CN107795345A - 蒸气设施和用于运行蒸气设施的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种蒸气设施和用于运行蒸气设施的方法，该蒸气设施能够节能地运行、具有尽可能高的效率和/或能够不用添加剂进行氮氧化物还原，建议蒸气设施包括：燃气涡轮装置，其具有压缩机、燃烧室和涡轮机；用于产生蒸气和将蒸气供给至燃烧室的蒸气装置；用于排出在燃烧室中产生的排气的排气管道；热交换器，一方面的排气管道和另一方面的蒸气装置借由热交换器互相热耦接或者能够互相热耦接；冷凝装置，一方面的排气管道和另一方面的蒸气装置借由冷凝装置互相热耦接或者能够互相热耦接。

Description

蒸气设施和用于运行蒸气设施的方法
技术领域
本发明涉及一种蒸气设施，例如发电厂、特别是燃气-蒸气涡轮发电厂。
背景技术
现有蒸气设施存在如下缺陷：不够节能，效率也不够高，需要用添加剂进行氮氧化物还原。
发明内容
本发明的目的在于提供一种蒸气设施，其能够节能地运行，具有尽可能高的效率和/或能够不用添加剂进行氮氧化物还原。
根据本发明通过下述蒸气设施达到这一目的。
优选地，根据本发明的蒸气设施包括燃气涡轮装置，燃气涡轮装置包括压缩机、燃烧室和涡轮机。
此外优选地，蒸气设施包括用于产生蒸气和用于将蒸气的至少一部分供给至燃烧室的蒸气装置。
此外可设置为，蒸气设施包括用于排出在燃烧室中产生的排气的排气管道。
此外优选地，蒸气设施包括热交换器，一方面的排气管道和另一方面的蒸气装置借由该热交换器互相热耦接或者能够互相热耦接。
可为有利的是，蒸气设施包括冷凝装置，一方面的排气管道和另一方面的蒸气装置借由冷凝装置互相热耦接或者能够互相热耦接。
特别地，冷凝装置是与热交换器不同的装置，例如是空间上和/或功能上分开的装置。
优选地，根据本发明的蒸气设施是发电厂。特别地，发电厂是燃气-蒸气涡轮燃气-蒸气涡轮发电厂。
特别地，蒸气是水蒸气。
优选地，通过根据本发明的蒸气设施包括由热交换器和冷凝装置组成的组合，一方面可以非常有效地将大量热量从排气传递至蒸气装置中引导的流体，特别是液体或者蒸气。另一方面，由此优选地可以压缩含在排气中的蒸气，以便回收利用含在排气中的蒸气的蒸发焓。由此优选地，整个蒸气设施可以特别节能地以及高效地运行。
可为有利的是，蒸气装置包括液体管道。
优选地，一方面的排气管道和另一方面的液体管道借由冷凝装置互相热耦接或能够互相热耦接。
也可特别设置为，蒸气装置的液体管道穿过冷凝装置热耦接或沿着冷凝装置热耦接并且特别是延伸到热交换器，一方面的排气管道和另一方面的蒸气装置借由热交换器互相热耦接或能够互相热耦接。
在此特别地，该热交换器用于加热在液体管道中引导的液体，直到该液体蒸发和/或在此产生的蒸气过热。
因此特别地，热交换器是在一方面的蒸气装置的液体管道和另一方面的蒸气装置的蒸气管道之间的过渡区域，一方面的排气管道和另一方面的蒸气装置借由热交换器互相热耦接或能够互相热耦接。
特别地，热交换器是所谓的废热锅炉或者热回收蒸气发生器(HRSG)。
优选地，冷凝装置包括用于容纳和/或储存排气的冷凝物的储存容器。
特别地，排气的冷凝物是来自冷凝装置的冷凝物。
可为有利的是，冷凝装置包括回流装置，借由回流装置能够将排气的冷凝物以液体的方式供给至蒸气装置的液体管道。
优选地，冷凝装置相对于排气管道中的排气的流动方向布置在热交换器的下游，一方面的排气管道和另一方面的蒸气装置借由热交换器互相热耦接或能够互相热耦接。
可为有利的是，蒸气设施包括一个或多个用于净化排气的催化装置。
示例性地，将催化装置相对于排气管道中的排气的流动方向布置在热交换器的上游，一方面的排气管道和另一方面的蒸气装置借由热交换器互相热耦接或能够互相热耦接。
对此替代或补充地可设置为，将催化装置相对于排气管道中的排气的流动方向布置在冷凝装置和热交换器之间，一方面的排气管道和另一方面的蒸气装置借由热交换器互相热耦接或能够互相热耦接。
