CN103422921A - 蒸汽兰金装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及蒸汽兰金装置。本发明涉及蒸汽兰金循环装置(10)及其运行方法。该装置包括具有出口(22)的较高压蒸汽涡轮(20)和流体地连接到较高压蒸汽涡轮(20)上的再热器(35)。另外，装置具有较低压蒸汽涡轮(25)，较低压蒸汽涡轮具有流体地连接到再热器(35)上的入口(27)。装置还具有旁路(32)，旁路流体地连接出口(22)和入口(27)，以便绕过再热器(35)。

Description

蒸汽兰金装置

技术领域

本公开大体涉及用来发电的蒸汽兰金(Rankine)循环装置，并且更具体而言，涉及通往这样的装置的蒸汽涡轮的蒸汽馈送品质。

背景技术

绝大多数现代公用级太阳能热功率装置和许多其它热能装置都是基于使用传统的蒸汽循环技术的兰金循环(蒸汽涡轮)技术。为确保最大效率，这些装置的兰金循环典型地包括一系列蒸汽涡轮，它们布置成以便降低运行压力，其中，最高压蒸汽涡轮的排气被用作接下来最高压蒸汽涡轮的进料。

取决于第一蒸汽涡轮前面的入口蒸汽状况，随着蒸汽通过一系列涡轮而膨胀，在最低压涡轮前面的蒸汽涡轮的蒸汽排气可饱和。这会产生水滴腐蚀最低压蒸汽涡轮内的叶片的问题。在美国申请US 2011/0247329中描述的解决方法是对排出流应用再热，以便确保仅过热蒸汽馈送到各个涡轮。

特别是当能量源是利用直接蒸汽布置的集中式太阳能时，再热和过热会对装置增加相当大的复杂性。因此，不管再热的优点如何，设计一种不需要再热或者需要最小再热的装置可为优选的。在这样的情况下，期望有应对腐蚀的解决方法。

发明内容

提供具有一系列压力蒸汽涡轮的蒸汽兰金循环装置。该装置构造成最大程度地减少馈送到下游蒸汽涡轮的湿蒸汽量，同时最大程度地降低再热装备需求。

试图用独立权利要求的主题来解决这个问题。在从属权利要求中给出有利的实施例。

一方面提供一种蒸汽兰金循环装置，其具有：

· 较高压蒸汽涡轮，其具有用于排出排出蒸汽的出口；

· 与较高压蒸汽涡轮流体地连接的再热器；

· 较低压蒸汽涡轮，其具有流体地连接到再热器上的入口；以及

· 旁路，其流体地连接较高压蒸汽涡轮的出口和较低压蒸汽涡轮的入口，以便绕过再热器。

照这样，蒸汽的仅一部分馈送到再热器，从而减小再热器的大小，以及降低压力损失，从而导致较高压蒸汽馈送到较低压蒸汽涡轮，因而改进循环效率。

另一方面，较高压蒸汽涡轮具有中间级，其中，再热器流体地连接到中间级上，以便从中间级中抽出蒸汽。通过从较高压蒸汽涡轮的中间级中抽出蒸汽，再热器可有较大的压降，从而使得在再热器和旁路之间能够有改进流体平衡控制。

另一方面，较高压蒸汽涡轮的出口流体地连接到再热器上，以便使得来自较高压蒸汽涡轮的排出蒸汽能够馈送到再热器。这个解决方法提供不需要中间级蒸汽抽出的简化解决方法。

另一方面包括控制器，其构造成和布置成改变流量比，流量比被定义为传送通过再热器的蒸汽与传送通过旁路的蒸汽的流量比。照这样，可将过热的量优化成最大程度地减小较低压蒸汽涡轮中的水分腐蚀所需的需要水平。这使得最高效地利用可用来进行过热的能量源成为可能。当能量源是集中式太阳能时，这是特别重要的，因为日照的可变性质限制通往再热器的能量输入的可调性和一致性。

