CN101666249B - 用于在联合或兰金循环发电厂中使用的系统和方法 - Google Patents

用于在联合或兰金循环发电厂中使用的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于在联合或兰金循环发电厂中使用的系统和方法。提供了一种系统(10)，且该系统(10)包括构造成以流体的方式接收第一蒸汽供应(60)和塔水(90)且输出第一水供应(100)的第一冷凝器(80)、构造成以流体的方式接收第二蒸汽供应(120)的第一部分和第一水供应(100)且输出第二水供应(130)的第二冷凝器(110)，以及构造成以流体的方式接收第二蒸汽供应(150)的第二部分和第二水供应(130)的蒸气吸收机(VAM)(140)，制冷循环通过第二蒸汽供应(150)的第二部分和第二水供应(130)来进行，以由此冷却塔水(90)和用于冷却该塔水(90)的第三水供应(100)中的至少一个。

Description

用于在联合或兰金循环发电厂中使用的系统和方法
技术领域
本发明的各方面涉及用于在发电厂中使用的系统和方法，且更具体地，涉及用于在联合或兰金循环发电厂中使用的系统和方法。
背景技术
已经看到，在联合循环发电厂中，由于排热的热力学要求，所产生的能量的约30％浪费在了发电厂的冷凝器中。
在某些情况下，已经通过采用用来回收冷凝器中被排出的热量以产生制冷作用的蒸气吸收系统而解决了这个问题。这种制冷作用已经被用于在燃气轮机和蒸汽轮机联合循环装置中冷却通向燃气轮机的进入空气。在其它情况下，已经通过联合循环发电厂中的Kalina底循环解决了这个问题。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了一种用于在包括冷却塔和至少低压蒸汽轮机的兰金循环发电厂中使用的系统，该低压蒸汽轮机构造成以第一相应的压力和第二相应的压力输出第一蒸汽供应和第二蒸汽供应，且该系统包括：构造成以流体的方式接收第一蒸汽供应和塔水且输出第一水供应的第一冷凝器；构造成以流体的方式接收第二蒸汽供应的第一部分和第一水供应且输出第二水供应的第二冷凝器；以及构造成以流体的方式接收第二蒸汽供应的第二部分和第二水供应的蒸汽吸收机(VAM)，制冷循环通过第二蒸汽供应的第二部分和第二水供应来进行，由此冷却塔水和用于冷却该塔水的第三水供应其中的至少一个。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于与兰金循环发电厂一起使用的系统，其中发电厂包括在其运行期间产生热的燃气轮机；联接到燃气轮机上的蒸汽源，该蒸汽源由于燃气轮机产生的热而产生蒸汽；至少高压和低压蒸汽轮机，其中各个构造成以流体的方式接收所产生的蒸汽，该低压蒸汽轮机进一步构造成以第一相应的压力和第二相应的压力输出第一蒸汽供应和第二蒸汽供应；以及冷却塔；且该系统包括：构造成以流体的方式接收第一蒸汽供应和塔水且输出第一水供应的第一冷凝器；构造成以流体的方式接收第二蒸汽供应的第一部分和第一水供应且输出第二水供应的第二冷凝器；以及构造成以流体的方式接收第二蒸汽供应的第二部分和第二水供应的蒸汽吸收机(VAM)，制冷循环通过第二蒸汽供应的第二部分和第二水供应来进行，以由此冷却塔水和用于冷却该塔水的第三水供应其中的至少一个。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于在包括冷却塔和至少低压蒸汽轮机的兰金循环发电厂中使用的方法，该低压蒸汽轮机构造成以第一相应的压力和第二相应的压力输出第一蒸汽供应和第二蒸汽供应，且该方法包括关于第一蒸汽供应和塔水来操作低压冷凝器，以由此将已加热的塔水作为第一水供应输出；关于第二蒸汽供应的第一部分和第一水供应来操作高压冷凝器，以由此将已进一步加热的第一水供应作为第二水供应输出；以及利用由第二蒸汽供应的第二部分和第二水供应对其起作用的制冷剂来冷却塔水，或者利用由第二蒸汽供应的第二部分和第二水供应对其起作用的制冷剂来冷却第三水供应，以及用冷却了的第三水供应冷却塔水。
附图说明
在说明书结论部分处的权利要求书中特别地指出和明确地声明了被视作本发明的主题。结合附图，根据以下详细描述，本发明的上述和其它方面、特征和优点显而易见，其中：
图1是示例性联合循环发电厂的示意性说明；以及
图2是图1的联合循环发电厂的一部分的示意性说明。
部件列表：
系统                      10
燃气轮机                  2
热回收蒸汽发生器          3
热交换器                  4
进入蒸汽供应              5
冷却塔                    20
高压蒸汽轮机              30
