CN1094579C - 汽－水分离器中蒸汽杂质分离程度的改进方法 - Google Patents

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Abstract

在单程蒸汽发生器中，在蒸发器(22)和过热器(23)之间接入分离瓶(25)。为净化水-汽回路，通过供水泵(20)将大于所需量的水经蒸发器(22)泵入。水量要能使湿汽进入分离瓶(25)。蒸汽中的水及其所含的全部杂质在分离瓶中分离，并给排放管线(29)排出。在过量供水时，将调节剂配量加入水中，使欲分离的杂质的挥发性降低。

Description

汽-水分离器中蒸汽杂质分离程度的改进方法
技术领域
本发明涉及单程蒸汽发生器中水-汽回路的净化方法，该蒸汽发生器基本上由废气预热器、蒸发器和过热器组成，且其中在蒸发器和过热器之间接上分离瓶。
技术现状
这种单程蒸汽发生器可用作联合发电厂的余热锅炉。目前利用燃气透平余热的余热锅炉一般都设计为鼓式锅炉。水-汽回路的净化是通过在各个锅炉鼓式容器蒸浓和锅炉的鼓式容器的连续或间歇排空来实现的。蒸浓是通过蒸发锅炉鼓中水来进行的，不挥发的物质因而滞留在锅炉水中并逐渐增浓。当排空锅炉水中时，这些物质以浓缩的形式而有效的从回路中去除。此外，在很多情况下的调节锅炉中的PH值，向锅炉鼓式容器的水中添加固体硷化剂，例如磷酸三钠或氢氧化钠。
如果采用一种简单的单程锅炉作余热锅炉，则不能实现这种净化机理，因为这种锅炉不能排空。在这种情况下，水-汽回路的净化在冷凝液净化装置中进行，其中，冷凝水在送入蒸汽发生器之前进行过滤，需要时籍助于离子交换剂另行除盐。
反之，如果采用本文一开始所述之单程锅炉，则杂质可像从鼓式锅炉那样从分离瓶中去除，其前提是分离瓶在特定的条件下操作。
但是，在两种类型的锅炉中，均迂到很多以挥发形式存在的有害物质，例如氯化物和硫酸盐，如HCl或H2SO4就为一例。也迂到用挥发形式的氯化铵或硫酸铵产生的氨来对回路进行常规调节。这类物质能形成腐蚀，从而导致操作故障和损害。
发明概述
一方面由于目前已严格地限制向单程锅炉添加不挥发的调节剂，因为这些调节剂可能沉积到锅炉的过热部件上；另一方面由于在鼓式锅炉的情况下，添加硷化剂的结果使上述氯化物和硫酸盐的挥发性大大降低，致使例如在磷酸盐调节锅炉水时能有效地排放，基于上述两方面，本发明的目的在于，在本文一开始所述的无需冷凝水净化装置的那种类型的设施中，采取新措施以降低存在于其中的物质的挥发性，从而使其更易于从回路中分离。
根据本发明此目的通过下列措施达到，即在装置满功率运行时通过一供料泵将大于所需量的水经余热预热器和蒸发器泵入，该水量的确定是使湿蒸汽能进入分离瓶，蒸汽中的水份和其中所含杂质在分离瓶中分离并从排放管线排出，在过量供水之际，向水中定量添加调节剂，该调节剂使要被分离的杂质的挥发性降低。
根据本发明的一种较好的方案，在单程蒸汽发生器过量供水和向水中配量添加能使被分离的杂质的挥发性降低的调节剂之前，该装置首先要降低或增加到部分负荷或在部分负荷下运行。
特别是，本发明的优点在于可明显降低装置投资和运行费用。使水-汽回路中因不设化学装置所带来的风险减到最少、改善了分离程度以及缩短了净化时间。
采用固体磷酸盐或能自行分解的硷化剂，例如一种高分子有机胺作为调节剂配量加入是适宜的。
本新方法特别适用于燃气-蒸汽联合发电设施，该装置拥有燃气透平回路和蒸汽透平回路，其中燃气透平的尾气将其余热经过在单程蒸汽发生器中流动的工作介质传送给蒸汽透平。虽然上面已经陈述，目前对单程锅炉已严格禁止配量加入调节剂，但在带有此类蒸汽发生器的余热锅炉中某些固体试剂，例如磷酸钠仍能毫无困难地得到应用。在这种情况下应容许在过热的锅炉部件上有一定沉积。这是可能的，因为对于锅炉的传热来说，这并非关键因素。一方面这只涉及少量添加物，例如每小时10克，另一方面在燃气-蒸汽联合发电厂中是由于限制热气的温度而排除过热的。只须确保采用那些在高浓和/或干固状态下不引起腐蚀的物质。这种在过热器中的沉积物可在降功率期间，停车时或下次开机期间用饱和蒸汽冲去即可。
附图简述
附图表示本发明对燃气-蒸汽联合发电设施的实施例。附图只表示了与本发明有关的主要部件。工作介质的流动方向用箭头表示。
图1表示燃气-蒸汽联合发电设施；
图2表示温度-熵图；
本发明的实施方案
根据图1，在燃气透平系统中，经管线1进入的新鲜空气在压缩机2中加压到工作压力，加压过的空气在例如用天然气作燃料的燃烧室3中急剧加热，所产生的燃气在燃气透平4中膨胀作功，其所得能量传送到发电机5或压缩机2。来自燃气透平的仍是热的尾气经管线6从燃气透平的出口进入余热蒸汽发生器7，并在给出其热量后经管线8和未示出的烟囱放入大气。
在水-汽回路中，多缸式蒸汽透平9，10和11与燃气透平排列在同一轴上。在低压透平11中膨胀的工作蒸汽在冷凝器13中冷凝，冷凝液籍助冷凝液泵14直接泵入蒸汽发生器7。值得注意的是，此装置不包含用蒸汽加热的供水容器/脱气器。
余热蒸汽发生器7设计为立式锅炉，并在本发明的情况下按双压-蒸汽过程的原理工作，当然也可采用卧式锅炉。同样，压力级的数量与例中亦无关紧要。
