專利名稱：用于太陽能熱電站的供水脫氣器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種供水脫氣器，其包括具有相連的供水箱的脫氣器，所述脫氣器和供水箱被并入太陽能熱電站的水/蒸汽循環(huán)中，所述太陽能熱電站具有包含被分配的水/ 蒸汽循環(huán)的熱傳輸介質(zhì)回路。本發(fā)明也涉及一種具有該供水脫氣器的太陽能熱電站，并涉及一種在太陽能熱電站的水/蒸汽循環(huán)中，使用脫氣器來對供水箱中的供水進(jìn)行供水除氣和/或供水加熱的方法。
背景技術(shù)：
太陽能熱電站通常具有熱傳輸介質(zhì)回路和通過換熱器與其耦合的水/蒸汽循環(huán)， 具有配置在其中的用于將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的蒸汽渦輪，且具有用于產(chǎn)生電能的相連的發(fā)電機(jī)。這涉及到例如使用采用拋物面反射鏡形式的太陽能元件，所述太陽能元件被一起放在各自的太陽能排中，以形成太陽能陣列，從而以定向的方式將太陽能引導(dǎo)至吸收器上，在所述吸收器中有熱傳輸介質(zhì)流動(dòng)。在這種反射器或太陽能陣列中，熱能以這種方式被傳輸至被稱為HTF系統(tǒng)(熱傳輸流體系統(tǒng))中的熱傳輸介質(zhì)，通常為熱油。然后該熱傳輸介質(zhì)回路的這種熱油將其熱能發(fā)散至換熱器中的水/蒸汽循環(huán)中所傳導(dǎo)的水中。在所述HTF系統(tǒng)中，作為熱傳輸介質(zhì)的熱油被加熱到大約400°C，由此，熱量被傳輸至水/蒸汽循環(huán)中所傳導(dǎo)的水中，產(chǎn)生大約390°C和100巴的蒸汽。然后，包含相連的發(fā)電機(jī)的至少一個(gè)蒸汽渦輪使用蒸汽進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，在此之后蒸汽凝結(jié)，然后重新作為水在水/蒸汽循環(huán)中被傳導(dǎo)。在熱傳輸介質(zhì)回路中，也可存在集成熱儲(TEQ，其被供給至部分熱傳輸介質(zhì)，然后在熱儲中，其散發(fā)熱能至儲存介質(zhì)。在沒有陽光的時(shí)候，熱儲的熱儲材料或儲存介質(zhì)可以再次將所存儲的熱能發(fā)散至熱傳輸介質(zhì)，并由此使其可被使用。為了保持水/蒸汽循環(huán)的運(yùn)行，水/蒸汽循環(huán)中所傳導(dǎo)的水必須被定期處理。在所謂的Clausius-Rankine循環(huán)處理的基礎(chǔ)上運(yùn)行的熱電站的水/蒸汽循環(huán)(其還經(jīng)常被應(yīng)用于太陽能熱電站的水/蒸汽循環(huán)中)包括被稱為脫氣器或供水脫氣器的設(shè)備，其中由蒸汽渦輪的被凝結(jié)的排出蒸汽和附加的完全去離子化水所構(gòu)成的所謂的主凝結(jié)水被處理成鍋爐供水，并被保留或設(shè)置在被分配的供水箱中。這種供水處理包括主凝結(jié)水的除氣，其是通過排出和移走不能被凝結(jié)的氣體(例如氮?dú)?、二氧化碳和氧?、通過脫氣器中凝結(jié)水的機(jī)械滴流以及具體地通過將凝結(jié)水加熱到15至30K而進(jìn)行的。另外，所述處理包括對有待保持的PH值進(jìn)行檢查和設(shè)定，這是通過引入和/或加入計(jì)量的量的氨來實(shí)現(xiàn)的。類似地， 水中(剩余)氧氣含量的檢查和設(shè)定也是重要的，并且這可以通過增加在脫氣器上部的盤形鍋爐端處的蒸汽流而實(shí)施。最后，將主凝結(jié)水處理成為供水，這包括在供水容器或供水箱中對處理過(鍋爐)供水的連續(xù)(起媒介作用的)儲存，以連續(xù)或持久提供供水，然后其可在任何時(shí)間由所謂的高壓供水泵供給至蒸汽發(fā)電機(jī)。而且，已知的太陽能熱電站通常具有所謂的“輔助鍋爐”系統(tǒng)或者“輔助鍋爐”，其被分配至水/蒸汽循環(huán)和/或集成在其中。在備用模式中和當(dāng)開啟和關(guān)閉水/蒸汽循環(huán)以容許蒸汽(其對于所述處理仍是必須的)產(chǎn)生時(shí)，這些輔助鍋爐系統(tǒng)是必要的。這些輔助鍋爐系統(tǒng)一般是火電的且必須例如提供用于蒸汽渦輪的軸密封的密封蒸汽，必須運(yùn)行用于真空泵的蒸汽，用以排空蒸汽渦輪的廢氣凝結(jié)器和主凝結(jié)水及高壓供水預(yù)熱器。而且，對于具有相連的供水箱的脫氣器，這些輔助鍋爐系統(tǒng)能夠產(chǎn)生加熱蒸汽，用以在蒸汽發(fā)電機(jī)和/ 或蒸汽渦輪的正常運(yùn)行之外的時(shí)間內(nèi)對主凝結(jié)水進(jìn)行必需的加熱和除氣。但是，這些“輔助鍋爐”系統(tǒng)或者“輔助鍋爐”并不由太陽能熱電站的正常主水/蒸汽循環(huán)的供水箱或槽供水，而是具有其自帶的獨(dú)立的供水系統(tǒng)。具體地，如果其為火電系統(tǒng)，則由于有關(guān)的C02的交換，這樣的輔助鍋爐系統(tǒng)直接降低了太陽能熱電站的環(huán)境友好性。