CN102686944A - 喷射器驱动的蒸汽发生器启动系统 - Google Patents

喷射器驱动的蒸汽发生器启动系统 Download PDF

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G·A·加内什
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B·W·姆鲁克
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Abstract

提供了一种发生系统，其包括蒸汽发生器、联接到发生器上的分离器、提供给水的供应、联接到给水上且接收给水的启动系统，以及联接到启动系统上的再循环系统。蒸汽发生器在多个运行模式中运行。在一个模式中，蒸汽发生器产生蒸汽和流体的流。分离器将该流分离成蒸汽的成分和流体的成分。在至少一个模式期间，再循环系统接收来自启动系统的给水，并且将需用流提供给蒸汽发生器。再循环系统包括喷射器。喷射器将来自分离器的流体的一部分引导到再循环系统中，混合被引导的流体与给水，以提供再循环流，并且再循环系统将包括再循环流的需用流提供给蒸汽发生器。

Description

喷射器驱动的蒸汽发生器启动系统
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2009年4月2日提交、序列号为No.61/166,045的共同未决的美国临时专利申请的根据35U.S.C.§119(e)的优先权益处。前面提到的美国专利申请的公开通过引用而以其整体结合在本文中。
发明背景
技术领域
本公开大体涉及锅炉系统，并且更具体而言，涉及包括具有启动系统的蒸汽发生器的锅炉系统，启动系统用喷射器来使流体再循环回到蒸汽发生器。
相关技术
一般而言，蒸汽发生系统的启动是分级的过程，因为不能立即从发生器中获得蒸汽。类似地，在低负荷状况期间，可能不能获得足够的蒸汽。典型地，启动系统被结合到蒸汽发生系统中，以在这些低蒸汽状况期间(例如在启动状况和低负荷状况下)保护发生系统的构件。例如，在蒸汽发生器低于最小直通(once-through)负荷时，启动系统通过提供附加给水流来保护蒸汽发生器的水壁(其包括多个管道)不过热。最小直通负荷是通过水壁的流(例如需用流)足以保护管道不过热而不需要附加流时的负荷(满负荷流量的大约百分之二十至约百分之五十(20％-50％))。如图1中所示，传统的蒸汽发生系统10包括在低负荷状况或启动状况期间提供附加流的启动系统20。在启动状况或低负荷状况期间，启动系统20的给水泵22将给水24泵送给加热器26，以加热水。经加热的给水28然后传送到蒸汽发生器30，并且具体而言，传送到蒸汽发生器30的水壁，以保护水壁不受在管道过热的情况下导致的损害。水和/或蒸汽从发生器30传送到分离器40。分离器40分离蒸汽和水。蒸汽传送到例如涡轮，而水通过导管50和阀62流到闪蒸罐60。在闪蒸罐60处，水通过排出管70离开系统10。
如一般所知道的那样，未在水壁内转化成蒸汽的基本所有给水24和28都被启动系统20排掉，并且由给水24流替代。在本文中，此运行模式称为排出模式。蒸汽发生器30必须以足以使给水上升到饱和温度以及然后产生蒸汽的速率来燃烧。最初在蒸汽发生器的启动期间，没有给水转化成蒸汽，并且提供给发生器的所有给水均必须排掉(例如在排出模式中)。在产生蒸汽时，必须排掉较少的水，直到锅炉到达直通模式为止，在该模式中，基本所有的给水流均转化成蒸汽。在直通模式中，用于蒸汽发生的给水流在本文中称为需用流。直到达到直通模式负荷为止，将最少的给水流发送到发生器，以进行水壁冷却，并且如上面所提到的那样，这在本文中称为附加流。因此，在达到直通模式负荷之前，将需用流和附加流两者提供给蒸汽发生器。
如上面所提到的那样，当在直通模式中运行时，蒸汽发生器基本将所有的给水转化成蒸汽。因此，在直通运行模式期间，在导管50中基本不存在从分离器40到闪蒸罐60的流。在低于直通负荷的运行负荷期间，例如在低于最小直通负荷(其范围典型地为满负荷流量的约百分之二十(20％)至约百分之五十(50％))的负荷处，需要附加流来进行水壁冷却。在这些低负荷状况期间，闪蒸罐阀62进行调控而允许流到达闪蒸罐60，从而允许给水泵输送最少需用流来进行冷却。
