用于熱電聯產的方法和設備的制造方法
【專利摘要】一種用于運行熱電聯產設備(10)(CHP設備)的方法，包括：在熱煙氣發生器(12)中產生熱煙氣，并且在熱回收蒸汽發生器(16)(HRSG)中通過一系列的冷卻步驟冷卻熱煙氣以回收熱量并且產生蒸汽。熱回收蒸汽發生器(16)包括：位于熱煙氣發生器(12)下游的高壓蒸汽蒸發器(26)，在該高壓蒸汽蒸發器中產生高壓蒸汽并且冷卻熱煙氣；位于熱煙氣發生器(12)與高壓蒸汽蒸發器(26)之間的至少一個高壓蒸汽過熱器(20、22)，在所述高壓蒸汽過熱器中至少使來自高壓蒸汽蒸發器的高壓蒸汽過熱，并且冷卻熱煙氣；以及位于高壓蒸汽蒸發器(26)的上游的中壓蒸汽過熱器(24)，在該中壓蒸汽過熱器中通過熱煙氣使中壓蒸汽過熱，并且冷卻熱煙氣。
【專利說明】
用于熱電聯產的方法和設備
技術領域
[0001] 本發明設及熱電聯產。特別地，本發明設及運行熱電聯產設備的方法，并且設及熱 電聯產設備。
【背景技術】
[0002] 已知用于同時產生熱(通常呈蒸汽的形式)和動力(通常呈由汽輪機或氣體膨脹式 滿輪產生的機械能和/或電的形式）的工藝和設施。在EP 2584157 A1中描述了運種設備的 示例。用于熱電聯產的設備通常被稱為熱電聯產設備(CHP設備）。
[0003] 還已知的是，將熱電聯產設備與另一設施集成，例如如US6,673,845、W0 2007/ 009951和WO 2010/057222中教示的諸如費托(Fischer-Tropsch)合成設施或者甲醇合成設 備之類的控合成設施。Pascal化111日;[]16的標題為"Fresh air firing:皿SG guarantees steam supplies to French refinery(新鮮空氣燃燒：熱回收蒸汽發生器保證蒸汽供給至 法國煉油廠Γ的文章--其基于2006年于科倫（Cologne)的化wer-Gen Europe(歐洲國際 電力展覽會）中首次發表的論文一一大致描述了熱電聯產設備與煉油廠的蒸汽集成(可W 在http:/ www.cospp.com/articles/print/volume-7/issue-5/project-profile/fresh- 曰ir-f iring-hrsg-gu曰r曰ntees-ste曰m-supplies-to-french-ref inery. html得到）。運些文 獻均示出了在熱電聯產設備中將燃氣輪機與熱回收蒸汽發生器(通常稱作皿SG)-起使用， 用于產生熱和電力。
[0004] 運些聯產或熱電聯產工藝或設施通常包括燃氣輪機設施，該燃氣輪機設施包括燃 燒室W及氣體膨脹式滿輪或滿輪膨脹器，控燃料在該燃燒室中燃燒，在燃燒室中產生的熱 燃燒氣體通過該氣體膨脹式滿輪或滿輪膨脹器而膨脹。通常，氣體膨脹式滿輪機械地聯接 至發電機并且/或者聯接至空氣壓縮機等。因此，在燃燒室中產生的熱燃燒氣體的膨脹提供 機械動力并且/或者發電。膨脹的熱燃燒氣體通常途經熱回收蒸汽發生器化RSG)，在該熱回 收蒸汽發生器處，膨脹的熱燃燒氣體(低壓廢氣）中的熱量被回收，例如作為過程熱并且/或 者來產生蒸汽并且/或者使蒸汽過熱。然后，運樣產生的蒸汽通常用于一個或更多個汽輪機 驅動的發電機，W進一步發電，并且/或者用于汽輪機驅動器W產生機械能，用于使比如壓 縮機之類的設備旋轉，并且/或者用作過程蒸汽，例如與熱電聯產設備集成的設施、比如煉 油廠中的過程蒸汽。
[0005] 此外，如通過上述文獻所示的，在沿熱膨脹的燃燒氣體或熱膨脹煙氣離開氣體膨 脹式滿輪的流動方向上、在氣體膨脹式滿輪的下游，常規的熱回收蒸汽發生器依次包括：
[0006] (I)管道燃燒器，該管道燃燒器可W是可選的，
[0007] (II)至少一個用于高壓化P)蒸汽的過熱器，
[0008] (III)用W產生高壓蒸汽的鍋爐或蒸發器，W及
[0009] (IV)鍋爐給水或冷凝水的預熱器或經濟器，W從由氣體膨脹式滿輪產生的煙氣回 收低品位熱能。
[0010] 如由US 6,673,845所示，熱回收蒸汽發生器還可包括用于輸入中壓(MP)蒸汽的過 熱器，該過熱器位于高壓蒸汽蒸發器的下游并且通常位于鍋爐給水預熱器或經濟器的上 游。高壓蒸汽通常從合成氣產生階段一-比如例如從自熱重整器之類的重整器一-輸入至 熱回收蒸汽發生器中，而中壓蒸汽通常從控合成設施一-比如費托合成設施一-輸入至熱 回收蒸汽發生器中。
[0011] 對于與其它化學或石化設施、例如氣制油費托控合成設施集成的熱電聯產設備， 可W獲得與輸入高壓蒸汽和/或熱回收蒸汽發生器產生的高壓蒸汽相比相對大量的(輸入） 中壓蒸汽。因此，從運行成本角度和資本成本角度來看，W有效的方式通過將熱量從熱膨脹 的煙氣轉移至由輸入中壓蒸汽提供的熱沉化eat sink)來回收熱量變成重要的問題。
[0012] W0 2007/009951教示了一種通過盡可能多的將熱量傳遞至中壓蒸汽而提高中壓 蒸汽的品質的方法，其使用昂貴的熱交換器來通過與高壓蒸汽進行熱交換而使中壓蒸汽過 熱。然而，從資本成本角度來看，運是昂貴的，并且如果在熱電聯產設備中高壓蒸汽與中壓 蒸汽之間存在較大的不平衡，則不能理想地工作。

【發明內容】

[0013] 期望有下述運行熱電聯產設備的方法W及熱電聯產設備，其可W高效地并且W可 接受的運行和資本成本通過將熱量轉移至中壓蒸汽來從熱膨脹煙氣回收熱量。優選地，該 方法和設備還應該滿足下述情況:高壓蒸汽與中壓蒸汽之間存在明顯的不平衡，例如當可 獲得的中壓蒸汽明顯多于可獲得的高壓蒸汽時。
[0014] 根據本發明的一個方面，提供了一種運行熱電聯產設備(CHP設備）的方法，所述方 法包括：
[0015] 在熱煙氣發生器中產生熱煙氣；
[0016] 在熱回收蒸汽發生器化RSG)中通過一系列的冷卻步驟冷卻熱煙氣W回收熱量并 且產生蒸汽，該熱回收蒸汽發生器包括：
[0017] 位于熱煙氣發生器的下游的高壓蒸汽蒸發器，在該高壓蒸汽蒸發器中產生高壓蒸 汽并且冷卻熱煙氣；
[0018] 位于熱煙氣發生器與高壓蒸汽蒸發器之間的至少一個高壓蒸汽過熱器，在所述高 壓蒸汽過熱器中至少使來自高壓蒸汽蒸發器的高壓蒸汽過熱，并且冷卻熱煙氣；W及
[0019] 位于高壓蒸汽蒸發器的上游的中壓蒸汽過熱器，在該中壓蒸汽過熱器中通過熱煙 氣使中壓蒸汽過熱，并且冷卻熱煙氣。
[0020] 根據本發明的另一方面，提供了一種熱電聯產設備(CHP設備），該熱電聯產設備包 括：
[0021] 熱煙氣發生器，該熱煙氣發生器產生熱煙氣；
[0022] 熱回收蒸汽發生器化RSG)，該熱回收蒸汽發生器位于熱煙氣發生器的下游W通過 一系列的冷卻步驟對熱煙氣進行冷卻來回收熱量并且產生蒸汽，該熱回收蒸汽發生器包 括：
[0023] 高壓蒸汽蒸發器，該高壓蒸汽蒸發器位于熱煙氣發生器的下游，W通過從熱煙氣 回收的熱量來產生高壓蒸汽；
[0024] 至少一個高壓蒸汽過熱器，所述至少一個高壓蒸汽過熱器位于熱煙氣發生器與高 壓蒸汽蒸發器之間，W通過從熱煙氣回收的熱量至少使來自高壓蒸汽蒸發器的高壓蒸汽過 熱；w及
[0025] 至少一個中壓蒸汽過熱器，所述中壓蒸汽過熱器位于高壓蒸汽蒸發器的上游，W 通過從熱煙氣回收的熱量使中壓蒸汽過熱。
[0026] 在本說明書中，過程裝置或過程步驟的相對位置(例如上游或下游)是相對于從熱 煙氣發生器朝向從熱回收蒸汽發生器釋放冷卻后的煙氣(通常通過煙畫排放至大氣）的熱 煙氣流動方向給定的。換句話說，相對位置也沿著熱煙氣的持續降低的溫度分布、通常從熱 (超過460°C )降至足夠冷，即，冷到在工業規模上進行進一步熱回收是不經濟的。還應該理 解的是，從熱煙氣發生器至冷卻的煙氣被釋放的位置的熱煙氣流動可W主要是水平的或主 要是豎向的、或者水平和豎向流動的組合。
[0027] 熱電聯產設備可W與另一設施或設備一一例如諸如氣制油費托控合成設施或甲 醇合成設施之類的控合成設施一一集成，并且特別地可W在蒸汽方面集成。
[0028] 在本說明書中，高壓蒸汽意在指代壓力范圍為大約34己（g)至大約120己（g)的蒸 汽。優選地，高壓蒸汽的壓力范圍為大約45己（g)至大約90己（g)，更優選地，壓力范圍為大 約65己（g)至大約70己（g)、例如大約66或67己（g)。
[0029] 在本說明書中，中壓蒸汽意在指代壓力范圍為大約8己（g)至大約18己(g)的蒸汽。 優選地，中壓蒸汽的壓力范圍為大約8己（g)至大約16己（g)，更優選地，壓力范圍為大約8己 (g)至大約12己（g)、例如大約10己（g)。
[0030] 通常，中壓蒸汽過熱器位于所述至少一個高壓蒸汽過熱器的下游。
[0031] 位于高壓蒸汽蒸發器的上游的中壓蒸汽過熱器可W提供溫度范圍為從大約24(TC 至大約350°C的、優選地從大約240°C至大約330°C的、例如大約328 °C的過熱的中壓蒸汽。
[0032] 熱電聯產設備可配置成接收供給至中壓蒸汽過熱器的輸入中壓蒸汽。輸入中壓蒸 汽可W來自于與熱電聯產設備集成的、或與熱電聯產設備至少蒸汽集成的設施，例如實施 放熱過程一一比如費托控合成工藝或甲醇合成工藝一一的設施。輸入中壓蒸汽可W是飽和 中壓蒸汽。中壓蒸汽可W是通過冷卻費托控合成反應器產生的所謂的費托(FT)蒸汽。
[0033] 熱回收蒸汽發生器可W包括位于高壓蒸汽蒸發器的下游的中壓蒸汽過熱器。
[0034] 輸入中壓蒸汽可W被給送至位于所述高壓蒸汽蒸發器的下游的所述中壓蒸汽過 熱器，然后其至少一部分被給送至位于所述高壓蒸汽蒸發器的上游的所述中壓蒸汽過熱 器。
[0035] 位于高壓蒸汽蒸發器的下游的中壓蒸汽過熱器可W提供溫度范圍為從大約21(TC 至大約260 °C的、例如大約244 °C的中壓蒸汽。
[0036] 熱電聯產設備可配置成將過熱的中壓蒸汽從位于高壓蒸汽蒸發器的下游的中壓 蒸汽過熱器輸出。來自位于高壓蒸汽蒸發器下游的中壓蒸汽過熱器的過熱的中壓蒸汽可W 輸出至與熱電聯產設備集成的設施，例如與熱電聯產設備集成的費托控合成設備的產品后 處理部段。