具體地，根據(jù)電廠的工程，這樣的輔助鍋爐系統(tǒng)為相對復(fù)雜的額外機(jī)組，其還需要復(fù)雜、靈敏和難于調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是基于提供解決方案的目的，所述解決方案是根據(jù)加熱和控制工藝來提供為脫氣器供應(yīng)(加熱)蒸汽的不太復(fù)雜的可能方式。具體地，其同樣被用于提供用于在太陽能熱電站的水/蒸氣循環(huán)的備用操作和/ 或開啟和/或關(guān)閉操作的、正常“標(biāo)準(zhǔn)”的蒸汽發(fā)電機(jī)和蒸汽渦輪運(yùn)轉(zhuǎn)之外的操作中提供蒸氣和/或熱的供水的可能性。根據(jù)本發(fā)明，在開始提到的種類的供水脫氣器和太陽能熱電站的情況下，通過為供水箱分配至少一個(gè)附加蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器在其水側(cè)具有管線連接到供水箱的供水區(qū)域，且在其蒸汽側(cè)具有管線連接到供水箱的蒸汽區(qū)域，分別可實(shí)現(xiàn)這一目的。根據(jù)本發(fā)明，在開始提到的種類的方法的情況下，通過將至少部分供水供給至分配給供水箱的附加蒸發(fā)器上，并在其中蒸發(fā)，而且使蒸汽返回到供水箱的蒸汽區(qū)域中，可實(shí)現(xiàn)這一目的。對本發(fā)明主題的有利改進(jìn)和權(quán)益進(jìn)展由各個(gè)從屬權(quán)利要求提供。本發(fā)明提供了 脫氣器的供水箱被直接分配有至少一個(gè)附加蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器同樣有利地直接設(shè)置在供水箱附近。這樣使得有可能實(shí)現(xiàn)供水箱和附加蒸發(fā)器之間在短路徑上的自然循環(huán)，所述自然循環(huán)可根據(jù)加熱和控制過程而毫無問題地操作?？傊@樣產(chǎn)生了能夠以不太復(fù)雜的方式為具有相連的供水箱的脫氣器提供加熱蒸汽的可能性。本發(fā)明有可能使具有供水箱的脫氣器成為多功能的、熱脫氣、預(yù)熱和輔助蒸汽發(fā)生器的設(shè)備。這樣的設(shè)備可用于快速但無害的對太陽能熱電站的開啟和關(guān)閉，并避免了通常要提供具有更大尺寸的輔助鍋爐設(shè)備的需要。在這里選用術(shù)語“附加蒸發(fā)器”是因?yàn)樘柲軣犭娬镜乃?蒸汽循環(huán)自然具有蒸汽發(fā)生器，包括蒸發(fā)器、過熱器、中間過熱器等，但是它們距離附加蒸發(fā)器遠(yuǎn)并且是附加的。如本發(fā)明在一種供水脫氣器的改進(jìn)形式中所提供的，每當(dāng)至少一個(gè)附加蒸發(fā)器可以被加熱和/或通過熱傳輸介質(zhì)回路的熱傳輸介質(zhì)加熱時(shí)，這種附加蒸發(fā)器的直接分配是特別有利的。這使得有可能例如提供由熱油加熱的、自然循環(huán)的蒸發(fā)器，所述蒸發(fā)器不再需要分離的、自身的燃料產(chǎn)生的燃燒，并且其使得水/蒸汽循環(huán)可獲得脫氣的和預(yù)熱的供水， 以用于保持溫度并用于開啟和關(guān)閉太陽能熱電站。有利地，所述至少一個(gè)附加蒸發(fā)器通過從熱傳輸介質(zhì)回路分出的支流加熱。具體地，所述熱傳輸介質(zhì)為液體，通常使用熱油。因此本發(fā)明也可通過在進(jìn)一步的改進(jìn)形式中因所述熱傳輸介質(zhì)為熱油和/或附加蒸發(fā)器為自然循環(huán)的蒸發(fā)器的事實(shí)而被區(qū)分。為了能夠?qū)⒏鶕?jù)本發(fā)明的供水脫氣器和供水箱集成為常用的水/蒸汽循環(huán)系統(tǒng)， 而不對后者進(jìn)行變化并將它們連接到蒸汽/水循環(huán)上，根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)一步的改進(jìn)形式提供了 供水箱通過供水線路而被并入水/蒸汽循環(huán)中，以及供水脫氣器通過主凝結(jié)水線路而被并入水/蒸汽循環(huán)中。一個(gè)蒸發(fā)器的具體的簡便的結(jié)構(gòu)可通過作為換熱器形成的附加蒸發(fā)器而形成。這樣提供了通過所形成的附加蒸發(fā)器(作為在相對于自然循環(huán)的且沸騰的供水的逆向流動(dòng)中的換熱器)來傳導(dǎo)熱傳輸介質(zhì)的可能性，然后，附加蒸發(fā)器中的沸水，以沿著換熱器管的外部流動(dòng)的熱油的形式，在換熱器管和液體熱傳輸介質(zhì)中傳導(dǎo)。因此本發(fā)明同樣提供了 附加蒸發(fā)器為換熱器。由于根據(jù)本發(fā)明的、通過分配附加蒸發(fā)器而提供的具有相連的供水箱的供水脫氣器的改進(jìn)形式避免了對常用的輔助鍋爐設(shè)備的需要，根據(jù)本發(fā)明的、采用改進(jìn)形式的太陽能熱電站的區(qū)別在于，其不具有輔助鍋爐，具體地為分配到熱傳輸介質(zhì)回路和/或水/蒸汽循環(huán)的、太陽能加熱的輔助鍋爐。如果太陽能熱電站具有本發(fā)明同樣提供的、如權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所要求保護(hù)的供水箱，則同樣具有優(yōu)勢。