CN101163869A

CN101163869A - 气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除机构及方法

Info

Publication number: CN101163869A
Application number: CN200680013285.6A
Authority: CN
Inventors: 真崎守彦
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 2005-12-07
Filing date: 2006-11-30
Publication date: 2008-04-16
Anticipated expiration: 2026-11-30
Also published as: DE112006002967T5; JP4738158B2; US20090077979A1; CN101163869B; JP2007154803A; DE112006002967B4; WO2007066569A1

Abstract

用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除机构和残留蒸汽去除方法。燃烧器(10)装备有蒸汽冷却配管(11)。使蒸汽按如下路径流动以用蒸汽冷却燃烧器(10)：蒸汽供应配管(20)→蒸汽冷却配管(11)→蒸汽排出配管(70)。在气体涡轮停止时，关闭阀(V73、V71、V51等)以构造由配管(20、11、70)构成的密闭的配管管路。然后，打开阀(V71)，用于通过冷凝器(90)排空。然后，关闭阀(V71)，并打开阀(V51)以将氮气充入到配管(20、11、70)内。然后，关闭阀(V51)。通过该过程，蒸汽冷却配管(11)内的残留蒸汽能够被可靠地去除并被氮气置换。因此，在气体涡轮停止期间，能可靠并迅速地去除残留蒸汽。

Description

气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除机构及方法

技术领域

本发明涉及用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除机构和残留蒸汽去除方法。

背景技术

在联合循环电厂中，通过废热锅炉回收从气体涡轮排出的高温、高压排气的能量。通过回收的热产生高温、高压蒸汽，并通过该蒸汽使蒸汽涡轮旋转。

迄今为止，对气体涡轮的燃烧器的冷却是利用空气进行的。即，采用了由气体涡轮的压缩机压缩的空气的一部分作为用于冷却燃烧器的冷却介质。

然而，近年来，已经采用具有比空气大的热容量和高的冷却能力的蒸汽替代空气作用于燃烧器的冷却介质。具体而言，从废热锅炉的中压筒提取蒸汽，并将该蒸汽引导至燃烧器，从而进行冷却。

通过如上所述使用蒸汽来替代空气作为用于燃烧器的冷却介质，能利用由压缩机压缩的所有空气来用于燃烧。因此，能提高气体涡轮的入口温度，从而导致效率提高。

如果如上所述采用蒸汽作为用于燃烧器的冷却介质，则在气体涡轮停止时，必须将残留在用于冷却燃烧器的蒸汽冷却管路中的蒸汽排出到外部，以防止冷凝物残留在蒸汽冷却管路中，或防止由于冷凝物而生锈。

因此，在气体涡轮已经停止时，通常的做法是使控制空气(或室内空气)连续地流动通过蒸汽冷却管路，从而排出残留在内部的蒸汽。

现在将参照图2描述用蒸汽冷却气体涡轮的燃烧器的传统蒸汽冷却管路、以及传统的残留蒸汽排出方法。

气体涡轮的燃烧器10的尾管装备有用于冷却该尾管的蒸汽冷却配管11。在图2中，示意地画出了蒸汽冷却配管11，但是，实际上，蒸汽冷却配管11由大量分支的配管组构成，且该配管包括薄部以及锐弯部。

插入有阀V12的排水配管12连接至蒸汽冷却配管11。

蒸汽供应配管20的前端连接至蒸汽冷却配管11的入口部分(在图2中，为部分a)。插入有阀V21的排水配管21、以及插入有阀V22的排水配管22连接至蒸汽供应配管20的中途部分(在图2中，为部分b和c)。

此外，辅助蒸汽配管30、主蒸汽配管40、以及气体配管50连接至蒸汽供应配管20的基端部分(在图2中，为部分d、e和f)。

插入有阀V31的排水配管31连接至辅助蒸汽配管30的中途部分。在辅助蒸汽配管30内插入阀V32、V33和V34。辅助蒸汽配管30供应有来自辅助蒸汽源(未示出)的蒸汽。

