CN105874272A - 用于热电联产的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于运行热电联产设备(10)(CHP设备)的方法，包括：产生热烟气，并且在热回收蒸汽发生器(16)(HRSG)中以一系列冷却步骤冷却热烟气以回收热量并且产生蒸汽。热回收蒸汽发生器(16)包括：低压蒸汽蒸发器(36)，该低压蒸汽蒸发器设计成产生至少覆盖从2巴(g)至18巴(g)的压力范围的蒸汽，从而通过低压蒸汽蒸发器(36)能够选择性地产生低压蒸汽或中压蒸汽，由此冷却热烟气；以及位于低压蒸汽蒸发器(36)的上游的中压蒸汽过热器(24)，该中压蒸汽过热器在通过与热烟气的热交换而使中压蒸汽过热，由此冷却热烟气。该方法还包括：当没有中压蒸汽或没有足够的中压蒸汽被输入至中压蒸汽过热器(24)以确保中压蒸汽过热器的安全运行时，并且/或者当在中压蒸汽过热器(24)中过热的输入中压蒸汽不能满足存在的对于输出中压蒸汽的需求时，并且/或者当输入中压蒸汽不能满足热电联产设备中存在的对于中压蒸汽的需求时，以8巴(g)至18巴(g)之间的范围中的运行压力运行低压蒸汽蒸发器(36)，以产生中压蒸汽来使中压蒸汽过热器(24)湿润并且/或者至少在一定程度上满足对于中压蒸汽的所述需求，并且之后，当足够的中压蒸汽从热电联产设备(10)的外部被输入至中压蒸汽过热器(24)以确保中压蒸汽过热器(24)的安全运行时，并且/或者当在中压蒸汽过热器(24)中过热然后被输出的输入中压蒸汽满足了对于输出中压蒸汽的任何需求时，并且/或者当不再存在对于中压蒸汽的输出的需求时，并且/或者当通过输入中压蒸汽至少在一定程度上满足了热电联产设备(10)中对于中压蒸汽的需求时，将低压蒸汽蒸发器(36)的运行压力降至在2巴(g)与8巴(g)之间的范围中的压力，由此产生低压蒸汽。

Description

用于热电联产的方法和设备
技术领域
本发明涉及热电联产。特别地，本发明涉及运行热电联产设备的方法，并且涉及热电联产设备。
背景技术
已知用于同时产生热(通常呈蒸汽的形式)和动力(通常呈由汽轮机或气体膨胀式涡轮产生的机械动力和/或电的形式)的工艺和设施。在EP 2584157A1中描述了这种设备的示例。用于热电联产的设备通常被称为热电联产设备(CHP设备)。
还已知的是，将热电联产设备与另一设施集成，例如如US6,673,845、WO 2007/009951和WO 2010/057222中教示的诸如费托(Fischer-Tropsch)合成设施、或者甲醇合成设备之类的烃合成设施。Pascal Fontaine的标题为“Fresh air firing:HRSG guarantees steamsupplies to French refinery(新鲜空气燃烧：热回收蒸汽发生器保证蒸汽供给至法国精炼厂)”的文章——其基于2006年于科伦(Cologne)的Power-Gen Europe(欧洲国际电力展览会)中首次发表的论文——大致描述了热电联产设备与精炼厂的蒸汽集成(可以在http://www.cospp.com/articles/print/volume-7/issue-5/project-profile/fresh-air-firing-hrsg-guarantees-steam-supplies-to-french-refinery.html得到)。这些文献均示出了在热电联产设备中将燃气轮机与热回收蒸汽发生器(通常称作HRSG)一起使用，用于产生热和电力。
这些联产或热电联产工艺或设施通常包括燃气轮机设施，该燃气轮机设施包括燃烧室以及气体膨胀式涡轮或涡轮膨胀器，烃燃料在该燃烧室中燃烧，在燃烧室中产生的热燃烧气体通过该气体膨胀式涡轮或涡轮膨胀器而膨胀。通常，气体膨胀式涡轮机械地联接至发电机并且/或者联接至空气压缩机等。因此，在燃烧室中产生的热燃烧气体的膨胀提供机械动力并且/或者发电。膨胀的热燃烧气体通常途经热回收蒸汽发生器(HRSG)，在该热回收蒸汽发生器处，膨胀的热燃烧气体(低压废气)中的热量被回收，例如作为过程热并且/或者来产生蒸汽并且/或者使蒸汽过热。然后，这样产生的蒸汽通常用于一个或更多个汽轮机驱动的发电机，以进一步发电，并且/或者用于汽轮机驱动器以产生机械动力，用于使比如压缩机之类的设备旋转，并且/或者用作过程蒸汽，例如与热电联产设备集成的设施、比如精炼厂中的过程蒸汽。
此外，如通过上述文献所示的，在沿热膨胀的燃烧气体或热膨胀烟气离开气体膨胀式涡轮的流动方向上、在气体膨胀式涡轮的下游，常规的热回收蒸汽发生器依次包括：
(I)管道燃烧器，该管道燃烧器可以是可选的，
(II)至少一个用于高压(HP)蒸汽的过热器，
(III)用以产生高压蒸汽的锅炉或蒸发器，以及
(IV)锅炉给水或冷凝水的预热器或经济器，以从由气体膨胀式涡轮产生的烟气回收低品位热能。
为了以尽可能节约的方式从热膨胀烟气提取尽量多的热，在热回收蒸汽发生器中包括低压(LP)蒸汽蒸发器是可取的，优选使低压蒸汽蒸发器与低压蒸汽过热器流动连通。该结构对于以下情况是特别有用的：在热电联产设备中或者在与热电联产设备集成的、或与热电联产设备至少在蒸汽方面集成的设备或设施中使用低压蒸汽的情况。因而，低压蒸汽蒸发器和低压蒸汽过热器定位于高压蒸汽蒸发器的下游，以从热膨胀烟气回收低品位热能。
与其他化学或石化设施、例如气制油费托烃合成设施集成的一些热电联产设备配置成：输入中压(MP)蒸汽(通常是饱和的中压蒸汽)，并且在过热至理想温度之后输出中压蒸汽，或者配置成采用过热的中压蒸汽来产生动力。
对于与其他化学或石化设施、例如气制油费托烃合成设施集成的一些热电联产设备，可以获得与输入高压蒸汽和/或热回收蒸汽发生器产生的高压蒸汽相比相对大量的(输入)中压蒸汽。因此，从运行成本角度和资本成本角度来看，以有效的方式通过将热量从热膨胀的烟气转移至由输入中压蒸汽提供的热沉(heat sink)来回收热量变成重要的问题。
如由US 6,673,845所示，热回收蒸汽发生器还可包括用于输入的中压(MP)蒸汽的过热器，该过热器位于高压蒸汽蒸发器的下游并且通常位于锅炉给水预热器或经济器的上游。然而，通过该中压蒸汽过热器所能产生的过热中压蒸汽的品质的上限相对较低。
WO 2007/009951教示了一种通过尽可能多的将热量传递至中压蒸汽而提高中压蒸汽的品质的方法，其使用昂贵的蒸汽热交换器来通过与高压蒸汽进行热交换而使中压蒸汽过热。然而，从资本成本角度来看，这是昂贵的，并且如果在热电联产设备中高压蒸汽与中压蒸汽之间存在较大的不平衡，则不能理想地工作。
过热的中压蒸汽可以例如输出回到下述同一设施或设备：通常饱和的中压蒸汽从该设施或设备输入。能够理解，如果与热电联产设备集成的设施或设备在该集成的设施或设备启动期间具有对于中压蒸汽的净需求，那么当热电联产设备不包括中压蒸汽蒸发器时将存在问题，而配置成使大质量流量的输入中压蒸汽过热但不产生中压蒸汽的热电联产设备通常并不包括中压蒸汽蒸发器。该情况的一个示例是气制油费托烃合成设施使用重整技术、例如由丹麦的HaldorA/S(托索普股份公司)提供的Haldor交换重整器(商标名)、用于在存在蒸汽的情况下对烃给送流——例如来自煤气化器的天然气或粗制合成气——进行重整，以提供具有理想的CO与H2的比例的合成气。这种集成的气制油费托烃合成设施在启动期间具有对于高压蒸汽和中压蒸汽两者的净需求。
在蒸汽集成的设施或设备——从该设施或设备输入中压蒸汽——启动期间、或在集成的设施过程异常期间，配置成使输入中压蒸汽过热的热电联产设备面临另一问题。在膨胀的燃气轮机烟气中可获得的热的一大部分通常由暴露于热膨胀烟气的任何过热器或高温热交换器、包括中压蒸汽过热器移除。在没有输入中压蒸汽的情况下，存在下述风险：中压蒸汽过热器可能干运行，可能导致热交换表面的过热以及中压蒸汽过热器的损坏。尽管过热器和其他热交换设备可以在机械方面设计成承受当干运转时的高温，但是其将付出资金的代价。
在过程异常期间，尽管可以使气体膨胀式涡轮停机以降低热回收蒸汽发生器上的热负荷，但是该方法通常是不理想的，因为对于气体膨胀式涡轮和热电联产设备来说，稳定的基本负载是优选的，例如如果集成的设施基于全部或大部分以电运行的动力系统设计(即由电动马达而非在集成的设施中的汽轮机提供原动力，例如用来驱动泵、压缩机、鼓风机等)的话，从产生电能的观点来看即是这样。能够理解，在集成的设施中直接使用蒸汽作为原动力(即在汽轮机中直接地用于驱动旋转设备)的情况下，与采用电力动力系统设计的情况相比，气体膨胀式涡轮和热电联产设备的基本负载运行稳定以及热回收蒸汽发生器上的热负载稳定以确保稳定的蒸汽产生将同样重要，如果不是更重要的话。
发明内容
期望有这样的运行热电联产设备的方法以及热电联产设备：即使在没有中压蒸汽输入或没有足够的中压蒸汽输入时，其也可以以节省成本的方式提供高压蒸汽中压蒸汽两者。此外，以下也将是有利的：这种方法和热电联产设备可以在与热电联产设备集成的设施的启动期间或过程异常期间提供中压蒸汽，从而尤其确保了所有中压蒸汽过热器和/或低压蒸汽过热器被蒸汽湿润。如果这种热电联产设备能够节省成本地提供高品质的过热中压蒸汽将更有利。
根据本发明的一个方面，提供了一种运行热电联产设备(CHP设备)的方法，所述方法包括：
产生热烟气；以及
在热回收蒸汽发生器(HRSG)中通过一系列的冷却步骤冷却热烟气以回收热量并且产生蒸汽，该热回收蒸汽发生器包括：
低压蒸汽蒸发器，该低压蒸汽蒸发器设计成产生至少覆盖从大约2巴(g)至大约18巴(g)的压力范围的蒸汽，从而通过低压蒸汽蒸发器可以选择性地产生低压蒸汽或中压蒸汽，由此冷却热烟气；以及
位于低压蒸汽蒸发器的上游的中压蒸汽过热器，用于通过与热烟气进行热交换而使中压蒸汽过热，由此冷却热烟气；
所述方法还包括，
当没有中压蒸汽或没有足够的中压蒸汽被输入至中压蒸汽过热器以确保中压蒸汽过热器的安全运行时，并且/或者当在中压蒸汽过热器中过热的输入中压蒸汽不能满足存在的对于输出中压蒸汽的需求时，并且/或者当输入中压蒸汽不能满足热电联产设备中存在的对于中压蒸汽的需求时，以大约8巴(g)至大约18巴(g)之间的范围中的运行压力运行低压蒸汽蒸发器，以产生中压蒸汽来使中压蒸汽过热器湿润并且/或者至少在一定程度上满足对于中压蒸汽的所述需求；以及