因此所述太陽能熱電站具有與上文提到的供水脫氣器相關(guān)的同樣的優(yōu)勢。在配置有包括各自的太陽能陣列的熱傳輸介質(zhì)回路的太陽能熱電站的環(huán)境中，使用這樣的熱傳輸介質(zhì)(具體地其可以是熱油)對附加蒸發(fā)器加熱是很便利的。因此根據(jù)本發(fā)明的方法以改進(jìn)形式提供了 附加蒸發(fā)器通過熱傳輸介質(zhì)回路的熱傳輸介質(zhì)加熱。如果在供水箱和附加蒸發(fā)器之間，供水通過本發(fā)明同樣提供的自然循環(huán)的方式移動(dòng)，那么其在此處尤其具有優(yōu)勢。這使得其有可能提供用于太陽能電站的各種運(yùn)轉(zhuǎn)模式的脫氣器，所述太陽能電站使用其被分配的、具體配置在供水箱附近的、優(yōu)選地由熱油加熱的、自然循環(huán)的附加蒸發(fā)器，能夠提供預(yù)熱和脫氣的、采用大質(zhì)量流量帶寬的供水和輔助蒸汽，以用于在持久和高靈活性、迅速和可靠控制的基礎(chǔ)上的太陽能熱電站的水/蒸汽循環(huán)。使用HTF子流的分支，有可能不需要很費(fèi)力就可根據(jù)控制工藝和/或結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和 /或線路設(shè)置而提供對附加蒸發(fā)器的加熱。提供附加蒸發(fā)器，并且作為結(jié)果地，提供具有通過線路的方式與其相連的供水箱和操作效果的脫氣器，以形成多功能的、熱脫氣、預(yù)熱及輔助蒸汽發(fā)電設(shè)備，從而用于太陽能熱電站的水/蒸汽循環(huán)；如果附加蒸發(fā)器能夠總共被供給以蒸氣渦輪全負(fù)載時(shí)蒸氣/水循環(huán)的供水流量的0. 5%至45%，則其同樣具有優(yōu)勢。根據(jù)本發(fā)明的進(jìn)展，此處因此具有這樣的可能性在發(fā)電站的備用操作模式中，通過附加蒸發(fā)器的循環(huán)來將供水箱的供水保持在其沸點(diǎn)范圍內(nèi)的一個(gè)溫度處。作為結(jié)果，在任何時(shí)間都可得到用于對蒸汽發(fā)電機(jī)和蒸汽渦輪進(jìn)行快速熱啟動(dòng)的足夠熱的供水。如果在備用操作模式中沒有發(fā)生外部輔助蒸汽的供給，由于發(fā)電站的備用操作模式中的附加蒸發(fā)器可以產(chǎn)生可由用于該操作模式的水/蒸汽循環(huán)獲得的、充足的輔助蒸汽，其因此同樣具有優(yōu)勢，由此本發(fā)明同樣被區(qū)分。因此，此處所述蒸發(fā)器應(yīng)使用備用操作模式中最小的熱傳輸介質(zhì)流量和極小的電力輸出來操作。
使用根據(jù)本發(fā)明的供水脫氣器、供水箱和附加蒸發(fā)器的組合，有可能不僅保持太陽能熱電站的備用操作模式中的供水溫度，而且有助于發(fā)電站的熱啟動(dòng)。這是因?yàn)楦郊诱舭l(fā)器可提供遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出恰好保持供水溫度所需的水蒸氣質(zhì)量流的水蒸氣質(zhì)量流。直到達(dá)到了其全部的熱負(fù)載，因此附加蒸發(fā)器能夠用于發(fā)電站的啟動(dòng)或運(yùn)行。因此根據(jù)本發(fā)明的方法最后以改進(jìn)形式提供了 在發(fā)電站的熱啟動(dòng)模式中，附加蒸發(fā)器的熱量輸出連續(xù)提升至其全部的熱負(fù)載，而且同時(shí)通過對蒸汽壓力設(shè)定值進(jìn)行控制的方式來控制蒸汽壓力。在完成發(fā)電站的啟動(dòng)操作之后，優(yōu)選地，附加蒸發(fā)器在達(dá)到其全部的負(fù)載范圍之后再次停轉(zhuǎn)，然后脫氣器所需的熱能(其另外常用于太陽能熱電站的水/蒸汽循環(huán))通過排出蒸汽的方式被供給至脫氣器。因此本發(fā)明最終由所述事實(shí)被區(qū)分，即當(dāng)具體地在主蒸汽線路中達(dá)到預(yù)定的(主)蒸汽壓力時(shí)，和/或當(dāng)達(dá)到發(fā)電站的蒸汽渦輪的特定的部分負(fù)載范圍時(shí)，從水/蒸汽循環(huán)排出的蒸汽被供給至脫氣器，并且附加蒸發(fā)器被切換至備用溫度保持模式并以這一模式運(yùn)轉(zhuǎn)。不言而喻，上文所述的和下面仍然有待說明的特征不僅可以用于分別表示的組合中，而且也可用于其它組合中。本發(fā)明的范圍僅由權(quán)利要求所限定。


下面將參考有關(guān)附圖，在例示的實(shí)施例的基礎(chǔ)上，對本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)的說明。 這在單一附圖中以示意圖的表示形式示出了根據(jù)本發(fā)明的供水脫氣器的配置，所述供水脫氣器具有被分配的供水箱和分配至后者的附加蒸發(fā)器。
