专利名称：蒸汽发电厂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种带有至少一个蒸汽透平和一个点火燃烧的蒸汽发生器的蒸汽发电厂。
在已知的蒸汽发电厂中，用于蒸汽透平的工作蒸汽通常在一点火燃烧的蒸汽发生器中产生，其中，在热燃气(heiβgas)中包含的热量被送往一个或多个热交换器，如果向这些热交换器添加水，则可以通过加热水来产生工作蒸汽，或者向这些热交换器输入蒸汽，则可以借助于一后面提到的热交换器达到过热所述蒸汽；这样一种过热在已知的蒸汽透平中例如在蒸汽透平的高压级与中压级之间进行，其中，离开高压级的蒸汽借助于一个安置在所述蒸汽发生器中的中间过热器加热面被过热以及被送往所述中压级。
这种对蒸汽的中间过热例如有助于使蒸汽透平达到更高的效率。
在已知的蒸汽发电厂中输入热能，以便借助于热交换器面产生蒸汽和/或用于中间过热蒸汽，这些热交换器面安置在所述点火燃烧的蒸汽发生器中，例如安置在一个燃烧煤炭或油或生物材料或者统称为矿物燃料的或核能燃烧的蒸汽锅炉中以及与在蒸汽发生器中导引的热燃气接触。被加热的热交换器面又将其热能传递给在由热交换器面构成的热交换体内流通的水和/或蒸汽。也就是说，这种加热是借助于将热燃气的热量传递到热交换器面上以及从热交换器面传递到要加热的介质上来实现的。
因为对于现有技术中已知的装入到公知的蒸汽发电设备的蒸汽发生器内的热交换器而言，是借助于通过热燃气加热的热交换器面的材料来将热燃气的热能传递到所述待加热的介质上，因此，能够传递到所述待加热的介质、例如水和/或蒸汽的热能量受到所述热交换器面的材料特性的限制。
因此在已知的蒸汽发电设备中要限定所允许的蒸汽温度，因为传递热能的热交换器面基于其材料特性以及与此相关的所承受的热负荷极限不可能被加热到任意高的温度。
另外，热燃气的热量向所述待加热的介质的传递遭受一延迟，这主要由所述热交换器面所需的加热变暖时间引起的。
因此，本发明所要解决的技术问题是，提供一种带有至少一个蒸汽透平和一个点火燃烧的蒸汽发生器的蒸汽发电厂，该蒸汽发电厂可灵活地应用并尤其可克服现有技术中所提到的缺点。
上述技术问题通过一种包括至少一个蒸汽透平和一个点火燃烧的蒸汽发生器的蒸汽发电厂得以解决，按照本发明，沿蒸汽流的方向在所述蒸汽透平的一个第一透平级之后且在一个第二透平级之前安置一燃烧室以及所述蒸汽流在该燃烧室中可通过与一种可在该燃烧室中产生的热燃气混合被加热。
在此，本发明基于下述思想，即，如果放弃采用一热交换器面向一种待加热的介质传递热能，则从一种热燃气向所述待加热的介质的热能传递与现有技术相比更少地受到限制。
这在本发明中通过将所述待加热的蒸汽流直接导入到一燃烧室中以及在那里与所述热燃气直接混合来达到。
这种按照本发明的内部辅助燃烧可以沿蒸汽流方向在蒸汽发生器之后以及蒸汽透平之前就可被用于过热新鲜蒸汽或者过热那些已将其部分能量传递给一个透平级并且在经过按照本发明的过热后向另一个透平级传输的蒸汽。
与现有技术相比，借助于按照本发明的蒸汽发电厂可达到更高的蒸汽温度，高的蒸汽温度有助于蒸汽发电厂达到更高的效率。
在按照本发明的蒸汽发电厂中，如果关掉所述借助于燃烧室实现的辅助燃烧器或当其失效时，则该蒸汽发电厂仍可以如一个已公知的蒸汽发电厂那样继续运行。
可有利地向所述燃烧室输送氢气和/或一种碳氢化合物、尤其是甲烷作为燃料。
所述燃料尤其包括碳和/或氢。