另一方面包括位于旁路的下游的测量装置。测量装置构造成和布置成测量馈送到较低压蒸汽涡轮的蒸汽中的过热量。另一方面，控制器进一步使用这个测量结果来调节再热器和旁路之间的流量比，从而确保馈送到较低压蒸汽涡轮的蒸汽的品质可控制在严格极限内。

在另一方面，抽水单元在流体方面位于较高压蒸汽涡轮和再热器之间。这个布置最大程度地减少对再热器的潜热能量需求，对于给定的能量输入，这会增加由再热器提供的过热量。

在另一方面，旁路包括用于从传送通过旁路的蒸汽中移除水的抽水单元。这具有最大程度地降低过热需求的优点，并且因而降低装备成本，以及简化过程，而不牺牲涡轮可靠性。

在另一方面，抽水单元(50)在流体方面位于较高压蒸汽涡轮和再热器之间。这具有的好处是，对于给定的过热程度，降低再热器的所需热需求。

另一方面提供一种用于蒸汽兰金循环装置的运行方法，其包括以下步骤：

· 将来自较高压蒸汽涡轮的蒸汽馈送到较低压蒸汽涡轮的入口；以及

· 使蒸汽的仅一部分过热，然后将其馈送到较低压蒸汽涡轮。

在一方面，从较高压蒸汽涡轮的中间级抽出得到过热的蒸汽部分。

在另一方面，方法进一步包括以下步骤：在蒸汽馈送到较低压蒸汽涡轮中时，测量蒸汽的过热程度；以及改变传送通过再热器的蒸汽与传送通过旁路的蒸汽的流量比。照这样，可对较低压蒸汽品质实现严格控制。

在另一方面，改变流量比，使得馈送到较低压蒸汽涡轮的蒸汽是干蒸汽。

在备选方面，改变流量比，使得馈送到较低压蒸汽涡轮的蒸汽是过热蒸汽。

在另一方面，方法进一步包括以下步骤：从旁路中移除水，使得馈送到较低压蒸汽涡轮的蒸汽基本上没有水分，而不依赖于流量比。此方法步骤使得能够最大程度地减小过热系统的大小，并且因此最大程度地减少过热系统的费用。

在另一方面，方法包括以下步骤：使用抽水单元来从馈送到较低压蒸汽涡轮的蒸汽中抽出水，使得馈送到较低压蒸汽涡轮的蒸汽基本上没有水分。

在另一方面，方法包括以下步骤：在蒸汽传送通过再热器之前，使用抽水单元来从蒸汽中抽出水。

本发明的另一个目标是克服或至少减轻现有技术的缺点和缺陷，或者提供有用的备选方案。

根据结合附图得到的以下描述，本公开的其它方面和优点将变得显而易见，附图以示例的方式示出本发明的示例性实施例。

附图说明

参照附图，在下文中以示例的方式更加全面的描述本公开的实施例，其中：

图1是蒸汽兰金循环装置的示意图，其显示示例性实施例；以及

图2是具有热传递循环的图1的装置的示意图。

部件列表

10装置

14热传递循环

20较高压蒸汽涡轮

22出口

25较低压蒸汽涡轮

27入口

32旁路

33锅炉

35再热器

40控制器

42混合点

45测量装置

47控制阀

50抽水单元。

具体实施方式

现在参照附图来描述本公开的示例性实施例，其中，相同参考标号用来在所有图中表示相同元件。在以下描述中，为了解释，阐述了许多具体细节，以提供本公开的详尽理解。但是，可在没有这些具体细节的情况下实践本公开，而且本公开不限于本文公开的示例性实施例。

在本说明书内，兰金循环应理解为表示一般被称为以William John Macuquorn Rankine命名的能量循环的热转换循环。如一般了解的那样，该循环不严格地限于使用水/蒸汽作为热传递介质，名称蒸汽兰金循环将兰金循环限定为使用水/蒸汽作为热传递介质的循环。