具體實(shí)施例方式所述單一附圖示出了圓柱形的供水容器或供水箱1，其水平地橫臥設(shè)置，且其中在底部有供水2，而在形成于其上方的區(qū)域中有飽和蒸汽3。供水箱1中，填充有到達(dá)液體浴面 4的供水2的區(qū)域在下面被稱為供水區(qū)域5，且在其上方形成的區(qū)域在下面被稱為供水箱1 的蒸汽區(qū)域6。在供水區(qū)域5中，用于相連的太陽能熱電站(未示出)的水/蒸汽循環(huán)的、 已脫氣的供水被提供并準(zhǔn)備好。供水箱1通過供水線路7被連接至水/蒸汽循環(huán)，由此水 /蒸汽循環(huán)在管7中箭頭所示的方向上被供給已脫氣的供水2。配置在供水箱1上的蒸汽區(qū)域6之上的，是豎直的圓柱形的脫氣器8，在本發(fā)明的例示的實(shí)施例中，其為滴流托盤脫氣器。其通過凸緣連接9而與供水箱1的蒸汽區(qū)域6相連接，所述凸緣連接9設(shè)計(jì)為使其不能被關(guān)閉。通過主凝結(jié)水線路10進(jìn)入脫氣器8的上部區(qū)域，由此，根據(jù)本發(fā)明的脫氣器/供水箱的組合被并入蒸汽側(cè)上的蒸汽渦輪的電站下游的水/蒸汽循環(huán)中。具體地，同樣分配至供水箱1附近的是附加蒸發(fā)器11，其同樣橫向地配置為靠近供水箱1。附加蒸發(fā)器11在水側(cè)上具有通向供水箱1的供水區(qū)域5的線路連接12，并在蒸汽側(cè)上具有通向供水箱1的蒸汽區(qū)域6的線路連接13。通過對采用換熱器形式的附加蒸發(fā)器11加熱，可在從供水箱1至附加蒸發(fā)器11和從附加蒸發(fā)器11返回至供水箱1的線路連接12、13中，形成建立在所謂的熱虹吸原理基礎(chǔ)上的、供水2的自然循環(huán)。通過在被分配的太陽能熱電站的熱傳輸介質(zhì)回路中循環(huán)的熱傳輸介質(zhì)，對附加蒸發(fā)器11進(jìn)行加熱，這在例示的實(shí)施例中為熱油。熱傳輸介質(zhì)通過供給線路14，以一個(gè)(其)較高的溫度水平被供給至附加蒸發(fā)器11，并通過排放線路15以一個(gè)較低的溫度水平從附加蒸發(fā)器11被饋送回來然后再供給至熱傳輸介質(zhì)回路。以由熱油加熱的、自然循環(huán)的附加蒸發(fā)器配置在例示實(shí)施例中的附加蒸發(fā)器11包括直管的換熱器，其中，通過供給線路14所供給的熱的熱油沿著外部被傳導(dǎo)，并通過換熱器管到達(dá)排放線路15，且在相對其的逆流中，通過在水側(cè)上的線路連接12而供給的供水2，以沸騰和可能蒸發(fā)的狀態(tài)，被供給至蒸汽側(cè)上的線路連接13。附加蒸發(fā)器11被橫向地安裝在供水箱1上或至少在其附近，從而可使得線路連接12、13相對較短。同樣配置在供水箱1上的是豎直的閃蒸圓柱體16，其在一端同樣具有在水側(cè)上的、通向供水箱1的供水區(qū)域5的線路連接，且在另一端具有在蒸汽側(cè)上的、通向供水箱1 的蒸汽區(qū)域6的線路連接。通過線路17進(jìn)入閃蒸圓柱體16，由此，產(chǎn)生于水/蒸汽循環(huán)的高壓供水預(yù)熱器的加熱蒸汽凝結(jié)水可被引入閃蒸圓柱體16之中，并從那里順利地返回至供水箱1中。在其背對供水箱1的一側(cè)，脫氣器8同樣線接至由主凝結(jié)水冷卻的蒸汽凝結(jié)器18。 蒸汽凝結(jié)器18形成為橫臥的直管換熱器，通過從主凝結(jié)水線路10分支出的線路IOa而供給的、冷卻的主凝結(jié)水在換熱器管中流動(dòng)，并通過分支線路IOb返回至主凝結(jié)水線路10中。 在脫氣器8中產(chǎn)生的、包含不能被凝結(jié)的氣體(例如C02、02或N2)的蒸汽沿著外部被傳導(dǎo)，并通過蒸汽凝結(jié)器18的換熱器管。作為結(jié)果，蒸汽的含水部分凝結(jié)，然后作為凝結(jié)水通過線路19重新返回到供水箱1的蒸汽區(qū)域6中。剩余的未凝結(jié)的氣體成分，具體為待脫氣的⑶2、02和N2，通過線路20作為廢氣21被運(yùn)走。使用附加蒸發(fā)器11，使其能夠加熱供水2，在閉環(huán)控制和開環(huán)控制下，這種情況有可能發(fā)生，從而能夠使用附加蒸發(fā)器11在太陽能熱電站的個(gè)別操作模式中發(fā)生所期望的供水的特定蒸發(fā)。這一附加單元使脫氣器/供水箱的配置(其原則上具有傳統(tǒng)設(shè)計(jì))轉(zhuǎn)變成多功能的、熱脫氣、預(yù)熱及輔助蒸汽發(fā)電設(shè)備。這可以用于太陽能熱電站的更加迅速但卻無害的開啟和關(guān)閉，即其定期的水/蒸氣循環(huán)。因此，獨(dú)立的、一般為火電的輔助鍋爐設(shè)備 (為了這一目的，其在傳統(tǒng)的太陽能熱電站情況下是必需的)不再是必需的。該組合不僅包括脫氣器8和供水箱1，也包括采用由熱油加熱的、自然循環(huán)蒸發(fā)器形式的附加蒸發(fā)器11，使得對于太陽能熱電站中的相連的和被分配的水/蒸氣循環(huán)，可通過供水線路7在供水箱1中得到脫氣并預(yù)熱的供水，用于保持溫度和開啟及關(guān)閉太陽能熱電站。