CN101292075A - 蒸汽发电设备以及改造蒸汽发电设备的方法 - Google Patents

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Abstract

蒸汽发电设备(12)，具有至少一个用于提供压缩蒸汽的蒸汽加热器(14，22)、后接于蒸汽加热器的，布置在主驱动轴(20)上并构造成用高压和/或中压蒸汽运行的主汽轮机(18，24)以及接在蒸汽加热器(14，22)和主汽轮机(18，24)之间并布置在附加驱动轴(32)上的附加汽轮机(30，34)，按照本发明其特征在于，附加汽轮机(30，34)的运行转速比主汽轮机(18，24)的名义转速高出至少50％。

Description

蒸汽发电设备以及改造蒸汽发电设备的方法
本发明涉及一种蒸汽发电设备，它具有至少一个用于提供压缩蒸汽的蒸汽加热器、后接于蒸汽加热器的布置在主驱动轴上并构造成用高压和/或中压蒸汽运行的主汽轮机，以及连接在蒸汽过热器和主汽轮机之间并布置在附加驱动轴上的附加汽轮机。本发明还涉及一种对这种蒸汽发电设备进行改造的方法，这种发电设备具有用于提供压缩蒸汽的蒸汽加热器以及后接于蒸汽加热器的布置在主轴上并构造成用高压和/或中压蒸汽运行的主汽轮机。这方法包括了一种通过布置在附加驱动轴上的附加汽轮机对热电设备进行改造的步骤。上面所述的用高压和/或中压蒸汽运行的主汽轮机可以构造成单独的高压汽轮机、中压汽轮机或者成组合的高压/中压汽轮机。高压汽轮机一般构造成温度为520°-600℃，压力为120至300巴。中压汽轮机则相反，一般构造为热蒸汽温度520°-620℃，压力为30至60巴。蒸汽发电设备的蒸汽发生器可以利用各种不同的热源用于产生蒸气，尤其也可以利用燃气轮机的废气。因此蒸汽发电设备也可以是另一发电设备的一部分。
为了提高蒸汽发电设备的能力，在现有技术中常常调换汽轮机的叶片组用于提高内部效率。也常常通过降低安全性，也就是说一般通过提高压力液流和质量流量来提高能力。在另外一种在现有技术中众所周知的对蒸汽发电设备进行改造的方法里，在附加驱动轴上在蒸汽加热器和主汽轮机之间接有附加汽轮机。一般使主驱动轴与附加驱动轴机械地相互耦接用于驱动电的发电机。
本发明的任务在于：对开头所述类型的蒸汽发电设备以及对开头所述蒸汽发电设备进行改造的方法进行改进完善，以便能进一步提高蒸汽发电设备的能力和效率。
该任务按照本发明用一种属于此类的蒸汽发电设备来解决，在这蒸汽发电设备中，附加汽轮机的运行转速构造成比主汽轮机的名义转速高出至少50％。这任务此外还用一种属于此类的方法来解决，在此方法中附加汽轮机的运行转速比主汽轮机的名义转速高出至少50％。
通过按照本发明的解决方案可以大大提高尤其是构造成高压或中压汽轮机的附加汽轮机的蒸汽状态。附加汽轮机的比主汽轮机的名义转速高出至少50％的运行转速，可以实现附加汽轮机以具有增高温度和增高压力的蒸汽状态提高效率地运行。在相应高的运行转速时，可以以提高的效率使这种升高的蒸汽状态转变成机械功率。因此提高了附加汽轮机的输出功率。在通过附加汽轮机之后，蒸汽状态更为有利地具有一种主汽轮机通常具有的蒸汽状态。也就是说，除了由蒸汽发电设备在通过附加汽轮机改造之前所产生的功率外，还有由附加汽轮机所产生的功率供使用。
因为附加汽轮机布置在附加驱动轴上，因此不用多大费用就可以用附加汽轮机对已有的蒸汽发电设备进行改造。已有的蒸汽发电设备的主驱动轴不必为此进行改变。对于布置在附加驱动轴上的附加汽轮机来说只需要在蒸汽发电设备里找到合适的安装空间，并接着使离开蒸汽加热器的蒸汽质量流通过管路的相应匹配经过附加汽轮机引至主汽轮机。
在按照本发明的蒸汽发电设备的一种有利的实施方式中，附加汽轮机的运行转速为主汽轮机名义转速的两倍值。附加汽轮机的运行转速尤其达到80至120Hz，优选为100Hz。因为主汽轮机的名义转速为附加汽轮机运行转速的一半大小，因此在这种情况下主汽轮机的名义转速达40至60Hz，优选50Hz。
