CN113840977A - 动力设备以及用于动力设备的直流水/蒸汽循环的水清洁方法 - Google Patents
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Abstract
提供了一种具有水‑蒸汽‑循环的动力设备(1)，该动力设备包括：具有多个加热表面(3)的蒸汽发生器(2)，该多个加热表面构造成承载流体并且将热量传递给所述流体，该多个加热表面(3)包括用于预热所述流体的节能器(4)和用于产生蒸汽的蒸发器(5)，蒸发器(5)流体地连接至节能器(4)；蒸汽轮机(6)，蒸汽轮机构造成接收蒸汽发生器(2)中产生的蒸汽以产生动力输出；冷凝器(7)，冷凝器构造成冷凝来自蒸汽轮机(6)的蒸汽，冷凝器(7)包括作为用于经冷凝的蒸汽或水的收集容器的热井(8)；精处理设备(9)，精处理设备流体地布置在冷凝器(7)的热井(8)与节能器(4)之间，其中，排放管线(10)将节能器(4)的出口(11)和冷凝器(7)的热井(8)互连，并且其中，流体管线(12)将节能器(4)的出口(11)和蒸发器(5)互连，流体管线(12)包括用以将水截留在节能器(4)中的装置(13)，其中，用以截留水的装置(13)是虹吸管(15)。此外，提供了一种用于启动具有水‑蒸汽‑循环的这种动力设备(1)的操作的方法。
Description
技术领域
本发明涉及动力设备以及用于动力设备的直流水-蒸汽循环的水清洁方法。
更具体地，本发明涉及在动力设备的启动期间的水清洁。
背景技术
根据现有技术，在例如联合循环动力设备的底循环中，尤其是当水在热回收蒸汽发生器中静止一段时间时，水中的铁含量可能太高。这些铁需要在其全部变成蒸汽之前从水中移除，以避免损坏热回收蒸汽发生器中蒸发器部分下游的设备。
已知的具有直流蒸汽发生系统的联合循环动力设备通常包括分离器，该分离器布置在热回收蒸汽发生器中并且被安装成分离水部分(包含溶解的铁)并将该水部分从蒸汽流中取出。分离的水部分然后被丢弃或可以进一步清洁。
这种布置的典型缺点是分离器需要额外的连接件、管道和支承结构。这使得热回收蒸汽发生器更重、更复杂且体积更大。
因此，本发明的目的是提供一种克服上述缺点的动力设备。本发明的另一目的是提供一种用于具有水-蒸汽-循环的动力设备的水清洁方法。
发明内容
本发明的目的通过独立权利要求来实现。从属权利要求描述了本发明的有利发展和修改。
根据本发明，提供了一种具有水-蒸汽-循环的动力设备。该动力设备包括具有多个加热表面的蒸汽发生器，所述多个加热表面构造成承载流体并且将热量传递给所述流体，所述多个加热表面包括用于预热所述流体的节能器和用于产生蒸汽的蒸发器，该蒸发器流体连接至节能器。动力设备还包括蒸汽轮机，该蒸汽轮机构造成接收蒸汽发生器中产生的蒸汽以产生动力输出；该动力设备还包括冷凝器，该冷凝器构造成冷凝来自蒸汽轮机的蒸汽，该冷凝器包括作为用于经冷凝的蒸汽或水的收集容器的热井。最后，动力设备还包括精处理设备，该精处理设备流体地布置在冷凝器的热井与节能器之间。排放管线将节能器的出口和冷凝器的热井互连，并且流体管线将节能器的出口和蒸发器互连，并且流体管线包括用以将水截留在节能器中的装置。本发明的特征在于，位于节能器的出口集管处的管向上弯曲以形成虹吸管。
换言之，在准备动力设备的启动时，包含在节能器中的水(蒸汽发生器的其余部分在静止期间是空的)通过排放口泵送至热井，在热井处水被稀释，并且水从热井至少部分引导通过精处理设备并被清洁。一旦节能器中的水已被来自热井和精处理设备的清洁水取代，蒸汽发生器就准备好启动。当来自热井的水质量不合格时，水可以通过该排放口循环并且被引导通过精处理设备，直到水足够清洁以启动蒸汽发生器为止。
虹吸管在没有任何可移动部件的情况下被动地执行其功能，并且其热稳定性与蒸汽发生器中的其他管相同。根据虹吸管超出节能器的入口的高度，一部分预热水可能会进入蒸发器和过热器管。这些流体之后必须被排放。
因此，优选的是，虹吸管到达节能器的入口集管上方，甚至更优选地，虹吸管尽可能高。
在根据本发明的动力设备的实施方式中，在节能器的出口处布置有出口集管，该出口集管用于收集预热的给水并且用于将该预热的给水均匀地分布在蒸发器管上。通向热井的排放管线和通向蒸发器的流体管线从这个出口集管分支。
根据实施方式，在冷凝器的热井与节能器之间流体地布置有精处理设备，并且精处理设备的与主冷凝物管线平行流动的容量小于在基本负荷下供应至节能器的水量的100％。
