[发明专利]蒸汽发生器

说明书

技术领域

本发明涉及一种蒸汽发生器，所述蒸汽发生器具有高适应性、且由与在传统的蒸汽发生器中所使用的材料相当的材料制成。本发明的蒸汽发生器能够大体上在恒定的温度轮廓控制条件下朝着低负载(＜30％)扩展适应性，直达到夜间待机状态的极限(至少低于10％，优选高于或等于5％的负载)，并准备好根据请求而快速地升高到最大负载，甚至在诸如煤的燃料的情况下也是，所述燃料以往限于连续(不易适应)的生产用途。

背景技术

现有技术中已知的是根据各种类型的燃料以及所使用的不同的热力循环，热-电力生产在技术上是多样化的。

然而，即使设备在结构上不同，但所有的技术方案，包括已经已知的和仍处在开发阶段的技术方案都具有由热回收操作表示的概念上的共同特征，即：以热的形式从不适合于提供机械功的燃烧气体/烟气上通过利用热源而朝着能够产生机械功的封闭循环的运行流体的操作。通常最普及的流体是水/蒸汽，其运行兰金循环(Rankine cycle)(目前一直存在的特征)，其中在涡轮机中执行蒸汽的绝热膨胀。热回收设备被称为蒸汽发生器(SG)。

根据一些指导标准进行热回收蒸汽发生器的评估。

化石燃料成本的连续增加以及对大幅度地减少每单位能量生产的有害排放物(包括近来的“温室”气体)的量的需要，这实际上已朝着越来越高的热能-电能转换率推进，甚至接受更复杂且更昂贵的技术和设备的缺陷。

如众所周知的，较高的循环率与在较高的压力下并且特别是在较高温度下运行的水/蒸汽循环相关联。通过假定压力和温度蒸汽临界值作为基准，即22.1MPa(221巴)和647K(374℃)，工业上已经经历了从亚临界循环到超临界(SC)循环，直到近来的超超临界循环(USC)的进展。因此，为了使产量最大化，目前使用600-620℃温度的过热蒸汽和在240-280巴的压力下运行的USC循环，其中通过在不经过通常同时存在液态水和蒸汽的两相的转变状态的情况下加热水流体来发生热回收。通过以连续方式加热，在没有通过在亚临界条件下运行的蒸汽发生器的典型的液体-蒸汽两相的中间步骤的情况下，液态水从液相转换到蒸汽相。在USC中，在不存在液态水和蒸汽水同时存在的相的情况下，液态水从高密度相(水状)转换到低密度相(蒸汽状)。

热交换水/蒸汽侧的处理的显著复杂性已表现出了在对于亚临界蒸汽发生器的技术选择中的关键点。实际上，着重注意的是蒸汽发生器：

-烟气侧，由于作为温度的函数的热特性(比热)的准线性和传输特性(粘度、比热、热导性)的准线性，在大气压下并在接近所要移除的热(感热)相对于温度的准线性的条件下，该烟气侧从气体中移除热，因而解决方案的工程变得容易；

-水-蒸汽侧，该水-蒸汽侧将热传递到相当复杂的系统，该系统具有热和传输特性的明显变化、物理状态的明显变化和蒸发的相关焓的明显变化以及在亚临界条件下，沿液体与蒸汽相之间具有强烈变化率的状态转变的混合相的明显变化。

因此，在烟气与水液体/蒸汽之间非常不同的温度梯度(在水液体预热区中低，在蒸发和蒸汽过热区中高)的情况下发生热交换，在预热区与蒸发区之间的边界处具有“收缩效应(pinch)”问题(ΔT烟气-水/蒸汽，其限于接近零热交换的值)。

因此，根据效率和处理，设计和操作系统非常复杂，即使实际上该系统被包括在单个设备体中，但仍然表现为三个截然不同的区域：液体预热区(ECO)、蒸发区(混合的液体相和蒸汽相，EVA)、蒸汽过热区(SH)，根据特定标准来最优化每个区域并根据特定标准来控制每个区域。因而，这些区域中的每一个区域配备有不同和独立的仪器、控制单元和附属回路，即：在概念上和实际上，蒸汽发生器被分成三个不同的操作/设备。

特别地，已建立的方案设定蒸发相(EVA)，该蒸发相(EVA)由相分离器和大的蒸汽鼓限制，用于水与所产生的饱和蒸汽的明确分离，并通过微小变化的热交换和混合相的流体动态条件来稳定化该蒸发相(EVA)，也就是说，其中在大量的再循环水中形成有限量的蒸汽。

这一方案已是最优选的，且该方案由于其大用途以及显著的控制稳定性的明显特性而得以巩固，且该方案通过由容纳在蒸汽鼓中(处于高温和高压下的大容器)的大量水给予的惯性而得以促进，并适于大的热电站，所述热电站以往是向配电网供应电力的连续库存(即，EP消耗的夜间最小值)的骨干部分。