CN102588019B

CN102588019B - 用于涡轮机及相关装置的饱和蒸汽热力循环

Info

Publication number: CN102588019B
Application number: CN201110462576.6A
Authority: CN
Inventors: V·茹尔丹; J·科兰; H·莱文
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2016-07-06
Anticipated expiration: 2031-12-27
Also published as: RU2555917C2; US20120256420A1; RU2011153167A; EP2472072B1; CN102588019A; US8820077B2; EP2472072A1

Abstract

本发明公开了一种用于涡轮机及相关装置的饱和蒸汽热力循环，其技术领域是发电厂中的饱和蒸汽或微过热蒸汽热力循环，所述发电厂至少包括核能源(2’)和涡轮机(2)，所述涡轮机(2)至少具有高压模块(3)、中压模块(4)和低压模块(5)。本发明特别地提出一种在该类型的发电厂中的饱和蒸汽或微过热蒸汽热力循环(1)，所述蒸汽连续流动通过高压模块(3)、中压模块(4)和低压模块(5)。所述蒸汽经历位于高压模块(3)和中压模块(4)之间的第一干燥和/或过热循环(6)，还经历包括位于中压模块(4)和低压模块(5)之间的至少一个干燥和/或过热过程的第二循环(9)。

Description

用于涡轮机及相关装置的饱和蒸汽热力循环

技术领域

本发明的技术领域是在核能发电厂中的饱和蒸汽或微过热蒸汽热力循环。

背景技术

最优化在核能发电厂中饱和蒸汽热力循环的问题已经通过若干方法和设备得以解决，特别是通过利用在高压涡轮机模块和低压涡轮机模块之间的这种类型的厂中的饱和蒸汽热力循环中的干燥和/或过热的阶段，和通过安装相关设备来解决。

这种类型的方法和设备使用新鲜蒸汽；也就是说，来自锅炉的蒸汽被用于使高压和低压部分之间的蒸汽过热。

因此，在已知的构造中，其中已知的变型在图1中示出，干燥器70和过热器80布置在高压模块30和中压模块40之间，且适用于干燥和过热由高压模块输出的蒸汽，该蒸汽由所述高压模块的上游的蒸汽产生器140产生，所述蒸汽产生器140由核能源140′供给。另外，处于过热目的，所述过热器80利用穿过连接到蒸汽产生器140的出口的管道270被供给新鲜蒸汽。

这些方法和相关设备的缺点特别地包括对于高度过热的要求，以使蒸汽能够流过低压涡轮机而不快速产生将对效率有消极影响且也趋于使涡轮机劣化的水滴。此外，使用用于过热的新鲜蒸汽对核循环的效率几乎没有影响，这是因为这种能量单独以热的形式被回收，而不转换为电。这是因为，然而在矿物燃料动力发电厂中的蒸汽由锅炉直接再热，因此增加了热交换的平均温度并提高了循环效率，由核动力厂中的新鲜蒸汽的过热仅会使热力循环劣化。但是，由于在最后膨胀阶段中的湿度含量，所以过热可以降低损失。由于在正确最优化的厂中的循环劣化，所以该积极影响大于消极影响。此外，所述分析证实干燥的更大的重要性，其有助于降低由于在下游膨胀阶段中的湿度含量造成的损失。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的缺陷，尤其是相关问题，一方面，具有最优化的饱和蒸汽或微过热蒸汽热力循环，此循环适于用在核能发电厂，也就是说包括至少一个核能源的厂，另一方面，使用新鲜蒸汽作为在该类型的热力循环中用于过热的热源。

为了这个目的，在包括核能源以及具有至少一个高压模块、中压模块和低压模块的涡轮机的发电厂中，本发明提出饱和蒸汽或微过热蒸汽热力循环，其中蒸汽相继流过高压、中压和低压模块，该蒸汽经历位于高压和中压模块之间的第一干燥和/或过热循环。应该注意到，所述第一过热循环可以设置在使用新鲜蒸汽的单个阶段中，或两个阶段中，从高压模块放出的蒸汽被用于向第一加热阶段供给，同时新鲜蒸汽被供给到第二加热阶段，第二构造是提高所述厂循环效率的变型。

术语“饱和蒸汽或微过热蒸汽热力循环”意味着由产生器供应的蒸汽可以被过热例如几十度。

根据第一特征，饱和蒸汽经历包括位于中压模块和低压模块之间的至少一个干燥过程的第二循环。

因为由含湿量引起的损失是相当可观的，所以，该循环被设计成补充位于高压和中压模块之间的第一干燥和/或过热循环，以实现在膨胀线路的最后阶段中饱和蒸汽的含湿量的进一步减小。

