CN102239363A - 用于运行废热蒸汽发生器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行废热蒸汽发生器(1)的方法，该废热蒸汽发生器带有蒸发器(16)、带有多个节能加热面(10，14)的节能器以及与所述多个节能加热面(10)在流动介质方面并联的旁路(4)，应在控制废热蒸汽发生器时实现更高的运行安全性和可靠性。为此，使用表征输送到所述废热蒸汽发生器(1)的热能的特征值来控制或调节所述旁路(4)的流量。

Description

用于运行废热蒸汽发生器的方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行废热蒸汽发生器的方法，该废热蒸汽发生器带有：蒸发器、带有多个节能加热面的节能器、以及与多个节能加热面在流动介质方面并联的旁路。

背景技术

废热蒸汽发生器是从热的气流获取热量的热交换器。废热蒸汽发生器例如被用在燃气和蒸汽轮机发电站中，其中一个或多个燃气轮机的热废气被导到废气蒸汽发生器中。在废热蒸汽发生器中产生的蒸汽接着被用于驱动蒸汽轮机。这种组合发电明显比单独的燃气或蒸汽轮机更高效。

废热蒸汽发生器可根据多个标准分类：废热蒸汽发生器根据气流的流动方向例如可以分为垂直和水平的结构类型。此外存在带有多个压力级的蒸汽发生器，所述压力级分别包含的水蒸汽混合物具有不同的热状态。

蒸汽发生器通常可以设计为自然循环蒸汽发生器、强制循环蒸汽发生器或直通式蒸汽发生器。在直通式蒸汽发生器中，蒸发管的加热导致流动介质在一次通过蒸发管时在蒸发管内完全蒸发。流动介质、通常是水在蒸发后被输送到连接在蒸发管下游的过热管并且在过热管被过热。蒸发结束点的位置、也就是带有剩余湿气的流过渡为纯蒸汽流的位置，在此是可变的并且与运行类型有关。在这种直通式蒸汽发生器满负荷运行时，蒸发结束点例如位于蒸发管的端部区域内，因此蒸发的流动介质在蒸发管中就已经开始过热。

与自然或强制循环蒸汽发生器不同，直通式蒸汽发生器不受压力限制，所以新汽压力可以设计为远高于水的临界压力(P_临界≈221bar)，在临界压力下，水和蒸汽在任何温度下都不会同时存在并因此也不会有相分离。

为了提高废热蒸汽发生器的效率，废热蒸汽发生器通常包括供水预热器或节能器。节能器由多个节能加热面组成，它们在烟气路径中在多个蒸发器加热面、过热器加热面和中间过热器加热面之后形成最后的加热面。节能器在流动介质方法连接在蒸发器加热面和过热器加热面的上游并利用废气中的余热，以便预热供水。通过在烟气通道中的所述装置，烟气在相对较低的温度下流过节能器。

在废热蒸汽发生器的运行过程中，在蒸发器入口基本上保证了对流动介质足够的降温(也就是流动介质的稳定应当与饱和温度有足够的间隔)。由此一方面保证，在蒸发器的分配系统中仅存在单相的流动介质并因此在各个蒸发管的入口不会发生水和蒸汽的分离过程，另一方面，由于水-蒸汽混合物在蒸发器入口的存在仅很困难才能实现或者完全不能实现蒸发器出口焓的最佳调节，因此可能不再能控制蒸发器出口温度。

出于该原因，通常这样设计废热蒸汽发生器，使得在满负荷时在蒸发器入口存在足够的降温。然而，刚好在瞬时负载过程中可以由于物理条件或多或少地强烈改变蒸发器入口处流动介质方面的降温。

为了尽管有这种波动也存在足够的降温，在低负载范围需要额外的措施。为此通常通过相应的装置使流动介质的子流在旁路中绕流过一个或多个节能器加热面，并且然后例如在最后的节能器入口与主流再次混合。通过流动介质在烟气通道的这种部分绕流，减小供水在节能器加热面上的总热量吸收，并因此保证流动介质在蒸发器入口即便在低负载范围也能实现足够的降温。

