用于热回收蒸汽发生器的热交换系统和方法
【专利说明】用于热回收蒸汽发生器的热交换系统和方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求名为Daniel B.Kloeckener的发明人于2013年9月26日提出的美国临时申请N0.61/882，911的优选权，该申请通过参引结合到本文中。
【背景技术】
[0003]天然气用作大部分目前发电的能源。为此，燃气在为发电机提供动力的燃气轮机中经历燃烧。然而，燃烧产物作为温度非常高的排气离开燃气轮机。换句话说，排气表现为能源自身。该能源在热回收蒸汽发生器(“HRSG”)中被捕获，该热回收蒸汽发生器产生为另外的发电机提供动力的过热蒸汽。
[0004]所述排气包含二氧化碳和汽相的水，而且还包含极少量二氧化硫和三氧化硫形式的硫。如果与水结合，所述硫化物产生腐蚀性很强的硫酸。只要加热表面的温度保持高于排气的酸露点温度，则SOdPSO3在没有有害影响的情况下穿过HRSG。但是如果任一表面跌至低于酸露点温度的温度，则硫酸将凝聚在该表面上并且腐蚀该表面。
[0005]露点温度取决于所消耗的燃料而改变。对于天然气，加热表面的温度不应降到大约140°F之下。对于大多数燃油，加热表面的温度不应降到大约235° F之下。
[0006]通常，HRSG包括具有进口及出口的外壳和一系列热交换器一即，过热器、蒸发器和给水加热器，所述过热器、蒸发器和给水加热器在进口与出口之间按所述的顺序设置在壳体中。
[0007]用于HRSG的所述热交换器可以具有多排盘管，沿气体流动方向的最后的那排盘管可以是给水加热器。易受硫酸腐蚀损坏的表面设置于给水加热器上。给水加热器接收从由蒸汽轮机所排出的低压蒸汽获得的冷凝液，并且提高了水的温度。然后，来自给水加热器的较温的水流入到将其转换成饱和蒸汽的一个或多个蒸发器中。所述饱和蒸汽流到将其转换成过热蒸汽的过热器上。过热蒸汽从过热器流到蒸汽轮机。
[0008]在该过程中，等到热气到达HRSG的后端处的给水加热器时，其温度非常低。然而，所述温度不应如此低以使得酸凝聚在给水加热器的加热表面上。
[0009]通常，在上述过程中，大多数HRSG产生处于低压(LP)、中压(IP)和高压(HP)的三种压力级的过热蒸汽。此外，HRSG可以具有所谓的LP蒸发器、HP节热器和IP节热器。给水加热器一般将一些加热过的给水直接排入LP蒸发器中。
[0010]蒸汽发生器中的给水加热器或者预热器在冷凝物离开到达LP蒸发器、HP节热器或者IP节热器之前从低温气体中提取热量来升高进入的冷凝物的温度。在冷凝物进入气体路径(例如，循环栗、外置热交换器)内部的预热器管的任一部分之前，已经使用多种方法来升高冷凝物的温度。这些方法用于防止排气温度降低到酸露点以下并且防止引起硫酸腐蚀。
[0011]先前的系统和方法在应用方面是受限的，因为给水温度不足够高来防止所有燃料的露点腐蚀。传热盘管移动到更热部位在热交换器中提供了更高的温差。
【发明内容】
[0012]在本公开中，外置的水-水热交换器利用热源(该热源为离开给水加热器的第一级的热水)来加热更低温度的进口冷凝物。冷凝物流首先进入外置热交换器。此后，预加热的冷凝物离开外置热交换器并且进入给水加热器。离开预热器的水能被用于预加热进入的冷凝物。本公开将预热器表面的一部段布置到气体流的LP蒸发器的上游处的较热部段，以达到升高能源的进口温度并且直接升高离开外置热交换器的预加热冷凝物的出口温度的有益效果。该配置允许使用在冷端具有更高露点设计的外置热交换器。因此，本系统和方法可以在外置的水-水热交换器中产生了更大温差。大于现有技术的该温差产生了更高的出口温度并且防止HRSG经受由于具有较高酸露点的燃料引起的冷端的凝聚腐蚀。
[0013]本发明的上述及其他特征和优点以及其目前的优选实施例从结合附图阅读以下的说明中变得更加明显了。
