CN106605042A - 结合热力水处理装置运行汽轮机装置的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种结合热力水处理装置运行汽轮机装置的设备和方法，包括用于将汽轮机废气中的水蒸汽冷凝为原水的第一凝汽器、用于借助原水和空气工作的蒸发器，其中在蒸发器内进行物质转换和热转换、用于收集浓集有杂质的原水的贮罐、用于在蒸发器后冷凝空气中净水的第二凝汽器、以及至少一台用于借助净水运行的汽轮机。

Description

结合热力水处理装置运行汽轮机装置的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种结合热力水处理装置运行汽轮机装置的方法和设备，所述热力水处理装置用于净化汽轮机过程废气中的冷凝水。

背景技术

火电厂属于发电用电厂的主要结构方式。对这种电厂水循环中的锅炉给水的水源有高的要求。当锅炉给水汽化为蒸汽时，根据结构方式在高温表面上流动的水完全转变为气相。在此过程中，锅炉给水中所有非挥发性成分均沉积在此高温表面上。这些沉积层不利地阻碍传热或导致例如阀的机械故障。此外，在锅炉给水中许多无机成分导致进一步增大水汽循环中构件的腐蚀倾向。其结果是会在构件，尤其钢制构件内造成应力裂纹。

为了降低水汽循环内水或水蒸汽的腐蚀性存在不同的调节方法。属于这种方法的首先是水的碱化和规定氧剂量。不仅高的pH值，而且高的氧化还原电位(Redoxspannung)，均会导致降低氧化铁的溶解度。然而，用固体碱化剂碱化可能不利地无法用于连续式加热器中，因为水在那里完全蒸发，并因而出现沉积层。所以在这种情况下往往使用氨作为挥发性碱化剂。

为了净化含杂质的锅炉给水，已知不同的处理方法。这些方法通常基于离子交换作用。然而，离子交换过程也可能成为污染源。树脂材料的降解产物会不利地沉积在水汽循环不同构件的干燥表面上。此外，净化锅炉给水也可以通过反渗透过程实现。不过在反渗透时输入大量原水不利地导致降低反渗透的通量(Flux)。除此之外，已知的这些方法能耗很高。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能克服上述缺点、用于水汽循环水处理的方法和设备。

此目的借助按照权利要求1所述方法以及借助按照权利要求9所述设备达到。

按本发明结合热力水处理装置运行汽轮机装置的方法包括多个步骤。首先，在第一凝汽器中将来自汽轮机装置的水蒸汽冷凝为原水。将至少部分原水与传输用气体一起输入蒸发器，在蒸发器内原水与传输用气体之间进行物质转换和热转换。原水与传输用气体反向(亦即“逆流”)流入蒸发器。此时在蒸发器中传输用气体被加热，并由传输用气体接纳原水中的净水，以及原水被冷却并将杂质，尤其难以挥发的杂质浓集在原水中。在蒸发器后将浓集有杂质的原水收集在贮罐内。将承载有净水的传输用气体引入第二凝汽器。在第二凝汽器中冷凝传输用气体中的净水，以及用来自贮罐的原水冷却第二凝汽器。接着，将净水引回汽轮机装置的水汽循环。将在第二凝汽器中预热的原水引向第一加热器，以及将来自汽轮机装置或水汽循环的热量传输给预热的原水。在这之后，将预热的原水从加热器引入蒸发器。

结合热力水处理装置运行汽轮机装置的设备，包括用于将来自汽轮机装置的水蒸汽冷凝为原水的第一凝汽器。此外它还包括借助原水和传输用气体工作的蒸发器，其中，在蒸发器内进行物质转换和热转换。此外所述设备还包括贮罐，用于收集浓集有杂质的原水。所述设备还包括第二凝汽器，用于在蒸发器后冷凝传输用气体中的净水。所述设备还包括至少一台借助至少部分净水运行的汽轮机。

按本发明的方法和设备，有利地，不仅利用来自汽轮机过程和水汽循环、尤其锅炉的热量，而且利用汽轮机废气的成分，尤其水蒸汽。汽轮机废气中原水的汽化按强迫对流原理工作。原水冷却的第二凝汽器有利地保证回收汽化热。水和传输用气体有利地反向或逆流流过蒸发器。在这种情况下，在逆流过程中提高传输用气体的温度，而降低原水的温度。在蒸发器的一个高度或分离阶段，空气温度低于原水温度。通过耦合热流，有利地做到汽轮机锅炉给水净化过程低的电能需求和低的运行成本。此外，使用本方法还能与原水的质量无关，获得清除难挥发成分后完全脱盐的水作为具有相同产品质量的产品。有利地，只在低的温度水平时必须提供热量。这种水处理几乎不附加消耗电能便足以进行。所需要的热能有利地取自汽轮机装置或水汽循环。水汽循环典型地包括至少一台锅炉，多个凝汽器和加热器。

