用于靈活地運行發(fā)電站設(shè)備的方法
【專利說明】用于靈活地運行發(fā)電站設(shè)備的方法
[0001]本發(fā)明涉及一種用于靈活地運行具有按照強制直流原理工作的廢熱蒸汽發(fā)生器的發(fā)電站設(shè)備的方法。
[0002]對現(xiàn)代發(fā)電站設(shè)備不僅要求高效率而且也要求盡可能靈活的工作方式。屬于所述靈活工作方式的例如有非常短的啟動時間和較高的載荷改變速度，以及例如能夠補償電網(wǎng)中的頻率干擾。根據(jù)不同國家的各個電網(wǎng)的要求情況以及所屬的償付模式，在組合式的燃氣和蒸汽發(fā)電站設(shè)備中尤其意義重大的是，在峰值載荷范圍中通過附加燃燒為電網(wǎng)提供盡可能迅速的附加功率(通過水-蒸汽-循環(huán)回路)。這種具有附加燃燒的燃氣和蒸汽發(fā)電站設(shè)備例如由專利 DE102010060064A1，EP1050667A1 和 US3980100 已知。
[0003]在當前已知的具有附加燃燒的發(fā)電站設(shè)備中，在各種情況下使用汽包鍋爐。在啟動附加燃燒之后，在蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸汽量在經(jīng)歷顯著的時間延遲之后才上升。因此受影響的加熱面蒸發(fā)管的蒸汽冷卻(其直接與蒸汽生產(chǎn)的瞬時表現(xiàn)相關(guān))也僅能時間延時地改善。這具體意味著，在開啟附加燃燒時過熱器加熱面和再熱器加熱面首先必須以幾乎相同的蒸汽質(zhì)量流量經(jīng)受得起在煙氣側(cè)的增加的加熱。但是反過來這也意味著，僅能通過限制附加燃燒的功率提高使得流體溫度和因而這些加熱面的壁溫度保持在可靠的極限內(nèi)。然而這種要求明顯限制了設(shè)備靈活性。
[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種能夠克服前述缺點的方法。
[0005]所述技術(shù)問題通過具有權(quán)利要求1的特征的、用于靈活地運行發(fā)電站設(shè)備的方法解決。
[0006]通過使用附加燃燒裝置，其尤其設(shè)置在廢熱蒸汽發(fā)生器的煙氣通道的過熱器/再熱器區(qū)域中，則向水-蒸汽-循環(huán)回路中傳遞的熱功率增加，由此所產(chǎn)生的蒸汽量增加并且最終結(jié)果是通過蒸汽輪機產(chǎn)出的機械功率增加了。但是其中要注意的是，在煙氣通道中、在開啟的附加燃燒裝置的周圍煙氣溫度升高。沿煙氣方向位于附加燃燒裝置下游的加熱面(通常是高壓過熱器加熱面)在這種情況下恰好承受了很高的熱載荷。然而所述加熱面的充分的管冷卻為了保證安全的持續(xù)運行是必不可少的。若想要避免使用其他部件，例如附加的噴射冷卻器時(其用于在煙氣通道中的相應(yīng)的加熱面的充分的管冷卻)，所述管冷卻到頭來還是通過在蒸發(fā)器中產(chǎn)生的蒸汽量保證。因為在蒸發(fā)器中的蒸汽產(chǎn)出在開啟附加燃燒裝置之后經(jīng)過明顯的時間延遲才會增加，所以過熱器至少緊接在開啟附加燃燒裝置之后、在管冷卻特性大致相同的情況承受明顯更大的加熱以及所有由此導(dǎo)致的后果。
[0007]因此按照本發(fā)明規(guī)定，為了靈活地運行具有按照強制直流原理(Zwangsdurchlaufprinzip:強制直通原理)工作的廢熱蒸汽發(fā)生器的發(fā)電站設(shè)備，所述廢熱蒸汽發(fā)生器具有設(shè)置在煙氣通道中的不同的廢熱蒸汽發(fā)生器壓力級的加熱面，為了提高功率，幾乎在啟動設(shè)置在廢熱蒸汽發(fā)生器的煙氣通道中的附加燃燒裝置的啟動同時，增大流過加熱面的給水的給水質(zhì)量流量。
[0008]本發(fā)明的核心構(gòu)思在于充分利用強制直流系統(tǒng)相對汽包系統(tǒng)的技術(shù)-物理優(yōu)點。按照本發(fā)明，強制直流系統(tǒng)的系統(tǒng)特性被利用，該系統(tǒng)特性是具有汽包蒸發(fā)器的系統(tǒng)所不具備的。所述系統(tǒng)特性為發(fā)電站設(shè)備(其具有配備集成在煙氣通道中的附加燃燒裝置的廢熱蒸汽發(fā)生器)提供了明顯的優(yōu)點，因為通過調(diào)節(jié)給水可以主動地干預(yù)對于過高受熱的過熱器加熱面的冷卻。因此與汽包鍋爐相比，反正可以靈活調(diào)整的強制直流系統(tǒng)通過附加燃燒裝置和與此協(xié)調(diào)的同時的給水調(diào)節(jié)導(dǎo)致了更高的設(shè)備靈活性。此外，通過提高蒸汽質(zhì)量流量、對于過熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計而言很重要的最大溫度被降低。因此設(shè)置在附加燃燒裝置下游的過熱器的結(jié)構(gòu)設(shè)計還可以借助更廉價的材料實現(xiàn)。
