燃氣—蒸汽聯合循環電站蒸汽發生裝置sg的塔式布置系統的製作方法

2023-05-21 04:24:01 1

專利名稱：燃氣—蒸汽聯合循環電站蒸汽發生裝置sg的塔式布置系統的製作方法
燃氣一蒸汽聯合循環電站
蒸汽發生裝置SG的塔式布置系統
燃汽一蒸汽聯合循環電站是近年來火電站熱工技術的重大發展，是提高電站 熱效率的一項有效方法，特別適合於以氣體和液體燃料為能源的電站。這種優良
的電站熱工系統對大型和特大型電站單元機組(300mw.600mw.1000mw)的適用
性問題，當然也受到有關方面的密切關注。
在我國ei建成適行和規劃中正在設計建設的聯合循環電站中，由於沿用了某 些國外技術.毫無例外地採用了極低的燃機排出煙氣溫度(也就是"餘熱鍋爐" 的入口煙溫)，其自的只是為了保護燃機主要部件免於被高遛煙氣所破壞。採用了 這一姑息性的保護措施， 一則"餘熱鍋爐"的傳熱溫差普遍板低，二則煙氣流量 極度擴大，因此不得不容忍大煙道、低熱效等一列系列極為不利的負面效應，其 中就包括鰭H管的普遍使用和中壓及低壓鍋爐的並肩運行等問綴，由此而產生的 "餘熱鍋爐"設計是極不理想的，也是大型、特大型電站所不能柃受的。這些負 面效應極t地抵衝了聯合循環這一優良構思所能帶來的經濟效益。
本專利申請提出的蒸汽發生裝置sg (或不準確地稱為"餘熱爭,.:爐")的塔式 布置系統是在燃氣輪機實施了創新性改造，摒棄了以加大燃燒空氣併給量為核心 的^f息性措施為前提的條件下，在蒸汽發生技術方面的重大創新。本專利提出的
枝術方案與燃氣輪機的創新性改造(可參見國家專利申》，200610079626.1號)可 以認為是一對孿生姐妹，是相互依存、相互烘託的。
本專利申請提出的塔式布置方案見屈1所示。蒸汽發生裝置sg的全部熱傳導 稱份，包括蒸發器ev、過熱器sh、再熱器rh (包括irh和iirh)、省煤器ec 和空氣預熱器ah等，全部布置在一個垂直向上的煙道內，煙囪ch則布置在煙道 的頂部。


圖1為塔式布置基本框架結構的示意圖。在實施本專利創新技術時，實施方 的專業設計師既可以按煙氣溫度的逐步降低而逐步適3地縮小煙道流通截面積的 尺寸，以儘量保持煙氣流速的相對穩定，也可以按燃料性質和熱工計算的結論對 備傳熱部件的排列先後次序、某些部件的取捨和增減等作適當的選擇。
本專利申請又提出了一個嶄新的汽、水分離概念和相應的設備設計方案，供
實施方參考。 以下就各傳熱部件分別予以說明。
蒸發器EV布置在裝置本體的底部，是煙氣首先進入的傳熱部件，由密集的管 束所組成，以對流傳熱為主要傳熱方式，與布置在蒸發裝置塔體側旁的汽水分離 裝置SS (包括SS1、 SS2)共同營造一個自然循環體系。蒸發器EV的結構本專利 提出了三個設計方案(見圖2)。方案I基本上由垂直向上的管束所組成，只是在 管束上端彎成一個斜度，以便管束昀上集箱可以脫離煙氣的直接衝刷。方案II為
傾斜的管束，其目的也是為了保護其上集箱。方案in則為純粹的垂直管束，其上 集箱有參差的高度，以便為它設置保溫層時不致於過分妨礙煙氣的自由流動。方 案i和方案m可以實現煙氣的雙向介入，而方案n更適合於煙氣的單向介入。 汽、水分離裝置ss也提出了三個設計方案。方案I (見圖3)是一個垂直布
置的筒形容器SS1和一個球形容器SS2的組合。SS1負擔汽、水的粗分離，而SS2 則負擔其細分離。來自蒸發器EV的汽、水混合物由引入管進入SS1後，即遭遇 蹼狀擋板的阻擋，迫使汽、水混合物按擋板所規定的方向，有序地沿著筒體內壁 作螺旋向下的流動。它一面流動一面就將蒸汽逐步釋放出來。蒸汽游離後即刻掉 頭向上，經過一道百頁窗除溼器流出SS1，進入SS2。在SS2中汽流再一次經受蹼 形擋板的阻擋，使其沿著球體內壁作螺旋向下的流動。蒸汽擺脫了水份的約束後 可以自由流向球體中間較空闊的區域並掉頭向上，再經過一道百頁窗除溼器流出 SS2，前往過熱器(SH1)。
