專利名稱：用于再加熱汽輪機蒸汽的設備和方法
技術領域：
本發明涉及一種用于再加熱汽輪機蒸汽(turbine steam)的設備,該再加熱汽輪機蒸汽的設備包括再熱器和冷凝物收集罐，冷凝物從所述再熱器被引導進入所述冷凝物收集罐中。本發明還涉及一種用于在蒸汽輪機過程(steam turbineprocess)中再加熱汽輪機蒸汽的方法。
背景技術：
這樣的設備和方法用于蒸汽發電廠的多級蒸汽輪機過程，他們往往與水分離器結合且用于干燥由高壓汽輪機排放的濕蒸汽，以及用于依賴于蒸汽在進入中壓或低壓汽輪機之前的過程再加熱該蒸汽(該過程被稱為再加熱)。在太陽能發電廠的情況中，通常僅存在兩個壓力階段。再加熱所需的能量被認為是來自蒸汽發生器的蒸汽的加熱蒸汽。現有技術中已知結合的水分離器和再熱器，具有水平或豎直配置的共用耐壓罐；其中，一方面設置有吸熱的水或蒸汽回路，及在另一方面設置有供熱介質的兩個嚴格分離的環路，該供熱介質諸如不直接蒸發的煙道氣、氮、水或蒸汽，或太陽能發電廠中的熱油(thermal oil)或液體鹽。在 DE2314732A、DE3445609A1、US4, 607，689A、US4, 015，562A 和 US3, 574，303A 中已經公開了 一般的設備。本發明基于提供上述類型的給予改善效率或導致所述改善效率的方法和設備的目的。
發明內容
根據本發明的設備，以如下方式實現該目的:在再熱器的汽輪機蒸汽流方向上的上游，冷凝物再冷卻器與所述再熱器被裝備在共用外殼中；所述冷凝物再冷卻器與所述冷凝物收集罐連接，以使用來自所述冷凝物收集罐的所述冷凝物預加熱所述汽輪機蒸汽；所述再冷卻器被設置在所述再熱器的下方；且，所述冷凝物收集罐與所述再冷卻器連接，以供應作為預加熱所述汽輪機蒸汽的加熱介質的來自所述冷凝物收集罐的冷凝物。與沒有再冷卻器的再熱器相比，可以以具有相同溫度升高的方式保存加熱介質。所述再冷卻器的運行類似于第一再熱器階段。可以省略冷凝物泵。根據本發明的方法，以如下方式實現該目的:冷凝物沿再熱器中加熱蒸汽的流動路徑從再熱器被轉向至冷凝物罐，其中所述轉向可發生在所述加熱蒸汽具有不同壓力的沿所述流動路徑間隔開的位置。具有不同壓力水平的冷凝物流可以被引導穿過虹吸管進入共用冷凝物罐。再冷卻器可以使用收集在罐中的冷凝物作為加熱介質，用于預加熱蒸汽加熱的再熱器束上游的汽輪機蒸汽。在水平配置的情況中，恰當的是，所述再熱器在加熱蒸汽側被裝備有用于所述冷凝物的第一出口，且在所述加熱蒸汽的下游被裝備有用于冷凝物和清除蒸汽的第二出口，以便在第四路徑中弓I導加熱蒸汽穿過再熱器束。本發明特別有利的進一步實施方式是第一出口和第二出口與所述冷凝物收集罐連接，優選地按照U形管壓力計的原理。通過這種方式，冷凝物的全部的量甚至在幾個加熱蒸汽路徑的情況中也可以用于再冷卻。進一步有利地，水分離器被設置在所述再冷卻器的上游。在水平配置的情況中，進一步有利地，在耐壓罐中，所述再熱器被盡可能高的設置，且所述再冷卻器被盡可能低的設置。通過以自由下落的方式將轉向的冷凝物供應至冷凝物再冷卻器，從而可以以特別簡單的方式進行本發明。在豎直配置的情況中裝備冷凝物泵以將冷凝物供應至冷凝物再冷卻器。在水平配置的情況中，按照U形管壓力計的原理將在不同點轉向的冷凝物供應至收集罐，將從收集罐排放出的冷凝物作為加熱介質。
下面將結合示意性附圖中示出的實施方式更加詳細地描述本發明，其中:圖1示出了結合的水分離器和再熱器的縱向剖面側視圖；圖2示出了沿橫斷線B-B穿過根據圖1的水分離器和再熱器的截面；以及圖3示出了在根據圖1 3的再熱器中的蒸汽引導(steam guidance)的示意圖。
