CN1289854C - 带有沿水平燃气方向穿过的通道的蒸汽发生器及起动方法 - Google Patents

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CN1289854C CNB028162439A CN02816243A CN1289854C CN 1289854 C CN1289854 C CN 1289854C CN B028162439 A CNB028162439 A CN B028162439A CN 02816243 A CN02816243 A CN 02816243A CN 1289854 C CN1289854 C CN 1289854C
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Abstract

本发明公开了一种用于起动带有沿趋于水平的燃气方向穿过的燃气通道的蒸汽发生器的方法和蒸汽发生器，在这种蒸汽发生器(1)的燃气通道(6)中设置了至少一组由多根大体垂直布置、且相互平行设置以供流体介质(W、D)流过的汽化管(14)构成的连续加热面(8)。本发明要解决的技术问题是甚至在特别简单的蒸汽发生器结构中也能确保具有高的运行可靠性。为此，在本发明的方法中，在向燃气通道(6)供给燃气之前将至少多根汽化管(14)局部用未汽化的流体介质(W)充填到预先给定的额定充填状态。

Description

带有沿水平燃气方向穿过的 通道的蒸汽发生器及起动方法
技术领域
本发明涉及一种用于起动具有沿趋于水平的燃气方向穿过的燃气通道的蒸汽发生器的方法，在所述燃气通道中设置了至少一组由多根大体垂直布置、且相互平行设置以供流体介质流过的汽化管构成的连续加热面(Durchlaufheizflche)。本发明还涉及具有这种结构的蒸汽发生器。
背景技术
在燃气-蒸汽-透平装置中，包含在来自燃气透平的、已膨胀的工作介质或燃气中的热量被用来为蒸汽透平产生蒸汽。这种热传递过程在串接在燃气透平下游的余热蒸汽发生器中完成，在此余热蒸汽发生器中通常设置了多组用于对水预热、产生蒸汽和使蒸汽过热的加热面。这些加热面被连接在该蒸汽透平的水-蒸汽循环中。所述水-蒸汽循环通常包括多个压力级，例如三级，其中每个压力级可以具有一组汽化加热表面。
对于从燃气侧看作为余热蒸汽发生器而连接在燃气透平下游的蒸汽发生器来说，已有多种可供选择的设计方案，即作为直流蒸汽发生器(Durchlauf-dampferzeuger)或作为循环蒸汽发生器(Umlaufdampferzeuger)的方案。在直流蒸汽发生器中，由作为汽化管的蒸汽发生器管对在蒸汽发生器管中一次通过的介质加热，使其汽化。与此相反，在自然循环蒸汽发生器或强制循环蒸汽发生器中，用作循环的水在通过汽化管的运行过程中仅部分汽化。此时未汽化的水在与所产生的蒸汽分离后被输送到同一汽化管中以进一步汽化。
与自然循环蒸汽发生器或强制循环蒸汽发生器不同，直流蒸汽发生器没有压力限制，因而新汽压力远远超过水的临界压力(PKri≈221巴)，此时，液态状的介质和蒸汽状的介质之间可能仅存在极小的密度差。较高的新汽压力有利于获得高的热效率，从而有利于火力发电厂(fossilbeheizt Kraftwerk)的低CO2排放。此外，与循环蒸汽发生器相比，直流蒸汽发生器结构简单，制造成本特别低。因此，利用按直流原理(Durchlaufprinzip)设计的蒸汽发生器作为燃气-蒸汽-透平装置的余热蒸汽发生器特别有利于以简单的结构来达到提高该燃气-蒸汽-透平装置总效率的目的。
