TWI645104B - 化石燃料發電設備 - Google Patents
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Abstract
本發明揭示一種發電設備，其具有一化石燃料燃燒鍋爐(10)、一供氣系統、煙道氣系統及冷凝系統。一單體式煙道氣熱交換器(54)跨越該煙道氣系統中之一旁路管線(22)及該冷凝系統以便改良該發電設備之熱效率同時最小化複雜性。
Description
本發明大體上係關於包括化石燃料鍋爐之發電設備且特定言之係關於其具有能量效率之組態。
一典型的化石燃料發電設備(例如，描述於EP 2351914 A中)具有一鍋爐(該鍋爐包括一節熱器、一蒸發器、一過熱器及一再熱器)以及包括安裝於驅動一產生器之一軸件上之高壓、中壓及低壓段之若干蒸汽渦輪機模組。由該鍋爐產生之蒸汽首先在高壓渦輪機段中膨脹，在此之後該蒸汽在隨後饋送至中壓渦輪機段中之前在再熱器中再加熱。自該中間段排出之蒸汽在低壓渦輪機段中進一步膨脹之後經饋送至一冷凝器中。由一或多個抽出泵將在該冷凝器中之井中收集之冷凝物泵抽至使用自低壓蒸汽渦輪機及中壓蒸汽渦輪機抽出之蒸汽預熱該冷凝物之冷凝物預熱器。該發電設備可進一步包括定位於用於提高在低壓預熱器之下游之冷凝物之壓力之一供水泵系統之下游之一或多個高壓預熱器。自高壓渦輪機段抽出之蒸汽可用作此等預熱器之一熱源。接著，將來自該等高壓預熱器之經預熱之冷凝物饋送至鍋爐/節熱器中，因此完成一閉路蒸汽冷凝循環。
一典型的化石燃料發電設備包含一化石燃料系統，該化石燃料系統可包括將煤饋送至鍋爐中之一磨煤設備、用於供應燃燒空氣之一空氣系統及用於引導來自鍋爐之煙道氣之一煙道氣排氣系統。該煙道
氣系統通常包含用於在空氣進入鍋爐之前預熱該空氣之一空氣預熱器及一微粒收集系統(諸如一靜電沉澱器或織物過濾器)及在煙道氣通過一煙囪或冷卻塔排出之前精鍊該煙道氣之一脫硫單元。使用煙道氣預熱空氣係改良該發電設備之熱效率之一方法。然而，持續需要提供在降低之成本(其可透過降低之複雜性達成)下平衡增加之熱效率要求之發電設備。
本發明提供解決發電設備複雜性及熱效率之雙重問題之一化石燃料發電設備配置。
藉由獨立技術方案之標的物解決此問題。在附屬技術方案中給定有利實施例。
本發明係基於提供一單體式煙道氣熱交換器之總體思路，該單體式煙道氣熱交換器跨越旁路管線及第二冷凝物管線且經組態及配置以將熱能自煙道氣傳遞至冷凝物。
一態樣提供一種發電設備，該發電設備具有一化石燃料燃燒鍋爐、用於將空氣饋送至該鍋爐中之一供氣管線、連接至該鍋爐之用於自該鍋爐排出煙道氣之一煙道氣管線、經組態及配置於該供氣管線及該煙道氣管線兩者中以將熱能自離開該鍋爐之煙道氣交換至饋送進入該鍋爐之空氣之一空氣預熱器。該態樣進一步提供形成煙道氣管線之部分且經配置以旁通空氣預熱器之一旁路管線、具有複數個預熱器之連接至鍋爐之用於將冷凝物饋送至該鍋爐之一第一冷凝物管線，及其第一及第二末端連接至該第一冷凝物管線之一第二冷凝物管線。該態樣進一步包含跨越旁路管線及第二冷凝物管線之一單體式煙道氣熱交換器。該單體式煙道氣熱交換器提供將熱能自煙道氣傳遞至冷凝物管線中之冷凝物之一有效又簡單之方法。
在一態樣中，冷凝物管線包括一或多個低壓預熱器、一或多個
高壓預熱器及流體上定位於該一或多個低壓預熱器與該一或多個高壓預熱器之間之一供水泵系統。該供水泵系統經組態及配置以提高第一冷凝物管線中之冷凝物壓力。第二冷凝物管線之一第一端係定位於低壓預熱器之下游及供水泵系統之上游，且一輔助供水泵系統係定位於該第二冷凝物管線中。
在不同態樣中輔助供水泵系統係定位於煙道氣熱交換器之上游或下游。
在一態樣中，第二冷凝物管線之第二端係定位於該一或多個高壓預熱器之下游，而在另一態樣中該第二冷凝物管線之該第二端係定位於供水泵系統之上游。
在一態樣中，煙道氣熱交換器與第二端之間之第二冷凝物管線通過在蒸汽側上之該一或多個高壓預熱器之至少一者以便能夠加熱通過該至少一或多個高壓預熱器之冷凝物。