附加汽轮机更有利地构造成蒸汽温度为700至760℃。这就是说，蒸汽加热器构造成产生700至760℃的蒸汽温度。在附加汽轮机里的蒸汽更有效地在相应的膨胀时冷却到520℃-620℃并用这个温度继续被传送至主汽轮机。所述的蒸汽温度进一步提高了蒸汽发电设备的效率并且进一步改善了功率输出。
在一种适宜的实施方式中，附加驱动轴与高速发电机耦接。热电设备此外还具有电转速转换器，用于降低由高速发电机所产生的交流电压的频率。主发电机更有利地设于主驱动轴上。电转速转换器使与附加驱动轴耦接的高速发电机所产生的交流电压的频率降低到由主驱动轴所产生的交流电流的频率。此交流电流优选为通常的电网频率50Hz。由附加汽轮机所产生的交流电流因此可以不需要其它的转换消耗与由主发电机所产生的交流电流一起输入到电网里。
在一种备选的实施方式中附加驱动轴通过机械的转速转换器与主驱动轴耦接。机械的转速转换器尤其是将附加驱动轴的频率降低到主驱动轴的频率。由附加汽轮机所产生的机械能因此被转送至主驱动轴的轴系上。与主驱动轴相连的电的主发电机因此也将这由附加汽轮机所产生的机械能转换成电能。因此不必提供附加的发电机。
蒸气加热器更为有利地构造成新蒸汽发生器，它尤其是具有蒸汽锅炉。在新蒸汽发生器里可以有效地产生上述那样的高蒸汽状态。蒸汽加热器备选地构造成中间过热器。用中间过热器可以将已经流过第一汽轮机的蒸汽进行准备用于输送至按照本发明的附加汽轮机。尤其是新蒸汽发生器的蒸汽加热器或者中间过热器更为有利地相比于传统的蒸汽加热器或中间过热器具有附加的过热器面。
特别有利地是组合使用这样的新蒸汽过热器和中间过热器。
为了使蒸汽能够以尽可能高的温度输送给附加汽轮机，有利的是将附加汽轮机靠近蒸汽加热器布置，尤其是在蒸汽加热器的蒸汽锅炉上。这种布置尤其适宜于将超临界的蒸汽状态输送给附加汽轮机。此外更有利地将新蒸汽发生器管路和中间过热器管路的各自的长度减小到最小尺寸。其余的管路可以按传统方法构造。
在一种除此之外适宜的实施方式中，给主驱动汽轮机相互紧随地后接有中间过热器、另一附加汽轮机和另一主汽轮机，它们尤其是分别构造为中压汽轮机，其中所述另一附加汽轮机布置在附加驱动轴上，而所述另一主汽轮机布置在主驱动轴上。采用这种布置可以进一步提高蒸汽发电设备的功率和效率。离开第一主汽轮机的膨胀的蒸汽通过中间过热器又被加热到高的蒸汽状态，其温度优选为大约720℃。在流过第二附加汽轮机时给附加驱动轴输入了另外的功率，这提高了耦接在其上的发电机的电输出功率。更为有利地在主驱动轴上也有低压汽轮机。
在按照本发明的方法的一种有利实施方式中，蒸汽加热器配备有附加的过热器面。尤其是在一种构造成蒸汽加热器的蒸汽发生器上进行这种通过附加的过热器面进行的改造。这样改造的蒸汽加热器因此可以产生更高的蒸汽状态。这又可以使配备有附加汽轮机的蒸汽发电设备实现更好的运行。
在按照本发明的方法的另外一种有利实施方式中，附加汽轮机的名义转速为主汽轮机名义转速的两倍数值，尤其是80至120Hz，优选为100Hz。此外附加汽轮机适宜地构造成蒸汽温度为700至760℃。除此之外蒸汽发电设备更为有利地还改造配备有高速发电机以及电转速转换器，高速发电机耦接在附加驱动轴上，并且电转速转换器耦接在高速发电机上，用于降低由高速发电机所产生的交流电压的频率。此外更适宜地使蒸汽发电设备改造配备有机械的转速转换器，并使附加驱动轴与主驱动轴通过该机械转速转换器耦接。在另外一种有利的实施方式中将附加汽轮机靠近蒸汽加热器布置，尤其是布置在蒸汽加热器的蒸汽锅炉上。在一种除此之外适宜的实施方式中，另一附加汽轮机后接于蒸汽发电设备的中间过热器，并另一主汽轮机后接于上述另一附加汽轮机。所述另一主汽轮机和另一附加汽轮机分别构造成中压汽轮机，其中所述另一附加汽轮机布置在附加驱动轴上，而所述另一主汽轮机布置在主驱动轴上。关于按照本发明的蒸汽发电设备的有利实施方式的上述优点也涉及到用于对蒸汽发电设备进行改造按照本发明的方法的相应有利的实施方式。
根据所附的示意附图，对按照本发明的蒸汽发电设备的实施例以及按照本发明的用于对蒸汽发电设备进行改造的方法的实施例进行详细说明。附图所示为：