插入有阀V41的排水配管41连接至主蒸汽配管40的中途部分。在主蒸汽配管40内插入阀V42。主蒸汽配管40供应有来自废热锅炉60的中压筒的蒸汽。

在气体配管50内插入阀V51和止回阀V52。通过打开阀V51而将来自控制空气源(室内空气源；未示出)的空气供应给气体配管50。

蒸汽排出配管70的基端连接至蒸汽冷却配管11的出口部分(在图2中，为部分g)。插入有阀V71的排水配管71以及插入有阀V72的排水配管(起动释放管路)72连接至蒸汽排出配管70的中途部分。而且，穿过蒸汽排出配管70在中途设置阀V73和阀V74。

在打开阀V71时，排水配管71变为通向大气。在打开阀V72时，排水配管(起动释放管路)72连接至冷凝器90。在打开阀V74时，蒸汽排出配管70连接至蒸汽涡轮。

接着将对当通过具有上述特征的传统蒸汽冷却管路用蒸汽冷却燃烧器10的尾管时的操作状态给出说明。此时，使分别插入在排水配管12、21、22、31、41、71和72中的阀V12、V21、V22、V31、V41、V71和V72关闭。

在起动时，打开插入在蒸汽供应配管30内的阀V32、V33和V34，同时关闭插入在主蒸汽配管40内的阀V42，从而将来自辅助蒸汽源(未示出)的蒸汽供应到蒸汽供应配管20内。

这样，从辅助蒸汽源供给、通过辅助蒸汽配管30、并供应到蒸汽供应配管20的蒸汽按以下路径即蒸汽供应配管20→蒸汽冷却配管11→蒸汽排出配管70流动，通过阀V74，并被供给至蒸汽涡轮，如图2中的虚线箭头所示。

如上所述，蒸汽流动通过设置在燃烧器10的尾管内的蒸汽冷却配管11，从而能进行对燃烧器10的尾管的冷却。

当在废热锅炉60内产生的蒸汽已经超过预定压力和预定温度时，将来自废热锅炉60的中压筒的蒸汽供应到蒸汽供应配管20。为此，打开插入在主蒸汽配管40内的阀V42，并关闭插入在蒸汽供应配管30内的阀V32、V33和V34。

这样，从废热锅炉60的中压筒供给、通过主蒸汽配管40、并供应到蒸汽供应配管20的蒸汽按以下路径即蒸汽供应配管20→蒸汽冷却配管11→蒸汽排出配管70流动，通过阀V74，并被供给至蒸汽涡轮，如图2中的虚线箭头所示。

接着将对当使气体涡轮停止并进行吹扫使得没有冷凝物残留在蒸汽冷却配管11中时进行的动作给出说明。

此时，关闭分别插入在排水配管12、21、22、31、41和72中的阀V12、V21、V22、V31、V41、和V72，同时打开插入在排水配管71内的阀V71。

此外，关闭插入在辅助蒸汽配管30内的阀V34，关闭插入在主蒸汽配管40内的阀V42，且关闭插入在蒸汽排出配管70内的阀V73。

此外，打开插入在气体配管50内的阀V51，以从控制空气源(室内空气源)对气体配管50供应空气。

这样，从控制空气源供给、通过气体配管50、并供应到蒸汽供应配管20的空气按以下路径即蒸汽供应配管20→蒸汽冷却配管11→蒸汽排出配管70流动，进一步通过排出配管71，并被排出到大气中，如图2中的双点划线箭头所示。在此情况下，空气持续流动(例如30分钟左右)。

这样，空气持续流动通过设置在燃烧器10内的蒸汽冷却配管11，从而推出(吹扫)残留在设置于燃烧器10中的蒸汽冷却配管11内的蒸汽。本发明已经被防止冷凝物残留在蒸汽冷却配管11中，即，已经被防止由于残留冷凝物而生锈。

