專利名稱：強制循環(huán)鍋爐的操縱方法及實施該方法的鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一強制循環(huán)鍋爐，特別是汽輪機鍋爐的操縱方法，所述鍋爐至少包括一個第一換熱器，該換熱器的入口與一條供水管連接，出口通過一個調(diào)節(jié)閥，或者與第二換熱器連接，第二換熱器的出口與蒸汽輪機連接，或者直接與蒸汽輪機連接。本發(fā)明還涉及使用這種方法的鍋爐。
本發(fā)明還特別針對(但不僅限于此)火力發(fā)電廠中給渦輪機提供蒸汽的鍋爐。實際上，這些發(fā)電廠包括產(chǎn)生高壓蒸汽的鍋爐，高壓蒸汽使汽輪機轉(zhuǎn)動，從而帶動發(fā)電機。
可以用燃燒礦物燃料或工業(yè)燃料的燃燒器加熱鍋爐。鍋爐還可以是用于熱電廠的回收鍋爐，稱為組合循環(huán)。在這類電廠中，燃料(例如天然氣或燃料油)在一個帶動發(fā)電機的燃氣輪機中燃燒。燃氣輪機釋放出的體積巨大、又富含熱能的氣體被回收到所謂的回收鍋爐中，以產(chǎn)生高壓蒸汽，這種高壓蒸汽通過汽輪機帶動發(fā)電機。
鍋爐中產(chǎn)出的蒸汽也用作其它用途，而不帶動汽輪機。
這些鍋爐總是包括一些在熱的氣體流中水平或垂直安放的換熱器，作為(水)蒸發(fā)器或(蒸汽)過熱器進行工作?？梢愿鶕?jù)鍋爐的加熱類型、布置、工作原理等把鍋爐分為多種類型。
在一種稱作自然循環(huán)的鍋爐中，水在蒸發(fā)器中逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)檎羝谡舭l(fā)器中，水和水/蒸汽混合物通過互相之間的密度差進行循環(huán)。蒸發(fā)器之后是一個過熱器，蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸汽在過熱器中加熱到所需的溫度。假設(shè)工作原理建立在一定溫度和壓力下水和蒸汽密度差的基礎(chǔ)上，則當這種密度差太小，即壓力增加時，這些鍋爐就不能工作。這種工作原理只有在壓力小于150-160巴時才能工作。
輔助循環(huán)鍋爐也包括幾個換熱器，但在這種鍋爐中水和蒸汽在外力、例如泵的作用下進行循環(huán)。輔助循環(huán)鍋爐可以在比天然循環(huán)高的壓力下工作，但是當壓力特別接近221.2巴的臨界壓力時，鍋爐不能再有效地分離水和蒸汽，以使裝置正常工作，因此，輔助循環(huán)原理限制在壓力低于180巴左右。
還需要指出的是，無論是天然循環(huán)鍋爐還是輔助循環(huán)鍋爐，在蒸發(fā)器和過熱器之間都有一個分離蒸汽和水所必需的分離器或分離球，因為過熱器，特別是渦輪機只與蒸汽工作。在這種分離器中，水借助重力與蒸汽分離，并重新送入蒸發(fā)器，因而水在蒸發(fā)器中有多個通道。
如果從壓力的觀點看，這兩類鍋爐都有局限性，相反，人們知道，蒸汽的壓力越高，汽輪機的效率也越高。這就是為什么多數(shù)傳統(tǒng)的熱電廠都使用所謂的強制循環(huán)，或常常稱作單流循環(huán)(once through)的鍋爐，實際上“單流循環(huán)”這個詞更好地描述了這類鍋爐，因為水在鍋爐中被加熱、轉(zhuǎn)變成蒸汽，以至最后過熱，而在鍋爐中只有一個通道。這里不同類型的換熱器沒有明確的不同。鍋爐可以只有一個換熱器，水從一側(cè)進入，過熱蒸汽從另一側(cè)流出，而不出現(xiàn)內(nèi)部回路。
組合循環(huán)電廠目前的趨勢是增加燃氣輪機的功率，提高煙氣排放的溫度，以及采取熱回收鍋爐強制循環(huán)方式的通道。因而有可能產(chǎn)生壓力非常高的蒸汽，其中包括超臨界壓力。
如果在穩(wěn)定運行時這些強制循環(huán)鍋爐能夠通過分離器，則在啟動階段它們就不能通過分離器，因為由于調(diào)節(jié)部件，如減壓閥不能在蒸汽和水的混合物組成的二相流體下工作，啟動階段總是有水和蒸汽的分離器。
在啟動階段，水經(jīng)過換熱器的第一部分，直到分離器，水和蒸汽在分離器中借助重力進行分離。分離器排出的水送往一個冷凝器或另一個儲罐，而蒸汽則通過換熱器的第二部分，以使蒸汽過熱。在此啟動階段，分離器處于濕運行。
隨著溫度和壓力的增加，分離器得到的水越來越少，到啟動階段結(jié)束時，分離器得到的只是蒸汽，并成為一個無用部件。因此說分離器處于干運行，并在穩(wěn)定運行期間保持這種狀態(tài)。
分離器是一個承受高溫、高壓的儲罐，因此是一個昂貴的部件。另外，由于壁厚太大，而引入了運行應(yīng)力。在平穩(wěn)運行時，它不僅是多余的，并且造成水/蒸汽一側(cè)的負載損失，因而降低裝置的效率。
