CN1168172A - 起动连续式蒸汽发生器的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种起动连续式蒸汽发生器(1)的方法，此连续式蒸汽发生器(1)有一个具有一些用于燃烧矿物燃料(B)的燃烧器(5)的燃烧室(6)，燃烧室(6)的气密外壁(2)由至少基本上垂直延伸地排列的蒸发器管(4)构成，介质从下向上流过这些蒸发器管(4)，在这种方法中为了降低起动损失，将蒸发器流量(VD)调整为与燃烧室(6)内的燃烧热功率(FW)成正比。为此，采用具有调节器部分(54)的调节系统(58)，用于根据单位时间内供入一个或每个燃烧器(5)的燃料量调整单位时间内输入蒸发器(4)的介质(S)的量。

Description

起动连续式蒸汽发生器 的方法和设备
本发明涉及一种起动连续式蒸汽发生器的方法，此连续式蒸汽发生器有一个具有一些用于燃烧矿物燃料的燃烧器的燃烧室，燃烧室的气密的外壁由至少基本上垂直延伸地排列的蒸发器管构成，介质从下向上流过这些蒸发器管。本发明还涉及实施此方法的设备。
在一种自然循环的蒸汽发生器中，在循环中流动的水-水蒸汽混合物只是局部蒸发，而在连续式蒸汽发生器中，构成燃烧室气密外壁的垂直排列的蒸发器管的加热，导致在一通道内的蒸发器管中流动介质的完全蒸发。
通常在起动时在连续式蒸汽发生器蒸发器的连续流上，以及经常也在连续式蒸汽发生器中所设的烟气加热的预热或燃料节省器上，叠加一个循环流，以便通过适当提高在管内的速度使这些管能可靠地冷却。在这种情况下，由连续流和叠加的循环流组成的最小流量，在燃烧室外壁中管垂直排列时在全负荷流量的25％和50％之间。这意味着，在达到对效率而言为有利的具有其高的蒸汽出口温度的连续运行之前，在起动过程中蒸汽发生器的负载首先必须提高到至少25％至50％。
因此，如由欧洲专利文件0054601B1已知的那样，通常为了起动和在一个低于一定的极限负荷为50％全负荷的负载区内，由给水泵输送的流动介质量最好保持常数。此时给水泵输送的流量等于蒸发器流量。在这一运行方式下，从通过点燃连续式蒸汽发生器第一个燃烧器开始到达到具有其高的蒸汽温度的连续运行状态时结束的起动时间非常长。其结果是导致比较大的起动损失，因为起动损失的大小主要受起动时间的影响。
因此，尤其是通过实现较高的和最高的蒸汽参数，努力提高电厂设备的平均的也包括起动过程在内的效率，对于降低起动损失有更加重要的意义。此外，在这类电厂设备中还应注意，为起动过程所安装的循环回路，它通常至少包括一台具有相应配件的循环泵或一个废气热交换器，这在技术上非常复杂，因而需要高的投资费用。这些投资费用随着实现更高和最高的蒸汽压力而迅速增大。
因此本发明的目的在于提供一种方法和设备，用于具有低的起动损失地运行连续式蒸汽发生器。在适用于实施此方法的设备中，应在技术上比较简单的情况下达到上述目的。
按本发明有关方法方面的目的这样来达到，即，蒸发器流量根据单位时间内供入一个或每个燃烧器的燃料量调整，其中，蒸发器流量调整为与在燃烧室内的燃烧热功率成正比。
换句话说，因为作为全负荷亦即100％负荷的百分数的燃烧热功率被选作百分比蒸发器流量的目标值或额定值，所以蒸发器流量，亦即单位时间内供入蒸发器并流过蒸发器的介质量，在按本发明的方法中调整在一个狭窄公差带内。
本发明以下列认识为出发点，即，连续式蒸汽发生器也可以通过快速提高燃烧功率起动，因为它的壁比较薄的构件允许高的温度变化速度。由于蒸发器较小的蓄热质量，所以可迅速投入使用产生蒸汽，因此设置用于过热产生蒸汽的过热器加热面受到良好的冷却。
传统的连续式蒸汽发生器起动方法以下列假设为基础：高温的燃烧室的蒸发器管只有在介质流在管内是紊流时才能良好冷却，这要以在起动过程中管内也有比较高的质量流量密度为前提条件。