图1：在按照本发明的改造之前的蒸汽发电设备示意图；
图2：按照本发明的经过改造的蒸汽发电设备示意图。
图1表示了在按照本发明改造之前的一种传统的蒸汽发电设备，而图2则表示了一种按照本发明经改造的蒸汽发电设备12或相应新建的蒸汽发电设备12。按照图1的蒸汽发电设备10配置有用作蒸汽加热器的新蒸汽发生器14。输送给新蒸汽发生器14的或者是低温的蒸汽或者是液体，它们被新蒸汽发生器14转化成高压的高温的蒸汽并因此转化成高蒸汽状态的蒸汽。然后使蒸汽经过蒸汽管路16输送给构造成高压汽轮机的第一主汽轮机18，在此主汽轮机18中蒸汽发生膨胀从而驱动了与第一主汽轮机18连接的主驱动轴20。
膨胀的并因此冷却的蒸汽接着被输给中间过热器22，在其中进行了蒸汽的再一次加热。接着通过另一个蒸汽管路16将蒸汽输给构造成中压汽轮机的第二主汽轮机24。接着蒸汽再一次地膨胀并将附加的转矩传递到主汽轮机驱动轴20上。蒸汽在离开第二主汽轮机24后被输入给低压汽轮机26，在该低压汽轮机26里蒸汽继续发生膨胀进一步将转矩传递至主驱动轴20上。连接于主驱动轴20的是电的主发电机28，借助于该主发电机28将主驱动轴20的机械能换化成电能。
在按图1所示蒸汽发电设备中所应用的高压汽轮机、中压汽轮机以及低压汽轮机构造成对于这种汽轮机来说通常用的蒸汽状态。高压汽轮机一般构造到温度为520°-600℃，压力为120至300巴。中压汽轮机一般构造用于同样也是520-620℃的热蒸汽，其压力为30至60巴。低压汽轮机一般构造到4至10巴的压力。
图2表示了按照本发明的用于提高蒸汽发电设备的功率和效率的改造之后的一种蒸汽发电设备。这些与图1所示蒸汽发电设备10的相应元件一致的蒸汽发电设备12的元件采用相同的标号。关于其功能可以参见对图1的说明。蒸汽发电设备12相比于蒸汽发电设备10来说首先配备了后接于新蒸汽发生器14的附加蒸汽加热器14’，用于将新蒸汽附加地加热到大约700℃。附加蒸汽加热器14’的功能也可以集成在新蒸汽发生器14里。因此可以使蒸汽发生器14例如配置有用于较高蒸汽状态的附加的过热器面，或在重新制造图2所示蒸汽发电设备时从开始起就按较高的蒸汽状态构造。此外蒸汽发电设备12配备或改造装备了一种布置在附加驱动轴32上的第一附加汽轮机30。第一附加汽轮机30构造成用于接收700℃热蒸汽的高压汽轮机。在第一附加汽轮机30里，温度为大约700℃的输入的新蒸汽发生膨胀并冷却到560℃至620℃。第一附加汽轮机30通过附加驱动轴32驱动电的附加发电机36。然后通蒸汽管路16将膨胀了的蒸汽引入第一主汽轮机18里。在第一主汽轮机18里经过相应膨胀之后将蒸汽输送给中间过热器22以及后置的附加中间过热器22’。正如关于新蒸汽发生器14和附加蒸汽加热器14’所述那样，附加中间过热器22’从功能上也可以集成在中间过热器22里。这也可以在这里用中间过热器22里的附加的过热器面来实现。
在经过附加中间过热器22’之后蒸汽的温度大约为720℃并接着被引入第二附加汽轮机34里，此汽轮机构造成中压汽轮机并按蒸汽温度超过720℃来构造。第二附加汽轮机34同样也布置在附加驱动轴32上。根据具有主驱动轴20和附加驱动轴32的蒸汽发电设备12的这种多个驱动轴的结构也称为多轴配置。第二附加汽轮机34将另外的转矩作用到附加驱动轴32上。
第一附加汽轮机30和第二附加汽轮机34构造成这样的转速，该转速为主汽轮机18、24和26的名义转速的两倍大小。附加驱动轴32用100Hz频率被驱动，相比之下主驱动轴20的驱动频率为50Hz。在图2所示的蒸汽发电设备12的实施方式中，附加发电机36与主发电机28通过在附图中未示出的电转速转换器相耦接。在另外未在图中示出的实施方式里也可以借助于机械的转速转换器(变速器)使附加驱动轴32和主驱动轴20耦接。在这种情况下只需要一个发电机用于将机械能转化成电流。

Claims (16)