中压蒸汽轮机              40
低压蒸汽轮机              50
第一蒸汽供应              60
第二蒸汽供应              70
第一冷凝器                80
塔水的供应                90
第一水供应                100
第二冷凝器                110
第二蒸汽供应的第一部分    120
第二水供应                130
凝结水泵                  135
蒸气吸收机                140
第二蒸汽供应的第二部分    150
第三水供应                160
第一热交换器              170
第二热交换器              180
第三热交换器              190
第四热交换器        200
塔水热交换器        210
泵送系统            220
具体实施方式
参看图1，提供了一种用于在例如联合循环发电厂或者备选地为兰金循环发电厂中使用的系统10。示例性联合或兰金循环发电厂可包括在其运行期间产生热的燃气轮机2、联接到燃气轮机2上的热回收蒸汽发生器(HRSG)3、冷却塔20、高压蒸汽轮机(HPST)30、中压蒸汽轮机(IPST)40和低压蒸汽轮机(LPST)50。HRSG 3通过燃气轮机2产生的热来产生蒸汽，且HRSG 3包括热交换器4，例如超级加热器、蒸发器和预热器，热交换器4沿其轴线而设置，且产生的蒸汽的部分通过热交换器4转向HPST 30、IPST 40和LPST 50。HPST 30、IPST40和LPST 50通过转向蒸汽来产生功率，例如电，并且输出废汽供应。系统10的运行涉及使用至少LPST 50的废汽供应。
这里，注意，图1所示的联合或兰金循环发电厂仅是示例性的，且联合或兰金循环发电厂的其它构造也是可行的。例如，HPST 30、IPST 40和LPST 50可为可互换的或可被完全地移除，只要系统10设有转向蒸汽的供应。此外，应当理解，系统10可应用在其它类型的发电厂和除本文所述的那些(应用)之外的其它工业应用中。作为另外的实例，HPST 30、IPST 40和LPST 50可联接到燃气轮机2上，或者可通过燃料的直接燃烧独立地运行，燃料的燃烧产生热，蒸汽也可通过该热而产生。
参看图2，LPST 50接收来自HRSG 3的进入蒸汽供应5，或者在其它布置中，接收来自HRSG 3、HPST 30或IPST 40其中任何一个或多个的进入蒸汽供应5，并且在其运行期间产生功率和/或电。废汽至少作为第一蒸汽供应60和第二蒸汽供应70从LPST 50的相对较低的级和较高的级输出，其中第一蒸汽供应60将大体具有比第二蒸汽供应70更低的压力。例如，在一个特定的实施例中，第一蒸汽供应60可具有约0.5psia(磅/平方英寸(绝对压力))的压力，且第二蒸汽供应可具有约1psia的压力。
第一冷凝器80，例如低压冷凝器，以流体的方式联接到第一蒸汽供应60和从冷却塔20提供的塔水90的供应上。这样，第一冷凝器80构造成以流体的方式接收第一蒸汽供应60和塔水90，以通过第一蒸汽供应关于塔水90来运行，且输出第一水供应100和冷凝了的蒸汽供应。类似地，第二冷凝器110，例如高压冷凝器，以流体的方式联接到第一水供应100上，且联接到第二蒸汽供应120的第一部分上。这样，第二冷凝器构造成以流体的方式接收第二蒸汽供应120的第一部分和第一水供应100，以通过第二蒸汽供应120的第一部分关于第一水供应100来运行，且输出第二水供应130和另一冷凝了的蒸汽供应。从第一冷凝器80和第二冷凝器110输出的冷凝了的蒸汽供应可转向凝结水泵(CEP)135。
蒸气吸收机(VAM)140构造成以流体的方式接收可具有约1psia的压力的第二蒸汽供应150的第二部分、第二水供应130以及塔水90或第三水供应160中的任何一个。制冷循环在其中通过第二蒸汽供应150的第二部分和第二水供应130来进行，以冷却塔水90或第三水供应160。在第三水供应160在VAM 140中冷却的情况下，冷却了的第三水供应160随后用于冷却塔水90。VAM 140包括制冷剂(例如氨/水或溴化锂/水组合物)的供应，该制冷剂通过制冷循环而循环。
在一种布置中，VAM 140包括第一热交换器170、第二热交换器180、第三热交换器190和第四热交换器200。第二蒸汽供应150的第二部分通过第一热交换器170来加热制冷剂并由此激活制冷剂，第二水供应130通过第二热交换器180来冷却被激活的制冷剂，第二水供应130通过第三热交换器190来使冷却了的制冷剂冷凝，冷凝了的制冷剂通过第四热交换器200来冷却塔水90或第三水供应160。这里，第二热交换器180和第三热交换器190以流体的方式设置成在VAM140的水的一侧上彼此串联。