现在，本发明以下列认识为出发点：即使在很低的质量流量密度并与此同时在高的热流密度的情况下，若构成了一种所谓的环流，则同样存在从管壁到流动介质的非常良好的传热。在垂直管内部传热的最新研究结果令人出乎意料地证实，即使在很低的质量流量密度下也形成有此类环流，其中，在由水-水蒸汽混合物构成的流动介质中始终有大份额的水向管壁输送。即使在最小流量为大约全负荷流量，亦即在100％负荷时的蒸发器流量的25％以下时，这一情况也能导致已提及的良好的传热。
所介绍的热力学现象，在运行连续式蒸汽发生器的方法中，在起动期间尤其得到了特别有利的移用，此时从蒸发器的一个最小流量为小于全负荷流量的15％，最好小于10％，例如为5％出发，蒸发器流量仅仅在一个狭小的带宽内偏离相对于全负荷的百分比燃烧热功率。
在起动过程的开始，蒸发器流量最好限制为全负荷流量的5％至10％。因此从一开始就保证在所有的蒸发器管内有均匀的向上流动，在第一个燃烧器点火后，这样调整蒸发器流量，即，使得作为全负荷流量百分数的蒸发器流量在一个确定的与相对于全负荷的百分比燃烧热功率为相等的带宽内，在这种情况下，带宽最好在随时间上升的百分比燃烧热功率之上3％至8％之间以及在百分比燃烧热功率之下2％至3％之间延伸。这种非对称带宽的条件尤其适用于一个能保证稳定燃烧的燃烧热功率。
对于起动连续式蒸汽发生器的设备方面，此连续式蒸汽发生器有一个具有一些用于燃烧矿物燃料的燃烧器的燃烧室，燃烧室气密的外壁由至少基本上垂直延伸地排列的蒸发器管构成，介质从下向上流过这些蒸发器管，上述目的通过一个调节器部件来达到，调节器部件用于根据单位时间内供入一个或每个燃烧器的燃料量调整单位时间内输入蒸发器的介质量。
被调参数最好是蒸发器流量，亦即单位时间内输入蒸发器的给水量。因此，在最佳设计中，调节器部件与设在一根通入蒸发器中的给水管道中的一个调节机构连接，与设在给水管道中的第一流量传感器连接，以及与设在通往一个或每个燃烧器的燃料管道中的第二流量传感器连接。
采用本发明可获得的优点主要在于，在连续式蒸汽发生器起动过程中，通过使蒸发器流量随燃烧热功率均匀增加，降低了起动损失，因为在较低的负载时便已经达到了一个对效率而言为有利的连续运行状态。在这种情况下可以有利地取消循环泵或废热交换器，所以降低了投资费用以及提高了设备的可利用率。
因为还取消了从设在蒸发器下游的水蒸汽分离器中分离出来的水返回在给水泵与蒸发器之间的一个位置中去的再循环装置，所以使在一个没有循环泵的线路中进行起动过程的调整大为简化。因此避免了水流进入蒸发器时焓的波动，并因而也避免了从蒸发器出口的水流的波动。
下面借助于附图详细说明本发明的实施例，附图中：
图1为一台具有垂直烟道和起动调节系统的连续式蒸汽发生器；以及
图2为蒸发器流量和燃烧热功率的起动曲线图。
按图1，具有矩形横断面的蒸汽发生器1的垂直烟道由外壁2构成，在烟道的下端外壁2过渡成漏斗形底3。外壁2的蒸发器管4在它们的纵侧气密地互相连接在一起，例如通过焊接。底3包括一个图中没有进一步表示的灰的排出口3a。
外壁2的下部构成连续式蒸汽发生器1的设有一些燃烧器5的燃烧室6。
被介质，亦即被给水或水/水-蒸汽混合物从下向上平行地，或在蒸发器管组时为连续地，流过的外壁2的蒸发器管4，以其入口端与进口收集器8连接，通过其出口端与出口收集器10连接。进口收集器8和出口收集器10位于烟道之外，并例如分别通过一个环形管构成。
进口收集器8经管道12和收集器14与高压预热器或燃料节省器15的出口连接。燃料节省器15的加热面设在外壁2的一个位于燃烧室6上方的区间内。燃料节省器15进口端通过收集器16与给水箱18连接，给水箱18通过没有表示的方式经冷凝器与汽轮机连接，并因而连接在汽轮机的水-蒸汽循环中。
