CN1125946C - 强制循环蒸气发生器中的水－蒸气回路的净化方法 - Google Patents

Abstract

在带强制循环蒸汽发生器的组合燃气/蒸汽发电设备中在蒸发器与过热器间接一分离瓶。通过给水泵经蒸发器给过量的水来对水/蒸汽回路净化，水量应使饱和蒸汽到达分离瓶，带有杂质的水部份在瓶内分离后从除垢管路排出。过量给水调整成使新鲜蒸汽温度相当于相应负荷点的额定值。在满载时不经过量给水净化则须从不完全蒸发级取蒸汽引入瓶内。在冷起动时将经蒸发到瓶内的过冷水及随后从饱和蒸汽分出的水经除垢管路排放直至所需纯度。

Description

强制循环蒸气发生器中 的水-蒸气回路的净化方法

本发明涉及一种净化组合式燃气-蒸气发电装置的水-蒸气回路的方法，该发电装置具有一个燃气轮机回路和一个蒸气轮机回路，其中燃气轮机的废气通过在强制循环蒸气发生器中流动的工作介质将其余热输送给蒸气轮机，其中强制循环蒸气发生器主要由节能器、蒸发器和过热器构成，其中在蒸发器和过热器之间连接有一分离瓶。

通常利用燃气轮机装置的废热的废热蒸气发生器为辊筒式锅炉。通过在某个辊筒中进行浓缩，并进行连续或非连续的排垢来实现水-蒸气回路的净化。

如果此时废热蒸气发生器配备有一个强制循环蒸气发生器，则不必采用此净化机理。在此情况下，在冷凝水净化装置中进行水—蒸气回路的净化。

本发明的任务在于提出一种无冷凝水净化装置也能实现的本说明书引言部分中所述类型的装置。

依照本发明，该任务的解决方案是，在满负荷工作时采用给水泵经节能器和蒸发器输送比所需量要多的水，选定的水量应能使得饱和蒸气到达分离瓶，蒸气的水部分连同其内所含的各种杂质在分离瓶中被分离出并经排污管路排出。

依照一有益的方案，在强制循环蒸气发生器被过量给水之前，首先将装置降至部分负荷。最好将过量给水调整成使得在过热器出口的新鲜蒸气温度相应于某负荷点的额定值。

此外，本发明的优点在于大幅度降低了装置和工作费用，并且由于在水-蒸气回路中没有化工设备而减少了风险。

如果想在满负荷工作时实现水-蒸气回路的净化，而又不必对该系统进行过量给水，则最好由蒸发器的一未完全气化级提取蒸气并将其导入分离瓶。对杂质多的情况最好提取此未完全气化级的整个蒸气量并输送给分离瓶，而对杂质较少的情况，则仅提取一部分蒸气并与在蒸发器出口处的剩余蒸气量一起被输送给分离瓶。如果在分离系统中进行加压分离，则建议首先把由未完全蒸发级提取的蒸气加到第一起动-分离瓶，再从此处将其输送给后面的净化-分离瓶。

在冷起动时，宜将经蒸发器到达分离瓶的过冷水和以后的由所产生的饱和蒸气中分离出的水经排污管路排出，直至实现水-蒸气回路中所要求的净化。

在附图中表达了本发明的多个实施例。图中仅示出对理解本发明的重要的器件。用箭头表示工作介质的流向。

图中示出：

图1是组合式燃气-蒸气发电装置的示意图；

图2是温度-熵-曲线；

图3是配设有不同于图1的分离瓶的局部示意图。

依照图1，在燃气轮机系统中，吸入的新鲜空气经管路1在压气机2中被压缩到工作压力。经压缩的空气在一例如用天然气点火的燃烧室3内被急剧加热，由此方法产生的燃气在燃气轮机4中减压以产生工作输出。从中获得的能量被加到发电机组5或压气机2。燃气轮机排出的尚热的废气经管路6从燃气轮机出口处被输送到废热蒸气发生器7上，并且在放热之后，由此处经管路8和图中未示出的烟囱排空。