将已加热的介质或燃气、尤其是来自燃气透平的废气沿趋于水平的流动方向导流到蒸汽发生器的卧式结构的余热蒸汽发生器，在制造成本以及所需要的维修工作方面具有突出的优点。这种以卧式结构设计的蒸汽发生器已被欧洲专利说明书EP 0 944 801 B1公开。由于将其设计成直流蒸汽发生器，这种蒸汽发生器运行时应当遵循这样的边界条件：不允许从构成连续加热面的汽化管中流出的水进入到紧接在其下游的过热器中。然而，这一点恰好在这类蒸汽发生器起动时是成问题的。
这类蒸汽发生器起动时可能出现所谓的水流出。由于汽化管的加热使处于其中的流体介质开始出现汽化，而且这种初始汽化例如出现在各汽化管的中部，在这种时候将出现所述问题。因而，将下游存在的水(也称作水塞)推出。为了可靠地阻断来自汽化管的未汽化的流体介质到达紧接在其下游的过热器的可能性，象通常的立式结构的直流蒸汽发生器一样，现有的蒸汽发生器设置了一个连接在构成连续加热面的汽化管和过热器之间的水-蒸汽分开装置或分离装置。将残留的水从蒸汽中除去，并借助循环泵将残留的水再送到汽化器或将其排走。然而，这种水-蒸汽分开系统无论从其结构考虑还是从维修费用考虑都是相当昂贵的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种起动所述类型蒸汽发生器的方法，利用这种方法在结构特别简单的情况下能确保高的运行可靠性。此外还要提供一种特别适用于实现此方法的蒸汽发生器。
位实现上述目的，根据本发明一个方面，提供了一种用于起动带有沿基本水平的燃气方向穿过的燃气通道的蒸汽发生器的方法，在该燃气通道中设置了至少一组由多根基本垂直布置、且相互平行设置以供流体介质流过的汽化管构成的连续加热面，其中，在向所述燃气通道供给燃气之前将至少多根所述汽化管局部用未汽化的流体介质充填到预先给定的额定充填状态。
优选地，借助于测量下部的管入口和上部的管出口之间的压差确定所述各汽化管的实际充填状态。
优选地，根据蒸汽发生器的已有的起动加热曲线预先给定所述额定充填状态。
优选地，按照锅炉几何形状和/或由燃气提供的热量随时间的变化确定所述起动加热曲线。
优选地，在向所述燃气通道供给燃气后，对以流体介质的压力为特征的测量值进行监测，当所述测量值超出预先给定的极限值时，才对所述汽化管连续供给未汽化的流体介质。
优选地，在所述汽化管开始生成蒸汽后，将所述未汽化的流体介质输送到这些汽化管。
优选地，对所述未汽化的流体介质输送到所述汽化管进行调节，使得在这些汽化管或每根汽化管的上部管出口处排出过热蒸汽。
优选地，在向所述汽化管供给流体介质时对其质量流密度进行调节，使得一根相对于同一连续加热面的另一根汽化管加热更多的汽化管具有比所述另一汽化管更高的流体介质通过能力。
根据本发明另一方面，提供了一种带有沿基本水平的燃气方向穿过的燃气通道的蒸汽发生器，在所述燃气通道中设置了至少一组由多根基本垂直布置、且相互平行设置以供流体介质流过的汽化管构成的连续加热面，其中，为连接在所述汽化管上游的分配器和连接在所述汽化管下游的出口收集器设置一个共用的压差测量装置。
就方法而言，本发明解决所述技术问题的措施是：在向燃气通道供给燃气之前，将至少多根汽化管局部用未汽化的流体介质充填到预先给定的额定充填状态(Sollfullstand)。
为此，本发明考虑的出发点是：为了在蒸汽发生器起动期间也保持高的运行可靠性，应当可靠地阻断未汽化的流体介质到达紧接在汽化器下游的过热器中的可能性。而且，为使结构特别简单，应当在省去通常直流蒸汽发生器中采用的水-蒸汽分开装置时还能确保这种可靠性。为此，在出口侧紧接在构成连续加热面的汽化管下游的出口收集器直接与过热器的进口分配器相连接的卧式结构的蒸汽发生器中，应当在起动前用未汽化的流体介质对汽化管仅作局部充填。在这种情况下，应这样选择在向燃气通道供给燃气之前的初始充填的充填量(Fullmenge)、亦即所述额定充填状态一方面能避免因开始生成蒸汽而造成水排出，另一方面能避免在起动时对汽化管的冷却不足。