之后，当足够的中压蒸汽从热电联产设备的外部被输入至中压蒸汽过热器以确保所述中压蒸汽过热器的安全运行时，并且/或者当在中压蒸汽过热器中过热然后被输出的输入中压蒸汽满足了对于输出中压蒸汽的任何需求时，并且/或者当不再存在对于中压蒸汽的输出的需求时，并且/或者当输入中压蒸汽至少在一定程度上满足了热电联产设备中存在的对于中压蒸汽的需求时，将低压蒸汽蒸发器的运行压力降至在大约2巴(g)与大约8巴(g)之间的范围中的压力，由此产生低压蒸汽。
能够理解，低压蒸汽蒸发器设计成该不常见或非常规地较大的压力范围使得能够选择性地在正常运行期间产生低压蒸汽，并且在当没有中压蒸汽或没有足够的中压蒸汽被输入至热电联产设备的期间——例如，在与热电联产设备集成的设施、例如气制油费托烃合成设施的启动期间，或热电联产设备和与热电联产设备集成的设施两者的启动期间，或当与热电联产设备集成的设施存在异常、且没有中压蒸汽或没有足够的中压蒸汽从所述集成的设施或设备输入的期间——产生中压蒸汽。
热回收蒸汽发生器可以包括位于热烟气发生器的下游的高压蒸汽蒸发器，在该高压蒸汽蒸发器中产生高压蒸汽由此来冷却热烟气。热回收蒸汽发生器也可包括位于热烟气发生器与高压蒸汽蒸发器之间的至少一个高压蒸汽过热器，其中，至少来自高压蒸汽蒸发器的高压蒸汽被过热从而冷却热烟气。
中压蒸汽过热器可以位于高压蒸汽蒸发器的上游。
因此，在本发明的一个实施方式中，热回收蒸汽发生器包括位于产生所述热烟气的热烟气发生器的下游的高压蒸汽蒸发器，在该高压蒸汽蒸发器中产生高压蒸汽由此冷却热烟气，并且中压蒸汽过热器位于高压蒸汽蒸发器的上游。
根据本发明的另一方面，提供了一种热电联产设备(CHP设备)，该热电联产设备包括：
热烟气发生器，该热烟气发生器产生热烟气；以及
热回收蒸汽发生器(HRSG)，该热回收蒸汽发生器位于热烟气发生器的下游以通过一系列的冷却步骤对热烟气进行冷却来回收热量并且产生蒸汽，该热回收蒸汽发生器包括：
位于热烟气发生器的下游的高压蒸汽蒸发器；
位于热烟气发生器与高压蒸汽蒸发器之间的至少一个高压蒸汽过热器，以至少使来自高压蒸汽蒸发器的高压蒸汽过热；以及
至少一个中压蒸汽过热器，所述中压蒸汽过热器使中压蒸汽过热；以及
位于高压蒸汽蒸发器的下游的低压蒸汽蒸发器，该低压蒸汽蒸发器被设计成产生至少覆盖从2巴(g)至18巴(g)的压力范围的蒸汽，并且该低压蒸汽蒸发器设置有控制系统，所述控制系统能够选择性地设定成对低压蒸汽蒸发器的压力进行控制，使得通过低压蒸汽蒸发器产生低压蒸汽或者中压蒸汽。
在本说明书中，过程装置或过程步骤的相对位置(例如上游或下游)是相对于从热烟气发生器朝向从热回收蒸汽发生器释放冷却后的烟气(通常通过烟囱排放至大气)的热烟气流动方向给定的。换句话说，相对位置也沿着热烟气的持续降低的温度分布、通常从热(超过460℃)降至足够冷，即，冷到在工业规模上进行进一步热回收是不经济的。还应该理解的是，从热烟气发生器至冷却的烟气被释放的位置的热烟气流动可以主要是水平的或主要是竖向的、或者水平和竖向流动的组合。
热电联产设备可以与另一设施或设备——例如诸如气制油费托烃合成设施之类或甲醇合成设施的烃合成设施——集成，并且特别地可以在蒸汽方面集成。至少中压蒸汽可以因此从所述集成的设施或设备输入。
当没有中压蒸汽或没有足够的中压蒸汽输入至中压蒸汽过热器以确保中压蒸汽过热器的安全运行时、并且/或者当在中压蒸汽过热器中过热的输入中压蒸汽不能满足存在的对于输出中压蒸汽的需求时、并且/或者当输入中压蒸汽不能满足热电联产设备中存在的对于中压蒸汽的需求时的时段，可以是热电联产设备的启动时段、并且/或者可以是与热电联产设备集成的设备或设施启动时段。
另外，当没有中压蒸汽或没有足够的中压蒸汽输入中压蒸汽过热器以确保中压蒸汽过热器的安全运行、并且/或者当在中压蒸汽过热器中过热的输入中压蒸汽不能满足存在的对于输出中压蒸汽的需求时、并且/或者当输入中压蒸汽不能满足热电联产设备中存在的对于中压蒸汽的需求时的时段，可以是以下时段：在该时段中与热电联产设备集成的所述设备或设施过程异常，导致从与热电联产设备集成的所述设备或设施输入的中压蒸汽减少或消失。
在本说明书中，高压蒸汽意在指代压力范围为大约34巴(g)至大约120巴(g)的蒸汽。优选地，高压蒸汽的压力范围为大约45巴(g)至大约90巴(g)，更优选地，压力范围为大约65巴(g)至大约70巴(g)、例如大约66或67巴(g)。
在本说明书中，中压蒸汽意在指代压力范围为大约8巴(g)至大约18巴(g)的蒸汽。优选地，中压蒸汽的压力范围为大约8巴(g)至大约16巴(g)，更优选地，压力范围为大约8巴(g)至大约12巴(g)、例如大约10巴(g)。
在本说明书中，低压蒸汽意在指代压力范围在从大约2巴(g)至大约8巴(g)的蒸汽。优选地，低压蒸汽的压力范围为从大约4巴(g)至大约7巴(g)、更优选地压力范围为从大约4巴(g)至大约5巴(g)、例如大约4.5巴(g)。
中压蒸汽过热器可以位于高压蒸汽蒸发器的上游。
通常，位于高压蒸汽蒸发器的上游的中压蒸汽过热器位于所述至少一个高压蒸汽过热器的下游。
热回收蒸汽发生器可以包括位于低压蒸汽蒸发器的上游的低压蒸汽过热器。
热回收蒸汽发生器可以包括位于高压蒸汽蒸发器的下游的中压蒸汽过热器。因此，位于高压蒸汽蒸发器的下游的中压蒸汽过热器可以是第二个中压蒸汽过热器。低压蒸汽过热器可以在高压蒸汽蒸发器与位于高压蒸汽蒸发器的下游的中压蒸汽过热器之间。
通常，低压蒸汽蒸发器位于中压蒸汽过热器的下游，该中压蒸汽过热器也位于高压蒸汽蒸发器的下游。
在本发明的一个实施方式中，这样的热回收蒸汽发生器包括：位于低压蒸汽蒸发器的上游的低压蒸汽过热器以及位于高压蒸汽蒸发器的下游的中压蒸汽过热器，因此位于高压蒸汽蒸发器的下游的中压蒸汽过热器是第二个中压蒸汽过热器，并且低压蒸汽过热器在高压蒸汽过热器与位于高压蒸汽蒸发器的下游的中压蒸汽过热器之间。
低压蒸汽过热器可以提供从大约200℃至大约260℃的温度范围中的、例如大约251℃的过热低压蒸汽。
热电联产设备包括至少一个中压汽轮机，所述至少一个中压汽轮机被给送来自位于高压蒸汽蒸发器的上游的中压蒸汽过热器的过热的中压蒸汽。
当低压蒸汽蒸发器产生中压蒸汽时，一些中压蒸汽可以被降压以提供低压蒸汽。通过使中压蒸汽降压获得的低压蒸汽可以用于加热、蒸汽伴热和其他通常的低压蒸汽动力系统用途。然而通常，由于在与热电联产设备集成的设施启动期间最初所能获得的输入中压蒸汽或低压蒸发器中产生的中压蒸汽甚至不足以驱动一个中压汽轮机，因此最初低压蒸汽将不被用于中压汽轮机。因此，在与热电联产设备集成的设施的启动期间可能需要排放低压蒸汽。
中压汽轮机可以以驱动的方式连接至发电机。中压汽轮机可以是冷凝式汽轮机。
因此，中压汽轮机可以是多级的，例如双级汽轮机。因此，中压汽轮机配置成接收中压蒸汽和低压蒸汽两者。在热电联产设备中，过热的低压蒸汽因此可以被给送至低压汽轮机或被给送至多级中压汽轮机的低压级。优选地，在热电联产设备中过热的低压蒸汽用于发电。在优选实施方式中，过热的低压蒸汽被给送至所述多级中压汽轮机的低压级，该多级中压汽轮机主要接收过热的中压蒸汽。
通常，热电联产设备包括多个中压汽轮机和发电机。可选地，热电联产设备和/或与热电联产设备集成的设施、例如烃合成设施可以包括一个或更多个中压蒸汽驱动的压缩机。换句话说，中压蒸汽可以被用作动力流体以驱动热电联产设备中或与热电联产设备集成的设施中的压缩机或其他旋转装置(例如泵)。用于所述中压汽轮机中的一个或更多个中压汽轮机的中压蒸汽可以是来自热电联产设备的过热中压蒸汽、来自与热电联产设备集成的设施的饱和中压蒸汽，或其组合。
给送至中压汽轮机的低压蒸汽与给送至中压汽轮机的中压蒸汽的质量比可以处于从大约1:1至大约1:28的范围中。
热电联产设备可配置成使高压蒸汽降压以提供中压蒸汽。其在与热电联产设备集成的设施、例如气制油费托烃合成设施启动期间是需要的。因此，在低压蒸发器中产生中压蒸汽补充满足了与热电联产设备集成的设施在所述集成设施或设备的正常启动期间的中压蒸汽需求，从而缓解在这种集成设施的正常启动期间对于高压蒸汽蒸发器的蒸汽产生要求。能够理解，在低压蒸汽蒸发器中产生中压蒸汽降低了对于使高压蒸汽降温以提供中压蒸汽的需求，因此能够在这种集成的设施的启动期间更高效的利用蒸汽。
在热电联产设备中，过热的高压蒸汽可以被给送至高压汽轮机以产生机械动力或电。在本发明的一个实施方式中，高压汽轮机因此以驱动的方式连接至发电机来发电。
高压汽轮机可以是背压(即非冷凝)汽轮机。高压汽轮机的背压可以由被给送至中压汽轮机的过热的中压蒸汽的压力设定。因此，在热电联产设备中，由高压汽轮机产生的排出的过热中压蒸汽可以与来自位于高压蒸汽蒸发器的上游的中压蒸汽过热器的过热中压蒸汽混合，并且给送至中压汽轮机。
来自高压汽轮机的仍过热的排出的中压蒸汽的温度可低于来自位于高压蒸汽蒸发器上游的中压蒸汽过热器的过热中压蒸汽的温度。
通常，热电联产设备包括多个高压汽轮机和发电机。
与在低压蒸汽蒸发器中仅产生低压蒸汽相比，在低压蒸汽蒸发器中产生中压蒸汽还有利于使得能够在热电联产设备的启动期间更快地由高压汽轮机产生电力，因为能够在更短时间内获得更多的高压蒸汽用于高压汽轮机(一个或多个)。
通常，高压汽轮机明显小于中压汽轮机。因此，人们会期望一个或更多个高压汽轮机是在热电联产设备的启动期间第一批发电的汽轮机。与低压蒸汽蒸发器中仅产生低压蒸汽相比，在低压蒸汽蒸发器中产生中压蒸汽还有利于使得能够在热电联产设备以及与热电联产设备蒸汽集成的设施的启动期间更快地由中压汽轮机中的一个或更多个中压汽轮机产生电力，因为在中压蒸汽输入至热电联产设备之前能够在更短时间内获得更多的中压蒸汽用于中压汽轮机(一个或多个)。
输入中压蒸汽至少在一定程度上满足对于热电联产设备中的中压蒸汽的需求的时段开始的特征为，能够获得足够的中压蒸汽来驱动至少一个中压汽轮机。
所述方法可以包括：一旦能够获得足够的中压蒸汽来驱动至少一个中压汽轮机，则将输入中压蒸汽和由热回收蒸汽发生器产生的低压蒸汽开始给送至多级中压汽轮机。
所述方法可以包括：当降低低压蒸汽蒸发器的运行压力以将产生中压蒸汽改变为产生低压蒸汽时，将来自低压蒸汽蒸发器的蒸汽排出或冷凝，直至低压蒸汽蒸发器的压力已经降低至低压蒸汽设定点压力为止，然后将低压蒸汽给送至中压汽轮机的低压级。由低压蒸汽蒸发器产生的中压蒸汽可以被排出至与热电联产设备集成的设施的低压蒸汽集管中，例如与热电联产设备集成的气制油费托烃合成设备的低压蒸汽集管中。有利地，以该方式，在中压蒸汽排出期间不会损失冷凝水，而是回收到与热电联产设备集成的设施的低压蒸汽系统中。