在水-蒸气回路中设置有一个与燃气轮机同轴的多缸蒸气轮机9、10和11。在低压气压轮机11中被减压的工作蒸气在冷凝器13中被冷凝。采用冷凝水泵14将冷凝水直接输送给废热蒸气发生器7。值得一提的是，该装置不具有通常的用蒸气加热的低压节能器、给水槽和高压节能器。

废热蒸气发生器7为立式锅炉并在此情况时按双压蒸发工艺工作。当然也可以采用卧式锅炉。

低压系统为带有转筒的循环系统，其中在这里选用的是强制循环系统。该系统在锅炉的烟气通路中由低压节能器15、低压蒸发器16和低压过热器19构成，冷凝水被引入到低压节能器中。低压蒸发器16通过循环泵18与低压转筒17相连接。过热的蒸气通过一条低压蒸气管路28被传送到蒸气轮机10的中压部分的相应级中。

高压系统为强制循环系统并因此既可以设计成高于临界的参数，又可以设计成低于临界的参数。该系统在锅炉的烟气通路中主要由高压节能器21、高压蒸发器22和高压过热器23构成。工作介质通过一高压给水泵20从低压转筒17被加到高压节能器21。采用此方法可以省去迄今常规采用的给水槽。过热的蒸气通过一条新鲜蒸气管路24被传送到蒸气轮机的高压部分9。

备有一个用于相分离的分离瓶25，高压蒸发器22的出口通过管路31接在该分离瓶上。分离瓶25的上端通过管路32与高压过热器23连接。在分离瓶的下端附加备有一条排污管路29。同时在分离瓶25的下端还引出一条回流管路26，该管路26上有一开关30并接入低压转筒17中。

蒸气在蒸气轮机的高压部分9中被部分减压后，在输送给蒸气涡轮机10的中压部分之前被中间加热。该中间加热例如在再加热器27中进行，该再加热器27设置在高压过热器23上方的气化器的烟气通道中。

利用这种气化器，通过改变循环系统和连续系统中的压力和流量可得到复合循环的很宽的工作范围。

随着达到某沸点温度，在锅炉中开始生成蒸气。通过对来自分离瓶25的回流的高压饱和水进行减压，在低压系统中生成第一蒸气。

分离瓶25用于使高压过热器随时保持干燥并在锅炉出口提前提供过热的蒸气。一旦在高压蒸发器22中达到稳定工作必要的压力，就可采用新鲜蒸气来起动以滑动压力工作方式工作的蒸气轮机。

依照本发明此时可以省去冷凝水净化装置。其构思在于，在分离瓶25的范围内可以把蒸气/水回路中的杂质排出。

既可以在满负荷时，又可以在部分负荷时实现对蒸气/水回路的净化。在满负荷时将对高压系统过量给水，即通过高压给水泵20经强制循环-蒸气发生器输送大于必要量的水。显然在只有唯一一台高压给水泵的情况下必须把该泵的流量设计得大一些。如果该装置备有泵余量，例如以2×100％或3×50％方式，则可采用备用泵过量给水。

输送水量的调整应使在任何情况下饱和蒸气到达分离瓶25。杂质附着在水-蒸气混合物的水滴中。在分离瓶25中，蒸气中的水部分通过相应手段被分离出去并经排污管路29被排出。采用此方法的优点是，回路经少量的循环，即在内部最短的时间后，将大量杂质除掉。

采用为正常工作定量的高压给水泵20实现回路净化的方案是，将蒸气发生器从满负荷降到部分负荷，例如80％。此后与满负荷方法时相同对高压系统过量给水并按上述方法进行。

鉴于水-蒸气回路的效率主要由新鲜蒸气的温度决定，宜在净化过程中也将此温度尽可能保持不变。据此对过量给水和随之对到达分离瓶25的湿气的调整应使在任何工作负荷条件下由分离瓶25流到高压过热器23的饱和蒸气量仍可被加热到属于相应负荷点的新鲜蒸气温度。对此的考虑如下：

