CN102383881A - 蒸汽轮机设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种单个主轴(22)式蒸汽轮机设备，其具有分别安置在所述主轴(22)任一端上的第一低压蒸汽轮机(30a)和第二低压蒸汽轮机(30b)。发电机(10)和至少一个高压蒸汽轮机(14)在所述主轴(22)上被安置在所述第一和第二低压蒸汽轮机之间。

Description

蒸汽轮机设备
技术领域
本申请一般地涉及蒸汽轮机设备，更具体地涉及被设计和布置成用于向间歇性高要求蒸汽消耗装置提供中间蒸汽的蒸汽轮机设备集成装置。
背景技术
对于高要求用户而言，具有蒸汽排出口的单个主轴式蒸汽轮机设备所面临的其中一个挑战是如何以有效的方式运行，同时使主轴的峰值扭矩应力最小。这个峰值扭矩是由通常安置在主轴上的发电机和一连串蒸汽轮机产生的阻力之间的差所造成的。
高要求蒸汽消耗装置的实例，在这种情况下为碳捕获和隔离单元，在EP 1688173中进行了描述。用于向高要求蒸汽消耗装置有效地提供能量和蒸汽的各种蒸汽轮机设备结构还在Zachary，J(June 2008)“Options forreducing a coalfired plant’s carbon foot print：Part I”POWER 28-33(Zachary)中进行了描述。所描述的结构包括与多个低压蒸汽轮机成串联布置的单个主轴式蒸汽轮机。
这种蒸汽设备的另一个实例在美国专利申请No.US 2010/0038917中进行了描述。所描述的是一种用于高要求用户的、具有中间排出口的单个主轴式蒸汽轮机。
发明内容
本发明提供了一种单个主轴式蒸汽轮机设备，其被构造成用于排出中间蒸汽，并且设置成在各种模式运行期间限制通过所述单个主轴式蒸汽轮机设备的高压蒸汽轮机的主轴峰值扭矩。
本申请试图利用独立权利要求所限定的技术方案来解决这个问题。有利的实施例在从属权利要求中给出。
本发明一方面提供一种单个主轴式蒸汽轮机，其在所述主轴的任一端处具有低压蒸汽轮机。发电机和高压蒸汽轮机被安置在所述低压蒸汽轮机之间。这种布置结构保证来自低压蒸汽轮机的总扭矩不通过所述高压蒸汽轮机，因而能够使得穿过所述高压蒸汽轮机的主轴部分被设计成用于较低的扭矩。
另一方面提供包括有离合联结器和中间用户排出口的组合装置，其提供运行和维护的灵活性。
结合附图，本发明的其他方面和优点将因下面的描述而变得明显，其中经由图示和实例公开了实施例。
附图说明
通过参照附图，在以下将以实例的方式更充分地描述本申请，其中：
图1是蒸汽轮机设备的示例性实施例的示意图；
图2是蒸汽轮机设备的示意图，其包括具有三个主轴部分的主轴并且集成有图1所示的蒸汽轮机设备；
图3是蒸汽轮机设备的示意图，其包括具有一个主轴部分的主轴以及两个排出口，并且集成有图1所示的蒸汽轮机设备。
具体实施方式
在下面的描述中，为了解释的目的阐明了多个具体细节，以提供对示例性实施例的透彻理解。然而，没有这些具体细节显然地也可以实施这些实施例。在其他的情况下，结构和装置显示为块状图的形式，以便于描述所述示例性实施例。
在本说明书全文中，参考使用“蒸汽轮机机组”进行说明。在本说明书中，“蒸汽轮机机组”定义为在单个主轴22上具有不同压力结构的一连串蒸汽轮机。蒸汽轮机机组12可包括布置在单个主轴22上的一些或所有的一连串的蒸汽轮机。
在整个说明书中，参考使用“高要求蒸汽消耗装置”进行说明。“高要求蒸汽消耗装置”被定义为这样一个能够要求蒸汽流速的蒸汽消耗装置，其等同于在蒸汽设备中的低压蒸汽轮机。这种蒸汽消耗装置的一个实例是碳捕获单元。
现在参照示例性实施例的细节，来说明附图中所示的实例。在可能的地方，在全文中使用相同的附图标记以表示相同或类似的部分。