具體實施例方式根據圖1和圖2,用于來自高壓蒸汽輪機裝備(installation)的過程環路的汽輪機蒸汽的再冷卻器(subcooler) 11、水分離器12和再熱器13被設置在水平配置的共用的耐壓圓柱形外殼10中。再冷卻器11位于再熱器13的上游，且再冷卻器11位于水分離器12的下游。外殼10的內部空間在根據圖1的縱向方向上被再分為工作空間和分配器空間，且工作空間和分配器空間在外殼10的表面側(face side)中的一個上均通過端壁5被限制。分配器空間具有按照圖1所示的表面區域7，及按照圖2所示延伸越過罐10的剩余長度且形成水分離器12的流入區的區域6。分配器空間在與工作空間8相對的表面側上通過與端壁5相對的分離壁4而被密封。在外殼10的全長上，分配器空間的區域6沿平行于工作空間的外殼10的側面縱向壁延伸。在例的實施例中，區域6基本具有圓柱形外殼10的側面部分(lateral sector)。工作空間8在端壁5和表面壁4之間基本上延伸越過外殼10的長度。工作空間8包括導流的引導表面和分離壁，汽輪機蒸汽通過該引導表面和分離壁被連續引導穿過水分離器12、再冷卻器11和再熱器13。相對于外殼10的縱向中央面A，水分離器12被配置在沿分配器空間6內側的外殼10的側面區(Iateralregion)中。兩排對稱設置的水分離器也可以替代例示的水分離器12。相對于縱向中央面A以向側面偏置的方式設置水分離器12，因此水分離器12相對于縱向中央面立于再冷卻器11和再熱器13的側面。其中，再冷卻器11和再熱器13相對于外殼10的縱向中央面A以近似對稱的方式設置在外殼10的底部和上部區中。因此，再冷卻器11被配置在再熱器13的下方，且再冷卻器11被側面偏置的配置在水分離器12的下方。在例示的實施例中，再熱器13被設置在外殼10的上部區中，且再熱器13以與再冷卻器11相對于水分離器12側面偏置相同的方式配置。但是類似的側面偏置并不是強制性的。
將典型地具有近似2 16%的水分數(water fraction)的濕汽輪機蒸汽經由在罐10表面側上的汽輪機蒸汽入口 14引導進入罐10中，所述汽輪機蒸汽從高壓汽輪機(未示出)排出。汽輪機蒸汽在水分離器12中干燥，且隨后在再冷卻器11和再熱器13中加熱，然后該汽輪機蒸汽作為再加熱的蒸汽經由外殼上側上的出口 15排出。將供熱的高壓或低壓壓力蒸汽經由加熱蒸汽入口 16供應至再熱器13。在再熱器13中產生的冷凝物流依賴于壓力直接經由冷凝物管線33或經由冷凝物回路(例如34)被供應至在外殼10外側分離的冷凝物收集罐22 (圖2，圖3)。在圖1中，冷凝物收集罐22被配置在外殼10的前面且在橫斷面的前面，因此圖1中未示出冷凝物收集罐22。再熱器13包括水平延伸的U形管束23，U形管束23延伸越過工作空間的全長，且U形管束23的端部與管板(tube sheet)24連接。入口腔25位于管板24的后面,加熱蒸汽入口 16通向該入口腔25 ;且與入口腔25相分離的具有出口 17的出口腔26也位于管板24的后面。水分離器12由具有機械濕氣分離器的分離器模件(27)構成，該機械濕氣分離器的表面將截住甚至最小的液滴，這樣液滴可以會合且被收集在底部。分離器模件27被設置在工作空間的全長上。分離器模件27形成分配器空間6和工作空間之間的連接。由于水分離器12相對于再熱器11以側面偏置的方式設置，因此干燥的汽輪機蒸汽的流出區被配置在再熱器11的下方。按照箭頭Pl所示水平引導汽輪機蒸汽穿過水分離器12。在水分離器12中從汽輪機蒸汽中移除的水到達底部區，且經由在罐10底部部分中的水出口 20排出至外側。罐在分配器空間和工作空間中的內表面上收集的水同樣發生上述過程，冷凝物回路21補償不同的壓力水平。再冷卻器11由基本水平延伸的管束28構成。