快速啟動(dòng)余熱蒸汽發(fā)生器的制造方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)案
[0002] 本專利申請(qǐng)主張2012年8月13日提交的且標(biāo)題為"快速啟動(dòng)余熱蒸汽發(fā)生 器"（Rapid Startup Heat Recovery Steam Generator)的第 61/682, 470 號(hào)美國臨時(shí)專利 申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。所述申請(qǐng)的全部文本在此以引用的方式并入，如同在本文中充分地闡述其 全部內(nèi)容一樣。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明總體來說涉及發(fā)電領(lǐng)域。更確切地說，本發(fā)明涉及一種包含一或多個(gè)豎直 蒸汽分離器的快速啟動(dòng)余熱蒸汽發(fā)生器（HRSG)。HRSG可以例如用作快速啟動(dòng)鍋爐以迅速 產(chǎn)生蒸汽，所述蒸汽可以用來非常有效地驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)并且產(chǎn)生電力。
【背景技術(shù)】
[0004] HRSG是用以從熱氣流中提取或回收熱能的設(shè)備，所述熱氣流例如來自燃?xì)鉁u輪機(jī) 的熱廢氣流。所提取的能量用以將水轉(zhuǎn)化成蒸汽，所述蒸汽可用于發(fā)電。HRSG也可以被稱 為廢熱回收鍋爐或渦輪機(jī)廢氣鍋爐。HRSG可以在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠中用來提高整體效率。
[0005] HRSG可以是未點(diǎn)燃的（即，僅使用了所供應(yīng)的氣體的顯熱），或者可以包含補(bǔ)充燃 料燃燒以使氣體溫度升高，從而降低傳熱表面要求、增加蒸汽產(chǎn)出、控制過熱蒸汽溫度或滿 足工藝用蒸汽溫度要求。
[0006] HRSG包含一個(gè)或多個(gè)傳熱表面，例如換熱器管，所述換熱器管可以被稱為鍋爐管 排。當(dāng)熱氣在鍋爐管排的管之間并且圍繞所述管通過時(shí)，根據(jù)水或蒸汽是否流過鍋爐管排， 將水轉(zhuǎn)化成蒸汽或使蒸汽過熱。
[0007] HRSG可以多種方式來分組，例如根據(jù)廢氣流的方向（即，豎直或水平）或通過壓力 級(jí)的數(shù)目（即，單壓或多壓）。在豎直類型的HRSG中，廢氣在水平管上方豎直地流動(dòng)。在水 平類型的HRSG中，廢氣在豎直管上方水平地流動(dòng)。
[0008] 在單壓HRSG中，以單壓級(jí)通過蒸汽鍋筒產(chǎn)生蒸汽，而多壓HRSG采用兩個(gè)蒸汽鍋筒 (雙壓）、三個(gè)蒸汽鍋筒（三壓）或更多蒸汽鍋筒。三壓HRSG由三段構(gòu)成，即，HP(高壓） 段、IP(中壓）段以及LP(低壓）段。還可以使用再熱段來提高效率。每一段一般具有蒸 汽鍋筒以及蒸發(fā)器段，水在蒸發(fā)器段轉(zhuǎn)化成蒸汽。隨后此蒸汽穿過過熱器，以使溫度升高超 過飽和點(diǎn)。
[0009] 如所提及，HRSG可以包含一或多個(gè)蒸汽鍋筒。蒸汽鍋筒是較大的圓筒形容器，其 設(shè)計(jì)成允許飽和蒸汽與離開沸騰的傳熱表面的汽水混合物分離。在自然循環(huán)HRSG中，蒸汽 鍋筒水平地定向。飽和蒸汽通過一或多個(gè)出口噴嘴排出以用于直接使用、加熱和/或發(fā)電。 無蒸汽的水與給水一起再循環(huán)到鍋爐管排以用于進(jìn)一步產(chǎn)生蒸汽。