[0009]本發(fā)明一種優(yōu)選的擴展設(shè)計目的在于蒸發(fā)器的自我保護。通過在啟動附加燃燒裝置時主動降低在蒸發(fā)器出口處的過熱基礎(chǔ)理論值，蒸發(fā)器管還可以更好地經(jīng)受由附加燃燒裝置導(dǎo)致的更大的加熱。在此，通過蒸發(fā)器的流量的提高導(dǎo)致了更好的管冷卻。對此特別適用的調(diào)節(jié)如何進行可以參照EP2194320A1。
[0010]當在啟動附加燃燒裝置之后在蒸發(fā)器出口處的實際過熱應(yīng)該更快地降低，或者蒸汽質(zhì)量流量所需的提高沒有足夠快地導(dǎo)致尤其過熱器的更好的冷卻，則可以提供附加的預(yù)控制信號，使得給水質(zhì)量流量的提高被加強。為此優(yōu)選通過DTl-微分元件評估附加燃燒裝置的功率提高，并且作為附加的因數(shù)接入給水質(zhì)量流量信號。通過由于這種DTl-微分元件的特性導(dǎo)致的、僅在附加燃燒的瞬時過程或瞬變過程中形成附加的信號，該附加信號連同給水質(zhì)量流量信號在附加燃燒裝置關(guān)閉時或附加燃燒功率恒定時不會改變。
[0011]以下結(jié)合附圖示范性地闡述本發(fā)明。在附圖中非常示意性表示的廢熱蒸汽發(fā)生器I按照強制直流原理工作。這種廢熱蒸汽發(fā)生器常規(guī)地具有一個或多個預(yù)熱級V，一個或多個蒸發(fā)器級D和一個或多個過熱器級U。各級的加熱面在此這樣設(shè)置在煙氣通道K中，使得例如從燃氣輪機流出的熱的煙氣R首先流過過熱器級U的加熱面、然后蒸發(fā)器級D的加熱面，并且接下來預(yù)熱器級V的加熱面。在每個級中進行煙氣R向流過加熱面的介質(zhì)的熱傳遞。在流體介質(zhì)側(cè)，給水泵連接在預(yù)熱器級V的加熱面之前并且蒸發(fā)器級D的加熱面連接在預(yù)熱器級V的加熱面之后。在出口側(cè)，蒸發(fā)器級D的加熱面在流動介質(zhì)側(cè)通過未詳細示出的水分離器與后接的過熱器加熱面U相連，過熱器加熱面自身為了調(diào)節(jié)離開過熱器加熱面的蒸汽的溫度可以配備噴射冷卻器。
[0012]廢熱蒸汽發(fā)生器I在此設(shè)計用于可調(diào)節(jié)地加載給水W。為此給水泵P通過給水量調(diào)節(jié)設(shè)備SP這樣調(diào)節(jié)，使得通過適當?shù)目刂瓶梢哉{(diào)節(jié)由給水泵P朝向預(yù)熱器V輸送的給水量或者給水質(zhì)量流量。這種給水量調(diào)節(jié)設(shè)備SP如何工作例如參照EP2194320A1。在所示實施例中，附加燃燒裝置F設(shè)置在煙氣通道K中、在過熱器U的加熱面或可能的再熱器加熱面的區(qū)域中。附加燃燒裝置F通過相應(yīng)的附加燃燒功率調(diào)節(jié)設(shè)備SF調(diào)節(jié)，尤其也可以被開啟和關(guān)閉。為了實施按照本發(fā)明的方法，用于附加燃燒裝置F的附加燃燒功率調(diào)節(jié)設(shè)備SF以及用于給水泵P的給水量調(diào)節(jié)設(shè)備SP通過控制設(shè)備S (例如發(fā)電站設(shè)備的中央控制技術(shù)裝置)相應(yīng)地控制和監(jiān)測。