专利文件1：日本专利特开No.2002-147205

专利文件2：日本专利特开No.2003-293707

发明内容

本发明要解决的问题

通过以上传统技术，在进行吹扫时空气持续流动(例如30分钟)，从而需要大量的控制空气。采用控制空气作为电厂内的各种动作的源。因为控制空气用于吹扫，从而对其它采用控制空气源作为操作源的设备的动作施加了负担。因此，已经需要充分大地增加控制空气源的容量。

此外，空气持续流动，但是难以在蒸汽冷却配管11的薄部和锐弯部中流动。这已经引起这些部分内的残留蒸汽不能完全被推出的担心。

如果空气和蒸汽停留在蒸汽冷却配管11中，且冷凝物在其中累积，则由于作为风险因素的锈而引起的危险增加。锈可引起尾管的冷却蒸汽翅片的堵塞。因此，这一情况带来严重的问题。

此外，采用空气作为用于排出蒸汽(吹扫气体)的气体。然而，已经担心空气趋于与冷凝物反应从而引起生锈。

近来，通行的做法是通过不仅将蒸汽冷却配管布置在气体涡轮的燃烧器内，而且还布置在燃烧涡轮的叶片中来进行冷却。

在气体涡轮的叶片中设置蒸汽冷却配管已经带来与在燃烧器内设置蒸汽冷却配管时相同的问题。

已经鉴于上述传统技术而实现本发明。本发明的目的在于提供用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除机构和残留蒸汽去除方法，其与传统相比能通过较少量的气体(空气或氮气)吹扫残留在设置于气体涡轮的待冷却构件(即，燃烧器或叶片)中的蒸汽冷却配管内的蒸汽，并能在短时间内执行这一吹扫。

解决问题的手段

用于解决上述问题的根据本发明的用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除机构为一种用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除机构，该残留蒸汽去除机构包括：

该蒸汽冷却配管，蒸汽冷却配管设置在联合循环电厂的该气体涡轮的待冷却构件中；

蒸汽供应配管，该蒸汽供应配管连接至蒸汽冷却配管的入口部分，用于对蒸汽冷却配管供应蒸汽；

蒸汽排出配管，该蒸汽排出配管连接至所述蒸汽冷却配管的出口部分，用于排出已通过所述蒸汽冷却配管的蒸汽，所述蒸汽排出配管具有在其内中途插入的阀；

气体配管，该气体配管的基端连接至气体源，该气体配管的前端连接至蒸汽供应配管，该气体配管还具有在其内中途插入的阀，

排水配管，该排水配管的基端连接至位于蒸汽排出配管的连接至蒸汽冷却配管的部分与插入蒸汽排出配管内的所述阀之间的位置，排水配管的前端连接至冷凝器，且该排水配管还具有在其内中途插入的阀；

各种配管，所述各种配管具有插入其内的阀，且连接至蒸汽供应配管或蒸汽冷却配管；以及

控制部分，该控制部分用于执行所述阀的打开和关闭控制，而且

其中所述控制部分以如下的方式执行所述打开和关闭控制，即，

首先关闭在蒸汽排出配管内插入的阀、在气体配管内插入的阀、在排水配管内插入的阀、以及在所述各种配管内插入的阀，

然后打开并随后再次关闭在所述排水配管内插入的所述阀，而且

然后打开并随后再次关闭在所述气体配管内插入的所述阀。

根据本发明的用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除方法是一种用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除方法，该残留蒸汽去除方法包括以下步骤：

通过关闭在配管管路中插入的阀、以及在连接至该配管管路的配管中插入的阀而将配管管路转换为密闭的配管管路，配管管路包括设置在联合循环电厂的该气体涡轮的待冷却构件中的该蒸汽冷却配管、用于对蒸汽冷却配管供应蒸汽的蒸汽供应配管、以及用于排出已经通过蒸汽冷却配管的蒸汽的蒸汽排出配管；

将所述密闭的配管管路连接至冷凝器，以排空构成所述密闭的配管管路的蒸汽冷却配管、蒸汽供应配管、以及蒸汽排出配管的内部空间，并在排空后切断与该冷凝器的连接，以使蒸汽冷却配管、蒸汽供应配管、和蒸汽排出配管恢复为所述密闭的配管管路；以及

