CN1671949A - 蒸汽发电站 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蒸汽发电站(1)，其包括至少一蒸汽轮机(3)和一蒸汽发生器(5)，其中，沿蒸汽(17)的流动方向(9)在蒸汽发生器(5)之后和蒸汽轮机(3)之前和/或在蒸汽轮机(3)的第一透平级(11)之后和第二透平级(13)之前设置燃烧装置(7)，所述蒸汽流(9)在燃烧装置(7)的燃烧腔室(19)内借助与该燃烧腔室(19)内产生的热燃气混合而被加热。

Description

蒸汽发电站

本发明涉及一种具有至少一蒸汽轮机和一蒸汽发生器的蒸汽发电站。

在公知的蒸汽发电站中，主要在一个蒸汽发生器中产生用于推动蒸汽轮机作功用的工作蒸汽，其中，将热燃气中含有的能量排放给一个或多个被供给水的热交换器，并由此通过加热水来产生工作蒸汽；或者将能量排放给一个或多个被供给蒸汽的热交换器、并由此实现蒸汽的过热，这样一种过热在公知的蒸汽轮机中例如在高压级和中压级之间进行，其中，离开高压级的蒸汽借助设置在蒸汽发生器中的中间过热器加热面被过热并被输送给所述中压级。

这样一种蒸汽的中间过热例如有助于提高蒸汽轮机的效率。

在公知的蒸汽发电站中，要借助一些热交换器表面来实现热能的输入，以产生蒸汽和/或中间过热蒸汽，这些换热面设置在蒸汽发生器中并与引入蒸汽发生器中的热燃气接触。这些被加热的换热面又将其热能排放到在由换热面构成的结构体内部流动水和/或蒸汽中。因此，所述加热是首先通过将热燃气的热量传递给换热面，然后又从换热面传递给被加热的介质来完成的。

由于在被现有技术所公开的、应用在已知的蒸汽发电站设备中的蒸汽发生器内的热交换器中，热燃气的能量是借助被热燃气加热的换热面材料传递给被加热介质，因此，可传递给被加热介质例如水和/或蒸汽的能量受到换热面材料特性的限制。

所以，在公知的蒸汽发电站设备中对许可的蒸汽温度有所限制，因为传递热量的换热面基于其材料特性及与之相关的热负载极限不能随意被加热到很高温度。

此外，热量从热燃气传递给被加热的介质有一定的滞后。这种滞后主要因基于所必需的换热面加热时间而造成。

因此，本发明要解决的技术问题在于提供一种具有至少一蒸汽轮机和一蒸汽发生器的蒸汽发电站，该蒸汽发电站可灵活使用并尤其能克服现有技术中存在的所述缺陷。

上述技术问题是通过这样一种蒸汽发电站来解决的，其包括至少一蒸汽轮机和一蒸汽发生器，其中，沿蒸汽的流动方向在蒸汽发生器之后和蒸汽轮机之前和/或在蒸汽轮机的第一透平级之后和第二透平级之前设置一燃烧装置，所述蒸汽流在该燃烧装置的燃烧腔室内借助于与该燃烧腔室内产生的热燃气混合而被加热。

对此本发明考虑的出发点是，若放弃采用换热面来将能量传递给被加热介质，与现有技术相比，热量从热燃气传递给被加热介质所受的限制更少。

按照本发明，这一点是这样来实现的，即，将被加热的蒸汽流直接输入燃烧室中，并使之直接与热燃气混合。

按照本发明的内部辅助燃烧器可沿蒸汽的流动方向在蒸汽发生器之后和蒸汽轮机之前用于过热新鲜蒸汽，或者也可用于过热已经将其部分能量传递给透平级的蒸汽，后者按照本发明被过热后又输送给另一透平级。

借助于本发明的蒸汽发电站，与现有技术相比可达到更高的蒸汽温度。这有助于提高蒸汽发电站的效率。

比较有利的是，可向所述燃烧装置中输入氢气和/或烃、尤其是甲烷作为燃料。

采用氢气作为燃料首先具有如下优点，即，只要氢气如最常见的那样通过燃料转化或汽化从烃中制取出，就可能以比较低的能量耗费抑制早在制造氢气期间对烃进行转化或汽化处理时所产生的二氧化碳，从而从一开始就可避免在蒸汽发电站的蒸汽轮机和/或其它部分中形成酸性蒸汽混合物。

为了使燃烧室的燃烧特别充分，比较有利的是可向燃烧装置中输入含氧气体、尤其是纯氧和/或空气，以产生燃烧气氛。

本发明的这一实施方式考虑到了这样的要求，即，燃料只能在一种适合的燃烧气氛中燃烧。特别有效的燃烧可借助于输入纯氧来实现，因为氧气与空气相比不含其他阻碍燃烧的成分，这些成分在某些情况下例如在燃烧前必须在空气分离装置中被分离出去，以确保适当的燃烧气氛。

在本发明的另一优选实施方式中，借助连接在所述蒸汽轮机下游的冷凝器可从所述蒸汽流中获取所产生的燃烧产物。

实际上在所有燃烧过程中所产生的燃烧产物大多需要排出，这是因为这些燃烧产物在较长的运行时间之后可能沉积在燃烧腔室中或其它部件中并限制其功能。

如果在本发明的蒸汽发电站中在由纯氧组成的气氛中燃烧作为燃料的烃，那么至少会产生燃烧产物水和二氧化碳。这些燃烧产物可被蒸汽流夹带走并传输给冷凝器。在公知的蒸汽发电站中大多本来就设有冷凝器，因此，结合本发明就不必非得再单独设置适合于获取燃烧产物的冷凝器。