1.蒸汽发电设备(12)，具有至少一个用于提供压缩蒸汽的蒸汽加热器(14，14’，22，22’)、后接于蒸汽加热器的、布置在主驱动轴(20)上并构造成用高压和/或中压蒸汽运行的主汽轮机(18，24)以及接在蒸汽加热器(14，14’，22，22’)和主汽轮机(18，24)之间的并布置在附加驱动轴(32)上的附加汽轮机(30，34)，其特征在于，附加汽轮机(30，34)的运行转速比主汽轮机(18，24)的名义转速高出至少50％。
2.按权利要求1所述的蒸汽发电设备，其特征在于，附加汽轮机(30，34)的运行转速为主汽轮机(18，24)的名义转速的两倍值，尤其达到80至120Hz，优选为100Hz。
3.按权利要求1或2所述的蒸汽发电设备，其特征在于，附加汽轮机(30，34)的蒸汽温度构造为700至760℃。
4.按上述权利要求之一所述的蒸汽发电设备，其特征在于，附加驱动轴(32)与高速发电机(36)耦接，并且蒸汽发电设备(12)具有电转速转换器，用于降低由高速发电机(36)所产生的交流电压的频率。
5.按权利要求1至3中之一所述的蒸汽发电设备，其特征在于，附加驱动轴(32)通过机械的转速转换器与主驱动轴(20)耦接。
6.按上述权利要求之一所述的蒸汽发电设备，其特征在于，蒸汽加热器(14，14’，22，22’)构造成新蒸汽发生器(14，14’)，它尤其具有蒸汽锅炉。
7.按上述权利要求之一所述的蒸汽发电设备，其特征在于，附加汽轮机(30，34)靠近蒸汽加热器(14，14’，22，22’)布置，尤其布置在蒸汽加热器(14，14’，22，22’)的蒸汽锅炉上。
8.按上述权利要求之一所述的蒸汽发电设备，其特征在于，在主汽轮机(18)后相继地接有中间过热器(22，22’)、另一附加汽轮机(34)和另一主汽轮机(24)，它们尤其是分别构造成中压汽轮机，其中所述另一附加汽轮机(34)布置在附加驱动轴(32)上，而所述另一主汽轮机(24)布置在主驱动轴(20)上。
9.用于对蒸汽发电设备(10)进行改造的方法，该蒸汽发电设备具有至少一个用于提供压缩蒸汽的蒸汽加热器(14，22)以及后接于蒸汽加热器(14，22)的、布置在主驱动轴(20)上并通过高压和/或中压蒸汽来运行的主汽轮机(18，24)，所述方法具有通过布置在附加驱动轴(32)上的附加汽轮机(30，34)改造蒸汽发电设备(10)的步骤，其中附加汽轮机(30，34)在此连接在蒸汽加热器(14，22)和主汽轮机(18，24)之间，其特征在于，附加汽轮机(30，34)的运行转速比主汽轮机(18，24)的名义转速高出至少50％。
10.按权利要求9所述的方法，其特征在于，附加汽轮机(30，34)的运行转速是主汽轮机(18，24)的名义转速的两倍值，尤其达到80至120Hz，优选为100Hz。
11.按权利要求9或10所述的方法，其特征在于通过附加的过热器面(14’，22’)对蒸汽发电设备(14，22)改造的步骤。
12.按权利要求9至11中之一所述的方法，其特征在于，附加汽轮机(30，34)的蒸汽温度构造为700至760℃。
13.按权利要求9至12中之一所述的方法，其特征在于，通过高速发电机(36)以及电转速转换器对蒸汽发电设备(10)进行改造；高速发电机(36)耦接在附加驱动轴(32)上；电转速转换器耦接在高速发电机(36)上，用于降低由高速发电机(36)所产生的交流电压的频率。
14.按权利要求9至13中之一所述的方法，其特征在于，用机械的转速转换器对蒸汽发电设备(10)进行改造，并且使附加驱动轴(32)通过机械的转速转换器与主驱动轴(20)耦接。
15.按权利要求9至14中之一所述的方法，其特征在于，附加汽轮机(30，34)靠近蒸汽加热器(14，22)布置，尤其布置在蒸汽加热器(14，22)的蒸汽锅炉上。
16.按权利要求9至15中之一所述的方法，其特征在于，在蒸汽发电设备的中间过热器(22)之后接入有另一附加汽轮机(34)和后接于该附加汽轮机的另一主汽轮机(24)，它们尤其是分别构造成中压汽轮机，其中所述另一附加汽轮机(34)布置在附加驱动轴(32)上，而所述另一主汽轮机(24)布置在主驱动轴(20)上。
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