CN102439264A - 具有惰性气体除气器的发电设备及相关方法 - Google Patents

Abstract

发电设备包括蒸汽轮机和由其驱动的发电机。冷凝器在所述蒸汽轮机下游。此外，发电设备包括蒸汽源和惰性气体源。除气器在所述冷凝器下游并且可运转成使用所述惰性气体源执行除气且还能够选择性地运转成使用所述蒸汽源执行除气。

Description

具有惰性气体除气器的发电设备及相关方法

技术领域

本申请涉及动力设备的领域，并且更具体地涉及用于动力设备的除气器及相关方法。

背景技术

发电设备通常包括给水源、加热给水直至该给水变为蒸汽的蒸汽发生器或锅炉以及通过来自蒸汽发生器的蒸汽流动而旋转的蒸汽轮机。蒸汽轮机被可旋转驱动轴联接至发电机从而随着蒸汽轮机旋转而产生电。

在蒸汽流动离开蒸汽轮机之后，其被引导到冷凝器中。冷凝器冷却蒸汽流动，直到蒸汽流动冷凝回液态水，通常被称为冷凝物。冷凝物可以包含被溶解气体。被溶解气体可以是腐蚀性的并且腐蚀发电设备的各种金属部件。类似地，固体腐蚀产物会沉积在发电设备的各部件的表面上，这会导致一些部件的局部过热且因而导致最终的部件失效。

为了减少冷凝物中这种被溶解气体的量，可以使用除气器。除气器从冷凝物中去除被溶解气体。之后，被除气的水被供给回蒸汽发生器中从而被再次用于为蒸汽轮机提供动力。

在Kawano的美国专利No.5,921,085中描述了具有内置除气器的冷凝器。Kawano的冷凝器包括冷凝箱来接收从蒸汽轮机排出的蒸汽流动。承载冷水流动的冷却剂管组延伸通过冷凝箱。蒸汽流过冷却剂管组并且冷凝。冷凝箱内的惰性气体喷射阀用来自惰性气体供应的惰性气体流动来喷淋冷凝物。该喷淋使冷凝物除气。

Pavel等人的美国专利No.4,896,500公开了用于发电设备的除气系统，其包括除气器和与其联接的存储箱。除气器包括除气箱，该除气箱在内部具有喷嘴。喷嘴将冷凝物喷洒到一系列除气盘上。除气件具有蒸汽入口来接收来自蒸汽源的蒸汽。蒸汽向上流动通过除气盘并且在其流过盘时给水除气。当除气系统将要被关闭时，从除气系统排出水并且氮气从氮气箱被泵送通过蒸汽入口进入除气箱中。

Blangetti等人的美国专利申请2006/0010869公开了用于发电设备的除气器。从冷凝器吸入蒸汽和不可凝气体的混合物并将其供应通过直接接触冷凝装置。类似地，来自冷凝器的水被泵送到直接接触冷凝装置中。蒸汽和不可凝气体的混合物逆向于来自冷凝器的水而流动通过直接接触冷凝装置从而给该水除气。

不过上述除气器不能如所期望地尽量地从冷凝物中去除被溶解气体。此外，这样的冷凝器从冷凝物中去除被溶解气体的速度可能比所期望的要慢，例如在检修停机之后。

发明内容

考虑到上述背景技术，因此，本发明的目标在于提供一种用于发电设备的除气器。

通过包括蒸汽轮机和由其驱动的发电机的发电设备来提供根据本发明的这个和其他目标、特征和优点。冷凝器可以在蒸汽轮机下游。此外，可以存在蒸汽源和惰性气体源。除气器可以在冷凝器下游并且可以运转成使用惰性气体源来执行除气。除气器还可以选择性地运转成使用蒸汽源来执行除气。使用惰性气体可以有助于从冷凝水中去除被溶解气体，例如二氧化碳和氧气。这可以有助于延长发电设备的部件的使用寿命和维修间隔。

此外，使用惰性气体在当发电设备在维修停机之后被启动时是特别有利的，并且可以从除气器快速去除不可凝气体并从冷凝物中快速去除被溶解气体。在这样的维修停机之后，冷凝物中例如二氧化碳的被溶解气体可能饱和。因为运转蒸汽轮机的蒸汽由冷凝物产生，所以其将类似地在除气器的热动力条件下饱和有不良掺杂气体并且将不能在除气器中给冷凝物除气时如惰性气体一样有效。