此外可以设置为，蒸气设施包括两个或更多个催化装置，其中优选地催化装置分别布置在前述位置之一处。
优选地，借由一个或多个催化装置能够将在排气中含有的物质、特别是杂质以放热的方式化学转化。优选地，将由此释放的热量用于加热排气气流。特别地，排气气流吸收和/或带走在排气中含有的物质在放热化学转化过程中释放的热量。这可以例如称为催化诱导的排气加热。
优选这样加热排气气流，从而能够部分地或者至少接近全部地补偿特别是由于将蒸气供给至燃烧室而产生的热缺陷。
示例性地可以设置为，通过由一方面是加热被催化诱导的排气和另一方面是冷凝排气组分形成的组合，能够部分地或者至少接近全部地补偿由于将蒸气供给至燃烧室而产生的热缺陷。
在本发明的实施方案中可设置为，蒸气设施包括回收装置，借由回收装置能够将在排气中包含的热至少部分地传递给待供给至燃烧室的气流的至少一部分。
特别地，气流是供给空气流。
特别地，借由燃气涡轮装置的空气供给管能够将气流、特别是供给空气流供给至压缩机并且随后供给至燃气涡轮装置的燃烧室。
特别地，回收装置包括热交换器，空气供给管和排气管道借由热交换器互相热耦接或者能够互相热耦接。
特别地，热交换器相对于供给空气流的流动方向在此布置在压缩机的下游和/或燃烧室的上游。
此外可以设置为，回收装置的热交换器相对于排气的流动方向布置在涡轮机的下游和/或催化装置和/或热交换器的上游，一方面的排气管道和另一方面的蒸气装置借由热交换器互相热耦接或者能够互相热耦接。
此外，本发明涉及一种用于运行蒸气设施，例如发电厂、特别是燃气-蒸气涡轮发电厂的方法。
对此，本发明的目的在于提供一种方法，借由该方法蒸气设施能够节能地且尽可能高效率地运行。
特别地，该方法适用于运行根据本发明的蒸气设施。
根据本发明，通过独立的方法技术方案达到这一目的。
优选地，根据本发明的方法包括下列方法步骤的一个或多个或者全部步骤：
在蒸气设施的燃气涡轮装置的燃烧室中转化燃料和氧化剂；
将蒸气供给至燃烧室；
将在燃烧室中产生的排气从燃烧室中排出；
借由热交换器将排气中的热传递到用于产生蒸气的蒸气装置；
借由冷凝装置冷凝排气中含有的蒸气的至少一部分。
特别地，在根据本发明的方法中，无需注射氨和/或尿素或者另外供给排气净化辅助剂，并且至少在现实有效的和预期的排放要求的通常条件下，也不必注射氨和/或尿素或者另外供给排气净化辅助剂。
优选地，通过将蒸气供给至燃烧室使燃烧室中的温度充分下降，以减少或者至少尽可能防止氮氧化物的产生。
在本发明的实施方案中可设置为，在排气中的热被传递至蒸气装置之后，特别是在排气管道区域的压力比条件下，直接位于热交换器下游的排气的温度高于水的露点。
此外可以设置为，特别在排气管道区域的压力水平下，借由冷凝装置将排气的温度降低到水的露点以下。
可为有利的是，相对于排气的流动方向，在冷凝装置的上游的排气的温度高于水的露点。
优选地，相对于排气的流动方向，在冷凝装置下游、特别是直接在冷凝装置下游的排气的温度低于水的露点。
因此优选地，为了尽可能地再次有效利用排气中含有的热，分两个步骤降低排气的温度：为了使在蒸气装置中引导的流体、特别是液体和/或蒸气蒸发和/或过热，在第一步骤中优选借由热交换器将热从排气传递到蒸气装置。优选地，在下一步骤中借由冷凝装置将排气的温度降低到水的露点以下，以便至少部分地冷凝在排气中含有的蒸气状的水并且由此能够利用蒸发焓。特别地，由此可以预热在蒸气装置的液体管道中引导的液体、特别是水。
优选地，借由催化装置使排气中含有的杂质发生化学转化。特别地，由此实现排气中含有的杂质的放热反应，由此能够加热排气管道内的排气。
特别地，借由催化装置相对于排气的流动方向在热交换器和冷凝装置之间加热排气，一方面的排气管道和另一方面的蒸气装置借由热交换器互相热耦接或能够互相热耦接。
