CN102177315B - 启动系统混合球 - Google Patents

Abstract

一种启动系统混合部件，包括：本体(221)，其限定有腔；第一入口(223)，其设置于该本体内，并构造为向该腔提供第一流体；第二入口(224)，其设置于该本体内，并构造为向该腔提供第二流体；出口(228)，其设置于该本体内，并构造为从该腔中排出第一流体和第二流体；及内分配管(225)，其设置于该第一入口内，其中，该内分配管构造为经由朝向该腔的中心的多个孔(225a)向该腔提供第一流体。

Description

启动系统混合球

技术领域

本申请总体上涉及一种用于在发电设备中混合不同温度的流体流(flow stream)的装置及其操作方法，更具体地，涉及一种发电设备的启动系统内的混合球。 

背景技术

现有的设备例如位于锅炉中，锅炉由来自燃烧装置的烟道气(flue gas)或来自燃气涡轮机的废气加热，液体介质在设备中通过多个热系统从而受热，或者可能被蒸发。 

此介质可为水(可根据需要含有添加剂)。根据最后的锅炉载荷，水在锅炉中被加热至预定温度，从而被供给至例如工业厂房、热水网路等，或被蒸发，从而被供给至例如蒸汽轮机或工业蒸汽载荷。 

这样的设备的锅炉中的第一热系统通常被称为节能器(economizer)，其可包括第一热交换器和加热区块。节能器设置为用于冷却烟道气并使待由锅炉入口导引进入锅炉的供给水预热，由于温度情况，节能器优选地为在锅炉的烟道气侧端或废气侧端工作，例如在与锅炉自身的温度相比的相对较低的温度下工作。 

另一方面，烟道气或废气与待受热的供给水之间的温差相对较小。由此会产生大面积的加热区以及与该加热区关联的大面积的加热区块。此外，由于节能器内的主导温度及压力，已知存在有露点腐蚀的风险。 

提高锅炉入口处的供给水温以及用于避免节能器内的露点腐蚀的已知的方法包括再循环法，在此方法中，通过锅炉预热的水与供给水混合。应用再循环法的发电设备可能会在所有的各种操作载荷期间如此操作，发电设备在此状态下运行，或者它们选择性地使供给水再循环，因此，此再循环法只能应用于启 动式载荷和/或低操作载荷。 

应用再循环法的发电设备可包括在启动时和低操作载荷状态下使用的泵送式启动系统，例如在此状态下，即，供给水流量不足以防止水冷壁管由于锅炉燃烧室中发生的燃料燃烧而过热。这样的发电设备可包括主旁路管线，其将引入的供给水从主供水管线转移至混合设备，其中，供给水在被锅炉预先加热的再循环水混合。在混合设备中，再循环水对供给水加热，接着混合的供给水被泵送到旁路管线下游的节能器供水管线，并最终供给节能器。该混合设备必须相对较大，才能够承受总操作载荷的30％-40％的流速。 

当发电设备达到特定操作载荷时，供给水流的量足以保护水冷壁管，使之避免过热，并且废气温度上升节能器可在无需通过再循环使供给水预热的情况下进行最佳操作的值。当发电设备达到此操作状态时，流向主旁路管线的供给水流被阻断。发电设备接着在一次通过的模式中操作，在此模式中供给水不会再循环。 

当发电设备处于再循环模式中时，混合设备必须将饱和的再循环水与相对较冷的供给水混合，而不在混合设备或该混合设备下游的后续构件中产生过度的热应力。混合设备还需包括用于防止碎屑到达发电设备的下游构件中的机构，具体地为一用于将混合的供给水泵送回主供水管线的循环泵。 

基本上，在具有套管喷嘴的滚筒式部件中进行饱和的再循环水与相对较冷的供给水的混合。在一次通过式锅炉中，通过混合球座(tee)完成混合过程。混合球座包括外管和内管，该外管用于输送冷供给水且具有第一直径，该内管用于输送饱和的再循环水且具有第二直径。内管具有一串围绕其圆周并沿着其长度形成的孔，以允许将两种液体混合。 