惰性气体源可以包括氮气源并且除气器可以包括除气箱。来自氮气源的氮气可以被引入除气箱的底部。在除气箱中可以存在至少一个喷嘴，并且所述喷嘴被联接到冷凝器以从其接收水流。此外，在除气箱中所述至少一个喷嘴下方可以存在至少一个分配槽。此外，在除气箱内在所述至少一个分配槽下方可以存在至少一个除气盘。而且，除气箱可以具有通风口。

此外，控制器可以被联接到蒸汽源和惰性气体源中的至少一者，该控制器选择性地控制来自蒸汽源和惰性气体源中至少一者的流体流动。控制器可以选择除气器是仅使用惰性气体，还是使用惰性气体和蒸汽二者的组合，以便针对发电设备的不同工况来优化除气。此外，控制器能够控制通风口和被排到大气中的蒸汽或惰性气体的量。

发电设备还可以包括燃气轮机和由其驱动的发电机。蒸汽轮机可以基于来自燃气轮机的废热来运转。这样的发电设备构造被称为联合循环发电设备，并且与仅依靠蒸汽轮机的发电设备或仅依靠燃气轮机的发电设备相比更加有效率。

另一方面涉及一种用于发电设备的除气器，该发电设备包括蒸汽轮机和由其驱动的发电机、在蒸汽轮机下游的冷凝器、以及惰性气体源。除气器可以包括除气箱和位于除气箱内且联接到冷凝器以从其接收水流的至少一个喷嘴。至少一个除气盘在除气箱中位于所述至少一个喷嘴下方。除气箱被联接到惰性气体源以从其接收惰性气体流动，惰性气体流动用于给水流除气。

方法方面涉及运转发电设备的方法，其包括用蒸汽轮机驱动发电机并且使用蒸汽轮机下游的冷凝器将来自蒸汽轮机的蒸汽冷凝成水。该方法包括运转冷凝器下游的除气器从而使用惰性气体源来给水除气并且选择性地使用蒸汽源给水除气。蒸汽可以根据工况而适当地来自于涡轮排气、较高压力的抽取端口或者直接来自于余热回收蒸汽发生器。

附图说明

图1是根据本发明的发电设备的示意性框图。

图2是图1的发电设备的除气器的示意性截面图。

图3是根据本发明的发电设备的可替代实施例的示意性框图。

图4是根据本发明的运转发电设备的方法的流程图。

具体实施方式

现在将在下文参考其中示出本发明优选实施例的附图更加全面地描述本发明。不过本发明可以实现为许多不同形式并且不应被看作被这里所述的实施例所限制。事实上，这些实施例被提供以便本公开更全面和完整，并且向本领域的技术人员全面地表述本发明的范围。贯通全文，相同附图标记指代相同元件，并且点撇符号被用于指代可替代实施例中的类似元件。

最初参考图1-2，现在描述发电设备10。发电设备10包括蒸汽轮机12和由其驱动的发电机13。冷凝器15被联接到蒸汽轮机12并且从其接收蒸汽流动。冷凝器被示例性地描述为空冷热交换器，其中蒸汽流入管内并且由外部的空气冷却。当蒸汽流动进入冷凝器15且流动通过冷却管时，其被冷却从而被冷凝成液态水（例如冷凝物）。

冷凝器15被联接到接收冷凝物的冷凝物接收箱24。冷凝泵27将冷凝物从冷凝物接收箱24抽出泵送到给水泵25。在冷凝泵27和给水泵25之间的冷凝物导管58被联接到除气器18从而向其提供冷凝物流动。调节阀30调节进入除气器18的冷凝物流动。

除气器18包括除气箱32，该除气箱32具有限定在其内的通风口43。阀49被联接到通风口来控制从其通过的流体流动。除气箱32还具有限定在其内的冷凝物入口33以便接收被冷凝泵27泵送到其中且通过阀30的冷凝物。除气箱32还具有限定在其内的除气流体入口39。除气流体入口39被示例性地表述为联接到惰性气体源20和蒸汽源41二者，不过当然在一些应用中除气流体入口39可以仅被联接到惰性气体源20，或者在另一些情况下仅被联接到蒸汽源。惰性气体源20可以例如是氮气存储箱。如本领域技术人员可以意识到的，也可以使用其他惰性气体源20，例如氩气箱。蒸汽源41被示例性地表述为承载从余热回收蒸汽发生器31或蒸汽轮机12的入口或出口流向除气流体入口39的蒸汽的蒸汽管道，不过也可以使用其他蒸汽源，例如锅炉。本领域的技术人员将意识到除气流体入口39可以在除气箱32内并且蒸汽和惰性气体导管穿透除气箱32。

