CN101415992B - 电站设备的水汽循环 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电站设备的水汽循环(110)，包括至少一个蒸发器(12；14；16)和至少一个过热器(24；26；28)，其特征在于，在过热器(24；26；28)与蒸发器(12；14；16)之间设一个凝结水集流和回流管道(146)用于收集存在于过热器(24；26；28)中的凝结水和用于使凝结水返回蒸发器(12；14；16)内。

Description

电站设备的水汽循环

本发明涉及一种电站设备的水汽循环，包括至少一个蒸发器和至少一个过热器。

这种水汽循环由蒸汽电厂和燃气与蒸汽联合电厂是已知的，其中，汽轮机中水蒸汽的热能转换为动能。为运行汽轮机所需要的蒸汽在锅炉内由事先净化和除盐的水产生，并在过热器内过热。蒸汽从过热器输入汽轮机，在那里蒸汽以动能的形式向透平输出部分它事先吸收的热能。在透平上接合一台发电机，它将透平的运动转换为电能。在流过汽轮机后，膨胀和冷却的蒸汽导入凝汽器内，在那里蒸汽通过释放热量进一步冷却并以液态的形式作为水收集在所谓的热井内。蒸汽借助相应的泵从热井泵入水箱并暂存在那里。最后，凝结水借助给水泵重新输入锅炉。锅炉本身既可用传统的燃料例如油、煤气或煤加热，但也可用核能加热。

在水汽循环运行期间，污垢进入在循环内使用的水中，它们随着时间的推移会导致水汽循环部件损坏。相应地要求保证循环介质(水、蒸汽)的化学性质在一定的极限值范围内。其中，这对于有汽包(自然或强制循环)的锅炉例如这样实现，即，持续或按间隔将水从汽包排污。此外，在起动和停机过程中还在过热器加热面处附带产生水。这些水作为废水排出并通过经处理的水(软水)补充。从运行经济性的观点出发值得追求的是，减少附带产生的废水以及提高再次使用的运行废水的份额。当然这将面临电站设备造价太高的问题，因此，就整个电站设备的经济性而言，用迄今已知的技术可能性最少化附带产生的废水往往并不合理。因此水汽循环中附带产生的运行废水大多仅作收集并接着全部丢弃，也就是说最终输入通常的污水系统。在这种情况下废水大多必须依法定条款经受一次规定的处理。

今后，基于可预见的环境保护条款的进一步严格化，应法定强制减少废水量，或控制废水排放和处理，使得减少废水量在经济上是合理的。

在水汽循环中附带产生的废水通常可以分为两类。在水汽循环的蒸汽区内的排水，例如过热器的排水，提供“干净的”废水，也就是说，废水的化学性质允许其直接再次应用于水汽循环中。反之，在水汽循环的水区内的排水，例如汽包的紧急排污，则产生“已污染的”废水，也就是说，废水的化学性质不允许其直接再次使用于水汽循环中。因此，来自蒸汽区内排水的废水，其干净源于在锅炉内分离为水相与汽相时将可能发生的污染物留在水相内，而使蒸汽干净地离开锅炉。

在成功做到将干净的废水分开收集，从而可以反馈到水汽循环内时，除了废水的产生减少达60％因而与此相关的费用降低外，还相应地节省与软水的生成和后来的温度处理有关的费用，因为在循环内丢弃的水必须得到补充。

大部分干净的废水在电站设备起动和尤其在停机时在过热器处产生。这一事实使得可利用一种已知的设计方案来使水汽循环的废水最少化，该方案中过热器的排水管道通向一个单独的集水箱。凝结水接着借助泵从集水箱泵入凝结水集水箱内，并从那里出发进一步泵向水汽循环的凝汽器。这种已知的设计方案在下面参考图1再详细介绍。