然而，混合球座有以下几个缺陷。首先，内管不便于检查、清洗或维修。因此，若怀疑内管有问题，则必须拆卸整个组件来进行检查，从而导致工厂用于检修的停工期增加。第二，混合球座难以进行构造和安装；管之间的相对较小的间隔几乎没有留出用于偏差的空间，且组装相对复杂。因此，构造成本提高，且混合球座的更换程序复杂，导致需要额外的工厂停工期。此外，混合球 座必须连同用于去除碎屑的滤网一起使用。滤网为多孔板和筛网的复杂结合件，且通常还需要压力密封盖，压力密封盖昂贵，难以维修且容易划刻及泄露。另外，混合球座和滤网形成为两个独立的压力部件。 

Erich等人的EP1193373A1在其附图2和附图3中描述了一种混合系统，该混合系统包括混合体104，该混合体限定了腔并且具有第一入口111和构造为第二入口的多个内分配管105，第一入口111构造为输入冷的低压供给水，第二入口构造为输入热水。混合体具有出口112，该出口构造为移出经由第一入口和第二入口进入混合体104的冷的低压供给水和热水的混合物。该系统并没有构造成以防止未混合水接触混合体的表面且防止经受热冲击的方式混合相对较冷的供给水和相对较热的水。 

FR610409A以类似的方式在其附图1和附图2中教导了一种混合体，该混合体具有用于输入冷的供给水的第一入口和用于将热水输入到混合体中的多个入口。该系统的严重缺陷在于：其并没有构造成以防止未混合水接触混合体的表面且防止经受热冲击的方式混合相对较冷的供给水和相对较热的水。 

需要一种这样的混合设备，其将混合部件与过滤部件结合为一个单独的压力部件，并易于构造、安装、检查、维修及更换。 

发明内容

根据本文阐述的方面，提供一种启动系统混合部件，包括：本体，其限定腔；第一入口，其设置于该本体内，并构造为向该腔提供第一流体；第二入口，其设置于该本体内，并构造为向该腔提供第二流体；出口，其设置于该本体内，并构造为从该腔中排出第一流体和第二流体；及内分配管，其设置于该第一入口内，其中，该内分配管构造为经由朝向该腔的中心的多个孔向该腔提供第一流体。在该出口提供过滤功能。 

根据本文阐述的其他方面，一种发电设备，包括：主供水管线；连接至该主供水管线的主旁路管线；连接至该主供水管线的节能器供水管线；连接至该节能器供水管线的节能器；连接至该节能器的多个水冷壁；分离器，其连接至 该水冷壁，并构造为将液体与蒸汽分离；再循环水管线，其连接至该分离器，并构造为接收来自该分离器的液体；启动系统混合部件，其连接至该主旁路管线及该再循环水管线；混合供水管线，其连接至该启动系统混合部件及该节能器供水管线；及循环泵，其沿着混合供水收线设置于该启动系统混合部件与该节能器供水管线之间；其中启动系统混合部件包括：本体，其限定有腔；第一入口，其设置于该本体内，并构造为接收来自该主旁路管线的第一流体，并将第一流体供给该腔；第二入口，其设置于该本体内，并构造为接收来自该再循环水管线的第二流体，并将第二液流体提供给该腔；出口，其设置于该本体内，并构造为从该腔中排出第一流体和第二流体；及内分配管，其设置于该第一入口内，其中，该内分配管构造为经由朝向该腔的中心的多个孔向该腔提供第一流体。 

根据本文阐述的其他方面，一种用于混合并过滤两种流体的方法，该方法包括：提供限定有腔的本体；经由设置在该本体内的第一入口向该腔提供第一流体；经由设置在该本体内的第二入口向该腔提供第二流体；在第一流体与第二流体接触该本体之前，在该腔的中心处混合第一流体与第二流体；及在混合的第一流体与第二流体离开该出口之前，通过过滤器过滤混合的第一流体与第二流体。 

通过以下附图及详细说明示例地介绍以上所述的及其他的特征。 

附图说明

现参考作为示例性实施例的附图，其中，相同的部件以表示类似的附图标记标示。 

图1为包括根据本发明的示例性实施例的再循环系统的发电设备的示意图； 

图2为根据本发明的示例性实施例的混合部件的前视立体图；及 

图3为根据本发明的示例性实施例的图2所示的混合部件的局部示意图，包括其内包含的部件的前视立体图。 

具体实施方式

在此说明一种用于混合在发电设备中的不同温度的流体流(flow stream)的装置及其操作方法，更具体地，说明一种发电设备的启动系统内的混合球。 

图1为根据本发明的示例性实施例的发电设备100的示意图，发电设备100包括启动系统200，在启动状态及低操作载荷状态过程中，启动系统200将引入的供给水预热。 

参照图1，在本示例性实施例中，主供水管线110将供给水供应至发电设备100。供给水可为先前并未在发电设备100中使用的水，或者可以是先前已使用、但在再导入主供水管线110之前允许液化和冷却的水。沿着主供水管线110的长度可包括各种流控制装置。在示例性实施例中，在主供水管线110内的隔离阀112的上游安装截止阀111。 

