CN107208875A - 废热蒸汽发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种废热蒸汽发生器，特别是具有直立式构造的废热蒸汽发生器，其具有其中布置有至少一个蒸发器加热表面(12)和至少一个预热器加热表面(11)的废气通道(10)。至少一个蒸发器加热表面(12)和至少一个预热器加热表面(11)被连接在一起使得至少一个预热器加热表面(11)沿给水侧被布置在至少一个蒸发器加热表面(12)的上游。废热蒸汽发生器还包括沿给水侧布置在至少一个蒸发器加热表面(12)的下游的分水器(20，20’)。过量管长度系统布置在废气通道(10)之外并沿给水侧布置在至少一个预热器加热表面(11)和至少一个蒸发器加热表面(12)之间，所述系统被设计为使得给水在完全填充至少一个预热器加热表面(11)之后导致过量管长度系统的上水管(15’)中的溢出并且因此经由下水管(15”)到达至少一个蒸发器加热表面(12)。

Description

废热蒸汽发生器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的废热蒸汽发生器。
背景技术
在燃气和蒸汽轮机厂中，使用从燃气轮机排出的废气来产生用于蒸汽轮机的蒸汽。在这种情况下，热传递发生在被布置在燃气轮机下游的废热蒸汽发生器中，并且在废热蒸汽发生器中的废气通道中布置有多个热表面，用于对给水进行预热、产生蒸汽、以及随后使蒸汽过热。为此，将这些加热表面连接到蒸汽轮机的给水/蒸汽回路，从而使得在所述回路中流动的介质依次流过这些加热表面。
针对在废气侧的燃气轮机下游所布置的废热蒸汽发生器，考虑了多种可选设计概念，即，将其设计为单流(once-through)蒸汽发生器，或设计为循环蒸汽发生器。在单流蒸汽发生器中，对蒸发器加热表面的蒸发器管的加热会导致流动介质在单次通过时即被蒸发。
当启动废热蒸汽发生器时，可能发生所谓的水喷射。水喷射出现在存在于蒸发管中的流动介质的蒸发首次发生时，而蒸发是由在启动之后开始的对蒸发器管的加热所导致的。例如，如果在蒸发器管的中央发生蒸发，则存在于下游的水量(也称为“水塞”)会被推到相应的蒸发器管之外。为了将未蒸发的流动介质从蒸发器管流动到下游过热器加热表面的可能性安全地排除，通常在蒸发器加热表面和下游过热器加热表面之间设置分水器。在所述分水器中所分离的水继而被馈送到膨胀装置。通常，在空气膨胀装置的膨胀期间所形成的蒸汽被排放到周围环境中，这极大地促进了在废热锅炉的启动期间的水损失。在空气膨胀器的膨胀期间所累积的水可以被再次馈送到给水/蒸汽回路。在废热蒸汽发生器的启动期间，由于将水引导到了空气膨胀器中而增加了能量损耗。
目前，如果要最大可能程度地避免启动期间的这种水喷射，简单易行的解决方案是将加热表面布置在阀的下游，以使得可以对流动到下游蒸发器加热表面中的给水量进行调节。然而，在这种情况下，必须按照较高的泵压力来设计预热器系统，这会导致额外的成本。
发明内容
本发明的目的是提供一种克服上述在启动期间的缺点的废热蒸汽发生器。
所述目的通过具有权利要求1的特征的废热蒸汽发生器实现。
由于在废气通道之外、并且在给水侧的至少一个预热器加热表面和至少一个蒸发器加热表面之间设置有过量管长度系统(excess pipe length system)，其中该过量管长度系统被构造为：在至少一个预热器加热表面被完全填满之后，给水在过量管长度系统的上水管中到达溢流部，并从而经由下水管通入至少一个蒸发器加热表面中，因此尽管预加热器表面被完全填充，但至少一个蒸发器加热表面中的水位仍有可能被按需设置。与现有方案相比，由于不在预加热器加热表面的下游设置阀，因此可以以相对较低的设计压力来设计在废热蒸汽发生器的蒸汽侧的这些压力部件。