通常，将锅炉给送水、优选地冷凝水泵送至低压蒸汽蒸发器以调节低压蒸汽蒸发器的蒸汽罐中的水位。因此，热电联产设备可以包括冷凝水泵，以将冷凝水(和/或锅炉给送水)泵送至低压蒸汽蒸发器。冷凝水泵可以具有变速驱动器，以使得冷凝水泵能够随着低压蒸汽蒸发器中蒸汽产生的增加或减少、并且响应于低压蒸汽蒸发器中的压力改变而改变冷凝水的流率，从而调节低压蒸汽蒸发器的罐中的水位。
在本说明书中，认为“锅炉给送水”是从外部源——例如从与热电联产设备集成的烃合成设施——向热电联产设备供给的锅炉给送品质的水，而认为“冷凝水”指的是从热电联产设备内供给的锅炉给送品质的水，例如锅炉给送品质的水的重复利用，或热电联产设备内的蒸汽冷凝水的重复利用。尽管锅炉给送水的规格在设施与设施之间可以不同，但是本领域技术人员了解在特定蒸汽产生(即温度和压力)应用中使水适合用作锅炉给送水的最低要求。
热回收蒸汽发生器通常包括至少一个经济器或者冷凝水或锅炉给送水预热器，以预热将被给送至高压蒸汽蒸发器和/或低压蒸汽蒸发器的冷凝水或锅炉给送水。
经济器(一个或多个)通常接收来自中压汽轮机的冷凝器的冷凝水。通常，在稳态运行期间，考虑到至少中压蒸汽被输入至热电联产设备中并且随后在热电联产设备中冷凝，热电联产设备不需要锅炉给送水或冷凝水补充。
位于高压蒸汽蒸发器的上游的中压蒸汽过热器可以提供温度范围为从大约240℃至大约350℃的、优选地从大约240℃至大约330℃的、例如大约328℃的过热的中压蒸汽。
因此，热电联产设备可配置成接收供给至中压蒸汽过热器(一个或多个)的输入中压蒸汽。如以上指出的，输入中压蒸汽可以来自与热电联产设备集成的设施，例如实施放热过程——比如费托烃合成工艺或甲醇合成工艺——的设施。输入中压蒸汽可以是饱和的中压蒸汽。中压蒸汽可以是通过冷却费托烃合成反应器产生的所谓的费托(FT)蒸汽。
输入中压蒸汽可以被给送至位于高压蒸汽过热器的下游的中压蒸汽过热器，然后其至少一部分被给送至位于高压蒸汽蒸发器的上游的中压蒸汽过热器。
位于高压蒸汽蒸发器的下游的中压蒸汽过热器可以提供温度范围为从大约210℃至大约260℃的、例如大约244℃的中压蒸汽。
热电联产设备可配置成将过热的中压蒸汽从位于高压蒸汽蒸发器的下游的中压蒸汽过热器输出。来自位于高压蒸汽蒸发器下游的中压蒸汽过热器的过热的中压蒸汽可以输出至与热电联产设备集成的设施，例如与热电联产设备集成的费托烃合成设备的产品后处理部段。
在本发明的一个实施方式中，在热电联产设备的稳态运行状态和与热电联产设备蒸汽集成的气制油费托烃合成设施的稳态运行状态期间，来自位于高压蒸汽蒸发器的下游的中压蒸汽过热器的过热的中压蒸汽的一部分被给送至位于高压蒸汽蒸发器的上游的中压蒸汽过热器，以用在中压汽轮机(一个或多个)中，并且来自位于高压蒸汽蒸发器的下游的中压蒸汽过热器的过热的中压蒸汽的一部分被输出。换句话说，在该实施方式中，过热的中压蒸汽的一部分用于发电而一部分被输出。
然而，通常情况下，来自位于高压蒸汽蒸发器的下游的中压蒸汽过热器的大部分——如果不是全部的话——过热的中压蒸汽被给送至位于高压蒸汽蒸发器的上游的中压蒸汽过热器。在本发明的一个实施方式中，在热电联产设备的正常运行状态和与热电联产设备蒸汽集成的气制油费托设施的正常运行状态(即设计工艺流程的稳态运行)下，来自位于高压蒸汽蒸发器的下游的中压蒸汽蒸发器的基本所有的过热中压蒸汽都被给送至位于高压蒸汽蒸发器的上游的中压蒸汽过热器，用于在中压汽轮机(一个或多个)中使用。换句话说，在该实施方式中，过热的中压蒸汽不被输出而完全被用于发电。
热烟气发生器通常呈至少一个燃气轮机设施的形式，所述至少一个燃气轮机包括燃烧室以及气体膨胀式涡轮或涡轮膨胀器，烃燃料在该燃烧室中燃烧，在燃烧室中产生的热燃烧气体通过该气体膨胀式涡轮或涡轮膨胀器而膨胀。燃气轮机设施可以产生温度为至少460℃、优选地至少480℃、更优选地至少500℃、例如大约501℃的膨胀的热烟气。通常，膨胀的热烟气温度不大于大约560℃。
能够理解，热膨胀烟气的温度由燃烧室中的温度以及膨胀式涡轮的设计来确定。
气体膨胀式涡轮(一个或多个)可以以驱动的方式连接至一个或更多个压缩机、例如一个或更多个空气压缩机。空气压缩机(一个或多个)可以布置成向燃烧室提供压缩空气。替代性地或除此之外，空气压缩机可以设置成将空气的一部分输出至其第三方用户、例如以将空气输出至空气分离装置。
气体膨胀涡轮(一个或多个)可以以驱动的方式连接至一个或更多个发电机。
因此，在膨胀的燃气轮机烟气中可获得的热的一大部分通常被位于气体膨胀式涡轮与高压蒸汽蒸发器之间的任何过热器或高温热交换器、以及被高压蒸汽蒸发器移除。所述过热器或热交换器用于使高压蒸汽和中压蒸汽过热，所述高压蒸汽和中压蒸汽中的至少一些可以是从集成的设施、比如费托烃合成设施输入的。由高压蒸汽蒸发器以及位于高压蒸汽蒸发器的上游的高温热交换器比如过热器提供的较大的热沉作用，有可能在热电联产设备启动期间和/或与热电联产设备集成的设施、比如费托烃合成设施的启动期间以及在集成的设施中过程异常期间导致严重问题。
集成的设施、比如费托烃合成设施的启动通常需要电力和蒸汽，电力和蒸汽的峰值需求通常分别发生在启动过程的不同阶段。因此，在集成的设施的启动过程开始期间，集成的设施存在净蒸汽需求以及电力需求。能够理解，为了维持集成的设施的电力需求，热电联产设备的燃气轮机需要以接近其基本负载(base load)的值运行。换句话说，尽可能快地使热电联产设备进入正常运行状态以满足待启动或正在启动的集成的设施的动力系统需求。这导致热电联产设备的热回收蒸汽发生器在前期承受非常高的热负载。然而，因为没有流体或没有足够的流体从正在启动的集成设施输入、用以在蒸汽蒸发器的上游带走足够的热回收蒸汽发生器热负荷，例如在蒸汽蒸发器的上游被过热的输入过程蒸汽不足，因此例如由于过热器过干或供应不足、以及位于蒸汽蒸发器下游的热交换设备和锅炉给送水或冷凝水加热器或经济器承受太高温度，因而热回收蒸汽发生器的机械完整性可能存在风险。尽管过热器和其他热交换设备可以在机械方面设计成承受当干运转时的高温，但是其将付出资金的代价。此外，由于没有从蒸汽蒸发器的上游的热膨胀烟气移除足够的热量，因此在蒸汽蒸发器中将产生更多蒸汽，从而可能超过蒸汽蒸发器的液压限度。
当在正常运行期间集成的设施中存在异常时会发生类似的问题，导致极大的减少了从集成设施输入的、用于在位于蒸汽蒸发器上游的所述一个或更多个过热器或其他热交换器设备中加热或过热的流体。再次，其可以导致过热器可能过干或供应不足、其他热交换设备的过热、或锅炉给送水或冷凝水预热器或经济器以太高温度运行，以及超过蒸汽蒸发器的液压限度。
尽管，在过程异常期间，可以使气体膨胀式涡轮停机以降低热回收蒸汽发生器上的热负荷，但是该方法通常是不理想的，因为对于气体膨胀式涡轮和热电联产设备来说，稳定的基本负载是优选的，例如如果集成的设施基于全部或大部分以电运行的动力系统设计(即由电动马达而非在集成的设施中的汽轮机提供原动力，例如用来驱动泵、压缩机、鼓风机等)的话，从产生电能的观点来看即是这样。能够理解，在集成的设施中直接使用蒸汽作为原动力(即在汽轮机中直接地用于驱动旋转设备)的情况下，与采用电力动力系统设计的情况相比，气体膨胀式涡轮和热电联产设备的基本负载运行稳定以及热回收蒸汽发生器上的热负载稳定以确保稳定的蒸汽产生将同样重要，如果不是更重要的话。
因此，本发明的方法包括，当热回收蒸汽发生器包括：位于热烟气发生器下游的高压蒸汽蒸发器——在该高压蒸汽蒸发器中产生高压蒸汽从而冷却热烟气——以及位于热烟气发生器与高压蒸汽蒸发器之间的至少一个高压蒸汽过热器——在该至少一个高压蒸汽过热器中至少使来自高压蒸汽蒸发器的高压蒸汽被过热从而冷却热烟气——时，并且当由于没有足够质量流量的输入高压蒸汽输入至高压蒸汽过热器而导致在热烟气发生器的下游、在高压蒸汽蒸发器的上游的热烟气中移除的热量不足、以至于高压蒸汽过热器下游的热烟气温度将上升或提高至预定限度或预定限度之上时，通过将锅炉给送水或冷凝水注入所述蒸汽来使高压蒸汽过热器内的蒸汽或给送至高压蒸汽过热器的蒸汽急冷以在高压蒸汽过热器中产生或生产高压蒸汽，从而使从热烟气移除的热量增加并且因此降低高压蒸汽过热器的下游的热烟气温度。
该方法可以包括对由于急冷使在高压蒸汽过热器中产生的高压蒸汽中的至少一部分进一步过热。
输入高压蒸汽可以来自与热电联产设备在蒸汽方面集成的任何设施，至少在一定程度上，该蒸汽集成的设施将蒸汽输出至热电联产设备。
此外，热电联产设备可以包括与高压蒸汽过热器流动连通并且与锅炉给送水或冷凝水的供给源流动连通的急冷设施，该急冷设施配置成通过将锅炉给送水或冷凝水注入高压蒸汽过热器内的高压蒸汽中或被给送至高压蒸汽过热器的高压蒸汽中以使所述高压蒸汽急冷，以在高压蒸汽过热器中增加高压蒸汽的产出，由此增加从热烟气移除的热量，并且因此降低高压蒸汽过热器的下游的热烟气的温度。
急冷设施可配置成：当由于没有足够质量流量的输入高压蒸汽输入至高压蒸汽过热器而导致在热烟气发生器的下游、高压蒸汽蒸发器的上游的热烟气中移除的热量不足、以至于高压蒸汽过热器下游的热烟气温度将上升或提高至预定限度或预定限度之上时，对高压蒸汽过热器内的高压蒸汽或被给送至高压蒸汽过热器的高压蒸汽进行急冷。
所述预定限度可以是下述温度：在所述温度以上热回收蒸汽发生器的机械完整性开始受到威胁或者在所述温度以上会超过高压蒸汽蒸发器的液压限度。
在与热电联产设备集成的设施、例如气制油费托烃合成设施或甲醇合成设施之类的烃合成设施启动期间，可能发生由于没有足够质量流量的输入高压蒸汽流入高压蒸汽过热器而导致在热烟气发生器的下游、高压蒸汽发生器的上游的热烟气中移除的热量不足、以至于高压蒸汽过热器的下游的热烟气温度将上升或提高至预定限度或预定限度之上。
另外，在与热电联产设备集成的设施、例如气制油费托烃合成设施或甲醇合成设施之类的烃合成设施的过程异常期间，可能发生由于没有足够质量流量的输入高压蒸汽流入蒸汽过热器而导致在热烟气发生器的下游、蒸汽发生器的上游的热烟气中移除的热量不足、以至于蒸汽过热器的下游的热烟气温度将上升或提高至预定限度或预定限度之上。