发电设备100还包括位于切断阀112的下游、连接至主供水管线110的主旁路管线120。在一示例性实施例中，主旁路管线120可由T形交叉件连接至主供水管线110。然而，备选的示例性实施例包括这样的结构，其中，主旁路管线120通过本领域已知的其他连接件连接至主供水管线110。在示例性实施例中，主旁路管线120包括沿着其长度设置的入口止回阀121。以下将关于再循环周期(recirculation cycle)对主旁路管线120进行详细说明。 

发电设备100还包括节能器供水管线130，其位于主供水管线110与主旁路管线120之间的交叉处的下游并连接至主供水管线110。在示例性实施例中，节能器供水管线130包括沿着其长度设置的止回阀131。 

节能器140连接至节能器供水管线130的一端。节能器140通常位于发电设备100的后部(backpass)，并暴露在由锅炉燃烧室(未示出)产生的高温废气中。节能器140可包括本领域技术人员已知的各种结构的任意结构。 

节能器140连接至水冷壁150。水冷壁150通常位于发电设备100的锅炉内部。水冷壁150设计为承受极高温度和压力，且通常处于发电设备在水冷壁处将水转变为蒸汽的位置，以下将对其进行详细说明。 

水冷壁150连接至分离器160。分离器160构造为将液态水与蒸汽分离。在 示例性实施例中，分离器160可包括多个独立的分离单元(未示出)，然而，分离器160可包括本领域技术人员已知的各种结构的任意结构。分离器160构造为使得蒸汽可通过连接件流向过热器，且液态水可通过连接件流向储存箱170。在备选的示例性实施例中，储存箱170可被包含作为分离器的一部分。 

在本示例性实施例中，储存箱170经由再循环水管线210连接至启动系统200。在一示例性实施例中，再循环水管线210可包括再循环止回阀211和再循环截止阀212。尽管在此描述的启动系统200包括位于储存箱170和分离器160下游的部件，但本领域技术人员能够理解，在备选的示例性实施例中，能够想到将分离器160和储存箱170作为启动系统200的构件。 

图2为根据示例性实施例的混合部件200的前视立体图，及图3为根据示例性实施例的图2所示的混合部件的局部示意图，包括其内包含的部件的前视立体图。参照图1至图3，再循环水管线210连接至启动系统混合部件220。在一示例性实施例中，启动系统混合部件包括具有内腔222的球形本体221。在一示例性实施例中，球形本体221可形成为单个一体的、不可分的压力容器，或焊接在一起的两个半球形的压力容器。 

球形本体221包括连接至再循环水管线210的第一入口223。球形本体221还包括连接至主旁路管线120的第二入口224。在此示例性实施例中，在第二入口224内设有内分配管225，用于将供给水分配给腔222。内分配管225包括多个仅朝向腔222的中心的孔225a。 

混合部件220还包括通道孔226，其允许人行通道从混合部件220的外部通向内腔222。在一示例性实施例中，通道孔226足够大，使得人员能够轻松地接近腔222中的各个构件。在一示例性实施例中，通道孔由水和压力密封舱盖(water and pressure tight hatch)227密封，其可轻松地、反复地密封及开启。舱盖227可为本领域技术人员已知的任意结构。在一示例性实施例中，通道孔的直径约为16英尺。 

混合部件220包括出口228，其构造为允许液体从腔222离开。内部碎屑过滤器229可设于出口228上方并基本上覆盖出口228。备选的示例性实施例还包 括碎屑过滤器229设置在出口228内部的构造。在一示例性实施例中，碎屑过滤器229构造为可经由通道孔226和舱盖227从腔222移除。在一示例性实施例中，碎屑过滤器229本身的结构包括内部的多孔板(未示出)，以防止颗粒经由碎屑过滤器229流出。在一示例性实施例中，碎屑过滤器229可为一体成形的可移除的部件。备选的示例性实施例包括这样的构造，其中，碎屑过滤器229应用本领域技术人员所知的备选的过滤机构。 

