CN101900494B

CN101900494B - 用于动力设备的冷凝器

Info

Publication number: CN101900494B
Application number: CN201010146877.3A
Authority: CN
Inventors: G·R·史密斯
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2009-03-12
Filing date: 2010-03-12
Publication date: 2014-03-12
Anticipated expiration: 2030-03-12
Also published as: CN101900494A; US8220266B2; JP5600263B2; US20100229553A1; JP2010216475A; EP2423458A3; EP2423458A2

Abstract

本发明涉及一种用于动力设备的冷凝器。提供了一种冷凝器(20)，且该冷凝器(20)包括蒸汽轮机排汽能够流到其中且流过其中的主体(50)、设置在主体(50)中的第一冷却部件和第二冷却部件(80，90)，其中第一冷却部件和第二冷却部件(80，90)各自分别独立地接收第一冷却剂和第二冷却剂，接收第一冷却剂的第一冷却部件(80)构造成以便至少在第一冷却操作期间冷却排汽，且接收第二冷却剂的第二冷却部件(90)构造成以便在第二冷却操作期间冷却排汽。

Description

用于动力设备的冷凝器

技术领域

本文公开的主题涉及用于动力设备的冷凝器。

背景技术

在联合循环动力设备中，燃气轮机发动机从由燃料和空气的燃烧产生的热中产生动力。然后重新使用该热来产生额外的动力，因为产生了引入到蒸汽轮机中的蒸汽。然后蒸汽轮机排汽在冷凝器中被冷凝。通常，这种冷凝器包括主体，蒸汽轮机排汽通过该主体在冷却部件上流过，且在该主体中进行冷凝。

目前，许多联合循环动力设备以循环的方式操作和停机，以在低功率要求时段期间(例如夜晚和周末)节省燃料和能量成本。因而，联合循环动力设备需要根据其相应的计划以及在一些情况下响应于未预料到的功率要求来频繁地经历启动操作。但是，启动操作效率低下且耗时，所以通常动力设备设计者的目标是尽可能多地缩短启动时间。

作为一个实例，一些联合循环动力设备目前在停机时间期间保持启动就绪条件。启动就绪条件涉及若干动力设备特性，包括但不限于联合循环动力设备冷凝器在停机时间期间冷却蒸汽轮机排汽的能力。停机期间的蒸汽排汽常常限于用于在冷凝器处于真空时密封蒸汽轮机以防空气进入的少量(蒸汽)。这样说来，冷凝器的冷却部件通常装备得不够良好来冷凝在停机时间期间产生的减少量的蒸汽轮机排汽。因为普通的冷凝器冷却剂泵通常大小设置成用于33％至100％的全蒸汽流量，所以在停机时间期间运行泵以将冷却剂泵送到冷却部件的需求是昂贵且效率低下的。由于针对全部冷却水流设置冷凝器冷却部件(管组)的大小，所以虽然其在热动方面足以冷却停机蒸汽流，但是来自小泵的流将不会在管组内均匀分配。不均匀分配意味着一些停机蒸汽将不会被冷却，从而在冷凝器中导致过量的温度和压力。

发明内容

根据本发明的一方面，提供了一种冷凝器且该冷凝器包括：主体，蒸汽轮机排汽能够流到主体中且流过主体；以及设置在主体中的第一冷却部件和第二冷却部件，其中，第一冷却部件和第二冷却部件各自分别独立地接收第一冷却剂和第二冷却剂，接收第一冷却剂的第一冷却部件构造成以便至少在第一冷却操作期间冷却排汽，且接收第二冷却剂的第二冷却部件构造成以便在第二冷却操作期间冷却排汽。