在本说明书内，对基本上没有水分的蒸汽、干蒸汽和过热蒸汽进行参照。基本上没有水分的蒸汽应理解为表示与加热到相同温度的水平衡的饱和蒸汽，其中基本上没有自由水。相反，干蒸汽应理解为表示这样的饱和蒸汽，即，其已经被略微过热到足以避免冷凝问题而不显著地改变蒸汽的能含量的水平。这可需要仅在很小的程度上使蒸汽过热。实际过热程度取决于装置。不像干蒸汽，过热的受加热蒸汽比处于相同压力的饱和蒸汽具有显著地更高的温度，使得与饱和蒸汽相比，过热蒸汽的能含量有显著的变化。

另外，在本说明的各部分中参照了上游和下游。参照在装置的运行期间的标称运行流向而形成该名称，并且因此其不会由于瞬时现象或异常状况而改变，包括当装置由于维护而关闭时。

图1显示已经结合到单个蒸汽兰金循环装置10中的各种示例性实施例。如图1中显示的那样，装置10的示例性实施例包括蒸汽兰金循环，其具有对较高压蒸汽涡轮20进行馈送的锅炉33。在流体方面位于较高压蒸汽涡轮的中间级和较低压蒸汽涡轮20之间的再热器35对从较高压蒸汽涡轮的中间级得到的抽出蒸汽添加过热，并且将抽出蒸汽引导到较低压蒸汽涡轮25的入口27中。在本说明书中，抽出蒸汽被定义为从蒸汽涡轮的中间级得到的蒸汽。因此，关于离开蒸汽涡轮的点，抽出蒸汽本身不同于在经过蒸汽涡轮的最后一级之后从出口22得到的排出蒸汽。另外，旁路管路将较高压蒸汽20的出口22(即，排气口)连接到较低压蒸汽涡轮的入口27上。

图2显示装置10的示例性实施例，装置10包括蒸汽兰金循环，蒸汽兰金循环具有对较高压蒸汽涡轮20进行馈送的锅炉33。在流体方面位于较高压蒸汽涡轮20的出口22和较低压蒸汽涡轮20的入口27之间的再热器35对从较高压蒸汽涡轮20的排气口得到的蒸汽添加过热，并且将蒸汽引导到较低压蒸汽涡轮25的入口27中。另外，旁路管路将较高压蒸汽涡轮20的出口22(即，排气口)连接到较低压蒸汽涡轮的入口27上。锅炉33和再热器35在热方面连接到热传递循环14上。

在结合了图1和2中显示的示例性实施例的特征的未显示的示例性实施例中，锅炉33是直接热循环的一部分，而再热器35是使用热传递循环14作为热能源的间接热循环的一部分。

在结合了图1和2中显示的示例性实施例的特征的另一个未显示的示例性实施例中，再热器35是直接热循环的一部分，而锅炉35是使用热传递循环14作为热能源的间接热循环的一部分。

在这些示例性实施例中的各个中，在图1的直接循环和图2的间接循环两者中，可补充热能，其中，额外的能源包括(但不限于)风、波浪、潮汐、地热、核能和矿物燃料，或者来自存储能源，包括(但不限于)熔盐和基于石油的系统。

描述的示例性实施例不限于具有两个蒸汽涡轮。例如，示例性实施例可具有压力不同的不止两个涡轮，包括例如高压、中压和低压。在各种情况下，较高压蒸汽涡轮的下一个较低压蒸汽涡轮25在本说明书中被定义为较低压涡轮25。这可通过采用具有高压、中压和低压蒸汽涡轮的装置10的未显示的构造而示出。通过使用这个示例，在示例性实施例中，较高压蒸汽涡轮是本公开的较高压蒸汽涡轮20，而中压蒸汽涡轮是本公开的较低压蒸汽涡轮25。在另一个同样适用的示例性实施例中，中压蒸汽涡轮是较高压蒸汽涡轮20，而低压蒸汽涡轮是本公开的较低压蒸汽涡轮25。因此较高/较低压联接基于排气/馈送布置，而不是一系列涡轮内的绝对位置，并且典型地基于较高压蒸汽涡轮的排气饱和的可能性来选择该联接。