在当今的设备中，通常这样调节在相应的负载范围内通过节能器旁路的子流，使得在稳定运行中维持蒸发器入口处例如至少3K的降温。为此，在蒸发器入口设置有温度和压力测量装置，借助于所述装置通过求差可以确定任何时刻的实际降温。通过额定值-实际值比较，在低于最小降温时控制节能器旁路中的阀。该阀包含例如1秒的打开脉冲。在阀调节时间中，新的阀位置与该打开脉冲直接关联，然后阀例如保持在该阀位置30秒。对于在30秒之后还没有达到所需的最小降温的情况，重复同样的过程，直至达到或低于最小降温，或者完全打开阀。

在相反的情况下，如果测得的降温例如大于6K，则阀获得了例如1秒的关闭脉冲。相比打开通常在新的阀位置保持更长的时间(例如600秒)，如果蒸发器入口上的降温还大于6K并且阀还没有完全关闭，在额定值和实际值达到重新平衡之前重复同样的过程。在此，在各个调节脉冲之间选择较大的时间间隔，以便在节能器中避免蒸汽形成。

如上所述，然而正是在迅速负载下降时，如在当今的GuD设备中又出现这样的问题，即，上述的控制方案在有些情况下很难或者完全不能保证蒸发器入口处的流体所需的最小降温。因此在这种快速的负载变化时不能排除在蒸发器入口产生蒸汽，因此在分配到各个蒸发管时会出现问题并且可能不再能调节蒸发器出口温度。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于运行上述类型的废热蒸汽发生器的方法以及一种废热蒸汽发生器，所述方法和废热蒸汽发生器能够实现较高的运行安全性和控制废热蒸汽发生器时的较高可靠性。

就方法而言，该技术问题按照本发明由此解决，即，使用表征输送到废热蒸汽发生器的热量的特征值来控制或调节旁路的流量。

在此，本发明基于这样的构思，即，当在所有的负载情况下都能可靠地避免在蒸发器入口形成水-蒸汽混合物，则可以实现更高的运行安全性和控制废热蒸汽发生器的更高可靠性。在此，尤其在负载快速变化时形成蒸汽的危险较大，因为在此在蒸发器的入口的降温存在较快的变化。在这些情况下，迄今设置的降温调节装置通过影响节能器旁路流量过于缓慢地响应。应当设置快速响应的控制或调节装置。

在此可知的是，迄今常见的控制方案的响应时间在此尤其由此导致，即，使用蒸发器入口的温度和蒸发器中的饱和温度之间的差作为控制降温的输入参数。这意味着，对节能器旁路的流量控制在蒸发器入口处的降温已经发生改变时才起作用。因此可以使用时间上超前的特征值预计性地控制和调节来实现改进。

从这一构思出发，蒸发器入口处的降温是由于输送到废热蒸汽发生器的热能的变化导致的，这可以由此实现，即，使用表征输送到废热蒸汽发生器的热能的特征值来控制或调节旁路的流量。

在一种有利的设计构造中，在特征值提高时减小旁路的流量。因此在输送到废热蒸汽发生器的热能提高时并且因此在测量蒸汽发生器的入口的温度或降温实际改变之前就已经相应的适应旁路的流量。在废热蒸汽发生器当今的运行方式中，如果输送到废热蒸汽发生器的热量升高，则与流动介质的其它热动态(状态)参数(如供水质量流、压力、介质温度)的增大相关联，这由于物理定律直接导致入口降温的提高。因此，在这种情况下减小旁路的流量，使得节能器出口的温度被提高并因此减小蒸发器入口处的降温。