根據(jù)太陽能熱電站的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，在以對應(yīng)于供水質(zhì)量流的總流量的0.5%至45%的量(其在保持溫度或開啟之后，或在關(guān)閉之前，從以通常的模式運(yùn)轉(zhuǎn)的供水箱1中流出，具體地，從以蒸汽渦輪的全負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)的供水箱1中流出)，流過附加蒸發(fā)器11后，預(yù)熱的供水 2從供水箱1中流出并重新返回至其中；其中，通過由線路10供給的主凝結(jié)水對供水2進(jìn)行常用的預(yù)熱(其還將在下面描述)。本發(fā)明提供了脫氣器8、供水箱1和附加蒸發(fā)器11的組合，通過建立在持久和高靈活性、快速和可靠控制的基礎(chǔ)上的、由熱油加熱的、自然循環(huán)的蒸發(fā)器11，其提供了(很大的)0. 22至5kg蒸汽/S的帶寬的質(zhì)量流的輔助蒸汽，用于水/蒸氣的循環(huán)。使用根據(jù)本發(fā)明的供水脫氣器8，有可能在太陽能熱電站的備用運(yùn)轉(zhuǎn)模式中第一次提供處于0. 22-0. 25kg的蒸汽/s范圍內(nèi)的、極小的輔助蒸汽質(zhì)量流。在這種備用運(yùn)轉(zhuǎn)模式中，其中保持水/蒸氣循環(huán)以準(zhǔn)備用于接下來的熱啟動(dòng)，0. 22-0. 25kgs的極小的輔助蒸汽質(zhì)量流，通過所設(shè)定的蒸汽壓力設(shè)定值，以穩(wěn)定和快速控制的方式，從供水箱1的飽和蒸汽區(qū)域6，經(jīng)過線路22，作為輔助蒸汽或外來蒸汽，流進(jìn)相連的太陽能熱電站的水/蒸氣循環(huán)的輔助蒸汽收集器(未示出)中，并且從該處進(jìn)入相關(guān)或分配的蒸汽渦輪的密封蒸汽系統(tǒng)中，并進(jìn)入水/蒸氣循環(huán)的排出系統(tǒng)的真空泵的操作蒸氣系統(tǒng)中。在這一操作狀態(tài)下，就好像是相反地一樣，向輔助蒸汽收集器提供輔助蒸汽，因?yàn)樵谶@一操作模式中，具有分配的供水脫氣器8的供水箱1產(chǎn)生和排放的是輔助蒸汽，而不是像例如通過排出蒸汽線路23所供給的、在發(fā)電站的通常操作模式中所需要和消耗的蒸汽。同時(shí)并且平行于輔助蒸汽的排放，在這一發(fā)電站的備用操作模式中，不需要從外部提供外部輔助蒸汽，而僅通過使用供水循環(huán)(其通過附加蒸發(fā)器11進(jìn)行循環(huán))來維持供水箱1中的供水2的溫度。由于沒有從外部供給的蒸汽，且因此沒有從外部提供的水，同樣液體浴面4也沒有增長，其將具有這樣的結(jié)果在某些時(shí)候，供水將不得不從供水容器1排出，如在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的、先前的傳統(tǒng)操作的供水脫氣器的情況下所必須的。根據(jù)本發(fā)明的具有供水箱1的供水脫氣器8，包括供水2，其處于它的沸點(diǎn)范圍內(nèi)的一個(gè)溫度，并且對于水 /蒸氣循環(huán)，其可以在任何時(shí)間通過供水線路7得到，例如當(dāng)蒸汽發(fā)電機(jī)和蒸汽渦輪準(zhǔn)備開啟時(shí)。在這一發(fā)電站的備用操作模式中，由熱油加熱的、自然循環(huán)的蒸發(fā)器11使用在大約0. 44MW的極小的能量輸出下的大約22kg/s的、最小的熱油流量進(jìn)行操作，所需的熱油從發(fā)電站無論如何都必需的熱傳輸介質(zhì)回路中的熱油循環(huán)的回流分支出并返回至其中。這一熱傳輸介質(zhì)的分流用于加熱附加蒸發(fā)器11中來自熱傳輸介質(zhì)回路的回流部分，使得有可能向附加蒸發(fā)器11供給熱傳輸介質(zhì)，而不需要另外的僅用于這一目的的輔助單元，該輔助單元必須在發(fā)電站的正常操作模式中的不活動(dòng)狀態(tài)下保持準(zhǔn)備妥當(dāng)。然而，根據(jù)本發(fā)明的脫氣器8、供水箱1和附加蒸發(fā)器11的組合同樣在發(fā)電站處于熱啟動(dòng)模式時(shí)提供了對蒸汽發(fā)電機(jī)和蒸汽渦輪的熱啟動(dòng)的支持。在這一模式中，由熱油加熱的、自然循環(huán)的蒸發(fā)器11的熱量輸出從在備用模式(O. 44MW)下所調(diào)整得到的較小負(fù)載被連續(xù)提升至其全部的熱負(fù)載(10MW)，并由此通過蒸汽壓力設(shè)定值控制系統(tǒng)而穩(wěn)定和快速地控制。對于蒸汽發(fā)電機(jī)的快速啟動(dòng)，當(dāng)達(dá)到附加蒸發(fā)器11中的全部的熱負(fù)載IOMW時(shí)，大約為通常的穩(wěn)定狀態(tài)的水/蒸氣循環(huán)的的全負(fù)載操作中所傳輸?shù)臒崃枯敵龅膬杀兜臒崃勘粋鬏數(shù)焦┧摎馄髟O(shè)備或脫氣器8內(nèi)的主凝結(jié)水中。在鍋爐和蒸汽渦輪啟動(dòng)的最后階段中，附加蒸發(fā)器11中的全負(fù)載IOMW意味著在供水脫氣設(shè)備或在脫氣器8中達(dá)到了在全蒸汽渦輪負(fù)載的情況下實(shí)現(xiàn)的標(biāo)稱的熱傳輸性能的200%。這種高的、雙倍的附加蒸發(fā)器11的熱量輸出消耗的原因是在這一操作狀態(tài)下， 流動(dòng)通過主凝結(jié)水線路10的主凝結(jié)水仍是冷的，因此必須在脫氣器8中加熱，不僅必須以 15至30K的正常數(shù)量級加熱到用于熱脫氣所需的溫度，而且必須以110至120K的數(shù)量級加熱，從而獲得用于供水預(yù)熱和蒸發(fā)所需的溫度。