本发明的目的是，创造电站设备的另一种水汽循环。

按本发明的水汽循环包括至少一个蒸发器和至少一个过热器，所述蒸发器的容积大于所述过热器的容积。按本发明在过热器与蒸发器之间设一个包括小型泵在内的凝结水集流和回流管道，用于收集过热器中的凝结水和用于将凝结水返回蒸发器内。在该凝结水集流和回流管道内接入来自处于锅炉闸门前的蒸汽区的相应的排水管道。所述凝结水集流和回流管道始终处于压力状态，因为至少一根排水管道，有利地所有的排水管道都与它直接连接，也就是说，免去了电动的截止装置与该凝结水集流和回流管道的连接。因此，与现有技术相反，在过热器内可能聚集的凝结水不是通过集水箱和凝结水集水箱泵向凝汽器，并在那里重新输入电站设备真正的水汽循环内，而是凝结水只聚集在凝结水集流和回流管道内并直接重新输送给蒸发器。在这种情况下，除免去电动的截止装置外还可以取消一个/多个集水箱，包括附属的辅助部件，例如泵、换热器、相连的管道等。优选地，在排水管道与凝结水集流和回流管道之间设水闸，使可能发生的横向流动最小化。此外，过热管的直径应大于排水管道的直径。必要时也可以有多个直径较小的排水管道通向凝结水集流和回流管道。其目的是使尽管有水闸但仍可能出现的那些横向流动最小化。此外，为了抑制这些基于各排水点不同的压力而可能发生的横向流动，应将处于较低压力下的排水管道的直径设计得比处于较高压力下的排水管道的直径更大。也可以将各排水管道，除了一根用于保证持续敞开连接以使所述凝结水集流和回流管道始终处于压力状态的排水管道外，分别经由电动阀通入所述凝结水集流和回流管道，而不是直接导向所述凝结水集流和回流管道。当然这种可选择的替换方案成本更高。

有利地将一台泵与所述凝结水集流和回流管道有效连接，借助此泵可以将收集在凝结水集流和回流管道内的过热器凝结水泵回锅炉内。泵的运行优选地可根据凝结水集流和回流管道内的凝结水量控制。例如设一个2点液位检测装置，它检测在凝结水集流管道内的上和下凝结水液位极限值。当达到上限值时泵运行，将凝结水从凝结水集流和回流管道泵入蒸发器内。若此时达到下限值，泵则相应地断开，不再继续将凝结水输送到锅炉内。若凝结水已到达凝结水集流管道的上限液位，但泵没有投入运行，则表明泵和/或控制器损坏。针对这种情况，所述凝结水集流管道优选地包括一个设有安全阀的排水管道，该排水管道从所述凝结水集流和回流管道分支出并与一个废水箱连接。以此方式在泵或泵的控制发生故障时，所述凝结水集流和回流管道可以应急排空。

按本发明的另一项设计，所述凝结水集流和回流管道包括至少一个截止装置，最好有两个截止装置，它们分别设在泵的下游和上游。因此在水汽循环运行期间能对泵进行维护和修理作业。

按本发明的另一项设计，在过热器与凝结水集流管道之间设至少一根排水管道，它连接过热器与凝结水集流管道。优选地，在排水管道与凝结水集流管道之间设水闸，使可能发生的横向流动最小化。此外，有排水管从其分支出的过热管的直径应大于所述排水管的直径。必要时也可以有多个直径较小的排水管道通向凝结水集流管道。其目的是使尽管有水闸但仍可能出现的那些横向流动最小化。此外，为了抑制这些基于各排水点不同的压力可能发生的横向流动，应将处于较低压力下的排水管道的直径设计得比处于较高压力下的排水管道的直径更大。也可以将各排水管道，除了其中一根用于保证持续敞开连接使凝结水集流管道始终处于压力状态的排水管道外，分别经由电动阀通入凝结水集流管道，而不是直接导向凝结水集流管道。当然这种可选替代方案成本更高。