反之，在特征值减小时有利地提高旁路的流量，以便针对性地适应节能器的出口温度。

为了这样预计性地控制和调节节能器的旁路的流量(这种控制和调节在蒸发器的入口温度实际测量到改变之前就已经适应所述流量)，需要用于输送到废热蒸汽发生器的热能的具体、可靠的特征值。因此，在有利的设计构造中，使用在烟气方面连接在废热蒸汽发生器上游的燃气轮机的功率作为表征输送到废热蒸汽发生器的热能的特征值。在燃气和蒸汽轮机发电站中，产生穿过连接在废热蒸汽发生器上游的燃气轮机的烟气，并且烟气的温度或量随燃气轮机的瞬时功率而改变。因此，连接在上游的燃气轮机的功率可以表征输送到废热蒸汽发生器的热量并且还可以作为容易读取的信号输送到相应的调节装置中。因此实现了对节能器旁路的流量特别简单的控制和调节。

在废热蒸汽发生器中通常不是节能器的所有加热面都设有旁路，而是旁路例如平行于多个节能器加热面延伸并且在旁路和通过该节能器加热面的流量的混合位置之后连接有一个或多个另外的节能器加热面。迄今使用的、用于调节旁路的流量的温度信号在最后的节能器加热面的出口并因此在蒸发器的入口被测量。相应地，检测由于旁路的流量的改变导致的温差的信号一方面滞后流动介质为流过最后的、没有配设旁路的节能器加热面所需的时间，另一方面，也通过热能在这些加热面的管壁中的存储过程同样考虑了其热容量。如果有利地将旁路出口的混合位置处的温度用于控制或调节旁路的流量，因此可以实现控制或调节速度的进一步改进。因此实现了更可靠并且快速的控制或调节并防止了在蒸发器的入口形成蒸汽。

除了节能器出口处的温度波动之外，蒸发器入口降温还在很大程度上受蒸发器中的饱和温度的波动影响。因为蒸发器中的饱和温度基本上由管系统中的压力影响，例如会在快速的系统压力改变(例如在触发节流储备时)出现入口降温的强烈倒转。在此，入口降温的这种变化与输送到废热蒸汽发生器的热能无关。为了也考虑这种情景，应有利地使用蒸发器中的饱和温度来控制或调节旁路的流量。因此可以在蒸发器中的压力快速变化的情况下进一步改善节能器旁路的调节质量。

当在控制或调节中使用表征输送到废热蒸汽发生器的热能的更好的特征值，则还可以实现旁路的流量更好的调节质量。在有些情况下，连接在上游的燃气轮机的功率不能保证足够的质量，因为该信号可能不充分地与引入废热蒸汽发生器中的热量相关联，另一方面，在没有连接在上游的燃气轮机的应用中不能提供该信号。

因此，应当在有利的设计构造中使用蒸发器平衡的烟气热量作为用于表征输送到废热蒸汽发生器的热能的特征值。平衡的烟气热量基本上由烟气的质量流量和蒸发器的烟气侧的入口和出口的温差确定。在此，测量入口温度并且通过蒸发器的饱和温度近似出口温度。这实际上实现了对蒸发器中的热量并因此对引入废热蒸汽发生器的热量流的直接测量。此外，该信号常常已经存在于用于废热蒸汽发生器的调节装置中，因为该信号可以被用于供水调节。通过使用这种信号可以进一步改进控制或调节的质量并且更好地保证蒸发器的入口上足够的降温。

就废热蒸汽发生器而言，该技术问题通过一种废热蒸汽发生器解决，其带有蒸发器、具有多个节能加热面的节能器、与多个节能加热面在流动介质方面并联的旁路，该旁路带有流量控制或调节阀，带有在蒸发器出口上的温度和压力测量装置以及必要时在旁路出口的混合位置的温度测量装置，以及与前述测量装置和流量控制或调节阀在数据方面连接的控制装置，该控制装置设计用于执行所述方法。

这种废热蒸汽发生器有利地使用在燃气和蒸汽轮机设备中。

与本发明相关的优点尤其在于，通过使用表征输送到废热蒸汽发生器的热能的特征值来控制和调节废热蒸汽发生器的节能器的旁路的流量，可以通过可靠地调节蒸发器入口的降温保证可预见并且可靠的运行。此外避免了蒸发器出口处过大的温度波动，这例如关于连接在蒸发器下游的水-蒸汽分离装置的厚壁部件带来了其它优点。该方法因此尤其适用于现代的燃气和蒸汽轮机发电站，其中经常需要快速的负载变化。