按本发明一种有利的进一步发展，原水中含有氨，作为汽轮机过程的锅炉给水的调节剂。此外，在蒸发器前调整原水的pH值成酸性，从而在蒸发器中将氨留在原水内。氨本身是一种易挥发成分。水中的氨可以调节为，使氨作为铵离子存在。对于比氨的pKs值9.2低至少一个pH单位的低pH值便是这种情况。若氨在水中水解后作为铵离子存在，便丧失其挥发性。由此可使它在蒸发器中分离，因为它不转变为气相。

同样可以设想，在净化后氨仍应存在于水中，以影响水的腐蚀特性。按本发明有利的进一步发展，pH值选择为如此高，亦即使它高于氨的pKs值，从而使氨易挥发并转移到传输用气体中，由此可以在凝汽器中与净化水一起回收。在这种情况下已调节的水可作为锅炉给水提供使用。

按本发明的一项设计，在贮罐内添加新原水。这种原水尤其是来自汽轮机废气的冷凝水。所述原水也可以是河水、海水或废水，或源出于其他水源。通过蒸发或汽化过程还有可能使用严重污染的排水。根据这种由汽轮机废气的冷凝物生成的原水的量，还可以将其他水输送给过程。

按本发明另一项设计，在蒸发器内的原水温度为60℃至100℃。通过这种低的温度水平，有利地有可能仅借助水汽循环尤其锅炉的废热，或汽轮机的废气加热原水。其有利的结果是非常节省能量。

按本发明另一项有利的设计，加热器借助汽轮机过程的锅炉废气热量工作。因此，所述水处理有利地几乎不附加消耗电能便足够了。所需要的热能有利地完全取自水汽循环或汽轮机过程的废气。

按本发明另一项设计，蒸发器是降膜蒸发器或喷淋式蒸发器。在这些蒸发器实施形式中，有利地在传输用气体，尤其空气，与原水之间的接触面特别大，以便于能实施物质转换和热转换。典型地，传输用气体从下向上，原水从上向下导引。

附图说明

下面参见附图借助实施例说明本发明。附图中：

图1表示一种设备，包括水汽循环、透平、凝汽器和热力水处理装置；以及

图2表示热力水处理装置，包括蒸发器和凝汽器。

具体实施方式

图1表示一种设备1，包括与热力水处理装置5耦合的汽轮机发电厂。作为示例图1中只表示了一个透平级2。锅炉4借助热量供应12，典型地外部热源，由锅炉给水14生成新蒸汽7。新蒸汽7接着引入透平2发电。锅炉4中形成的废气引向加热器15，它给热力水处理装置5的原水10加热。蒸汽8离开透平2并接着在第一凝汽器3内凝结成冷凝水9。部分冷凝水9作为原水10引入热力水处理装置5。同样可能的是，将全部冷凝水9导入热力水处理装置5。可以从另一个外源为热力水处理装置5添补附加的新原水11。它例如可以是海水或河水。在水处理装置5后，浓集有杂质的原水19离开热力水处理装置5。此外，净化水22也离开热力水处理装置5。锅炉给水14接着重新供给锅炉4。根据蒸汽8或冷凝水9含杂质的程度，净化的锅炉给水14部分可以与未净化的部分冷凝水9混合成锅炉给水14。对于在锅炉4内发生蒸汽后的废气6热量过低的情况，可以在水汽循环不同地点，在多个透平级的情况下也可以在级之间，吸取热量给加热器15加热。

图2详细表示热力水处理装置5。热力水处理装置5的主要部分是蒸发器。在本示例中具体使用喷淋式蒸发器16。在这里，要净化的原水10从上向下流过具有某种结构的蒸发器堆集。空气13作为传输用气体从下向上通过喷淋式蒸发器16导引。在喷淋式蒸发器16中的温度处于60℃与100℃之间的范围内。喷淋式蒸发器16借助水在对流支持下的汽化进行工作。净水汽化后进入逆流导引的空气13中，以及接着可以在第二凝汽器17内重新凝结，并作为清洁的水22返回锅炉4。第二凝汽器17用原水10冷却。已加热的原水18然后流过加热器15，目的是将原水置于一个在喷淋式蒸发器16内所需要的温度。原水18接着在恰当的蒸发器材料上方喷洒。作为这些材料尤其使用具有某种结构的塑料、金属或纤维素堆集，它们有单位表面面积为100m²/m³至300m²/m³。

水流喷淋式蒸发器16逆流工作。这意味着向下流动的原水18温度从喷淋式蒸发器16的顶端到低部下降，因为通过汽化和加热空气从水中吸取了能量。反之，反向流动的空气温度则从喷淋式蒸发器16的低部到顶端上升。在分离阶段，亦即在喷淋式蒸发器16内的一个高度上，空气的温度始终保持低于原水温度。通过从降落的水向上升的空气进行传热并相应地提升温度，空气可以在水流喷淋式蒸发器16的上部区内吸纳更多的水蒸汽。浓集有杂质的原水19部分存放在贮罐20内进行储存，部分输出系统。根据所需要的锅炉给水14的量以及根据浓集杂质的原水19的品质，用新原水11充填贮罐20。新原水11一方面可以是来自透平2的冷凝水，但另一方面也可以是来自其他水源的水，例如河水、海水或净化装置的废水。采用汽化法的优点是，甚至能处理严重污染的排水。

