CN102200266B - 用于预加温热回收蒸汽发生器管系的系统和方法 - Google Patents

用于预加温热回收蒸汽发生器管系的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本申请描述用于预加温热回收蒸汽发生器管系的系统和方法。该热回收蒸汽发生器(300)可包括过热器(160)、第一涡轮分段(110)、与过热器(160)和第一涡轮分段(110)连通的第一主蒸汽管路(170)以及第一预加温管路(310)，第一预加温管路(310)定位在第一主蒸汽管路(170)的下游使得来自过热器(160)的蒸汽流(105)预加热第一主蒸汽管路(170)而不进入第一涡轮分段(110)。

Description

用于预加温热回收蒸汽发生器管系的系统和方法
技术领域
本发明大体涉及联合循环动力装置并且更具体地涉及用于预加温热回收蒸汽发生器管系以便提供应力缓和以及在总的动力装置起动时间中的改进的系统和方法。
背景技术
大体地描述，联合循环动力装置使用燃气涡轮和蒸汽涡轮的组合以产生电力。具体地，燃气涡轮循环可与蒸汽涡轮循环通过热回收蒸汽发生器(“HRSG”)等等以操作的方式联合。
因为蒸汽涡轮循环由燃气涡轮的排气驱动，所以HRSG可能不变成完全运转直到燃气涡轮循环使蒸汽涡轮循环增加到适合的温度。例如，排气的温度随着燃气涡轮的点火温度增加而在起动时逐渐增加。尽管来自燃气涡轮的热的排气流过HRSG，但是在初始冷却的HRSG能够在充足的压力和温度下产生蒸汽之前，可能过去相当一段时间。在传统系统中，燃气涡轮因此可保持在较低的负载下直到HRSG的温度增加到HRSG可在希望的压力和温度下产生蒸汽的水平。
HRSG中产生的过热蒸汽可远离蒸汽涡轮几百英尺或更多定位。因此连接HRSG和蒸汽涡轮的管系可比产生的过热蒸汽冷几百度。然而，使过热蒸汽流过具有相对于蒸汽更冷的金属温度的管道可引起蒸汽在进入蒸汽涡轮时的温度下降。这种温度下降可导致设备使用寿命的损失或由于用于加热管道的时间不充分而延迟允许蒸汽进入涡轮。类似地，如果延迟蒸汽进入以允许逐渐加热管道，则由于产生的蒸汽旁通到冷凝器或另外地与被用于产生功相反，故可招致增加的操作成本。
因此希望改进的热回收蒸汽发生器系统以及相关的管系起动和加温程序。优选地，这种改进的系统和程序应缓和管系内的应力，同时也提供改进的起动时间。
发明内容
因此本申请描述热回收蒸汽发生器。热回收蒸汽发生器可包括过热器、第一涡轮分段、与过热器和第一涡轮分段连通的第一主蒸汽管路以及第一预加温管路，第一预加温管路定位在第一主蒸汽管路的下游使得来自过热器的蒸汽流预加热第一主蒸汽管路而不进入第一涡轮分段。
本申请另外提供起动热回收蒸汽发生器的方法。方法可包括以下步骤：在过热器中产生蒸汽流、引导蒸汽流通过第一主蒸汽管路、使蒸汽流转向通过第一预加温管路直到蒸汽流达到预定温度，以及一旦达到预定温度则引导蒸汽流到第一涡轮分段。
本申请另外提供热回收蒸汽发生器。热回收蒸汽发生器可包括过热器、第一涡轮分段、与过热器和第一涡轮分段连通的第一主蒸汽管路、第一预加温管路(第一预加温管路定位在第一主蒸汽管路的下游使得来自过热器的蒸汽流预加热第一主蒸汽管路而不进入第一涡轮分段)、第二涡轮分段、在第一涡轮分段的下游的再热器、与再热器和第二涡轮分段连通的第二主蒸汽管路以及第二预加温管路(第二预加温管路定位在第二主蒸汽管路的下游使得来自再热器的蒸汽流预加热第二主蒸汽管路而不进入第二涡轮分段)。
当结合若干附图和所附权利要求阅读以下详细描述时，本申请的这些和其它特征以及改进对于本领域技术人员将变得显而易见。
附图说明
图1是已知的热回收蒸汽发生器系统的示意图。
图2是可在本文中描述的热回收蒸汽发生器系统的示意图。
部件列表
100    热回收蒸汽发生器
105    蒸汽流
110    高压级
120    中压级
130    低压级
140    冷凝器
160    高压过热器
170    高压级主蒸汽管路
180    高压级主蒸汽管路阀
190    高压级主蒸汽管路控制阀
200    再热器
210    冷却的再热管路
220    冷却的再热管路阀
230    高压串联旁通管路
240    高压串联旁通管路串联阀
250    中压级主蒸汽管路
260    热的再热隔离阀
270    中压级主蒸汽管路控制阀
280    热的再热旁通管路
290    热的再热旁通管路阀
300    热回收蒸汽发生器
310    高压分段预加温管路
320    高压分段预加温管路阀
330    中压分段预加温管路
340    中压分段预加温管路阀
具体实施方式