此时，可以选择适合的额定充填状态使在起动过程开始时不向汽化管供给流体介质。于是，在起动过程期间，即在接着向燃气通道供给燃气之后，首先使已处于汽化管中的流体介质汽化。此时，那些位于各汽化管内汽化开始处下游的未汽化流体介质被生成的汽泡移动到各汽化管先前未充填的区域。在那里，这一部分未汽化的流体介质可以被汽化或者在保持汽化管中足够低的质量流密度时再落入到各汽化管的下部空间区域。因而，通过合适地选择额定充填状态，可以将各汽化管中位于各汽化管上部区域的、最初未被流体介质充填的、且作为在其之下的流体介质柱的平衡空间的分区选择得具有足够大的尺寸，从而在初始汽化阶段也能使未汽化的流体介质从各汽化管可靠地排除。
在最初向燃气通道供给燃气前对各汽化管作局部充填时，优选使各汽化管的实际充填状态与预先给定的额定充填状态相匹配。为此，对当时的实际充填状态可通过测量各汽化管的下部管入口和上部管出口之间的压差来确定，其中，将在这种情况下所获得的测量值适当地作为向各汽化管充填未汽化流体介质的基础。
在蒸汽发生器的起动阶段，可以根据蒸汽发生器的运行状态和其以前的情况规定不同的蒸汽发生器的加热随时间变化的曲线。为了确保在起动阶段的变化过程中特别可靠地维持边界条件：即一方面在起动时可靠地阻止未汽化的流体介质从汽化管流出，另一方面始终保证对所有汽化管充分冷却，优选根据事先设定的各起动加热曲线预先给定对汽化管的初始充填起决定作用的额定充填状态。对此合适的方式是，按照锅炉几何形状和/或由燃气提供的热量随时间变化的参数确定起动加热曲线。此时，对于多种这样的参数组合情况，可以将各适配的起动加热曲线存贮到配属于该蒸汽发生器的数据库中，其中尤其还应考虑为实际加热循环预先给定的加热循环。
在起动过程的开始阶段、即紧接在开始向燃气通道供给燃气之后的一段时间内，规定蒸汽发生器在不向汽化管继续供给流体介质或供水的条件下运行。然而，合适的方式是在汽化管中开始产生蒸汽后就向汽化管输送给水或未汽化的流体介质，从而也就保证在开始产生蒸汽后始终能充分冷却各汽化管。在此，优选借助在水-蒸汽循环中的压力升高来识别蒸汽开始产生。为了可以特别可靠的方式按要求向汽化管提供给水，优选在向燃气通道供给燃气之后，对以流体介质的压力为特征的测量值进行监测，其中当此测量值超过预先给定的极限值时才向汽化管连续提供给水。
在向汽化管输送给水后，合适地向汽化管提供给水的方式是能可靠地避免未汽化的流体介质从汽化管流出。为此，可对向汽化管输送给水进行调节，使得在所述汽化管或每根汽化管的上部管出口处流出的是过热蒸汽。此时，为确保未汽化的流体介质不到达紧接在下游的过热器，在这种情况下，在汽化管的出口只要提供略微过热的过热蒸汽就够了。
为确保蒸汽发生器具有特别高的运行可靠性，优选对向汽化管供给的流体介质的质量流密度进行调节，使得一根相对于同一连续加热面的另一根汽化管加热更多的汽化管具有比所述另一汽化管更高的流体介质通过能力。于是，蒸汽发生器的连续加热面在各汽化管出现不同加热时，以自然循环汽化加热面的流动特性(自然循环特性)方式呈现出自稳定性质，无需外部影响措施就可在经受不同加热、流体介质侧为平行连接的汽化管处具有合适的温度。为确保这种特性，规定向汽化管供给的质量流密度相当小。
就蒸汽发生器而言，上述技术问题可通过为连接在汽化管上游的分配器和连接在所述汽化管下游的出口收集器设置一个共用的压差测量装置来解决。在这种情况下，通过该压差测量装置可以用特别有利的方式监测汽化管中的充填状态，从而可将以此为特征的参数作为适用的、对汽化管提供给水或未汽化流体介质的控制量。