发明人已经认识到，在启动状况和低负荷状况期间冷却蒸汽发生器的水壁的这个方法是低效率的且会浪费水和热能，这又会转变成增加运行蒸汽发生系统的成本。因此，存在对在低负荷状况期间冷却蒸汽发生器的构件的可靠且经济的方法的需要。
发明概述
一种蒸汽发生系统包括蒸汽发生器、联接到蒸汽发生器上的分离器、提供给水的给水供应、联接到来自给水供应的给水上且接收给水的启动系统，以及联接到启动系统上的再循环系统。蒸汽发生器在多个运行模式中运行。在运行模式中的至少一个中，蒸汽发生器产生蒸汽和流体的流。分离器接收蒸汽和流体流，并且从蒸汽和流体流中分离出蒸汽的成分和流体的成分。在该多个运行模式中的至少一个期间，再循环系统接收来自启动系统的给水，并且将需用流提供给蒸汽发生器。再循环系统包括喷射器。喷射器将来自分离器的流体的至少一部分引导(induce)到再循环系统中，混合被引导的流体与给水，以提供再循环流，并且再循环系统将包括再循环流的需用流提供给蒸汽发生器。
在一个实施例中，再循环系统进一步包括旁通阀和隔断阀。在蒸汽发生器的运行模式期间，选择性地操作旁通阀和隔断阀来提供需用流和再循环流中的一个或两者。例如，当蒸汽发生器在直通运行模式中运行时，旁通阀打开而隔断阀关闭，以隔离喷射器以及通过再循环系统而将来自给水泵的给水作为需用流提供给蒸汽发生器。在蒸汽发生器的低负荷状况运行模式中，旁通阀选择性地限制或禁止流动，并且隔断阀打开以容许喷射器引导来自分离器的流体，混合被引导的流体和给水(例如，以提供再循环流)，并且将包括再循环流的需用流提供给蒸汽发生器，以产生蒸汽以及冷却水壁。在一个实施例中，低负荷状况包括蒸汽发生器的启动运行模式。在另一个实施例中，低负荷状况包括低于蒸汽发生器的满负荷流量的约百分之二十(20％)至约百分之五十(50％)的运行模式。
在一个实施例中，再循环系统包括联接到喷射器上的节流阀。节流阀接收来自喷射器的被引导的流体和给水(例如附加流)的混合物，并且将包括再循环流的需用流提供给蒸汽发生器。在负荷在喷射器运行期间改变时，节流阀控制通过喷射器的给水的压力和流量。
在另一个实施例中，蒸汽发生系统进一步包括联接分离器和再循环系统的下降管导管。再循环系统进一步包括止回阀，止回阀提供从下降管导管到喷射器的单向流，并且因而禁止回到下降管导管的逆流。
在另外的另一个实施例中，蒸汽发生系统进一步包括通过闪蒸罐阀而联接到下降管导管上的闪蒸罐。当蒸汽发生器在直通运行模式中运行时，不存在从下降管导管流到闪蒸罐的流体，并且没有什么从系统排出。
附图详述
现在参照附图，附图为示例性实施例，并且其中，相似的元件以相似的方式标号。
图1是具有启动系统的传统的蒸汽发生系统的示意图。
图2是具有包括用于液体的再循环的系统的启动系统的直通式蒸汽发生器的示意图。
优选实施例的详细描述
图2示出了蒸汽发生系统100，其包括启动系统120、再循环系统200、蒸汽发生器130和分离器140。在运行期间，启动系统120和再循环系统200协作来将需用流132(包括用以保护发生器的构件(例如水壁)不受过热所导致的损害的附加流)提供给蒸汽发生器130。如本文中所描述的那样，在启动状况和/或低负荷运行状况期间，再循环流270与经加热的给水流混合以及/或者代替给水流，以将需用流132提供给蒸汽发生器130。例如，在启动状况和低负荷状况期间，给水泵122将给水124泵送到加热器126以进行加热。经加热的给水128然后传送到再循环系统200。在再循环系统200中，经加热的给水128通过旁通阀210作为经加热的给水流128A而选择性地直接传送到蒸汽发生器130，通过隔断阀230作为经加热的给水流128B而传送到喷射器240，或作为给水流128A和128B而按比例地传送通过再循环系统200的两个回路/支路。因此，旁通阀210和隔断阀230调整再循环系统200内的流。在一个实施例中，旁通阀210可在例如容许全部的流通过其中的完全打开模式、容许流的一部分(例如受限制的流)通过其中的部分关闭模式，以及不容许流通过其中的完全关闭模式中运行。当蒸汽发生器130处于直通模式中时，隔断阀230隔离喷射器240，并且经加热的给水128A通过旁通阀210(例如处于完全打开模式中)作为需用流132而直接提供给蒸汽发生器130。在启动状况和/或低负荷状况下，旁通阀210例如通过在前面提到的模式中的一个或多个中循环来选择性地调整经加热的给水流128A，以截断流，或者旁通阀210至少部分地关闭，以限制与来自喷射器240的再循环流270混合的给水流128A的部分。下面关于蒸汽发生系统100的各种运行模式来详细地描述再循环系统200内的流。