总之，根据本发明的布置使得在启动废热蒸汽发生器期间的水损失得以显著降低，并且因此具有相对较小的能量损失。另外，与已有方案相比，根据本发明的废热蒸汽发生器的成本大幅降低。此外，由于根据本发明的具有过量管长度系统的废热蒸汽发生器的设计和布置，废气预热器系统(其包括至少一个预热器加热表面)总是被完全填充，因此下游分水器可以被悬挂在相对较低的位置。这使得在该区域中具有相对较短的管线，并且由此进一步节约了成本。
优选地，在至少一个蒸发器加热表面和空气膨胀装置之间设置具有用于使至少一个蒸发器加热表面脱水的至少一个脱水阀的脱水线，和/或在过量管长度系统的溢流部和分水器的蒸汽排放管之间设置具有通风阀的通风线。在这些辅助线中所布置的阀可以用于：在每个启动状态之前，与系统压力相独立地调节至少一个蒸发器加热表面中的给水的水位。
为了测量蒸发器加热表面中的水位，将安装合适的水位测量装置。为此，优选地，与至少一个蒸发器加热表面相平行地设置测量线和压力测量装置，用以测量在至少一个蒸发器加热表面中的给水的水位。
附图说明
现在将基于以下附图以示例的方式说明本发明，其中：
图1示意性地示出废热蒸汽发生器的已知布置；
图2示意性地示出针对废热蒸汽发生器的改进的方案的已知布置；
图3示意性地示出根据本发明的废热蒸汽发生器的设计和布置。
具体实施方式
图1以高度示意性的方式示出了当前已知的直立式构造的废热蒸汽发生器的基本结构。来自(未更详细示出的)燃气轮机的废气从底部经过废热蒸汽发生器的废气通道10流动到顶部。在废气通道10内，在竖直方向上布置有多个加热表面11、12，来自蒸汽轮机的给水/蒸汽回路的流动介质流过该多个加热表面。在此，热量从废气被传递到流动介质，从而可被用于在蒸汽轮机中的进一步能量转换，从而产生使燃气和蒸汽轮机厂具有相对高的效率程度。
各个加热表面布置在废气通道10中，使得预热器加热表面11在废气侧原则上布置在至少一个蒸发器加热表面12的下游并且进而布置在过热器加热表面(未示出)的下游。然而，当前已知的布置具有明显更为复杂的结构，其具有部分互相接合的布置。相反，在流动介质侧，预热器加热表面11被布置在实际的蒸发器加热表面12的下游，使得流入到预热器加热表面11中的冷却的给水13在废气通道10的相对较冷的部分被适度地加热，并且在此之后才在废气通道10的相对较热的部分在布置在其中的蒸发器加热表面12中被蒸发。
每一个加热表面11、12由多重管组成，多重管被布置为彼此紧邻并且经由相应的—示意性描述的—加热表面11、12的输入和输出处的收集器彼此连接，使得实现流动通过加热表面的相应管组件的流动介质的均衡性。在图1示出的布置中，在排气通道10中布置有经由相应的收集器和连接线16彼此连接的三个预热器加热表面11。流出最后的预热器加热表面的流动介质然后经由另一连接线15被引导到蒸发器加热表面12中。在示出的单个蒸发器加热表面12的输出处，具有经由另一收集器和另一连接线14去往分水器20的链路。因此，在启动废热蒸发器期间从蒸发器加热表面12喷射的未蒸发流动介质与蒸发的流动介质一起被引进到分水器20，并在分水器中被分离。蒸发的流动介质可以经由蒸汽线21被馈送到例如另一过热器加热表面，而未蒸发的流动介质可以经由排水阀25和空气膨胀装置30被馈送到给水/蒸汽回路，部分未蒸发的流动介质被再次用作给水。
不同于图1中示出的所有加热表面11、12必须在启动之前完全填充的布置，图2示出了可以调节流入到蒸发器加热表面12的给水的布置。为此，在连接线15中，在最后的预热器加热表面和蒸发器加热表面12之间设置有阀17，并且在蒸发器加热表面12和空气膨胀装置30之间设置有具有阀24的脱水线23。此外，平行于蒸发器加热表面12设置有测量线18和用于测量蒸发器加热表面12中的给水水位的压力测量装置19。通过阀17、24可调节的蒸发器加热表面12的这种(部分)填充能够减少在启动期间从蒸发器加热表面12喷射的水。