按本发明另一项设计，蒸发器为了排出其内的凝结水，也可以通过另一些排水管道优选地与凝结水集流和回流管道连接，以及从凝结水集流和回流管道分支出一根设有阀的排水管道，它与废水集水箱连接。相应地，蒸发器内的水也可以通过按本发明的凝结水集流管道排入废水箱内。这样做的优点是，废水箱不必安装在比较深的井坑内(为了增加大地测量学高度)，而是可以与地面等高地设置。

下面参见附图详细说明本发明。附图中：

图1表示电站设备水汽循环的一种已知的设计方案示意图；

图2表示按本发明的水汽循环的一种实施形式示意图；以及

图3示意表示按本发明水汽循环中凝结水集流管道的一种实施形式。

下面相同的附图标记涉及同样的结构部分。

图1示意表示使来自水汽循环10的废水最少化的一种已知的设计方案。水汽循环10包括三个蒸发器12、14和16，它们将在省煤器内预热的水蒸发成水蒸汽，在图1中仅表示从省煤器进入蒸发器12、14和16的汽包内的相应进口17a、17b和17c。水蒸汽从蒸发器12、14和16通过管道18、20和22进一步导向过热器24、26和28，它在那里过热，然后通过相应的管道30、32和34导向汽轮机36的相应级。在汽轮机36内，过热水蒸汽的大部分热能转换成动能。冷却的水蒸汽通过管道38离开汽轮机36输入凝汽器40，并在其中进一步冷却和凝结。凝结水进入设在凝汽器40下面的热井42，它借助泵14从那里重新朝蒸发器12、14和16的方向输送。在泵44与蒸发器12、14和16之间凝结水可以通过未示出的预热器置于预定的温度。以此方式形成闭式水汽循环。

为了在水汽循环10排水时，将所述水汽循环10蒸汽区内的“干净的”废水，亦即允许在水汽循环10内直接再次使用的废水，与所述在水汽循环10水区内“已污染的”、不将其事先处理就不适合在水汽循环10内直接再次使用的废水分开，水汽循环10包括一个专用的排水系统，下面对其详细说明。

为了使在电站设备停机的时刻水蒸汽处于其中的管道30、32和34排水，设排水管道46、48和50，它们将处于管道30、32和34内的凝结水导入集水箱52，遗留的残余蒸汽在其中凝结。在过热器24、26和28内附带产生的凝结水通过排水管道54、56和58导入另一个集水箱60内，遗留的水蒸汽同样在其中凝结。水箱52和60与凝汽器连接。基于相应较低的压力，进入的凝结水部分蒸发并通过连接管道61进入凝汽器40内。收集在集水箱52和60内的剩余凝结水在使用泵66和66的情况下通过管道62和64泵入凝结水箱70并储存在那里。因此在需要时，储存在凝结水箱70内的凝结水可以通过管道72重新输入凝汽器40，并以此方式输入真正的水汽循环内。通过分离干净的废水并将其反馈到水汽循环10内，可以减少约达60％的附带产生的废水量，由此长期节省费用。此外，基于附带产生的废水量的减少，还降低了与软水的生成与后来的温度处理有关的费用。

在图1中表示的位于水汽循环10水区内，尤其在蒸发器12、14和16排水时附带产生的“已污染的”废水，通过排水管道74、76和78输入废水集水箱80内。因为水箱80间接与凝汽器40连接，所以进入的脏的凝结水部分蒸发并通过连接管道61到达凝汽器40。这是允许的，因为基于分离为水相和蒸汽相，所以不影响水汽循环内的化学品质。收集在废水集水箱80内脏的剩余凝结水，可以借助泵84通过管道82输入换热器86，在那里它相应地冷却。接着，已冷却的凝结水经管道88丢弃以及输往一般的废水系统，其中，可以在管道88上连接一个没有表示的废水处理设备，它按法律规定进行废水处理。可选地，凝结水也可以从换热器86通过管道90输往集水箱92并储存在其中。因此包含在集水箱92内的凝结水可以借助泵96通过管道94供给凝结水处理装置98，凝结水在该装置中按照对在水汽循环10内使用的水所提出的那些要求进行处理。然后，经此处理的凝结水可以输入凝汽器40，以便将凝结水重新馈入真正的水汽循环10内。

