用于热电联产的方法和设备技术

一种用于运行热电联产设备(10)(CHP设备)的方法，包括：产生热烟气，并且在热回收蒸汽发生器(16)(HRSG)中以一系列冷却步骤冷却热烟气以回收热量并且产生蒸汽。热回收蒸汽发生器(16)包括：低压蒸汽蒸发器(36)，该低压蒸汽蒸发器设计成产生至少覆盖从2巴(g)至18巴(g)的压力范围的蒸汽，从而通过低压蒸汽蒸发器(36)能够选择性地产生低压蒸汽或中压蒸汽，由此冷却热烟气；以及位于低压蒸汽蒸发器(36)的上游的中压蒸汽过热器(24)，该中压蒸汽过热器在通过与热烟气的热交换而使中压蒸汽过热，由此冷却热烟气。该方法还包括：当没有中压蒸汽或没有足够的中压蒸汽被输入至中压蒸汽过热器(24)以确保中压蒸汽过热器的安全运行时，并且/或者当在中压蒸汽过热器(24)中过热的输入中压蒸汽不能满足存在的对于输出中压蒸汽的需求时，并且/或者当输入中压蒸汽不能满足热电联产设备中存在的对于中压蒸汽的需求时，以8巴(g)至18巴(g)之间的范围中的运行压力运行低压蒸汽蒸发器(36)，以产生中压蒸汽来使中压蒸汽过热器(24)湿润并且/或者至少在一定程度上满足对于中压蒸汽的所述需求，并且之后，当足够的中压蒸汽从热电联产设备(10)的外部被输入至中压蒸汽过热器(24)以确保中压蒸汽过热器(24)的安全运行时，并且/或者当在中压蒸汽过热器(24)中过热然后被输出的输入中压蒸汽满足了对于输出中压蒸汽的任何需求时，并且/或者当不再存在对于中压蒸汽的输出的需求时，并且/或者当通过输入中压蒸汽至少在一定程度上满足了热电联产设备(10)中对于中压蒸汽的需求时，将低压蒸汽蒸发器(36)的运行压力降至在2巴(g)与8巴(g)之间的范围中的压力，由此产生低压蒸汽。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及热电联产。特别地，本专利技术涉及运行热电联产设备的方法，并且涉及热电联产设备。
技术介绍
已知用于同时产生热(通常呈蒸汽的形式)和动力(通常呈由汽轮机或气体膨胀式涡轮产生的机械动力和/或电的形式)的工艺和设施。在EP 2584157A1中描述了这种设备的示例。用于热电联产的设备通常被称为热电联产设备(CHP设备)。还已知的是，将热电联产设备与另一设施集成，例如如US6,673,845、WO 2007/009951和WO 2010/057222中教示的诸如费托(Fischer-Tropsch)合成设施、或者甲醇合成设备之类的烃合成设施。Pascal Fontaine的标题为“Fresh air firing:HRSG guarantees steamsupplies to French refinery(新鲜空气燃烧：热回收蒸汽发生器保证蒸汽供给至法国精炼厂)”的文章——其基于2006年于科伦(Cologne)的Power-Gen Europe(欧洲国际电力展览会)中首次发表的论文——大致描述了热电联产设备与精炼厂的蒸汽集成(可以在http://www.cospp.com/articles/print/volume-7/issue-5/project-profile/fresh-air-firing-hrsg-guarantees-steam-supplies-to-french-refinery.html得到)。这些文献均示出了在热电联产设备中将燃气轮机与热回收蒸汽发生器(通常称作HRSG)一起使用，用于产生热和电力。这些联产或热电联产工艺或设施通常包括燃气轮机设施，该燃气轮机设施包括燃烧室以及气体膨胀式涡轮或涡轮膨胀器，烃燃料在该燃烧室中燃烧，在燃烧室中产生的热燃烧气体通过该气体膨胀式涡轮或涡轮膨胀器而膨胀。通常，气体膨胀式涡轮机械地联接至发电机并且/或者联接至空气压缩机等。因此，在燃烧室中产生的热燃烧气体的膨胀提供机械动力并且/或者发电。膨胀的热燃烧气体通常途经热回收蒸