本發(fā)明的目的是提供一種強制循環(huán)鍋爐的新操縱方法以及實施該方法的取消分離器的鍋爐。
為了達到這一目的，本發(fā)明提供所述強制循環(huán)鍋爐的操縱方法，其特征在于在啟動階段，通往第二換熱器或渦輪機的調(diào)節(jié)閥關(guān)閉；只要第一個換熱器出口處的流體是水和蒸汽混合物組成的二相流體，則通過冷凝把所有的蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)樗?；如果第一個換熱器出口處的流體是純蒸汽，則逐漸打開調(diào)節(jié)閥。
第一換熱器出口處蒸汽的冷凝通過二相流體混合物加供水來實現(xiàn)。這樣得到的冷凝水送往冷凝器，因而實現(xiàn)再循環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明所述的方法，水和蒸汽之間不再有分離，因而可以取消分離器。根據(jù)本發(fā)明，只要沒有純蒸汽，就把所有的蒸汽都轉(zhuǎn)化為水，并且阻止混合物在第二個換熱器或渦輪機中流動。因此，調(diào)節(jié)元件(如減壓閥)始終處于液態(tài)介質(zhì)中。
取消分離器或啟動球不僅減少了投資，還消除了與分離器有關(guān)的熱梯度應(yīng)力。根據(jù)本發(fā)明建立的方法還可以更加快速地啟動，并減少穩(wěn)定運行時水/蒸汽側(cè)的負載損失。
本發(fā)明還提供了一種強制循環(huán)鍋爐，特別是用于汽輪機的鍋爐，這種鍋爐至少包括一個第一換熱器，換熱器的入口與供水管線連接，出口通過第一調(diào)節(jié)閥直接與汽輪機連接，或通過第二換熱器與汽輪機連接，其特征是第一換熱器的出口通過第二調(diào)節(jié)閥與供水管線連接，并通過一個減壓閥與一個冷凝裝置連接，以及用減壓閥上游的流體溫度控制第二個調(diào)節(jié)閥，控制的方法是，在啟動階段，保持該溫度低于飽和溫度。
通過下面參照附圖
描述的實施例，本發(fā)明的其它特征將得到更好的說明，附圖是本發(fā)明強制循環(huán)鍋爐的示意圖。
圖中概括表示的鍋爐是一個組合循環(huán)電廠中燃氣輪機下游的回收鍋爐。利用幾次轉(zhuǎn)換，它可以用燃燒器運行。
在本例中，鍋爐由兩個串聯(lián)的換熱器、即蒸發(fā)器10和最終過熱器12組成，穩(wěn)定運行時，蒸發(fā)器10產(chǎn)生稍微過熱的蒸汽，最終過熱器12用來把蒸發(fā)器10產(chǎn)生的蒸汽加熱到所需的溫度。兩個換熱器10和12都用傳統(tǒng)的方法，即管子組成，可以有散熱片，也可以沒有散熱片，圖中水平安放，箭頭14所示為燃氣輪機排放氣體組成的熱氣流動方向。
泵16通過供水管線18給蒸發(fā)器供水。在流量計22的控制下，管線18的流量通過流量調(diào)節(jié)閥20進行調(diào)節(jié)。
在壓力計28的控制下，蒸發(fā)器10的出口通過出口管線24和減壓閥26與一個圖中未示的冷凝器連接，減壓閥26控制并調(diào)節(jié)蒸發(fā)器管線中的壓力。
蒸發(fā)器10的出口還通過調(diào)節(jié)閥30與過熱器12的入口連接。過熱器12的出口通過流出管線32與圖中未示的冷凝器和汽輪機連接。在啟動階段，過熱器管線中的壓力由壓力計36控制下的減壓閥34控制，平穩(wěn)運行時由汽輪機控制。
本發(fā)明所述鍋爐管線的特征之一是蒸發(fā)器的流入管線18和流出管線24之間有一個旁路管線38，在鍋爐啟動階段，它可以使一定量的“冷”水與蒸發(fā)器產(chǎn)生的二相混合物混合。管線38中的流量由調(diào)節(jié)閥40調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)閥40的控制由測量管線38下游溫度的溫度計42進行。
現(xiàn)在描述圖中所示鍋爐的運行。在燃氣輪機啟動之前，給蒸發(fā)器增壓到與渦輪機的氣體溫度相容的壓力。該壓力通過減壓閥26進行控制，可以低于額定壓力(如100巴)。泵16提供一個最小流量(例如30％)，由閥20進行調(diào)節(jié)，并通過減壓閥26返回到冷凝器。此時，調(diào)節(jié)閥30關(guān)閉，過熱器12隔離在蒸發(fā)器的線路之外。
然后燃氣輪機啟動并穩(wěn)定在一定負載上，在該負載下，排氣溫度或者高于蒸發(fā)器10中的飽和溫度100℃左右，或?qū)τ谶x定的壓力為400℃。