混合供水管线230连接至混合部件220的出口228和节能器供水管线130。沿着混合供水管线230的长度设置有循环泵240，用于泵送在其中通过的混合的供给水。在一示例性实施例中，混合供水管线230包括设置于混合部件220与循环泵240之间的循环泵截止阀231。在一示例性实施例中，混合供水管线230还可包括设置于循环泵240的下游的最小进入流量控制阀232以及设置于最小进入流量控制阀232的下游及节能器供水管线130上游的截止阀233。 

尽管以上描述了发电设备100的一个示例性实施例，但是应该容易理解的是，混合部件220的示例性实施例可应用于其中需要混合两种不同温度的液体的多种不同的应用中。 

以下将描述发电设备100的示例性实施例的操作的示例性实施例。现参照图1-3，当发电设备100在启动状态或低操作载荷状态下运行时，进入锅炉(未示出)的水冷壁150内的供给水可能不足以防止水冷壁管由于锅炉燃烧室中发生的燃料燃烧而过热。将相对较冷的供给水导入水冷壁150内可能会导致不希望的结果，例如，由于热冲击带来的水冷壁150的金属疲劳，或使发电设备效率降低。因此，所包括的再循环系统200向水冷壁提供充足的流量，并使引入的供给水在被导入至节能器140内之前预热。 

当发电设备100在启动状态或低操作载荷状态下运行时，供给水从主供水管线110被导引至主旁路管线120，通过入口止回阀121进入混合部件220。接着，相对较冷的供给水由分配管225分配到球形本体221的腔222。分配管225内的孔225a仅朝向腔222的中心。 

同时，来自分离器160和储存箱170的饱和水经由再循环水管线210和第 一入口223引入混合部件220内，由此被再循环。饱和水与来自分配管225的供给水比相对较热，然而，由于分配管225内的孔225a的构造，可避免混合部件220受到热冲击。孔225a确保相对较冷的供给水与相对较热的再循环水在接触本体221的内表面之前在腔222的中心处混合。 

再循环水和供给水由此被混合，从而形成温度介于饱和水的温度与供给水的温度之间的混合供给水。混合供给水接着穿过过滤器229并经由出口228到达混合部件220的外部。过滤器229去除再循环水通过水冷壁150时所堆积的所有颗粒以及从发电设备100的其他各种构件经由入口223进入的任何其他的碎屑。 

混合供给水接着沿着混合供水管线230输送至循环泵240。循环泵240与进入流量控制阀232的结合确保混合供给水具有适当的压力，以便导入节能器供水管线130。当发电设备100在启动状态或低操作载荷状态下运行时，入口止回阀121、再循环止回阀211、再循环截止阀212、循环泵截止阀231、最小进入流量控制阀232及截止阀233可均被设置为打开的形态，以允许主供给水从主供水管线110流向混合部件220，允许再循环的饱和水从储存箱170流向混合部件220，并允许混合供给水流向节能器供水管线130。 

混合供给水随后沿着节能器供水管线130流动，并被导入节能器140。由于混合供给水被预热，因此节能器140能够使混合供给水上升至适宜的温度，用于导入锅炉(未示出)的水冷壁150内。在一示例性实施例中，基本上所有的供给水都从主供水管线110通过主旁路管线120转移；在另一示例性实施例中，主供水管线110内只有一部分主供给水被转移到启动系统200内预热。在后面的示例性实施例中，混合供给水在节能器供水管线130内与相对较冷的供给水混合，而并未通过启动系统200转移。 

在启动状态或低载荷操作过程中，混合供给水在水冷壁150内被转化为蒸汽/液态水混合物。该混合物接着被输送至分离器160，在分离器160中，液态水与水蒸汽分离。蒸汽被输送至发电设备100的其他部件，诸如过热器(未示出)，而饱和的液态水被收集并储存在储存箱170内。饱和水接着被导入混合部 件220，并重复地循环。 

在最高或适度的操作载荷下，供给水向水冷壁提供充足的流量以防止水冷壁管由于锅炉燃烧室中发生的燃料燃烧而过热。因此，再循环系统200可与发电设备100的其他部分隔离，例如，入口止回阀121、再循环止回阀211、再循环截止阀212、及截止阀233可均被设置在封闭的结构内，由此避免主供给水流向混合部件220，并防止任何再循环的饱和水从储存箱170流向混合部件220。在一示例性实施例中，最小进入流量控制阀232可被设置在指定的部分打开的位置，以适合锅炉的此种操作模式。此外，主供给水可从主供水管线110直接流向节能器供水管线130。 