附图说明

根据附图详细说明本发明。在附图中示出：

图1是考虑连接在废热蒸汽发生器上游的燃气轮机的功率的调节方法的示意图，而

图2是考虑蒸发器的平衡烟气热量和蒸发器中的饱和温度的改变的调节方法的示意图。

在两个附图中，相同的部件用相同的附图标记表示。

具体实施方式

图1首先示出了废热蒸汽发生器1示意选出的部件。流动介质通过没有详细示出的泵驱动地首先流动到回路的入口2，其中，首先分支出旁路4。为调节旁路的流量设置流量调节阀6，该流量调节阀可通过马达8调节。也可以设置简单的控制阀，然而可以通过快速反应的调节阀实现对蒸发器入口处的降温更好的调节。

流动介质的一部分因此根据流量调节阀6的位置流入旁路4，另一部分流入第一节能加热面10。也可以与旁路4并行地设置其它节能加热面。在节能加热面10的出口，来自旁路4和节能加热面10的流动介质在混合位置2混合。

另一节能加热面14连接在混合位置12的下游。流动介质在经过节能加热面14之后，在蒸发器入口18进入连接在下游的蒸发器16。在同样由多个加热面组成的蒸发器16的下游连接有其它部件，如水-蒸气分离装置和其它的过热器加热面。

在烟气方面可以不同地布置节能加热面10，14和蒸发器16。然而，节能加热面10，14通常就烟气而言连接在蒸发器16的下游，因为节能器应当导引相对最冷的流动介质并且利用烟气通道中的剩余热量。为了保证废热蒸汽发生器1顺利地运行，应当在蒸发器入口18存在足够的降温，也就是当前的温度与蒸发器中的饱和温度有足够的差别，使得仅仅存在液态的流动介质。只有这样才可以保证实现流动介质到蒸发器16中的各个蒸发管的可靠分配。

为了调节蒸发器入口18上的降温，在该位置设置压力测量装置20以及温度测量装置22。另一快速反应的温度信号(其不会由于流动介质通过节能加热面14的通过时间延迟)由所述混合位置12上的另一温度测量装置24提供。

在调节方面，首先在蒸发器入口18预先规定降温额定值26。该额定值例如是3K，也就是说，蒸发器入口18上的温度应当低于蒸发器16中的饱和温度3K。

为此，由在压力测量装置20上确定的压力首先确定蒸发器16中的饱和温度28，因为该饱和温度是蒸发器16中的压力的直接函数。然后，饱和温度28在加法元件30中加上负的降温额定值26。在另一加法元件32中减去温度测量装置22在蒸发器入口18测得的温度。现在，由此为流量调节阀6的控制获得恰当的调节值。

在输送到废热蒸汽发生器1的热量快速变化时，旁路4的流量调节有时会过慢地进行，使得不再能保证蒸发器入口18上的足够降温。因此，为了实现预计性地调节，使用连接在废热蒸汽发生器1上游的燃气轮机的功率34作为输入信号。功率34用作DT1元件36的输入信号，该DT1元件在功率34变化时产生相应成比例的输出信号。该输出信号在另一加法元件38中加上测得的蒸发器入口处的降温与额定值的偏差。因此可以在燃气轮机的负荷上升(Lastrampe)开始时就已经相应地响应，并且为流量调节阀6产生调节脉冲(不必首先等待测量出低于或高于最小降温)。根据参与的部件的配置也可以在快速负载改变时借助于这种额外的预控制信号保证蒸发器入口18处足够的最小降温。

尽管在大多数情况下通过这种额外的措施也许能保证蒸发器入口18希望的最小降温，必须根据控制的缓慢时间特性考虑蒸发器入口降温的相应波动，这不利地影响供水流量调节并因此或多或少地导致蒸发器出口的强烈温度波动。

