CN101660433A - 用于联合循环发电设备的热回收蒸汽锅炉 - Google Patents

用于联合循环发电设备的热回收蒸汽锅炉 Download PDF

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Abstract

联合循环发电设备(2)包括燃气涡轮机系统(4)，该燃气涡轮机系统(4)包括压缩机(17)和从处于第一温度的气体取出功的燃气涡轮机(9)。联合循环发电设备(2)还包括蒸汽涡轮机系统(6)，该蒸汽涡轮机系统(6)包括至少一个从处于第二温度的气体取出功的蒸汽涡轮机(40，50，64)。联合循环发电设备(2)还包括具有流体通过地连接到燃气涡轮机(9)的主外壳(94)的热回收蒸汽锅炉(90)。热回收蒸汽锅炉(90)包括在主外壳(94)内延伸且与处于第一温度的气体流动传递的多个热管(110，115)。多个热管(110，115)还与处于第二温度的气体流动传递。多个热管(110，115)从处于第一温度的气体吸收热并且将热传递到处于第二温度的气体中以形成处于第三温度的气体。

Description

用于联合循环发电设备的热回收蒸汽锅炉
技术领域
本发明的示范实施例涉及联合循环发电设备(combined cyclepower plant)的领域，并且更加具体地，涉及用于联合循环发电设备的热回收蒸汽锅炉。
背景技术
常规的联合循环发电设备使用操作联接于蒸汽涡轮机系统的燃气涡轮机系统。该燃气涡轮机系统包括联接于燃气涡轮机的压缩机。该蒸汽涡轮机系统包括操作联接于中压(IP)涡轮机部分的高压(HP)涡轮机部分，中压(IP)涡轮机部分依次联接于低压(LP)涡轮机。通常，该HP、IP和LP涡轮机用于驱动发电机。在典型的联合循环发电设备中，来自燃气涡轮机的排出气体被传送到热回收蒸汽锅炉(HRSG)。对于高性能联合循环发电设备该HRSG包括与三个蒸汽涡轮机气压例如HP、IP和LP对应的三个不同气压的加热器。该HRSG还接收来自从HP蒸汽涡轮机传送的HP蒸汽涡轮机排气的低能量蒸汽。为了提高的效率，该低能量蒸汽用于再加热不同气压加热器中的蒸汽。然后再加热的蒸汽被传送回以向蒸汽涡轮机的较低气压级提供动力。
常规的HRSG系统使用水和/或蒸汽流动通过其的翅片管(finnedpipe)。翅片管暴露于来自燃气涡轮机的热排出气体。流动越过翅片管的热排出气体升高水/蒸汽的温度以形成高能量蒸汽。高能量蒸汽用于向蒸汽涡轮机提供动力以提高联合循环发电设备的效率。水和/或蒸汽流动通过翅片管产生显著的压降。压降引起设计约束，其影响再加热的蒸汽可以被引回进入蒸汽涡轮机的多少。
发明内容
根据本发明的一个示范实施例，联合循环发电设备包括燃气涡轮机系统，其包括压缩机和从处于第一温度的气体取出功的燃气涡轮机。联合循环发电设备还包括蒸汽涡轮机系统，其包括至少一个从处于第二温度的气体取出功的蒸汽涡轮机。联合循环发电设备还包括具有流体通过地连接到燃气涡轮机的主外壳的热回收蒸汽锅炉。热回收蒸汽锅炉包括多个热管，其的至少一部分在主外壳内延伸且与处于第一温度的气体流动传递。多个热管还与处于第二温度的气体流动传递。利用这个设置，多个热管从处于第一温度的气体吸收热并且将热传递到处于第二温度的气体中以形成处于第三温度的气体。
根据本发明的另一个示范实施例，处理在联合循环发电设备中的气体的方法包括：传送来自燃气涡轮机的处于第一温度的气体进入热回收蒸汽锅炉。处于第一温度的气体流动越过设置在热回收蒸汽锅炉内的多个热管的第一端部分。多个热管从处于第一温度的气体吸收热。热从多个热管的第一端部分流向该多个热管的第二端部分。处于第二温度的气体越过多个热管的第二端部分。热从多个热管的第二端部分传递到处于第二温度的气体中以形成处于第三温度的气体。
根据本发明的再另一个示范实施例，热回收蒸汽锅炉包括主外壳和多个热管，其的至少一部分在主外壳内延伸。多个热管从处于第一温度的气体吸收热并且将热传递到处于第二温度的气体中以形成处于第三温度的气体。
附图说明
图1是根据本发明的示范实施例构建的包括热回收蒸汽锅炉的联合循环发电设备的示意图。
部件列表
2  联合循环发电设备    78  轴
4     燃气涡轮机系统  90     热回收蒸汽锅炉(HRSG)
6     蒸汽涡轮机系统  94     主外壳
9     涡轮机          97     入口
12    入口部分(9)     100    出口
14    出口部分(9)     106    热室
17    压缩机          110    第一多个热管
19    轴              115    第二多个热管
22    入口部分(17)    119    第一端部分
24    出口部分(17)    122    第二端部分
27    燃烧器          129    第一再加热构件
30    进入空气        133    主体
40    高压涡轮机部分  136    入口构件
42    轴              137    蒸汽管道
45    入口部分(40)    138    出口构件
47    出口部分(40)    140    内部腔
50    中压涡轮机部分  154    第一端部分
54    轴              156    第二端部分
56    入口部分(50)    160    第二再加热构件
58    出口部分(50)    164    风扇
64    低压涡轮机部分  167    入口构件
66    轴              169    出口构件
68    入口部分        171    内部腔