在正常工作时过热的蒸气很容易就可以到达分离瓶，该分离瓶因此保持干燥状态。但没有水排放。由于连续提高对蒸气发生系统的过量给水，即由于增大给水流量，过热首先回落。新鲜蒸气温度下降。随着到达饱和蒸气区，越来越多的水分在分离瓶25中被分离出来。到达高压过热器23的流量减少。由于降低了高压过热器23的蒸气侧的负荷，因此新鲜蒸气温度又重新升到原来的值。

在图2中用温度-熵-曲线表述了净化阶段的分离瓶25的象征性装置。在饱和蒸气阶段，在A和B两点间水分被从分离瓶25排出。

综上所述，在正常工作时分离瓶25是干燥的，而在满负荷或部分负荷时为实现净化饱和，蒸气须到达分离瓶25。根据上述方法，通过对系统过量给水，据此采用增大给水流量和/或采用降低燃气轮机的负荷方法加以实现，从而使必要的水分到达分离瓶。此净化方法提出了一些附加的条件，对此是不应忽视的。要提及的是，与此有关的对高压给水泵20或燃气轮机的调整、新鲜蒸气温度的降低和重新升高以及必要时将该装置降回到部分负荷。在采用满负荷净化时提高高压给水泵20的功率尤为必要。

在此对其的补救办法是采用一种不需要在满负荷工作时对系统过量给水工作的方法。该方法涉及一种对分离瓶25的多级供料或对多级串接的分离瓶25、125的供料。

在图1中对此方法做了表述。在相应位置将高压蒸发器22分成两部分，即备有一附加的收集器。由此收集器引出一条管路33，该管路接在通向分离瓶25的管路31上。当然管路33也可以直接接在分离瓶25上。在这两条管路31和33上分别设置有一个阀门34、35。在此情况时的相应位置意味着从该处引出的蒸气未完全气化并尚含有至少10-15％的水分。直通循环锅炉的蒸发器由一系列连接的管排或者级构成。在下文中，将蒸气提取的点描述为一不完全蒸发级。这种装置的运行过程如下：

在起动和正常工作时阀门34开启。阀门35闭合。通向分离瓶25的管路31仅由水及蒸气加载，这些水及蒸气全部流过高压蒸发器22。

在满负荷模式下进行部分流量的净化时，即在仅存在少量杂质而选用的运行方式时，阀门34完全开启，阀门35部分开启。经管路33引出的含有杂质的湿蒸气在分离瓶25内被沉降。沉降水经排污管路29被排出。加在蒸发器底部的剩余蒸气在采用此方法时势必被过热。

在满负荷工作时进行完全净化时，即在存在大量杂质而选用的运行方式时，阀门34闭合，阀门35开启。整个蒸气流绕高压蒸发器22的底部流动，并因而在湿状态下被输送到分离瓶25内，在分离瓶25内进行对杂质的分离和离析。

在图3中表述了第二种方法。对功能相同的器件用与图1相同的标记加以标示。由不完全蒸发级提取的蒸气经管路33首先被引入所谓的起动-分离瓶125内并由此处输送到原有的净化-分离瓶25内。对部分量净化和完全流净化采用与上述相同的方式进行，其中两个分离瓶125和25投入工作并逐次有流体流过。显然，根据由发电厂类型、功率、锅炉结构、流量、换热面的配置等确定的各种条件，可以在蒸发器和分离瓶中采用排出任意数量的蒸气。

这样的一种无冷凝水净化设施的装置的冷起动是很成问题的。在长时间停机、至少几乎完全冷却或甚至防腐处理后，水-蒸气回路中的杂质特别高。这些杂质有可能是由于防腐剂、修理时造成的污染、停机锈蚀或由不稳定的温度和压力应力造成的材料剥落的后果。因此要特别小心进行冷起动-净化并为此应将该装置置于连续工作状态。

如果冷凝水和给水的质量不能达到国际标准规定的值，则按下述步骤起动该装置：

经高压蒸发器22进入分离瓶25的过冷水或饱和水不经过管路26再循环，而是经排污管路29部分或完全排出。随着继续起动，饱和蒸气进入分离瓶25。如果此时冷凝水、给水和蒸气的质量仍未达到所需要的值，则以湿气/水气方式进入分离瓶25并在其中继续分离出的水仍不能再循环，而是经排污管路29部分或完全地排出。如果接着表明，在继续加载甚至直至分离瓶25干燥运行一直未达到国际标准规定的冷凝水、给水和蒸气的质量，则将冷起动保持在分离瓶25内与杂质相符的相宜的状态、即压力和和湿度状态下。不要继续加荷。在此保持点保持长时间并净化，即对分离出的水进行除垢，直至达到努力实现的水-蒸气回路的纯度。