本发明的优点尤其在于：通过在开始向燃气通道供给燃气之前向汽化管仅局部充填未汽化流体介质，能确保起动过程具有高的运行可靠性，也就是说，在对汽化管进行充分冷却的条件下能可靠地避免未汽化的流体介质进入紧接在汽化管下游的过热器中，此时蒸汽发生器的结构可以非常简单。在这种情况下，还可以在符合良好运行的可靠标准的情况下完全省去昂贵的水-蒸汽分开系统，而不必在此位置采用在结构上同样昂贵的部件，如采用特别坚固或价格高的管材。在这种情况下，通过向汽化管供给相当小的质量流密度，即使在各汽化管中开始生成蒸汽时在汽化管中还保留有未汽化流体介质，最后也在那里汽化了，这样可使其运行特性特别可靠和稳定。
附图说明
下面结合一幅附图对本发明的实施方式作详细说明。
图1是卧式结构的蒸汽发生器的纵向断面示意图。
具体实施方式
如图所示，蒸汽发生器1为余热蒸汽发生器，它串接在未详细示出的燃气透平的排气侧下游。该蒸汽发生器1具有包围的壁2，该包围的壁构成沿趋于水平的、由箭头4表示的燃气方向x穿过以供来自燃气透平的废气流过的燃气通道6。在燃气通道6中设置了多组按照直流原理设计的汽化加热面，也称作连续加热面8、10。在此实施方式中示出了两组连续加热面8、10，当然也可以是一组连续加热面或更多组连续加热面。
蒸汽发生器1的连续加热面8、10分别包括多根呈管束方式平行设置以供流体介质W流过的汽化管14或15。在这里，汽化管14、15各自大体为垂直走向，沿燃气方向X看，这些汽化管14或15并排设置。然而在图中仅可分别看到这样并排设置的汽化管14或15中的一根。
对于第一组连续加热面8的汽化管14，沿流体介质侧看，它们的上游与共用的分配器16相连，下游与共用的出口收集器18相连。第一组连续加热面8的出口收集器18的出口侧通过下降管系统20与配属于第二组连续加热面10的分配器22相连接。在第二组连续加热面10的出口侧下游接有出口收集器24。
向这台由连续加热面8、10构成的汽化系统供给流体介质W，所述流体介质在一次通过汽化系统时被汽化、并在该汽化系统的出口之后作为蒸汽D被送走，再被送往连接在第二组连续加热面10的出口收集器24下游的过热加热面26。这种由连续加热面8、10和连接在其下游的过热加热面26构成的管道系统被连接在蒸汽透平的、图中未详细示出的水-蒸汽循环中。此外，在蒸汽透平的水-蒸汽循环中还连接有其它一些在图中分别示意表示的加热面28。这些加热面28例如可以与中压汽化器、低压汽化器和/或预热器相关。
可将由连续加热面8、10构成的汽化系统设计成适于向汽化管14、15供给相当低的质量流密度，其中汽化管14、15具有自然循环特性。在这种自然循环特性中，一根相对于同一连续加热面8或10的另一根汽化管14或15加热更多的汽化管14或15具有比所述另一汽化管14或15更高的流体介质W通过能力。
如图所示的蒸汽发生器1保持着相当简单的结构。对此，第二组连续加热面10还在省去了一个相当昂贵的水-蒸汽分开系统或分离系统的情况下直接与位于其下游的过热加热面26相连接，因而第二组连续加热面10的出口收集器24可经一溢流管而无需其他中间连接部件直接连接到过热加热面26的分配器上。为了在这种结构相当简单的设计中在所有运行状态下仍然能保持相当高的运行可靠性，使蒸汽发生器1在起动时按照预先给定的边界条件(Randvorgabe)来运行。此时，一方面，蒸汽发生器1在起动时的运行状态尤其应保证构成连续加热面8、10的汽化管14、15和构成过热加热面26的蒸汽发生器管始终能被充分冷却，另一方面，该蒸汽发生器1起动时的运行还应使得即使未在第二连续加热面10和过热加热面26之间设置水-蒸汽分开系统仍能可靠地避免使未汽化的流体介质W流到过热加热面26。