方案II見圖4。汽水分離器SS為一個垂直的筒形容器，其結構與方案I中的 SSI十分相似，只是增加了一些高度。在百頁窗除溼器的下方布置了一個螺旋導向 器(見圖4的導向器示意圖)，使上升的蒸汽在進入百頁窗除溼器之前又經過一次 旋轉，利用汽流的旋轉離心力將其所攜帶的細小水滴摔向筒體內壁而下沉。
方案III單純地為一個球形容器，與方案I中的SS2十分相似，只是有較大的 球徑。蒸汽在球體內有較充裕的時間和空間，除蹼狀擋板和百頁窗的分離作用之 夕卜，又顯著降低了蒸汽向上的流速，故而增加了蒸汽附帶的細小水滴由於重力 差而自動下沉的分離機會。球體下方可增加一個儲水罐，代替了方案I中SS1所 起的貯水作用。(見圖5)
蒸發器EV之後，過熱器SH(經常分為兩段，SHl禾nSH2)，再熱器RH(有時 按需要設置兩級(IRH與IIRH)和省煤器EC (按需要可分置兩段EC1和EC2)， 皆由水平布置的蛇形管束所組成，與傳統的大型電站鍋爐的結構十分相似，為我 國廣大鍋爐設計師所熟知，本說明書不需要贅述。
空氣預熱器是傳統電站鍋爐必備的部件。它的採用可以將煙氣低溫階段的部 份熱焓移轉給更低溫度的燃燒空氣。這部份熱焓由空氣攜帶著介入了從燃料燃燒 到鍋爐的整個傳熱過程，因而提升了煙氣各階段的溫度水平，普遍地加大了傳熱 溫差。可以說空氣預熱器有百利而無一弊。因此本專利蒸汽發生裝置SG中保留了 它的地位，與大型電站鍋爐的優良傳統儘量保持一致。
本專利申請提出的塔式布置採用臥式管箱空氣預熱器AH,煙氣走管外，空氣 走管內。為多段式結構。在實施時具體採用幾段，以設計條件和熱工計算的結果 為準繩，採用或為3段，或為4段，或為5段的組合方式。
垂直煙道的最上方布置了煙囪CH。因而煙氣是一直向上流動，使煙氣流動阻 力減至最小。煙囪的長度比之傳統的落地煙囪大為減少，而且煙氣排出速度與煙 道內煙氣平均流速保持相近似的情況下，使排煙存在一定的向上衝刺的能力。
特別提示
① 本專利申請提出的"蒸汽發生裝置SG"是根據其結構特點和基本工作任務 而定的名稱，而不用"電站鍋爐"和"餘熱鍋爐"等傳統慣用名稱，因為它沒有
"爐"(只有燃氣輪機前的微型燃燒室)，而煙氣也並非是"餘熱"的攜帶者。該 裝置負擔著聯合循環電站的絕大部份負荷(最低佔80%，最高可達卯 95%)，是 一個單純的"蒸汽發生"者，因此採用了國際慣用名稱"蒸汽發生裝置SG" (Steam generator)。但名稱雖有不同，但其結構的技術特性與相應的技術要求則與傳統的
"鍋爐"完全一致。因此，國家制定的有關蒸汽鍋爐和受壓容器的有關法規、規 貝lj、制度等等皆應完全遵守，與"電站鍋爐"與"餘熱鍋爐"同樣受各種約束， 以策安全。
② 本專利申請中各示意圖只是示其意，而不是特定的設計規範。實施時其尺
寸大小、排列順序、甚而至於某些傳熱部件的取捨(例如IIRH)也必需作詳細的
設計計箅，進行必要的經濟技術論證後，才能最後確定。
③本專利申請中的汽、水分離裝置SS (包括SS1、 SS2等)可能會有人認為 "離譜"太甚，不樂於接受。本專利申請人鄭重聲明，如果實施者寧願用傳統的 "臥式汽包"的方式進行汽、水分離，可以將它布置在塔形本體的某個方位和某 個高度。這樣的決策與本專利提出的塔式布置是可以兼容的。並無矛盾之慮。但 本專利申請人需要特別申明，本專利提出的汽、水分離新技術與傳統慣用的"臥 式汽包"汽、水分離方式的區別在於兩者汽、水分離基礎理論上的原則性差異。 傳統的臥式汽包因蒸汽空間的高度極為有限(不超過汽包直徑的半數)，要以離心 力為主導分離作用力就不得不用成排的小型旋風筒，作"螺絲殼裡做道場"式的 強制汽、水分離，其分離效果極為有限。本專利提出的分離裝置SS乃基於另--種 汽、水分離理念，它的核心離心力是水的"貼邊"作用(表面張力的作用)和蒸 汽的活潑性兩者之間的差別，因此基本分離力就是這兩者的差所形成的。在SS