[0010] 蒸汽鍋筒通常使用離心力，該離心力通過兩相流體切向進(jìn)入旋流器中或者通過固 定螺旋槳型或曲折路徑裝置產(chǎn)生。離心作用確實(shí)地將蒸汽"擠壓"出汽水混合物。
[0011] 典型HRSG的啟動(dòng)升溫速率（ramp rate)的限制因素之一是蒸汽鍋筒浸泡時(shí)間。由 于蒸汽鍋筒的厚度，HRSG供應(yīng)商規(guī)定了在低負(fù)載啟動(dòng)時(shí)的最小保持時(shí)間，以允許蒸汽鍋筒 緩慢地升溫并且均衡頂部與底部之間的金屬溫度。不能使蒸汽鍋筒均衡溫度會(huì)導(dǎo)致沿著底 部的、水濕潤的表面的金屬溫度較低而沿著上部的、蒸汽濕潤的表面的金屬溫度較高。此溫 度差導(dǎo)致鍋筒彎成弓形，即，鍋筒弓起。
[0012] 鍋筒弓起在蒸汽鍋筒的重型上升管以及下降管連接部上施加極大的應(yīng)力，并且還 可能導(dǎo)致超出蒸汽鍋筒的殼體的應(yīng)力極限。為了確定對(duì)連接部和/或殼體材料的損壞的 量，HRSG供應(yīng)商通常推薦監(jiān)控快速啟動(dòng)事件的數(shù)目以便控制對(duì)組件發(fā)生的損壞。
[0013] 然而，由于風(fēng)力以及太陽能等可再生能源的吸引力，快速啟動(dòng)鍋爐已經(jīng)并且將繼 續(xù)變得更加流行。風(fēng)力以及太陽能發(fā)電通常不穩(wěn)定并且因此需要快速負(fù)載轉(zhuǎn)移來取代電網(wǎng) 上的功率以避免燈火管制以及停電。
[0014] 將需要開發(fā)用于快速啟動(dòng)鍋爐的新的HRSG設(shè)計(jì)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0015] 本發(fā)明在各種實(shí)施例中涉及包含一或多個(gè)豎直蒸汽分離器的快速啟動(dòng)余熱蒸汽 發(fā)生器。
[0016] 在一些實(shí)施例中所公開的是如下一種快速啟動(dòng)余熱蒸汽發(fā)生器（HRSG)，所述 HRSG包括氣體入口、高壓段、任選的再熱段、任選的中壓段、任選的低壓段以及氣體出口。高 壓段包括高壓汽水分離器以及與高壓汽水分離器處于流體聯(lián)通的多個(gè)高壓蒸發(fā)器管。任選 的中壓段包括中壓汽水分離器以及與中壓汽水分離器處于流體聯(lián)通的多個(gè)中壓蒸發(fā)器管。 任選的低壓段包括低壓汽水分離器以及與低壓汽水分離器處于流體聯(lián)通的多個(gè)低壓蒸發(fā) 器管。高壓汽水分離器、中壓汽水分離器以及低壓汽水分離器中的至少一者是豎直蒸汽分 離器。
[0017] 在一些其它實(shí)施例中，中壓汽水分離器和/或低壓汽水分離器是豎直蒸汽分離 器。在其它實(shí)施例中，中壓汽水分離器和/或低壓汽水分離器是蒸汽鍋筒。
[0018] 豎直蒸汽分離器可以包括：具有頂部部分以及底部部分的豎直延伸的圓筒形容 器；用于向容器提供汽/水混合物，使汽/水混合物在分離器中渦旋從而使蒸汽與水在分離 器中分離的裝置；位于容器頂部部分中并且圍繞分離器的內(nèi)部周邊布置的用于從蒸汽中去 除水的豎直定向洗滌器裝置；用于從容器傳送飽和蒸汽的飽和蒸汽連接裝置；通過分離器 的壁連接以用于向容器傳送給水的給水供應(yīng)裝置；以及用于傳送給水和來自容器的與蒸汽 分離的水的裝置。
[0019] 從氣體入口延伸到氣體出口的流動(dòng)路徑可以時(shí)基本上水平的或基本上豎直的。