图1所示水汽循环10的缺点在于，尤其是过热器24、26和28的排水非常麻烦和昂贵。其一，从过热器24、26和28通往集水箱60的排水管道54、56和58有必须具备较大的长度，以跨越过热器24、26和28到集水箱60的距离。此外，需要单独的集水箱60，这同样与成本相关联。最后，泵68必须有比较大的功率，以便能将包含在集水箱60内的凝结水泵入凝结水箱70内。

图2示意表示按本发明的水汽循环110的一种实施形式。与图1所示水汽循环10对应的那些部件用相同的附图标记表示。在图2中表示的水汽循环110基本上与图1所示水汽循环10一致。但水汽循环110与水汽循环10的区别在于过热器24、26和28的排水以及蒸发器12、14和16剩余排水的导引，这些在下面详细说明。

从过热器24、26和28相应地分支出排水管道112、114和116，它们分别汇入一个凝结水集流和回流管道内，对此参见图3还会更详细地说明。收集在凝结水集流管道内的凝结水可以在使用相应的泵124、126和128的情况下通过回流管道118、120和122直接泵送回相关的蒸发器12、14和16内。按选择可以将包含在蒸发器12、14和16内的废水通过排水管道130、132和134输入凝结水集流管道内，并通过管道136、138和140输送到废水集水箱80内。

图3示意表示一个过热器和蒸发器排水系统的详细结构，在这里，图3举例表示过热器24和蒸发器12的排水系统。用于过热器26和蒸发器14的排水系统以及用于过热器28和蒸发器16的排水系统与图3中表示的系统一致。

图3表示过热器24，它有三根集水管142a、142b和142c。在这些集水管142a、142b和142c上连接各个过热管。电站设备的高温废气沿箭头114的方向流过三个过热管，所以集水管142c比集水管142b更多地加热，而集水管142b又比集水管142a更多地加热。从各集水管142a、142b和142c分支出排水管道112a、112b和112c，它们汇入一个就在0m上方的凝结水集流和回流管道146内。在这里，汇入集水管142a、142b和142c内每个过热管的管子直径大于相应的排水管道112a、112b和112c的管道直径。以此方式应保证过热的水蒸汽朝集水管142a、142b和142c方向流动，而不进入排水管道112a、112b和112c内。排水管道112a、112b和112c应只用于排出包含在集水管142a、142b和142c内的凝结水。在排水管道112a、112b和112c与凝结水集流和回流管道146之间的连接点设水闸148、150和152，它们同样应阻止水蒸汽进入凝结水集流和回流管道146中。水闸148、150和152在这里设计为U形管道，其中积集凝结水，它应阻止水蒸汽进入凝结水集流和回流管道146中。凝结水集流和回流管道146在这里基本上设计为L形，其中，凝结水集流和回流管道146的一个基本上垂直向下延伸的区段延伸到坑154中。在凝结水集流和回流管道146的一个基本上垂直向下延伸的区段内，聚集通过排水管道112a、112b和112c从集水管142a、142b和142c取出的凝结水。聚集在凝结水集流和回流管道146内的凝结水的液位用附图标记156表示。此外凝结水集流和回流管道146还有一个没有进一步表示的液位检测装置，它检测收集在凝结水集流和回流管道146内的凝结水的最大液位158和最小液位160。管道162与凝结水集流和回流管道146连接，它包括一个阀164和一台设在约-2m处的泵166。在将阀164打开时，凝结水可以借助泵166从凝结水集流和回流管道146通过管道162泵出。在泵166后面，管道162分路为设有阀168的回流管道118和同样设有一个阀170的管道136。下面详细说明凝结水集流管道146的工作。