作为补救在此设置在混合位置12之后的额外的温度测量装置24。由于调节介入，通过旁路4的子流发生变化，因此流动介质的温度变化在混合位置12就已经发生，也就是在进入另一节能加热面14前被检测，这在蒸发器入口18或者节能加热面14的出口仅有一个温度测量装置22的情况下由于通过节能加热面14的通过时间而只能相应时间延迟地实现。该测量信息在加法元件44中被加以负的调节值。

然而要注意的是，必须考虑节能加热面14的时间延迟特性，使得在已经执行的调节操作(通过改变节能加热面14的入口处的流动调节温度触发)上不进行另一调节介入(之后实现节能加热面14的出口处的温度变化)。为此，在PTn元件40中相加后处理温度测量装置24的温度信号，该PTn元件模拟节能加热面14的时间延迟特性。获得的输出信号在另一个加法元件42中被加到迄今的调节值上并因此再次补偿双重考虑。

这样确定的调节值被传输到调节器46，该调节器控制旁路4的流量调节阀6的马达8。

图2示出了图1的调节回路的变型的示意图。与图1的区别在于，在此替代燃气轮机的功率34，使用平衡的烟气热量48作为DT1元件36的输入信号。平衡的烟气热量48由蒸发器入口18的烟气温度和蒸发器出口的烟气温度的差(参见之前的说明)以及通过烟气质量流确定。因此，平衡的烟气热量48相比连接在上游的燃气轮机的功率34是输送到废热蒸汽发生器1的热量更直接的指标。因此可以更好地调节蒸发器入口18上的温度。

图2还示出了另一DT1元件50，该DT1元件在蒸发器16中的饱和温度改变时产生输出信号。该输出信号在加法元件38中馈送到调节回路。因此，即便在向废热蒸汽发生器1稳定地输送热量时，在蒸发管16中的压力并因此饱和温度28快速变化时也能保证蒸发器入口18足够的降温。

总的来说，通过所述的调节方案实现了废热蒸汽发生器1明显更安全并且更可靠的运行。

Claims (9)

1.一种用于运行废热蒸汽发生器(1)的方法，该废热蒸汽发生器带有蒸发器(16)、具有多个节能加热面(10，14)的节能器、以及与多个节能加热面(10)在流动介质方面并联的旁路(4)，其中，使用表征输送到所述废热蒸汽发生器(1)的热能的特征值来控制或调节所述旁路(4)的流量。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在所述特征值提高时减小所述旁路(4)的流量。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述特征值减小时增大所述旁路(4)的流量。

4.如权利要求1至3之一所述的方法，其中，使用在烟气方面连接在所述废热蒸汽发生器(1)上游的燃气轮机的功率(34)作为表征输送到所述废热蒸汽发生器(1)的热能的特征值。

5.如权利要求1至4之一所述的方法，其中，使用所述旁路(4)的出口处的混合位置(12)上的温度来控制或调节所述旁路(4)的流量。

6.如权利要求1至5之一所述的方法，其中，使用所述蒸发器(16)中的饱和温度(28)来控制或调节所述旁路(4)的流量。

7.如权利要求1至6之一所述的方法，其中，使用所述蒸发器(16)的平衡烟气热量(48)作为表征输送到所述废热蒸汽发生器(1)的热能的特征值。

8.一种废热蒸汽发生器(1)，该废热蒸汽发生器带有蒸发器(16)、具有多个节能加热面(10，14)的节能器、与所述多个节能加热面(10)在流动介质方面并联的旁路(4)，该旁路带有流量控制或调节阀(6)，以及带有在蒸发器入口(18)的温度和压力测量装置(24)以及必要时在所述旁路(4)的出口处的混合位置(12)的温度测量装置(24)和与所述测量装置(24)和流量控制或调节阀(6)在数据方面连接的控制装置，该控制装置设计用于执行按权利要求1至8之一所述的方法。

9.一种燃气和蒸汽轮机设备，带有如权利要求8所述的废热蒸汽发生器(1)。

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