图1显示包括有主轴22的示例性蒸汽轮机设备，其中在主轴22上安置有一连串的蒸汽轮机和发电机10。所述一连串的蒸汽轮机包括蒸汽轮机机组12和第一与第二低压蒸汽轮机30a、30b。第一与第二低压蒸汽轮机30a、30b安置在蒸汽轮机设备的任一端，并且利用供给管线27与蒸汽轮机机组12进行蒸汽连通。高要求蒸汽消耗装置的排出口24安置在这个供给管线27上。
通过将低压蒸汽轮机30a和发电机10安置在主轴22的相反端上，可降低通过高压蒸汽轮机14的扭矩载荷。为了进一步降低通过高压蒸汽轮机14的扭矩，在图2所示的蒸汽机组12中，高压蒸汽轮机14和中压蒸汽轮机16可以交换安置位置，从而使得中压蒸汽轮机16比高压蒸汽轮机14更邻近发电机10地进行安置。
图2显示示例性的蒸汽轮机设备，其包括主轴22，所述主轴22具有由第一和第二离合联结器20a、20b所联结的三个部分22a、22b、22c。第一离合联结器20a连接或联结着第一和第二主轴部分22a、22b，而第二离合联结器20b连接或联结着第一和第三主轴部分22a、22c。第二主轴部分22b和第三主轴部分22c具有分别安置在其上的第一低压蒸汽轮机30a和第二低压蒸汽轮机30b，而第一主轴部分22a包括发电机10和蒸汽轮机机组12。在示例性实施例中，蒸汽轮机机组12安置在发电机10和第一低压蒸汽轮机30a之间。通过使用离合联结器20a、20b，能够停止和维护低压蒸汽轮机30a、30b中的任何一个，同时蒸汽设备的其他部分仍然运行。这能够例如在经过排出口24排出蒸汽时来实现。
在图2所示的示例性实施例中，蒸汽轮机机组12包括一系列的蒸汽轮机，其从第一低压蒸汽轮机30a延伸，包括中压蒸汽轮机16和高压蒸汽轮机14。供给管线27a、27b分别将中压蒸汽轮机16联结到低压蒸汽轮机30b、30a。这些供给管线通常各自具有节流阀26a、26b，以对分别流到低压蒸汽轮机30a、30b的蒸汽流进行调节或节流，其在可操作地联接到排出口24a、24b(如图3所示)时能提供一种有效地平衡低压蒸汽轮机30a、30b之间载荷的装置。
图3显示另一个示例性实施例，其包括具有离合联结器的主轴22，其中在主轴22的两端处、在主轴上安置有两个低压蒸汽轮机30a、30b。发电机10和蒸汽轮机机组12被安置在定位于主轴22的两端处的低压蒸汽轮机30a、30b之间，其中蒸汽轮机机组12包括中压蒸汽轮机16和高压蒸汽轮机14。供给管线27a、27b分别将中压蒸汽轮机16联结到低压蒸汽轮机30a、30b。第二供给管线27b包括节流阀26b，用于对流向相应蒸汽轮机30b的蒸汽流进行调节或节流。供给管线27a、27b中的至少一个装配有用于高要求蒸汽消耗装置的排出口24a、24b。
本发明的另一示例性实施例提供操作供电设备的方法。所述方法首先包括提供如上所述并如图1-3中所示的蒸汽轮机设备，且包括识别出峰值电价的时间段，例如午餐时间、夜晚和工作日，在此时峰值电价可能达到基本负载运行期间的十倍。在这些识别的时间段期间，用于例如CO2捕获单元的高要求蒸汽消耗装置的排出口24a、24b可以被关闭，导致所有蒸汽轮机承担负载，因而能够使发电量达到最大。
相反地，当识别为处于较为中等或不很高电价的时间段时，通向高要求蒸汽消耗装置的排出口24a、24b打开，以供应例如CO2捕获单元。在这个操作模式期间，当蒸汽从至少一个低压蒸汽轮机30a、30b转移分散时，供电设备的发电输出量下降。
这个示例性方法的目的在于：通过在峰值电价期间使发电量最大，同时在低电价期间使CO2捕获达到最大，从而优化运行蒸汽轮机设备的收益。
可替代地，排出口24和CO2捕获装置可以在低电网需求时运行，以替代中压蒸汽轮机16和/或高压蒸汽轮机14在较低供给速率下运行(其将会导致低的运行效率)。这个运行构造具有进一步的优点，即通过关闭排出口24且将蒸汽引导到低压蒸汽轮机30a、30b可非常迅速地增加发电量，而无需增加所述设备的干线等级(stem rates)。