根据第二特征，第二循环还包括在其中蒸汽被过热的阶段。

有利地，第一循环被最优化以使在中压模块的出口处的蒸汽含湿量被保持在能使第二循环被最优化的特定范围内。从而，相对于现有技术，中压膨胀的等熵效率低，而低压膨胀的等熵效率高。此外，在这种情况下，由涡轮机低压模块中的液态形式的水产生的机械风险大大减小且被控制。

有利地，在整个循环中的蒸汽处于具有小于15％的含湿量或适中的过热温度的湿蒸汽状态。

根据特定特征，

-第二循环以使得低压涡轮机的出口处含湿量基本上处于从5％到15％的范围内的方式调节干燥和/或过热；

和/或

-第一循环以使得中压涡轮机的出口处含湿量基本上处于从5％到15％的范围内的方式调节干燥和/或过热；

和/或

-高压模块的膨胀调节含湿量以使得其在第一循环之前在高压涡轮机的出口处基本上处于从5％到15％的范围内。

根据另一特征，在第一循环中的过热通过使用取自高压模块的第一蒸汽排气点，最好取自所述高压模块的中间阶段的蒸汽来提供。

以相同的方式，在第二循环中的过热通过使用取自高压模块的第二蒸汽排气点的蒸汽来提供，该第二蒸汽排气点取自前述高压模块的第一蒸汽排气点下游的中间阶段，该中间阶段可位于该高压模块的出口处。

本发明还提出一种包括至少一个核能源和具有至少一个高压模块、中压模块和低压模块的涡轮机的发电厂，所述模块通过用于使蒸汽连续通过所述高压、中压和低压模块的蒸汽回路相互连接，所述厂还包括位于中压和低压模块之间的至少一个干燥器。

在变型中，所述厂还包括位于中压和低压模块之间的过热器。

优选地，所述厂具有位于高压和中压模块之间的至少一个干燥器和/或一个过热器。

附图说明

参照附图根据下面的描述，本发明的其它特征和优点将变得清楚，其中：

图1示出了在根据现有技术的实施方式的发电厂中饱和蒸汽热力循环的总体图示；

图2示出了在根据现有技术的实施方式的发电厂中，饱和蒸汽热力循环的总体图示；

图3示出了焓图，被称为摩利尔(Mollier)图，表示在下面情况下膨胀线路的总体趋势：在理想的理论情况下、在根据现有技术的实施方式的情况下、和根据本发明实施方式的情况下。

为了更清楚，在所有附图中同样或相似的元件用相同的附图标记表示。

具体实施方式

图2示出在根据一个实施方式的发电厂中饱和蒸汽热力循环1的总体图示。

更具体地讲，该图示显示包括核能源2′和具有三个模块的涡轮机2的厂，第一模块是高压模块3，第二模块是中压模块4，第三模块是低压模块5。在整个循环中，工作介质在该例子中的水蒸汽连续通过高压模块3、中压模块4和低压模块5。

在热力循环的上游，蒸汽源例如至少一个蒸汽产生器14通过供给管道15向高压模块3供给新鲜蒸汽。另外，第一中间管道16布置在高压模块3的出口和中压模块4的进口之间，第二中间管道17布置在中压模块4的出口和低压模块5的进口之间，所述管道16和17各自分别具有干燥器7、10以及过热器8、11。流过第一和第二中间管道16、17的蒸汽因而经历各自包括干燥阶段和过热阶段的第一和第二循环6、9。因此，干燥器7、10可以分别用于执行第一循环6和第二循环9的干燥阶段，过热器8、11也可以分别用于执行第一循环6和第二循环9的过热阶段。

在此实施方式中，所述过热器8、11由热交换器形成。

高压模块3、中压模块4和低压模块5的每个适于引起交流发电机19的输入轴18的旋转，所述交流发电机19适于发电。

在低压模块5的出口处，第三中间管道20将蒸汽供给到与散热器22相连的主冷凝器21。该主冷凝器21用于将气态蒸汽转换为液态。

随着流动物分别通过一组低压再热器24、除气箱25和一组高压再热器26，位于热力循环端部的管道23从主冷凝器21向蒸汽产生器14供给。

成组的热交换器24、25、26适于再加热流体，但是除气箱25也用于减小水中氧气和其他气体的浓度。

在该实施方式中，第一中间管道16穿过其的第一过热器8通过连接到高压模块3的第一排气点12的第一过热管道27也被供给加热蒸汽。用于使蒸汽流过第一过热管道27的所述第一排气点12定位于高压模块3的中间水平，在这种方式下，过热器8被供给先前用过的蒸汽，而非新鲜蒸汽。类似地，第二中间管道17穿过其的第二过热器11通过连接到高压模块的位于第一排气点12下游的第二排气点13的第二过热管道28而被供给加热蒸汽。在具体的构造中，在附图中没有示出，所述第二排气点13可以位于高压模块3的出口处。