出口收集器10经水-蒸汽分离器20和管道22与高压过热器24连接，后者设在外壁2内部燃料节省器15与燃烧室5之间。在运行期间高压过热器24的出口端经收集器26与汽轮机高压部分相连。在高压过热器24与燃料节省器15之间的外壁2内部，设有一中间过热器28，它经收集器30、32连接在汽轮机的高压部分和中压部分之间。
在给水管道17中，沿给水S的流动方向从给水箱18起，连续连接有电动机驱动的给水泵34、用于给水预热借助于蒸汽D加热的热交换器36、阀38和流量传感器40。流量传感器40用来确定单位时间内经给水管17流过的给水S的量。单位时间内经管道17流过的给水S的量，与输入由蒸发器管4组成的蒸发器的给水量并因而与蒸发器流量是一致的。
另一个流量传感器42设在燃料管道44中，燃料管道44经分管46通入燃烧器5中。在燃料管道44中连接有阀48，用于调整单位时间内供入一个或每个燃烧器5的燃料B的量。
流量传感器40和42经其中连接有转换器51或53的信号线50和52与调节器部件54相连。调节器部件54经导线56与阀38连接。调节器部件54按另一种方案也可经虚线表示的导线56′与电动机驱动的给水泵34连接。调节器部件54、流量传感器40、42以及用来调整给水S量的阀38都是起动连续式蒸汽发生器1的调节系统58的组成部分。取代阀38，也可以利用给水泵34本身，通过改变其转速调整经给水管道17流过的给水S的量。
调节系统58用来根据起动过程中单位时间内供入一个或每个燃烧器5的燃料量调整蒸发器流量。为此，经信号线50将借助于流量传感器40测得的，单位时间内输入蒸发器亦即蒸发器管4的给水S量当前值，输入调节器部件54。此由流量传感器40输入调节器部件54的值与当前的蒸发器流量VD(图2)一致。此外，经信号线52将燃烧室6内燃烧热功率FW(图2)的当前值输入调节器部件54。为此，借助于流量传感器42确定当前时刻经燃料导管44供入燃烧器5的燃料B的量。借助于转换器53将此燃料流量转换成相应的燃烧热功率FW。在调节器部件54中经过比较当前的燃烧热功率FW与当前的蒸发器流量VD后得出调节参数SG，此调节参数SG通过导线56或56′控制阀38或给水泵34的转速。在这种情况下将经由给水管道17流过的给水S的量并因而蒸发器流量VD，调整为正比于燃烧室6内的燃烧热功率FW，此时蒸发器流量VD用作为被调参数。
图2表示蒸发器流量VD和燃烧热功率FW随时间的变化。
图中横坐标表示时间轴，纵坐标上描绘有百分数，百分数是相对于最大蒸发器流量(在100％负载时的蒸发器流量)以及最大燃烧功率(在100％负载时的燃烧热功率)而言的。
在时刻t0。亦即第一个燃烧器5点火前，最好已经具有一最小流量为小于在100％负荷时流量(全负荷流量)的15％。在此实施例中，此最小流量在一个100％负荷时流量亦即最大蒸发器流量VD的5％至10％的带宽BD范围内。此最大蒸发器流量VD的5％至10％的最小流量是起动过程一开始调整好的。
在此过程中到时刻t1第一个燃烧器5点火，此时燃烧热功率FW起先跳跃式地上升。由于在时刻t2点燃第二个燃烧器5和在时刻t3点燃第三个燃烧器5，燃烧热功率FW起先台阶式地上升。从燃烧热功率FW约为最大燃烧热功率6％时起，燃烧热功率FW随时间t连续地增加。随着燃烧功率FW的连续增加，蒸发器流量VD也连续地提高。在这种情况下蒸发器流量VD最好这样调整，即，使得相对于全负荷时流量的百分数的蒸发器流量VD，在一个与相对于全负荷亦即100％负载的百分比燃烧热功率FW相等的全负荷流量5％至10％的带宽BD范围内。蒸发器流量VD随时间跟着燃烧热功率FW在其范围内增加的带宽BD，向上受上极限线OG和向下受下极限线UG的限制。