阀22、23被联接在最终蒸汽源、蒸汽轮机12或HRSG 31以及蒸汽源41和除气流体入口39之间从而选择性地向其输送蒸汽流动。类似地，阀21被联接在惰性气体源20和除气流体入口39之间以便选择性地向其输送惰性气体流动。阀21、22、23可以是本领域技术人员公知的适当阀，并且可以被机械操作、电操作或气动操作。

分配导管34位于除气箱32的顶部并且联接到冷凝物入口33以便从其接收冷凝物并将冷凝物分配到多个喷嘴35。可以存在单个喷嘴35而不是多个喷嘴。喷嘴35可以是本领域技术人员公知的常规喷嘴35。

分配槽36在除气箱32内且在喷嘴35下方。多个除气盘37在分配槽36下方。本领域的技术人员将意识到可以存在多个分配槽36，每个均具有适当形状。类似地，可以存在单个除气盘37而不是多个除气盘。盘支撑杆38将分配槽36和除气盘37牢固地放置在除气箱32内。

喷嘴35将冷凝物喷洒到分配槽36上。分配槽36可以使冷凝物均匀地溢出到最上除气盘37上。之后，冷凝物下落通过一系列除气盘37并且会在除气箱32的底部处形成池40。

除气盘37针对流过的冷凝物产生大的表面积，使得可以针对溶解在冷凝物中的气体实现液体-蒸汽平衡。在除气器18和发电设备10工作期间，惰性气体和可能的蒸汽通过除气流体入口39流入除气箱32内。该除气流体向上流动通过除气盘37并且在其流过除气盘37时从冷凝水的表面清扫走不可凝气体。此外，除气流体的流动搅动冷凝物并且导致被溶解气体从其分离。被除气的水从除气器18内的出口42流向冷凝物接收箱24，在此其与未被除气的冷凝物相混合从而形成给水。本领域的技术人员将意识到，在常规发电设备中，除气器18可以向除气存储箱排放，其可以为给水泵25提供抽吸。

在所示实施例中，存在位于除气器18的底部处的附加除气流体歧管44。该除气流体歧管44可以使得蒸汽和/或惰性气体起泡或喷淋通过在除气箱32的底部处的冷凝物池40从而给冷凝物除气。类似地，除气流体入口39可以包括上出口45，除气流体可以通过该上出口45在除气盘37上方流动并且在冷凝物被喷嘴35喷洒时穿过冷凝物。

代替蒸汽或除蒸汽之外，使用惰性气体来除气提供了多个优点。例如，当发电设备10在维修停机之后启动时，冷凝物且因而给水会饱和有被溶解气体，例如二氧化碳。运行蒸汽轮机12的蒸汽将由给水产生并且会类似地饱和。因为蒸汽和冷凝物将类似地饱和有被溶解气体，所以如果蒸汽而不是惰性气体被用作除气流体，则将存在小的脱气浓度梯度。因而，对于二氧化碳和其他被溶解气体的水平而言，将具有一段不期望的时间来使其下降到阈值水平之下。

使用惰性气体例如氮气作为除气流体允许更快地除气，因为将存在更大的浓度梯度（因为惰性气体不会包含二氧化碳或其他不良气体）。因为在给水中的过量被溶解气体会导致腐蚀发电设备10的部件，因此在维修停机之后快速去除这种被溶解气体是特别有利的。

此外，在发电设备10的正常工作期间，如果仅使用蒸汽作为除气流体，则平衡点将处于蒸汽和冷凝物中的被溶解气体浓度之间。除气器18可能不能够将冷凝物中被溶解气体的量减小到这个平衡水平之下，因为在进入的蒸汽和冷凝物之间不存在浓度梯度。在除气器18中使用惰性气体作为除气流体允许冷凝物中的被溶解气体的量减小到这个平衡水平之下，从而减少由于这些被溶解气体导致的对于发电设备10的部件的腐蚀。此外，当蒸汽被用作除气流体时，有些蒸汽会从除气箱32的通风口43逸出。这种蒸汽损失可能是不理想的。

任选的控制器26被示例性地表示为联接到每个阀21、22、23从而选择性地调节流向除气流体入口39的蒸汽和/或惰性气体的流动。类似地，控制器26被联接到阀30以调节进入除气器18的冷凝物流动。控制器26也被联接到阀49从而调节流动通过通风口43的流动。