在另一个未显示的示例性实施例中，至少一个蒸汽涡轮并联地布置。也就是说，示例性实施例包括例如两个较低压蒸汽涡轮或两个较高压蒸汽涡轮20。在这个示例性实施例中，至少一个较高压蒸汽涡轮20的出口22通过旁路32而流体地连接到至少一个较低压蒸汽涡轮25的入口27上，而至少一个较高压蒸汽涡轮20的至少一个中间级流体地连接到再热器35和至少一个较低压蒸汽涡轮25的入口上。

在图1中显示的示例性实施例中，再热器35构造成接收太阳能作为热源。典型地，这可通过这样实现，即，使再热器35是线性太阳能集中器或点源太阳能集中器，或者使再热器35接收已经被线性太阳能集中器或点源太阳能集中器加热的热传递流体。

图2中显示的示例性实施例包括为测量装置45的可选特征，测量装置45位于混合点52的下游，在混合点52处，来自旁路32的蒸汽与来自再热器35的蒸汽混合。测量装置45的目的是测量馈送到较低压蒸汽涡轮25的蒸汽中的过热量。优选地，测量装置45定位成接近较低压蒸汽涡轮25的入口27，使得可估计馈送到较低压蒸汽涡轮25的蒸汽的品质的实际测量结果，而不需要额外的解释或计算。在示例性实施例中，测量装置45能够测量饱和蒸汽、干蒸汽和过热蒸汽之间的差异。在示例性实施例中，测量装置45测量温度和压力两者达足够精确的水平，以至于能够区分蒸汽的不同的等级和品质。

图1和图2中显示的示例性实施例具有用于控制传送通过再热器35的蒸汽和传送通过旁路32的蒸汽的流量比的控制器40。这在示例性实施例中通过这样实现，即，使控制器40构造成和布置成接收来自测量装置45的测量信号，执行控制算法计算和调节控制元件，诸如能够调节流量比的控制阀47。这种控制阀47可包括不止一个阀。在示例性实施例中，控制器40构造成确保干蒸汽馈送到较低压蒸汽涡轮25的入口27。在另一个示例性实施例中，控制器40构造成确保过热蒸汽馈送到较低压蒸汽涡轮25的入口。

图1和图2中显示的示例性实施例进一步包括为位于旁路32中的抽水单元50的可选特征。抽水单元50的目的是在蒸汽离开较高压蒸汽涡轮20时，在蒸汽进入较低压蒸汽涡轮25之前，从蒸汽中移除水。在另一个示例性实施例中，抽水单元50构造成确保基本上没有水分的蒸汽馈送到较低压蒸汽涡轮25。在另一个示例性实施例中，通过相应地调节流过再热器35和旁路32的蒸汽的流量比来实现这一点。

在图2中显示的示例性实施例中，抽水单元在流体方面位于较高压蒸汽涡轮20和再热器35之间。

用于蒸汽兰金循环装置10的示例性运行方法包括将来自较高压蒸汽涡轮20的蒸汽馈送到较低压蒸汽涡轮25，以及使蒸汽的仅一部分过热。在示例性实施例中，馈送的蒸汽包括抽出蒸汽和排出蒸汽的组合。在另一个示例性实施例中，馈送的蒸汽仅包括排出蒸汽。

在示例性方法中，通过使用集中式太阳能手段作为能源来执行过热。这种手段包括使用线性太阳能集中器或点源太阳能集中器，或者另外使用被线性太阳能集中器或点源太阳能集中器加热的热传递流体，来使蒸汽过热。

在示例性方法中，基于测量来自较高压蒸汽涡轮20的蒸汽中的过热程度来调节流量比，以实现较低压蒸汽涡轮的目标馈送状况。在示例性方法中，馈送状况是干蒸汽。在其它示例性方法中，馈送状况是过热蒸汽。

在示例性方法中，除了改变传送通过再热器35和旁路32的蒸汽的流量比之外，方法包括用抽水单元50从馈送到较低压蒸汽涡轮的蒸汽中抽出水的步骤。这使得蒸汽能够在基本上没有水分的状况下馈送到较低压蒸汽涡轮25。