[0037] 熱電聯產設備可W包括至少一個中壓汽輪機，來自位于高壓蒸汽蒸發器的上游的 中壓蒸汽過熱器的過熱的中壓蒸汽被給送至所述中壓汽輪機。
[0038] 在本發明的一個實施方式中，在熱電聯產設備的正常運行狀態和與熱電聯產設備 蒸汽集成的氣制油費托控合成設施的正常運行狀態（即設計工藝流程的穩態運行)下，來自 位于高壓蒸汽蒸發器的下游的中壓蒸汽過熱器的過熱的中壓蒸汽的一部分被給送至位于 高壓蒸汽蒸發器的上游的中壓蒸汽過熱器，w用在中壓汽輪機(一個或多個）中，并且來自 位于高壓蒸汽蒸發器的下游的中壓蒸汽過熱器的過熱的中壓蒸汽的一部分被輸出。換句話 說，在該實施方式中，過熱的中壓蒸汽的一部分用于發電而一部分被輸出。
[0039] 然而，通常情況下，來自位于高壓蒸汽蒸發器的下游的中壓蒸汽過熱器的大部 分一一如果不是全部的話一一過熱的中壓蒸汽被給送至位于高壓蒸汽蒸發器的上游的中 壓蒸汽過熱器。在本發明的一個實施方式中，在熱電聯產設備的正常運行狀態和與熱電聯 產設備蒸汽集成的氣制油費托設施的正常運行狀態（即設計工藝流程的穩態運行)下，來自 位于高壓蒸汽蒸發器的下游的中壓蒸汽蒸發器的基本所有的過熱中壓蒸汽都被給送至位 于高壓蒸汽蒸發器的上游的中壓蒸汽過熱器，用于在中壓汽輪機(一個或多個）中使用。換 句話說，在該實施方式中，過熱的中壓蒸汽不被輸出而完全被用于發電。
[0040] 熱煙氣發生器通常呈至少一個燃氣輪機設施的形式，所述至少一個燃氣輪機包括 燃燒室W及氣體膨脹式滿輪或滿輪膨脹器，控燃料在該燃燒室中燃燒，在燃燒室中產生的 熱燃燒氣體通過該氣體膨脹式滿輪或滿輪膨脹器而膨脹。燃氣輪機設施可W產生溫度為至 少460°C、優選地至少480°C、更優選地至少500°C、例如大約5〇rC的膨脹的熱煙氣。通常，膨 脹的熱煙氣溫度不大于大約560°C。
[0041] 能夠理解，熱膨脹煙氣的溫度由燃燒室中的溫度W及膨脹式滿輪的設計來確定。
[0042] 氣體膨脹式滿輪(一個或多個)可驅動的方式連接至一個或更多個壓縮機、例 如一個或更多個空氣壓縮機。空氣壓縮機（一個或多個)可W設置成向燃燒室提供壓縮空 氣。替代性地或除此之外，空氣壓縮機可W設置成將空氣的一部分輸出至其第Ξ方用戶、例 如W將空氣輸出至空氣分離裝置。
[0043] 氣體膨脹式滿輪(一個或多個)可驅動的方式連接至一個或更多個發電機。
[0044] 因此，在膨脹的燃氣輪機煙氣中可獲得的熱的一大部分通常被位于氣體膨脹式滿 輪與高壓蒸汽蒸發器之間的任何過熱器或高溫熱交換器、W及被高壓蒸汽蒸發器移除。所 述過熱器或熱交換器用于使高壓蒸汽和中壓蒸汽過熱，所述高壓蒸汽和中壓蒸汽中的至少 一些可W是從集成的設施、比如費托控合成設施輸入的。由高壓蒸汽蒸發器W及位于高壓 蒸汽蒸發器的上游的高溫熱交換器比如過熱器提供的較大的熱沉作用，有可能在熱電聯產 設備啟動期間和/或與熱電聯產設備集成的設施、比如費托控合成設施的啟動期間W及在 集成的設施中過程異常期間導致嚴重問題。
[0045] 集成的設施、比如費托控合成設施的啟動通常需要電力和蒸汽，電力和蒸汽的峰 值需求通常分別發生在啟動過程的不同階段。因此，在集成的設施的啟動過程開始期間，集 成的設施存在凈蒸汽需求W及電能需求。能夠理解，為了維持集成的設施的電能需求，熱電 聯產設備的燃氣輪機需要W接近其基本負載(base load)的值運行。換句話說，盡可能快地 使熱電聯產設備進入正常運行狀態W滿足待啟動或正在啟動的集成的設施的動力系統需 求。運導致熱電聯產設備的熱回收蒸汽發生器在前期承受非常高的熱負載。然而，因為沒有 流體或沒有足夠的流體從正在啟動的集成設施輸入、用W在蒸汽蒸發器的上游帶走足夠的 熱回收蒸汽發生器熱負荷，例如在蒸汽蒸發器的上游被過熱的輸入過程蒸汽不足，因此例 如由于過熱器過干或供應不足、W及位于蒸汽蒸發器下游的熱交換設備和鍋爐給送水或冷 凝水加熱器或經濟器承受太高溫度，因而熱回收蒸汽發生器的機械完整性可能存在風險。 盡管過熱器和其他熱交換設備可W在機械方面設計成承受當干運轉時的高溫，但是其將付 出資金的代價。此外，由于沒有從蒸汽蒸發器的上游的熱膨脹煙氣移除足夠的熱量，因此在 蒸汽蒸發器中將產生更多蒸汽，從而可能超過蒸汽蒸發器的液壓限度。
[0046] 當在正常運行期間集成的設施中存在異常時會發生類似的問題，導致極大的減少 了從集成設施輸入的、用于在位于蒸汽蒸發器上游的所述一個或更多個過熱器或其他熱交 換器設備中加熱或過熱的流體。再次，其可W導致過熱器可能過干或供應不足、其他熱交換 設備的過熱、或鍋爐給送水或冷凝水預熱器或經濟器W太高溫度運行，W及超過蒸汽蒸發 器的液壓限度。
[0047] 在過程異常期間，盡管可W使氣體膨脹式滿輪停機W降低熱回收蒸汽發生器上的 熱負荷，但是該方法通常是不理想的，因為對于氣體膨脹式滿輪和熱電聯產設備來說，穩定 的基本負載是優選的，例如如果集成的設施基于全部或大部分W電運行的動力系統設計 (即由電動馬達而非在集成的設施中的汽輪機提供原動力，例如用來驅動累、壓縮機、鼓風 機等）的話，從產生電能的觀點來看即是運樣。能夠理解，在集成的設施中直接使用蒸汽作 為原動力（即在汽輪機中直接地用于驅動旋轉設備）的情況下，與采用電力動力系統設計的 情況相比，氣體膨脹式滿輪和熱電聯產設備的基本負載運行穩定W及熱回收蒸汽發生器上 的熱負載穩定W確保穩定的蒸汽產生將同樣重要，如果不是更重要的話。
[0048] 因此，本發明的方法包括，當高壓蒸汽被輸入至高壓蒸汽過熱器時，并且當由于沒 有足夠質量流量的輸入高壓蒸汽輸入至高壓蒸汽過熱器、造成在熱煙氣發生器的下游、高 壓蒸汽蒸發器的上游的熱煙氣中移除的熱量不足、W至于高壓蒸汽過熱器下游的熱煙氣溫 度將上升或提高至預定限度或預定限度之上時，通過將鍋爐給送水或冷凝水注入高壓蒸汽 過熱器內的蒸汽或被給送至高壓蒸汽過熱器的蒸汽中W使所述蒸汽急冷，W在高壓蒸汽過 熱器中產生蒸汽，由此增加從熱煙氣移除的熱量，并且因此降低高壓蒸汽過熱器的下游的 熱煙氣溫度。
[0049] 該方法可W包括對由于急冷使在高壓蒸汽過熱器中產生的高壓蒸汽中的至少一 部分進一步過熱。
[0050] 輸入高壓蒸汽可W來自與熱電聯產設備在蒸汽方面集成的任何設施，至少在一定 程度上，該蒸汽集成的設施將蒸汽輸出至熱電聯產設備。
[0051] 此外，熱電聯產設備可W包括與高壓蒸汽過熱器流動連通并且與鍋爐給送水或冷 凝水的供給源流動連通的急冷設施，該急冷設施配置成通過將鍋爐給送水或冷凝水注入高 壓蒸汽過熱器內的高壓蒸汽中或被給送至高壓蒸汽過熱器的高壓蒸汽中而使所述高壓蒸 汽急冷，W在高壓蒸汽過熱器中產生高壓蒸汽，由此增加從熱煙氣移除的熱量，并且因此降 低高壓蒸汽過熱器的下游的熱煙氣的溫度。
[0052] 急冷設施可配置成：當由于沒有足夠質量流量的輸入高壓蒸汽輸入至高壓蒸汽過 熱器而導致在熱煙氣發生器的下游、高壓蒸汽蒸發器的上游的熱煙氣中移除的熱量不足、 W至于高壓蒸汽過熱器下游的熱煙氣溫度將上升或提高至預定限度或預定限度之上時，對 高壓蒸汽過熱器內的高壓蒸汽或被給送至高壓蒸汽過熱器的高壓蒸汽進行急冷。
[0053] 所述預定限度可W是下述溫度:在所述溫度W上熱回收蒸汽發生器的機械完整性 開始受到威脅或者在所述溫度W上會超過高壓蒸汽蒸發器的液壓限度。
[0054] 在與熱電聯產設備集成的設施、例如氣制油費托控合成設施或甲醇合成設施之類 的控合成設施啟動期間，可能發生由于沒有足夠質量流量的輸入高壓蒸汽流入高壓蒸汽過 熱器而導致在熱煙氣發生器的下游、高壓蒸汽發生器的上游的熱煙氣中移除的熱量不足、 W至于高壓蒸汽過熱器的下游的熱煙氣溫度將上升或提高至預定限度或預定限度之上。
[0055] 另外，在與熱電聯產設備集成的設施、例如氣制油費托控合成設施或甲醇合成設 施之類的控合成設施的過程異常期間，可能發生由于沒有足夠質量流量的輸入高壓蒸汽流 入蒸汽過熱器而導致在熱煙氣發生器的下游、蒸汽發生器的上游的熱煙氣中移除的熱量不 足、W至于蒸汽過熱器的下游的熱煙氣溫度將上升或提高至預定限度或預定限度之上。
[0056] 所述高壓蒸汽過熱器可W是下游高壓蒸汽過熱器，其中，熱電聯產設備包括另一 上游高壓蒸汽過熱器。因此，上游高壓蒸汽過熱器一一當存在時一一位于下游高壓蒸汽過 熱器的上游。
[0057] 在本說明書中，認為"鍋爐給送水"是從外部源一一例如從與熱電聯產設備集成的 控合成設施一一向熱電聯產設備供給的鍋爐給送品質的水，而認為"冷凝水"指的是從熱電 聯產設備內供給的鍋爐給送品質的水，例如鍋爐給送品質的水的重復利用，或熱電聯產設 備內的蒸汽冷凝水的重復利用。盡管鍋爐給送水的規格在設施與設施之間可W不同，但是 本領域技術人員了解在特定蒸汽產生（即溫度和壓力)應用中使水適合用作鍋爐給送水的 最低要求。
[0058] 能夠理解，熱電聯產設備可W因此產生處于至少兩種溫度的過熱的高壓蒸汽。低 溫過熱高壓蒸汽的范圍可W處于大約380°C至大約550°C之間，優選地處于大約400°C至大 約450°C之間，例如大約41TC。因此，該低溫過熱高壓蒸汽通常由下游高壓蒸汽過熱器產 生。
[0059] 熱電聯產設備可W輸出低溫過熱高壓蒸汽，例如被用在與熱電聯產設備集成的設 施的吸熱過程中或輸出至過熱的高壓蒸汽的另一用戶、例如煉油廠。
[0060] 在本發明的一個實施方式中，低溫過熱的高壓蒸汽輸出至重整器設施，在該重整 器設施中控給送流一一例如天然氣、富含甲燒的氣體或來自煤氣化器的包含粗制合成氣的 甲燒一一在存在所述輸出的過熱高壓蒸汽的情況下W吸熱的方式重整或W放熱的方式部 分氧化，W提供具有理想的出與C0的比例的合成氣。重整器設施可W包括自熱重整器、部分 氧化重整器、催化部分氧化重整器或蒸汽甲燒重整器(例如預重整器、燃料氣燃燒的主重整 器、或由丹麥的化IdorTop純iCA/S(托索普股份公司）提供的化IdorTopsae交換重整器 (商標名稱）），或者重整器設施可W是雙級重整器設施，包括自熱重整器和氣體加熱蒸汽重 整器，它們例如呈串聯構型，其中來自自熱重整器的熱合成氣被用于加熱氣體加熱蒸汽重 整器，并且其中氣體加熱蒸汽重整器對控流進行重整W提供中間的合成氣流，其然后被給 送至自熱重整器W產生合成氣，該合成氣例如用于控合成。