现在参考附图，在全部若干附图中，相同的数字指示相同的元件，图1示出传统的热回收蒸汽发生器(“HRSG”)系统100。蒸汽流105可循环通过一系列涡轮级，包括高压级110、中压级120和低压级130。冷凝器140可连接到低压级130并且经由旁通管路145或其它间接地连接到高压级120。冷凝器140收集在各个级110、120、130中使用的蒸汽、水或它们的混合物。
过热蒸汽流105可由高压过热器160提供。高压过热器160可由来自燃气涡轮或其它的排气加热。高压过热器160将过热蒸汽流105经由高压级主蒸汽管路170引导到高压级120。高压级主蒸汽管路隔离阀180可定位在高压过热器160与高压级主蒸汽管路170之间以便控制通过此处的蒸汽流。同样，高压级主蒸汽管路控制阀190可定位在高压级主蒸汽管路170与高压级110之间以便控制通过此处的压力和蒸汽流。
在蒸汽流105驱动高压级110之后，蒸汽流105可经由冷却的再热管路210引导向再热器200。冷却的再热管路阀220可定位在其上。高压级串联旁通管路230也可定位在高压过热器160的下游并且与冷却的再热管路210连通。高压级串联旁通管路阀240可定位在其上。
冷却的再热管路210和/或高压级串联旁通管路230的输出然后可在再热器200中加热。再热器200也可由来自燃气涡轮或其它的排气加热。来自再热器200的蒸汽流105可经由中压级主蒸汽管路250引导向中压级120。在再热器200与中压级主蒸汽管路250之间的流可由热的再热隔离阀260控制。同样，在中压级主蒸汽管路250与中压级120之间的流和压力可由中压级主蒸汽管路控制阀270控制。热的再热旁通管路280也可定位在再热器200的下游并且与冷凝器140连通。热的再热旁通管路阀290可定位在其上。尽管示出每个上述构件中的仅仅一个，但是在总的HRSG系统100中可使用任何数目的类似构件。
因为蒸汽涡轮循环从蒸汽流105中得到机械能，所以蒸汽涡轮循环构件和相关的蒸汽管路可在极高温度下操作。然而，这些构件和蒸汽管路可超出希望的操作范围。例如，在非操作时间的延长期之后HRSG系统100可处于“冷却的”热态状态。如果HRSG系统100当冷却时简单地接通，则突然的热膨胀可引起在构件和蒸汽管路上的物理性应力，这可导致减少的使用寿命和/或损坏。
图2示出可在本文中描述的热回收蒸汽发生器(“HRSG”)系统300。HRSG系统300可与HRSG系统100大部分相同。HRSG系统300还可包括高压级预加温管路310。高压级预加温管路310可定位在高压级主蒸汽管路170的下游并且正好在高压级主蒸汽管路控制阀190的上游。高压级预加温管路310可延伸到高压级串联旁通管路230。高压级预加温阀320也可定位在其上。高压级预加温管路310可尽可能靠近高压级主蒸汽管路控制阀190定位，以便确保高压级主蒸汽管路170可被尽可能多地加温。
同样，中压级预加温管路330可从中压级主蒸汽管路控制阀270的正好上游延伸到在冷凝器140附近的热的再热旁通管路280。中压级预加温管路阀340可定位在其上。
使用中，与经由旁通管路145、280或其它直接地或间接地排放到冷凝器140而不做有用功相反，来自高压过热器160和再热器200的蒸汽流105可用于加温高压级主蒸汽管路170和中压级主蒸汽管路250。具体地，高压级主蒸汽管路隔离阀180和高压级预加温管路阀320可打开而高压级主蒸汽管路控制阀190和高压级串联旁通阀240可关闭以便加温高压级主蒸汽管路170。
同样，热的再热隔离阀260和中压级预加温管路阀340可打开而中压级主蒸汽管路控制阀270和热的再热旁通阀290可关闭以便加温中压级主蒸汽管路250。因此这种预加热加温主蒸汽管路170、250，并且一旦预加热程序完成，则确保进入级110、120的蒸汽流105近似地处于适当温度下。一旦蒸汽流105维持这种温度达适当的时间量，则预加热程序可停止并且蒸汽105可以以正常方式流过级和其它。
在使用多个过热器或出口的情况下，一旦高压级串联旁通阀240达到预定行程，则高压级预加温管路阀320和高压级主蒸汽管路隔离阀180可允许打开以便确保蒸汽可用于预加温目的。一旦高压过热器160的出口压力高于高压级主蒸汽管路170内的压力，则剩余的预加温管路阀340和隔离阀260可打开以便确保正向流(positiVe flow)。这给预加温提供操作灵活性以便考虑在不同负载下操作的燃气涡轮。
本文中所描述的HRSG系统300因此加热主蒸汽管路170、250而没有附加能源成本。该流105也可关于再热器200和其它使用。预加温概念也可应用到低压分段130和其它。
应显而易见的是，前述仅仅涉及本申请的某些实施例并且本文中可由本领域技术人员做出许多变化和改变而不偏离由权利要求及其等同物所限定的本发明的总的精神和范围。