根据本发明的另一方面，提供了一种动力设备且该动力设备包括：冷凝器主体，蒸汽轮机排汽能够流到冷凝器主体中且流过冷凝器主体，并且在冷凝器主体中设置了第一冷却部件和第二冷却部件，各自分别独立地接收第一冷却剂和第二冷却剂的第一冷却部件和第二冷却部件构造成以便相应地至少在第一冷却操作和在第二冷却操作期间冷却蒸汽轮机排汽；冷却剂源；联接到冷却剂源和第一冷却部件上的第一泵，该第一泵构造成以便至少在第一冷却操作期间将第一冷却剂泵送到第一冷却部件；以及联接到冷却剂源和第二冷却部件上的第二泵，该第二泵构造成以便在第二冷却操作期间将第二冷却剂泵送到第二冷却部件。

根据本发明的又一方面，提供了一种操作包括蒸汽轮机排汽能够流过其中的冷凝器主体的动力设备的方法，该方法包括：将第一冷却剂供应到设置在冷凝器主体内的第一冷却部件，以至少在第一冷却操作期间冷却蒸汽轮机排汽；将第二冷却剂供应到设置在冷凝器主体内的第二冷却部件，以在第二冷却操作期间冷却蒸汽轮机排汽；对第一冷却操作和第二冷却操作中的各个的持续时间定时；以及根据定时、预先选择的计划和当前条件来改变第一冷却操作和第二冷却操作的衔接(engagement)。

根据结合附图得到的以下描述，这些和其它优点和特征将变得更加显而易见。

部件列表：

动力设备10

冷凝器20

入口40

冷凝器主体50

热井60

缓冲部件70

管道71

第一冷却部件80

管道81

第二冷却部件90

管道91

冷却剂源100

第一泵110

第二泵120

第一管路130

第二管路135

可选的阀150，151

首先在活动状态中操作200

将第二冷却剂供应到第二冷却部件205

活动状态时间是否结束210

起用停机状态220

将第一冷却剂供应供应到第一冷却部件230

返回到活动状态240

附图说明

在说明书结论部分处的权利要求书中特别指出且明确要求保护被视为本发明的主题。根据结合附图得到的以下详细描述，本发明的前述和其它特征和优点显而易见，在附图中：

图1是联合循环动力设备的简图；以及

图2是示出了操作联合循环动力设备的方法的流程图。

参照附图，以实例的方式，详细描述阐述了本发明的实施例以及优点和特征。

具体实施方式

参看图1，提供了用于联合循环动力设备或采用蒸汽循环10的任何其它装置的蒸汽循环冷却子系统。动力设备10包括燃气轮机发动机和蒸汽轮机或产生蒸汽的其它机构。蒸汽轮机从蒸汽中产生动力，且产生蒸汽轮机排汽，例如被冷凝的过量的蒸汽。就联合循环动力设备而言，如将在下面描述的，动力设备10能够连续地操作或以相对迅速的启动特性、以活动状态和停机状态的循环来操作。能够迅速启动的动力设备10需要较少的时间在活动状态中实现很大的负载，并且因此效率更高。

对于在正常条件期间待冷凝的蒸汽轮机排汽，动力设备10包括冷凝器20，在冷凝器20中保持了冷凝器真空。冷凝器20包括入口40、冷凝器主体50和热井60。蒸汽轮机排汽通过入口40进入冷凝器20，且继续流过冷凝器主体50的内部，蒸汽轮机排汽在冷凝器主体50的内部被调节和冷却。当蒸汽轮机排汽在冷凝器主体50中被调节和冷却时，蒸汽轮机排汽被冷凝，且作为液态水在热井60中聚集，并且针对在动力设备10中的进一步使用变得可用。

大体上，正常条件是指其间动力设备10处于活动状态的那些时期。但是，当动力设备10处于停机状态时，蒸汽轮机排汽继续进入冷凝器20，并且为了保持使动力设备10能够呈现迅速启动特性的启动就绪条件，仍然须要保持冷凝器真空。因而，必要的是即使在动力设备10停机时也要在冷凝器主体50内继续对蒸汽轮机排汽进行冷凝。

第一冷却部件80设置在冷凝器主体50内，且构造成以便至少在第一冷却操作(例如保持启动就绪条件)期间冷却蒸汽轮机排汽。类似地，第二冷却部件90也设置在冷凝器主体50内，且构造成以便在第二冷却操作(例如对处于活动状态的动力设备10的操作)期间冷却蒸汽轮机排汽。