为确保这一点，在最初向燃气通道6供给来自连接在其上游的燃气透平的燃气之前，将构成第一组连续加热面8的汽化管14用未汽化的流体介质W充填到可预先给定的、在图中用虚线30表示的额定充填状态。在这种情况下，汽化管14在接受加热前用未汽化的流体介质W充填可由本来就存在的供水管和分配器16来实现。此时，汽化管14中达到的实际充填状态可通过测量下方的分配器16和上方的出口收集器18之间的压差来确定。为此，为分配器16和出口收集器18配设了一个共用的压差测量装置32。根据由此获得的各汽化管14的实际充填状态控制继续充填的未汽化的流体介质W，使其到达预先给定的、处于预定误差范围内的额定充填状态。
在用未汽化流体介质W对汽化管14作初始充填结束之后，首先停止向汽化管14继续输送流体介质W。在这种状态下，着手开始蒸汽发生器1的自身起动过程，其中尤其是将从燃气通道上游的燃气透平流出的燃气供送给燃气通道6。通过从那时起对汽化管14的加热，使位于其中的未汽化的流体介质W开始汽化。在一段时间间隔后，在各汽化管14中出现局部汽化，其中那些位于下游的或开始汽化的各处上游的、尚未汽化的流体介质W分别被移送到各汽化管上部最初未被流体介质W充填的区域。在那里或者完成这部分流体介质W的汽化，或者这部分流体介质W由于汽化管14中相当小的设计的质量流密度而下落到其下部区域。
可能还残留的未汽化流体介质W通过下降管系统20被转送到连接在其下游的第二组连续加热面10，并在那里完全汽化。于是，第二组连续加热面10不管情况怎么样都能接收由第一组连续加热面8排出的残留水。由于在自身起动过程开始前汽化管14仅仅被局部充填，因而在位于第二组连续加热面10下游的出口收集器24中或在位于出口收集器下游的过热加热面26中没有或几乎没有未汽化的流体介质。
因而，在本实施方式中，规定只对构成第一组连续加热面8的汽化管14进行局部充填；此时第二组连续加热面10首先保持在未充填状态。但是作为补充，在可供选择的实施方式中也可以规定对构成第二组连续加热面10的汽化管15以类似方法进行局部充填。
确定汽化管14中是否已开始产生蒸汽以及汽化的流体介质或蒸汽D是否进入出口收集器24可通过对流体介质W或蒸汽D、尤其在出口收集器24处或在过热加热面26出口处的流体介质或蒸汽的压力测量来实现。在这种情况下，通过相应设置的压力传感器来获取以出口收集器24处或过热加热面出口处的汽化流体介质或蒸汽D的压力为特性的测量值。此时，根据在开始生成蒸汽时能达到每分钟几巴的起始压力的升高来终止蒸汽的开始产生。
在以这样的方式确定汽化管14中开始生成蒸汽之后，按运行方式向配属于连续加热面8的分配器16输送给水或未汽化的流体介质W。在继续的起动过程期间、尤其直到平衡运行状态前，可调节向汽化管14输送的给水或未汽化的流体介质W，使得在汽化管14的上部管出口34排出过热的蒸汽D，即不含水分的蒸汽D。
通常，在向汽化管14供给流体介质W时，可调节其质量流密度，使得一根相对于另一根汽化管14加热更多的汽化管14具有比所述另一汽化管14更高的流体介质W通过能力。这样一来，能确保连续加热面8在各汽化管14出现不同的加热时以自然循环汽化加热面的流动特性方式呈现出自稳定的性质。
在此处实现所介绍的蒸汽发生器1起动的过程中，一方面能确保随时充分冷却汽化管14、15，另一方面能确保在任何时刻在位于第二组连续加热面10下游的过热加热面26中不会出现未汽化的流体介质W。在此，尤其是通过在本身的起动过程开始前合适地选择汽化管14的额定充填状态来确保维持此边界条件。事先为汽化管14给定额定充填状态还可以这样实现：使原有起动过程的基础情况正好维持此边界条件。为此，可根据蒸汽发生器1的已有的起动加热曲线预先给定额定充填状态。在这种情况中，可按照锅炉几何形状和锅炉的材料和/或燃料种类的参数来确定起动加热曲线。具体地说，此时可以规定：在存储器组件中以数据库方式存贮多种可能对这类蒸汽发生器1适用的起动加热曲线，按照运行数据从其中选择一种与实际情况相适配的起动加热曲线，并将其作为预先给定额定值的基础。

Claims (14)