[0061] 替代性地，所述重整器設施可W是雙級重整器設施，包括自熱重整器和氣體加熱 蒸汽重整器，它們例如呈并聯構型，其中，控給送流行進至并聯的自熱重整器和氣體加熱蒸 汽重整器，其中來自自熱重整器的熱合成氣被用于加熱氣體加熱蒸汽重整器，并且其中，來 自自熱重整器的熱合成氣和來自氣體加熱蒸汽重整器的合成氣結合W產生合成氣，該合成 氣例如用于控合成。
[0062] 高溫過熱的高壓蒸汽的范圍可W處于大約450°C至大約550°C之間、優選地處于大 約470°C至大約520°C之間、例如大約500°C。自然地，高溫過熱的高壓蒸汽將處于比低溫過 熱的高壓蒸汽更高的溫度。該高溫過熱的高壓蒸汽通常由上游高壓蒸汽過熱器產生。
[0063] 在熱電聯產設備中，高溫過熱的高壓蒸汽可W被給送至高壓汽輪機W產生機械能 或電能。在本發明的一個實施方式中，高壓汽輪機由此W驅動的方式連接至發電機來發電。
[0064] 高壓汽輪機可W是背壓(即非冷凝)汽輪機。
[0065] 通常，熱電聯產設備包括多個高壓汽輪機和發電機。
[0066] 給送至熱電聯產設備的高壓汽輪機的高壓蒸汽與從熱電聯產設備輸出的高壓蒸 汽的質量比可W在從大約〇(即沒有高壓蒸汽被給送至汽輪機并且熱電聯產設備至少輸出 一些高壓蒸汽)至大約1:10的范圍內。能夠理解，在過熱的高壓蒸汽被輸出至重整器設施的 本發明的實施方式中，隨著重整器設施中的蒸汽需求的降低(例如由于重整器技術改進）， 相對于從熱電聯產設備輸出的高壓蒸汽而言，更多蒸汽可W被給送至熱電聯產設備的高壓 汽輪機，并且所述質量比可W增大。
[0067] 高壓蒸汽過熱器可W包括至少兩個高壓蒸汽過熱器部段，或者當存在多于一個的 高壓蒸汽過熱器時，下游高壓蒸汽過熱器可W包括至少兩個高壓蒸汽過熱器部段，例如，兩 組過熱盤管或管道等，其中一個高壓蒸汽過熱器部段是上游高壓蒸汽過熱器部段，并且另 一高壓蒸汽過熱器部段是下游高壓蒸汽過熱器部段。
[0068] 急冷設施可W與下游高壓蒸汽過熱器流動連通。因此當需要時，液態水、即鍋爐給 送水或冷凝水可W被輸入下游高壓蒸汽過熱器中。鍋爐給送水或冷凝水可W輸入上游高壓 蒸汽過熱器部段W避免任何液態水注入至下游高壓蒸汽過熱器部段。
[0069] 該方法可W包括將足夠的液態水、即鍋爐給送水或冷凝水注入高壓蒸汽過熱器中 W將高壓蒸汽溫度降低至高壓蒸汽的飽和溫度W上，二者相差不小于大約5°C至大約20°C、 例如大約l〇°C。
[0070] 該方法可W包括將足夠的鍋爐給送水或冷凝水注入至高壓蒸汽過熱器中W確保 緊鄰高壓蒸汽過熱器的下游的膨脹的熱煙氣的溫度不大于大約440°c、優選不大于大約430 °C。能夠理解，緊鄰高壓蒸汽過熱器的下游的膨脹的熱煙氣的溫度可W根據熱交換設備的 設計機械限度改變，例如在使用更多耐熱合金的情況下，可W允許溫度升高，例如升高至大 約 80(TC。
[0071 ]該方法可包括將足夠的鍋爐給送水或冷凝水注入高壓蒸汽過熱器，W確保通過高 壓蒸汽過熱器由注入的鍋爐給送水或冷凝水來產生的高壓蒸汽的過熱溫度在從大約38(TC 至大約550°C的范圍中，例如大約500°C。
[0072] 除了由高壓蒸汽蒸發器產生的高壓蒸汽之外，熱電聯產設備可配置成還接收輸入 至高壓蒸汽過熱器中的輸入高壓蒸汽。通常，輸入高壓蒸汽是飽和高壓蒸汽。輸入高壓蒸汽 可W連同來自高壓蒸汽蒸發器的高壓蒸汽一起(根據具體情況)被給送至高壓蒸汽過熱器 或下游高壓蒸汽過熱器。
[0073] 在熱電聯產設備的正常運行狀態下，輸入至熱電聯產設備的高壓蒸汽與高壓蒸汽 蒸發器中產生的高壓蒸汽的質量比可W處于大約1:1至大約17:1的范圍內。通常，在熱電聯 產設備的正常運行狀態下，輸入熱電聯產設備中的高壓蒸汽與高壓蒸汽蒸發器中產生的高 壓蒸汽的質量比為大約4:1。
[0074] 熱電聯產設備的"正常運行狀態"指的是W下狀態:熱電聯產設備至少滿足其設計 基本負載要求，因此W穩態運行，根據其設計基本負載工藝流程連續地產生熱量和電力。
[0075] 輸入高壓蒸汽可W來自與熱電聯產設備集成的設施、例如費托控合成設施。輸入 高壓蒸汽可w通過重整器設施的廢熱鍋爐產生，在該重整器設施中控給送流被重整w提供 重整氣或合成氣。換句話說，輸入高壓蒸汽可W通過冷卻重整氣或合成器而產生。從其輸入 高壓蒸汽的重整器設施可W與下述重整器設施是同一重整器設施:熱電聯產設備向該重整 器設施輸出過熱的高壓蒸汽W用于重整目的。
[0076] 優選地，輸入至熱電聯產設備中的高壓蒸汽與高壓蒸汽蒸發器中產生的高壓蒸汽 的質量比應該盡可能高（即大多數高壓蒸汽應該是被輸入熱電聯產設備的），并且隨著重整 技術的發展允許將更少的高壓蒸汽輸出至重整器設施，并且因此將相對更多的高壓蒸汽輸 入至熱電聯產設備，該比值可W增大。
[0077] 熱回收蒸汽發生器可W包括位于膨脹的熱煙氣發生器的下游、高壓蒸汽過熱器的 上游的管道燃燒器。管道燃燒器可W被供W氣態燃料和/或液體燃料用于補充燃燒。在運行 期間，管道燃燒器可W將熱煙氣的溫度提高至從460°C至800°C的溫度范圍，從而實現期望 的蒸汽過熱溫度。在臨時情況下，比如在啟動期間或在過程異常的情況下，管道燃燒器可用 于將熱煙氣的溫度提高至高于在熱電聯產設備的正常運行期間其所提高至的溫度，從而通 過將所述液態水注入高壓蒸汽蒸發器的上游的高壓蒸汽過熱器，能夠產生更多的額外的蒸 汽。
[0078] 該方法可W包括將足夠的鍋爐給送水或冷凝水注入高壓蒸汽過熱器，W確保高壓 蒸汽蒸發器的上游的中壓蒸汽過熱器不承受高于中壓蒸汽過熱器的溫度設計限度的溫度 的熱煙氣。優選地，中壓蒸汽過熱器承受的熱煙氣溫度不大于大約440°C、優選地不大于430 Γ。
[0079] 中壓汽輪機可驅動的方式連接至發電機。中壓汽輪機可W是冷凝式汽輪機。 高壓汽輪機的背壓可W由被給送至中壓汽輪機的過熱的中壓蒸汽的壓力設定。因此，在熱 電聯產設備中，由高壓汽輪機產生的排出的過熱中壓蒸汽可W與來自高壓蒸汽蒸發器上游 的中壓蒸汽過熱器的過熱中壓蒸汽混合，并且給送至中壓汽輪機。
[0080] 通常，熱電聯產設備包括多個中壓汽輪機和發電機。可選地，熱電聯產設備和/或 與熱電聯產設備集成的設施、例如控合成設施可W包括一個或更多個中壓蒸汽驅動的壓縮 機。換句話說，中壓蒸汽可W被用作動力流體W驅動熱電聯產設備中或與熱電聯產設備集 成的設施中的壓縮機或其他旋轉裝置。用于所述中壓汽輪機中的一個或更多個中壓汽輪機 的中壓蒸汽可W是來自熱電聯產設備的過熱中壓蒸汽、來自與熱電聯產設備集成的設施的 飽和中壓蒸汽，或其組合。
[0081] 來自高壓汽輪機的仍過熱的排出的中壓蒸汽的溫度可低于來自高壓蒸汽蒸發器 上游的中壓蒸汽過熱器的過熱中壓蒸汽的溫度。
[0082] 根據具體情況，高壓汽輪機或所有高壓汽輪機一起、W及中壓汽輪機或所有中壓 汽輪機一起，可W將尺寸設定成使得由高壓汽輪機(一個或多個)產生的電力與由中壓汽輪 機(一個或多個)產生的電力的比值處于從大約1:1至大約1:66的范圍中。由于在本發明的 至少一些實施方式中（例如在大量的中壓蒸汽被輸入熱電聯產設備中的本發明實施方式 中）、高壓蒸汽流與中壓蒸汽流之間嚴重的不平衡，因此在運些實施方式中熱電聯產設備不 采用接收高壓蒸汽和中壓蒸汽兩者的雙級高壓汽輪機，而是采用單獨的高壓汽輪機(一個 或多個)和單獨的中壓汽輪機(一個或多個）。
[0083] 熱回收蒸汽發生器可W包括位于高壓蒸汽蒸發器的下游的低壓化P)蒸汽蒸發器 w產生低壓蒸汽。通常，低壓蒸汽蒸發器位于中壓蒸汽過熱器的下游，中壓蒸汽過熱器也位 于高壓蒸汽蒸發器的下游。
[0084] 在本說明書中，低壓蒸汽意在指代壓力范圍在從大約2己（g)至大約8己（g)的蒸 汽。優選地，低壓蒸汽的壓力范圍為從大約4己（g)至大約7己（g)、更優選地從大約4己（g)至 大約5己（g)、例如大約4.5己（g)。
[0085] 熱回收蒸汽發生器可W包括位于低壓蒸汽蒸發器的上游的低壓蒸汽過熱器。低壓 蒸汽過熱器可W位于高壓蒸汽蒸發器與位于高壓蒸汽蒸發器的下游的中壓蒸汽過熱器之 間。
[0086] 低壓蒸汽過熱器可W提供從大約200°C至大約260°C的溫度范圍中的、例如大約 25rC的過熱低壓蒸汽。
[0087] 在熱電聯產設備中，過熱的低壓蒸汽可W被給送至低壓汽輪機，或被給送中壓汽 輪機的低壓級。中壓汽輪機因此可W是多級的、例如雙級汽輪機。優選地，在熱電聯產設備 中過熱的低壓蒸汽用于發電。在優選實施方式中，過熱的低壓蒸汽被給送至該雙級蒸汽中 壓汽輪機的低壓級，該雙級蒸汽中壓汽輪機主要接收過熱的中壓蒸汽。
[0088] 給送至中壓汽輪機的低壓蒸汽與給送至中壓汽輪機的中壓蒸汽的質量比可W處 于從大約1:1至大約1:28的范圍中。
[0089] 如W上指出的，中壓汽輪機可W是冷凝式汽輪機。類似地，當代替多級中壓汽輪機 設置低壓汽輪機時，低壓汽輪機可W是冷凝式汽輪機。來自中壓汽輪機(和/或所述低壓汽 輪機，如果存在的話)的蒸汽可W例如通過使用空氣冷凝器在真空下被冷凝。
[0090] 該方法可W包括，當由于沒有足夠質量流量的輸入蒸汽輸入至高壓蒸汽過熱器、 而導致從熱煙氣發生器的下游、高壓蒸汽蒸發器的上游的熱煙氣中移除的熱量不足、W至 于高壓蒸汽過熱器的下游的熱煙氣溫度將上升或提高至預定限度或預定限度W上時，將來 自低壓蒸汽蒸發器的蒸汽給送至高壓蒸汽蒸發器的上游的中壓蒸汽過熱器。來自低壓蒸汽 蒸發器的蒸汽可W經由高壓蒸汽蒸發器的下游的低壓蒸汽過熱器被給送。