所述高压蒸汽过热器可以是下游高压蒸汽过热器，其中，热电联产设备包括另一上游高压蒸汽过热器。因此，上游高压蒸汽过热器——当存在时——位于下游高压蒸汽过热器的上游。
能够理解，热电联产设备可以因此产生处于至少两种温度的过热的高压蒸汽。低温过热高压蒸汽的范围可以处于大约380℃至大约550℃之间，优选地处于大约400℃至大约450℃之间，例如大约411℃。因此，该低温过热高压蒸汽通常由下游高压蒸汽过热器产生。
热电联产设备可以输出低温过热高压蒸汽，例如被用在与热电联产设备集成的设施的吸热过程中或输出至过热的高压蒸汽的另一用户、例如精炼厂。
在本发明的一个实施方式中，低温过热的高压蒸汽输出至重整器设施，在该重整器设施中烃给送流——例如天然气、富含甲烷的气体或来自煤气化器的包含粗制合成气的甲烷——在存在所述输出的过热高压蒸汽的情况下以吸热的方式重整或以放热的方式部分氧化，以提供具有理想的H2与CO的比例的合成气。重整器设施可以包括自热重整器、部分氧化重整器、催化部分氧化重整器或蒸汽甲烷重整器(例如预重整器、燃料气燃烧的主重整器、或由丹麦的Haldor A/S(托索普股份公司)提供的Haldor交换重整器(商标名))，或者重整器设施可以是双级重整器设施，包括自热重整器和气体加热蒸汽重整器，它们例如呈串联构型，其中来自自热重整器的热合成气被用于加热气体加热蒸汽重整器，并且其中气体加热蒸汽重整器对烃流进行重整以提供中间的合成气流，其然后被给送至自热重整器以产生合成气，该合成气例如用于烃合成。
替代性地，所述重整器设施可以是双级重整器设施，包括自热重整器和气体加热蒸汽重整器，它们例如呈并联构型，其中，烃给送流行进至并联的自热重整器和气体加热蒸汽重整器，其中来自自热重整器的热合成气被用于加热气体加热蒸汽重整器，并且其中，来自自热重整器的热合成气和来自气体加热蒸汽重整器的合成气结合以产生合成气，该合成气例如用于烃合成。
高温过热的高压蒸汽的范围可以处于大约450℃至大约550℃之间、优选地处于大约470℃至大约520℃之间、例如大约500℃。自然地，高温过热的高压蒸汽将处于比低温过热的高压蒸汽更高的温度。该高温过热的高压蒸汽通常由上游高压蒸汽过热器产生。
给送至热电联产设备的高压汽轮机的高压蒸汽与从热电联产设备输出的高压蒸汽的质量比可以在从大约0(即没有高压蒸汽被给送至汽轮机并且热电联产设备至少输出一些高压蒸汽)至大约1：10的范围内。能够理解，在过热的高压蒸汽被输出至重整器设施的本发明的实施方式中，随着重整器设施中的蒸汽需求的降低(例如由于重整器技术改进)，相对于从热电联产设备输出的高压蒸汽而言，更多蒸汽可以被给送至热电联产设备的高压汽轮机，并且所述质量比可以增大。
高压蒸汽过热器可以包括至少两个高压蒸汽过热器部段，或者当存在多于一个的高压蒸汽过热器时，下游高压蒸汽过热器可以包括至少两个高压蒸汽过热器部段，例如，两组过热盘管或管道等，其中一个高压蒸汽过热器部段是上游高压蒸汽过热器部段，并且另一高压蒸汽过热器部段是下游高压蒸汽过热器部段。
急冷设施可以与下游高压蒸汽过热器流动连通。因此当需要时，锅炉给送水或冷凝水可以被输入下游高压蒸汽过热器中。锅炉给送水或冷凝水可以输入上游高压蒸汽过热器部段以避免任何锅炉给送水或冷凝水注入至下游高压蒸汽过热器部段。
该方法可以包括将足够的液态水、即锅炉给送水或冷凝水注入高压蒸汽过热器中以将高压蒸汽温度降低至高压蒸汽的饱和温度以上，二者相差不小于大约5℃至大约20℃、例如大约10℃。
该方法可以包括将足够的锅炉给送水或冷凝水注入至高压蒸汽过热器中以确保紧邻高压蒸汽过热器的下游的膨胀的热烟气的温度不大于大约440℃、优选不大于大约430℃。能够理解，紧邻高压蒸汽过热器的下游的膨胀的热烟气的温度可以根据热交换设备的设计机械限度改变，例如在使用更多耐热合金的情况下，可以允许温度升高，例如升高至大约800℃。
该方法可包括将足够的锅炉给送水或冷凝水注入高压蒸汽过热器，以确保通过高压蒸汽过热器由注入的锅炉给送水或冷凝水来产生的高压蒸汽的过热温度在从大约380℃至大约550℃的范围中，例如大约500℃。
除了由高压蒸汽蒸发器产生的高压蒸汽之外，热电联产设备可配置成还接收输入至高压蒸汽过热器中的输入高压蒸汽。通常，输入高压蒸汽是饱和高压蒸汽。输入高压蒸汽可以连同来自高压蒸汽蒸发器的高压蒸汽一起(根据具体情况)被给送至高压蒸汽过热器或下游高压蒸汽过热器。
在热电联产设备的正常运行状态下，输入至热电联产设备的高压蒸汽与高压蒸汽蒸发器中产生的高压蒸汽的质量比可以处于大约1:1至大约17:1的范围内。通常，在热电联产设备的正常运行状态下，输入热电联产设备中的高压蒸汽与高压蒸汽蒸发器中产生的高压蒸汽的质量比为大约4:1。
热电联产设备的“正常运行状态”指的是以下状态：热电联产设备至少满足其设计基本负载要求，因此以稳态运行，根据其设计基本负载工艺流程连续地产生热量和电力。
输入高压蒸汽可以来自与热电联产设备集成的设施、例如费托烃合成设施。输入高压蒸汽可以通过重整器设施的废热锅炉产生，在该重整器设施中烃给送流被重整以提供重整气或合成气。换句话说，输入高压蒸汽可以通过冷却重整气或合成器而产生。从其输入高压蒸汽的重整器设施可以与下述重整器设施是同一重整器设施：热电联产设备向该重整器设施输出过热的高压蒸汽以用于重整目的。
优选地，输入至热电联产设备中的高压蒸汽与高压蒸汽蒸发器中产生的高压蒸汽的质量比应该尽可能高(即大多数高压蒸汽应该是被输入热电联产设备的)，并且随着重整技术的发展允许将更少的高压蒸汽输出至重整器设施，并且因此将相对更多的高压蒸汽输入至热电联产设备，该比值可以增大。
热回收蒸汽发生器可以包括位于膨胀的热烟气发生器的下游、高压蒸汽过热器的上游的管道燃烧器。管道燃烧器可以被供以气态燃料和/或液体燃料用于补充燃烧。在运行期间，管道燃烧器可以将热烟气的温度提高至从460℃至800℃的温度范围，从而实现期望的蒸汽过热温度。在临时情况下，比如在启动期间或在过程异常的情况下，管道燃烧器可用于将热烟气的温度提高至高于在热电联产设备的正常运行期间其所提高至的温度，从而通过将所述液态水注入高压蒸汽蒸发器的上游的高压蒸汽过热器，能够产生更多的额外的蒸汽。
该方法可以包括将足够的锅炉给送水或冷凝水注入高压蒸汽过热器，以确保高压蒸汽蒸发器的上游的中压蒸汽过热器不承受高于中压蒸汽过热器的温度设计限度的温度的热烟气。优选地，中压蒸汽过热器承受的热烟气温度不大于大约440℃、优选地不大于430℃。
根据具体情况，高压汽轮机或所有高压汽轮机一起、以及中压汽轮机或所有中压汽轮机一起，可以将尺寸设定成使得由高压汽轮机(一个或多个)产生的电力与由中压汽轮机(一个或多个)产生的电力的比值处于从大约1：1至大约1：66的范围中。由于在本发明的至少一些实施方式中(例如在大量的中压蒸汽被输入热电联产设备中的本发明实施方式中)、高压蒸汽流与中压蒸汽流之间严重的不平衡，因此在这些实施方式中热电联产设备不采用接收高压蒸汽和中压蒸汽两者的双级高压汽轮机，而是采用单独的高压汽轮机(一个或多个)和单独的中压汽轮机(一个或多个)。
如以上指出的，中压汽轮机可以是冷凝式汽轮机。类似地，当代替多级中压汽轮机设置低压汽轮机时，低压汽轮机可以是冷凝式汽轮机。来自中压汽轮机(和/或所述低压汽轮机，如果存在的话)的蒸汽可以例如通过使用空气冷凝器在真空下被冷凝。
该方法可以包括，当热回收蒸汽发生器包括位于热烟气发生器与高压蒸汽蒸发器之间的至少一个高压蒸汽过热器，在该至少一个高压蒸汽过热器中至少输入高压蒸汽被过热从而冷却热烟气，以及当由于没有足够质量流量的输入蒸汽流至高压蒸汽过热器、而导致从热烟气发生器的下游、高压蒸汽蒸发器的上游的热烟气中移除的热量不足、以至于高压蒸汽过热器的下游的热烟气温度将上升或提高至预定限度或预定限度以上时，将来自低压蒸汽蒸发器的蒸汽给送至高压蒸汽蒸发器的上游的中压蒸汽过热器。来自低压蒸汽蒸发器的蒸汽可以经由高压蒸汽蒸发器的下游的低压蒸汽过热器被给送。从低压蒸汽蒸发器被给送至中压蒸汽过热器的蒸汽可以是由低压蒸汽蒸发器产生的中压蒸汽。
因此，热回收蒸汽发生器可以配置成可选地将来自低压蒸汽蒸发器的蒸汽给送至位于高压蒸汽蒸发器的上游的中压蒸汽过热器。
与热电联产设备集成的设施可以是高压蒸汽和/或中压蒸汽的净产出者。相反，热电联产设备通常是高压和/或中压蒸汽的净消耗者。
热电联产设备可配置成通过驱动发电机的汽轮机来产生由热电联产设备产生的全部电力的至少40％、优选至少50％、更优选地至少55％、最优选至少60％。因此，可以主要地——如果不是全部的话——通过驱动一个或更多个发电机，并且/或者驱动其他旋转装置、比如空气压缩机的一个或更多个所述气体膨胀式涡轮来产生电力需求的差额。
热电联产设备可以替代性地或额外配置成通过驱动发电机的汽轮机来产生电力，被配置成通过直接蒸汽驱动器(例如通过汽轮机压缩机驱动器)来产生机械动力。
可选地，热电联产设备可配置成由一个或更多个发电机产生盈余电力，其盈余电力可以被输出至第三方用户。
附图说明
现在将参照示意图和示例以示例的方式对本发明进行描述。
在附图中，
图1示出了根据本发明的热电联产设备；以及
图2示出了在以下情况中对于在图1的热电联产设备的热回收蒸汽发生器中加热的介质(蒸汽或冷凝水)而言的热回收(以MW为单位)与温度变化(以℃为单位)的图表、以及(热回收蒸汽发生器中管道燃烧器的下游)膨胀的热烟气——热量从该膨胀热烟气被回收至图1的热电联产设备的热回收蒸汽发生器中——的温度分布的图表，该情况为：在与热电联产设备集成的费托烃合成设备启动期间，根据本发明的方法对高压蒸汽过热器进行急冷。
具体实施方式
参照附图的图1，附图标记10总体上指示了根据本发明的热电联产设备。在图1中所示的本发明的实施方式中，热电联产设备10与每天96000桶的气制油费托烃合成设备或设施(未示出)在蒸汽方面集成。