低压系统设计为带鼓式容器的循环系统，其中还选择了强制循环系统。其组成包括锅炉尾气线路上的冷凝液流入其中的低压余热预热器15，低压蒸发器16和低压过热器19。低压蒸发器经循环泵18与鼓式容器17相连。过热蒸汽经低压蒸汽导管28进入中压蒸汽透平10的某一合适的级。
高压系统设计为单程系统，从而可选择亚临界参数或超临界参数，它主要包括在锅炉的尾气线路上的高压余热预热器21，高压蒸发器22和高压过热器23。工作介质经高压供料泵20从低压鼓式容器17打入高压余热预热器21。按这种方式去掉目前普遍采用的供水容器。过热蒸汽经新鲜蒸汽导管24送入蒸汽透平的高压部件9。
采用分离瓶25作相分离，高压蒸发器22的出口经导管31与之进口相连。分离瓶的上端经导管32与高压过热器23相连。瓶的下端附加一排放管29。同时从分离瓶的下端引出循环管线26，该管线包括截流阀并与低压鼓式容器17相连。
蒸汽在透平的高压部件9经局部膨胀之后，在进入中压透平10之前进行中间过热。在此特例中，中间过热是在热交换器27中实现的，该热交换器布置在蒸汽发生器的尾气线路中高压过热器23之上。
分离瓶的作用在于使高压过热器总是保持干燥，并当其一出锅炉口即可被利用。一旦在高压蒸发器中达到稳定运行所需的压力时，可用新鲜蒸汽在可调整压力运行方式下启动蒸汽透平。
根据本发明的第一个特点，有可能根本不使用冷凝液净化装置。该设想是基于蒸汽/水回路的杂质可在分离瓶处排出。
汽/水回路的净化可在全负荷下进行亦可在局部负荷下进行。在全负荷方案中高压系统过量进料，即高压供料泵要将大于所需要量的水经单程蒸汽发生器泵入高压系统。可以理解，在只有一个高压供料泵的情况下，其设计余量应相应地大。若发电厂安装有冗余泵，例如以2×100％或3×50％冗余量，则可启动备用泵进行过量进料。
所需水量的调整要能使湿蒸汽在任何情况下均能进入分离瓶。杂质包含在水/汽混合物的水滴之中。在瓶中蒸汽的水份经合适的方法分离，并从排放管29排出。本方法之优点在于甚至只经少数几次通过，即在非常短的时间内，回路中的杂质即可基本去除。
在一种采用为正常运行所用的供料泵可实现回路净化的方案中，蒸汽发生器在低负荷，例如80％负荷下运行，按此，高压系统如在全负荷下样是过量进料，其程序同上描述。
分离效率取决于分配系数。分配系数定义为汽相中杂质浓度与分离瓶进口水相中的杂质浓度比值。此比值与压力、与蒸发过程的动力学，即建立化学平衡的可能性以及与杂质本身有很大的关系。随压力的升高，分配系数的数值增大，即在水中的浓集减小。分离瓶出口所达到的蒸汽纯度取决于分配系数和排放率。分配系数愈小，从而分离瓶的压力愈小，蒸汽纯度愈好，反之亦然。
根据本发明的另一特点，应采取措施使存在于回路中的物质的挥发性降低，从而使其易于从回路中去除。这可通过配量添加调节剂实现，其结果有利于减小分配系数。由于上述水/汽回路经分离瓶25的净化需要特定限时的工厂运行模式，所以只有在分离瓶进行湿式运行的净化期间，才配量加入化学试剂。
化学试剂从供料泵20上流用适当的方法在40处进入供料管线。
实际配量，即所采用之化学试剂及其数量是根据杂质的种类和其浓度来决定。配量加入是在整个净化过程中连续进行的。在正常运行氨(NH3)和氧(O2气)的配量在净化过程中用调节剂调整。可是，这不是一种绝对条件，而是取决于杂质的种类和期间所采用的调节剂。
一方面可以添加固体物质，另一方面可添加能自行分解的硷化剂。
至于上述第一类物质，磷酸钠特别适用，其形式为纯磷酸三钠或磷酸三钠和磷酸二钠的混合物。
至于上述第二类物质可包括例如高分子有机胺，这种产品优先进入水相的可凝结性，从而首先降低了阴离子杂质的挥发性。其结果可能使其在锅炉中至少部分分解。当然，这里应当注意分解产物本身可能构成干挠杂质。在这种情况下，净化过程结束之后要通过添加另一种物质使其破坏。例如氧气的配量加入是合适的。
图2的温度-熵图中用符号表示分解瓶25在净化期间和化学试剂配量加入期间的原理性排列。在湿汽相中在A点和B点之中从分离瓶排放湿汽和杂质。
由此，可以看出在正常运行时分离瓶25是干燥的，且不需配量加入化学试剂以降低特定杂质的挥发性。相反，在全负荷或部分负荷下净化时，湿蒸汽必须进入分离瓶中。根据上述方法，使必须的湿汽进入瓶中，是由于该系统过量供水，这可通过提高供给水的质量流量和/或通过削减燃气透平来达到。在净化过程中籍助于化学试剂降低杂质挥发性从而改善分离程度，这对挥发物质特别重要。此外，这种措施也可减少净化过程。
符号一览表1  管线(吸入新鲜空气)2  压缩机3  燃烧室4  燃气透平5  发电机6  管线(尾气)7  余热蒸汽发生装置8  管线(至烟囱)9  高压透平10 中压透平11 低压透平13 冷凝器14 冷凝液泵15 低压余热预热器16 低压蒸发器17 低压鼓式容器18 循环泵19 低压过热器20 给水泵21 高压余热预热器22 高压蒸发器23 高压过热器24 新鲜蒸汽导管25 净化-分离瓶26 循环管线27 中间过热器28 低压蒸汽导管29 排放管线30 截流阀31 22和25之间的管线32 25和23之间的管线33 管线29上之截流阀40 调节剂配量加入点