在起动过程中蒸发器流量VD最好调整为随时间均匀地跟着燃烧功率FW上升。如图2所示，带宽BD是非对称的，其中，百分比蒸发器流量VD相对于百分比燃烧热功率的偏离，向上允许为100％负荷时流量的3％至8％，向下允许为100％负荷时流量的2％至3％。在些实施例中带宽BD为5％，所以相对于燃烧热功率FW向上的偏离Ao允许为3％，相对于燃烧热功率FW向下的偏离Au允许为2％。
因此，借助于调节系统58将单位时间内输入蒸发器4的给水S的量调整为，使蒸发器流量仅仅在一个狭窄的最好为5％至10％的带宽范围内偏离燃烧热功率FW。早在小于全负荷流量15％的最小流量时，亦即在起动过程一开始即使在限制蒸发器流量VD最好为全负荷流量5％至10％的情况下，也能保证在所有蒸发器管4中有均匀的向上流动。采用这样一种起动特性可以将起动损失控制得非常小，因为在低负载时就已经达到了就效率而言为有利的连续运行状态。
迄今普通使用的循环泵或废气热交换器，在这种起动方法中可以取消。在图1表示的水汽分离器20中分离出来的水，可以在没有附加的泵的情况下，直接经其中设有阀63的回水管62返回给水箱18并因而回到水-蒸汽循环回路中。由于因此也可以取消沿给水S流动方向在蒸发器4前或在燃料节省器15前以及在给水箱18后的从水汽分离器20出发的给水S再循环装置，所以可以使起动过程的调整特别简便。

Claims (7)

1.一种起动连续式蒸汽发生器的方法，连续式蒸汽发生器有一个具有一些用于燃烧矿物燃料(B)的燃烧器(5)的燃烧室(6)，燃烧室(6)的气密的外壁(2)由至少基本上垂直延伸地排列的蒸发器管(4)构成，介质从下向上流过这些蒸发器管(4)，其特征在于：蒸发器流量(VD)根据单位时间内供入一个或每个燃烧器(5)的燃料量调整，其中，蒸发器流量(VD)调整为与燃烧室(6)内的燃烧热功率(FW)成正比。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：在起动过程开始时，蒸发器(4)的最小流量调整为小于100％负荷时的流量(全负荷流量)的15％，最好小于10％。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：蒸发器流量(VD)随燃烧热功率(FW)调整为随时间均匀地增加。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于：蒸发器流量(VD)调整为，使作为全负荷流量百分数的蒸发器流量(VD)在一个与相对于全负荷百分数的燃烧热功率(FW)为相等的带宽(BD)内。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于：带宽(BD)是非对称的，百分比蒸发器流量(VD)偏离百分比燃烧热功率(FW)的偏离量(Ao，Au)，向上允许为3％至8％全负荷流量，向下允许为2％至3％全负荷流量。
6.一种起动连续式蒸汽发生器的设备，此连续式蒸汽发生器有一个具有一些用于燃烧矿物燃料(B)的燃烧器(5)的燃烧室(6)，燃烧室(6)的气密的外壁(2)由至少基本上垂直延伸地排列的蒸发器管(4)构成，介质从下向上流过这些蒸发器管(4)，其特征在于一个调节器部件(54)，它用于根据单位时间内供入一个或每个燃烧器(5)的燃料量调整单位时间内输入蒸发器(4)的介质(S)的量。
7.按照权利要求6所述的设备，其特征在于：与调节器部件(54)连接的，有一个设在一根通入蒸发器(4)中的给水管道(17)中的调节机构(34，38)，以及有一个设在给水管道(17)中的第一流量传感器(40)，和有一个设在通往一个或每个燃烧器的燃料管道(44)中的第二流量传感器(42)。
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