在冷却含有作为燃烧产物的水-二氧化碳混合物的蒸汽时，水成分在很大程度上被冷凝并剩下几乎纯净的气态二氧化碳，然后将其从冷凝器中取出并例如存储起来。

如上所述，在采用借助对烃的转化或汽化处理制出的氢气作为燃料时，所产生的二氧化碳早在将燃料输入燃烧装置前就被提取出，因此在燃烧时实际上不会产生作为燃烧产物的二氧化碳。

借助本发明的蒸汽发电站的燃烧装置实现所述的内部辅助燃烧可在蒸汽轮机运行期间非常快地提供使用。为此只需点燃输入燃烧室中的燃料即可，这样尤其可取消公知换热面的加热时间。

此外，本发明的蒸汽发电站具有如下优点，即，不必借助单独的排料装置将燃烧产物和/或废气从燃烧室中排出，因为它们可被蒸汽流夹带并可在蒸汽循环的其他位置例如冷凝器旁被分离。再者，通过本发明可达到更高的蒸汽温度，而不必改变对于蒸汽发生器的设计。

本发明的蒸汽发电站尤其可用于在高峰负荷期间准备提供能量或用于支持供电网的电网频率；本发明的蒸汽发电站提供了快速调节功率的可能性并可非常灵活地应用。

下面借助附图所示实施方式对本发明予以详细说明，附图中：

图1示出了按照本发明的蒸汽发电站。

图1中示出了按照本发明的蒸汽发电站1，它包括与发电机21连接的蒸汽轮机3以及蒸汽发生器5。

蒸汽轮机3构造成具有三级透平级，亦即第一透平级11、第二透平级13和第三透平级15。它们分别被构造成高压级、中压级与低压级。

在该图所示的实施方式中，蒸汽发生器5是一个用煤27燃烧的锅炉，为对煤助燃，将燃烧用空气29输入该锅炉中。

在蒸汽发生器5中，在其热端区域内设置加热面37以及在其较低温度区域内设置中间过热加热面35。

加热面37用于在蒸汽发生器5中对来自于给水箱23的给水24进行加热，使得可向第一透平级11输送工作蒸汽。

所述蒸汽在第一透平级11中部分膨胀做功后借助所述中间过热加热面35被中间过热。蒸汽流17从中间过热加热面35中出来后沿方向9输入燃烧装置7中。在此，蒸汽流17在燃烧室19中借助燃料33和所加入的氧气31被加热，由此燃烧室19中的蒸汽流17与燃料33燃烧时在燃烧室19中产生的热燃气混合。

因此，热量可直接通过混合从热燃气传递到蒸汽流17中，而不会传递给例如设置成换热面的材料。

也可用空气取代氧气31来产生适合的燃烧气氛，其中，必要时在将空气输入燃烧室之前借助空气分离装置将其分离成氧气和剩余气体。

作为燃料33例如可采用烃尤其可采用甲烷，或氢气。

将借助燃烧装置7被加热的蒸汽流17输送给第二透平级13，在那儿该蒸汽流含有的能量至少部分被转化成机械功。进一步膨胀做功后的蒸汽离开第二透平级13并被输送到第三透平级15，在那里蒸汽中还含有的能量被尽可能充分地转换成机械能。

膨胀作功后的蒸汽作为水-蒸汽混合物离开第三透平级15，并被输入冷凝器25，在那儿残存的蒸汽成分被冷凝成水。

这种在冷凝器25中收集的水作为冷凝液26被输送到给水箱23。

从冷凝器25中可取出在燃烧装置7的燃烧室19中燃烧所产生的燃烧产物39。

由于在燃烧室19中在蒸汽流17中进行燃烧，燃烧产物39被蒸汽循环回路中的蒸汽流17夹带走并且按照本发明的这一实施方式可从冷凝器25中取出。

如果将例如烃作为燃料33与氧气31燃烧，燃烧产物39中含有水和二氧化碳，这样的水-二氧化碳混合物被蒸汽流17带走并可从冷凝器25中取出，因为在冷却所述水-二氧化碳混合物时，其中的水分在很大程度上被冷凝，因此剩下几乎纯净的气态二氧化碳，随后可将所述二氧化碳气体排出并例如存储起来。

水作为燃烧产物当然通常不必排出，而可作为冷凝液26的成分输入给水箱23中。

Claims (4)

1.蒸汽发电站(1)，其包括至少一蒸汽轮机(3)和一蒸汽发生器(5)，其特征在于，沿蒸汽(17)的流动方向(9)在所述蒸汽发生器(5)之后和所述蒸汽轮机(3)之前和/或在所述蒸汽轮机(3)的第一透平级(11)之后和第二透平级(13)之前设置一燃烧装置(7)，所述蒸汽流(17)在该燃烧装置(7)的一燃烧腔室(19)内借助与所述燃烧腔室(19)内产生的热燃气混合而被加热。

2.根据权利要求1所述的蒸汽发电站(1)，其特征在于，向所述燃烧装置(7)中输入氢气和/或一种烃、尤其是甲烷作为燃料(33)。

3.根据权利要求1或2所述的蒸汽发电站(1)，其特征在于，向所述燃烧装置(7)中输入一种含氧的气体、尤其是纯氧(31)和/或空气，以便在所述燃烧室(19)中形成燃烧气氛。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的蒸汽发电站(1)，其特征在于，借助一连接在所述蒸汽轮机(3)下游的冷凝器(25)可从所述蒸汽流(9)中获取所产生的燃烧产物(39)。

Images