[0091] 低壓蒸汽蒸發器可W設計成產生至少覆蓋從大約2己（g)至大約18己（g)的壓力范 圍的蒸汽，并且低壓蒸汽蒸發器可W設置有控制系統，該控制系統能夠可選擇性地設定成 對低壓蒸汽蒸發器的壓力進行控制，從而由低壓蒸汽蒸發器產生處于從2己（g)至18己（g) 的所述壓力范圍內的低壓蒸汽或者中壓蒸汽。
[0092] 能夠理解，該不常見的或非常規的較大壓力范圍既允許在熱電聯產設備的正常運 行狀態期間產生低壓蒸汽，又允許當沒有中壓蒸汽或沒有足夠的中壓蒸汽被輸入熱電聯產 設備的期間一一例如，在與熱電聯產設備集成的設施、例如氣制油費托控合成設施的啟動 期間，或在該設施中過程異常期間一一產生中壓蒸汽。
[0093] 因此，該方法可W包括，當熱回收蒸汽發生器包括高壓蒸汽蒸發器下游的低壓 化P)蒸汽蒸發器W產生低壓蒸汽時，當沒有中壓蒸汽或沒有足夠的中壓蒸汽被輸入中壓蒸 汽過熱器W確保中壓蒸汽過熱器的安全運行時，和/或當在中壓蒸汽過熱器中過熱的輸入 中壓蒸汽不能滿足存在的對于輸出中壓蒸汽的需求時，并且/或者當輸入中壓蒸汽不能滿 足熱電聯產設備中存在的對于中壓蒸汽的需求時，W大約8己（g)至大約18己（g)之間的范 圍中的運行壓力運行低壓蒸汽蒸發器，W產生中壓蒸汽來使中壓蒸汽過熱器濕潤并且/或 者至少在一定程度上滿足對于中壓蒸汽的所述需求;W及
[0094] 之后，當足夠的中壓蒸汽從熱電聯產設備的外部被輸入至所述中壓蒸汽過熱器W 確保所述中壓蒸汽過熱器的安全運行時，并且/或者當在中壓蒸汽過熱器中過熱然后被輸 出的輸入中壓蒸汽滿足了對于輸出中壓蒸汽的任何需求時，并且/或者當不再存在對于中 壓蒸汽的輸出的需求時，并且/或者當輸入中壓蒸汽至少在一定程度上滿足了對于熱電聯 產設備中的中壓蒸汽的需求時，將低壓蒸汽蒸發器的運行壓力降至在大約2己（g)與大約8 己(g)之間的范圍中的壓力，由此產生低壓蒸汽。
[0095] 當低壓蒸汽蒸發器產生中壓蒸汽時，一些中壓蒸汽可W被降壓W提供低壓蒸汽。 在啟動期間產生的低壓蒸汽可W用于加熱、蒸汽伴熱和其他通常的低壓蒸汽動力系統用 途。然而通常，由于在啟動期間最初所能獲得的中壓蒸汽甚至不足W驅動一個中壓汽輪機， 因此最初低壓蒸汽將不被用于中壓汽輪機。因此在啟動期間可能需要排放低壓蒸汽。
[0096] 熱電聯產設備可配置成使高壓蒸汽降壓W提供中壓蒸汽。其在與熱電聯產設備集 成的設施、例如氣制油費托控合成設施啟動期間，或在與熱電聯產設備集成的設施的過程 異常期間是需要的。因此，在低壓蒸發器中產生中壓蒸汽補充滿足了與熱電聯產設備集成 的設施的任何啟動中壓蒸汽需求，從而緩解在運種集成設施的正常啟動期間對于高壓蒸汽 蒸發器的蒸汽產生要求。能夠理解，在低壓蒸汽蒸發器中產生中壓蒸汽降低了對于使高壓 蒸汽降溫W提供中壓蒸汽的需求，因此能夠在啟動期間更高效的利用蒸汽。
[0097] 與在低壓蒸汽蒸發器中僅產生低壓蒸汽相比，在低壓蒸汽蒸發器中產生中壓蒸汽 還有利于使得能夠在啟動期間更快地由高壓汽輪機產生電力，因為能夠在更短時間內獲得 更多的高壓蒸汽用于高壓汽輪機(一個或多個）。
[0098] 通常，高壓汽輪機明顯小于中壓汽輪機。因此，人們會期望一個或更多個高壓汽輪 機是在啟動期間第一批發電的汽輪機。與低壓蒸汽蒸發器中僅產生低壓蒸汽相比，在低壓 蒸汽蒸發器中產生中壓蒸汽還有利于使得能夠在啟動期間更快地由一個或更多個中壓汽 輪機產生電力，因為一旦中壓蒸汽開始被輸入至熱電聯產設備中，能夠在更短時間內獲得 更多的中壓蒸汽用于中壓汽輪機(一個或多個）。
[0099] 該方法可包括在與熱電聯產設備集成的設施啟動期間，將低壓蒸汽蒸發器的控制 壓力設定成足夠高W產生中壓蒸汽的壓力，例如大約12己(g)。
[0100] 該方法可W包括，一旦能夠獲得足夠的輸入中壓蒸汽來驅動至少一個中壓汽輪 機，則將低壓蒸汽蒸發器的控制壓力降低至適于產生低壓蒸汽的壓力、例如4.5己(g)，并且 將輸入中壓蒸汽和由熱回收蒸汽發生器產生的低壓蒸汽給送至多級中壓汽輪機。因而，該 方法可包括排出或冷凝來自低壓蒸汽蒸發器的蒸汽，直至低壓蒸汽蒸發器的壓力已經減小 至低壓蒸汽設定點壓力，然后將低壓蒸汽給送至中壓汽輪機的低壓級。由低壓蒸汽蒸發器 產生的中壓蒸汽可W被排出至與熱電聯產設備集成的設施的低壓蒸汽集管中，例如與熱電 聯產設備集成的氣制油費托控合成設備的低壓蒸汽集管。有利地，W該方式，在中壓蒸汽排 出期間不會損失冷凝水，而是回收到與熱電聯產設備集成的設施的低壓蒸汽系統中。
[0101] 通常，將鍋爐給送水或冷凝水累送至低壓蒸汽蒸發器W調節低壓蒸汽蒸發器的蒸 汽罐中的水位。因此，熱電聯產設備可W包括供給累，W將冷凝水(和/或鍋爐給送水)累送 至低壓蒸汽蒸發器。供給累可W具有變速驅動器，W使得供給累能夠隨著低壓蒸汽蒸發器 中蒸汽產生的增加或減少、并且響應于低壓蒸汽蒸發器中的壓力改變而改變冷凝水或鍋爐 給送水的流率，從而調節低壓蒸汽蒸發器的罐中的水位。
[0102] 熱回收蒸汽發生器通常包括至少一個經濟器或冷凝水或鍋爐給送水預熱器，W預 熱將被給送至高壓蒸汽蒸發器和/或低壓蒸汽蒸發器的冷凝水或鍋爐給送水。
[0103] 經濟器(一個或多個)通常接收來自中壓汽輪機的冷凝器的冷凝水。通常，在穩態 運行期間，考慮到高壓蒸汽和/或中壓蒸汽被輸入至熱電聯產設備中并且隨后在熱電聯產 設備中冷凝，熱電聯產設備不需要鍋爐給送水或冷凝水補充。
[0104] 與熱電聯產設備集成的設施可W是高壓蒸汽和/或中壓蒸汽的凈產出者。相反，熱 電聯產設備通常是高壓和/或中壓蒸汽的凈消耗者。
[0105] 熱電聯產設備可配置成通過驅動發電機的汽輪機來產生由熱電聯產設備產生的 全部電力的至少40%、優選至少50%、更優選地至少55%、最優選至少60%。因此，可W主要 地一一如果不是全部的話一一通過驅動一個或更多個發電機，并且/或者驅動其他旋轉裝 置、比如空氣壓縮機的一個或更多個所述氣體膨脹式滿輪來產生電力需求的差額。
[0106] 熱電聯產設備可W替代性地或額外配置成通過驅動發電機的汽輪機來產生電能， 被配置成通過直接蒸汽驅動器(例如通過汽輪機壓縮機驅動器)來產生機械能。
[0107] 可選地，熱電聯產設備可配置成由一個或更多個發電機產生盈余電力，其盈余電 力可W被輸出至第Ξ方用戶。
【附圖說明】
[0108] 現在將參照示意圖和示例W示例的方式對本發明進行描述。
[0109] 在附圖中，
[0110] 圖1示出了根據本發明的熱電聯產設備；W及
[0111] 圖2示出了在W下情況中對于在圖1的熱電聯產設備的熱回收蒸汽發生器中加熱 的介質(蒸汽或冷凝水)而言的熱回收（WMW為單位)與溫度變化（W°C為單位)的圖表、W及 (熱回收蒸汽發生器中管道燃燒器的下游)膨脹的熱煙氣一一熱量從該膨脹熱煙氣被回收 至圖1的熱電聯產設備的熱回收蒸汽發生器中一一的溫度分布的圖表，該情況為:在與熱電 聯產設備集成的費托控合成設備啟動期間，根據本發明的方法對高壓蒸汽過熱器進行急 冷。
【具體實施方式】
[0112] 參照附圖的圖1，附圖標記10總體上指示了根據本發明的熱電聯產設備。在圖1中 所示的本發明的實施方式中，熱電聯產設備10與每天96000桶的氣制油費托控合成設備或 設施(未示出)在蒸汽方面集成。
[0113] 費托控合成設施是常規的并且包括熱交換重整器化ER)、鼓泡漿態費托控合成反 應器和產品后處理(work up)部段，該熱交換重整器化ER)、例如化IdorTopSlSe:交換重整 器(商標名）形成合成氣生成部段的一部分，在該合成氣生成部段中，控給送流一一例如天 然氣一一與氧氣和蒸汽一起燃燒W重整氣體，重整氣通常處于大約9〇o°c至iiocrc，重整氣 的冷卻產生飽和高壓蒸汽;該鼓泡漿態費托控合成反應器形成控合成部段的一部分，在該 控合成部段中產生一些（a slate of)控，反應器的冷卻產生飽和中壓蒸汽（所謂的FT蒸 汽）；該產品后處理部段用W將產生的運些控分離并提升品質，運些在附圖中都未示出。為 了實現對基于標準蒸汽的動力系統設計的經濟且有效的替代方案，選擇全電氣設計用于與 熱電聯產設備10集成的氣制油的設施，借助于熱電聯產設備10中的工業燃氣輪機和汽輪機 發電機使用聯合循環(Bra^on&Rankine循環)技術。
[0114] 熱電聯產設備10包括呈燃燒室12形式的熱煙氣發生器、氣體膨脹式滿輪14W及機 械地聯接至氣體膨脹式滿輪14的空氣壓縮機42,從而空氣壓縮機42被氣體膨脹式滿輪14驅 動。氣體膨脹式滿輪14設置成排氣至總體上由附圖標記16指示的熱回收蒸汽發生器化RSG) 中。
[0115] 熱回收蒸汽發生器16包括相對于熱煙氣的水平流動而言從其上游端至其下游端 W串聯的方式設置的管道燃燒器18、上游高壓蒸汽過熱器20、下游高壓蒸汽過熱器22、上游 中壓蒸汽過熱器24、高壓蒸汽蒸發器26、上游冷凝水預熱器或經濟器28、低壓蒸汽過熱器 30、下游中壓蒸汽過熱器32、冷凝水預熱器或經濟器34、低壓蒸汽蒸發器36、下游冷凝水預 熱器或經濟器38和煙氣煙畫40, W將冷卻的煙氣排放至大氣中，如箭頭174所示。
[0116] 熱電聯產設備10還包括W驅動的方式連接至發電機46的高壓汽輪機44、W驅動的 方式連接至發電機50的雙級（dual stage)冷凝中壓汽輪機48、空氣冷凝器52、冷凝水罐54 和高壓冷凝水閃蒸罐56。還設置有冷凝水累57、58、60和62。
[0117] 在圖1中可W看到，下游高壓蒸汽過熱器22包括下游高壓蒸汽過熱器部段22.1和 上游高壓蒸汽過熱器部段22.2。因此，下游高壓蒸汽過熱器22包括兩個單獨的且不同的熱 交換部段22.1、22.2，所述部段22.1、22.2各自包括一組熱傳遞元件，比如盤管或管道。
[0118] 燃料管路100通向燃燒室12,而進氣管路102通向空氣壓縮機42。管道燃燒器18還 設置有燃料管路106。