最初在启动模式中，旁通阀210打开以接收经加热的给水128，并且将经加热的给水128A作为需用流132(包括附加流)传送给蒸汽发生器130，并且具体而言，传送给蒸汽发生器130的水壁，以保护水壁不受在水壁的管道过热时所导致的损害。对于图1的蒸汽发生系统10，流134(例如水和/或蒸汽)经过分离器供应线路142从蒸汽发生器130传送到分离器140。分离器140将流134分离成例如蒸汽和流体(例如水)。蒸汽通过导管144传送到例如涡轮，并且流体输出到导管150(诸如例如下降管线路150)中。在一个实施例中，喷射器240将通过止回阀260作为再循环流体180而来自下降管线路150的流体(或其一定百分比/一部分)引导到再循环系统200。止回阀260防止再循环流体180从再循环系统200逆流到下降管线路150中。在一个实施例中，类似于图1的蒸汽发生系统10，下降管线路150还通过闪蒸罐阀162联接到闪蒸罐160上。一旦处于闪蒸罐160处，流体就通过排出管170离开系统100。
在喷射器240处，再循环流体180与传送通过隔断阀230的经加热的给水128B混合而形成传送通过节流阀250的再循环流270。当喷射器240在运行时，节流阀250随着负荷的变化而控制给水的压力和流量。也就是说，为了最佳的差压和改进的喷射器性能，节流阀250提供了控制。在启动状况和/或低负荷状况期间，再循环流270与来自旁通阀210的经加热的给水流128A混合。例如基于再循环流270的体积来控制传送通过旁通阀210的经加热的给水128A的部分。例如，旁通阀210在前面提到的模式(例如完全打开模式、部分关闭模式和完全关闭模式)中的一个或多个中运行，以调控通往蒸汽发生器130的流132。
如可理解的那样，在启动状况和低负荷状况下，所有、没有或一定百分比的从分离器140流出的流体180(例如水)可在需用流132内选择性地再循环到蒸汽发生器130。在预定的时期或在发生期望的事件(诸如例如达到直通模式)时，流体180(如果有的话)被提供给闪蒸罐160，流体180可在闪蒸罐160处排掉或存储。在一个实施例中，在蒸汽发生器130的直通模式时，控制再循环系统200来将通过旁通阀210的经加热的给水128A作为流132直接传送给蒸汽发生器130，以及通过隔断阀230来阻止经加热的给水流128B到达喷射器240和节流阀250。类似地，通过旁通阀210和隔断阀230控制再循环系统200来响应低负荷运行(例如，低于最小直通流率，最小直通流率等于满负荷流量的约百分之二十(20％)至约百分之五十(50％)的范围)，以保持最小速率的需用流132通往水壁。
再循环系统200和喷射器240选择性地使一定百分比的再循环流体180(例如再循环流270)再循环，以升高进入蒸汽发生器130的需用流132(包括附加流)的温度。通过再循环过程实现的热回收减少了例如蒸汽发生器130在启动过程和低负荷状况期间所消耗来加热给水124的燃料的量。来自分离器140的流体再循环回到蒸汽发生器130还减少了给水128的损失，因为需要排掉较少的水。如还可理解的那样，在所供应的给水124、128方面的节约还产生了给水的化学处理的成本的节约且因而产生了在运行系统100时的运行性节约和更高的效率。看到如本文中所描述的再循环系统200的附加益处为减少的运行成本，因为喷射器系统(例如喷射器240)没有运动部件，这被证明有可靠性、易操作性和易维护性。另外，应当理解，如果喷射器240被禁用或需要维护，则可在排出模式(如图1中的那样)中启动和运行发生系统100，因而不存在可操作性的损失，因为结合了再循环系统200。在一个实施例中，截流阀(未显示)设置在蒸汽发生系统100的各种构件的周围，以选择性地禁止通往构件的流。例如，在一个实施例中，截流阀设置成与喷射器的输入和输出中的各个成顺列(in line)，以截断通往喷射器240的流。如上面所提到，当喷射器240被隔离时，再循环系统200可运行来导引流通过旁通阀210，使得蒸汽发生系统100在排出模式中运行。
