[发明专利]热回收蒸汽发生器中的局部烟气稀释

说明书

技术领域

本发明涉及凭借热回收蒸汽发生器中的较大热交换使联合循环发电设备的热效率最大化。特别地，本发明消除了将进入节热器(economizer)的工作流体预加热的需要，由此使得节热器能够从烟气(fluegas)中提取更多热。

背景技术

在联合循环发电设备中，热回收蒸汽发生器(HRSG)可以用来回收由诸如燃气涡轮发动机的操作等的单独过程所排放的热。HRSG接收排放气体并且使用各种热交换组成部件将来自排放气体的热传递至工作流体。在某些操作中，如果烟气被冷却低于阈值水平，则排放气体可能含有可引起对热交换组成部件造成损坏的腐蚀性元素。例如，使用高硫燃料的燃气涡轮操作产生具有相当高浓度的包括二氧化硫和三氧化硫在内的硫氧化物的烟气。当二氧化硫被氧化时，形成三氧化硫。接着当三氧化硫与水蒸汽结合时形成气态硫酸。如果被冷却低于硫酸露点，则硫酸气体将在包括热交换元件外表面在内的HRSG内表面上形成液体硫酸，并且液体硫酸将损坏内表面、特别是热交换元件外表面。当进入HRSG时烟气处于高于硫酸露点的温度，并因此在该部位液体硫酸的形成不是问题。随着烟气横穿HRSG并且热被从烟气吸引，烟气的温度冷却。如果烟气流被冷却低于水蒸汽温度，则除腐蚀物之外，水蒸汽也可能会在热交换元件上凝结并形成液体水。该液体水可能会干扰热交换过程并以不期望的方式使流动过程加速。

在传统HRSG操作下，要小心防止在HRSG中的任何部位处烟气的温度下降低于硫酸露点和/或水露点。这可以例如通过将进入布置在烟气流内的热交换元件的工作流体加热来完成，使得热交换元件的外表面保持充分地温暖以防止不希望的凝结。然而，在HRSG的热力学最佳操作中，进入HRSG内的热交换元件中的至少一个的工作流体将会处于低于烟气的硫酸露点和/或水露点的温度。在该热力学最佳方案中，相对冷的工作流体将会引起热交换元件的外表面低于露点，直到被加热。当烟气遇到相对冷的表面或者烟道内的已被相对冷的表面冷却的局部体积(localvolume)时，烟气冷却到低于硫酸露点。液体硫酸接着形成在热交换元件的相对冷的表面。液体硫酸接着充当减轻从烟气至工作流体的热传递的热绝缘体。这导致相对冷的工作流体更长保持较冷，这进而使硫酸将形成在之上的热交换元件的相对冷的表面的尺寸扩大。随着时间的推移，该液体硫酸可以损坏和/或破坏热交换元件。

解决该问题的一个传统解决方案一直是将进入热交换元件的工作流体预加热至高于硫酸露点的温度。在该情况中，由于工作流体在进入热交换元件时已经高于硫酸露点，所以液体硫酸将不会形成在热交换元件上。然而，将工作流体加热必然地使可以从烟气传递至工作流体的热的量减少。热传递上的该减少使热回收蒸汽发生器的热效率降低。结果，在现有技术中有改进的空间。

附图说明

下面的描述中结合附图说明本发明，附图示出：

图1是具有这里所公开的浓度稀释布置的示例性实施例的热回收蒸汽发生器(HRSG)的示意性图。

图2是这里所公开的HRSG热交换布置和浓度稀释布置的示例性实施例的俯视图。

图3是图2的HRSG热交换布置和浓度稀释布置的示例性实施例的侧视图。

图4是图2的HRSG热交换布置的热交换元件和图2的浓度稀释布置的注入布置的示例性实施例的图。

图5示出根据图2的浓度稀释布置的示例性实施例布置的多个热交换元件。

具体实施方式

本发明人意识到：当液体硫酸或液体水可能在热交换元件的一部分上形成并引起对热传递过程和烟气流造成损害的可能性存在时，需要将进入热交换元件的工作流体预加热，导致诸如使用燃气涡轮发动机和HRSG的发电设备等的联合循环发电设备中所使用的HRSG的热效率被降低。他们进一步意识到：在没有预加热的情况下，液体硫酸或水将会在热交换元件的这些部分上形成，因为这些部分会被工作流体冷却至低于硫酸露点的温度。发明人已设计了利用硫酸露点随着烟气中的气态硫酸的浓度变化的事实来解决腐蚀问题的创新性可选解决方案。该解决方案也可以用来防止液体水的形成和减轻与之相关联的问题。