一進一步態樣包含一第三冷凝物管線，其一第一端流體上定位於供水泵系統與該一或多個高壓預熱器之間，且一第二端定位於該一或多個高壓預熱器之下游之第一冷凝物管線中。該態樣亦包含在該第三冷凝物管線中之一冷凝物熱交換器。在此態樣中，第二冷凝物管線之第二端係流體上定位於該一或多個低壓預熱器與供水泵系統之間，而定位於煙道氣熱交換器之下游之該第二冷凝物管線之一部分通過冷凝物熱交換器，藉此使通過第三冷凝物管線之冷凝物能夠由在煙道氣熱交換器內加熱之冷凝物所加熱。
在一態樣中，冷凝物管線包括一或多個低壓預熱器、一或多個高壓預熱器及流體上定位於該一或多個低壓預熱器與該一或多個高壓預熱器之間且進一步經組態及配置以提高第一冷凝物管線中之冷凝物壓力之一供水泵系統。第二冷凝物管線之第一端係流體上定位於供水泵系統與該一或多個高壓預熱器之間，且該第二冷凝物管線之第二端
係定位於該一或多個高壓預熱器之下游。
本發明之另一目的係克服或至少改善先前技術之缺點及不足或提供一有用替代方案。
將自結合附圖獲得之以下描述明白本發明之其他態樣及優點，該等附圖藉由實例繪示本發明之例示性實施例。
10‧‧‧鍋爐
20‧‧‧煙道氣管線
22‧‧‧煙道氣旁路管線
24‧‧‧微粒收集單元
26‧‧‧脫硫單元
28‧‧‧煙囪/冷卻塔
30‧‧‧空氣管線
32‧‧‧空氣預熱器
40‧‧‧冷凝物管線
42‧‧‧第二冷凝物管線
43‧‧‧第三冷凝物管線
44‧‧‧供水泵系統
46‧‧‧輔助供水泵系統
48‧‧‧低壓供水槽
50‧‧‧低壓預熱器
52‧‧‧高壓預熱器
54‧‧‧煙道氣熱交換器
56‧‧‧冷凝物熱交換器
藉由實例，在下文參考附圖更全面描述本發明之一實施例，其中：圖1係一先前技術蒸汽發電設備配置之一示意圖；圖2係具有一中間熱/暖冷凝物熱交換器之一蒸汽發電設備之一例示性實施例之一示意圖；圖3係具有與一連串冷凝物預熱器組合之一單體式煙道氣/冷凝物熱交換器之一進一步例示性實施例之一示意圖；圖4係具有自一低壓供水槽及一輔助供水泵系統組合之一單體式煙道氣/冷凝物熱交換器之一進一步例示性實施例之一示意圖；及圖5係具有自一低壓供水槽至具有一輔助供水泵系統之鍋爐入口組合之一單體式煙道氣/冷凝物熱交換器之一進一步例示性實施例之一示意圖。
圖6係具有自一低壓供水槽至具有一專屬供水泵系統之鍋爐入口組合之一單體式煙道氣/冷凝物熱交換器之一進一步例示性實施例之一示意圖。
現參考圖式描述本發明之例示性實施例，其中相同元件符號係用於指稱本發明之相同元件。在以下描述中，為解釋目的，闡述許多特定細節以提供本發明之一透徹理解。然而，可在不包含此等特定細節之情況下實踐本發明，且本發明不應限於本文中所揭示之例示性實
施例。
本文中所描述之例示性實施例可應用至如圖1中所展示之一燃燒化石燃料之發電設備。此一化石燃料發電設備包括一鍋爐10、用於將主要燃燒空氣饋送至該鍋爐10中之一空氣管線30、用於自該鍋爐10排出煙道氣之一煙道氣管線20及形成一閉路水/蒸汽回路之部分之用於將冷凝物饋送至該鍋爐10中之一冷凝物管線40。
通常，一空氣預熱器32跨越煙道氣管線20及空氣管線30。煙道氣管線20可進一步包含在一排氣煙囪28或冷卻塔28之前之一微粒收集單元24(例如，一靜電沉澱器)及一脫硫單元26連接。
冷凝物管線40包含複數個預熱器50、52，該複數個預熱器50、52可包含一或多個低壓預熱器50及一或多個高壓預熱器52。在此一配置中，定位於該等低壓預熱器50與該等高壓預熱器52之間之一供水泵系統44提高通過冷凝物管線40之冷凝物之壓力。形成冷凝物管線40之部分之一選用低壓供水槽48可定位於供水泵系統44與該一或多個低壓預熱器50之間。