在滴流托盤脫氣器8中，大約產(chǎn)生兩倍于標(biāo)稱熱量傳輸性能。在這一熱啟動(dòng)階段中，蒸汽發(fā)電機(jī)和蒸汽渦輪中的蒸汽流量根據(jù)各自的預(yù)定溫度梯度而升高，且預(yù)熱的供水2借助于供水泵，經(jīng)由供水線路7，根據(jù)待供給到蒸汽發(fā)電機(jī)和蒸汽渦輪的蒸汽量而從供水箱1移走，其結(jié)果是在供水箱1中的供水水平(即供水浴面水平4)下落，并降低到預(yù)訂水平設(shè)定值之下。其結(jié)果是，通過水平控制器打開了控制閥，該控制閥引起主凝結(jié)水經(jīng)由主凝結(jié)水線路10而進(jìn)入脫氣器8。然后，進(jìn)入到脫氣器8內(nèi)的主凝結(jié)水通過脫氣器8的滴流托盤而均勻地從頂部向下滴落。同時(shí)，來自供水箱1的蒸汽區(qū)域6的飽和蒸汽以逆流形式從底部向上流經(jīng)脫氣器。在逆流的過程中，流經(jīng)脫氣器的飽和蒸汽在與主凝結(jié)水直接接觸時(shí)凝結(jié)，并由此向主凝結(jié)水放出其凝結(jié)熱或氣化焓。這具有以下效果主凝結(jié)水的溫度升高，而且其中所含的不能被凝結(jié)的氣體(具體為C02、02和N2) 必然開始與越來越熱的主凝結(jié)水分離并與來自脫氣器8的所謂的蒸汽一起流走，而且通過線路被供給到蒸汽凝結(jié)器18，然后由此，其通過線路20從水/蒸汽循環(huán)作為廢氣21而流走。在蒸汽凝結(jié)器18中，使用在換熱器管中傳導(dǎo)的主凝結(jié)水來冷卻蒸汽，并通過線路 IOa供給蒸汽且進(jìn)行凝結(jié)。蒸汽幾乎完全凝結(jié)且通過線路19以水的形式返回到供水箱1 中。不能被凝結(jié)的氣體(C02、02和N2)通過線路20作為廢氣21以最少的蒸汽殘余被排放到周圍空氣或大氣中。在上述操作的情況下，飽和蒸汽從供水箱1的蒸汽區(qū)域6流出，進(jìn)入脫氣器8，并在該處通過逆流的主凝結(jié)水而凝結(jié)。其結(jié)果是，供水箱1的蒸汽區(qū)域6中的蒸汽壓力下降， 基于此，蒸汽壓力控制器打開供給線路14中的控制閥，從而在本發(fā)明的熱油的情況下，以其較高的溫度水平，或者以較大的量，向蒸發(fā)器11供給熱的熱傳輸介質(zhì)。這具有以下效果 在供給線路14 一側(cè)和排放線路15 —側(cè)之間的附加蒸發(fā)器11中，產(chǎn)生更大的溫度梯度，由此，對于通過線路12和13而連接的供水，其自然循環(huán)的速度直接增加而不發(fā)生延遲，也不產(chǎn)生任何流體和/或熱力學(xué)上的妨礙，例如不期望的蒸汽噴射。其結(jié)果是，通過附加蒸發(fā)器 11而傳導(dǎo)的供水質(zhì)量流被加速，每單位時(shí)間內(nèi)有更多的供水被蒸發(fā)，而且蒸汽區(qū)域6中的蒸汽壓力進(jìn)一步增加。用于對主凝結(jié)水進(jìn)行加熱、脫氣和沸騰和用于保持蒸汽壓力區(qū)域6 中所期望的和設(shè)定的蒸汽壓力所需的量的供水通過附加蒸發(fā)器11被蒸發(fā)。最后，當(dāng)蒸汽發(fā)電機(jī)和蒸汽渦輪已達(dá)到其正常操作狀態(tài)時(shí)和/或當(dāng)蒸汽發(fā)電機(jī)和蒸汽渦輪或者蒸汽渦輪發(fā)電機(jī)組處于預(yù)備恒壓模式的操作狀態(tài)時(shí)，供水脫氣器8、供水箱1 和附加蒸發(fā)器11的組合以備用模式重新運(yùn)轉(zhuǎn)。只要在蒸汽發(fā)電機(jī)中和/或在主蒸汽線路中建立特定的、期望的主蒸汽壓力，并且蒸汽渦輪達(dá)到了期望的、特定的、部分負(fù)載范圍(優(yōu)選地，當(dāng)與蒸汽渦輪連接的發(fā)電機(jī)達(dá)到了其發(fā)電機(jī)輸出的20 %時(shí)，其達(dá)到這一極限值)，則根據(jù)本發(fā)明的脫氣器8的備用模式被設(shè)定。在這種情況下，通過由熱油加熱的、自然循環(huán)的附加蒸發(fā)器11的熱輸出(通過對作為熱傳輸介質(zhì)而流動(dòng)的熱油進(jìn)行節(jié)流，其被降低)，脫氣器8的備用模式被啟動(dòng)。同時(shí)，通過排出蒸汽線路M而被供給的加熱蒸汽流經(jīng)脫氣器8，并在那里引起逆流的主凝結(jié)水的相應(yīng)的脫氣。然后在太陽能熱電站的這一操作狀態(tài)下，主凝結(jié)水具有相較于啟動(dòng)模式的增高的溫度，因此再也沒有任何“冷”的主凝結(jié)水，因?yàn)槠淇梢酝ㄟ^被供給有加熱蒸汽的換熱器預(yù)熱。在這種模式下，具有相連的供水線路14的附加蒸發(fā)器11被切換和編程，以使得當(dāng)脫氣器8和/或供水箱1 (其沒有立刻通過增加的排氣或通過經(jīng)過線路23供給的加熱蒸汽獲得補(bǔ)償)中出現(xiàn)突然的和不期望的壓力下降時(shí)，附加蒸發(fā)器被激活，并再次產(chǎn)生更多的用于供水加熱的熱量輸出。