虽然本申请文件在这里显示和描述了认为是最实用的示例性实施例，但本领域技术人员应当理解的是，本发明能够在不脱离本发明的实质性特征的前提下实施成其他具体形式。例如，所述蒸汽轮机可以使用单流式或双流式蒸汽轮机。可替代地，低压蒸汽轮机30a、30b可设置成不同的尺寸，以便提供临界流量，从而使得位于其之间的质量流量分布可以匹配蒸汽消耗装置的需求。因此，所公开的实施例在各方面认为是示例性的而非限制性的。本发明的保护范围由所附权利要求书限定，而非前述说明书所限定，并且落入所附权利要求书的意义和范围以及其等同中的所有变化均包括在其中。
附图标记列表
10                  发电机
12                  蒸汽轮机机组
14                  高压蒸汽轮机
16                  中压蒸汽轮机
20a、20b            离合联结器
22、22a、22b、22c   主轴(shaft)
24、24a、24b        排出口
26a、26b            节流阀
27、27a、27b        供给管线
28a、28b            排出线
30a、30b            低压蒸汽轮机

Claims (7)

1.一种蒸汽轮机设备，包括：
主轴(22)，其具有第一和第二端部；
第一低压蒸汽轮机(30a)和第二低压蒸汽轮机(30b)，其分别位于所述主轴(22)的第一和第二端部处；
发电机(10)，其在所述主轴(22)上位于所述第一低压蒸汽轮机(30a)和第二低压蒸汽轮机(30b)之间；以及
蒸汽轮机机组(12)，其在所述主轴(22)上位于所述第一低压蒸汽轮机(30a)和第二低压蒸汽轮机(30b)之间，并且包括至少一个高压蒸汽轮机(14)。
2.根据权利要求1所述的蒸汽轮机设备，其特征在于，所述蒸汽轮机设备还包括：
第一供给管线(27a)，其将所述蒸汽轮机机组(12)连接到所述第一低压蒸汽轮机(30a)，以及
第一排出口(24a)，其在所述第一供给管线(27a)中适于供应至高要求蒸汽消耗装置。
3.根据权利要求1或2所述的蒸汽轮机设备，其特征在于，所述蒸汽轮机设备包括：
第二供给管线(27b)，其将所述蒸汽轮机机组(12)联结到所述第二低压蒸汽轮机(30b)；以及
第二排出口(24b)，其在所述第二供给管线(27b)中适于供应至高要求蒸汽消耗装置。
4.根据权利要求1至3中任一所述的蒸汽轮机设备，其特征在于，所述蒸汽轮机设备还包括：
第一离合联结器(20a)，其在所述主轴(22)上位于所述第一低压蒸汽轮机和发电机(10)之间，以及
第二离合联结器(20b)，其在所述主轴(22)上位于所述第二低压蒸汽轮机和蒸汽轮机机组(12)之间。
5.根据权利要求1至3中的任一所述的蒸汽轮机设备，其特征在于，所述主轴(22)不具有离合联结器。
6.根据权利要求2至4中的任一所述的蒸汽轮机设备，其特征在于，所述蒸汽轮机设备包括：
第一节流阀(26a)，其在所述第一供给管线(27a)中位于所述第一排出口(24a)的下游；以及
第二节流阀(26b)，其在所述第二供给管线(27b)中位于所述第一排出口(24a)的下游。
7.根据权利要求5所述的蒸汽轮机设备，其特征在于，所述蒸汽轮机设备包括：
第一节流阀(26a)，其在所述第一供给管线(27a)中位于所述第一排出口(24a)的下游；以及
第二节流阀(26b)，其在所述第二供给管线(27b)中位于所述第二排出口(24b)的下游。
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