费托烃合成设施是常规的并且包括热交换重整器(HER)、鼓泡浆态费托烃合成反应器和产品后处理(work up)部段，该热交换重整器(HER)、例如Haldor交换重整器(商标名)形成合成气生成部段的一部分，在该合成气生成部段中，烃给送流——例如天然气——与氧气和蒸汽一起燃烧以重整气体，重整气通常处于大约900℃至1100℃，重整气的冷却产生饱和高压蒸汽；该鼓泡浆态费托烃合成反应器形成烃合成部段的一部分，在该烃合成部段中产生一些(a slate of)烃，反应器的冷却产生饱和中压蒸汽(所谓的FT蒸汽)；该产品后处理部段用以将产生的这些烃分离并提升品质，这些在附图中都未示出。为了实现对基于标准蒸汽的动力系统设计的经济且有效的替代方案，选择全电气设计用于与热电联产设备10集成的气制油的设施，借助于热电联产设备10中的工业燃气轮机和汽轮机发电机使用联合循环(Brayton&Rankine循环)技术。
热电联产设备10包括呈燃烧室12形式的热烟气发生器、气体膨胀式涡轮14以及机械地联接至气体膨胀式涡轮14的空气压缩机42，从而空气压缩机42被气体膨胀式涡轮14驱动。气体膨胀式涡轮14布置成排气至总体上由附图标记16指示的热回收蒸汽发生器(HRSG)中。
热回收蒸汽发生器16包括相对于热烟气的水平流动而言从其上游端至其下游端以串联的方式设置的管道燃烧器18、上游高压蒸汽过热器20、下游高压蒸汽过热器22、上游中压蒸汽过热器24、高压蒸汽蒸发器26、上游冷凝水预热器或经济器28、低压蒸汽过热器30、下游中压蒸汽过热器32、冷凝水预热器或经济器34、低压蒸汽蒸发器36、下游冷凝水预热器或经济器38和烟气烟囱40，以将冷却的烟气排放至大气中，如箭头174所示。
热电联产设备10还包括以驱动的方式连接至发电机46的高压汽轮机44、以驱动的方式连接至发电机50的双级(dual stage)冷凝中压汽轮机48、空气冷凝器52、冷凝水罐54和高压冷凝水闪蒸罐56。还设置有冷凝水泵57、58、60和62。
在图1中可以看到，下游高压蒸汽过热器22包括下游高压蒸汽过热器部段22.1和上游高压蒸汽过热器部段22.2。因此，下游高压蒸汽过热器22包括两个单独的且不同的热交换部段22.1、22.2，所述部段22.1、22.2各自包括一组热传递元件，比如盘管或管道。
燃料管路100通向燃烧室12，而进气管路102通向空气压缩机42。管道燃烧器18还设置有燃料管路106。
来自高压蒸汽蒸发器26(事实上来自高压蒸汽蒸发器26的蒸汽罐)的高压蒸汽管路108结合至高压蒸汽输入管路110。过热的高压蒸汽输出管路112从下游高压蒸汽过热器22引出。高压汽轮机给送管路114从过热的高压蒸汽输出管路112分支出来，并且通向上游高压蒸汽过热器20，然后从上游高压蒸汽过热器20引至高压汽轮机44。
中压蒸汽输入管路116通向下游中压蒸汽过热器32。过热的中压蒸汽输出管路118从下游中压蒸汽过热器32引出。中压汽轮机给送管路120从过热的中压蒸汽输出管路118分支出来，并且通向上游中压蒸汽过热器24，并从上游中压蒸汽过热器24引至中压汽轮机48。中压汽轮机给送管路120在上游中压蒸汽过热器24与中压汽轮机48之间被高压汽轮机排气管路122接入。
低压蒸汽管路124从低压蒸汽蒸发器36(事实上从低压蒸汽蒸发器36的蒸汽罐)引至低压蒸汽过热器30并且从低压蒸汽过热器30引至中压汽轮机48的低压级。
中压汽轮机排气管路126从中压汽轮机48引至空气冷凝器52。冷凝水管路128从空气冷凝器52经由冷凝水泵57通向冷凝水罐54并且从冷凝水罐54经由冷凝水泵60通向经济器38，并且进入低压蒸汽蒸发器36。冷凝水输出管路132也从冷凝水罐54经由冷凝水泵58引出。
冷凝水管路130从低压蒸汽蒸发器36经由冷凝水泵62通向经济器34，并且从经济器34引至经济器28，然后进入高压蒸汽蒸发器26。
低压蒸汽蒸发器36具有排放管路134，高压蒸汽蒸发器26具有排放管路136。排放管路136通向高压冷凝水闪蒸罐56，从该高压冷凝水闪蒸罐56引出排放蒸汽输出管路138和排放冷凝水输出管路140。
低压蒸汽管路124在低压蒸汽过热器30之前设置有具有阀144的低压蒸汽排出管路142，并且在低压蒸汽过热器30之后设置有具有阀148的低压蒸汽排出管路146。
具有阀152的蒸汽输送管路150在低压蒸汽管路124(从低压蒸汽蒸发器36与低压蒸汽过热器30之间)至中压蒸汽输入管路116之间延伸。类似地，具有阀156的蒸汽输送管路154从过热的低压蒸汽管路124(从低压蒸汽过热器30与中压汽轮机48之间)引至过热的中压蒸汽输出管路118。
具有阀160的蒸汽输送管路158从高压蒸汽管路108引至中压蒸汽输入管路116。
具有阀164的急冷管路162在下游高压蒸汽过热器部段22.1与上游高压蒸汽过热器部段22.2之间通向下游高压蒸汽过热器22。因此，急冷管路162将冷凝水作为急冷液供给至高压蒸汽过热器部段22.2，而不供给至高压蒸汽过热器部段22.1。
如图所示，热电联产设备10用于产生热量(以蒸汽的形式)和动力，以机械动力或电的形式。由气体膨胀式涡轮14驱动的空气压缩机42用于向燃烧室12提供处于大约12巴(g)的压缩空气。因此，在正常使用和稳态运行期间，通常由与热电联产设备10集成的费托烃合成设备提供的费托废气和富含甲烷的气体的混合物(以低位热值(LHV)计大约715MW)通过燃料管路100给送至燃烧室12，在该燃烧室12中混合物在存在通过空气压缩机42给送的空气的情况下以大约11巴(g)的压力和高温(远超1000℃)燃烧。热的燃烧气体通过气体膨胀式涡轮14膨胀至大致大气压力，其中，气体膨胀式涡轮14进而驱动空气压缩机42通过进气管路102吸入环境空气。在图1中所示的实施方式中，几乎3000吨/小时的空气被压缩至大约12巴(g)的压力并且给送至燃烧室12。尽管在图1中未示出，但是气体膨胀式涡轮14也以机械的方式联接至发电机，从而产生大约244MW的电能。
来自气体膨胀式涡轮14的热烟气以大约501℃的温度离开气体膨胀式涡轮14。
管道燃烧器18用于进一步加热来自气体膨胀式涡轮14的热烟气。管道燃烧器18使富含甲烷的气体和通过燃料管路106供给的(大约6.5吨/小时)液体燃料的混合物燃烧。当使用管道燃烧时，该管道燃烧使热烟气的温度达到大约526℃。
对热电联产设备10的效率做出重要贡献的是高压蒸汽系统和中压蒸汽系统两者的过热程度。通常，将热量转化为过热比用来产生蒸汽更高效。仅来自气体膨胀式涡轮14的热烟气的温度没有高到足以实现期望的过热程度，例如在图示的实施方式中，对于过热的高压蒸汽而言期望的过热程度是大约200℃。因此，需要通过管道燃烧器18的补充燃烧来提高热烟气的温度，从而提供足够大的温度驱动力以实现对于高压蒸汽的期望的过热程度。
通过管道燃烧器18的补充燃烧还给出了以下额外优点：在与热电联产设备10蒸汽集成的气制油的费托烃合成设备或设施的跳闸(trip)和异常状态期间，保持热电联产设备10的基本负载。这是通过以下方式实现的：调制管道燃烧器18的燃烧能力，以便提高过热蒸汽(高压和中压和/或低压蒸汽)的过热程度，或者以便当需要时通过使用本发明提供的急冷设施产生更多蒸汽。管道燃烧器18还用作热电联产设备10中或与热电联产设备10集成的所述烃合成设施中可能存在的任何过剩的过程废气的汇总部。通过管道燃烧器18进行补充燃烧的另一重要的特征是其提供了在气体膨胀式涡轮14的跳闸期间热回收蒸汽发生器16的有效性的提高。通过管道燃烧器18进行的补充燃烧在燃气轮机14的跳闸期间通过允许新鲜空气的进气(图1中未示出)可保持热回收蒸汽发生器16运行，即热回收蒸汽发生器16可因而作为独立燃烧式过热器运行。通常，在启动期间不需要通过管道燃烧器18进行补充燃烧；通过管道燃烧器18的补充燃烧仅在正常运行期间实施。
然后，如图2中所示(其反映了与热电联产设备10集成的费托烃合成设备的启动期间的情况)，热烟气在热回收蒸汽发生器16中以一系列冷却步骤被冷却，直至其以大约122℃的范围的温度通过烟气烟囱40排放至大气为止。在图2中，使用了与图1中所使用的相同的附图标记来标识热回收蒸汽发生器16的热交换单元的运行。
再次参照附图的图1，在本发明的内容中重要的是，大约400吨/小时的处于大约68巴(g)的压力的饱和高压蒸汽从费托烃合成设施——更具体地从费托烃合成设施的重整器的废热锅炉——通过高压蒸汽输入管路110输入。管路110中输入的饱和高压蒸汽与由高压蒸汽蒸发器26产生的经由高压蒸汽管路108的大约110吨/小时的饱和高压蒸汽结合。然后所有结合在一起的饱和高压蒸汽在下游高压蒸汽过热器22中过热至超过400℃、例如大约425℃的温度。然后，来自下游高压蒸汽过热器22的过热的高压蒸汽的一部分通过如以166所示的注入冷凝水而减温(attemperized)或部分地降温(desuperheated)，并且以大约411℃的温度和大约67巴(g)的压力输出。在图1中所示的实施方式中，通过高压蒸汽输出管路112输出的蒸汽被给送至与该热电联产设备10集成的费托烃合成设施的重整器。
来自下游高压蒸汽过热器22的过热的高压蒸汽的另一部分如以168指示的通过冷凝水被减温或部分地降温至大约419℃的温度，并且在上游高压蒸汽过热器20中进一步过热至大约500℃的温度。然后，大约50吨/小时的处于66巴(g)的高压蒸汽以500℃的温度通过高压汽轮机给送管路114给送至高压汽轮机44，以通过发电机46产生大约4.9MW的电。高压汽轮机44是背压汽轮机，其中，汽轮机44的背压由通过中压汽轮机给送管路120被给送至中压汽轮机48的中压蒸汽的压力来设定。因此，通过高压汽轮机排气管路122将处于大约10巴(g)的压力和大约301℃的温度的背压中压蒸汽给送至中压汽轮机给送管路120。
处于大约11巴(g)的压力的饱和中压蒸汽通过中压蒸汽输入管路116输入至热电联产设备10中。在图1中所示的实施方式中，通过对与该热电联产设备10集成的费托烃合成设施的费托烃合成反应器进行冷却来产生饱和中压蒸汽。一般来说，输入大约1700吨/小时的中压蒸汽。
输入中压蒸汽、即所谓的费托或FT蒸汽，首先在下游中压蒸汽过热器32中过热至大约244℃的温度。如果需要，或在与该热电联产设备10集成的费托烃合成设施的启动期间，来自下游中压蒸汽过热器32的过热的中压蒸汽可以通过中压蒸汽输出管路118被输出，例如输出至与该热电联产设备10集成的费托烃合成设施的产品后处理部段(如果需要的话如以172所示的用冷凝水减温)。然而，通常在正常运行期间，来自下游中压蒸汽过热器32的所有过热的中压蒸汽在上游中压蒸汽过热器24中被进一步过热至大约328℃的温度，与管路122中的高压汽轮机背压排气中压蒸汽混合，并且以大约327℃的温度给送至中压汽轮机48，以通过发电机50产生大约325MW的电。