典型地，锅炉给水14在为了运行汽轮机而生成蒸汽前，冷凝为使之降低腐蚀倾向。这例如通过添加挥发性碱化剂，尤其氨实现。与作用原理有关，一般的氨浓度处于从0.5mg/L至1mg/L的范围内(添加了磷酸盐)，或>5mg/L(未添加磷酸盐)。当然，氨在浓度过高并与杂质离子如磷酸盐等值的情况下，在水汽循环内，尤其基于生成铵盐，会重新导致腐蚀。因此根据作用原理可能有必要将在热力水处理装置5中的氨从系统中去除。氨是一种挥发性成分，以及在水流喷淋式蒸发器16内无需调节原水温度便转变为气相，并因而成为净水的负担。为避免这种情况，将原水18的pH值调整为比氨的pKs值为9.2低至少一个pH单位。在这种pH范围内，氨作为铵离子存在于水中。铵离子是水解性的并因而较少挥发。因此它在水流喷淋式蒸发器16中并不转变为气相，而是与浓集有杂质的原水19一起离开水流喷淋式蒸发器16。然后氨可以按期望的浓度重新添加入锅炉给水14。

对于不应从原水10将氨去除的情况，pH值可以选择为比pKs值为9.2高至少一个pH单位。因此氨可以与加载有净化水的空气21一起引入第二凝汽器17内。这种水可以直接作为已调节的锅炉给水14返回透平2的水汽循环中。然而，在这种运行方式中，氨基于其高的蒸汽压力，所以富集在水处理装置的冷凝水内。

去除氨的必要性与多种因素有关。首先决定性的是锅炉给水调节的方式。对于必须限制氨浓度的情况，应注意是否如图1所示在透平2后直接将部分冷凝水9重新导入锅炉4中。对于将部分冷凝水9不加以处理直接导入锅炉4的情况，则净化还取决于此冷凝水9的量与所使用的原水10量之比。这种未净化的冷凝水9含有一定浓度的氨。现在根据此浓度必须在热力水处理装置5内相应地减少氨，将锅炉给水14内的氨调整为期望的浓度。

在不应完全从原水10去除氨，但也不应完全留在原水10中，或甚至应加浓的情况下，存在可能性，通过在(pKs-1)<pH<(pKs+1)的范围内相应选择pH值，调整为期望的氨浓度。

Claims (10)

1.一种结合热力水处理装置(5)运行汽轮机装置的方法，包括下列步骤：

-在第一凝汽器(3)中将来自汽轮机装置的水蒸汽冷凝为原水，

-将传输用气体(13)和至少部分原水(10)供给蒸发器(16)，在蒸发器(16)内原水(10)与传输用气体(13)之间进行物质转换和热转换，

-原水(10)与传输用气体(13)反向流入蒸发器(16)，此时在蒸发器(16)中传输用气体(13)被加热并接纳原水(10)中的净水，以及原水(10)被冷却并浓集杂质，

-在蒸发器(16)后将浓集有杂质的原水(10)收集在贮罐(20)内，

-将承载有净水的传输用气体(21)引入第二凝汽器(17)，

-在第二凝汽器(17)中冷凝传输用气体(21)中的净水(22)，以及用来自贮罐(20)的原水(10)冷却第二凝汽器(17)，

-将净水(22)引入汽轮机装置(2)的水汽循环中，

-将预热的原水(18)从第二凝汽器(17)引向第一加热器(15)，以及将来自汽轮机装置或水汽循环的热量传输给预热的原水(18)，

-将预热的原水(18)从加热器(15)引入蒸发器(16)。

2.按照权利要求1所述的方法，其中，原水(10)含有氨，以及调整原水(10)的pH值成酸性，从而在蒸发器(16)中将氨留在原水(10)内。

3.按照权利要求1所述的方法，其中，原水(10)含有氨，以及调整原水(10)的pH值为碱性，从而将氨转移到传输用气体(13)内。

4.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，在贮罐(20)内加入新原水(11)。

5.按照权利要求4所述的方法，其中，新原水(11)是汽轮机废气的凝结水、河水、海水或废水。

6.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，在蒸发器(16)内的原水(18)温度在60℃至100℃范围内。

7.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，加热器(15)借助水汽循环中锅炉(4)废气(6)的热量工作。

8.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，使用空气作为传输用气体(13)。

9.一种结合热力水处理装置(5)运行汽轮机装置的设备，包括

-第一凝汽器(3)，用于将来自汽轮机装置的水蒸汽冷凝为原水(10)，

-蒸发器(16)，用于借助原水(10)和传输用气体(13)工作，其中，在蒸发器(16)内进行物质转换和热转换，

-贮罐(20)，用于收集浓集有杂质的原水(19)，

-第二凝汽器(17)，用于在蒸发器(16)后冷凝传输用气体(21)中的净水，

-至少一台汽轮机(2)，用于借助至少部分净水(22)运行。

10.按照权利要求9所述的设备，其中，蒸发器是降膜蒸发器或喷淋式蒸发器(16)。