如本文中所描述的包括启动系统120和再循环系统200的蒸汽发生系统100的至少一些特征包括增设喷射器240和节流阀250。例如，节流阀250允许给水泵122比蒸汽发生器130在更高的压力处运行以及为喷射器240输送原动力。在一个实施例中，使用给水泵122提供的头部，喷射器240引起下降管150中的来自分离器140的流体再循环回到蒸汽发生器130。另外，因为喷射器240没有运动部件，所以通过再循环系统200来进行热回收仅引起了关于附加的维护和/或维修的最小的担忧。
此外，如上面所描述的那样，传统的系统(例如图1的蒸汽发生系统10)通过闪蒸罐而排出所有分离出的水，从而损失热和水两者。使用喷射器驱动的再循环系统200与启动系统120(如本文中所描述)允许回收许多热和流体，从而以若干种方式节约成本。需要较少的热输入来服务蒸汽发生器130以及产生蒸汽，因为通过混合经加热的给水128与再循环流体180而升高了进入的水的温度。给水供应和处理成本降低了，因为较少的水被闪蒸成蒸汽和损失掉。所提出的回路具有最小维护需要，从而不需要冗余的装备和相关联的系统。
虽然已经参照了多种示例性实施例来描述本发明，但是本领域技术人员将理解，可对实施例的元件作出各种改变且可用等效物来代替实施例的元件，而不脱离本发明的范围。另外，可作出许多修改，以使特定情形或材料适于本发明的教导，而不脱离本发明的实质范围。因此，意图本发明不限于作为构想来执行本发明的最佳模式而公开的特定实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (18)

1.一种蒸汽发生系统，包括：
在多个运行模式中运行的蒸汽发生器，在所述多个运行模式中的至少一个中，所述蒸汽发生器产生蒸汽和流体流；
提供给水的给水供应；
联接到来自所述给水供应的给水上且接收所述给水的启动系统；以及
联接到所述启动系统上的再循环系统，在所述多个运行模式中的至少一个期间，所述再循环系统接收来自所述启动系统的给水，并且将需用流提供给所述蒸汽发生器，所述再循环系统包括喷射器，所述喷射器将来自所述蒸汽发生器的流体的至少一部分引导到所述再循环系统中，所述喷射器混合被引导的所述流体与所述给水的一部分，以提供再循环流，并且所述再循环系统将包括所述再循环流的所述需用流提供给所述蒸汽发生器。
2.根据权利要求1所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述再循环系统进一步包括旁通阀和隔断阀，在所述蒸汽发生器的所述多个运行模式期间，所述旁通阀和所述隔断阀选择性地操作来将所述需用流和所述再循环流提供给所述蒸汽发生器。
3.根据权利要求2所述的蒸汽发生系统，其特征在于，当所述蒸汽发生器在直通运行模式中运行时，所述旁通阀打开而所述隔断阀关闭，以隔离所述喷射器以及将所述给水作为所述需用流从所述再循环系统提供给所述蒸汽发生器。
4.根据权利要求2所述的蒸汽发生系统，其特征在于，当处于低负荷状况运行模式中时，所述隔断阀打开而所述旁通阀选择性地受控制，使得所述喷射器引导来自所述蒸汽发生器的流体，混合被引导的所述流体与所述给水而形成所述再循环流，并且所述再循环系统将包括所述再循环流的所述需用流从所述再循环系统提供给所述蒸汽发生器。
5.根据权利要求4所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述低负荷状况包括所述蒸汽发生器的启动运行模式。
6.根据权利要求4所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述低负荷状况包括低于最小直通负荷的运行模式，所述最小直通负荷等于所述蒸汽发生器的满负荷流量的约百分之二十(20％)至约百分之五十(50％)的范围。
7.根据权利要求1所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述再循环系统进一步包括联接到所述喷射器上的节流阀，所述节流阀接收被引导的所述流体和所述给水的混合物，并且提供所述混合物来作为所述再循环流，在负荷在喷射器运行期间改变时，所述节流阀控制通过所述喷射器的给水的压力和流量。