采用氢气作为燃料首先具有的优点是，倘若象经常那样通过燃料重整或汽化从一种碳氢化合物中制成氢气，则附带生成的二氧化碳早在制造氢气期间就可在对碳氢混合物进行重整改造或汽化时以相对较少的能量消耗被抑制，由此从一开始就避免了在蒸汽透平和/或蒸汽发电厂的其他部件内部形成酸性的蒸汽混合物。
为了实现燃烧室内有特别好的燃烧，可有利地向所述点火燃烧装置输送一种含氧的气体、尤其是纯氧气和/或空气，以形成一种燃烧气氛。
本发明的这种实施方式考虑到这样的要求，即，只能在一种适当的燃烧气氛中实现燃烧一种燃料。借助于输入纯氧气可以达到特别有效的燃烧，因为纯氧气与空气相比不含有其他的防碍燃烧的成分，有时在燃烧前必须例如在一空气分离装置中将这些成分分离出来，以便创造一种适合的燃烧气氛。
在本发明的另一种优选的实施方式中，可借助于一连接在所述蒸汽透平之后的冷凝器从所述蒸汽流中分离取出所产生的燃烧产物。
在实际上所有的燃烧过程中都产生大多必须排出的燃烧产物，因为这些燃烧产物尤其在经过较长的运行时间后可能沉积在燃烧室或其他部件中并且限制它们的功能。
如果在按照本发明的蒸汽发电厂中例如在一种纯氧气的气氛中燃烧作为燃料的碳氢化合物，则燃烧产物至少包括水和二氧化碳。这些燃烧产物被所述蒸汽流一起携带以及被导向所述冷凝器。在已知的蒸汽发电厂中大多数本身就设有一个冷凝器，因此在本发明中并不一定必须要设置另一个适合于获取所述燃烧产物的单独的冷凝器。
在冷却所述含有水与二氧化碳的混合物形式的燃烧产物的蒸汽时，水成分基本上被冷凝以及剩余的几乎是纯的气体形式的二氧化碳，二氧化碳可以从冷凝器中获取以及例如储存起来。
如已经提到的那样，在采用借助于重整或汽化碳氢化合物制成的氢气作为燃料时，附带生成的二氧化碳已经在将燃料输入到燃烧室中之前就被提取出来，因此在这种情况下在燃烧时实际上作为燃烧产物不会产生二氧化碳。
借助于本发明蒸汽发电厂的燃烧室实现的内部辅助燃烧器在蒸汽透平运行期间可以很快地被提供应用。为此，只需要点燃输入到燃烧室中的燃料即可；这尤其取消了已知的热交换器面的预热时间。
另外，一个按照本发明的蒸汽发电厂所具有的优点在于，并不一定要借助于一单独的排料装置将燃烧产物和/或废气从燃烧室中排出，因为燃烧产物可以被蒸汽流携带以及在蒸汽循环的其他地方、例如所提到的冷凝器处被分离出。此外，通过本发明可达到一更高的蒸汽温度，而不必改变蒸汽发生器的设计。
尤其是可以采用一按照本发明的蒸汽发电厂在用电高峰时间提供电能或者用于支持一供电网的电网频率；一按照本发明的蒸汽发电厂提供了一种快速功率调节的方法以及可以极灵活地应用。
下面详细阐述本发明的一种实施方式。
附
图1表示一种按照本发明的蒸汽发电厂。
在附图中示出了一种按照本发明的蒸汽发电厂，其包括与一台发电机21连接的蒸汽透平3以及一点火燃烧的蒸汽发生器5。
蒸汽透平3是三级式结构以及具有一个第一透平级11、一个第二透平级13和一个第三透平级15，它们分别设计为高压级、中压级以及低压级。
在附图所示的实施方式中，蒸汽发生器5涉及一种燃烧煤炭27的锅炉，为了保持煤炭燃烧向该锅炉输送燃烧用空气29。
在蒸汽发生器5中在其热端部区域中安置一加热面37以及在一较低温度的区域内安置一中间过热器加热面35。
所述加热面37用于在蒸汽发生器5中这样加热来自一供水容器23的供应水24，即，可将工作蒸汽导向所述第一透平级11。