第一冷却部件80和第二冷却部件90各自定位在冷凝器主体50内，从而使得蒸汽轮机排汽与其相应的表面发生接触。另外，第一冷却部件和第二冷却部件各自分别独立地接收第一冷却剂供应和第二冷却剂供应，例如水。因此，当蒸汽轮机排汽前进通过冷凝器主体50且接触第一冷却部件80和第二冷却部件90的表面时，供应到第一冷却部件80和第二冷却部件90的冷却剂从蒸汽轮机排汽中移除热。蒸汽轮机排汽由此被冷凝，且形成在热井60中聚集的液态水。

如图1所示，第一冷却部件80可设置在冷凝器主体50内、第二冷却部件90的位置的上游的位置处。但是，此布置仅是示例性的，且应理解的是第一冷却部件80也可设置在第二冷却部件90的下游，或者，根据另一个实施例，第一冷却部件80和第二冷却部件90可彼此交迭，只要它们保持独立地接收第一冷却剂供应和第二冷却剂供应即可。

冷凝器主体50还可包括缓冲(dummy)部件70。缓冲部件70大体设置在第一冷却部件80和第二冷却部件90的上游，且构造成以便调节和/或首先冷却蒸汽轮机排汽。由于缓冲部件70的上游位置的原因，缓冲部件70用来保护第一冷却部件80和第二冷却部件90免受由于与例如非常热的蒸汽轮机排汽、来自蒸汽旁路系统的排汽和/或进入冷凝器主体50的任何其它危险物质相接触而造成的损害的影响。

缓冲部件70和第一冷却部件80以及第二冷却部件90各自分别包括多个管道71、81和91，多个管道71、81和91可布置成关于彼此类似的和/或变化的形式。也就是说，缓冲部件70可包括一组水平地排列的管道，第一冷却部件80可包括一组竖直地及水平地对齐的管道，而第二冷却部件90可包括一组竖直地及水平地交错的管道。管道大体是空心的，而且至少在第一冷却部件80和第二冷却部件90的情况下，管道限定了第一冷却剂供应和第二冷却剂供应将接收于其中的内部。根据本发明的实施例，第一冷却部件80的管道包括就绪条件保持管，而第二冷却部件90的管道则包括主冷却水管。

当动力设备10处于停机状态时，进入冷凝器20的蒸汽轮机排汽的量与在动力设备10的活动状态期间进入冷凝器20的量相比有较大地减小。因此，第一冷却部件80的大小可显著地小于第二冷却部件90的大小。类似地，第一冷却剂供应的量不需要等于第二冷却剂供应的量，而且实际上，第一冷却剂供应的量小得多。因而，为第一冷却部件80供应第一冷却剂供应所需的动力可对应地减小。

也就是说，根据实施例，第一冷却部件80的大小足够足以在蒸汽轮机停机状态期间冷却蒸汽，其中水分配相对良好，且具有补充(complimentary)的大小的泵相对于主冷却剂泵提供了相当大的动力节省。

根据本发明的又一方面，动力设备可进一步包括冷却剂源100以及这样的系统：第一冷却剂供应和第二冷却剂供应可借助于该系统被输送到第一冷却部件80和第二冷却部件90。冷却剂源100提供冷却剂供应，第一冷却剂供应和第二冷却剂供应从该冷却剂供应中抽出。这样，冷却剂源100可包括冷却塔(如图1所示)，或槽(trough)源，例如湖泊、河流或海洋。