优选地，将排气的借由冷凝装置产生的冷凝物的至少一部分再次蒸发并且供给至燃烧室。
为此特别地，将冷凝物供给至蒸气装置的液体管道然后首先在冷凝装置中加热以及随后借由热交换器蒸发和/或过热。
优选地，这样控制和/或调整对燃烧室的蒸气供给，即排气的水含量至少大约为6体积％，优选至少大约8体积％，例如至少接近10体积％。
特别地，所谓的水含量在此与直接位于燃烧室和/或涡轮机和/或热交换器下游的排气的组成相关，一方面的排气管道和另一方面的蒸气装置借由热交换器互相热耦接或能够互相热耦接。
可为有利的是，将借由蒸气设施的蒸气装置产生的蒸气部分地供给至燃烧室并且部分地供给至蒸气设施的蒸气涡轮。
此外也可以将借由蒸气装置产生的、不供给至燃烧室的蒸气的剩余蒸气另作他用。
优选地，通过将蒸气供给至燃烧室这样提高排气的湿度，即达到燃烧室中的理论配比燃烧的典型的数值。尽管如此还是优选有剩余空气的燃烧。
优选地，通过本发明的转化能够降低燃料需求和相应地降低二氧化碳排放量。
优选地，通过使用催化装置来补偿由于供给蒸气在燃烧室中的温度降低而产生的增加的一氧化碳产物。
优选地，通过合适地控制和/或调整蒸气设施能够有目的地改变可获取的热能和可获取的电能之间的分配。
原则上，本发明适用于整个蒸气设施、发电厂和/或燃气涡轮机，其中特别是在排气管道中进行不含氨的氮氧化物还原。
优选地，蒸气设施包括用于产生电能的发电机。
特别地，发电机与燃气涡轮装置、特别是与燃气涡轮装置的轴进行力的连接并且能够将机械能转化为电能。
附图说明
本发明的其它优选特征和/或优点是以下描述和实施例图示的对象。
其中：
图1示出了蒸气设施的示意图，其中通过使用热交换器和冷凝装置进行排气的热回收，其中在热交换器和冷凝装置之间布置有催化装置；
图2示出了蒸气设施的第二实施方案的对应图1的示意图，其中相对于排气的流动方向将催化装置布置在热交换器的下游；以及
图3示出了蒸气设施的第三实施方案的对应图1的示意图，其中设置附加的回收装置。
具体实施方式
所有图示中相同或功能等效的元件设为相同的标号。
示例性地，图1中示出的整体标号为100的蒸气设施的第一实施方式为发电厂、特别是用于产生热和/或电能的燃气-蒸气涡轮发电厂。
特别地，蒸气设施100包括燃气涡轮装置102。
燃气涡轮装置102包括压缩机104、燃烧室106和涡轮机108。
燃气涡轮装置102的空气供给管110用于将空气供给至燃烧室106。
燃气涡轮装置102的燃料供给管112用于将燃料供给至燃烧室106。
借由压缩机104能够压缩通过空气供给管110供给的空气，以便最终能够将处于升高的压力条件下的空气供给至燃烧室106。
为此，由涡轮机108通过燃气涡轮装置102的轴114驱动压缩机104。
此外优选地，轴114将涡轮机108和/或压缩机104与蒸气设施100的发电机116连接。发电机116用于将机械能转化为电能。
然而替代或补充轴114地，也可以将压缩机104、涡轮机108和/或发电机116设置成以其他方式连接。
涡轮机108布置在蒸气设施100的排气管道118中，并且在此能够使来自燃烧室106的、在排气管道118中引导的排气穿流通过，用于最终实现涡轮机108、压缩机104、轴114和发电机116的部件的转动。
此外，蒸气设施100包括用于产生蒸气、特别是水蒸气的蒸气装置120。
蒸气装置120包括用于供给液体、特别是水的液体管道122。
此外，蒸气装置120包括蒸气管道124，首先在液体管道122中引导并且随后蒸发的液体能够以蒸气状通过该蒸气管道。
优选地，蒸气设施100包括热交换器126，排气管道118和蒸气装置120借由热交换器互相热耦接或者能够互相热耦接。
因此特别地，借由热交换器126能够将热量从燃烧室106的排气传递至在蒸气装置120中引导的液体、特别是传递至液体管道120中引导的液体和/或在蒸气管道124中引导的蒸气。