上游高压蒸汽过热器20将热烟气的温度从大约526℃降低至大约523℃，下游高压蒸汽过热器22将热烟气的温度从大约523℃降低至大约429℃，上游中压蒸汽过热器24将热烟气的温度从大约429℃降低至344℃，并且高压蒸汽蒸发器26进一步降低热烟气的温度至大约297℃。
如上所述，中压汽轮机48是双级冷凝式汽轮机，接收中压蒸汽和低压蒸汽两者。来自中压汽轮机48的排气蒸汽因此通过中压汽轮机排气管路126给送至空气冷凝器52，在空气冷凝器52处通过使用环境空气作为冷却介质将蒸汽冷凝至大约0.14巴(g)的压力和大约52℃的温度。通过空气冷凝器52提供大致1810吨/小时的冷凝水并且通过冷凝水泵57和冷凝水管路128将所述冷凝水泵送至冷凝水罐54。通过冷凝水泵58和冷凝水输出管路132从热电联产设备10输出大致1580吨/小时的冷凝水。在图示的实施方式中，冷凝水被输出至与该热电联产设备10集成的烃合成设施的冷凝水系统。
在正常运行期间，通过冷凝水泵60和冷凝水管路128将大致229吨/小时的处于大约6.5巴(g)的压力的冷凝水泵送至经济器38。在经济器38中，冷凝水温度上升至大约151℃，之后冷凝水被给送至以大约4.5巴(g)的压力运行的低压蒸汽蒸发器36中。低压蒸汽蒸发器36产生大约62吨/小时的处于大约45巴(g)的压力的饱和低压蒸汽。该饱和低压蒸汽通过低压蒸汽管路124移除并且在低压蒸汽过热器30中过热至大约251℃的温度。然后，过热低压蒸汽通过过热低压蒸汽管路124给送至双级中压汽轮机48的低压级。
高压冷凝水泵62将大约166吨/小时的处于大约70巴(g)的压力的冷凝水通过冷凝水管路130从低压蒸汽蒸发器36朝向高压蒸汽蒸发器26泵送。该冷凝水首先在经济器34中被加热至大约186℃的温度，并且然后在经济器28中被加热至大约280℃的温度。
大致56吨/小时的温度大约为186℃的冷凝水被取出以用作降温或减温水或者以用作水急冷，如170所示。
如以上阐述的，高压蒸汽蒸发器26产生大致110吨/小时的处于大约68巴(g)的压力的饱和高压蒸汽。高压蒸汽蒸发器26将热烟气温度降低至大约297℃。之后，经济器28将热烟气温度降低至大约283℃，低压蒸汽过热器30将热烟气温度降低至大约279℃，下游中压蒸汽过热器32将热烟气温度降低至大约212℃，经济器34将热烟气温度降低至大约206℃，低压蒸汽蒸发器36将热烟气温度降低至大约168℃，并且经济器38将热烟气温度进一步降低至大约140℃，在烟囱40中进行烟气的最后冷却，然后烟气被释放至大气。对在经济器38中冷凝水的预热进行控制以保持烟囱排气气体安全地处于计算出的酸和水的露点(dew point)以上，即通常在110℃以上。
以常规的方式，来自低压蒸汽蒸发器36的锅炉水即冷凝水(0.6吨/小时)可以通过排放管路134被排放，并且来自高压蒸汽蒸发器26的锅炉水(即冷凝水)(大约1.1吨/小时)可以通过排放管路136、高压冷凝水闪蒸罐56、排放蒸汽输出管路138和排放冷凝水管路140被排放。
如根据热电联产设备10的上述描述应明显的是，由通过气体膨胀式涡轮14产生的、以及在本发明的某些实施方案中由管道燃烧器18产生的膨胀的热烟气包含的大部分显热在经济器28的上游被移除，即通过上游高压蒸汽过热器20、下游高压蒸汽过热器22、上游中压蒸汽过热器24和高压蒸汽蒸发器26被移除。换句话说，热回收蒸汽发生器16的所有这些部件或部段为热烟气提供了明显的热沉作用。显著地，该热沉作用的主要部分通过高压蒸汽蒸发器26上游的输入高压蒸汽和输入中压蒸汽的过热来提供。能够理解，高压蒸汽(经由高压蒸汽输入管路110)或中压蒸汽(经由中压蒸汽输入管路116)的输入中的任何中断有可能导致热回收蒸汽发生器16中的严重问题，特别是在以下情况下：热电联产设备10在管道燃烧的情况下以其设计能力运行、以便为其一个或更多个使用者提供基本负载的机械动力和电产出。
在与该热电联产设备10集成的气制油的费托烃合成设施或设备启动期间，费托烃合成设施存在对电能和蒸汽的基本需求(即需要为费托烃合成设施供给电能和蒸汽)，并且其因此理想的是尽可能快地以满设计能力运行热电联产设备10。然而，遗憾的是，在集成的费托烃合成设施启动期间，没有足够的高压蒸汽输入，特别是没有足够的来自集成的费托烃合成设施的中压蒸汽的输入以在高压蒸汽蒸发器26的上游接收其常规热载荷。这有可能导致热回收蒸汽发生器16损坏以及/或者危及人员。例如，如果没有蒸汽或没有足够的蒸汽提供至过热器20、22和24，那么上游高压蒸汽过热器20、或下游高压蒸汽过热器22、或上游中压蒸汽过热器24的机械完整性可能有危险，从而导致热交换器零件或表面的过热。此外，当过热器20、22和24没有从高压蒸汽蒸发器26上游的膨胀的热烟气移除足够的热量时，与高压蒸汽蒸发器26中的锅炉给送水或冷凝水交换热量的烟气将处于比正常情况更高的温度、例如大致高于344℃，从而导致高压蒸汽蒸发器26中产生更多的高压蒸汽。这会导致超过高压蒸汽蒸发器26的液压限度并且可能导致高压蒸汽蒸发器26的损坏。由于超过高压蒸汽蒸发器26的液压限度意味着进入高压蒸汽蒸发器26中的热通量大于正常情况，并且因此在高压蒸汽蒸发器26中产生比高压蒸汽蒸发器26的设计产生量更多的高压蒸汽。能够理解，这会导致高压蒸汽蒸发器26的机械损伤和/或热损伤从而会导致致命的失效。
此外，当热电联产设备10和与该热电联产设备10集成的费托烃设施各自以其自身的设计能力正常运行、并且费托烃合成设施中存在突然的过程异常、从而向热电联产设备10输入高压蒸汽和/或输入中压蒸汽存在突然的下降时，存在损坏过热器20、22和24以及高压蒸汽蒸发器26中的一者或更多者的风险。简而言之，在与该热电联产设备10集成的费托烃合成设施的启动期间、以及在与该热电联产设备10集成的费托烃合成设施的过程异常期间，由于在所述情况下可能没有足够质量流量的高压蒸汽和/或中压蒸汽流至过热器20、22和24，所以在热回收蒸汽发生器16的至少某些部分或区域中、特别是经济器28的上游需要保护热回收蒸汽发生器16免受太高的烟气温度影响。
有利地，当由于输入至高压蒸汽过热器20、22的输入高压蒸汽的质量流量减小、而导致在气体膨胀式涡轮14和管道燃烧器18的下游、高压蒸汽蒸发器26的上游没有足够的热量从热烟气移除、以至于高压蒸汽过热器22的下游的热烟气的温度上升至预定限度或预定限度以上、从而威胁热回收蒸汽发生器16的机械完整性(并且特别是上游中压蒸汽过热器24的机械完整性)、或者以至于可能超过高压蒸汽蒸发器26的液压限度时，通过以受控的方式打开急冷管路122中的阀164而将急冷水注入上游高压蒸汽过热器部段22.2。急冷水的品位足以使其能够用作锅炉给送水、即适于产生蒸汽的水，并且可以例如是来自热电联产设备10的冷凝水，并且特别可以是在170处取出的减温水的一部分。减温水已经处于70巴(g)的压力并且可因此很容易被喷至将下游高压蒸汽过热器部段22.1连接至上游高压蒸汽过热器部段22.2的流动管路中。
将急冷水注入上游高压蒸汽过热器部段22.2中的目的是产生更多蒸汽并且从而保持紧邻上游中压蒸汽过热器24的上游的热烟气的温度低于上游中压蒸汽过热器24的机械设计限度，并且确保足够的蒸汽流动通过上游高压蒸汽过热器部段22.2和上游高压蒸汽过热器20，以保护这些热交换器避免温度过高。重要的是，作为急冷水注入的冷凝水不仅用于使高压蒸汽减温，而且还用于产生大量额外的高压蒸汽，这是考虑到为了在从热烟气移除热量不足的时期从热烟气移除大量的热量，以保护热交换设备(其形成热回收蒸汽发生器16的部分)免于过高的温度。
如附图的图2中所示，当阀162打开并且急冷水被注入下游高压过热器部段22.1与上游高压蒸汽过热器部段22.2之间时，由高压蒸汽蒸发器26产生的高压蒸汽连同所有可以获得的输入高压蒸汽一起，仍然在下游高压蒸汽过热器部段22.1从285℃被过热至425℃，之后过热的高压蒸汽被急冷至大约294℃、即降低至在高压蒸汽的饱和温度以上大约10℃。然后，过热的高压蒸汽在上游高压蒸汽过热器部段22.2中再次进一步过热至大约460℃的温度。然后，过热的高压蒸汽减温至大约419℃并且然后在上游高压蒸汽过热器20中再次加热至介于480℃至大约550℃的范围中的温度，如图2中所示。以此方式，在不需要气体膨胀式涡轮14停机或中断管道燃烧的情况下，为上游高压蒸汽过热器20设置了足够的蒸汽以避免其干运转，保护下游高压蒸汽过热器22和上游中压蒸汽过热器24免受温度过高的热烟气影响，并且保护高压蒸汽蒸发器26免于液压过载。因此，在与该热电联产设备10集成的费托烃合成设施启动期间以及在集成的费托烃合成设施中过程异常期间，设置用于上游高压蒸汽过热器部段22.2的急冷设施能够在确保气体膨胀式涡轮14的基本负载运行的同时保持热回收蒸汽发生器16在其设计参数内。
可以以多种方式控制将急冷水(冷凝水)注入上游高压蒸汽过热器部段22.2中的过程。一种可能性是(通过使用阀164)改变急冷水的注入以控制从上游高压蒸汽过热器部段22.2离开的高压蒸汽的离开温度，通常将其控制至高于高压蒸汽的饱和温度的设定温度。另一种可能性是调节急冷水的注入以控制上游中压蒸汽过热器24上游的热烟气温度，或控制从高压蒸汽过热器20离开的高压蒸汽的温度。也可以使用这些控制策略的组合。
能够理解，根据热电联产设备的热回收蒸汽发生器的特定构型，在高压蒸汽蒸发器的下游也存在对于保护的类似需要。然而，其未通过图1中所示的热回收蒸汽发生器16示出，但是应指出的是，根据本发明的位于高压蒸汽蒸发器的下游的急冷设施也可以用于保护高压蒸汽蒸发器的下游的热交换设备。
有利地并且不寻常地，热回收蒸汽发生器16包括位于高压蒸汽蒸发器26的上游位置的上游中压蒸汽过热器24。上游中压蒸汽过热器24是除下游中压蒸汽过热器32之外的热交换器。通过使用两个中压蒸汽过热器24、32——一者在高压蒸汽蒸发器26的下游并且一者在高压蒸汽蒸发器26的上游——可以实现意想不到的优点。输入中压蒸汽在下游中压蒸汽过热器32中被过热至不高于250℃的温度，并且然后在上游中压蒸汽过热器24中被过热至远高于250℃的温度。相对于常规的热电联产设备而言，由于上游中压蒸汽过热器32的存在，中压蒸汽能达到更高的过热温度，这增加了中压蒸汽对能量产出的贡献。然而，能够理解，由于该结构，由热电联产设备10能量产出与常规的热电联产设备相比更容易遭受输入中压蒸汽的损失。然而，通过将所有获得的过热高压蒸汽(即不需要用于输出目的的过热高压蒸汽)给送至高压汽轮机44，至少在一定程度上缓解了该潜在的问题。有利地，与WO2007/009951中教示的方法相比，热电联产设备10不需要昂贵的热交换器来使中压蒸汽通过与过热高压蒸汽热交换而过热。