否則，在蒸發(fā)器的這一備用操作模式中，附加蒸發(fā)器11僅僅使用< mcg/s的最小的熱油流量而再次運(yùn)轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生低的供水循環(huán)。根據(jù)熱傳輸介質(zhì)的流入，且基于所得到的供水循環(huán)，具有在水側(cè)上的線路連接12和在蒸汽側(cè)上的線路連接13的附加蒸發(fā)器11的供給線路14的溫度被分別維持并保持在操作溫度。具體地，如果脫氣器8中和/或供水箱1 中的蒸汽壓力下降，這一測量使得有可能通過附加蒸發(fā)器11很快產(chǎn)生飽和蒸汽。這里提供了 壓力保持控制器的設(shè)定值隨著供水箱1中的實(shí)際壓力值浮動(dòng)，并且如果超出了特定的壓力下降梯度，則“凍結(jié)”這一實(shí)際值。以這種方式保持壓力，避免了供水泵在操作上的故障，并且因此確保和/或增加了發(fā)電站的整體運(yùn)行的可獲得性?？傊?，根據(jù)本發(fā)明，作為太陽能熱電站、太陽能陣列、HTF(熱傳輸流體)系統(tǒng)和熱儲(TES)的部件而被提供的系統(tǒng)部件，被最佳地用于和并入供水脫氣系統(tǒng)中，從而有可能免除傳統(tǒng)的、具體為火電的、而且為輔助的鍋爐設(shè)備，其用于產(chǎn)生現(xiàn)有技術(shù)通常所需的輔助蒸汽。對于附加蒸發(fā)器11和/或供水2，可以以下四種不同的方式使其獲得太陽能熱電站的太陽能陣列中產(chǎn)生的熱能1.在標(biāo)準(zhǔn)操作中，當(dāng)存在太陽光照時(shí)，熱能直接通過供給線路14，借助于在太陽能陣列中加熱的熱傳輸介質(zhì)(熱量傳輸流體)提供。2.在沒有太陽光照時(shí)，熱能可從熱儲(TEQ釋放到熱傳輸介質(zhì)(HTF)。例如，熱儲可以為鹽熔熱池，其在釋放模式下將儲備的熱能發(fā)散至熱傳輸介質(zhì)，在例示的熱油實(shí)施例中，所述熱油然后反過來通過供給線路14提供熱能至附加蒸發(fā)器11。3.儲備的熱能可作為殘余熱量通過熱傳輸介質(zhì)排放至附加蒸發(fā)器11。在前述的所有熱源已被關(guān)閉或移除后，來自熱傳輸回路的HTF質(zhì)量流(大約2000t)可放出熱量至附加蒸發(fā)器11，直到其從大約300°C冷卻至大約190°C .4.由所謂的熱傳輸流體加熱器中的天然氣的燃燒產(chǎn)生的熱能可通過熱傳輸介質(zhì)提供。如果溫度下降到特定的HTF設(shè)定溫度以下，通過燃燒天然氣，根據(jù)操作模式，HTF被賦予或保持在一個(gè)溫度。根據(jù)本發(fā)明的具有供水箱1的脫氣器8和分配的附加蒸發(fā)器11的組合產(chǎn)生了一系列的另外的優(yōu)勢。由于這一系統(tǒng)，依據(jù)以熱虹吸原理為基礎(chǔ)的附加蒸發(fā)器或換熱器的自然循環(huán)，蒸發(fā)器和供水脫氣器的簡單的冷啟動(dòng)(就加熱和控制工藝而言，其不成問題)是可能的。供水箱中不需要獨(dú)立的內(nèi)部構(gòu)件并且也不需要獨(dú)立的蒸汽線路、復(fù)雜的控制系統(tǒng)等。對于附加蒸發(fā)器11的操作，其足夠從熱傳輸介質(zhì)回路分支出供給線路14，并向其返回排放線路15。通過線路14和15及附加蒸發(fā)器11來傳導(dǎo)熱傳輸介質(zhì)的附加的泵是不必要的。用于對熱傳輸介質(zhì)回路中的熱傳輸介質(zhì)進(jìn)行循環(huán)的泵同樣足夠用于通過線路14、15輸送熱傳輸介質(zhì)。
權(quán)利要求
1.一種供水脫氣器，其包括具有相連的供水箱⑴的脫氣器(8)，所述供水箱⑴和脫氣器(8)被并入太陽能熱電站的水/蒸汽循環(huán)中，所述太陽能熱電站具有帶有被分配的水 /蒸汽循環(huán)的熱傳輸介質(zhì)回路，其特征在于，所述供水箱(1)被分配有至少一個(gè)附加蒸發(fā)器(11)，所述蒸發(fā)器(11)具有在水側(cè)上的、通向所述供水箱(1)的供水區(qū)域(5)的線路連接(12)，和在蒸汽側(cè)上的、通向所述供水箱(1)的蒸汽區(qū)域(6)的線路連接(13)。
2.如權(quán)利要求1所述的供水脫氣器，其特征在于，所述至少一個(gè)附加蒸發(fā)器(11)可被加熱和/或通過所述熱傳輸介質(zhì)回路的熱傳輸介質(zhì)加熱。
3.如權(quán)利要求1或2所述的供水脫氣器，其特征在于，所述至少一個(gè)附加蒸發(fā)器(11) 可被加熱和/或通過從所述熱傳輸介質(zhì)回路分支出的子流加熱。
4.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的供水脫氣器，其特征在于，所述熱傳輸介質(zhì)為熱油和/或所述附加蒸發(fā)器(11)為自然循環(huán)蒸發(fā)器。
5.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的供水脫氣器，其特征在于，所述供水箱(1)通過供水線路(7)而并入所述水/蒸汽循環(huán)中，而且所述供水脫氣器(8)通過主凝結(jié)水線路(10) 而并入所述水/蒸汽循環(huán)中。