汽发生器(HRSG)，在该热回收蒸汽发生器处，膨胀的热燃烧气体(低压废气)中的热量被回收，例如作为过程热并且/或者来产生蒸汽并且/或者使蒸汽过热。然后，这样产生的蒸汽通常用于一个或更多个汽轮机驱动的发电机，以进一步发电，并且/或者用于汽轮机驱动器以产生机械动力，用于使比如压缩机之类的设备旋转，并且/或者用作过程蒸汽，例如与热电联产设备集成的设施、比如精炼厂中的过程蒸汽。此外，如通过上述文献所示的，在沿热膨胀的燃烧气体或热膨胀烟气离开气体膨胀式涡轮的流动方向上、在气体膨胀式涡轮的下游，常规的热回收蒸汽发生器依次包括：(I)管道燃烧器，该管道燃烧器可以是可选的，(II)至少一个用于高压(HP)蒸汽的过热器，(III)用以产生高压蒸汽的锅炉或蒸发器，以及(IV)锅炉给水或冷凝水的预热器或经济器，以从由气体膨胀式涡轮产生的烟气回收低品位热能。为了以尽可能节约的方式从热膨胀烟气提取尽量多的热，在热回收蒸汽发生器中包括低压(LP)蒸汽蒸发器是可取的，优选使低压蒸汽蒸发器与低压蒸汽过热器流动连通。该结构对于以下情况是特别有用的：在热电联产设备中或者在与热电联产设备集成的、或与热电联产设备至少在蒸汽方面集成的设备或设施中使用低压蒸汽的情况。因而，低压蒸汽蒸发器和低压蒸汽过热器定位于高压蒸汽蒸发器的下游，以从热膨胀烟气回收低品位热能。与其他化学或石化设施、例如气制油费托烃合成设施集成的一些热电联产设备配置成：输入中压(MP)蒸汽(通常是饱和的中压蒸汽)，并且在过热至理想温度之后输出中压蒸汽，或者配置成采用过热的中压蒸汽来产生动力。对于与其他化学或石化设施、例如气制油费托烃合成设施集成的一些热电联产设备，可以获得与输入高压蒸汽和/或热回收蒸汽发生器产生的高压蒸汽相比相对大量的(输入)中压蒸汽。因此，从运行成本角度和资本成本角度来看，以有效的方式通过将热量从热膨胀的烟气转移至由输入中压蒸汽提供的热沉(heat sink)来回收热量变成重要的
问题。如由US 6,673,845所示，热回收蒸汽发生器还可包括用于输入的中压(MP)蒸汽的过热器，该过热器位于高压蒸汽蒸发器的下游并且通常位于锅炉给水预热器或经济器的上游。然而，通过该中压蒸汽过热器所能产生的过热中压蒸汽的品质的上限相对较低。WO 2007/009951教示了一种通过尽可能多的将热量传递至中压蒸汽而提高中压蒸汽的品质的方法，其使用昂贵的蒸汽热交换器来通过与高压蒸汽进行热交换而使中压蒸汽过热。然而，从资本成本角度来看，这是昂贵的，并且如果在热电联产设备中高压蒸汽与中压蒸汽之间存在较大的不平衡，则不能理想地工作。过热的中压蒸汽可以例如输出回到下述同一设施或设备：通常饱和的中压蒸汽从该设施或设备输入。能够理解，如果与热电联产设备集成的设施或设备在该集成的设施或设备启动期间具有对于中压蒸汽的净需求，那么当热电联产设备不包括中压蒸汽蒸发器时将存在问题，而配置成使大质量流量的输入中压蒸汽过热但不产生中压蒸汽的热电联产设备通常并不包括中压蒸汽蒸发器。该情况的一个示例是气制油费托烃合成设施使用重整技术、例如由丹麦的HaldorA/S(托索普股份公司)提供的Haldor交换重整器(商标名)、用于在存在蒸汽的情况下对烃给送流——例如来自煤气化器的天然气或粗制合成气——进行重整，以提供具有理想的CO与H2的比例的合成气。这种集成的气制油费托烃合成设施在启动期间具有对于高压蒸汽和中压蒸汽两者的净需求。在蒸汽集成的设施或设备——从该设施或设备输入中压蒸汽——启动期间、或在集成的设施过程异常期间，配置成使输入中压蒸汽过热的热电联产设备面临另一问题。在膨胀的燃气轮机烟气中可获得的热的一大部分通常由暴露于热膨胀烟气的任何过热器或高温热交换器、包括中压蒸汽过热器移除。在没有输入中压蒸汽的情况下，存在下述风险：中压蒸汽过热器可能干运行，可能导致热交换表面的过热以及中压蒸汽过热器的损坏。尽管过热器和其他热交换设备可以在机械方面设计成承受当干运转时的高温，但是其将付出资金的代价。在过程异常期间，尽管可以使气体膨胀式涡轮停机以降低热回收蒸