1.一种用于起动带有沿基本水平的燃气方向穿过的燃气通道(6)的蒸汽发生器(1)的方法，在该燃气通道中设置了至少一组由多根基本垂直布置、且相互平行设置以供流体介质(W、D)流过的汽化管(14)构成的连续加热面(8)，其中，在向所述燃气通道(6)供给燃气之前将至少多根所述汽化管(14)局部用未汽化的流体介质(W)充填到预先给定的额定充填状态。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，借助于测量下部的管入口(16)和上部的管出口(34)之间的压差确定所述各汽化管(14)的实际充填状态。
3.按照权利要求1所述的方法，其中，根据蒸汽发生器的已有的起动加热曲线预先给定所述额定充填状态。
4.按照权利要求2所述的方法，其中，根据蒸汽发生器的已有的起动加热曲线预先给定所述额定充填状态。
5.按照权利要求3所述的方法，其中，按照锅炉几何形状和/或由燃气提供的热量随时间的变化确定所述起动加热曲线。
6.按照权利要求4所述的方法，其中，按照锅炉几何形状和/或由燃气提供的热量随时间的变化确定所述起动加热曲线。
7.按照权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，在向所述燃气通道(6)供给燃气后，对以流体介质(W、D)的压力为特征的测量值进行监测，当所述测量值超出预先给定的极限值时，才对所述汽化管(14)连续供给未汽化的流体介质(W)。
8.按照权利要求7所述的方法，其中，在所述汽化管(14)开始生成蒸汽后，将所述未汽化的流体介质(W)输送到这些汽化管(14)。
9.按照权利要求8所述的方法，其中，对所述未汽化的流体介质(W)输送到所述汽化管(14)进行调节，使得在这些汽化管或每根汽化管(15)的上部管出口处排出过热蒸汽(D)。
10.按照权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，在向所述汽化管(14)供给流体介质(W、D)时对其质量流密度进行调节，使得一根相对于同一连续加热面(8)的另一根汽化管(14)加热更多的汽化管(14)具有比所述另一汽化管(14)更高的流体介质通过能力。
11.按照权利要求7所述的方法，其中，在向所述汽化管(14)供给流体介质(W、D)时对其质量流密度进行调节，使得一根相对于同一连续加热面(8)的另一根汽化管(14)加热更多的汽化管(14)具有比所述另一汽化管(14)更高的流体介质通过能力。
12.按照权利要求8所述的方法，其中，在向所述汽化管(14)供给流体介质(W、D)时对其质量流密度进行调节，使得一根相对于同一连续加热面(8)的另一根汽化管(14)加热更多的汽化管(14)具有比所述另一汽化管(14)更高的流体介质通过能力。
13.按照权利要求9所述的方法，其中，在向所述汽化管(14)供给流体介质(W、D)时对其质量流密度进行调节，使得一根相对于同一连续加热面(8)的另一根汽化管(14)加热更多的汽化管(14)具有比所述另一汽化管(14)更高的流体介质通过能力。
14.一种带有沿基本水平的燃气方向穿过的燃气通道(6)的蒸汽发生器(1)，在所述燃气通道中设置了至少一组由多根基本垂直布置、且相互平行设置以供流体介质(W、D)流过的汽化管(14)构成的连续加热面(8)，其中，为连接在所述汽化管(14)上游的分配器(16)和连接在所述汽化管(14)下游的出口收集器(18)设置一个共用的压差测量装置(32)。
CNB028162439A 2001-08-31 2002-08-20 带有沿水平燃气方向穿过的通道的蒸汽发生器及起动方法 Expired - Lifetime CN1289854C (zh)

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