若凝结水液位156达到最大液位158(这通过没有表示的液位检测装置检测)，就接通泵166，此时阀164和168打开而阀170关闭。以此方式将收集在凝结水集流和回流管道146内的凝结水泵回蒸发器12。若液位检测装置检测到凝结水液位156已到达最小液位160，则停止泵166的运行，从而不再继续将凝结水从凝结水集流和回流管道146通过管道162和118输送到蒸发器12内。一旦重新到达最大液位158，所述情景重复出现。若凝结水液位156达到最大液位158，但泵166没有起动，则发出警报，因为泵166或泵的控制肯定已存在故障。若泵166已损坏，则可以将管道136的阀170打开，并将凝结水排入废水集水箱80内。

为了蒸发器12排水，将蒸发器12与凝结水集流和回流管道146通过排水管道130互相连接，其中，排水管道130有一个阀172。若现在应将包含在蒸发器12内的凝结水排空，则将回流管道118的阀168关闭和将管道136的阀170及排水管道130的阀172打开。因此，包含在蒸发器12内处于压力状态的凝结水，可以在泵166运行的情况下通过排水管道130、凝结水集流管道146和管道136流往废水集水箱80。

为了维护或修理泵166，可以关闭阀164、170和168，从而可以顺利地对泵166进行作业。

图3所示的排水系统设计为可运动的，以抵消通过周期性加热和冷却造成的应力升高。

上面介绍的用于过热器24、26和28和蒸发器12、14和16的排水系统，其突出的优点在于其结构简单。此外，与图1所示的水汽循环10相比，可以取消(电动的)截止装置、集水箱60、泵68和管道64，由此可以显著降低成本。除此之外，还可以免去废水箱80低深的位置，因此降低挖坑的成本。在这里应指出，与泵68相比，泵166必须有明显更小的功率。

显然，本发明不限于上面介绍的实施例。确切地说，可以在不脱离通过所附权利要求书确定的本发明保护范围的情况下修改和变动。

Claims (9)

1.一种电站设备的水汽循环(110)，包括至少一个蒸发器(12；14；16)和至少一个过热器(24；26；28)，其特征为：在所述过热器(24；26；28)与所述蒸发器(12；14；16)之间设置凝结水集流和回流管道(146)，用于收集存在于所述过热器(24；26；28)中的凝结水和用于使凝结水返回所述蒸发器(12；14；16)内，其中，在所述过热器(24；26；28)与所述凝结水集流和回流管道(146)之间设有至少一根排水管道(112；114；116)。

2.按照权利要求1所述的水汽循环(110)，其中，所述蒸发器(12；14；16)的容积大于所述过热器(24；26；28)的容积。

3.按照权利要求1或2所述的水汽循环(110)，其中，所述凝结水集流和回流管道(146)有一台泵(166)。

4.按照权利要求3所述的水汽循环(110)，其中，所述泵(166)的运行可根据在所述凝结水集流和回流管道(146)内存在的凝结水量控制。

5.按照权利要求1所述的水汽循环(110)，其中，所述凝结水集流和回流管道(146)有至少一个截止装置(164；168；170)。

6.按照权利要求3所述的水汽循环(110)，其中，在所述泵(166)的上游和下游分别设有一个截止装置(164；168；170)。

7.按照权利要求1所述的水汽循环(110)，其中，一分支出所述排水管道(112a；112b；112c)的集流管道(142a；142b；142c)的直径大于所述排水管道(112a；112b；112c)的直径。

8.按照权利要求3所述的水汽循环(110)，其中，从所述凝结水集流和回流管道(146)分支出一个设有安全阀(170)的管道(136)，该管道(136)与一废水箱(80)连接。

9.按照权利要求1所述的水汽循环(110)，其中，所述蒸发器(12；14；16)为了排出其内的凝结水，可通过另一些排水管道(130)与所述凝结水集流和回流管道(146)连接，以及从该凝结水集流和回流管道(146)分支出一根设有阀(170)的管道(136)，该管道(136)与一废水箱(80)连接。

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