【附图说明】
[0014]图1是使用设有本发明特征的热回收蒸汽发生器(“HRSG”)的能量系统的示意图；
[0015]图2是新颖的HRSG的剖视图；
[0016]图3是新颖的HRSG的元件的示意图；
[00?7]图4是新颖的HRSG的另一实施例的兀件的不意图；以及
[0018]图5是新颖的HRSG的另一实施例的元件的示意图。
[0019]贯穿几个附图，相应的附图标记表示相应部分。
【具体实施方式】
[0020]以下详细说明通过实例和非限制性方式阐明了所请求保护的本发明。本说明使得本领域技术人员能够清楚地制造和使用公开内容，描述了本公开的几个实施例、改进、变化、备选方案和用途，其包含目前被认为是执行所请求保护的本发明的最佳方式。另外，应当理解，本公开在其应用方面不限于以下说明中所阐明的或者在附图中所图解的构件的详细构造和配置。本公开能够有其他实施例并且能按多种方式来实践或者实施。此外，将理解的是，本文所使用的措辞和术语是用于说明目的并且将不被认为是限制。
[0021]本发明的公开内容现在提供了一种在HRSG中使用的热交换系统和方法。一种其特征用于热回收蒸汽发生器(HRSG)中的系统的整个说明呈现在美国专利N0.6，508，206B1(下文中的“’206专利”)中。因此，“’206”专利通过引用被结合到本申请中，如同在本文中充分阐明了一样。本申请的图1显示了类似于’206专利的图3中所示的布局。在本文中，图1公开了一种将热的排出气体排放到HRSG 50中的燃气轮机G，该HRSG从气体中提取热量以产生蒸汽来为蒸汽轮机S提供动力。燃气轮机G和蒸汽轮机S为能够产生电能的发电机E提供动力。蒸汽轮机S将低温和低压的蒸汽排出到冷凝器51中，蒸汽在冷凝器中被冷凝成液态水。冷凝器51与冷凝栗52流体联通，该冷凝栗将水作为给水引导回HRSG 50中。
[0022]本申请的本发明性特征的公开内容显示了一种在现有技术上提供了改进的、具有热交换器和流动通路的配置的HRSG 50。
[0023]参见本申请的图1和图2，HRSG50具有外壳53，热交换器位于外壳内。诸如从燃气轮机排出的热气进入外壳53中并且穿过具有进口 56和出口 59的通道54。在所述过程中，气体穿过热交换器。
[0024]外壳53通常具有其上支承热交换器的底板61和自底板61向上延伸的侧壁。典型地，外壳53的顶部由顶板63封闭。底板61和顶板63在侧壁之间延伸，以使得底板61、侧壁和顶板63有助于形成通道54。从出口 59处，气体可以流过气道(flu)67。
[0025]通常，热交换器包括具有大量管子的盘管，所述管子通常被竖直地定向并且一根接一根地横过外壳53的内部设置。盘管还被按沿由本申请的图3中的箭头所描绘的热气流的方向一根接一根成排设置。管子容纳其盘管被设计成能容纳的任何相的水。管子的长度大至80 ’尚ο
[0026]现在，注意力放在图2中所示的热交换器的配置上。将按从进口56移动至出口 59或者在图2中从左向右看的定向给出图2的总体说明。通常，附图标记70表示HRSG中的所谓“上游盘管”。例如，所述上游盘管可以包括在’206专利中被称为由’206专利中的附图标记16所标示出的、将饱和蒸汽转换成过热蒸汽的过热器；后面跟有至少一个诸如在’ 206专利中显示为18的高压蒸发器(“HP蒸发器”)的蒸发器；从那里起后面跟有高压节热器(“HP节热器”)。即节热器被显示为紧靠由18标示出的蒸发器的右侧的一组盘管并且在’206专利的图4中示出。因此，术语“上游盘管70”通常是指所有的过热器、HP蒸发器和HP节热器。HRSG中专用于所述构件的空间量可以取决于HRSG 50的所期望的特征和性能。
[0027]自上游盘管70的下游，新颖的配置具有预热器增压器74。如将论述的，预热器增压器74保证了使给水加热器处于HRSG的更热部位中，以便于使给水