[0119] 來自高壓蒸汽蒸發器26(事實上來自高壓蒸汽蒸發器26的蒸汽罐）的高壓蒸汽管 路108結合至高壓蒸汽輸入管路110。過熱的高壓蒸汽輸出管路112從下游高壓蒸汽過熱器 22引出。高壓汽輪機給送管路114從過熱的高壓蒸汽輸出管路112分支出來，并且通向上游 高壓蒸汽過熱器20，然后從上游高壓蒸汽過熱器20引至高壓汽輪機44。
[0120] 中壓蒸汽輸入管路116通向下游中壓蒸汽過熱器32。過熱的中壓蒸汽輸出管路118 從下游中壓蒸汽過熱器32引出。中壓汽輪機給送管路120從過熱的中壓蒸汽輸出管路118分 支出來，并且通向上游中壓蒸汽過熱器24,并從上游中壓蒸汽過熱器24引至中壓汽輪機48。 中壓汽輪機給送管路120在上游中壓蒸汽過熱器24與中壓汽輪機48之間被高壓汽輪機排氣 管路122接入。
[0121] 低壓蒸汽管路124從低壓蒸汽蒸發器36(事實上從低壓蒸汽蒸發器36的蒸汽罐）引 至低壓蒸汽過熱器30并且從低壓蒸汽過熱器30引至中壓汽輪機48的低壓級。
[0122] 中壓汽輪機排氣管路126從中壓汽輪機48引至空氣冷凝器52。冷凝水管路128從空 氣冷凝器52經由冷凝水累57通向冷凝水罐54并且從冷凝水罐54經由冷凝水累60通向經濟 器38,并且進入低壓蒸汽蒸發器36。冷凝水輸出管路132也從冷凝水罐54經由冷凝水累58引 出。
[0123] 冷凝水管路130從低壓蒸汽蒸發器36經由冷凝水累62通向經濟器34,并且從經濟 器34引至經濟器28，然后進入高壓蒸汽蒸發器26。
[0124] 低壓蒸汽蒸發器36具有排放管路134,高壓蒸汽蒸發器26具有排放管路136。排放 管路136通向高壓冷凝水閃蒸罐56,從該高壓冷凝水閃蒸罐56引出排放蒸汽輸出管路138和 排放冷凝水輸出管路140。
[0125] 低壓蒸汽管路124在低壓蒸汽過熱器30之前設置有具有閥144的低壓蒸汽排出管 路142,并且在低壓蒸汽過熱器30之后設置有具有閥148的低壓蒸汽排出管路146。
[0126] 具有閥152的蒸汽輸送管路150在低壓蒸汽管路124(從低壓蒸汽蒸發器36與低壓 蒸汽過熱器30之間）至中壓蒸汽輸入管路116之間延伸。類似地，具有閥156的蒸汽輸送管路 154從過熱的低壓蒸汽管路124(從低壓蒸汽過熱器30與中壓汽輪機48之間）引至過熱的中 壓蒸汽輸出管路118。
[0127] 具有閥160的蒸汽輸送管路158從高壓蒸汽管路108引至中壓蒸汽輸入管路116。 [01%]具有閥164的急冷管路162在下游高壓蒸汽過熱器部段22.1與上游高壓蒸汽過熱 器部段22.2之間通向下游高壓蒸汽過熱器22。因此，急冷管路162將冷凝水作為急冷液供給 至高壓蒸汽過熱器部段22.2，而不供給至高壓蒸汽過熱器部段22.1。
[0129] 如圖所示，熱電聯產設備10用于產生熱量蒸汽的形式)和動力，W機械能或電 能的形式。由氣體膨脹式滿輪14驅動的空氣壓縮機42用于向燃燒室12提供處于大約12己 (g)的壓縮空氣。因此，在正常使用和穩態運行期間，通常由與熱電聯產設備10集成的費托 控合成設備提供的費托廢氣和富含甲燒的氣體的混合物低位熱值化HV)計大約715MW) 通過燃料管路100給送至燃燒室12，在該燃燒室12中混合物在存在通過空氣壓縮機42給送 的空氣的情況下W大約11己（g)的壓力和高溫(遠超l〇〇〇°C)燃燒。熱的燃燒氣體通過氣體 膨脹式滿輪14膨脹至大致大氣壓力，其中，氣體膨脹式滿輪14進而驅動空氣壓縮機42通過 進氣管路102吸入環境空氣。在圖1中所示的實施方式中，幾乎3000噸/小時的空氣被壓縮至 大約12己（g)的壓力并且給送至燃燒室12。盡管在圖1中未示出，但是氣體膨脹式滿輪14也 W機械的方式聯接至發電機，從而產生大約244MW的電能。
[0130] 來自氣體膨脹式滿輪14的熱煙氣W大約5〇rC的溫度離開氣體膨脹式滿輪14。
[0131] 管道燃燒器18用于進一步加熱來自氣體膨脹式滿輪14的熱煙氣。管道燃燒器18使 富含甲燒的氣體和通過燃料管路106供給的（大約6.5噸/小時)液體燃料的混合物燃燒。當 使用管道燃燒時，該管道燃燒使熱煙氣的溫度達到大約526Γ。
[0132] 對熱電聯產設備10的效率做出重要貢獻的是高壓蒸汽系統和中壓蒸汽系統兩者 的過熱程度。通常，將熱量轉化為過熱比用來產生蒸汽更高效。僅來自氣體膨脹式滿輪14的 熱煙氣的溫度沒有高到足W實現期望的過熱程度，例如在圖示的實施方式中，對于過熱的 高壓蒸汽而言期望的過熱程度是大約20(TC。因此，需要通過管道燃燒器18的補充燃燒來提 高熱煙氣的溫度，從而提供足夠大的溫度驅動力W實現對于高壓蒸汽的期望的過熱程度。
[0133] 通過管道燃燒器18的補充燃燒還給出了 W下額外優點：在與熱電聯產設備10蒸汽 集成的氣制油的費托控合成設備或設施的跳閩（trip)和異常狀態期間，保持熱電聯產設備 10的基本負載。運是通過W下方式實現的：調制管道燃燒器18的燃燒能力，W便提高過熱蒸 汽(高壓和中壓和/或低壓蒸汽）的過熱程度，或者W便當需要時通過使用本發明提供的急 冷設施產生更多蒸汽。管道燃燒器18還用作熱電聯產設備10中或與熱電聯產設備10集成的 所述控合成設施中可能存在的任何過剩的過程廢氣的匯總部。通過管道燃燒器18進行補充 燃燒的另一重要的特征是其提供了在氣體膨脹式滿輪14的跳閩期間熱回收蒸汽發生器16 的有效性的提高。通過管道燃燒器18進行的補充燃燒在燃氣輪機14的跳閩期間通過允許新 鮮空氣的進氣（圖1中未示出）可保持熱回收蒸汽發生器16運行，即熱回收蒸汽發生器16可 因而作為獨立燃燒式過熱器運行。通常，在啟動期間不需要通過管道燃燒器18進行補充燃 燒;通過管道燃燒器18的補充燃燒僅在正常運行期間實施。
[0134] 然后，如圖2中所示(其反映了與熱電聯產設備10集成的費托控合成設備的啟動期 間的情況），熱煙氣在熱回收蒸汽發生器16中W-系列冷卻步驟被冷卻，直至其W大約122 °C的范圍的溫度通過煙氣煙畫40排放至大氣為止。在圖2中，使用了與圖1中所使用的相同 的附圖標記來標識熱回收蒸汽發生器16的熱交換單元的運行。
[0135] 再次參照附圖的圖1，在本發明的內容中重要的是，大約400噸/小時的處于大約68 己（g)的壓力的飽和高壓蒸汽從費托控合成設施一一更具體地從費托控合成設施的重整器 的廢熱鍋爐一一通過高壓蒸汽輸入管路110輸入。管路110中輸入的飽和高壓蒸汽與由高壓 蒸汽蒸發器26產生的經由高壓蒸汽管路108的大約110噸/小時的飽和高壓蒸汽結合。然后 所有結合在一起的飽和高壓蒸汽在下游高壓蒸汽過熱器22中過熱至超過40(TC、例如大約 425°C的溫度。然后，來自下游高壓蒸汽過熱器22的過熱的高壓蒸汽的一部分通過如W166 所示的注入冷凝水而減溫(attemperized)或部分地降溫(desuperheated)，并且W大約411 °C的溫度和大約67己（g)的壓力輸出。在圖1中所示的實施方式中，通過高壓蒸汽輸出管路 112輸出的蒸汽被給送至與該熱電聯產設備10集成的費托控合成設施的重整器。
[0136] 來自下游高壓蒸汽過熱器22的過熱的高壓蒸汽的另一部分如W168指示的通過冷 凝水被減溫或部分地降溫至大約419°C的溫度，并且在上游高壓蒸汽過熱器20中進一步過 熱至大約500°C的溫度。然后，大約50噸/小時的處于66己（g)的高壓蒸汽W500°C的溫度通 過高壓汽輪機給送管路114給送至高壓汽輪機44, W通過發電機46產生大約4.9MW的電。高 壓汽輪機44是背壓汽輪機，其中，汽輪機44的背壓由通過中壓汽輪機給送管路120被給送至 中壓汽輪機48的中壓蒸汽的壓力來設定。因此，通過高壓汽輪機排氣管路122將處于大約10 己(g)的壓力和大約3〇rC的溫度的背壓中壓蒸汽給送至中壓汽輪機給送管路120。
[0137] 處于大約11己（g)的壓力的飽和中壓蒸汽通過中壓蒸汽輸入管路116輸入至熱電 聯產設備10中。在圖1中所示的實施方式中，通過對與該熱電聯產設備10集成的費托控合成 設施的費托控合成反應器進行冷卻來產生飽和中壓蒸汽。一般來說，輸入大約1700噸/小時 的中壓蒸汽。
[0138] 輸入中壓蒸汽、即所謂的費托或FT蒸汽，首先在下游中壓蒸汽過熱器32中過熱至 大約244Γ的溫度。如果需要，或在與該熱電聯產設備10集成的費托控合成設施的啟動期 間，來自下游中壓蒸汽過熱器32的過熱的中壓蒸汽可W通過中壓蒸汽輸出管路118被輸出， 例如輸出至與該熱電聯產設備10集成的費托控合成設施的產品后處理部段(如果需要的話 如W172所示的用冷凝水減溫）。然而，通常在正常運行期間，來自下游中壓蒸汽過熱器32的 所有過熱的中壓蒸汽在上游中壓蒸汽過熱器24中被進一步過熱至大約328Γ的溫度，與管 路122中的高壓汽輪機背壓排氣中壓蒸汽混合，并且W大約327Γ的溫度給送至中壓汽輪機 48，W通過發電機50產生大約325MW的電。
[0139] 上游高壓蒸汽過熱器20將熱煙氣的溫度從大約526°C降低至大約523°C，下游高壓 蒸汽過熱器22將熱煙氣的溫度從大約523°C降低至大約429°C，上游中壓蒸汽過熱器24將熱 煙氣的溫度從大約429°C降低至344°C，并且高壓蒸汽蒸發器26進一步降低熱煙氣的溫度至 大約297°C。
[0140] 如上所述，中壓汽輪機48是雙級冷凝式汽輪機，接收中壓蒸汽和低壓蒸汽兩者。來 自中壓汽輪機48的排氣蒸汽因此通過中壓汽輪機排氣管路126給送至空氣冷凝器52,在空 氣冷凝器52處通過使用環境空氣作為冷卻介質將蒸汽冷凝至大約0.14己(g)的壓力和大約 52°C的溫度。通過空氣冷凝器52提供大致1810噸/小時的冷凝水并且通過冷凝水累57和冷 凝水管路12則尋所述冷凝水累送至冷凝水罐54。通過冷凝水累58和冷凝水輸出管路132從熱 電聯產設備10輸出大致1580噸/小時的冷凝水。在圖示的實施方式中，冷凝水被輸出至與該 熱電聯產設備10集成的控合成設施的冷凝水系統。