此外，蒸气设施100包括冷凝装置128，排气管道118和蒸气装置120的液体管道122借由冷凝装置互相热耦接或者能够互相热耦接。
特别地，借由冷凝装置128可以冷凝在排气中含有的蒸气，以便在此将可获取的蒸发焓用于加热液体管道122中引导的液体。
特别地，可以借由蒸气设施100的储存容器130储存冷凝装置128中可获取的冷凝物和/或借由蒸气设施100的回流装置132将冷凝装置中可获取的冷凝物供给至蒸气装置120的液体管道122。
此外优选地，蒸气装置100包括催化装置134。
优选地，催化装置134布置在排气管道118中并且能够供排气穿流通过。
特别地，借由催化装置134可以进行排气净化。例如，通过催化装置134可以进行一氧化碳的催化氧化。为此替代地或补充地可以设置为，借由催化装置134能够以化学方式转化排气的其他或者另外的组分，特别是杂质。优选地，排气组分的化学转化以放热的方式进行，从而特别是释放了热量并且导致排气的加热。
优选地，催化装置134相对于排气管道118中的排气的流动方向136布置在热交换器126和冷凝装置128之间。
特别地，能够将借由蒸气装置120产生的蒸气经过蒸气管道124供给至燃烧室106，以提高在燃烧室106中的和/或来自燃烧室中的排气的湿度。
此外示例性地，能够将借由蒸气装置120获取的蒸气供给至蒸气设施100的蒸气涡轮138，以最终驱动发电机116或者(未示出的)另一发电机。
为此替代地或补充地也可将蒸气另作他用。示例性地，一个或多个工业制造工艺和/或一个或多个净化工艺可以使用远程供暖网中的蒸气和/或使用用于远程供暖网中的蒸气。
图1示出的蒸气设施100的实施方案如下运作：
示例性地，借由空气供给管110将空气从燃气涡轮装置102的周围抽吸，然后借由压缩机104压缩并且供给至燃烧室106。
借由燃料供给管112将燃料供给至燃烧室106。
此外，借由蒸气管道124将蒸气供给至燃烧室106。
在燃烧室106中，燃料与空气中含有的氧气发生放热化学转化。在此除了二氧化碳和水之外也可能产生不期望的有害物质，例如氮氧化物(NOx)。优选地，通过将蒸气供给至燃烧室106可以降低燃烧室106中的温度，这最终能够特别导致氮氧化物产量的降低。
因此优选地，蒸气供给能够实现燃气涡轮装置102运行时氮氧化物特别少。
在燃烧室106中释放的能量借由涡轮机108部分地转化为机械能，用于驱动轴114并且最终驱动压缩机104以及发电机116的部件。在此优选地，蒸气供给导致了涡轮机108的机械效率的提高(相对于不进行蒸气供给的燃气涡轮装置102的运行)。
在涡轮机108下游的、在排气管道118中引导的排气仍含有大量热量，为了蒸气设施100的节能运行应该继续使用这些热量。
在此优选地，借由热交换器126将排气中含有的热量的大部分传递给蒸气装置120中引导的流体。
然后在热交换器126下游将排气引导穿过催化装置134，且排气在此由于发生放热反应得以净化以及至少稍稍被再次加热。
通过将排气中含有的热量传递给液体管道122中引导的液体，然后借由冷凝装置128进一步冷却排气。特别地，在冷凝装置128中冷却排气直到其中所含的蒸气状的组分、特别是水蒸气完全冷凝。由此更加有效地利用排气中含有的热量。
那么优选地，在冷凝装置128下游将排气排放到蒸气设施100的周围。
示例性地，将在冷凝装置128中产生的冷凝物供给至用于将其储存的储存容器130和/或通过液体管道122的回流装置132供给至蒸气装置120。
因此特别地，能够将冷凝物与通过液体管道122供给的液体、特别是水一起供给至蒸气装置120中再次使用。
首先将液体管道122中引导的液体供给至冷凝装置128并且在其中通过从排气中吸收热量而加热、特别是预热。在此优选地，液体仍然保持液态。
优选地，在热交换器126中对液体进行更强的加热，这特别是会导致蒸发和/或过热。