再冷卻器11包括再冷卻器入口 18和再冷卻器出口 19，冷凝物經由再冷卻器入口 18和再冷卻器出口 19作為加熱介質從冷凝物收集罐22被導入管束28中，且作為再冷卻的冷凝物從管束28排出。根據圖1，管束28延伸越過工作空間8的全長。按照圖2所示，再冷卻器11被設置在流出區的下方，該流出區鄰近地配置在水分離器12的側面和下游。出口空間通過分離壁與剩余的工作空間8分離，該分離壁在例示的實施例中從以漏斗狀方式擴大的水分離器的上部邊緣延伸至再冷卻器11的相對邊緣，以便從水分離器12排出的干燥汽輪機蒸汽流可以以流動促進的方式(flow-promoting manner)按照箭頭P2所示進入冷卻器11。再冷卻器11在底部是打開的，偏轉空間31位于該底部且在朝向背離水分離器12的一側打開，以便從再冷卻器11中排出的已經加熱的汽輪機蒸汽能夠按照箭頭P3所示在剩余的工作空間8中側面經過再冷卻器且沿分離壁向上移動至再熱器13。然后汽輪機蒸汽從下方進入再熱器13，從底部至頂部穿過所述再熱器，汽輪機蒸汽在所述再熱器中被進一步加熱，且按照箭頭P4所示離開外殼10。將進一步加熱的汽輪機蒸汽從外殼10供應至低壓汽輪機(未不出)。在例示的實施例中的冷凝物收集罐22被示為在水平位置上的圓柱形中空體。按照圖2和圖3所示，冷凝物收集罐22被設置在再熱器13和再冷卻器11之間的一高度處。出口 17經由冷凝物回路與冷凝物收集罐22連接，該冷凝物回路補償第二路徑和第四路徑之間的壓差。再熱器13的第四路徑的與冷凝物收集罐22直接連接的出口 37處于高于冷凝物收集罐22的冷凝物水平的水平，且冷凝物收集罐22的出口 35位于加熱介質入口 18上方或至少與加熱介質入口 18位于相同水平。這種設置的結果使得在再熱器13中產生的冷凝物與剩余的清除蒸汽(scavenging steam) 一起從再熱器13自由下落流入冷凝物收集罐22中，且收集的冷凝物從冷凝物收集罐22自由下落流至再冷卻器13且流動穿過再冷卻器13。因此不需要泵來產生所述流動。流入冷凝物收集罐22的清除蒸汽經由蒸汽出口 36排放至外側。清除蒸汽(也被稱為過量蒸汽)是沒有在再熱器管中凝結的加熱蒸汽的一部分，且清除蒸汽是冷凝物運輸所必需的。僅在水平配置中需要清除蒸汽。在豎直配置中，僅通過重力發生冷凝物的運輸。虹吸管34的使用允許引導冷凝物流從再熱器13流入共用的冷凝物收集罐22中，而不管他們不同的壓力水平，且不會引起冷凝物收集罐22中任何自發性蒸發或導致向再熱器13的橫向流。冷凝物收集罐22中的壓力水平近似對應于在第四路徑出口處的壓力水平。從對應于該壓力的飽和蒸汽溫度獲得接收在冷凝物收集罐22中的冷凝物的溫度。冷凝物的再冷卻僅發生在再冷卻器11中。圖3例示了加熱蒸汽穿過再熱器13的通路，及再熱器13與冷凝物收集罐22的功能性連接。冷凝物在沿再熱器中的加熱蒸汽流動路徑的不同點上轉向，在加熱介質具有不同壓力的位置出現該轉向。在示出的實施例中，冷凝物的排放出現在具有壓力Pait2和Pait4的兩個位置處。流入管道束33的加熱蒸汽按照箭頭P6所示連續經過路徑通道1、通道2、通道3和通道4，且所述加熱蒸汽將能量傳遞給來自再冷卻器11的汽輪機蒸汽且加熱所述蒸汽。當經過第一管狀回路通道I和通道2時，一部分加熱蒸汽在加熱汽輪機蒸汽的情況下發生凝結，同時在路徑通道I和通道2中發生壓力損失。經由出口 17排放掉獲得的冷凝物，且該排放的冷凝物經由虹吸管34到達冷凝物收集罐22。在箭頭P7所示的進一步通過的過程中，加熱蒸汽在路徑通道3和通道4中進一步加熱汽輪機蒸汽，同時蒸汽進一步凝結且在通道4的出口處獲得壓力PJlil4t5來自路徑通道3和通道4的冷凝物與清除蒸汽一起經由冷凝物管線33到達冷凝物收集罐22。