虽然已经在本文中参照认为是最实际的示例性实施例来显示和描述了本公开，但本领域技术人员将理解的是，本公开可体现为其它具体形式。例如，各种示例性实施例可适用于不同的热装置，包括基于太阳能热、废物焚化和生物质的那些。因此，目前公开的实施例在各方面都应认为是说明性而非约束性的。本公开的范围由所附权利要求规定，而非由前述描述规定，而且在所附权利要求的含义和范围以及等效物内的所有变化都意于包含在本公开的范围中。

Claims (13)

1. 一种蒸汽兰金循环装置(10)，包括：

较高压蒸汽涡轮(20)，其具有用于排出排出蒸汽的出口(22)；

流体地连接到所述较高压蒸汽涡轮(20)上的再热器(35)；

较低压蒸汽涡轮(25)，其具有流体地连接到所述再热器(35)上的入口(27)；以及

旁路(32)，其流体地连接所述出口(22)和所述入口(27)，以便绕过所述再热器(35)，

其特征在于，所述较高压蒸汽涡轮(20)具有中间级，并且所述再热器(35)流体地连接到所述中间级上，以便使得能够从所述中间级抽出抽出蒸汽，以及将所述抽出蒸汽引导到所述再热器(35)。

2. 根据权利要求1所述的装置(10)，其特征在于，所述出口(22)流体地连接到所述再热器(35)上，以便使得来自所述较高压蒸汽涡轮(20)的排出蒸汽能够馈送到所述再热器(35)。

3. 根据权利要求1或2所述的装置(10)，其特征在于，进一步包括控制器(40)，所述控制器构造成和布置成改变流量比，所述流量比被定义成传送通过所述再热器(35)和所述旁路(32)的蒸汽的流量比。

4. 根据权利要求1至3中的任一项所述的装置(10)，其特征在于，进一步包括测量装置(45)，所述测量装置位于所述旁路(32)的下游的线路(30)中，所述测量装置构造成和布置成测量馈送到所述较低压蒸汽涡轮(25)的蒸汽的过热。

5. 根据权利要求3或4中的任一项所述的装置(10)，其特征在于，所述控制器(40)构造成基于所述测量装置(45)获得的测量结果来调节所述流量比。

6. 根据权利要求1至5中的任一项所述的装置(10)，其特征在于，抽水单元(50)在流体方面位于所述较高压蒸汽涡轮(20)和再热器(35)之间。

7. 根据权利要求1至6中的任一项所述的装置(10)，其特征在于，所述旁路(32)包括用于从所述旁路(32)中的蒸汽中移除水的抽水单元(50)。

8. 一种用于蒸汽兰金循环装置(10)的运行方法，包括以下步骤：

将来自较高压蒸汽涡轮(20)的蒸汽馈送到较低压蒸汽涡轮(25)的入口(27)；以及

使所述蒸汽的仅一部分过热，然后将其馈送到所述较低压蒸汽涡轮(25)，其特征在于，从所述较高压蒸汽涡轮(20)的中间级抽出得到过热的蒸汽部分。

9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：

在所述蒸汽馈送到所述较低压蒸汽涡轮(25)中时，测量所述蒸汽的过热程度；以及

改变传送通过所述再热器(35)的蒸汽与传送通过旁路(32)的蒸汽的流量比。

10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：使用抽水单元(50)来从所述旁路(32)中抽出水，使得馈送到所述低压蒸汽涡轮(25)的蒸汽基本上没有水分，而不依赖于所述流量比。

11. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：在蒸汽传送通过所述再热器(35)之前，使用抽水单元(50)来从蒸汽中抽出水。

12. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，改变所述流量比，使得馈送到所述较低压蒸汽涡轮(25)的蒸汽是干蒸汽。

13. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，改变所述流量比，使得馈送到所述较低压蒸汽涡轮(25)的蒸汽是过热蒸汽。

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