[0141] 在正常運行期間，通過冷凝水累60和冷凝水管路128將大致229噸/小時的處于大 約6.5己（g)的壓力的冷凝水累送至經濟器38。在經濟器38中，冷凝水溫度上升至大約151 °C，之后冷凝水被給送至W大約4.5己（g)的壓力運行的低壓蒸汽蒸發器36中。低壓蒸汽蒸 發器36產生大約62噸/小時的處于大約45己（g)的壓力的飽和低壓蒸汽。該飽和低壓蒸汽通 過低壓蒸汽管路124移除并且在低壓蒸汽過熱器30中過熱至大約25rC的溫度。然后，過熱 低壓蒸汽通過過熱低壓蒸汽管路124給送至雙級中壓汽輪機48的低壓級。
[0142] 高壓冷凝水累62將大約166噸/小時的處于大約70己（g)的壓力的冷凝水通過冷凝 水管路130從低壓蒸汽蒸發器36朝向高壓蒸汽蒸發器26累送。該冷凝水首先在經濟器34中 被加熱至大約186°C的溫度，并且然后在經濟器28中被加熱至大約280°C的溫度。
[0143] 大致56噸/小時的溫度大約為186°C的冷凝水被取出W用作降溫或減溫水或者W 用作水急冷，如170所不。
[0144] 如W上闡述的，高壓蒸汽蒸發器26產生大致110噸/小時的處于大約68己（g)的壓 力的飽和高壓蒸汽。高壓蒸汽蒸發器26將熱煙氣溫度降低至大約297°C。之后，經濟器28將 熱煙氣溫度降低至大約283°C，低壓蒸汽過熱器30將熱煙氣溫度降低至大約279°C，下游中 壓蒸汽過熱器32將熱煙氣溫度降低至大約212°C，經濟器34將熱煙氣溫度降低至大約206 °C，低壓蒸汽蒸發器36將熱煙氣溫度降低至大約168°C，并且經濟器3則尋熱煙氣溫度進一步 降低至大約140°C，在煙畫40中進行煙氣的最后冷卻，然后煙氣被釋放至大氣。對在經濟器 38中冷凝水的預熱進行控制W保持煙畫排氣氣體安全地處于計算出的酸和水的露點（dew point)W上，即通常在llOrW上。
[0145] W常規的方式，來自低壓蒸汽蒸發器36的鍋爐水即冷凝水(0.6噸/小時)可W通過 排放管路134被排放，并且來自高壓蒸汽蒸發器26的鍋爐水（即冷凝水）（大約1.1噸/小時） 可W通過排放管路136、高壓冷凝水閃蒸罐56、排放蒸汽輸出管路138和排放冷凝水管路140 被排放。
[0146] 如根據熱電聯產設備10的上述描述應明顯的是，由通過氣體膨脹式滿輪14產生 的、W及在本發明的某些實施方案中由管道燃燒器18產生的膨脹的熱煙氣包含的大部分顯 熱在經濟器28的上游被移除，即通過上游高壓蒸汽過熱器20、下游高壓蒸汽過熱器22、上游 中壓蒸汽過熱器24和高壓蒸汽蒸發器26被移除。換句話說，熱回收蒸汽發生器16的所有運 些部件或部段為熱煙氣提供了明顯的熱沉作用。顯著地，該熱沉作用的主要部分通過高壓 蒸汽蒸發器26上游的輸入高壓蒸汽和輸入中壓蒸汽的過熱來提供。能夠理解，高壓蒸汽(經 由高壓蒸汽輸入管路110)或中壓蒸汽(經由中壓蒸汽輸入管路116)的輸入中的任何中斷有 可能導致熱回收蒸汽發生器16中的嚴重問題，特別是在W下情況下：熱電聯產設備10在管 道燃燒的情況下W其設計能力運行、W便為其一個或更多個使用者提供基本負載的機械能 和電能產出。
[0147] 在與該熱電聯產設備10集成的氣制油的費托控合成設施或設備啟動期間，費托控 合成設施存在對電能和蒸汽的基本需求(即需要為費托控合成設施供給電能和蒸汽），并且 其因此理想的是盡可能快地W滿設計能力運行熱電聯產設備10。然而，遺憾的是，在集成的 費托控合成設施啟動期間，沒有足夠的高壓蒸汽輸入，特別是沒有足夠的來自集成的費托 控合成設施的中壓蒸汽的輸入W在高壓蒸汽蒸發器26的上游接收其常規熱載荷。運有可能 導致熱回收蒸汽發生器16損壞W及/或者危及人員。例如，如果沒有蒸汽或沒有足夠的蒸汽 提供至過熱器20、22和24,那么上游高壓蒸汽過熱器20、或下游高壓蒸汽過熱器22、或上游 中壓蒸汽過熱器24的機械完整性可能有危險，從而導致熱交換器零件或表面的過熱。此外， 當過熱器20、22和24沒有從高壓蒸汽蒸發器26上游的膨脹的熱煙氣移除足夠的熱量時，與 高壓蒸汽蒸發器26中的鍋爐給送水或冷凝水交換熱量的煙氣將處于比正常情況更高的溫 度、例如大致高于344Γ，從而導致高壓蒸汽蒸發器26中產生更多的高壓蒸汽。運會導致超 過高壓蒸汽蒸發器26的液壓限度并且可能導致高壓蒸汽蒸發器26的損壞。由于超過高壓蒸 汽蒸發器26的液壓限度意味著進入高壓蒸汽蒸發器26中的熱通量大于正常情況，并且因此 在高壓蒸汽蒸發器26中產生比高壓蒸汽蒸發器26的設計產生量更多的高壓蒸汽。能夠理 解，運會導致高壓蒸汽蒸發器26的機械損傷和/或熱損傷從而會導致致命的失效。
[0148] 此外，當熱電聯產設備10和與該熱電聯產設備10集成的費托控設施各自W其自身 的設計能力正常運行、并且費托控合成設施中存在突然的過程異常、從而向熱電聯產設備 10輸入高壓蒸汽和/或輸入中壓蒸汽存在突然的下降時，存在損壞過熱器20、22和24W及高 壓蒸汽蒸發器26中的一者或更多者的風險。簡而言之，在與該熱電聯產設備10集成的費托 控合成設施的啟動期間、W及在與該熱電聯產設備10集成的費托控合成設施的過程異常期 間，由于在所述情況下可能沒有足夠質量流量的高壓蒸汽和/或中壓蒸汽輸入至過熱器20、 22和24,所W在熱回收蒸汽發生器16的至少某些部分或區域中、特別是經濟器28的上游需 要保護熱回收蒸汽發生器16免受太高的煙氣溫度影響。
[0149] 有利地，當由于輸入至高壓蒸汽過熱器20、22的輸入高壓蒸汽的質量流減小、而導 致在氣體膨脹式滿輪14和管道燃燒器18的下游、高壓蒸汽蒸發器26的上游沒有從熱煙氣移 除足夠的熱量、W至于高壓蒸汽過熱器22的下游的熱煙氣的溫度上升至預定限度或預定限 度W上、從而威脅熱回收蒸汽發生器16的機械完整性(并且特別是上游中壓蒸汽過熱器24 的機械完整性）、或者W至于可能超過高壓蒸汽蒸發器26的液壓限度時，通過W受控的方式 打開急冷管路122中的閥164而將急冷水注入上游高壓蒸汽過熱器部段22.2。急冷水的品位 足W使其能夠用作鍋爐給送水、即適于產生蒸汽的水，并且可W例如是來自熱電聯產設備 10的冷凝水，并且特別可W是在170處取出的減溫水的一部分。減溫水已經處于70己（g)的 壓力并且可因此很容易被噴至將下游高壓蒸汽過熱器部段22.1連接至上游高壓蒸汽過熱 器部段22.2的流動管路中。
[0150] 將急冷水注入上游高壓蒸汽過熱器部段22.2中的目的是產生更多蒸汽并且從而 保持緊鄰上游中壓蒸汽過熱器24的上游的熱煙氣的溫度低于上游中壓蒸汽過熱器24的機 械設計限度，并且確保足夠的蒸汽流動通過上游高壓蒸汽過熱器部段22.2和上游高壓蒸汽 過熱器20，W保護運些熱交換器避免溫度過高。重要的是，作為急冷水注入的冷凝水不僅用 于使高壓蒸汽減溫，而且還用于產生大量額外的高壓蒸汽，運是考慮到為了在從熱煙氣移 除熱量不足的時期從熱煙氣移除大量的熱量，W保護熱交換設備(其形成熱回收蒸汽發生 器16的部分)免于過高的溫度。
[0151] 如附圖的圖2中所示，當閥162打開并且急冷水被注入下游高壓過熱器部段22.1與 上游高壓蒸汽過熱器部段22.2之間時，由高壓蒸汽蒸發器26產生的高壓蒸汽連同所有可W 獲得的輸入高壓蒸汽一起，仍然在下游高壓蒸汽過熱器部段22.1從285°C被過熱至425°C， 之后過熱的高壓蒸汽被急冷至大約294°C、即降低至在高壓蒸汽的飽和溫度W上大約10°C。 然后，過熱的高壓蒸汽在上游高壓蒸汽過熱器部段22.2中再次進一步過熱至大約46(TC的 溫度。然后，過熱的高壓蒸汽減溫至大約419°C并且然后在上游高壓蒸汽過熱器20中再次加 熱至介于480°C至大約550°C的范圍中的溫度，如圖2中所示。W此方式，在不需要氣體膨脹 式滿輪14停機或中斷管道燃燒的情況下，為上游高壓蒸汽過熱器20設置了足夠的蒸汽W避 免其干運轉，保護下游高壓蒸汽過熱器22和上游中壓蒸汽過熱器24免受溫度過高的熱煙氣 影響，并且保護高壓蒸汽蒸發器26免于液壓過載。因此，在與該熱電聯產設備10集成的費托 控合成設施啟動期間W及在集成的費托控合成設施中過程異常期間，設置用于上游高壓蒸 汽過熱器部段22.2的急冷設施能夠在確保氣體膨脹式滿輪14的基本負載運行的同時保持 熱回收蒸汽發生器16在其設計參數內。
[0152] 可多種方式控制將急冷水(冷凝水)注入上游高壓蒸汽過熱器部段22.2中的 過程。一種可能性是(通過使用閥164)改變急冷水的注入W控制從上游高壓蒸汽過熱器部 段22.2離開的高壓蒸汽的離開溫度，通常將其控制至高于高壓蒸汽的飽和溫度的設定溫 度。另一種可能性是調節急冷水的注入W控制上游中壓蒸汽過熱器24上游的熱煙氣溫度， 或控制從高壓蒸汽過熱器20離開的高壓蒸汽的溫度。也可W使用運些控制策略的組合。
[0153] 能夠理解，根據熱電聯產設備的熱回收蒸汽發生器的特定構型，在高壓蒸汽蒸發 器的下游也存在對于保護的類似需要。然而，其未通過圖1中所示的熱回收蒸汽發生器16示 出，但是應指出的是，根據本發明的位于高壓蒸汽蒸發器的下游的急冷設施也可W用于保 護高壓蒸汽蒸發器的下游的熱交換設備。
[0154] 有利地并且不尋常地，熱回收蒸汽發生器16包括位于高壓蒸汽蒸發器26的上游位 置的上游中壓蒸汽過熱器24。上游中壓蒸汽過熱器24是除下游中壓蒸汽過熱器32之外的熱 交換器。通過使用兩個中壓蒸汽過熱器24、32-一一者在高壓蒸汽蒸發器26的下游并且一 者在高壓蒸汽蒸發器26的上游一一可W實現意想不到的優點。輸入中壓蒸汽在下游中壓蒸 汽過熱器32中被過熱至不高于250°C的溫度，并且然后在上游中壓蒸汽過熱器24中被過熱 至遠高于250°C的溫度。相對于常規的熱電聯產設備而言，由于上游中壓蒸汽過熱器32的存 在，中壓蒸汽能達到更高的過熱溫度，運增加了中壓蒸汽對能量產出的貢獻。然而，能夠理 解，由于該結構，由熱電聯產設備10能量產出與常規的熱電聯產設備相比更容易遭受輸入 中壓蒸汽的損失。然而，通過將所有獲得的過熱高壓蒸汽（即不需要用于輸出目的的過熱高 壓蒸汽）給送至高壓汽輪機44,至少在一定程度上緩解了該潛在的問題。有利地，與W0 2007/009951中教示的方法相比，熱電聯產設備10不需要昂貴的熱交換器來使中壓蒸汽通 過與過熱高壓蒸汽熱交換而過熱。