70    出口部分        178    蒸汽管道
75    发电机
具体实施方式
参考图1，根据本发明的示范实施例构建的联合循环发电设备在2处大体上显示。发电设备2包括操作连接到蒸汽涡轮机系统6的燃气涡轮机系统4。如示出的，燃气涡轮机系统4包括具有入口部分12和出口部分14的燃气涡轮机9。燃气涡轮机9通过轴19操作连接到压缩机17。压缩机17包括入口部分22和出口部分24。燃气涡轮机系统4还包括燃烧器27。利用这个设置，进入压缩机17的入口部分22的进入空气30被压缩，与在燃烧器27中的燃料混合并且被点燃以形成高压、高温气流。高温、高压气流被传送到燃气涡轮机9。燃气涡轮机9从高温、高压气流中取出功以产生转动能。高温气体以处于第一温度的排出气体的形式从燃气涡轮机9的出口部分14传送。
如在图1中进一步示出的，蒸汽涡轮机系统6包括通过轴42操作联接于压缩机17的高压(HP)涡轮机部分40。HP涡轮机部分40包括入口或高压级部分45和出口或低压级部分47。HP涡轮机部分40还通过轴54操作联接于中压(IP)涡轮机部分50。以与上文说明的类似的方式，IP涡轮机部分50包括入口部分56和出口部分58。在出口部分58的蒸汽处于比在入口部分56的蒸汽更低的气压。同样以与上文说明的类似的方式，IP涡轮机部分50还通过轴66操作连接到低压(LP)涡轮机部分64。LP涡轮机部分64包括入口部分68和出口部分70。在出口部分70的蒸汽处于比在入口部分68的蒸汽更低的气压。在示出的示范实施例中，LP涡轮机部分66通过轴78操作联接于发电机75。蒸汽涡轮机系统6使用蒸汽作为工作流体以驱动发电机75。
还根据示出的示范实施例，发电设备2包括流体通过地连接到燃气涡轮机9的热回收蒸汽锅炉(HRSG)90。HRSG 90包括具有通过热室106通向出口100的入口97的主外壳94。HRSG 90还包括第一多个热管110和第二多个热管115。在这点上应该理解术语“热管”应该解释为指密封的管。真空泵用于从密封管的内部排除所有流体(气体和液体两者)，在其之后这些管填充有一小部分体积百分比的工作流体或冷却剂例如，但不限于，水、乙醇、丙酮、钠或水银等。部分真空接近或低于工作流体的蒸汽压使得流体中的一些将处于液相而流体中的一些将处于气相。能够吸收流体的芯(没有示出)位于密封管内。热能通过蒸发芯中的流体而传递到热管。热管的其他例子包括不具有内部工作流体的密封管。相反，这样的热管包括具有非常高热导率的“Qu材料”。“Qu材料”典型地以在热管的内表面上提供的涂层的形式。
在任何情况下，该第一多个热管110中的每个包括延伸穿过热室106到从主外壳94延伸出的第二端部分122的第一端部分119。更加具体地，每个第二端部分122从主外壳94延伸进入第一再加热构件129。第一再加热构件129包括具有入口构件136的主体133，该入口构件136通过蒸汽管道137流体通过地连接到HP涡轮机部分40的高压部分45。入口构件136接收例如处于第二温度的蒸汽的气体。处于第二温度的蒸汽被传送通过内部腔140到出口构件141。如下文将更详尽论述的，处于第二温度的气体流动越过第一多个热管110，吸收热并且作为处于第三温度的气体离开出口构件141。根据本发明的一个方面，气体作为再加热的蒸汽离开再加热构件。
以类似的方式，第二多个热管115中的每个包括延伸穿过热室106到从主外壳94延伸出的第二端部分156的第一端部分154。更加具体地，每个第二端部分156从主外壳94延伸进入第二再加热构件160。第二再加热构件160包括具有入口构件167的主体164，该入口构件167通过蒸汽管道(没有示出)流体通过地连接到第一再加热构件129。入口构件167接收来自第一再加热构件129的处于第三温度的气体(例如蒸汽)，其被传送通过内部腔171到出口构件172。如下文将更详尽论述的，处于第三温度的气体流动越过第二多个热管115，吸收热并且作为处于第四温度的气体离开出口构件138。根据本发明的一个方面，气体作为再加热的蒸汽离开再加热构件。然后气体通过蒸汽管道178传送回到IP涡轮机部分50的入口部分56。蒸汽还通过没有单独地标记的另外的管道从HRSG传送到蒸汽涡轮机的其他部件。
利用这个设置，从涡轮机9传送的排出气体进入HRSG 90的主外壳94。排出气体分别流动越过第一和第二多个热管110和115的第一端部分119和154。来自排出气体的热被多个热管110和115吸收。热从第一端部分119和154分别流向再加热构件129和160中各自的第二端部分122和156。从HP部分40传送进入再加热构件129和160的蒸汽流动越过各自的第二端部分122和156并且吸收热。然后蒸汽作为再加热的蒸汽流回IP涡轮机部分50以提高涡轮机效率。
在这点上应该意识到根据本发明的示范实施例构建的HRSG将是建造简单的并且易于维护。此外，应该意识到第一和第二多个热管可以设置为多种样式以便提高热交换效率。即，热管可以以各种不同的配置设置以便提高暴露于各自的空气流的表面积。此外，根据示范实施例的HRSG将不会需要水作为冷却剂或任何关联的水处理设备，并且可以在相对小的占用空间上建造。
一般而言，这个书面的说明书使用例子以公开本发明，包括最佳模式，并且还使任何本领域内技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统并且执行任何包含的方法。本发明的可取得专利的范围由权利要求限定，并且可包括那些本领域内技术人员想起的其他例子。这样的其他例子规定为在本发明的示范实施例的范围内如果它们具有不与权利要求的字面语言不同的结构成分，或如果它们包括具有与权利要求的字面语言无实质区别的等效结构成分。