和SS2中，水傾向於貼附在筒體(球體)的內壁作螺旋向下的運動，而蒸汽則傾 向於沿途不斷地尋求機會脫離水的束縛而逸入"自由空間"向上運動。本專利申 請人可以斷言，本專利提出的汽、水分離新理論和新設備代表汽、水分離理論和 實踐的未來，但並不反對在新理論、新概念、新設備未得到普遍認同前，仍然沿 用傳統的"汽包"方式，也未不可。
兩種分離裝置的另一差異可能在水位平面的調控方面。"汽包"方式因水平面 表面積較大(約等於汽包內徑X汽包長度)，而水位平面的上、下波動範圍則極為 有限，所以水位調控範圍一般取用士50 75mm。本專利提出的分離裝置SS的水平
面積較小，約為(SS1直徑2X工)，而高度方面則較為充裕，因此水位調控範圍可
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以採用土300咖(甚而至於更大)。這一方面的差異可能對自動設備的設計有--定 的提示作用。
④本專利申請的核心技術在於燃氣輪機經過自主創新改造後，摒棄了採用冷 的並且是過量的空氣(過量達到理論量的數倍之多)以刻意壓低燃煙溫度，容忍 極小的傳熱溫差和使用輔燃等等一系列"補救"性措施的做法，而反其道用理論最低量並且是經過預熱的空氣，以儘量提高煙氣溫度和最佳的傳熱溫差為目的， 提出了一個嶄新的蒸汽發生裝置SG的布置方式。和引進國外技術相比較，本專利
技求^tO)不採用中壓和低壓蒸發系統，而只使用高壓系統和必要的中間再熱，② 不採用鰭片管，③不採用輔燃等等重要方面的優勢.，因而整體結構十分簡捷流暢， 與世界各國上百年的電站設計成就和我國機電工業科技工作者過去五六十年勤奮 努力所獲得的巨大成就，實現完美的對接。可以斷言，只有同時採用燃機的創新 性改造(可參見國家專利申請200610079626. 1號)和一個合理的蒸汽發生裝置， 聯合循環理論才能真正實現其可觀的經濟價值。
⑤附面的補充說明
圖1為塔式布置基本框架結構的示意圖。
圖2為蒸發器EV部份三個設計方案的結構示意圖。
圖3為汽、水分離器SS第I方案(SS1+SS2)的結構示意圖。
圖4為汽、水分離器ss第n方案的結構示意圖。
圖5為汽、水分離器SS第m方案(SS1+WD)的結構示意圖。
權利要求
1、本專利申請提出蒸汽發生裝置的塔式布置。在燃氣-蒸汽聯合循環的高溫煙氣(1000℃以上)的條件下，將全部受熱部體布置在一個垂直向上的煙道中，並且將煙囪安放在煙道的頂部。
2、本專利申請提出了蒸發器EV的三種設計方案。
3、本專利申請提出了一項全新的汽、水分離技術的新理論和新設各。
4、本專利申請為體現上述汽、水分離新理論，提出了汽:、水分離裝置的三個 分離器(SS、 SS1、 SS2)的具體設計方案。
全文摘要
燃氣-蒸汽聯合循環是近代火電站熱工系統的重大創新，但我國在引時某些國外技術中，由於沿用了國外技術極低的燃氣輪機排出煙氣溫度(也就是「餘熱鍋爐」的入口煙溫)，使「餘熱鍋爐」的設計不可避免地採用了一系列極不合理的結構，其結果是聯合循環的優勢根本就不可能在實際的電站熱工系統熱能利用效率方面得到充分的體現。本發明申請「燃氣-蒸汽聯合循環電站蒸汽發生裝置SG的塔式布置系統」是在燃氣輪機解決了高溫運作的前提下，提出了其後繼的蒸汽發生裝置SG的創新性設計——塔式布置，以充分利用新的熱工系統所提供的有利條件，使火電站的總熱利用率得到顯著的提升。附圖為塔式蒸汽發生裝置SG的整體布置和流程示意圖。
文檔編號F22B33/00GK101173760SQ200610092958
公開日2008年5月7日 申請日期2006年6月15日 優先權日2006年6月15日
發明者戴克發 申請人:戴克發