[0020] 豎直蒸汽分離器可以經(jīng)由多個(gè)切向上升管連接部或直式上升管連接部流體地連 接到蒸發(fā)器管上。
[0021] 還公開的是一種改造 HRSG的方法。所述方法包括：從HRSG的高壓段移除高壓蒸 汽鍋筒；以及用高壓豎直蒸汽分離器替換高壓蒸汽鍋筒。
[0022] 任選地，所述方法進(jìn)一步包括：從HRSG的中壓段移除中壓蒸汽鍋筒；以及用中壓 豎直蒸汽分離器替換中壓蒸汽鍋筒。
[0023] 在一些實(shí)施例中，所述方法進(jìn)一步包括：從HRSG的低壓段移除低壓蒸汽鍋筒；以 及用低壓豎直蒸汽分離器替換低壓蒸汽鍋筒。
[0024] 進(jìn)一步公開的是一種包括高壓段、中壓段以及低壓段的快速啟動(dòng)余熱蒸汽發(fā)生 器。高壓段包括豎直蒸汽分離器、經(jīng)由頂端處的多個(gè)高壓上升管以及經(jīng)由底端處的高壓下 降管/再循環(huán)管線流體地連接到豎直蒸汽分離器的高壓蒸發(fā)器、以及經(jīng)由高壓干蒸汽管道 流體地連接到豎直蒸汽分離器的高壓過熱器。中壓段包括中壓蒸汽鍋筒、流體地連接到中 壓蒸汽鍋筒的中壓省煤器、經(jīng)由中壓上升管以及中壓下降管/再循環(huán)管線流體地連接到中 壓蒸汽鍋筒的中壓蒸發(fā)器、以及經(jīng)由從中壓蒸汽鍋筒延伸的中壓干蒸汽管道流體地連接到 中壓蒸汽鍋筒的中壓過熱器。低壓段包括低壓蒸汽鍋筒、流體地連接到低壓蒸汽鍋筒的低 壓省煤器、經(jīng)由低壓上升管以及低壓下降管/再循環(huán)管線流體地連接到低壓蒸汽鍋筒的低 壓蒸發(fā)器、以及從低壓蒸汽鍋筒延伸的低壓干蒸汽管道。
[0025] 下文更具體地描述本發(fā)明的這些以及其它非限制性方面和/或目的。
【附圖說明】
[0026] 以下是附圖簡要說明，所述附圖簡要說明是出于圖示本文中所公開的示例性實(shí)施 例的目的而不是出于限制所述示例性實(shí)施例的目的而呈現(xiàn)。
[0027] 圖IA到IC圖示本發(fā)明的余熱蒸汽發(fā)生器（HRSG)的實(shí)施例的側(cè)視圖、俯視圖以及 立體圖。
[0028] 圖2A和2B圖示圖IA到IC的HRSG的高壓段的側(cè)視圖以及俯視圖。
[0029] 圖3A和3B圖示圖IA到IC的HRSG的中壓段的側(cè)視圖以及俯視圖。
[0030] 圖4A和4B圖示圖IA到IC的HRSG的低壓段的側(cè)視圖以及俯視圖。
[0031] 圖5是可用于本發(fā)明的HRSG的豎直蒸汽分離器的第一實(shí)施例的側(cè)截面視圖。
[0032] 圖6是單個(gè)豎直蒸汽分離器的示意性平面圖，其圖示了連接到豎直蒸汽分離器的 上升管可以如何布置。
[0033] 圖7是圖6的豎直蒸汽分離器的外部周界的示意性平面視圖，其圖示了在一個(gè)級(jí) 中的上升管如何相對(duì)于相鄰級(jí)中的上升管定向以及錯(cuò)開。
[0034] 圖8是可用于本發(fā)明的HRSG的豎直蒸汽分離器的第二實(shí)施例的側(cè)截面視圖。
[0035] 圖9是在箭頭8-8的方向上看的圖8的豎直蒸汽分離器的截面平面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 通過參考附圖可以獲得對(duì)本文中所公開的方法以及設(shè)備的更完整理解。這些圖僅 僅是基于方便且容易展示現(xiàn)有技術(shù)和/或發(fā)展現(xiàn)狀的示意性表示，并且因此并不意圖指示 組合件或其組件的相對(duì)大小以及尺寸。
[0037] 盡管為清楚起見在以下描述中