在另外的实施例中，系统可包括第一泵110和/或第二泵120以及第一管路130和/或第二管路135。第一泵110联接到冷却剂源100上，且通过可选的阀150联接到第一冷却部件80上。对于此布置，第一泵110构造成以便至少在第一冷却操作期间将第一冷却剂泵送到第一冷却部件80。第二泵120联接到冷却剂源100上，且通过可选的阀151联接到第二冷却部件90上，且构造成以便在第二冷却操作期间将第二冷却剂泵送到第二冷却部件90。第一管路130共同地和/或单独地联接到第一冷却部件80和第二冷却部件90上，且联接到冷却剂源100上，并且构造成以便使冷却剂返回到冷却剂源100。第二管路135共同地和/或单独地联接到冷却剂源100上，且联接到第一泵110和第二泵120上，并且构造成以便将冷却剂从冷却剂源100传送到泵110和120。

第二泵120比第一泵110具有更大的容量，且因此在动力设备10的活动状态期间用来将第二冷却剂供应泵送到第二冷却部件90。另一方面，第一泵110比第二泵需要更少的动力来操作。因此，通过使用第一泵110将第一冷却剂供应泵送到第一冷却部件80，可以降低的操作成本在动力设备10停机的情况下保持冷凝器真空。

参看图2，且根据本发明的另一方面，提供一种操作动力设备10的方法，动力设备10包括蒸汽轮机排汽能够流过其中的冷凝器主体50。该方法包括：将第一冷却剂供应到设置在冷凝器主体50中的第一冷却部件80，以至少在第一冷却操作期间冷却蒸汽轮机排汽；将第二冷却剂供应到设置在冷凝器主体50内的第二冷却部件90，以在第二冷却操作期间冷却蒸汽轮机排汽；对第一冷却操作和第二冷却操作中的各个的持续时间定时；以及根据定时、预先选择的计划和当前条件来改变第一冷却操作和第二冷却操作的衔接。

也就是说，如图2所示，可在活动状态在例如每周5天以及在那些活动日中每天16个小时中有效的情况下以停机状态和活动状态的循环方式来操作动力设备10。因而，在某种意义上，可将动力设备10理解为首先在活动状态中操作(操作200)，在活动状态期间，第二冷却剂被供应到第二冷却部件90(操作205)。一旦确定活动状态的时间已经结束(操作210)，就起用动力设备10停机状态(操作220)，而且在停机状态的持续时间里，第一冷却剂供应被供应到第一冷却部件80(操作230)。在停机状态期间，如果当前条件(诸如风力涡轮机或太阳能源或其它能源的未预料到的动力降低或损失的情况)承受不受控制的动力降低，或者一些其它备选的动力生成设备需要动力设备10返回到活动状态(操作240)，则控制返回到操作200。

虽然仅结合有限数量的实施例对本发明进行了详细描述，但是应当容易理解，本发明不限于这种公开的实施例。相反，可修改本发明，以便结合此前未描述但与本发明的精神和范围相称的任何数量的变化、变更、替代或等效布置。另外，虽然已经描述了本发明的各种实施例，但是应当理解，本发明的方面可以仅包括所描述的实施例中的一些。因此，本发明不应被视为受前述描述的限制，而是仅由所附的权利要求书的范围限制。

Claims

1.一种冷凝器，包括：

主体，蒸汽轮机排汽能够流到所述主体中及流动通过所述主体；以及

设置在所述主体中的第一冷却部件和第二冷却部件，其中

所述第一冷却部件和第二冷却部件各自分别独立地接收由第一泵泵送的第一冷却剂和由第二泵泵送的第二冷却剂，所述第二泵比所述第一泵具有更大的容量和更大的功率要求，

接收所述第一冷却剂的所述第一冷却部件构造成以便至少在第一冷却操作期间冷却所述排汽，且

接收所述第二冷却剂的所述第二冷却部件构造成以便在第二冷却操作期间冷却所述排汽。

2.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所述第一冷却部件设置在所述第二冷却部件的上游。

3.根据权利要求2所述的冷凝器，其特征在于，所述冷凝器进一步包括设置在所述主体中并且设置在所述第一冷却部件的上游的缓冲部件，所述缓冲部件构造成以便调节所述排汽。

4.根据权利要求3所述的冷凝器，其特征在于，所述缓冲部件和所述第一冷却部件与第二冷却部件各自包括多个管道。

5.根据权利要求4所述的冷凝器，其特征在于，所述第一冷却部件的所述多个管道包括就绪条件保持管，且所述第二冷却部件的所述多个管道包括主冷却水管。

6.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，所述第一冷却剂的量小于所述第二冷却剂的量。

7.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，分别在动力设备停机循环和活动的动力设备循环期间进行所述第一冷却操作和第二冷却操作。