在第一透平级11中部分膨胀做功之后，蒸汽借助于所述中间过热器加热面35被中间过热。蒸汽流17沿方向9从中间过热器加热面35出来后被导向一点火燃烧装置。在此，蒸汽流17在一燃烧室19中借助于一种燃料33以及添加氧气31被加热，此时，蒸汽流17在燃烧室19中与所述在该燃烧室19中燃烧燃料33时产生的热燃气混合。
因此，从热燃气到蒸汽流17的热传递直接通过混合来完成，为了热传导不需要采用一种材料、例如一种热交换器面。
代替氧气31，也可以采用空气来形成一种适合的燃烧气氛，其中，必要时在将空气导入到燃烧室之前借助于一空气分离装置分离成氧气和剩余气体。
例如可以采用碳氢化合物、尤其是甲烷或氢气作为燃料33。
将借助于燃烧室19加热的蒸汽流17导向所述第二透平级13，在那里蒸汽流17至少将其内部含有的能量部分转化为机械功。该如此继续膨胀做功后的蒸汽随后离开该第二透平级13被导向所述第三透平级15，在那里将在蒸汽中还存留的能量尽可能良好地转化为机械能。
所述膨胀作功的蒸汽以水-蒸汽的混合物形式离开所述第三透平级15以及被导向一冷凝器25，在那里所述还存在的蒸汽成分被冷凝成水。
这种在冷凝器25中收集起来的水作为冷凝液26输送到所述供水容器23。
可以从冷凝器25中提取出在燃烧室19中燃烧时所产生的燃烧产物39。
因为在燃烧室19中的燃烧发生在蒸汽流17内部，因此，燃烧产物39被蒸汽流17带入蒸汽循环中，并按照本发明的实施方式随后从冷凝器25中提取出。
如果例如将一种碳氢化合物作为燃料33与氧气31一起燃烧，则所述燃烧产物39包括水和二氧化碳。该水-二氧化碳的混合物被所述蒸汽流17一起携带以及可以从冷凝器25中提取，这是因为在水-二氧化碳的混合物被冷却时，其中的水成分在很大程度上被冷凝以及几乎纯气体形式的二氧化碳作为气体存留，接下来就可以将二氧化碳排出并且例如储存起来。
权利要求
1.一种蒸汽发电厂(1)，其包括至少一个蒸汽透平(3)和一个点火燃烧的蒸汽发生器(5)，其特征为一燃烧室(7)沿蒸汽流(17)的方向(9)安置在所述蒸汽透平(3)的一个第一透平级(11)之后且在一个第二透平级(13)之前，以及，所述蒸汽流(17)在该燃烧室(19)中可通过与一种可在该燃烧室(19)中产生的热燃气混合被加热。
2.按照权利要求1所述的蒸汽发电厂(1)，其特征为可向所述点火燃烧装置(7)输送氢气和/或一种碳氢化合物、尤其是甲烷作为燃料(33)。
3.按照权利要求1或2所述的蒸汽发电厂(1)，其特征为为了在所述燃烧室(19)中形成一种燃烧气氛，可向所述点火燃烧装置(7)输送一种含氧的气体、尤其是纯氧气(31)和/或空气。
4.按照权利要求1至3中任一项所述的蒸汽发电厂(1)，其特征为借助于一连接在所述蒸汽透平(3)之后的冷凝器(25)从所述蒸汽流(9)中获取所产生的燃烧产物(39)。
全文摘要
一种按照本发明的蒸汽发电厂(1)包括至少一个蒸汽透平(3)和一个点火燃烧的蒸汽发生器(5)，其中，沿蒸汽流(17)的方向(9)在该蒸汽透平(3)的一个第一透平级(11)之后且在一个第二透平级(13)之前安置一燃烧室(19)以及所述蒸汽流(17)在该燃烧室(19)中可通过与一种可在该燃烧室(19)中产生的热燃气混合被加热。
文档编号F01K7/16GK1842638SQ200480024647
公开日2006年10月4日 申请日期2004年7月26日 优先权日2003年8月27日
发明者乔格·哈伯伯格, 克里斯托弗·凯尔 申请人:西门子公司