一旦采用第二蒸汽供应150的第二部分对制冷剂进行了加热和激活，该第二蒸汽供应的第二部分就可从VAM 140中输出，且随后转向CEP 135。相反，一旦采用第二水供应130对被激活的制冷剂进行了冷却和冷凝，第二水供应就从VAM 140中输出，且随后转向冷却塔20。然后第二水供应130在冷却塔20中且由第三水供应160冷却。之后，第二水供应160提供塔水90的供应。
第二水供应130通过第三水供应160来冷却，该冷却由塔水热交换器210和泵送系统220来提供。泵送系统220构造成使第三水供应160循环通过塔水热交换器210和VAM 140。这里，塔水热交换器210可包括各种类型的热交换器，例如但不限于板型热交换器。水在塔水热交换器中冷却的程度可为约20华氏摄氏度。
根据另一个方面，提供了一种用于在包括冷却塔20和至少低压蒸汽轮机50的联合或兰金循环发电厂中使用的方法，该低压蒸汽轮机50构造成以第一相应的压力和第二相应的压力输出第一蒸汽供应60和第二蒸汽供应70，并且该方法包括关于第一蒸汽供应和塔水来操作低压冷凝器80，以由此将已加热的塔水作为第一水供应100输出；关于第二蒸汽供应120的第一部分和第一水供应100来操作高压冷凝器110，以由此将已进一步加热的第一水供应作为第二水供应130输出；利用由第二蒸汽供应150的第二部分和第二水供应130对其起作用的制冷剂来冷却第三水供应160，以及用冷却了的第三水供应160冷却塔水90。
该方法可进一步包括使从低压冷凝器和高压冷凝器的运行中输出的冷凝了的蒸汽供应转向到凝结水泵(CEP)135，以及在第二水供应130对制冷剂起作用之后，将第二水供应130转向到冷却塔20。
另外，该方法可进一步包括在第二蒸汽供应150的第二部分和制冷剂之间以及第二水供应130和制冷剂之间进行一系列的热交换，在制冷剂和第三水供应160之间进行热交换，以及在第三水供应160和塔水90之间进行热交换。
已经看到，采用系统10的联合或兰金循环发电厂可看到蒸汽轮机叶轮输出增长大约2.8MW、总辅助负载下降大约2.4MW，以及，同时，净输出功率增长大约5.25MW。另外，联合或兰金循环发电厂可看到运行效率增长约0.25％，随着时间的过去，运行效率的增长将弥补安装成本。
虽然已经参照示例性实施例对本公开进行了描述，但是本领域技术人员将理解，在不偏离本公开的范围的情况下，可对本公开进行各种修改以及可用等效物来替代其元件。此外，可在不偏离本公开的实质范围的情况下，对本公开进行多种修改，以使特定情况或材料适应本公开的教导。因此，本公开并非意图受限于所公开的、构思为用于实施本公开的最佳模式的特定的示例性实施例，相反，本公开将包括落在所附的权利要求书的范围之内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种用于在包括冷却塔和至少低压蒸汽轮机的兰金循环发电厂中使用的系统，所述低压蒸汽轮机构造成以第一和第二相应的压力输出第一和第二蒸汽供应，所述系统包括：
构造成以流体的方式接收所述第一蒸汽供应和塔水且输出第一水供应的第一冷凝器；
构造成以流体的方式接收所述第二蒸汽供应的第一部分和所述第一水供应且输出第二水供应的第二冷凝器；以及
构造成以流体的方式接收所述第二蒸汽供应的第二部分和所述第二水供应的蒸汽吸收机(VAM)，制冷循环通过所述第二蒸汽供应的第二部分和所述第二水供应来进行，以由此冷却所述塔水和用于冷却所述塔水的第三水供应中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一蒸汽供应的第一压力低于所述第二蒸汽供应的第二压力。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，从所述第一冷凝器和所述第二冷凝器中输出的额外的蒸汽供应被转向凝结水泵(CEP)。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸汽吸收机包括：
第一热交换器，所述第二蒸汽供应的所述第二部分通过所述第一热交换器来加热并由此激活制冷剂；
第二热交换器，所述第二水供应通过所述第二热交换器来冷却被激活的所述制冷剂；
第三热交换器，所述第二水供应通过所述第三热交换器来使冷却了的所述制冷剂冷凝；以及
第四热交换器，冷凝了的所述制冷剂通过所述第四热交换器来冷却所述第三水供应，并且由此而蒸发。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二蒸汽供应的所述第二部分在所述蒸汽吸收机中被冷凝，且被转向凝结水泵(CEP)。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第二水供应从所述蒸汽吸收机中输出，且被转向所述冷却塔。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：