通过使用管道燃烧器18来产生过热度更高的高压气体、可能结合高压蒸汽过热器部段22.2的急冷以提供过热度更高的高压蒸汽、然后使其中一些高压蒸汽降压以提供中压蒸汽，也能够在一定程度上缓解输入中压蒸汽减少对于能量产出造成的不利效果。
分别在高压蒸汽蒸发器26的上游和下游设置的中压蒸汽蒸发器24、32降低了(通过高压蒸汽蒸发器26)产生高压蒸汽的能力，以换取提高中压蒸汽品位(即中压蒸汽的更高的过热温度)。例如，通过使用所描述的热电联产设备10的布置，中压蒸汽品位可以从大约0.172MW/吨提高至大约0.212MW/吨。在热电联产设备10图示并且在以下更详细的描述的示例中，在设置两个中压蒸汽过热器24、32的情况下，与在高压蒸汽蒸发器的上游不使用中压蒸汽过热器的热电联产设备相比，高压过热蒸汽产生的电力减少大约76％，然而总电力产出增加大约4.7％。该布置的其他益处包括：高压蒸汽产生能力减小大约54.6％，这意味着高压蒸汽产生设备比如高压蒸汽蒸发器26、高压冷凝水或锅炉给送水泵、以及高压蒸汽过热器20和22的成本更低；以及与经济器和过热器相关联的热传递面积减小大约5％。该比较是基于最小接近温度(minimum approach temperature)为15℃进行的。能够理解，如果该比较基于最大中压汽轮机排气湿度、例如按重量计12％的中压汽轮机排气湿度而不是冷凝器的最小接近温度，本发明的优点将更大。
在热回收蒸汽发生器16中使用低压蒸汽蒸发器36是不常见的。尽管，在热电联产设备10处于正常运行状态的稳态运行期间，低压蒸汽蒸发器36产生处于大约4.5巴(g)的低压蒸汽，但是低压蒸汽蒸发器36被设计成产生以下压力范围的蒸汽：该压力范围与热电联产设备10中的低压蒸汽的压力范围和中压蒸汽的压力范围两者都交叠。因此，当没有中压蒸汽或没有足够的中压蒸汽通过中压蒸汽输入管路116输入热电联产设备10中时，例如在与该热电联产设备10集成的费托烃合成设施启动期间，低压蒸汽蒸发器36设定成产生压力大约为11.5巴(g)的中压蒸汽。该中压蒸汽中的至少一些中压蒸汽可以通过蒸汽输送管路150和阀152被给送至下游中压蒸汽过热器32。以此方式，即便当没有中压蒸汽或没有足够的中压蒸汽输入时，下游中压蒸汽过热器32以及更重要地、上游中压蒸汽过热器24可以通过中压蒸汽被湿润。
在图2中，示出了下述情况：其中来自低压蒸汽蒸发器36的中压蒸汽被给送至低压蒸汽过热器30(该低压蒸汽过热器30当前用作中压蒸汽过热器)，但是来自低压蒸汽过热器30的几乎全部过热的中压蒸汽随后经由管路154和阀156通过中压蒸汽输出管路118被输出，使得低压蒸汽过热器30提供对于膨胀的热烟气的热沉作用，但是中压蒸汽过热器24、32仅接收足以湿润中压蒸汽过热器24、32的中压蒸汽(通过输送管路150和阀152)，并且为膨胀的热烟气提供有效的热沉作用。为此，中压蒸汽过热器24、32就未出现在图2中。以此方式，例如在与该热电联产设备10集成的费托烃合成设施启动期间，即使没有中压蒸汽或没有足够的中压蒸汽被从集成的费托烃合成设施输入的情况下，热回收蒸汽发生器16中的中压蒸汽过热器和低压蒸汽过热器两者都可以被蒸汽湿润。
能够理解，在与热电联产设备10集成的费托烃合成设施启动期间，将没有足够的中压蒸汽被输入热电联产设备10中，用以在中压蒸汽过热器24、32中过热或经由管路118输出。因此，与经由高压蒸汽蒸发器26产生高压蒸汽并行地，要求低压蒸汽蒸发器36产生中压蒸汽。如以上指出的，由低压蒸汽蒸发器36产生的中压蒸汽在低压蒸汽过热器30中过热，然后经由管路118被输出，如产生的过热的高压蒸汽一样(经由管路112)。能够理解，尽管存在超过低压蒸汽蒸发器36的液压限度的风险，但是其不如与高压蒸汽蒸发器26相关的风险那么严重，因为大量的热量被高压蒸汽蒸发器26、高压蒸汽过热器20、22和经济器28回收了。然而，如果还需要解决超过低压蒸汽蒸发器36的液压限度的风险，那么可以如以上指出的使用高压蒸汽蒸发器26的下游的急冷设施。急冷设施可以例如形成低压蒸汽过热器30的一部分。
基于过热的中压蒸汽需求(由阀156设定)，通过调节阀144控制低压蒸汽蒸发器36的蒸汽罐压力来维持中压蒸汽压力，即当对过热的中压蒸汽的需求减少时阀144打开，并且当对过热的中压蒸汽的需求增加时阀144关闭。能够理解，此时，中压汽轮机48是静止的并且通常通过阀等(未示出)与低压蒸汽管路124隔离开。产生的中压蒸汽的一部分(通过阀152和管路150)被给送至过热器32、24以在启动期间保持盘管湿润。替代性地，中压蒸汽过热器32、24可以干燥着，然而这将要求在这些盘管的设计中包含特殊的机械设计考虑，从而增加了成本。
一旦能够获得额外的中压蒸汽以产生电能(经由中压汽轮机48和发电机50)之后，就需要将低压蒸汽蒸发器36中的产生中压蒸汽转变为产生低压蒸汽，之后产生的低压蒸汽被注入中压汽轮机48的低压级。在中压汽轮机48需要低压蒸汽的时刻，阀156关闭并且阀144将蒸汽罐压力调节降至低压蒸汽压力。一旦低压蒸汽蒸发器366中产生处于低压蒸汽压力的蒸汽，则中压汽轮机48准备好接收经由管路124注入的低压蒸汽。向中压汽轮机48要求的电力配置成使得所有产生的低压蒸汽都被消耗用于产生电力，因此使得阀144能够最终被关闭。可选地，如果需要低压蒸汽用于一般加热、蒸汽伴热以及其他的低压蒸汽动力系统用途，那么可以经由低压蒸汽排出管路146和阀148提供所述低压蒸汽。
有利地，热电联产设备10还配置成使高压蒸汽降压以提供中压蒸汽。其将有助于满足与该热电联产设备10集成的费托烃合成设施在其启动期间——此时费托烃合成设施通常净消耗中压蒸汽——的中压蒸汽需求。通过使用蒸汽输送管路158和阀160，由高压蒸汽蒸发器26产生的高压蒸汽可因此被降低至中压蒸汽的压力。有利地，在与该热电联产设备10集成的费托烃合成设施的启动期间在低压蒸汽蒸发器36中产生的中压蒸汽在一定程度上缓和了在费托烃合成设施的启动期间对于高压蒸汽蒸发器26的蒸汽产生要求，因为使高压蒸汽降压来满足集成的费托烃合成设施或设备的中压蒸汽启动要求所需要的高压蒸汽减少。
在低压蒸汽蒸发器36中产生中压蒸汽的另一优点在热电联产设备10启动期间体现出来。与仅在低压蒸汽蒸发器36中产生低压蒸汽的情况相比，在热电联产设备10启动期间在低压蒸汽蒸发器36中产生中压蒸汽使得能够更快地由高压汽轮机44和发电机46发电，因为在更短时间内能够获得更多的高压蒸汽用于高压汽轮机44。换句话说，随着降至中压蒸汽的压力以用于给送至中压蒸汽系统(即给送至中压蒸汽输入管路116中)所需要的高压蒸汽减少，在更短的时间内能够获得更多的高压蒸汽用于高压汽轮机44。
在图1中所示的实施方式中，高压汽轮机44的发电能力比中压汽轮机48的发电能力小大约六十六倍。因此，在热电联产设备10启动期间，高压汽轮机44将是第一个发电的汽轮机。
有些时候与热电联产设备10集成的费托烃合成设施与热电联产设备10会被同时启动。有利地，在同时启动热电联产设备10和与热电联产设备10集成的费托烃合成设施期间，与低压蒸汽蒸发器36仅产生低压蒸汽的情况相比，在低压蒸汽蒸发器36中产生中压蒸汽使得能够更快地发生额外地由中压汽轮机48发电，这是因为一旦来自与该热电联产设备10集成的费托烃合成设施的中压蒸汽开始通过中压蒸汽输入管路116被输入热电联产设备10，能够更快地获得更多的中压蒸汽用于中压蒸汽轮48。
自然地，如以上指示的，一旦从与热电联产设备10集成的费托烃合成设施输入、以及通过低压蒸汽蒸发器36产生了足够的中压蒸汽，以驱动中压汽轮机48，则需要开始降低低压蒸汽蒸发器36的控制压力，使得最终低压蒸汽蒸发器36仅产生低压蒸汽。通常，如以上指出的，这将需要从低压蒸汽蒸发器36排出蒸汽直至低压蒸汽蒸发器36的压力已经降低至低压蒸汽设定点压力(例如4.5巴(g))为止。在该过渡期间，由低压蒸汽蒸发器36产生的过量的中压蒸汽可以通过使用低压蒸汽排出管路142和阀144而排出。优选地，过量的中压蒸汽排出至与该热电联产设备10集成的费托烃合成设施的低压蒸汽集管(未示出)中。这样做确保了在过量的中压蒸汽排出期间冷凝水不会损失，而是回收到与热电联产设备10集成的费托烃合成设施的低压蒸汽系统中。
冷凝水泵60具有变速驱动装置，以允许冷凝水泵60随着低压蒸汽蒸发器36中产生蒸汽的增加或减少来改变冷凝水通过冷凝水管路128的流率，并且对低压蒸汽蒸发器36中的压力变化做出反应，由此调节低压蒸汽蒸发器36的蒸汽罐中的水位。
以下对照示例中示出了当与常规气制油费托烃合成设施集成时，热电联产设备10的能量效率。
示例
在第一种情况下，烃合成设备将天然气转化为30 000桶/天(“bpd”)的液烃产品，并且使用US 6,673,845的工艺产生额外的150MW电能。
燃料气(其可以是来自烃合成反应器的未转化的气体和轻质烃、天然气、炼厂气或其任意组合)在气体膨胀式涡轮中燃烧并且产生电能。离开涡轮机的热烟气被用于一系列的热交换器中以产生过热的高压(7000kPa(a))蒸汽。FT蒸汽、即来自费托烃合成反应器的饱和中压蒸汽也通过使用来自烟气的废热而被过热。过热的高压蒸汽通向双级汽轮机。在第一级中，高压蒸汽膨胀以匹配过热的FT蒸汽(中压蒸汽)的压力。然后，FT蒸汽(中压蒸汽)与膨胀后的蒸汽一起注入汽轮机的第二级。能够获得350吨/小时的FT蒸汽用于发电。
热电联产设备10中发电的总效率，包括通过汽轮机产生的电力，通过以下等式确定：
产生的总电力(MW)/消耗的燃料气总能耗(MW)＝((由燃气轮机膨胀器和汽轮机产生的电力)-由空气压缩机消耗的电力)/燃料气能耗
当包括汽轮机时，计算出US 6,673,845的工艺的效率为61.0％。换句话说，产生150MW的电力仅需要246MW的燃料气。根据US6,673,845，当不考虑汽轮机时，该工艺计算出效率仅32％，即为了产生150MW的电能需要469MW的燃料气。