将气体填充到蒸汽冷却配管、蒸汽供应配管、和蒸汽排出配管的已排空内部空间中。

本发明的特征还在于

从所述气体源供应的气体为氮气，或者

从所述气体源供应的气体为空气，或者

待冷却的构件为气体涡轮的燃烧器，或者

待冷却的构件为气体涡轮的叶片。

发明效果

根据本发明，在进行吹扫时，实现所述阀的打开和关闭控制，从而将蒸汽冷却配管、蒸汽供应配管、以及蒸汽排出配管转换为密闭的配管管路。该密闭的配管管路连接至处于真空状态的冷凝器，从而被排空。这样，能在短时间内可靠地将残留蒸汽去除到外部。

所述密闭的配管管路供应有氮气或空气，从而氮气(或空气)能被充入作为残留蒸汽的替代。这样，能可靠地去除蒸汽，且与传统技术中相比，能减少供应的氮气(或空气)的量。

附图的简单说明

图1为示出了根据本发明实施例1的用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除机构的结构图。

图2为示出了根据传统技术的用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除机构的结构图。

附图标记的说明

10 燃烧器

11 蒸汽冷却配管

20 蒸汽供应配管

30 辅助蒸汽配管

40 主蒸汽配管

50 气体配管

60 废热锅炉

70 蒸汽排出配管

80 氮气源

90 冷凝器

100 控制部分

实施本发明的最佳模式

现在将基于附图详细描述实施本发明的最佳模式。

实施例1

图1示出了根据实施例1的机构，该机构用于去除残留在设置于气体涡轮的燃烧器内的蒸汽冷却配管中的蒸汽。

本实施例基于联合循环电厂，并已经应用于配备有气体涡轮、蒸汽涡轮、废热锅炉、和冷凝器的电厂。

如附图所示，排水配管71的前端连接至冷凝器90。冷凝器90经受气液体积变化，蒸汽通过该气液体积变化而冷凝，且冷凝器90还被真空泵(未示出)排空。这样，冷凝器90的内部空间处于高度真空。

排水配管71的基端连接至位于蒸汽排出配管70的基端(在图1中，为部分g)和插入阀V73的部位中间的部分上。

顺便提及，根据图2所示的传统技术，排水配管71的前端已经对大气开放。

氮气源80连接至气体配管50的基端，而气体配管50的前端连接至蒸汽供应配管20的基端。

而且，设置控制部分100用于通过顺序控制执行图1中所示阀的打开和关闭。

其它部分的特征与图2中所示的传统技术中的相同。因此，相同的部分被指定相同的附图标记，从而省略重复说明。

此外，用于使蒸汽通过设置在燃烧器10的尾管中的蒸汽冷却配管11从而对燃烧器10的尾管进行冷却的过程也与传统的过程相同。因而省略其说明。

接着将对在使气体涡轮停止并进行吹扫使得在蒸汽冷却配管11中不会残留冷凝物时执行的动作给出说明。这些动作是通过控制阀打开和关闭而进行的，而对阀的该打开和关闭控制是通过控制部分100的控制实行的。控制部分100按照下述方式对阀执行打开和关闭控制，以进行吹扫：

(1)首先，关闭蒸汽供应配管20、蒸汽冷却配管11、以及位于蒸汽排出配管70的基端侧上的配管部分(在图1中为在部分g和插入阀V73的部位之间的配管部分)，以构成密闭的配管管路。