特别地，借由热交换器126产生过热的蒸气。
然后将蒸气经过蒸气管道124部分地供给至燃烧室106并且部分地另做他用。例如为了发电而将蒸气部分地供给至蒸气涡轮138和/或部分地转移用作他途。
通过蒸气设施100包括热交换器126和冷凝装置128的组合以及优选也包括催化装置134，蒸气设施100优选地能够进行大规模地排气能源回收，由此能够最终提高蒸气设施100的能效和/或效率。
特别地，由一方面的对燃烧室106的蒸气供给和另一方面的对排气组分的冷凝组成的组合能够使蒸气设施100节能地且效率优化地运行，其中优选地，去掉和/或不需要用于氮氧化物还原的排气后续处理。
图2示出的蒸气设施100的第二实施方案与图1示出的蒸气设施100的第一实施方案的区别基本上在于，为了连接排气管道118和蒸气装置120，将催化装置134布置在热交换器126的上游。
因此，在图2示出的蒸气设施100的实施方案中，使更热的排气穿流通过催化装置134。根据选择的催化类型和/或方案，这可以有利于蒸气设施100的运行。
图2示出的蒸气设施100的实施方案的其余部分在构造和功能上与图1示出的第一实施方案相同，从而就此相对于前面的描述。
图3示出的蒸气设施100的第三实施方案与图1示出的蒸气设施100的第一实施方案的区别基本上在于，燃气涡轮装置102设置具有回收装置140。回收装置140包括热交换器142，排气管道118与空气供给管110借由热交换器热耦接或者能够热耦接。
热交换器142在此相对于空气供给管110中的空气流的流动方向144布置在压缩机104的下游和/或燃烧室106的上游。
优选地，热交换器142相对于排气管道118中的排气的流动方向136直接布置在涡轮机108的下游。
优选地，借由排气管道118的阀装置146能够调节、特别是能够控制和/或能够调整供给回收装置140或者经过回收装置并直接供给至热交换器126的排气的部分流量。
特别地，通过使用回收装置140可以优化燃气涡轮装置102的效率。
此外，图3示出的蒸气设施100的实施方案在构造和功能上与图1示出的第一实施方案相同，从而就此相对于前面的描述。
未示出的其他实施方案可以是之前描述的实施方案的特征的任意组合。
示例性地，在基本上对应于图3示出的实施方案并且因此包括回收装置140的蒸气设施100的实施方案中，也可以例如对应于图2中示出的蒸气设施100的第二实施方案另外选择催化装置134的位置。

Claims (15)

1.一种蒸气设施(100)，其包括：
-燃气涡轮装置(102)，所述燃气涡轮装置包括压缩机(104)、燃烧室(106)和涡轮机(108)；
-用于产生蒸气和将所述蒸气供给至所述燃烧室(106)的蒸气装置(120)；
-用于排出在所述燃烧室(106)中产生的排气的排气管道(118)；
-热交换器(126)，一方面的所述排气管道(118)和另一方面的所述蒸气装置(120)借由所述热交换器互相热耦接或者能够互相热耦接；
-冷凝装置(128)，一方面的所述排气管道(118)和另一方面的所述蒸气装置(120)借由所述冷凝装置互相热耦接或者能够互相热耦接。
2.根据权利要求1所述的蒸气设施(100)，其特征在于，所述蒸气装置(120)包括液体管道(122)并且一方面的所述排气管道(118)和另一方面的所述蒸气装置(120)的液体管道(122)借由所述冷凝装置(128)互相热耦接或者能够互相热耦接。