汽发生器上的热负荷，但是该方法通常是不理想的，因为对于气体膨胀式涡轮和热电联产设备来说，稳定的基本负载是优选的，例如如果集成的设施基于全部或大部分以电运行的动力系统设计(即由电动马达而非在集成的设施中的汽轮机提供原动力，例如用来驱动泵、压缩机、鼓风机等)的话，从产生电能的观点来看即是这样。能够理解，在集成的设施中直接使用蒸汽作为原动力(即在汽轮机中直接地用于驱动旋转设备)的情况下，与采用电力动力系统设计的情况相比，气体膨胀式涡轮和热电联产设备的基本负载运行稳定以及热回收蒸汽发生器上的热负载稳定以确保稳定的蒸汽产生将同样重要，如果不是更重要的话。
技术实现思路
期望有这样的运行热电联产设备的方法以及热电联产设备：即使在没有中压蒸汽输入或没有足够的中压蒸汽输入时，其也可以以节省成本的方式提供高压蒸汽中压蒸汽两者。此外，以下也将是有利的：这种方法和热电联产设备可以在与热电联产设备集成的设施的启动期间或过程异常期间提供中压蒸本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种运行热电联产设备(CHP设备)的方法，所述方法包括：产生热烟气；以及在热回收蒸汽发生器(HRSG)中通过一系列的冷却步骤冷却所述热烟气以回收热量并且产生蒸汽，所述热回收蒸汽发生器包括：低压蒸汽蒸发器，所述低压蒸汽蒸发器设计成产生至少覆盖从大约2巴(g)至大约18巴(g)的压力范围的蒸汽，从而通过所述低压蒸汽蒸发器能够选择性地产生低压蒸汽或中压蒸汽，由此冷却所述热烟气；以及位于所述低压蒸汽蒸发器的上游的中压蒸汽过热器，用于通过与所述热烟气进行热交换而使中压蒸汽过热，由此冷却所述热烟气；所述方法还包括，当没有中压蒸汽或没有足够的中压蒸汽被输入至所述中压蒸汽过热器以确保所述中压蒸汽过热器的安全运行时，并且/或者当在所述中压蒸汽过热器中过热的输入中压蒸汽不能满足存在的对于输出中压蒸汽的需求时，并且/或者当输入中压蒸汽不能满足所述热电联产设备中存在的对于中压蒸汽的需求时，以大约8巴(g)至大约18巴(g)之间的范围中的运行压力运行所述低压蒸汽蒸发器，以产生中压蒸汽来使所述中压蒸汽过热器湿润并且/或者至少在一定程度上满足对于中压蒸汽的所述需求；以及之后，当足够的中压蒸汽从所述热电联产设备的外部被输入至所述中压蒸汽过热器以确保所述中压蒸汽过热器的安全运行时，并且/或者当在所述中压蒸汽过热器中过热然后被输出的输入中压蒸汽满足了对于输出中压蒸汽的任何需求时，并且/或者当不再存在对于中压蒸汽的输出的需求时，并且/或者当输入中压蒸汽至少在一定程度上满足了所述热电联产设备中对于中压蒸汽的需求时，将所述低压蒸汽蒸发器的运行压力降至在大约2巴(g)与大约8巴(g)之间的范围中的压力，由此产生低压蒸汽。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.11.07 ZA 2013/083561.