当起动时，即在极低的部分负荷、以及至少与水有关的压力、热流和速度都是很低的情况下，这对分离瓶25中的杂质的分离将产生有利的作用。存在有近于稳定的条件。低值将会造成对分离有利的分布系数的影响。该分布系数的定义是蒸气相中的杂质的浓度与在分离瓶25入口处的水相中的杂质的浓度的比。该比例很大程度上取决于压力、气化过程的动态，即调整化学平衡的可能性及杂质本身。随压力的升高，分布系数的数值将增大，即水中的浓度将下降。在分离瓶25出口处实现的蒸气纯度取决于该分布系数越小，排污率。分布系数越小，分离器中的压力越小，则蒸气纯度越好，反之则蒸气纯度越差。

一旦达到努力实现的水-蒸气回路的纯度，则起动过程将被继续进行，接着分离瓶最后进行干燥运行。

采用此高效冷起动-净化的方法可以避免在运行期间长期的继续净化。鉴于该装置每年冷起动的次数与暖起动或热起动相比是有限的，所以在冷起动时的起动时间是无关紧要的。采用此方法对水的排放与化学净化相比很明显是费用上较为有利的方案。在一组合式发电厂中预计将排放的水量约为30m³。

附图标记对照表1    管路(抽吸新鲜空气)2    压气机3    燃烧室4    燃气轮机5    发电机组6    管路(废气)7    废热蒸气发生器8    管路(通向烟囱)9    蒸气气轮机的高压部分10   蒸气气轮机的中压部分11   蒸气汽轮机的低压部分13   冷凝器14   冷凝液泵15   低压节能器16   低压蒸发器17   低压转筒18   循环泵19   低压过热器20   高压给水泵21   高压节能器22   高压蒸发器23   高压过热器24   新鲜蒸气管路25   分离瓶26   再循环管路27   再加热器28   低压-蒸气管路29   排污管路30   开关31   22与25间的管路32   25与23间的管路33   22与25、125间的管路34   31上的阀门35   33上的阀门125  起动-分离瓶

Claims (5)

1.一种用以净化组合式燃气-蒸气发电装置的水-蒸气回路的方法，该发电装置具有一个燃气轮机回路和一个蒸气轮机回路，其中燃气轮机的废气通过在强制循环蒸气发生器中流动的工作介质将其余热输送给蒸气轮机并且其中强制循环蒸气发生器主要由节能器、蒸发器和过热器构成，并且其中在蒸发器和过热器之间连接有一分离瓶，其特征在于，在该装置满负荷工作状态或者处于部分负荷工作状态时，采用给水泵经节能器和蒸发器输送大于所需量的水，选定的水量应使饱和蒸气到达分离瓶；蒸气中的水部分连同其内所含的各种杂质在分离瓶中被分离出并经排污管路被排出；通过给水泵输送的水量被调整成使得在过热器出口处的新鲜蒸气温度经短时间降低后被自动调节到相应负荷点的额定值。

2.按照权利要求1的方法，其特征在于：在接近满负荷工作时由蒸发器的至少一未完全蒸发级提取蒸气并将其引入分离瓶内。

3.按照权利要求2的方法，其特征在于：在杂质特别多时，由至少一未完全蒸发级提取整个蒸气量并将其引入分离瓶内。

4.按照权利要求2的方法，其特征在于：在杂质少时，由至少一未完全蒸发级仅提取部分蒸气量并将其与存在于蒸发器出口处的剩余蒸气量一起引入分离瓶内。

5.按照权利要求2的方法，其特征在于：由至少一未完全蒸发级提取的蒸气首先被引入一起动-分离瓶内，并从此处被引入净化-分离瓶内。