Claims (13)

1.一种联合循环发电设备，包括：
包括压缩机和燃气涡轮机的燃气涡轮机系统，所述燃气涡轮机从处于第一温度的气体取出功；
包括至少一个蒸汽涡轮机的蒸汽涡轮机系统，所述至少一个蒸汽涡轮机从处于第二温度的气体取出功；以及
热回收蒸汽锅炉，具有流体通过地连接到所述燃气涡轮机的主外壳，所述热回收蒸汽锅炉包括多个热管，所述多个热管的至少一部分在所述主外壳内延伸且与所述处于第一温度的气体流动传递，所述多个热管还与所述处于第二温度的气体流动传递，其中所述多个热管从所述处于第一温度的气体吸收热并且将所述热传递到所述处于第二温度的气体中以形成处于第三温度的气体。
2.如权利要求1所述的联合循环发电设备，其中所述多个热管中的每个包括延伸进入所述热回收蒸汽锅炉的所述主外壳的第一端部分和从所述热回收蒸汽锅炉的所述主外壳延伸出的第二端部分。
3.如权利要求2所述的联合循环发电设备，还包括：至少一个包括限定内部腔的主体的再加热构件，所述多个热管中的每个的所述第二端部分延伸进入所述内部腔，所述处于第三温度的气体在所述至少一个再加热构件中形成。
4.如权利要求3所述的联合循环发电设备，其中所述至少一个再加热构件包括在所述至少一个蒸汽涡轮机的第一压力级处连接的入口构件和连接到所述至少一个蒸汽涡轮机的第二压力级的出口构件，所述处于第三温度的气体被传送到所述至少一个蒸汽涡轮机的所述第二压力级。
5.如权利要求4所述的联合循环发电设备，其中所述至少一个蒸汽涡轮机是高压涡轮机，所述第二压力级处于比所述第一压力级低的压力。
6.如权利要求1所述的联合循环发电设备，其中所述处于第一温度的气体是来自所述燃气涡轮机的排出气体并且所述处于第二温度的气体是来自所述至少一个蒸汽涡轮机的蒸汽，所述第一温度比所述第二温度高。
7.一种在联合循环发电设备中处理气体的方法，所述方法包括：
从燃气涡轮机传送处于第一温度的气体进入热回收蒸汽锅炉；
使所述处于第一温度的气体流动越过设置在所述热回收蒸汽锅炉内的多个热管的第一端部分；
从所述处于第一温度的气体吸收热至所述多个热管中；
使所述热从所述多个热管的所述第一端部分流向所述多个热管的第二端部分；
将处于第二温度的气体传送越过所述多个热管的所述第二端部分；以及
将来自所述多个热管的所述第二端部分的热传递到所述处于第二温度的气体中以形成处于第三温度的气体。
8.如权利要求7所述的方法，其中传送所述处于第一温度的气体包括传送来自所述燃气涡轮机的排出气体进入所述热回收蒸汽锅炉。
9.如权利要求7所述的方法，还包括：
从蒸汽涡轮机的第一级取出所述处于第二温度的气体。
10.如权利要求9所述的方法，还包括：传送所述处于第三温度的气体到所述蒸汽涡轮机的第二级。
11.如权利要求7所述的方法，其中形成所述处于第三温度的气体包括形成再加热的蒸汽。
12.如权利要求7所述的方法，其中使所述热从所述多个热管的所述第一端部分流向所述多个热管的所述第二端部分包括：沿所述多个热管从所述热回收蒸汽锅炉传递所述热到再加热构件中，所述再加热构件与所述热回收蒸汽锅炉分开。
13.如权利要求12所述的方法，其中，将所述处于第二温度的气体传送越过所述多个热管的所述第二端部分包括：使所述处于第二温度的气体流动通过所述再加热构件。
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