在圖2中所展示之一例示性實施例中，發電設備之煙道氣系統具有圍繞空氣預熱器32之一旁路管線22，以作為使來自鍋爐之至少一些煙道氣能夠旁通部分定位於煙道氣管線20中之空氣預熱器32之一方法。此外，冷凝系統包含一第二冷凝物管線42，其自該一或多個低壓預熱器50與供水泵系統44之間之冷凝物管線40延伸，穿過一輔助供水泵系統46及定位於旁路管線22上之一煙道氣熱交換器54，接著在返回至該冷凝物管線40之相同區域(直接返回至管線部分或返回至形成該冷凝物管線40之部分之一低壓供水槽48)之前穿過一冷凝物熱交換器56。
煙道氣熱交換器54(其係一單體式熱交換器，其係旁路管線22中之唯一熱交換器)實現熱能自煙道氣系統至冷凝系統中之傳遞。
一第三冷凝物管線43具有在該一或多個高壓預熱器52與供水泵系統44之間之一點處及在鍋爐10與該一或多個高壓預熱器52之間之一點處接合冷凝物管線40之端部。該第三冷凝物管線43進一步通過冷凝物熱交換器56。至冷凝物之第二冷凝物管線42及第三冷凝物管線43係經由一熱交換器56熱連接。
在圖3中所展示之一例示性實施例中，發電設備之煙道氣系統具有圍繞空氣預熱器32之一旁路管線22，以作為使來自鍋爐之至少一些煙道氣能夠旁通部分定位於煙道氣管線20及空氣管線30中之一空氣預熱器32之一方法。冷凝系統另外包含一第二冷凝物管線42，其自該一或多個低壓預熱器50與供水泵系統44之間之冷凝物管線40延伸，穿過一輔助供水泵系統、定位於旁路管線22上之一煙道氣熱交換器54，接著在返回至該冷凝物管線40之相同區域(直接返回至該管線或經由一低壓供水槽48返回)之前穿過該一或多個高壓預熱器52。
煙道氣熱交換器54(其係一單體式熱交換器，其係旁路管線中之唯一熱交換器)實現熱能自煙道氣至冷凝系統中之傳遞。第二冷凝物管線42至該一或多個高壓預熱器52之進一步連接實現在煙道氣熱交換器54中藉由冷凝物獲得之熱能至通過該一或多個高壓預熱器52之主要冷凝物流之傳遞。
在圖4中所展示之一例示性實施例中，發電設備之煙道氣系統具有圍繞空氣預熱器32之一旁路管線22，以作為使來自鍋爐10之至少一些煙道氣能夠旁通部分定位於煙道氣管線20及空氣管線30中之一空氣預熱器32之一方法。此外，冷凝系統包含一第二冷凝物管線42，其自供水泵系統44延伸，穿過定位於旁路管線22上之一煙道氣熱交換器54，接著在返回至在鍋爐10與該一或多個高壓預熱器52之間之冷凝物管線40之一區域之前穿過一輔助供水泵系統46。
煙道氣熱交換器54(其係一單體式熱交換器，其係旁路管線22中
之唯一熱交換器)實現熱能自煙道氣至冷凝系統中之傳遞。
在圖5中所展示之一例示性實施例中，發電設備之煙道氣系統具有圍繞空氣預熱器32之一旁路管線22，以作為使來自鍋爐之至少一些煙道氣能夠旁通部分定位於煙道氣管線20及空氣管線30中之一空氣預熱器32之一方法。此外，冷凝系統包含一第二冷凝物管線42，其自該一或多個高壓預熱器52與供水泵系統44之間之冷凝物管線40延伸，穿過定位於旁路管線22上之一煙道氣熱交換器54，接著在返回至在定位於該一或多個高壓預熱器52之下游之冷凝物管線40中之一輔助供水泵系統46與該一或多個高壓預熱器52之間之該冷凝物管線40之一區域之前穿過該輔助供水泵系統46。
煙道氣熱交換器54(其係一單體式熱交換器，其係旁路管線22中之唯一熱交換器)實現熱能自煙道氣至冷凝系統中之傳遞。
在圖6中所展示之一例示性實施例中，發電設備之煙道氣系統具有圍繞空氣預熱器32之一旁路管線22，以作為使來自鍋爐10之至少一些煙道氣能夠旁通部分定位於煙道氣管線20及空氣管線30中之一空氣預熱器32之一方法。此外，冷凝系統包含一第二冷凝物管線42，其自該一或多個高壓預熱器52與供水泵系統44之間之冷凝物管線40延伸，穿過一輔助供水泵系統46，接著在返回至鍋爐10與該一或多個高壓預熱器52之間之冷凝物管線40之一區域之前穿過定位於旁路管線22上之一煙道氣熱交換器54。
煙道氣熱交換器54(其係一單體式熱交換器，其係旁路管線22中之唯一熱交換器)實現熱能自煙道氣至冷凝系統中之傳遞。
在一替代之未展示之例示性實施例中，輔助供水泵系統46係定位於煙道氣熱交換器54之下游而非該煙道氣熱交換器54之上游，如圖6中所展示。