本发明适用于具有水-蒸汽-循环的所有动力设备。当用于蒸汽发生器的热源是燃气轮机时是特别有利的。
根据本发明的方法包括以下步骤：
-将包含在节能器中的水排放至热井，在热井处水被稀释，
-将来自热井的水至少部分地引导通过精处理设备以对水进行清洁，
-向节能器供应来自热井的水和来自精处理设备的水，以及
-一旦节能器中的水的至少一部分已被来自热井和精处理设备的清洁水取代，就启动蒸汽发生器，
并且该方法的特征在于以下步骤：越过节能器出口处的虹吸管进入蒸发器和过热器管的水通过蒸汽发生器出口处的积液包排放并且被引导至热井。
这种方法的优点很大程度上对应于动力设备的上述优点。
优选地，当来自热井和精处理设备的水不符合所要求的质量时，水连续地从节能器排放、至少部分地被引导通过精处理设备并被供应至节能器，直到水足够清洁以启动蒸汽发生器为止。
适当的是，通过将锅炉给水泵送到节能器中并且在适用的情况下通过打开节能器出口集管处的排放口来排放包含在节能器中的水。
适宜地，保持水的循环，直至铁含量足够低为止。
根据本发明的动力设备的重要优点是机械装置的实施，使得在静止时只有节能器包含水，并且可以形成中间回路以使水循环通过精处理设备，直至水清洁为止。
这使得组的非常紧凑的设计，并且不再需要分离器和连接管道。这节省了大量的重量和体积，从而产生更轻、更紧凑的蒸汽发生器。这可以节省20％的重量，这对于海上应用而言尤其重要。
此外，精处理设备的尺寸可以保持较小。用以清洁所使用的水的另一方法是安装100％容量的精处理设备，并且所有的水都被引导通过该精处理设备。就在启动之前，在加注蒸汽发生器时，使用清洁水。通过这个新系统，蒸汽发生器不需要排空和重新加注，并且精处理设备可以保持在其约50％的常规尺寸。
始终保持组(的一部分)中的水会大大减少温度偏移，并且因此减少热冲击，而在一些其他设计中，燃气轮机在加热表面为空时启动，从而在对加热表面进行加注时会产生严重的热应力。因此，由于避免了热应力，新设计更适合快速启动和灵活操作。
特别是对于海上应用而言，在重量和空间方面都有显著的节省，从而使例如联合循环动力设备的使用更具吸引力，或将其用作现有的简单循环操作的燃气轮机的蒸汽尾翼(而在现有平台或船舶上增加重量受到严格限制)。
附图说明
现在参照附图，仅通过示例的方式对本发明的实施方式进行描述，在附图中：
图1示出了动力设备；以及
图2示出了本发明的动力设备的热回收蒸汽发生器组。
附图中的图示是示意性的形式。应当注意的是，在不同的附图中，类似或相同的元件可以具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1图示了根据本发明的动力设备1的示意图。如图1的示例性实施方式中所示，动力设备1可以是联合循环动力设备22，其包括燃气轮机18。燃气轮机18通过燃料气体和空气的混合物的燃烧而产生动力输出。在图1的实施方式中，燃气轮机18连接至第一发电机23。燃气轮机18在燃气轮机18的出口处产生排气。
根据图1的实施方式，联合循环动力设备22包括蒸汽发生器2，或者更具体地，包括热回收蒸汽发生器24，该热回收蒸汽发生器24位于燃气轮机18的下游。热回收蒸汽发生器24接收来自燃气轮机18的排气。热回收蒸汽发生器24包括多个加热表面3。热回收蒸汽发生器24通常包括多个压力蒸汽系统。在图1的图示的示例实施方式中，为了简单起见，热回收蒸汽发生器24的加热表面仅属于一个压力系统并且包括过热器19、蒸发器5和节能器4。排气流过加热表面3以通过从排气中提取能量来产生蒸汽。
根据图1中的实施方式，联合循环动力设备22还包括蒸汽轮机6，该蒸汽轮机6构造成接收在热回收蒸汽发生器24中产生的蒸汽以产生动力输出。
图1中所示的联合循环动力设备22处于多轴构型。蒸汽轮机6连接至第二发电机25。本发明当然也适用于单轴构型。
根据该实施方式，冷凝器7位于蒸汽轮机6的出口处并且构造成冷凝来自蒸汽轮机6的蒸汽，冷凝器7包括作为用于经冷凝的蒸汽或水的收集容器的热井8。
图1的动力设备1还示出了将热井8和节能器4互连的主冷凝物管线17。平行于冷凝物管线17，在冷凝器7的热井8与节能器4之间流体地布置有精处理设备9。精处理设备9从冷凝物中移除杂质，这些杂质可能会对蒸汽发生器2或蒸汽轮机造成损坏。
冷凝器7(+精处理设备9)、蒸汽发生器2和蒸汽轮机6形成水-蒸汽循环。