8.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，在所述第一冷却操作期间待冷却的排汽的量小于在所述第二冷却操作期间待冷却的排汽的量。

9.根据权利要求1所述的冷凝器，其特征在于，在动力设备停机状态期间操作所述第一泵以便将所述第一冷却剂泵送到所述第一冷却部件，而在动力设备活动状态期间操作所述第二泵以便将所述第二冷却剂泵送到所述第二冷却部件。

10.一种能够在停机状态和活动状态中操作的动力设备，包括：

冷凝器主体，蒸汽轮机排汽能够流到所述冷凝器主体中及流动通过所述冷凝器主体，并且在所述冷凝器主体中设置了第一冷却部件和第二冷却部件，所述第一冷却部件和第二冷却部件各自分别独立地接收第一冷却剂和第二冷却剂，且构造成以便相应地至少在与所述停机状态相关联的第一冷却操作和在与所述活动状态相关联的第二冷却操作期间冷却所述蒸汽轮机排汽；

冷却剂源；

联接到所述冷却剂源和所述第一冷却部件上的第一泵，所述第一泵构造成以便至少在所述第一冷却操作期间将所述第一冷却剂泵送到所述第一冷却部件；以及

联接到所述冷却剂源和所述第二冷却部件上的第二泵，所述第二泵比所述第一泵具有更大的容量和更大的功率要求且构造成以便在所述第二冷却操作期间将所述第二冷却剂泵送到所述第二冷却部件。

11.根据权利要求10所述的动力设备，其特征在于，所述冷却剂源包括冷却塔。

12.根据权利要求10所述的动力设备，其特征在于，所述冷却剂源包括槽源。

13.根据权利要求10所述的动力设备，其特征在于，所述动力设备进一步包括联接到所述第一冷却部件和所述第二冷却部件上且联接到所述冷却剂源上的第一管路。

14.根据权利要求10所述的动力设备，其特征在于，所述动力设备进一步包括单独地联接到所述第一冷却部件和所述第二冷却部件上且联接到所述冷却剂源上的第一管路。

15.根据权利要求10所述的动力设备，其特征在于，所述动力设备进一步包括联接到所述冷却剂源上且联接到所述第一泵和所述第二泵上的第二管路。

16.根据权利要求10所述的动力设备，其特征在于，所述动力设备进一步包括单独地联接到所述冷却剂源上且联接到所述第一泵和所述第二泵上的第二管路。

17.一种操作动力设备的方法，该动力设备包括冷凝器主体，蒸汽轮机排汽能够流动通过该冷凝器主体，所述方法包括：

操作第一泵来将第一冷却剂供应到设置在所述冷凝器主体内的第一冷却部件，以至少在第一冷却操作期间冷却所述蒸汽轮机排汽；

操作比所述第一泵具有更大的容量和更大的功率要求的第二泵来将第二冷却剂供应到设置在所述冷凝器主体内的第二冷却部件，以在第二冷却操作期间冷却所述蒸汽轮机排汽；

对所述第一冷却操作和第二冷却操作中的各个的持续时间定时；以及

根据所述定时、预先选择的计划和当前条件来改变所述第一冷却操作和第二冷却操作的衔接。

18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，在所述动力设备的停机状态期间进行所述第一泵的操作，而在所述动力设备的活动状态期间进行所述第二泵的操作。

19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，在活动状态于每周5天以及那些活动日中每天16个小时中有效的情况下，以停机状态和活动状态的循环方式来操作所述动力设备。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，在所述停机状态期间，如果当前条件承受不受控制的动力降低，或者一些其它备选的动力生成设备需要所述动力设备返回所述活动状态，则所述动力设备返回所述活动状态。