Claims (12)

1.一种热回收蒸汽发生器(300)，包括：
过热器(160)；
第一涡轮分段(110)；
第一主蒸汽管路(170)，其与所述过热器(160)和所述第一涡轮分段(110)连通；
第一旁通管路，其定位于所述第一主蒸汽管路的上游；
再热器，其定位于所述第一涡轮分段的下游；和
第一预加温管路(310),其定位在所述第一主蒸汽管路(170)的下游，并构造成使得来自所述过热器(160)的蒸汽流(105)预加热所述第一主蒸汽管路(170)而不进入所述第一涡轮分段(110)、并使得所述蒸汽流被导向所述再热器以产生再加热蒸汽流；其中，所述热回收蒸汽发生器构造成再利用所述再加热蒸汽流。
2.根据权利要求1所述的热回收蒸汽发生器(300)，其特征在于，所述第一涡轮分段包括高压分段，并且所述第一主蒸汽管路包括高压分段主蒸汽管路。
3.根据权利要求1所述的热回收蒸汽发生器(300)，其特征在于，所述第一预加温管路(310)与所述第一旁通管路(230)相连通。
4.根据权利要求3所述的热回收蒸汽发生器(300)，其特征在于，所述第一旁通管路(230)与冷的再热管路(210)相连通，并且其中所述第一预加温管路在所述冷的再热管路上游连接到所述第一旁通管路。
5.根据权利要求3所述的热回收蒸汽发生器(300)，其特征在于，所述第一旁通管路(230)包括在其上的第一旁通管路阀(240)。
6.根据权利要求1所述的热回收蒸汽发生器(300)，其特征在于，所述第一主蒸汽管路(170)包括在其上游的隔离阀(180)和在其下游的控制阀(190)。
7.根据权利要求1所述的热回收蒸汽发生器(300)，其特征在于，还包括第二主蒸汽管路(250)以及在所述第一涡轮分段(110)的下游的第二涡轮分段(120)，其中所述第二主蒸汽管路分别与所述再热器、以及所述第二涡轮分段相连通。
8.根据权利要求7所述的热回收蒸汽发生器(300)，其特征在于，还包括定位于所述第二主蒸汽管路上游的第二旁通管路、定位于所述第二涡轮分段下游的冷凝器、和第二预加温管路(330),所述第二预加温管路定位在所述第二主蒸汽管路(250)的下游、并构造成使得来自所述再热器(200)的所述蒸汽流(105)预加热所述第二主蒸汽管路(250)而不进入所述第二涡轮分段(120)。
9.根据权利要求8所述的热回收蒸汽发生器(300)，其特征在于，所述第二涡轮分段包括中压分段，并且所述第二主蒸汽管路包括中压分段主蒸汽管路。
10.根据权利要求8所述的热回收蒸汽发生器(300)，其特征在于，所述第二预加温管路(330)与所述第二旁通管路(280)相连通。
11.一种起动热回收蒸汽发生器(300)的方法，包括：
在过热器(160)中产生蒸汽流(105)；
引导所述蒸汽流(105)通过第一主蒸汽管路(170)；
使所述蒸汽流(105)转向通过第一预加温管路(310)并流到第一旁通管路，直到所述蒸汽流(105)达到预定温度；以及
一旦达到所述预定温度则引导所述蒸汽流(105)到第一涡轮分段(110)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括：
在再热器(200)中再加热所述蒸汽流(105)以使得产生再加热蒸汽流；
引导所述再加热蒸汽流(105)通过第二主蒸汽管路(250)；
使所述再加热蒸汽流(105)转向通过第二预加温管路(330)并流到第二旁通管路，直到所述蒸汽流(105)达到所述预定温度；以及
一旦达到所述预定温度则引导所述再加热蒸汽流(105)到第二涡轮分段(120)。
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