8.根据权利要求1所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述蒸汽发生器的所述多个运行模式中的至少一个包括排出模式，所述排出模式包括隔离所述喷射器以及运行所述再循环系统，使得通往所述蒸汽发生器的所述需用流由来自所述给水供应的给水提供。
9.一种蒸汽发生系统，包括：
在多个运行模式中运行的蒸汽发生器，在所述多个运行模式中的至少一个中，所述蒸汽发生器产生蒸汽和流体流；
联接到所述蒸汽发生器上的分离器，所述分离器接收所述蒸汽和流体流，并且从所述蒸汽和流体流中分离出蒸汽的成分和流体的成分；
提供给水的给水供应；
联接到来自所述给水供应的给水上且接收所述给水的启动系统；以及
联接到所述启动系统上的再循环系统，在所述多个运行模式中的至少一个期间，所述再循环系统接收来自所述启动系统的给水，并且将需用流提供给所述蒸汽发生器，所述再循环系统包括喷射器，所述喷射器将来自所述分离器的流体的至少一部分引导到所述再循环系统中，所述喷射器混合被引导的所述流体与所述给水，以提供再循环流，并且所述再循环系统将包括所述再循环流的所述需用流提供给所述蒸汽发生器。
10.根据权利要求9所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述再循环系统进一步包括旁通阀和隔断阀，在所述蒸汽发生器的所述多个运行模式期间，所述旁通阀和所述隔断阀选择性地操作来将所述需用流和所述再循环流提供给所述蒸汽发生器。
11.根据权利要求10所述的蒸汽发生系统，其特征在于，当所述蒸汽发生器在直通运行模式中运行时，所述旁通阀打开而所述隔断阀关闭，以隔离所述喷射器以及将所述给水作为所述需用流从所述再循环系统提供给所述蒸汽发生器。
12.根据权利要求10所述的蒸汽发生系统，其特征在于，当处于低负荷状况运行模式中时，所述隔断阀打开而所述旁通阀选择性地受控制，使得所述喷射器引导来自所述蒸汽发生器的流体，混合被引导的所述流体与所述给水而形成所述再循环流，并且所述再循环系统将包括所述再循环流的所述需用流从所述再循环系统提供给所述蒸汽发生器。
13.根据权利要求12所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述低负荷状况包括所述蒸汽发生器的启动运行模式。
14.根据权利要求12所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述低负荷状况包括低于最小直通负荷的运行模式，所述最小直通负荷等于所述蒸汽发生器的满负荷流量的约百分之二十(20％)至约百分之五十(50％)的范围。
15.根据权利要求9所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述再循环系统进一步包括联接到所述喷射器上的节流阀，所述节流阀接收被引导的所述流体和所述给水的混合物，并且提供所述混合物来作为所述再循环流，在负荷在喷射器运行期间改变时，所述节流阀控制通过所述喷射器的给水的压力和流量。
16.根据权利要求9所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述蒸汽发生系统进一步包括联接所述分离器和所述再循环系统的下降管导管，并且其中，所述再循环系统进一步包括提供从所述下降管导管到所述喷射器的单向流的止回阀。
17.根据权利要求16所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述蒸汽发生系统进一步包括通过闪蒸罐阀而联接到所述下降管导管上的闪蒸罐，其中，当所述蒸汽发生器在直通运行模式中运行时，没有流体从所述下降管导管返回，并且没有流被提供给所述闪蒸罐。
18.根据权利要求9所述的蒸汽发生系统，其特征在于，所述蒸汽发生器的所述多个运行模式中的至少一个包括排出模式，所述排出模式包括隔离所述喷射器以及运行所述再循环系统，使得通往所述蒸汽发生器的所述需用流由来自所述给水供应的给水提供。
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