儘管本文中已在經構想為最實際之例示性實施例之實施例中展
示及描述本發明，但應理解，本發明可體現於其他特定實施例中。因此，當前所揭示之實施例在各方面均視為闡釋性的而非限制性的。本發明之範疇係藉由隨附申請專利範圍而非前面描述來指示，且來自隨附申請專利範圍之定義及範圍及等效方案內之全部改變意欲包含於本發明之範疇中。
Claims (11)
- 一種發電設備，其包括：一化石燃料燃燒鍋爐(10)；用於將空氣饋送至該鍋爐(10)中之一供氣管線；連接至該鍋爐(10)之用於自該鍋爐(10)排出煙道氣之一煙道氣管線(20)；在該供氣管線及該煙道氣管線(20)兩者中經組態及配置以將熱能自離開該鍋爐(10)之煙道氣交換至饋送至該鍋爐(10)中之空氣之一空氣預熱器(32)；形成該煙道氣管線(20)之部分之經配置以旁通該空氣預熱器(32)之一旁路管線(22)；具有複數個預熱器之連接至該鍋爐(10)以用於將冷凝物饋送至該鍋爐(10)中之一第一冷凝物管線(40)；及其第一及第二末端連接至該第一冷凝物管線(40)之一第二冷凝物管線(42)，其特徵在於：一單體式煙道氣熱交換器(54)跨越該旁路管線(22)及該第二冷凝物管線(42)，經組態及配置以將熱能自煙道氣傳遞至冷凝物，其中該冷凝物管線(40)包括：一或多個低壓預熱器(50)；一或多個高壓預熱器(52)；及一供水泵系統(44)，其流體上定位於該一或多個低壓預熱器(50)與該一或多個高壓預熱器(52)之間，經組態及配置以提高該第一冷凝物管線(40)中之冷凝物壓力，其中該第二冷凝物管線(42)之一第一端係定位於該一或多個低 壓預熱器(50)之下游及該供水泵系統(44)之上游且一輔助供水泵系統(46)係定位於該第二冷凝物管線(42)中。
- 如請求項1之發電設備，其中該第二冷凝物管線(42)自該供水泵系統(44)延伸。
- 如請求項1或2之發電設備，其中該輔助供水泵系統(46)係定位於該煙道氣熱交換器(54)之上游。
- 如請求項1或2之發電設備，其中該輔助供水泵系統(46)係定位於該煙道氣熱交換器(54)之下游。
- 如請求項3之發電設備，其中該第二冷凝物管線(42)之該第二端係定位於該一或多個高壓預熱器(52)之下游。
- 如請求項3之發電設備，其中該第二冷凝物管線(42)之該第二端係定位於該供水泵系統(44)之上游。
- 如請求項6之發電設備，其中該煙道氣熱交換器(54)與該第二端之間之該第二冷凝物管線(42)通過該一或多個高壓預熱器(52)之至少一者以便能夠加熱通過該至少一或多個高壓預熱器(52)之冷凝物。
- 如請求項1之發電設備，其進一步包括：一第三冷凝物管線(43)，其中一第一端流體上定位於該供水泵系統(44)與該一或多個高壓預熱器(52)之間且一第二端定位於該一或多個高壓預熱器(52)之下游之該第一冷凝物管線(40)中；及在該第三冷凝物管線(43)中之一冷凝物熱交換器，其中該第二冷凝物管線(42)之該第二端係流體上定位於該一或多個低壓預熱器(50)與該供水泵系統(44)之間，且定位於該煙道氣熱交換器(54)之下游之該第二冷凝物管線(42)之一部分通過該冷凝物熱交換器(56)，藉此使通過該第三冷凝物管線(43)之冷凝物能夠由在該煙道氣熱交換器(54)內加熱之冷凝物所加熱。
- 如請求項1之發電設備，其中該第二冷凝物管線(42)之該第一端係流體上定位於該供水泵系統(44)與該一或多個高壓預熱器(52)之間且該第二冷凝物管線(42)之該第二端係定位於該一或多個高壓預熱器(52)之下游。
- 如請求項4之發電設備，其中該第二冷凝物管線(42)之該第二端係定位於該一或多個高壓預熱器(52)之下游。
- 如請求項4之發電設備，其中該第二冷凝物管線(42)之該第二端係定位於該供水泵系統(44)之上游。
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