控制器26可以电操作所述阀21、22、23、30、49，或者可替代地可以气动操作所述阀。此外，阀21、22、23、30、49可以被手动操作而不是被控制器操作。控制器26可以选择是仅惰性气体还是蒸汽和惰性气体的组合流入到除气流体入口39中来给冷凝物除气。此外，控制器26可以操作阀21、22、23来提供不同量的蒸汽和/或惰性气体到除气器18以便匹配发电设备10的工况。例如，如上所述，在维修停机之后，特别有用的是使用氮气作为除气期间的除气流体。实际上，理想地是在维修停机之后一段时间内仅使用惰性气体作为除气流体。

控制器26可以控制联接于通风口43的阀49以保持除气器18内的正压力。阀49限制离开通风口43的蒸汽或惰性气体的流动，并且因而限制使用的总量。当冷凝物被严重污染时，则控制器26可以控制阀49打开。当冷凝物接近理想组分时，阀49可以被几乎关闭。当然，在适当时中间位置也是可能的。如果蒸汽和惰性气体均不流向除气器，则阀49可以被完全关闭。

在发电设备10的部件（例如余热回收蒸汽发生器）内可以存在一个或更多个传感器（未示出），并且控制器26可以基于传感器的读数而选择性地向除气器18提供蒸汽和/或惰性气体。例如，如果传感器感测到蒸汽中二氧化碳的浓度高于阈值，则控制器26可以增加流向除气器18的惰性气体流动。类似地，如果传感器感测到蒸汽中二氧化碳的浓度低于阈值，则控制器26可以减少流向除气器18的惰性气体流动并且可以增加向其的蒸汽流动。

本领域的技术人员将意识到这里具体公开的除气器18的类型是喷洒盘型除气器。喷洒盘型除气器18是有效率的，因为其包括三个除气机制（例如，喷洒冷凝物、使冷凝物溢出到一系列除气盘37上以及喷淋除气流体使其通过冷凝物池40）。不过，应该理解的是，本发明可以利用其他类型的除气器18，例如喷洒、盘和喷洒洗涤器型。

发电设备10被示为包括任选的燃气轮机28和与其联接的发电机29。燃气轮机28可以是本领域技术人员公知的类型并且可以燃烧天然气、石油、气化煤或其他燃料。来自燃气轮机28的废热被供应到与其联接的余热回收蒸汽发生器31。余热回收蒸汽发生器31通过使用来自燃气轮机38的废热加热由给水泵25向其提供的给水来产生蒸汽。本领域的技术人员将意识到余热回收蒸汽发生器31也可以具有内部或外部加热器来加热余热回收蒸汽发生器31内的给水。来自余热回收蒸汽发生器31的蒸汽驱动蒸汽轮机12。

本领域的技术人员将理解，锅炉可以被用于代替余热回收蒸汽发生器31来产生用于运转蒸汽轮机12的蒸汽。相应地，燃气轮机28因而是任选的。

参考图3，现在描述发电设备10’的可替代实施例。在这个实施例中，冷凝器15’是水冷热交换器并且包括冷凝箱15’，一系列冷却剂管延伸通过该冷凝箱15’。冷却剂（通常是来自冷却塔的水）被泵送通过冷却剂管。在蒸汽流动进入冷凝器15’并且流过冷却剂管时，其因而被冷却并且冷凝成液态水（例如，冷凝物）。冷凝物从冷凝器15’流入到热井48’中。冷凝泵27’将冷凝物泵送出热井48’。没有被具体提及的其他元件由点撇符号标识并且类似于上面参考图1-2所描述的元件。因此，这些其他元件不需要在这里被进一步描述。

参考图1-2，现在描述启动发电设备10的方法。如果与理想相比，冷凝物包含了更多的不良被溶解气体，则冷凝物被喷洒到除气器18内。不存在蒸汽，因为发电设备10还没有被启动，不过在除气器18中可以使用惰性气体来去除不良气体。当不良气体被减小到理想浓度时，之后发电设备10可以被启动。这种方法保护发电设备10免于当蒸汽首先产生时不良被溶解气体的初始激增。

参考图4的流程图50，现在描述运转发电设备10的方法。在启动（块52）之后，在块54，发电机13被蒸汽轮机12驱动。在块56，来自蒸汽轮机12的蒸汽被蒸汽轮机下游的冷凝器15冷凝成水。在块58，除气器18在冷凝器15的下游运转从而使用惰性气体源20给水除气并且选择性地使用蒸汽源41给水除气。块60表示方法结束。