这些第一和第二过热器8、11也分别通过排放管道29和30向所述一组高压再热器26和除气箱25供应冷凝水。

以相同的方式，排放管道31、32从干燥器7、10将排出的流体排放到所述除气箱25和所述一组再热器24。

类似地，连接到高压模块3的排气点的排放管道33、34向所述一组再热器26供给湿蒸汽。通常连接到高压模块3的排放口的管道35供给除气箱25。

最后，连接到中压模块的排气点的排放管道36、37以及连接到低压模块的排气点的排放管道38供给所述一组再热器24。

因此，蒸汽沿热力循环而行，在热力循环中各个管道的流动方向由箭头指出。蒸汽因此被用于在不同的模块3、4、5中做功，所述模块3、4、5适于使轴18旋转且将旋转运动传递于交流发电机19，由此电在所述厂中产生。

当使用时，如果该热力循环提供最佳效率，特别地，第二循环9调节干燥和过热，以在低压涡轮机5的出口处提供基本上在5％到15％的范围内的含湿量。

以相同的方式，且有利地，为了在中压涡轮机4的出口处提供基本上在5％到15％的范围内的含湿量，第一循环6调节干燥和过热过程。

根据另一区别特征，高压模块3调节含湿量以使其在第一循环6之前在所述高压模块3的出口处基本上处于5％到15％的范围内。

图3示出了焓图，称为摩利尔(Mollier)图，表示在下面情况下膨胀线路的总体趋势：在理想的理论情况下、在根据现有技术实施方式的情况下以及在根据本发明的实施方式的情况下。

需要注意的是这些曲线仅仅表示总体趋势。

曲线CIs表示作为对应的熵的函数在循环中蒸汽的焓的理想的理论曲线总体趋势。线S表示在该图示中水的饱和曲线。

更确切地说，饱和曲线S标出两个域之间的边界，水在较高焓时呈干蒸汽形式，并且对于焓低于给定熵的所述曲线S的焓时呈饱和蒸汽(或湿蒸汽)形式。名称“干饱和蒸汽”是指水精确地位于饱和曲线上的状态。湿蒸汽的水含量随着焓减小而增加，直到1(液态水)含量达到全部水汽相被凝结时为止。

曲线Ccs表示在根据现有技术的已知实施方式的情况下曲线的总体趋势，换句话说，仅仅具有位于高压模块3和中压模块4之间的第一干燥和过热循环6的热力循环。

该曲线示出了若干不同的趋势，包括：

-A：由蒸汽产生器生成的蒸汽以接近饱和的湿蒸汽的形式到达涡轮机进口；此蒸汽被称为新鲜蒸汽。

-P₂：曲线描述了在A点和B点之间的下降斜坡；换句话说，焓减小而熵增加，其的证明通过在高压模块中蒸汽的膨胀被提供。

-P₃：第一循环6的干燥器7和过热器8意味着在B点和C点之间的曲线部分作为熵的函数的焓增加，导致其向上的趋势。

-P₄：该曲线描述了在C点和D点之间的下降斜坡；焓减小而熵增加，其的证明通过在涡轮机的中压模块4中的蒸汽膨胀被提供。

-P₅：该曲线描述了在点D和点E之间的下降斜坡，且焓减小而熵增加，该部分对应于在涡轮机的低压模块5中的蒸汽膨胀。

曲线Cca表示在根据本发明的实施方式的情况下曲线的总体趋势，换句话说，具有热力循环，特别是其具有

-位于高压模块3和中压模块4之间的第一干燥和过热循环6；

-位于中压模块4和低压模块5之间的第二干燥和过热循环。

该曲线描述了若干不同的趋势，包括：

-A：由蒸汽产生器生成的蒸汽以接近于饱和的湿蒸汽的形式到达涡轮机的进口；该蒸汽被称为新鲜蒸汽。

-P′₂：该曲线描述了在点A和点B之间的下降斜坡；换句话说，焓减小而熵增加，其的证明通过在高压模块中蒸汽的膨胀被提供。

-P′₃：第一循环6的干燥器7和过热器8意味着在点B′和C′之间的曲线部分作为熵的函数的焓第一次增加，导致其向上的趋势。

-P′₄：该曲线描述了在点C′和点D′之间的下降斜坡，焓减小而熵增加，其的证明通过在涡轮机的中压模块4中蒸汽的膨胀被提供。

-P′₅：第二循环9的干燥器10和过热器11引起在曲线的点D′和E′之间的该部分作为熵的函数的焓的第二次增加，导致其向上的趋势，第二循环9发生在来自中压模块4的蒸汽向涡轮机的低压模块5的传递期间。

