地优化起动过程。 
有关直流式蒸汽发生器的技术问题是这样得以解决的，该直流式蒸汽发生器包括具有多个燃烧器的燃烧室，就流动介质而言在燃烧室蒸发管下游连接水-汽分离装置，按照本发明，规定用于调整燃烧功率的控制装置在数据输入侧与用于测量水-汽分离装置液位特征值的传感器连接。 
有利地，传感器直接测量水-汽分离装置的液位。水-汽分离装置的液位为控制燃烧功率提供特别便于处理的参数。 
采用本发明获得的优点尤其在于，通过测量或观察水-汽分离装置中的水量，可以在起动阶段，也就是说，在燃烧器点火后的前20分钟内以及在最大燃烧功率的15％以下时，早期发现初期水的排出，并可通过符合需要地控制燃烧功率，尤其减小燃烧功率使之弱化。由此减少加入水-汽分离装置内的水量，以及水-汽分离装置和排水装置可以在总体上减小尺寸，从而可以显著节省材料及生产成本。 
附图说明
下面借助附图详细说明本发明的实施例。其中： 
图1示意性地表示出一种直流式蒸汽发生器，其包括一个水-汽分离装置，在这里例如循环泵，和一个燃烧功率控制装置；以及 
图2表示出直流式蒸汽发生器起动过程的曲线图。 
具体实施方式
图1所示的直流式蒸汽发生器1设计为直立的结构形式。通过燃料进口2加入的燃料B的量通过控制阀4影响，控制阀4由控制装置6调整。因此控制装置6直接控制燃烧器7的燃烧功率。由燃烧过程产生的高温燃气流过燃烧室8并进入烟道9。在烟道9的下游还可以连接其他图中未表示的构件，例如燃料节省器。 
就流动介质而言，水W通过水进口10首先进入蒸发管12，这些蒸发管在出口侧通入到水-汽分离装置。未汽化的水收集在水-汽分离装置14内，因为水处于压力状态，所以或通过流出阀15完全从系统排除，或在具有循环水流的汽化系统中进行相应的分配，将来自水-汽分离装置的全部流出的质量流量分配给循环泵20(包括位于下游的循环调节阀21)和流出阀15。因此引出的水或可以废弃，或可以重新通过水进口10输入系统内。取代图中表示的单个流出阀15，也可以采用针对热起动和冷起动的不同的流出阀，它们的设计与热起动和冷起动时直流式蒸汽发生器不同的原始状态相适配。 
产生的蒸汽D从水-汽分离装置14进入过热管16内，蒸汽D在那里进一步被过热，以及接着通过蒸汽出口18供给其他蒸汽应用装置。典型地，蒸汽供给在这里没有表示出的汽轮机发电装置。 
燃烧功率的控制装置6设计为，通过及时影响，尤其暂时降低燃烧功率，防止在起动过程中通过突然开始汽化排出过量的水。为此，为水-汽分离装置14配备不同传感器用于测量液位特征值：一个或多个液位传感器30便属于此，它们通过数据线36与控制装置6连接。因而由控制装置6读出水-汽分离装置的液位特征值，并由此可以识别在水-汽分离装置14内液位的突然升高。这种液位变化是有水从蒸发管12排出的结果，水的排出本身起源于开始汽化。因此控制装置6通过液位传感器30接收到有关在蒸发管12内初期汽化的可靠数据，并在燃烧器控制装置中及时采取措施，以便限制水的进一步汽化并因而限制水进入水-汽分离装置14内。 
在图2的曲线图中借助重要的参数或数据表示直流式蒸汽发生器起动过程的时间进程。图2所画的是一个典型的起动过程通过模拟程序确定的过程参数与时间的关系。其中线L1表示燃烧器7的燃烧功率占最大燃烧功率的百分比，它通过控制装置6控制。线L2表示在水-汽分离装置14内进入的质量流量，线L3表示通过流出阀15排出的水质量流量。线L4表示液位传感器30的数据并因而表示水-汽分离装置14的液位。 
在区域Ⅰ内，燃烧器7起先将燃烧功率提升到最大燃烧功率的5％。大约75秒后，在蒸发管12内开始汽化，这种汽化使水开始排出，并可通过进入水-汽分离装置14内的质量流量的突然增加识别。在大约90秒后，出口质量流量达到流出阀15的最大通流能力，以及水-汽分离装置14的水位上升。 
在区域Ⅱ内，当达到水-汽分离装置14内液位的极限值为1.2m时，起动将燃烧功率减小最大燃烧功率的2.5％。在这里也可以利用其他测量参数作为提示，例如一阶导数，亦即液位的改变速度可以用作提示。 
通过减小燃烧功率，抑制在蒸发管内的热量输入，并因而慢化汽化过程。通过减缓由汽化过程引起的体积增大，减少水的排出，以及可以将水-汽分离装置14内液位的进一步上升限制为约2.9m。这可以相应地减小水-汽分离装置和排水装置所有构件的尺寸和降低成本。 
经过约60秒等待时间后，在区域Ⅲ内燃烧功率提高早先被减小的最大燃烧功率的2.5％。然后进一步增大燃烧功率并建立直流式蒸汽发生器的持续运行状态。 
因此，本方法通过对燃烧器7的燃烧功率及时采取措施，有效限制了水-汽分离装置14内的最大液位，并因而可靠防止水进入过热管内。 

Claims (12)

1.一种直流式蒸汽发生器(1)的起动方法，该直流式蒸汽发生器包括具有多个燃烧器(7)的燃烧室(8)，就流动介质而言在燃烧室的蒸发管(12)下游连接水-汽分离装置(14)，其中，至少一个燃烧器(7)的燃烧功率根据水-汽分离装置(14)的液位特征值来调整，其中，水是由于初期的蒸发导致的排出的水。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，所述燃烧功率根据水-汽分离装置(14)的液位调整。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，所述燃烧功率附加地根据液位特征值的改变速度来调整。
4.按照权利要求1所述的方法，其中，所述燃烧功率在达到液位特征值的上极限值时不进一步提高。
5.按照权利要求1所述的方法，其中，所述燃烧功率在达到液位特征值的上极限值时减小。
6.按照权利要求5所述的方法，其中，减小量为最大燃烧功率的1％至5％。
7.按照权利要求4至6之一所述的方法，其中，所述燃烧功率在经过一个等待时间后重新提高。
8.按照权利要求7所述的方法，其中，达到极限值后遵照1至3分钟的等待时间。
9.按照权利要求4所述的方法，其中，所述燃烧功率在达到液位特征值的下极限值时重新提高。
10.按照权利要求4所述的方法，其中，对于直流式蒸汽发生器(1)的热起动和冷起动过程规定不同的极限值。
11.一种直流式蒸汽发生器(1)，该直流式蒸汽发生器包括具有多个燃烧器(7)和蒸发管的燃烧室(8)；就流动介质而言在燃烧室的蒸发管(12)下游连接水-汽分离装置(14)；用于测量水-汽分离装置(14)液位特征值的传感器，其中，水是由于初期的蒸发导致的排出的水；和用于调整燃烧功率的控制装置；其中，规定用于调整燃烧功率的控制装置在数据输入侧与用于测量水-汽分离装置(14)液位特征值的传感器连接，其中，控制装置根据所述值调整燃烧功率使得在起动过程中流入水-汽分离装置的水量保持为很低，其中水量提供对蒸发管足够的冷却。
12.按照权利要求11所述的直流式蒸汽发生器(1)，其中，所述传感器(30)测量水-汽分离装置(14)的液位。
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