尽管已结合各种示例性实施例对本发明进行了描述，但本领域技术人员将清楚在不脱离本发明的范围的情况下，可所作出各种变形和等同物可替换本发明的部件。此外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可进行多种变形，以使具体情况或材料适应于本发明的教导。因此，本发明并不限于所记载的作为用于实施本发明而构思的最佳实施方式所公开的具体实施例，而应当包含在所附的权利要求的范围内的所有实施例。 

Claims (12)

1.一种启动系统混合部件，包括：

本体，该本体限定有腔；

第一入口，该第一入口设置于所述本体内，并构造为向所述腔提供第一流体；

第二入口，该第二入口设置于所述本体内，并构造为向所述腔提供第二流体；

出口，该出口设置于所述本体内，并构造为从所述腔中排出所述第一流体和所述第二流体，其中所述本体和所述腔大致为球形；以及

内分配管，该内分配管设置于所述第一入口内，其中，该内分配管构造为以有效地使所述第一流体与所述第二流体在接触所述本体的内表面之前在所述腔的中心混合的方式经由朝向所述腔的中心的多个孔向所述腔提供第一流体。

2.如权利要求1所述的启动系统混合部件，其中，该启动系统混合部件还包括碎屑过滤器，该碎屑过滤器设置于所述腔内并覆盖所述出口。

3.如权利要求2所述的启动系统混合部件，其中，该启动系统混合部件还包括通道孔，该通道孔设置在所述本体内，并构造为提供用于出入所述腔的人行通道。

4.如权利要求3所述的启动系统混合部件，其中，所述碎屑过滤器构造为能够经由所述通道孔从所述腔中移除。

5.如权利要求3所述的启动系统混合部件，其中，该启动系统混合部件还包括设置于所述通道孔内的水和压力密封舱盖。

6.如权利要求5所述的启动系统混合部件，其中，所述舱盖构造为能够反复地被密封及开启。

7.如权利要求1所述的启动系统混合部件，其中，位于所述内分配管内的所述多个孔仅朝所述腔的中心指向。

8.一种发电设备，包括：

主供水管线；

连接至所述主供水管线的主旁路管线；

连接至所述主供水管线的节能器供水管线；

连接至所述节能器供水管线的节能器；

连接至所述节能器的多个水冷壁；

分离器，该分离器连接至所述水冷壁，并构造为将液体与蒸汽分离；

再循环水管线，该再循环水管线构造为接收来自所述分离器的液体；

根据权利要求1至7中任一项所述的启动系统混合部件，该启动系统混合部件连接至所述主旁路管线及所述再循环水管线；

混合供水管线，该混合供水管线连接至所述启动系统混合部件及所述节能器供水管线；以及

循环泵，该循环泵沿着所述混合供水管线设置于所述启动系统混合部件与所述节能器供水管线之间。

9.如权利要求8所述的发电设备，还包括：

第一截止阀，该第一截止阀设置在位于所述主旁路管线的上游的所述主供水管线上；

隔离阀，该隔离阀设置在位于所述主旁路管线的上游的所述主供水管线上；

第一止回阀，该第一止回阀设置在位于所述节能器的上游的所述节能器供水管线上；

第二止回阀，该第二止回阀设置在位于所述启动系统混合部件的上游的所述再循环水管线上；

第二截止阀，该第二截止阀设置在位于所述启动系统混合部件的上游的所述再循环水管线上；

第三截止阀，该第三截止阀设置在位于所述循环泵的上游的所述混合供水管线上；

进入流量控制阀，该进入流量控制阀设置在位于所述节能器供水管线的上游的所述混合供水管线上；及

第四截止阀，该第四截止阀设置在位于所述节能器供水管线的上游的所述混合供水管线上。

10.如权利要求8所述的发电设备，其中，该发电设备还包括储存箱，该储存箱连接至所述分离器及所述再循环水管线。

11.一种用于混合两种流体的方法，该方法包括：

提供限定有腔的本体，其中所述本体和所述腔大致为球形；

经由设置在所述本体内的第一入口向所述腔提供第一流体；

经由设置在所述本体内的第二入口向所述腔提供第二流体；以及

在所述第一流体和所述第二流体接触所述本体之前，在所述腔的中心处混合所述第一流体与所述第二流体。

12.如权利要求11所述的方法，其中，该方法还包括通过过滤器过滤混合的所述第一流体和所述第二流体。