在第二种情况下，烃合成设备将天然气转化成30 000bpd(桶/天)的液烃产品，并且通过使用具有与根据本发明的热电联产设备10相同特征的热电联产设备来产生额外的183MW的电能。
根据本发明的热电联产设备当与常规的气制油费托烃设施集成时，计算出效率为67.6％。换句话说，产生183MW的电能仅需要270MW的燃料气。
此外，使用两个中压蒸汽过热器——一个在高压蒸汽蒸发器的上游，一个在高压蒸汽蒸发器的下游——与US 6,673,845教示的单个中压蒸汽过热器位于高压蒸汽蒸发器的下游的情况相比，计算出获得了总电能输出增加4.7％，其等同于热电联产设备的热效率提高1.5％。
在与US 6,673,845对比确定本发明的定量的提高量时，保持送至热电联产设备10的燃料(feed)和蒸汽质量以及热电联产设备10的总燃料消耗恒定。由于引入了上游中压过热器24，使得与如US 6,673,845中那样仅包括一个中压蒸汽过热器(例如下游中压蒸汽过热器32)的情况下相比，能够实现更高程度的中压过热。
该改进是基于以下计算出的：如果能够获得更高的中压蒸汽过热程度，则能够实现空气冷凝器52中的较低的冷凝温度，承受最大允许的汽轮机排气湿度。假定其限度是按重量计12％。
在仅包括下游中压蒸汽过热器32、即与US 6,673,845中相似的构型的情况下，空气冷凝器52能够使中压汽轮机排出蒸汽126在超过湿度限度之前冷凝至低至48℃的温度。
在根据本发明的包括上游中压蒸汽过热器24和下游中压蒸汽过热器32的情况下，由于可达到较高程度的中压蒸汽过热，因此在空气冷凝器52中可以实现更低的冷凝温度，并且因此对于相同燃料和蒸汽输入而言增加了电力输出。在双中压过热器的情况下，已确定40℃的最小冷凝温度是切实可行的，并且产生按重量计大约10％的汽轮机废气湿度。能够理解，如果使用水冷式冷凝器，那么可以增加废气的湿度，因此使得能够产生更多电力。

Claims (15)

1.一种运行热电联产设备(CHP设备)的方法，所述方法包括：
产生热烟气；以及
在热回收蒸汽发生器(HRSG)中通过一系列的冷却步骤冷却所述热烟气以回收热量并且产生蒸汽，所述热回收蒸汽发生器包括：
低压蒸汽蒸发器，所述低压蒸汽蒸发器设计成产生至少覆盖从大约2巴(g)至大约18巴(g)的压力范围的蒸汽，从而通过所述低压蒸汽蒸发器能够选择性地产生低压蒸汽或中压蒸汽，由此冷却所述热烟气；以及
位于所述低压蒸汽蒸发器的上游的中压蒸汽过热器，用于通过与所述热烟气进行热交换而使中压蒸汽过热，由此冷却所述热烟气；
所述方法还包括，
当没有中压蒸汽或没有足够的中压蒸汽被输入至所述中压蒸汽过热器以确保所述中压蒸汽过热器的安全运行时，并且/或者当在所述中压蒸汽过热器中过热的输入中压蒸汽不能满足存在的对于输出中压蒸汽的需求时，并且/或者当输入中压蒸汽不能满足所述热电联产设备中存在的对于中压蒸汽的需求时，以大约8巴(g)至大约18巴(g)之间的范围中的运行压力运行所述低压蒸汽蒸发器，以产生中压蒸汽来使所述中压蒸汽过热器湿润并且/或者至少在一定程度上满足对于中压蒸汽的所述需求；以及
之后，当足够的中压蒸汽从所述热电联产设备的外部被输入至所述中压蒸汽过热器以确保所述中压蒸汽过热器的安全运行时，并且/或者当在所述中压蒸汽过热器中过热然后被输出的输入中压蒸汽满足了对于输出中压蒸汽的任何需求时，并且/或者当不再存在对于中压蒸汽的输出的需求时，并且/或者当输入中压蒸汽至少在一定程度上满足了所述热电联产设备中对于中压蒸汽的需求时，将所述低压蒸汽蒸发器的运行压力降至在大约2巴(g)与大约8巴(g)之间的范围中的压力，由此产生低压蒸汽。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，
当没有中压蒸汽或没有足够的中压蒸汽输入至所述中压蒸汽过热器以确保所述中压蒸汽过热器的安全运行时、并且/或者当在所述中压蒸汽过热器中过热的输入中压蒸汽不能满足存在的对于输出中压蒸汽的需求时、并且/或者当输入中压蒸汽不能满足所述热电联产设备中存在的对于中压蒸汽的需求时的时段，是所述热电联产设备的启动时段、以及/或者与所述热电联产设备集成的设备或设施的启动时段；或者其中，
当没有中压蒸汽或没有足够的中压蒸汽输入至所述中压蒸汽过热器以确保所述中压蒸汽过热器的安全运行时、并且/或者当在所述中压蒸汽过热器中过热的输入中压蒸汽不能满足存在的对于输出中压蒸汽的需求时、并且/或者当输入中压蒸汽不能满足所述热电联产设备中存在的对于中压蒸汽的需求时的所述时段，是与所述热电联产设备集成的所述设备或设施过程异常，导致从与所述热电联产设备集成的所述设备或设施输入的中压蒸汽减少或消失的时段。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述热回收蒸汽发生器包括位于产生所述热烟气的热烟气发生器的下游的高压蒸汽蒸发器，在所述高压蒸汽蒸发器中产生高压蒸汽，由此冷却所述热烟气，并且所述中压蒸汽过热器位于所述高压蒸汽蒸发器的上游。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，当所述低压蒸汽蒸发器产生中压蒸汽时，所述中压蒸汽中的一些中压蒸汽被降压以提供低压蒸汽。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述热电联产设备包括至少一个中压汽轮机，来自位于所述高压蒸汽蒸发器的上游的所述中压蒸汽过热器的过热的中压蒸汽被给送至所述中压汽轮机。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述中压汽轮机是配置成接收中压蒸汽和低压蒸汽两者的多级汽轮机。
7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，其中，输入中压蒸汽至少在一定程度上满足所述热电联产设备中对于中压蒸汽的需求的时段开始的特征为，能够获得足够的中压蒸汽来驱动所述至少一个中压汽轮机。
8.根据权利要求6所述的方法，所述方法包括：当降低所述低压蒸汽蒸发器的运行压力以将产生中压蒸汽改变为产生低压蒸汽时，将来自所述低压蒸汽蒸发器的蒸汽排出或冷凝，直至所述低压蒸汽蒸发器的压力已经降低至低压蒸汽设定点压力为止，然后将所述低压蒸汽给送至所述中压汽轮机的低压级。
9.根据权利要求1至2或4至8中的任一项所述的方法，其中，所述热回收蒸汽发生器包括：位于所述热烟气发生器下游的高压蒸汽蒸发器，在所述高压蒸汽蒸发器中产生高压蒸汽从而冷却热烟气；以及位于所述热烟气发生器与所述高压蒸汽蒸发器之间的至少一个高压蒸汽过热器，在所述高压蒸汽过热器中至少使来自所述高压蒸汽蒸发器的高压蒸汽过热从而冷却热烟气，所述方法包括，当由于没有足够质量流量的输入高压蒸汽输入至所述高压蒸汽过热器而导致在所述热烟气发生器的下游、所述高压蒸汽蒸发器的上游的热烟气中移除的热量不足、以至于所述高压蒸汽过热器下游的热烟气的温度将上升或提高至预定限度或预定限度之上时，通过将锅炉给送水或冷凝水注入所述高压蒸汽过热器内的蒸汽或被给送至所述高压蒸汽过热器的蒸汽中而使所述蒸汽急冷，以在所述高压蒸汽过热器中产生或生产高压蒸汽，由此使从所述热烟气移除的热量增加并且因此降低所述高压蒸汽过热器的下游的热烟气的温度。
10.根据权利要求3所述的方法，其中，所述热回收蒸汽发生器包括位于所述热烟气发生器与所述高压蒸汽蒸发器之间的至少一个高压蒸汽过热器，在所述高压蒸汽过热器中至少使输入高压蒸汽过热从而冷却所述热烟气，所述方法包括：当由于没有足够质量流量的输入蒸汽输入至所述高压蒸汽过热器而导致在所述热烟气发生器的下游、所述高压蒸汽蒸发器的上游的热烟气中移除的热量不足、以至于所述高压蒸汽过热器下游的热烟气的温度将上升或提高至预定限度或预定限度之上时，将蒸汽从所述低压蒸汽蒸发器给送至位于所述高压蒸汽蒸发器的上游的所述中压蒸汽过热器。
11.一种热电联产设备(CHP设备)，包括：
热烟气发生器，所述热烟气发生器产生热烟气；以及
热回收蒸汽发生器(HRSG)，所述热回收蒸汽发生器位于所述热烟气发生器的下游以通过一系列的冷却步骤对热烟气进行冷却从而回收热量并且产生蒸汽，所述热回收蒸汽发生器包括：
位于所述热烟气发生器的下游的高压蒸汽蒸发器；
位于所述热烟气发生器与所述高压蒸汽蒸发器之间的至少一个高压蒸汽过热器，用以至少使来自所述高压蒸汽蒸发器的高压蒸汽过热；
至少一个中压蒸汽过热器，用以使中压蒸汽过热；以及
位于所述高压蒸汽蒸发器的下游的低压蒸汽蒸发器，所述低压蒸汽蒸发器被设计成产生至少覆盖从2巴(g)至18巴(g)的压力范围的蒸汽，并且所述低压蒸汽蒸发器设置有控制系统，所述控制系统能够选择性地设定成对所述低压蒸汽蒸发器的压力进行控制，使得通过所述低压蒸汽蒸发器产生低压蒸汽或者中压蒸汽。
12.根据权利要求11所述的热电联产设备，其中，所述中压蒸汽过热器位于所述高压蒸汽蒸发器的上游。
13.根据权利要求12所述的热电联产设备，其中，所述热回收蒸汽发生器包括：位于所述低压蒸汽蒸发器的上游的低压蒸汽过热器以及位于所述高压蒸汽蒸发器的下游的中压蒸汽过热器，因此位于所述高压蒸汽蒸发器的下游的所述中压蒸汽过热器是第二个中压蒸汽过热器，并且所述低压蒸汽过热器在所述高压蒸汽过热器与位于所述高压蒸汽蒸发器的下游的所述中压蒸汽过热器之间。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的热电联产设备，其中，所述热回收蒸汽发生器配置成选择性地将来自所述低压蒸汽蒸发器的蒸汽给送至位于所述高压蒸汽蒸发器的上游的所述中压蒸汽过热器。
15.根据权利要求11至14中的任一项所述的热电联产设备，所述热电联产设备包括与高压蒸汽过热器流动连通并且与锅炉给送水或冷凝水的供给源流动连通的急冷设施，所述急冷设施配置成通过将锅炉给送水或冷凝水注入所述高压蒸汽过热器内的高压蒸汽或被给送至所述高压蒸汽过热器的高压蒸汽中而使所述高压蒸汽急冷，以在所述高压蒸汽过热器中产生高压蒸汽，由此使从所述热烟气移除的热量增加，并且因此降低所述高压蒸汽过热器的下游的热烟气的温度。
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