-P′₆：该曲线描述了在点E′和F′之间的下降斜坡，焓减小而熵增加，其的证明通过在低压模块中蒸汽膨胀被提供。

更准确地说，应该注意的是在B′、E(B′)点处的焓大于在B，E(B)点处的焓。类似地，应该注意的是在点C′、E(C′)处的尖峰焓小于在点C、E(C)处的尖峰焓。可以在涡轮机的中压模块4的下游执行第二循环9的事实使得其可在第一循环6中限定较低的蒸汽过热水平并提供技术问题的解决方案，所述在第一循环6中限定较低的蒸汽过热水平提供了不需要新鲜蒸汽排气以供给第一过热器8的示例性证据。

最后，该图示出了表示在具有第一和第二循环6、9的热力循环情况下的曲线总体趋势的曲线Cca与曲线Ccs相比较更接近于理想循环的曲线CIs，这提供了涡轮机改进的效率的证据，该理想循环的曲线表示作为熵的函数的循环的焓的总体趋势，该理想循环特征在于通过在每个膨胀阶段之后的蒸汽的干燥而使由于含湿量引起的损失最小化，曲线Ccs表示在具有单个第一循环6的热力循环情况下的曲线的总体趋势。

在不脱离本发明的范围的情况下，可以对上面所描述的实施方式进行众多修改。

例如，上述的模块的数量没有限制。可在包括更多模块的涡轮机中使用包括第二循环的热力循环。特别地，在不脱离本发明的范围的情况下，低压循环模块的数量取决于所述厂的特定条件，可以例如在1个和4个之间变化。

改变管道的数量也是可行的。例如，存在更多数量的排放管道。

在不脱离本发明的范围的情况下，由于尺寸和技术的原因，在第一和第二循环中使用的设备可以以平行的排布置，典型地两排或四排。

最后，在附图中以示例形式示出的给水加热器的布置是典型的构造。在不脱离本发明的范围的情况下，其它构造，关于交换器数量、除气箱的存在或缺少以及来自干燥器和过热器的冷凝物回收的水平可以是不同的。

Claims

1.一种发电厂中的饱和蒸汽或微过热蒸汽热力循环（1），所述发电厂至少包括核能源（2’）和涡轮机（2），所述涡轮机至少包括高压模块（3）、中压模块（4）和低压模块（5），所述饱和蒸汽或微过热蒸汽连续地流过所述高压模块（3）、中压模块（4）和低压模块（5），所述饱和蒸汽或微过热蒸汽经历位于所述高压模块（3）和中压模块（4）之间的第一干燥和/或过热循环（6），其中，所述饱和蒸汽或微过热蒸汽经历包括位于中压模块（4）和低压模块（5）之间的至少一个干燥过程的第二循环（9），所述第二循环（9）包括蒸汽过热阶段；

其特征在于，在第二循环（9）中的过热通过使用直接来自位于高压模块（3）的中间阶段的第二蒸汽排气点（13）的蒸汽来提供。

2.如权利要求1所述的热力循环，其特征在于，所述饱和蒸汽或微过热蒸汽在中压模块（4）的出口处被保持在湿蒸汽状态。

3.如权利要求1或2所述的热力循环，其特征在于，所述第一干燥和/或过热循环（6）调节干燥和/或过热，以使得在中压模块（4）的出口处获得在从5%到15%的范围内的含湿量。

4.如权利要求1或2所述的热力循环，其特征在于，第二循环（9）调节干燥和/或过热，以使得在低压模块（5）的出口处获得在从5%到15%的范围内的含湿量。

5.如权利要求1或2所述的热力循环，其特征在于，高压模块（3）调节含湿量，以使其在第一干燥和/或过热循环（6）之前在所述高压模块（3）的出口处位于从5%到15%的范围内。

6.如权利要求1或2所述的热力循环，其特征在于，在第一循环中的过热通过使用来自高压模块（3）的第一蒸汽排气点（12）的蒸汽来提供。

7.如权利要求6所述的热力循环，其特征在于，所述第二蒸汽排气点（13）位于所述第一蒸汽排气点（12）的下游。

8.一种至少包括核能源（2’）和涡轮机（2）的发电厂，所述涡轮机（2）至少包括高压模块（3）、中压模块（4）和低压模块（5），所述高压模块（3）、中压模块（4）和低压模块（5）通过适于使蒸汽连续流过所述高压模块（3）、中压模块（4）和低压模块（5）的蒸汽回路相互连接，至少一个第一干燥器（7）和/或第一过热器（8）位于高压模块（3）和中压模块（4）之间，其中，所述发电厂包括位于中压模块（4）和低压模块（5）之间的第二过热器（11）和至少一个第二干燥器（10）；

其特征在于，所述第二过热器（11）中的过热通过使用直接来自位于高压模块（3）的中间阶段的第二蒸汽排气点（13）的蒸汽来提供。