Claims (5)

1.一种在单程蒸汽发生器中水-汽回路的净化方法，该蒸汽发生器主要由余热预热器(21)、蒸发器(22)和过热器(23)组成，而且在蒸发器(22)和过热器(23)之间接入分离瓶(25)，该净化方法的特征在于；当设施满负荷模式运行时，或当设施在降低或增加到部分负荷模式或在部分负荷运行时，通过供水泵(20)将大于所需量的水经余热预热器(21)和蒸发器(22)泵入，该水量要能使湿汽进入分离瓶(25)，蒸汽中的水以及其中所含的全部杂质在分离瓶中分离，并经排放管线(29)排出；
并在过量供水之际定量添加调节剂，该调节剂使分离的杂质的挥发性降低。
2.根据权利要求1的在单程蒸汽发生器中水-汽回路的净化方法，其特征在于该调节剂在给水泵(20)的上流加到水中。
3.根据权利要求1的在单程蒸汽发生器中水-汽回路的净化方法，其特征在于该调节剂是固体磷酸盐。
4.根据权利要求1的单程蒸汽发生器中水-汽回路的净化方法，其特征在于该调节剂是一种能自行分解的硷化剂，选自高分子有机胺类。
5.根据权利要求1-4中之一的单程蒸汽发生器中水-汽回路的净化方法，在燃气-蒸汽联合发电设施中的应用，该发电设施拥有燃气透平回路和蒸汽透平回路，其中燃气透平(4)的尾气中的余热通过单程蒸汽发生器中流动的工作介质传送给蒸汽透平。
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