如下方式可能实现显著的改进：如图3所示，在排气通道10外部并且在给水侧在最后的预热器加热表面11和蒸发器加热表面12之间，布置过量管长度系统，该过量管长度系统以如下方式设计，即，在预热器加热表面11被完全填充之后，过量管长度系统的上水管15’中的给水到达溢流部15”’，并且由此经由下水管15”通入蒸发器加热表面12。不同于图2中所示的布置，这里，给水可以按照进过调节的方式被引入到下游蒸发器加热表面12，而不需要在预热器加热表面11中进一步加压。因此，在启动燃气和蒸汽轮机厂之前，蒸发器加热表面12可以被部分地填充到能够实现最小水喷射与最佳启动时间之间的最优化的程度。
一些附加措施允许在每次启动状态之前独立于系统压力来调节蒸发器加热表面12中的给水的水位，这样的措施例如用于对蒸发器加热表面12进行脱水的脱水阀24’、25和/或具有通风阀26的通风线27。为了测量蒸发器加热表面12中的水位以便调节，还另外安装有适当的水位测量装置。为此，有利地并且仍如图2所示，平行于至少一个蒸发器加热表面12设置有测量线18和压力测量装置19以用于测量至少一个蒸发器加热表面12中的给水水位。由于通风线连接到蒸汽线21以便将蒸汽从分水器20’排出而不是直接排放到空气中，因此可以在蒸汽加热表面中没有任何明显压降的情况下，实现过量管长度的排风。由于阀24被整合到阀25的上游，阀24可以被设计为简单的“开/闭”阀，而借助于阀25对蒸发器加热表面12的脱水进行实际调节。

Claims (4)

1.一种废热蒸汽发生器，特别是直立式构造的废热蒸汽发生器，包括：
-废气通道(10)，在所述废气通道(10)中布置有至少一个蒸发器加热表面(12)和至少一个预热器加热表面(11)，其中，所述至少一个蒸发器加热表面(12)和所述至少一个预热器加热表面(11)彼此连接，使得在给水侧所述至少一个预热器加热表面(11)布置在所述至少一个蒸发器加热表面(12)的上游，以及
-分水器(20、20’)，所述分水器(20、20’)在所述给水侧布置在所述至少一个蒸发器加热表面(12)的下游，
其特征在于，
在所述废气通道(10)外部并且在所述给水侧在所述至少一个预热器加热表面(11)和所述至少一个蒸发器加热表面(12)之间布置有过量管长度系统，其中，所述过量管长度系统被设计为，使得在完全填充所述至少一个预热器加热表面(11)之后，所述过量管长度系统的上水管(15’)中的给水到达溢流部(15”’)并且因此经由下水管(15”)通入所述至少一个蒸发器加热表面(12)中。
2.根据权利要求1所述的废热蒸汽发生器，其特征在于，
在所述至少一个蒸发器加热表面(12)和空气膨胀装置(30)之间设置有脱水线(23)，所述脱水线(23)具有用于使所述至少一个蒸发器加热表面(12)脱水的至少一个脱水阀(24’、24、25)。
3.根据权利要求1或2所述的废热蒸汽发生器，其特征在于，
在所述过量管长度系统的溢流部(15”’)和所述分水器(20、20’)的蒸汽排放管(21)之间设置有通风线(27)，所述通风线(27)具有通风阀(26)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的废热蒸汽发生器，其特征在于，
平行于所述至少一个蒸发器加热表面(12)设置有测量线(18)和压力测量装置(19)，所述压力测量装置(19)用于测量在所述至少一个蒸发器加热表面(12)中的给水的水位。
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