一种运行热电联产设备(CHP设备)的方法，所述方法包括：产生热烟气；以及在热回收蒸汽发生器(HRSG)中通过一系列的冷却步骤冷却所述热烟气以回收热量并且产生蒸汽，所述热回收蒸汽发生器包括：低压蒸汽蒸发器，所述低压蒸汽蒸发器设计成产生至少覆盖从大约2巴(g)至大约18巴(g)的压力范围的蒸汽，从而通过所述低压蒸汽蒸发器能够选择性地产生低压蒸汽或中压蒸汽，由此冷却所述热烟气；以及位于所述低压蒸汽蒸发器的上游的中压蒸汽过热器，用于通过与所述热烟气进行热交换而使中压蒸汽过热，由此冷却所述热烟气；所述方法还包括，当没有中压蒸汽或没有足够的中压蒸汽被输入至所述中压蒸汽过热器以确保所述中压蒸汽过热器的安全运行时，并且/或者当在所述中压蒸汽过热器中过热的输入中压蒸汽不能满足存在的对于输出中压蒸汽的需求时，并且/或者当输入中压蒸汽不能满足所述热电联产设备中存在的对于中压蒸汽的需求时，以大约8巴(g)至大约18巴(g)之间的范围中的运行压力运行所述低压蒸汽蒸发器，以产生中压蒸汽来使所述中压蒸汽过热器湿润并且/或者至少在一定程度上满足对于中压蒸汽的所述需求；以及之后，当足够的中压蒸汽从所述热电联产设备的外部被输入至所述中压蒸汽过热器以确保所述中压蒸汽过热器的安全运行时，并且/或者当在所述中压蒸汽过热器中过热然后被输出的输入中压蒸汽满足了对于输出中压蒸汽的任何需求时，并且/或者当不再存在对于中压蒸汽的输出的需求时，并且/或者当输入中压蒸汽至少在一定程度上满足了所述热电联产设备中对于中压蒸汽的需求时，将所述低压蒸汽蒸发器的运行压力降至在大约2巴(g)与大约8巴(g)之间的范围中的压力，由此产生低压蒸汽。2.根据权利要求1所述的方法，其中，当没有中压蒸汽或没有足够的中压蒸汽输入至所述中压蒸汽过热器以确保所述中压蒸汽过热器的安全运行时、并且/或者当在所述中压蒸汽过热器中过热的输入中压蒸汽不能满足存在的对于输出中压蒸汽的需求时、并且/或者当输入中压蒸汽不能满足所述热电联产设备中存在的对于中压蒸汽的需求时的时段，是所述热电联产设备的启动时段、以及/或者与所述热电联产设备集成的设备或设施的启动时段；或者其中，当没有中压蒸汽或没有足够的中压蒸汽输入至所述中压蒸汽过热器以确保所述中压蒸汽过热器的安全运行时、并且/或者当在所述中压蒸汽过热器中过热的输入中压蒸汽不能满足存在的对于输出中压蒸汽的需求时、并且/或者当输入中压蒸汽不能满足所述热电联产设备中存在的对于中压蒸汽的需求时的所述时段，是与所述热电联产设备集成的所述设备或设施过程异常，导致从与所述热电联产设备集成的所述设备或设施输入的中压蒸汽减少或消失的时段。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述热回收蒸汽发生器包括位于产生所述热烟气的热烟气发生器的下游的高压蒸汽蒸发器，在所述高压蒸汽蒸发器中产生高压蒸汽，由此冷却所述热烟气，并且所述中压蒸汽过热器位于所述高压蒸汽蒸发器的上游。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，当所述低压蒸汽蒸发器产生中压蒸汽时，所述中压蒸汽中的一些中压蒸汽被降压以提供低压蒸汽。5.根据权利要求3所述的方法，其中，所述热电联产设备包括至少一个中压汽轮机，来自位于所述高压蒸汽蒸发器的上游的所述中压蒸汽过热器的过热的中压蒸汽被给送至所述中压汽轮机。6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述中压汽轮机是配置成接收中压蒸汽和低压蒸汽两者的多级汽轮机。7.根据权利要求5或权利要求6所述的方法，其中，输入中压蒸汽至少在一定程度上满足所述热电联产设备中对于中压蒸汽的需求的时段开始的特征为，能够获得足够的中压蒸汽来驱动所述至少一个中压汽轮机。8.根据权利要求6所述的方法，所述方法包括：当降低所述低压蒸汽蒸发器的运行压力以将产生中压蒸汽改变为产生低压蒸汽时...

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰科·加斯帕里尼，里安·韦塞尔斯，科尔内·韦尔格莫埃德，
申请(专利权)人：沙索技术有限公司，
类型：发明
国别省市：南非;ZA