塔水热交换器，所述第三水供应通过所述塔水热交换器来冷却所述塔水；以及
泵送系统，其使所述第三水供应循环通过所述塔水热交换器和所述蒸汽吸收机。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述塔水热交换器包括板型热交换器。
9.一种用于与兰金循环发电厂一起使用的系统，所述发电厂包括：
燃气轮机，该燃气轮机在其运行期间产生热；
联接到所述燃气轮机上的蒸汽源，所述蒸汽源由于所述燃气轮机产生的热而产生蒸汽；
至少高压和低压蒸汽轮机，所述至少高压和低压蒸汽轮机中的各个均构造成以流体的方式接收所产生的所述蒸汽，所述低压蒸汽轮机进一步构造成以第一和第二相应的压力输出第一和第二蒸汽供应；以及
冷却塔，所述系统包括：
构造成以流体的方式接收所述第一蒸汽供应和塔水且输出第一水供应的第一冷凝器；
构造成以流体的方式接收所述第二蒸汽供应的第一部分和所述第一水供应且输出第二水供应的第二冷凝器；以及
构造成以流体的方式接收所述第二蒸汽供应的第二部分和所述第二水供应的蒸汽吸收机(VAM)，制冷循环通过所述第二蒸汽供应的第二部分和所述第二水供应来进行，以由此冷却所述塔水和用于冷却所述塔水的第三水供应中的至少一个。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述第一蒸汽供应的所述第一压力低于所述第二蒸汽供应的所述第二压力。
11.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，从所述第一冷凝器和第二冷凝器输出的冷凝的蒸汽供应被转向凝结水泵。
12.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述蒸汽吸收机包括：
第一热交换器，所述第二蒸汽供应的所述第二部分通过所述第一热交换器来加热并由此激活制冷剂；
第二热交换器，所述第二水供应通过所述第二热交换器来冷却被激活的所述制冷剂；
第三热交换器，所述第二水供应通过所述第三热交换器来使冷却了的所述制冷剂冷凝；以及
第四热交换器，冷凝了的所述制冷剂通过所述第四热交换器来冷却所述第三水供应，并且由此而蒸发。
13.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第二蒸汽供应的所述第二部分在所述蒸汽吸收机中被冷凝，且被转向凝结水泵(CEP)。
14.根据权利要求12所述的系统，其特征在于，所述第二水供应从所述蒸汽吸收机中输出，且被转向所述冷却塔。
15.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统进一步包括：
塔水热交换器，所述第三水供应通过所述塔水热交换器来冷却所述塔水；以及
泵送系统，其使所述第三水供应循环通过所述塔水热交换器和所述蒸汽吸收机。
16.根据权利要求15所述的系统，其特征在于，所述塔水热交换器包括板型热交换器。
17.一种用于在包括冷却塔和至少低压蒸汽轮机的兰金循环发电厂中使用的方法，所述低压蒸汽轮机构造成以第一和第二相应的压力输出第一和第二蒸汽供应，所述方法包括：
关于所述第一蒸汽供应和塔水来操作低压冷凝器，以由此作为已被加热的且作为第一水供应来输出所述塔水；
关于所述第二蒸汽供应的第一部分和所述第一水供应来操作高压冷凝器，以由此作为已被进一步加热的且作为第二水供应来输出所述第一水供应；以及
利用由所述第二蒸汽供应的第二部分和所述第二水供应对其起作用的制冷剂来冷却所述塔水，或者
利用由所述第二蒸汽供应的所述第二部分和所述第二水供应对其起作用的制冷剂来冷却第三水供应，以及用冷却了的所述第三水供应来冷却所述塔水。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括将从所述低压冷凝器和高压冷凝器的操作中输出的额外的冷凝的蒸汽供应转向凝结水泵(CEP)。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括在所述第二水供应对所述制冷剂起作用之后，将所述第二水供应转向所述冷却塔。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，还包括：
执行所述第二蒸汽供应的第二部分与所述制冷剂之间以及所述第二水供应与所述制冷剂之间的一系列热交换；
执行所述制冷剂与所述第三水供应之间的热交换；
执行所述第三水供应与所述塔水之间的热交换。
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