虽然已经参考其在发电设备10中的应用描述了除气器18，不过本领域的技术人员将意识到该除气器还可以被用于其他应用，例如蒸汽设备。

本领域的技术人员在理解上述描述和附图所示的教导的基础上可以想到本发明的许多改型和其他实施例。因此，应该理解，本发明不限于所公开的具体实施例，并且所述改型和其他实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。

Claims (20)

1.一种发电设备，包括：

蒸汽轮机和由其驱动的发电机；

在所述蒸汽轮机下游的冷凝器；

蒸汽源；

惰性气体源；以及

除气器，其在所述冷凝器下游并且可运转成使用所述惰性气体源来执行除气且还选择性地可运转成使用所述蒸汽源来执行除气。

2.权利要求1所述的发电设备，其中所述惰性气体源包括氮气源；其中所述除气器包括除气箱；并且其中来自所述氮气源的氮气被引入所述除气箱的底部。

3.权利要求1所述的发电设备，其中所述除气器包括除气箱；并且还包括在所述除气箱内且联接到所述冷凝器以从其接收水流的至少一个喷嘴。

4.权利要求3所述的发电设备，还包括在所述除气箱内在所述至少一个喷嘴下方的至少一个分配槽。

5.权利要求4所述的发电设备，还包括在所述除气箱内在所述至少一个分配槽下方的至少一个除气盘。

6.权利要求1所述的发电设备，还包括联接到所述蒸汽源和所述惰性气体源中至少一者的控制器，所述控制器选择性地控制来自所述蒸汽源和所述惰性气体源中至少一者的流体流动。

7.权利要求6所述的发电设备，其中所述除气器包括除气箱和其内的通风口；并且其中所述控制器还被联接到所述通风口从而选择性地控制从其通过的流体流动。

8.权利要求1所述的发电设备，还包括燃气轮机和由其驱动的发电机；并且其中所述蒸汽轮机基于来自所述燃气轮机的废热而运转。

9.权利要求1所述的发电设备，还包括联接到所述冷凝器的冷凝物接收箱；其中第一量的水从所述冷凝器流向所述除气器；并且其中第二量的水从所述除气器流向所述冷凝物接收箱，所述第二量大于所述第一量。

10.一种除气器，包括：

除气箱；

位于所述除气箱内且联接到冷凝器以从其接收水流的至少一个喷嘴；以及

至少一个除气盘，其位于所述除气箱中在所述至少一个喷嘴下方；

所述除气箱被联接到惰性气体源以从其接收惰性气体流动，所述惰性气体流动用于给所述水流除气。

11.权利要求10所述的除气器，其中所述惰性气体源包括氮气源；并且其中来自所述氮气源的氮气被引入所述除气箱的底部。

12.权利要求10所述的除气器，还包括在所述除气箱内在所述至少一个除气盘上方的至少一个分配槽。

13.一种运转发电设备的方法，包括：

使用蒸汽轮机驱动发电机；

使用所述蒸汽轮机下游的冷凝器将来自所述蒸汽轮机的蒸汽冷凝成水；以及

运转所述冷凝器下游的除气器从而使用惰性气体源给所述水除气并且选择性地使用蒸汽源给所述水除气。

14.权利要求13所述的方法，其中所述惰性气体源包括氮气源。

15.权利要求13所述的方法，还包括使用联接于所述蒸汽源和所述惰性气体源中至少一者的控制器选择性地控制来自所述蒸汽源和所述惰性气体源中至少一者的流体流动。

16.权利要求13所述的方法，其中所述流体流动基于所述发电设备的至少一种工况被选择性地控制。

17.权利要求13所述的方法，其中所述除气器包括除气箱和其内的通风口；并且还包括使用与其联接的控制器来选择性地控制来自所述通风口的流体流动。

18.权利要求13所述的方法，其中所述除气器包括除气箱；并且其中所述除气器还包括在所述除气箱内且联接到所述冷凝器以从其接收水流的至少一个喷嘴。

19.权利要求18所述的方法，其中所述除气器还包括在所述除气箱内在所述至少一个喷嘴下方的至少一个分配槽。

20.权利要求19所述的方法，其中所述除气器还包括在所述除气箱内在所述至少一个分配槽下方的至少一个除气盘。

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