[0155] 通過使用管道燃燒器18來產生過熱度更高的高壓氣體、可能結合高壓蒸汽過熱器 部段22.2的急冷W提供過熱度更高的高壓蒸汽、然后使其中一些高壓蒸汽降壓W提供中壓 蒸汽，也能夠在一定程度上緩解輸入中壓蒸汽減少對于能量產出造成的不利效果。
[0156] 分別在高壓蒸汽蒸發器26的上游和下游設置的中壓蒸汽蒸發器24、32降低了（通 過高壓蒸汽蒸發器26)產生高壓蒸汽的能力，W換取提高中壓蒸汽品位(即中壓蒸汽的更高 的過熱溫度）。例如，通過使用所描述的熱電聯產設備10的布置，中壓蒸汽品位可W從大約 0.172MW/噸提高至大約0.212MW/噸。在熱電聯產設備10圖示并且在W下更詳細的描述的示 例中，在設置兩個中壓蒸汽過熱器24、32的情況下，與在高壓蒸汽蒸發器的上游不使用中壓 蒸汽過熱器的熱電聯產設備相比，高壓過熱蒸汽產生的電力減少大約76%，然而總電力產 出增加大約4.7%。該布置的其他益處包括:高壓蒸汽產生能力減小大約54.6%，運意味著 高壓蒸汽產生設備比如高壓蒸汽蒸發器26、高壓冷凝水或鍋爐給送水累、W及高壓蒸汽過 熱器20和22的成本更低；W及與經濟器和過熱器相關聯的熱傳遞面積減小大約5%。該比較 是基于最小接近溫度(minimum a卵roach temperature)為15°C進行的。能夠理解，如果該 比較基于最大中壓汽輪機排氣濕度、例如按重量計12%的中壓汽輪機排氣濕度而不是冷凝 器的最小接近溫度，本發明的優點將更大。
[0157] 在熱回收蒸汽發生器16中使用低壓蒸汽蒸發器36是不常見的。盡管，在熱電聯產 設備10處于正常運行狀態的穩態運行期間，低壓蒸汽蒸發器36產生處于大約4.5己（g)的低 壓蒸汽，但是低壓蒸汽蒸發器36被設計成產生W下壓力范圍的蒸汽:該壓力范圍與熱電聯 產設備10中的低壓蒸汽的壓力范圍和中壓蒸汽的壓力范圍兩者都交疊。因此，當沒有中壓 蒸汽或沒有足夠的中壓蒸汽通過中壓蒸汽輸入管路116輸入熱電聯產設備10中時，例如在 與該熱電聯產設備10集成的費托控合成設施啟動期間，低壓蒸汽蒸發器36設定成產生壓力 大約為11.5己（g)的中壓蒸汽。該中壓蒸汽中的至少一些中壓蒸汽可W通過蒸汽輸送管路 150和閥152被給送至下游中壓蒸汽過熱器32。W此方式，即便當沒有中壓蒸汽或沒有足夠 的中壓蒸汽輸入時，下游中壓蒸汽過熱器32W及更重要地、上游中壓蒸汽過熱器24可W通 過中壓蒸汽被濕潤。
[0158] 在圖2中，示出了下述情況:其中來自低壓蒸汽蒸發器36的中壓蒸汽被給送至低壓 蒸汽過熱器30(該低壓蒸汽過熱器30當前用作中壓蒸汽過熱器），但是來自低壓蒸汽過熱器 30的幾乎全部過熱的中壓蒸汽隨后經由管路154和閥156通過中壓蒸汽輸出管路118被輸 出，使得低壓蒸汽過熱器30提供對于膨脹的熱煙氣的熱沉作用，但是中壓蒸汽過熱器24、32 僅接收足W濕潤中壓蒸汽過熱器24、32的中壓蒸汽(通過輸送管路150和閥152)，并且為膨 脹的熱煙氣提供有效的熱沉作用。為此，中壓蒸汽過熱器24、32就未出現在圖2中。W此方 式，例如在與該熱電聯產設備10集成的費托控合成設施啟動期間，即使沒有中壓蒸汽或沒 有足夠的中壓蒸汽被從集成的費托控合成設施輸入的情況下，熱回收蒸汽發生器16中的中 壓蒸汽過熱器和低壓蒸汽過熱器兩者都可W被蒸汽濕潤。
[0159] 能夠理解，在與熱電聯產設備10集成的費托控合成設施啟動期間，將沒有足夠的 中壓蒸汽被輸入熱電聯產設備10中，用W在中壓蒸汽過熱器24、32中過熱或經由管路118輸 出。因此，與經由高壓蒸汽蒸發器26產生高壓蒸汽并行地，要求低壓蒸汽蒸發器36產生中壓 蒸汽。如W上指出的，由低壓蒸汽蒸發器36產生的中壓蒸汽在低壓蒸汽過熱器30中過熱，然 后經由管路118被輸出，如產生的過熱的高壓蒸汽一樣(經由管路112)。能夠理解，盡管存在 超過低壓蒸汽蒸發器36的液壓限度的風險，但是其不如與高壓蒸汽蒸發器26相關的風險那 么嚴重，因為大量的熱量被高壓蒸汽蒸發器26、高壓蒸汽過熱器20、22和經濟器28回收了。 然而，如果還需要解決超過低壓蒸汽蒸發器36的液壓限度的風險，那么可W如W上指出的 使用高壓蒸汽蒸發器26的下游的急冷設施。急冷設施可W例如形成低壓蒸汽過熱器30的一 部分。
[0160] 基于過熱的中壓蒸汽需求（由閥156設定），通過調節閥144控制低壓蒸汽蒸發器36 的蒸汽罐壓力來維持中壓蒸汽壓力，即當對過熱的中壓蒸汽的需求減少時閥144打開，并且 當對過熱的中壓蒸汽的需求增加時閥144關閉。能夠理解，此時，中壓汽輪機48是靜止的并 且通常通過閥等（未示出）與低壓蒸汽管路124隔離開。產生的中壓蒸汽的一部分(通過閥 152和管路150)被給送至過熱器32、24W在啟動期間保持盤管濕潤。替代性地，中壓蒸汽過 熱器32、24可W干燥著，然而運將要求在運些盤管的設計中包含特殊的機械設計考慮，從而 增加了成本。
[0161] 一旦能夠獲得額外的中壓蒸汽W產生電能(經由中壓汽輪機48和發電機50)之后， 就需要將低壓蒸汽蒸發器36中的產生中壓蒸汽轉變為產生低壓蒸汽，之后產生的低壓蒸汽 被注入中壓汽輪機48的低壓級。在中壓汽輪機48需要低壓蒸汽的時刻，閥156關閉并且閥 144將蒸汽罐壓力調節降至低壓蒸汽壓力。一旦低壓蒸汽蒸發器366中產生處于低壓蒸汽壓 力的蒸汽，則中壓汽輪機48準備好接收經由管路124注入的低壓蒸汽。向中壓汽輪機48要求 的電力配置成使得所有產生的低壓蒸汽都被消耗用于產生電力，因此使得閥144能夠最終 被關閉。可選地，如果需要低壓蒸汽用于一般加熱、蒸汽伴熱W及其他的低壓蒸汽動力系統 用途，那么可W經由低壓蒸汽排出管路146和閥148提供所述低壓蒸汽。
[0162] 有利地，熱電聯產設備10還配置成使高壓蒸汽降壓W提供中壓蒸汽。其將有助于 滿足與該熱電聯產設備10集成的費托控合成設施在其啟動期間一一此時費托控合成設施 通常凈消耗中壓蒸汽一一的中壓蒸汽需求。通過使用蒸汽輸送管路158和閥160,由高壓蒸 汽蒸發器26產生的高壓蒸汽可因此被降低至中壓蒸汽的壓力。有利地，在與該熱電聯產設 備10集成的費托控合成設施的啟動期間在低壓蒸汽蒸發器36中產生的中壓蒸汽在一定程 度上緩和了在費托控合成設施的啟動期間對于高壓蒸汽蒸發器26的蒸汽產生要求，因為使 高壓蒸汽降壓來滿足集成的費托控合成設施或設備的中壓蒸汽啟動要求所需要的高壓蒸 汽減少。
[0163] 在低壓蒸汽蒸發器36中產生中壓蒸汽的另一優點在熱電聯產設備10啟動期間體 現出來。與僅在低壓蒸汽蒸發器36中產生低壓蒸汽的情況相比，在熱電聯產設備10啟動期 間在低壓蒸汽蒸發器36中產生中壓蒸汽使得能夠更快地由高壓汽輪機44和發電機46發電， 因為在更短時間內能夠獲得更多的高壓蒸汽用于高壓汽輪機44。換句話說，隨著降至中壓 蒸汽的壓力W用于給送至中壓蒸汽系統（即給送至中壓蒸汽輸入管路116中）所需要的高壓 蒸汽減少，在更短的時間內能夠獲得更多的高壓蒸汽用于高壓汽輪機44。
[0164] 在圖1中所示的實施方式中，高壓汽輪機44的發電能力比中壓汽輪機48的發電能 力小大約六十六倍。因此，在熱電聯產設備10啟動期間，高壓汽輪機44將是第一個發電的汽 輪機。
[0165] 有些時候與熱電聯產設備10集成的費托控合成設施與熱電聯產設備10會被同時 啟動。有利地，在同時啟動熱電聯產設備10和與熱電聯產設備10集成的費托控合成設施期 間，與低壓蒸汽蒸發器36僅產生低壓蒸汽的情況相比，在低壓蒸汽蒸發器36中產生中壓蒸 汽使得能夠更快地發生額外地由中壓汽輪機48發電，運是因為一旦來自與該熱電聯產設備 10集成的費托控合成設施的中壓蒸汽開始通過中壓蒸汽輸入管路116被輸入熱電聯產設備 10,能夠更快地獲得更多的中壓蒸汽用于中壓蒸汽輪48。
[0166] 自然地，如W上指示的，一旦從與熱電聯產設備10集成的費托控合成設施輸入、W 及通過低壓蒸汽蒸發器36產生了足夠的中壓蒸汽，W驅動中壓汽輪機48,則需要開始降低 低壓蒸汽蒸發器36的控制壓力，使得最終低壓蒸汽蒸發器36僅產生低壓蒸汽。通常，如W上 指出的，運將需要從低壓蒸汽蒸發器36排出蒸汽直至低壓蒸汽蒸發器36的壓力已經降低至 低壓蒸汽設定點壓力（例如4.5己（g))為止。在該過渡期間，由低壓蒸汽蒸發器36產生的過 量的中壓蒸汽可W通過使用低壓蒸汽排出管路142和閥144而排出。優選地，過量的中壓蒸 汽排出至與該熱電聯產設備10集成的費托控合成設施的低壓蒸汽集管(未示出）中。運樣做 確保了在過量的中壓蒸汽排出期間冷凝水不會損失，而是回收到與熱電聯產設備10集成的 費托控合成設施的低壓蒸汽系統中。
[0167] 冷凝水累60具有變速驅動裝置，W允許冷凝水累60隨著低壓蒸汽蒸發器36中產生 蒸汽的增加或減少來改變冷凝水通過冷凝水管路128的流率，并且對低壓蒸汽蒸發器36中 的壓力變化做出反應，由此調節低壓蒸汽蒸發器36的蒸汽罐中的水位。
[0168] W下對照示例中示出了當與常規氣制油費托控合成設施集成時，熱電聯產設備10 的能量效率。
[0169]
[0170] ?-種情況下，控合成設備將天然氣轉化為30 000桶/天（"bpcT)的液控產品， 并且使用US 6,673,845的工藝產生額外的150MW電能。