6.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的供水脫氣器，其特征在于，所述附加蒸發(fā)器(11)為換熱器。
7.一種具有供水脫氣器的太陽能熱電站，其包括具有相連的供水箱(1)的脫氣器(8)， 所述供水箱(1)和脫氣器(8)被并入在熱電站的水/蒸汽循環(huán)中，所述熱電站具有帶有被分配的水/蒸汽循環(huán)的熱傳輸介質(zhì)回路，其特征在于，所述供水箱(1)被分配有至少一個(gè)附加蒸發(fā)器(11)，所述蒸發(fā)器(11)具有在水側(cè)上的、通向所述供水箱(1)的供水區(qū)域(5)的線路連接(12)，和在蒸汽側(cè)上的、通向所述供水箱(1)的蒸汽區(qū)域(6)的線路連接(13)。
8.如權(quán)利要求7所述的太陽能熱電站，其特征在于，其不具有被分配給所述熱傳輸介質(zhì)回路和/或所述水/蒸汽循環(huán)的輔助鍋爐，具體為太陽能加熱的輔助鍋爐。
9.如權(quán)利要求7或8所述的太陽能熱電站，其特征在于，其具有如權(quán)利要求2至6中任一項(xiàng)所述的供水脫氣器(8)。
10.一種用于在太陽能熱電站的水/蒸汽循環(huán)中，使用脫氣器(8)對供水箱(1)中的供水(2)進(jìn)行供水除氣和/或供水加熱的方法，其特征在于，至少部分供水( 被供給到被分配給具有脫氣器(8)的供水箱(1)的附加蒸發(fā)器(11)并在其中被蒸發(fā)，且蒸汽返回至所述供水箱(1)的蒸汽區(qū)域(6)中。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，通過所述熱傳輸介質(zhì)回路的熱傳輸介質(zhì)， 具體為從其處分出的子流，附加蒸發(fā)器(11)被加熱。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，通過自然循環(huán)，供水(2)在所述供水箱(1)和所述附加蒸發(fā)器(11)之間移動(dòng)。
13.如權(quán)利要求10至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在全蒸汽渦輪負(fù)載下，所述水/蒸汽循環(huán)總共可獲得的供水質(zhì)量流的0. 5% -45%被供給至所述附加蒸發(fā)器(11)。
14.如權(quán)利要求10至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在發(fā)電站的備用操作模式中，通過經(jīng)過所述附加蒸發(fā)器(11)的循環(huán)，供水箱(1)中的供水( 被保持在其沸點(diǎn)范圍內(nèi)的一個(gè)溫度處。
15.如權(quán)利要求10至14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在發(fā)電站的備用操作模式中，沒有外部輔助蒸汽被供給到所述脫氣器(8)中。
16.如權(quán)利要求10至15中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在發(fā)電站的熱啟動(dòng)模式中， 所述附加蒸發(fā)器(11)的熱量輸出被連續(xù)提升至其全部的熱負(fù)載，且通過蒸汽壓力設(shè)定值來控制蒸汽壓力。
17.如上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，當(dāng)具體地在主蒸汽線路中達(dá)到預(yù)定(主)蒸汽壓力時(shí)，和/或當(dāng)達(dá)到發(fā)電站蒸汽渦輪的特定的部分負(fù)載范圍時(shí)，從所述水 /蒸汽循環(huán)排出的蒸汽被供給至所述脫氣器(8)，且所述附加蒸發(fā)器(11)被切換至備用溫度保持模式并以這種模式運(yùn)轉(zhuǎn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種供水脫氣器，包括具有連接至其上的供水箱(1)的脫氣器(8)，所述部件被集成在太陽能熱電站的水/蒸氣循環(huán)中，所述太陽能熱電站具有帶有相連的水/蒸氣循環(huán)的熱傳輸介質(zhì)回路。本發(fā)明的目的是提供一種解決方案，其在加熱和控制工藝方面提供了用于為脫氣器提供加熱蒸汽的、相較于現(xiàn)有技術(shù)不太復(fù)雜的方式。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，至少一個(gè)附加蒸發(fā)器(11)被配置給供水箱(1)，所述附加蒸發(fā)器(11)具有在水側(cè)上的、通向供水箱(1)的供水區(qū)域(5)的線路連接(12)，和在蒸汽側(cè)上的、通向供水箱(1)的蒸汽區(qū)域(6)的線路連接(13)。
文檔編號F22D1/50GK102326025SQ201080008872
公開日2012年1月18日 申請日期2010年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月21日
發(fā)明者羅納德·埃立特 申請人:弗拉格賽歐股份有限公司