图2示出了蒸汽发生器2的针对节能器4和蒸发器5的更详细的视图，其中，排放管线10将布置在节能器4的出口11处的出口集管14和冷凝器7的热井8互连，并且其中，流体管线12将节能器4的出口11和蒸发器5互连。根据本发明，流体管线12包括用以在静止期间将水截留在节能器4中的装置13。用以截留水的装置13是到达节能器4的入口集管16上方的虹吸管15。如果水在节能器出口11处越过虹吸管15进入蒸发器5和过热器19的管，则水通过热回收蒸汽发生器出口21处的积液包20排放并被引导至热井8。
虽然已经参照优选实施方式对本发明进行了详细描述，但是应当理解的是，本发明不受所公开的示例限制，并且在不脱离本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以对其进行许多额外的修改和改变。
Claims (9)
1.一种具有水-蒸汽-循环的动力设备(1)，所述动力设备(1)包括：
蒸汽发生器(2)，所述蒸汽发生器(2)具有多个加热表面(3)，所述多个加热表面(3)构造成承载流体并且将热量传递给所述流体，所述多个加热表面(3)包括用于预热所述流体的节能器(4)和用于产生蒸汽的蒸发器(5)，所述蒸发器(5)流体地连接至所述节能器(4)，
蒸汽轮机(6)，所述蒸汽轮机(6)构造成接收所述蒸汽发生器(2)中产生的蒸汽以产生动力输出；
冷凝器(7)，所述冷凝器(7)构造成冷凝来自所述蒸汽轮机(6)的蒸汽，所述冷凝器(7)包括作为用于经冷凝的蒸汽或水的收集容器的热井(8)，
精处理设备(9)，所述精处理设备(9)流体地布置在所述冷凝器(7)的所述热井(8)与所述节能器(4)之间，
其中，排放管线(10)将所述节能器(4)的出口(11)和所述冷凝器(7)的所述热井(8)互连，并且其中，流体管线(12)将所述节能器(4)的所述出口(11)和所述蒸发器(5)互连，其中，所述流体管线(12)包括用以将水截留在所述节能器(4)中的装置(13)，其特征在于，用以截留水的所述装置(13)是虹吸管(15)。
2.根据权利要求1所述的动力设备(1)，其中，所述虹吸管(15)到达所述节能器(4)的入口集管(16)上方。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的动力设备(1)，其中，在所述节能器(4)的所述出口(11)处布置有用于收集预热的给水的出口集管(14)，并且所述排放管线(10)和所述流体管线(12)从所述出口集管(14)分支。
4.根据前述权利要求所述的动力设备(1)，其中，所述精处理设备(9)的与主冷凝物管线(17)平行流动的容量小于在基本负荷下供应至所述节能器(4)的水量的100％。
5.根据前述权利要求所述的动力设备(1)，其中，用于所述蒸汽发生器(2)的热源是燃气轮机(18)。
6.一种用于启动具有水-蒸汽-循环的动力设备(1)的操作的方法，其中，所述动力设备(1)包括蒸汽发生器(2)、蒸汽轮机(6)和冷凝器(7)，所述蒸汽发生器(2)具有多个加热表面(3)，所述多个加热表面(3)至少形成节能器(4)，所述冷凝器(7)包括热井(8)，所述方法包括：
-将包含在所述节能器(4)中的水排放至所述热井(8)，在所述热井(8)处水被稀释，
-将来自所述热井(8)的水至少部分地引导通过精处理设备(9)以对水进行清洁，
-向所述节能器(4)供应来自所述热井(8)的水和来自所述精处理设备(9)的水，以及
-一旦所述节能器(4)中的水的至少一部分已被来自所述热井(8)和所述精处理设备(9)的清洁水取代，就启动所述蒸汽发生器(2)，
其特征在于，越过节能器出口(11)处的虹吸管(15)的管并进入蒸发器(5)和过热器(19)的管的水通过蒸汽发生器出口(21)处的积液包(20)排放并且被引导至所述热井(8)。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，当来自所述热井(8)和所述精处理设备(9)的水不符合所要求的质量时，水连续地从所述节能器(4)排放、被引导通过所述精处理设备(9)并且供应至所述节能器(4)，直至水足够清洁以启动所述蒸汽发生器(2)为止。
8.根据权利要求6或7中的一项所述的方法，其中，通过将锅炉给水从所述热井(8)和所述精处理设备(9)泵送到所述节能器(4)中并且在适用的情况下通过打开位于节能器(4)的出口集管(14)处的排放口来排放包含在所述节能器(4)中的水。
9.根据权利要求6至9中的一项所述的方法，其中，保持水的循环，直至铁含量足够低为止。
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