[0171] 燃料氣(其可W是來自控合成反應器的未轉化的氣體和輕質控、天然氣、煉廠氣或 其任意組合)在氣體膨脹式滿輪中燃燒并且產生電能。離開滿輪機的熱煙氣被用于一系列 的熱交換器中W產生過熱的高壓（7000k化(a))蒸汽。FT蒸汽、即來自費托控合成反應器的 飽和中壓蒸汽也通過使用來自煙氣的廢熱而被過熱。過熱的高壓蒸汽通向雙級汽輪機。在 第一級中，高壓蒸汽膨脹W匹配過熱的FT蒸汽（中壓蒸汽)的壓力。然后，FT蒸汽（中壓蒸汽） 與膨脹后的蒸汽一起注入汽輪機的第二級。能夠獲得350噸/小時的FT蒸汽用于發電。
[0172] 熱電聯產設備10中發電的總效率，包括通過汽輪機產生的電力，通過W下等式確 定：
[0173] 產生的總電力(MW)/消耗的燃料氣總能耗(MW) = ((由燃氣輪機膨脹器和汽輪機產 生的電力)-由空氣壓縮機消耗的電力)/燃料氣能耗
[0174] 當包括汽輪機時，計算出US 6,673,845的工藝的效率為61.0%。換句話說，產生 150MW的電力僅需要246MW的燃料氣。根據US 6，673，845，當不考慮汽輪機時，該工藝計算出 效率僅32%，即為了產生150MW的電能需要469MW的燃料氣。
[0175] 在第二種情況下，控合成設備將天然氣轉化成30 OOObpd(桶/天）的液控產品，并 且通過使用具有與根據本發明的熱電聯產設備10相同特征的熱電聯產設備來產生額外的 183麗的電能。
[0176] 根據本發明的熱電聯產設備當與常規的氣制油費托控設施集成時，計算出效率為 67.6%。換句話說，產生183麗的電能僅需要270麗的燃料氣。
[0177] 此外，使用兩個中壓蒸汽過熱器一一一個在高壓蒸汽蒸發器的上游，一個在高壓 蒸汽蒸發器的下游一一與US 6,673,845教示的單個中壓蒸汽過熱器位于高壓蒸汽蒸發器 的下游的情況相比，計算出獲得了總電能輸出增加4.7%，其等同于熱電聯產設備的熱效率 提高1.5%。
[0178] 在與US 6,673,845對比確定本發明的定量的提高量時，保持送至熱電聯產設備10 的燃料(feed)和蒸汽質量W及熱電聯產設備10的總燃料消耗恒定。由于引入了上游中壓過 熱器24,使得與如US6,673,845中那樣僅包括一個中壓蒸汽過熱器(例如下游中壓蒸汽過熱 器32)的情況下相比，能夠實現更高程度的中壓過熱。
[0179] 該改進是基于W下計算出的：如果能夠獲得更高的中壓蒸汽過熱程度，則能夠實 現空氣冷凝器52中的較低的冷凝溫度，承受最大允許的汽輪機排氣濕度。假定其限度是按 重量計12%。
[0180] 在僅包括下游中壓蒸汽過熱器32、即與US 6,673,845中相似的構型的情況下，空 氣冷凝器52能夠使中壓汽輪機排出蒸汽126在超過濕度限度之前冷凝至低至48°C的溫度。
[0181] 在根據本發明的包括上游中壓蒸汽過熱器24和下游中壓蒸汽過熱器32的情況下， 由于可達到較高程度的中壓蒸汽過熱，因此在空氣冷凝器52中可W實現更低的冷凝溫度， 并且因此對于相同燃料和蒸汽輸入而言增加了電力輸出。在雙中壓過熱器的情況下，已確 定4(TC的最小冷凝溫度是切實可行的，并且產生按重量計大約10%的汽輪機廢氣濕度。能 夠理解，如果使用水冷式冷凝器，那么可W增加廢氣的濕度，因此使得能夠產生更多電力。
【主權項】
1. 一種運行熱電聯產設備(CHP設備)的方法，所述方法包括： 在熱煙氣發生器中產生熱煙氣； 在熱回收蒸汽發生器(HRSG)中通過一系列的冷卻步驟冷卻所述熱煙氣以回收熱量并 且產生蒸汽，所述熱回收蒸汽發生器包括： 位于所述熱煙氣發生器的下游的高壓蒸汽蒸發器，在所述高壓蒸汽蒸發器中產生高壓 蒸汽，并且冷卻所述熱煙氣； 位于所述熱煙氣發生器與所述高壓蒸汽蒸發器之間的至少一個高壓蒸汽過熱器，在所 述高壓蒸汽過熱器中至少使來自所述高壓蒸汽蒸發器的高壓蒸汽過熱，并且冷卻所述熱煙 氣；以及 位于所述高壓蒸汽蒸發器的上游的中壓蒸汽過熱器，在該中壓蒸汽過熱器中通過所述 熱煙氣使中壓蒸汽過熱，并且冷卻熱煙氣。2. 根據權利要求1所述的方法，其中，所述中壓蒸汽過熱器位于所述至少一個高壓蒸汽 過熱器的下游。3. 根據權利要求1或權利要求2所述的方法，其中，所述熱電聯產設備接收供給至所述 中壓蒸汽過熱器的輸入中壓蒸汽。4. 根據權利要求1至3中的任一項所述的方法，其中，所述熱回收蒸汽發生器包括位于 所述高壓蒸汽蒸發器的下游的中壓蒸汽過熱器。5. 根據權利要求3和權利要求4所述的方法，其中，所述輸入中壓蒸汽被給送至位于所 述高壓蒸汽蒸發器的下游的中壓蒸汽過熱器，然后所述輸入中壓蒸汽的至少一部分被給送 至位于所述高壓蒸汽蒸發器的上游的中壓蒸汽過熱器。6. 根據權利要求4或權利要求5所述的方法，其中，所述熱電聯產設備從位于所述高壓 蒸汽蒸發器的下游的中壓蒸汽過熱器輸出過熱的中壓蒸汽，并且/或者其中，所述熱電聯產 設備包括至少一個中壓汽輪機，來自位于所述高壓蒸汽蒸發器的上游的中壓蒸汽過熱器的 過熱的中壓蒸汽被給送至所述中壓汽輪機。7. 根據權利要求1至6中的任一項所述的方法，其中，高壓蒸汽被輸入至所述高壓蒸汽 過熱器，所述方法還包括：當由于沒有足夠質量流量的輸入高壓蒸汽流入所述高壓蒸汽過 熱器、而導致在產生熱煙氣的熱煙氣發生器的下游、所述高壓蒸汽蒸發器的上游的所述熱 煙氣中移除的熱量不足、以至于所述高壓蒸汽過熱器的下游的熱煙氣溫度將上升或提高至 預定限度或預定限度之上時，通過將鍋爐給送水或冷凝水注入至所述高壓蒸汽過熱器內的 蒸汽或被給送至所述高壓蒸汽過熱器的蒸汽中而使所述蒸汽急冷，以在所述高壓蒸汽過熱 器中產生蒸汽，由此使從所述熱煙氣移除的熱量增加，并且因此降低所述高壓蒸汽過熱器 的下游的熱煙氣的溫度。8. 根據權利要求3所述的方法，其中，所述熱回收蒸汽發生器包括位于所述高壓蒸汽蒸 發器的下游的用以產生低壓蒸汽的低壓(LP)蒸汽蒸發器，并且其中，當沒有中壓蒸汽或沒 有足夠的中壓蒸汽輸入至所述中壓蒸汽過熱器以確保所述中壓蒸汽過熱器的安全運行時， 并且/或者當在所述中壓蒸汽過熱器中過熱的輸入中壓蒸汽不能滿足存在的對于輸出中壓 蒸汽的需求時，并且/或者當輸入中壓蒸汽不能滿足所述熱電聯產設備中存在的對于中壓 蒸汽的需求時， 以在8巴（g)與18巴（g)之間的范圍中的運行壓力運行所述低壓蒸汽蒸發器，以產生中 壓蒸汽來濕潤所述中壓蒸汽過熱器并且/或者至少在一定程度上滿足對于中壓蒸汽的所述 需求；以及 之后，當從所述熱電聯產設備的外部向所述中壓蒸汽過熱器輸入足夠的中壓蒸汽以確 保所述中壓蒸汽過熱器的安全運行時，并且/或者當在所述中壓蒸汽過熱器中過熱然后輸 出的輸入中壓蒸汽滿足對于輸出中壓蒸汽的任何需求時，并且/或者當不再需要輸出中壓 蒸汽時，并且/或者當輸入中壓蒸汽至少在一定程度上滿足了所述熱電聯產設備中對于中 壓蒸汽的需求時，將所述低壓蒸汽蒸發器的運行壓力降至在2巴（g)與8巴（g)之間的范圍中 的壓力，從而產生低壓蒸汽。9. 一種熱電聯產設備(CHP設備），包括： 熱煙氣發生器，所述熱煙氣發生器產生熱煙氣； 熱回收蒸汽發生器(HRSG)，所述熱回收蒸汽發生器位于所述熱煙氣發生器的下游以通 過一系列步驟對熱煙氣進行冷卻從而回收熱量并且產生蒸汽，所述熱回收蒸汽發生器包 括： 位于所述熱煙氣發生器的下游的高壓蒸汽蒸發器，用以通過從所述熱煙氣回收的熱量 來產生高壓蒸汽； 位于所述熱煙氣發生器與所述高壓蒸汽蒸發器之間的至少一個高壓蒸汽過熱器，用以 通過從所述熱煙氣回收的熱量至少使來自所述高壓蒸汽蒸發器的高壓蒸汽過熱；以及 位于所述高壓蒸汽蒸發器的上游的至少一個中壓蒸汽過熱器，用以通過從所述熱煙氣 回收的熱量使中壓蒸汽過熱。10. 根據權利要求9所述的熱電聯產設備，其中，所述中壓蒸汽過熱器位于所述至少一 個高壓蒸汽過熱器的下游。11. 根據權利要求9或權利要求10所述的熱電聯產設備，其中，所述熱電聯產設備配置 成接收供給至所述中壓蒸汽過熱器的輸入中壓蒸汽。12. 根據權利要求9至11中的任一項所述的熱電聯產設備，其中，所述熱回收蒸汽發生 器包括位于所述高壓蒸汽蒸發器的下游的中壓蒸汽過熱器。13. 根據權利要求12所述的熱電聯產設備，所述熱電聯產設備配置成將所述輸入中壓 蒸汽給送至位于所述高壓蒸汽蒸發器的下游的中壓蒸汽過熱器，并且將來自位于所述高壓 蒸汽蒸發器的下游的中壓蒸汽過熱器的蒸汽的至少一部分給送至位于所述高壓蒸汽蒸發 器的上游的中壓蒸汽過熱器。14. 根據權利要求12或權利要求13所述的熱電聯產設備，所述熱電聯產設備配置成從 位于所述高壓蒸汽蒸發器的下游的中壓蒸汽過熱器輸出過熱的中壓蒸汽，并且/或者所述 熱電聯產設備包括至少一個中壓汽輪機，來自位于所述高壓蒸汽蒸發器的上游的所述中壓 蒸汽過熱器的過熱的中壓蒸汽被給送至所述中壓汽輪機。15. 根據權利要求9至14中的任一項所述的熱電聯產設備，所述熱電聯產設備包括與所 述高壓蒸汽過熱器并且與鍋爐給送水或冷凝水的供給源流動連通的急冷設施，所述急冷設 施配置成通過將鍋爐給送水或冷凝水注入所述高壓蒸汽過熱器內的高壓蒸汽或被給送至 高壓蒸汽過熱器的高壓蒸汽中而使所述高壓蒸汽急冷，以在所述高壓蒸汽過熱器中產生高 壓蒸汽，由此使從所述熱煙氣移除的熱量增加，并且因此降低位于所述高壓蒸汽過熱器的 下游的熱煙氣的溫度。16.根據權利要求9至15中的任一項所述的熱電聯產設備，所述熱電聯產設備包括位于 所述高壓蒸汽蒸發器的下游的用以產生低壓蒸汽的低壓(LP)蒸汽蒸發器，所述低壓蒸汽蒸 發器被設計成產生至少覆蓋從2巴（g)至18巴（g)的壓力范圍的蒸汽，并且所述低壓蒸汽蒸 發器設置有控制系統，所述控制系統能夠選擇性地設定成對所述低壓蒸汽蒸發器的壓力進 行控制，使得所述低壓蒸汽蒸發器產生從2巴（g)至18巴（g)的所述壓力范圍內的低壓蒸汽 或者中壓蒸汽。
【文檔編號】F22G5/12GK105980773SQ201480066949
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2014年10月31日
【發明人】弗蘭科·加斯帕里尼, 伊尼達·帕帕, 科爾內·韋爾格莫埃德
【申請人】沙索技術有限公司