具体而言，关闭图1中填黑的阀。即，

(a)关闭插入在连接至蒸汽冷却配管11的排水配管12中的阀V12，

(b)关闭插入在连接至蒸汽供应配管20的配管21、22、30、40、41和50中的阀V21、V22、V34、V42、V41和V51，并且

(c)关闭插入在蒸汽排出配管70中的阀V73，而且关闭插入在连接至蒸汽排出配管70的排水配管71中的阀V71。

(2)然后，打开关闭了的阀V71。通过该运动，残留在构成密闭的配管管路的蒸汽供应配管20、蒸汽冷却配管11、和位于蒸汽排出配管70的基端侧上的配管部分中的蒸汽通过冷凝器90而被排空。结果，使得蒸汽供应配管20的内部空间、蒸汽冷却配管11的内部空间、和位于蒸汽排出配管70的基端侧上的配管部分的内部空间进入真空状态，从而可靠地从它们排出蒸汽。由于这种排空，能在短时间内可靠地进行残留蒸汽的排出。

在通过以上方式排空密闭配管管路(配管10、20的内部空间、以及位于配管70的基端侧的内部空间)从而产生真空之后，关闭阀V71。

(3)然后，使插入在气体配管50中的阀V51从关闭状态变化为打开状态。通过该运动，氮气从氮气源80流出，通过气体配管50，并被供应到(充入到)蒸汽供应配管20的内部空间、蒸汽冷却配管11的内部空间、以及位于蒸汽排出配管70的基端侧上的配管部分的内部空间。当配管20、11和70内部的氮气压力达到预定压力(例如，0.05MPa)时，关闭阀V51，以停止氮气的供应。在氮气填充配管20、11和70的内部从而达到该预定压力时，可停止氮气的供应。这样，氮气的供应时间短(例如，几分钟)，且与传统技术中的空气供应量相比，氮气供应量可非常小。

如以上所指出的那样，在设置于燃烧器10内的蒸汽冷却配管11的内部空间、蒸汽供应配管20的内部空间、以及位于蒸汽排出配管70的基端侧上的内部空间中残留的蒸汽被完全去除(排空)，然后供给氮气作为置换。结果，没有在蒸汽冷却配管11中残留冷凝物的风险。而且，用氮气置换能可靠地防止生锈。

而且，能在短时间内进行残留蒸汽的去除，且能在短时间内进行充入氮气。因而，用于吹扫的操作时间短。

此外，在进行以上处理(1)至(3)之后，可再次执行处理(2)和(3)以排空最初充入的氮气，且在该排空之后，再次充入氮气。通过这一过程，能更可靠地执行残留蒸汽的排出、防止冷凝物形成、和防止生锈。

实施例2

在图1所示的实施例1中，氮气源80连接至气体配管50的基端。然而，可以将控制空气源连接至气体配管50的基端。在通过使用冷凝器90排空密闭的配管管路(配管10、20的内部空间、以及配管70的基端侧上的内部空间)从而产生真空之后，可从控制空气源供应空气，并可将空气充入密闭的配管管路内。

如果进行这种过程，则供应(充入)与密闭的配管管路的容量相对应的量的控制空气就足够了。因此，所采用的空气量与传统技术中的空气量相比极小。

实施例3

根据上述传统技术，蒸汽冷却配管设置在燃烧器内。即使蒸汽冷却配管设置在气体涡轮的叶片中，也能够应用本发明。

Claims

1.一种用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除机构，包括：

然后打开并随后再次关闭在所述气体配管内插入的所述阀。

2.根据权利要求1所述的用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除机构，其特征在于所述气体源为用于供应氮气的氮气源。

3.根据权利要求1所述的用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除机构，其特征在于所述气体源为用于供应空气的空气源。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除机构，其特征在于待冷却的所述构件为所述气体涡轮的燃烧器。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除机构，其特征在于待冷却的所述构件为所述气体涡轮的叶片。

6.一种用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除方法，包括以下步骤：

7.根据权利要求6所述的用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除方法，其特征在于所述气体为氮气。

8.根据权利要求7所述的用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除方法，其特征在于所述气体为空气。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除方法，其特征在于待冷却的所述构件为所述气体涡轮的燃烧器。

10.根据权利要求6至8中任一项所述的用于气体涡轮的蒸汽冷却配管的残留蒸汽去除方法，其特征在于待冷却的所述构件为所述气体涡轮的叶片。