蒸發(fā)器10出口A點水的溫度迅速上升，直至達到飽和溫度，然后穩(wěn)定在蒸發(fā)水平。當該溫度幾乎到達B點時，溫度計42操縱閥40逐漸打開，使一定流量的“冷”水流向管線24，使溫度低于飽和壓力(例如300℃)。這樣，由于這部分“冷”水，蒸發(fā)器中從飽和溫度起形成的蒸汽轉(zhuǎn)變成水，因此，減壓閥26的入口始終處于水中(有水/蒸汽混合物就不能工作)，因而保持調(diào)節(jié)能力。
隨著不斷汽化，蒸汽比例增加，蒸發(fā)器10出口處水的比例降低。結(jié)果，在溫度計42的控制下，閥40進一步打開，使冷凝所有蒸汽所需的水量進入，并使B點的溫度保持在飽和溫度以下。這種狀態(tài)一直持續(xù)到蒸發(fā)器的出口處不再有水。從此時起，由于蒸汽過熱，溫度重新升高。因此，很容易通過A點溫度升高辨認出蒸發(fā)器的出口沒有水。用這種檢測逐漸打開閥30，以便使蒸汽轉(zhuǎn)向過熱器12，并逐漸關(guān)閉閥40和減壓閥26。
現(xiàn)在蒸汽在換熱器12中過熱到所需的溫度，過熱器12的壓力通過減壓閥34進行控制。當調(diào)節(jié)閥30完全打開或通過旁路短路時，全部流量通過兩個換熱器，這就結(jié)束了啟動階段，開始穩(wěn)定運行。
從這時起，可以增加燃氣輪機的負載。水的流量將通過蒸發(fā)器10和過熱器12出口的蒸汽溫度進行調(diào)整，并且減壓閥34將壓力增加到額定值。
穩(wěn)定運行時，蒸發(fā)器出口的蒸汽溫度保持稍微過熱50℃左右。
鍋爐出口蒸汽的最終溫度為額定狀態(tài)的要求值，對部分負載或高峰負載，也可以通過一個補充的除過熱器進行控制。
對于超臨界或不超臨界使用的額定壓力，上述運行方式都適用。這種方法還可用于比較低的壓力。
如果加熱的溫度特別低，啟動時蒸汽轉(zhuǎn)化為水的系統(tǒng)可以換到鍋爐的出口處，這樣就只有一個唯一的換熱器。
權(quán)利要求
1．一種強制循環(huán)鍋爐、特別是汽輪機鍋爐的操縱方法，鍋爐至少包括第一換熱器(10)，換熱器(10)的入口與供水管線(18)連接，出口或者通過調(diào)節(jié)閥(30)與第二換熱器(12)連接，換熱器(12)的出口與汽輪機連接，或者直接與汽輪機連接，其特征在于在啟動階段，調(diào)節(jié)閥(30)關(guān)閉，并且只要第一個換熱器(10)出口的流體是水和蒸汽混合物組成的二相流體，則通過冷凝把所有的蒸汽轉(zhuǎn)變?yōu)樗绻谝粋€蒸發(fā)器出口的流體為純蒸汽，則逐漸打開調(diào)節(jié)閥(30)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于通過使二相流體與供水混合，導(dǎo)致第一蒸發(fā)器(10)出口處的冷凝。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于冷凝水通過一個冷凝器和泵(16)再循環(huán)到第一換熱器的入口。
4．強制循環(huán)鍋爐、特別是汽輪機用的鍋爐，至少包括第一換熱器(10)，換熱器(10)的入口與供水管線(18)連接，出口或者通過第一個調(diào)節(jié)閥(30)直接與汽輪機連接，或者通過第二換熱器(12)與汽輪機連接連接，其特征在于第一換熱器(10)通過第二個調(diào)節(jié)閥(40)與供水管線(18)連接，并通過減壓閥(26)與冷凝器連接，通過管線(24)中減壓閥(26)上游B點的溫度控制第二個調(diào)節(jié)閥(40)，使得在啟動階段，該溫度保持低于飽和溫度。
全文摘要
鍋爐至少包括一個第一換熱器(10),換熱器(10)的入口與供水管線(18)連接,出口或通過第一調(diào)節(jié)器(30)直接與汽輪機連接,或通過第二換熱器(12)與汽輪機連接。在啟動階段,調(diào)節(jié)閥(30)關(guān)閉,并且只要第一換熱器(10)出口的流體為水和蒸汽的混合物,就通過冷凝把所有的蒸汽轉(zhuǎn)化為水,當?shù)谝徽舭l(fā)器出口的流體為純蒸汽時,則打開調(diào)節(jié)閥(30)。
文檔編號F22B35/00GK1232533SQ9719852
公開日1999年10月20日 申請日期1997年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月2日
發(fā)明者阿爾弗雷德·德蒂耶, 普萊爾·格朗讓 申請人:考克瑞爾機械工業(yè)有限公司