冷凝物收集罐22中的壓力對應于壓力Ρλ14，同時通過冷凝物回路34補償在第二路徑端部處的較高壓力Ρμ12。 路徑2和路徑4之間的壓差Λ P對應于在輸入側管狀虹吸管34中的冷凝物頂部(condensate head)的高度與在冷凝物收集罐22中的冷凝物水平的高度之間的差異。用于再冷卻器的通流的驅動力是在冷凝物收集罐中的大地高(geodetic height)。在再冷卻器后面降低至較低的壓力水平來促進通流，但這不是強制性的。冷凝物作為再冷卻的冷凝物經由加熱介質出口 19離開再冷卻器11，且從外殼10中被排放到外側。
權利要求
1.一種用于再加熱汽輪機蒸汽的設備，所述設備包括再熱器(13)和冷凝物收集罐(22)，冷凝物從所述再熱器(13)被引導進入所述冷凝物收集罐(22)中，其特征在于， 冷凝物再冷卻器(11)被裝備在所述再熱器(13)的上游，與所述再熱器(13)處于共用的外殼(10)中；所述冷凝物再冷卻器(11)與所述冷凝物收集罐(22)連接，以使用來自所述冷凝物收集罐(22)的所述冷凝物預加熱所述汽輪機蒸汽；所述再冷卻器(11)被設置在所述再熱器(13)的下方；且，所述冷凝物收集罐(22)中的大地高用于穿過所述再冷卻器(11)的流動。
2.根據權利要求1所述的 設備，其特征在于，所述再熱器(13)在加熱蒸汽側被裝備有用于所述冷凝物的第一出口，且在所述加熱蒸汽的下游被裝備有用于冷凝物和清除蒸汽的第二出口。
3.根據權利要求1或2所述的設備，其特征在于，來自所述冷凝物收集罐(22)的過量蒸汽被弓I導返回所述汽輪機蒸汽以提高效率。
4.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，來自所述第一出口和所述第二出口的所述冷凝物流以不同的壓力被轉移至共用的所述冷凝物收集罐，同時使用按照U形管壓力計原理運行的管狀虹吸管(34)。
5.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，水分離器(12)相對于所述汽輪機蒸汽流的方向被設置在所述再冷卻器(11)的上游。
6.根據權利要求4或5所述的設備，其特征在于，在所述外殼(10)豎直配置的情況中，所述再熱器(13)和所述再冷卻器(11)基本對稱于豎直縱向中央面(MJ設置，且所述水分離器(12)以相對于所述外殼(10)的所述豎直縱向中央面(MJ向側面偏置的方式設置；且所述設備裝備有冷凝物收集泵以將冷凝物供應至所述冷凝物再冷卻器(11)。
7.根據權利要求4或5所述的設備，其特征在于，在所述外殼(10)水平配置的情況中，所述再熱器(13)和所述再冷卻器(11)基本對稱于豎直中央軸設置，且所述水分離器以相對于所述外殼(10)的所述豎直中央軸向側面偏置的方式設置。
8.一種利用蒸汽輪機過程中的加熱蒸汽再加熱汽輪機蒸汽的方法，其特征在于，冷凝物沿再熱器中加熱蒸汽的流動路徑從再熱器被轉向至冷凝物罐，所述轉向發生在所述加熱蒸汽具有不同壓力的沿所述流動路徑間隔開的位置；且，排放的所述冷凝物被以受控的方式捕獲且用于在再加熱之前預加熱所述汽輪機蒸汽。
全文摘要
本發明涉及一種用于再加熱汽輪機蒸汽的設備和方法，包括再熱器和冷凝物收集罐，冷凝物從所述再熱器被引導進入所述冷凝物收集罐中。再冷卻器被裝備在所述再熱器的上游，與所述再熱器具有共用的外殼中。所述再冷卻器被設置在所述再熱器的下方，且所述冷凝物收集罐與所述再冷卻器連接以供應作為加熱介質的來自所述冷凝物收集罐中的冷凝物。
文檔編號F22B37/26GK103216816SQ20131002042
公開日2013年7月24日 申請日期2013年1月18日 優先權日2012年1月20日
發明者蓋德·博納蒂, 格爾德·斯達克史艾德 申請人:巴爾克有限公司