[0013]強制直流系統(tǒng)相對循環(huán)蒸發(fā)器的決定性的優(yōu)點在于，流動介質(zhì)在蒸發(fā)器的出口處在正常運行中就已經(jīng)被過熱。當按照本發(fā)明的方法在啟動附加燃燒裝置時就已經(jīng)同步地提高給水質(zhì)量流量，則這在強制直流蒸發(fā)器中直接導(dǎo)致蒸汽質(zhì)量流量的同步提高。這體現(xiàn)為過熱的負載通過這種措施被降低。隨著蒸汽質(zhì)量流量的增加同時也改善了過熱器中的管冷卻特性。因此借助強制直流系統(tǒng)，在啟動附加燃燒裝置時過熱器就已經(jīng)利用增大的蒸汽質(zhì)量流量被更好地冷卻。需要考慮的是，蒸汽質(zhì)量流量的增加理論上僅這樣長時間地通過給水量的增加實現(xiàn)，即只要流動介質(zhì)在蒸發(fā)器出口處還未到達飽和溫度。若達到飽和溫度，則給水質(zhì)量流量的任何繼續(xù)的增加會導(dǎo)致容器中的水生成的增加。因為在一定的時間延遲之后，附加燃燒裝置的更多加熱在蒸發(fā)器中也才可覺察到，從這一方面而言自然也抑制飽和溫度的到達。
[0014]本發(fā)明申請的構(gòu)思精確地針對強制直流系統(tǒng)的技術(shù)物理優(yōu)點。附加燃燒裝置由于其減弱整體設(shè)備效率的特性通常僅當設(shè)備功率已經(jīng)到達100%、并且應(yīng)該提供相對較高的償付條件的附加功率時才被啟動。在100%設(shè)備負載時由系統(tǒng)導(dǎo)致在具有BENSON蒸發(fā)器的廢熱蒸汽發(fā)生器的蒸發(fā)器出口處出現(xiàn)極高的過熱。其在通常的結(jié)構(gòu)設(shè)計中在約40K至50K之間。若此時在啟動附加燃燒裝置F時，在這種強制直流廢熱蒸汽發(fā)生器的給水理論值測算中將蒸發(fā)器D的過熱基礎(chǔ)理論值同時降低至其最小值(通常是10K)，則通過這種措施可提高通過蒸發(fā)器的給水流量。給水調(diào)節(jié)裝置嘗試通過提高供給來設(shè)定新的過熱理論值。離開蒸發(fā)器的蒸汽質(zhì)量流量同時也提高，其能夠在通過附加燃燒而承受高熱負載的過熱器級U中用于改善冷卻特性。通過借助此時已經(jīng)變大的給水量降低在蒸發(fā)器出口處的過熱，在過熱器中的冷卻效果甚至被進一步加強。由于以1K的最小的過熱基礎(chǔ)理論值仍然可以保持相對沸點線有足夠的距離，則即使在蒸發(fā)器出口處的實際過熱略微負振動或略微低于下限時也不用擔心在水分離器中會有水生成。這一點還由此被支持，即通過附加燃燒裝置F對于蒸發(fā)器增加的加熱，在蒸發(fā)器出口處的實際過熱傾向于再次升高。
【主權(quán)項】
1.一種用于靈活地運行發(fā)電站設(shè)備的方法，該發(fā)電站設(shè)備具有按照強制直流原理工作的廢熱蒸汽發(fā)生器(I)，所述廢熱蒸汽發(fā)生器具有設(shè)置在煙氣通道(K)中的不同廢熱蒸汽發(fā)生器(I)級(V，D，U)的加熱面，其中，為了提高功率，幾乎在啟動設(shè)置在廢熱蒸汽發(fā)生器(I)的煙氣通道(K)中的附加燃燒裝置(F)的同時，增大流過加熱面的給水(W)的給水質(zhì)量流量。2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，給水質(zhì)量流量的增大通過降低在廢熱蒸汽發(fā)生器的蒸發(fā)器級(V)的出口處的過熱基礎(chǔ)理論值實現(xiàn)。3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，評估所述附加燃燒裝置(F)的功率改變并且將其作為用于增大給水質(zhì)量流量的修正因數(shù)。
【專利摘要】一種用于靈活地運行具有按照強制直流原理工作的廢熱蒸汽發(fā)生器(1)的發(fā)電站設(shè)備的方法，所述廢熱蒸汽發(fā)生器具有設(shè)置在煙氣通道(K)中的不同的廢熱蒸汽發(fā)生器(1)級(V,D,U)的加熱面，其中，為了提高功率，幾乎與設(shè)置在廢熱蒸汽發(fā)生器(1)的煙氣通道(K)中的附加燃燒裝置(F)的啟動同時地增大流過加熱面的給水(W)的給水質(zhì)量流量。
【IPC分類】F22B35/08, F22B35/10, F01K23/10, F22B1/18
【公開號】CN104968897
【申請?zhí)枴緾N201380053385
【發(fā)明人】J.布魯克納, G.施倫德, F.托馬斯, B.維森伯格
【申請人】西門子公司
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2013年10月2日
【公告號】CA2887796A1, DE102012218542A1, EP2900945A1, US20150275704, WO2014056772A1