3.根据权利要求1或2所述的蒸气设施(100)，其特征在于，所述冷凝装置(128)包括用于容纳和/或储存排气的冷凝物的储存容器(130)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的蒸气设施(100)，其特征在于，所述冷凝装置(128)包括回流装置(132)，借由所述回流装置能够将排气的冷凝物以液体的方式供给所述蒸气装置(120)的液体管道(122)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的蒸气设施(100)，其特征在于，所述冷凝装置(128)相对于所述排气管道(118)中的排气的流动方向(136)布置在所述热交换器(126)的下游，一方面的所述排气管道(118)和另一方面的所述蒸气装置(120)借由所述热交换器互相热耦接或能够互相热耦接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的蒸气设施(100)，其特征在于，所述蒸气设施(100)包括用于净化排气的催化装置(134)，其中所述催化装置(134)相对于所述排气管道(118)中的排气的流动方向(136)布置在所述热交换器(126)的上游，一方面的所述排气管道(118)和另一方面的所述蒸气装置(120)借由所述热交换器互相热耦接或能够互相热耦接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的蒸气设施(100)，其特征在于，所述蒸气设施(100)包括用于净化排气的催化装置(134)，其中所述催化装置(134)相对于所述排气管道(118)中的排气的流动方向(136)布置在所述冷凝装置(128)和所述热交换器(126)之间，一方面的所述排气管道(118)和另一方面的所述蒸气装置(120)借由所述热交换器互相热耦接或能够互相热耦接。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的蒸气设施(100)，其特征在于，所述蒸气设施(100)包括回收装置(140)，借由所述回收装置能够将在排气中包含的热至少部分地传递到待供给至所述燃烧室(106)的气流。
9.一种用于运行蒸气设施(100)、特别是根据权利要求1至8中任一项所述的蒸气设施(100)的方法，其中所述方法包含下列步骤：
-在蒸气设施(100)的燃气涡轮装置(102)的燃烧室(106)中转化燃料和氧化剂；
-将蒸气供给至所述燃烧室(106)；
-将在所述燃烧室(106)中产生的排气从所述燃烧室(106)中排出；
-借由热交换器(126)将热从所述排气传递到用于产生蒸气的蒸气装置(120)；
-借由冷凝装置(128)冷凝所述排气中含有的蒸气的至少一部分。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在借由所述热交换器(126)将热从所述排气传递到所述蒸气装置(120)之后，排气的温度高于水的露点。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，借由所述冷凝装置(128)将所述排气的温度降低到水的露点以下。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其特征在于，借由催化装置(134)使排气中含有的杂质发生化学转化。
13.根据权利要求9至12中任一项所述的方法，其特征在于，将所述排气的借由所述冷凝装置(128)产生的冷凝物至少部分地再次蒸发并且供给至所述燃烧室(106)。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的方法，其特征在于，这样控制和/或调整对所述燃烧室(106)的蒸气供给，即所述排气的水含量为至少约占6体积％，优选至少约占8体积％，例如至少接近10体积％。
15.根据权利要求9至14中任一项所述的方法，其特征在于，将借由所述蒸气设施(100)的蒸气装置(120)产生的蒸气部分地供给至所述燃烧室(106)并且部分地供给至所述蒸气设施(100)的蒸气涡轮(138)。
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