CN103109048B - 废热蒸汽发生器、涡轮机设备和调节其短期功率升高的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于燃气和蒸汽涡轮机发电厂的废热蒸汽发生器(1)，该蒸汽发生器带有形成流动路径(2)的多个被流动介质(M)流过的节能器加热面、蒸发器加热面和过热器加热面(4)，其中溢流管路(20)从流动路径(2)分支出，且导引向多个布置在流动路径（2）中就流动介质而言在过热器加热面(4)后方的喷射阀(14)，该废热蒸汽发生器(1)应当以特别的程度能够可实现后置的蒸汽涡轮机的短期的功率升高，而在此不作为代价而影响蒸汽过程的效率。同时，短期的功率升高与废热蒸汽发生器的结构形式无关地实现。为此，溢流管路(20)的分支位置(22)布置在就流动介质而言第一个蒸汽加热面(4)的前方和就流动介质而言节能器加热面(4)的后方。

Description

废热蒸汽发生器、涡轮机设备和调节其短期功率升高的方法
技术领域
本发明涉及一种用于燃气和蒸汽涡轮机发电厂的废热蒸汽发生器，所述蒸汽发生器带有多个形成流动路径的被流动介质流过的节能器加热面、蒸发器加热面和过热器加热面，其中溢流管路从流动路径分支出，且导引向多个布置在流动路径中就流动介质而言过热器加热面的后方的喷射阀。本发明还涉及一种用于调节带有前置的废热蒸汽发生器的蒸汽涡轮机的短期功率升高的方法。
背景技术
废热蒸汽发生器是从热气体流中回收热量的换热器。废热蒸汽发生器可通常使用在主要用于发电的燃气和蒸汽涡轮机设备(GuD设备)中。在此，现代的GuD设备通常包括一个至四个燃气涡轮机和至少一个蒸汽涡轮机，其中，要么每个涡轮机各驱动一个发电机(多轴设备)，要么燃气涡轮机与蒸汽涡轮机一起在共同的轴上驱动唯一一个发电机(单轴设备)。涡轮机的热废气在此使用在废热蒸汽发生器中以便生成水蒸汽。然后，蒸汽输送给蒸汽涡轮机。通常，电功率的大约三分之二由燃气涡轮机分担且三分之一由蒸汽过程分担。
类似于蒸汽涡轮机的不同的压力级，废热蒸汽发生器也包括具有各所获得的水-蒸汽混合物的不同的热状态的多个压力级。在每个此压力级中，首先流动介质在其流动路径上流过利用剩余热来预热流动介质的节能器，然后流动介质流过蒸发器加热面和过热器加热面的不同的级。在蒸发器内蒸发流动介质，然后在分离装置中分离可能的剩余湿气，且在过热器内进一步加热剩余的保留的蒸汽。
由于负载波动，可能明显地影响传递到过热器的热功率。因此，经常需要调节过热器温度。在新设备中，这主要通过在过热器加热面之间喷射用于冷却的供给水实现，即，溢流管路从流动介质的主流分支出且导引至相应地布置的喷射阀。在此，通过各过热器上的输出温度调节喷射。
对于现代的发电厂，不仅要求高效率，而且要求尽可能灵活的运行方式。此外，除短的启动时间和高的负载变化速度，还包括可补偿电网中的频率干扰。为满足这些要求，发电厂必须能在数秒内提供例如5％或更多的剩余功率。
在现在的通常的GuD发电厂中，这通常通过燃气涡轮机的负载升高实现。但在一定的情况中，希望的功率升高不仅通过燃气涡轮机提供尤其在上部负载区域内是可行的。因此，同时也执行这些措施，其中，蒸汽涡轮机可以且应当同样在第一秒内附加地对频率支持起作用。
这例如可通过打开蒸汽涡轮机的部分地节流的涡轮机阀或所谓的分级阀来实现，以此降低蒸汽涡轮机前的蒸汽压力。由此，转存来自前置的废热蒸汽发生器的蒸汽存储器的蒸汽且将之输送给蒸汽涡轮机。以此措施，在数秒内实现了GuD发电厂的蒸汽部分内的功率升高。
此附加的功率可在相对短的时间内释放，以便通过燃气涡轮机可至少部分地补偿延迟的功率升高(受到与燃气涡轮机的结构和运行相关的最大负载变化速度的限制)。整个机组通过此措施直接实现了功率跃升，且可通过随后的燃气涡轮机的功率升高也持久地保持或超过此功率水平，而前提条件是，设备在附加地要求的功率储备的时刻处于部分负载范围内。
但为提供储备而将涡轮机阀永久地节流总是导致效率损失，因此对于经济的运行方式，节流的程度应当绝对必要地保持低。此外，一些例如强制流过蒸汽发生器的废热蒸汽发生器的结构形式可能具有比例如自然流转蒸汽发生器明显更小的存储器体积。在上述方法中，存储器尺寸的差异对GuD发电厂的蒸汽部分的功率变化时的性能具有影响。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是给出一种前述类型的废热蒸汽发生器，所述废热蒸汽发生器以特别的程度可实现后置的蒸汽涡轮机的短期的功率升高，而同时不以影响蒸汽过程的效率为代价。同时，短期的功率升高与废热蒸汽发生器的结构形式无关地实现。此外，本发明所要解决的技术问题是给出一种相应的GuD发电厂以及给出一种用于调节带有前置的废热蒸汽发生器的蒸汽涡轮机的短期功率升高的方法。
在废热蒸汽发生器方面，该技术问题根据本发明由此解决，溢流管路的分支位置布置在就流动介质而言第一个蒸汽加热面的前方和就流动介质而言节能器加热面的后方。
在此，本发明从如下考虑出发，即附加地喷射供给水可进一步完成快速的功率改变。通过在过热器的区域内附加地喷射水，即可短期地升高蒸汽质量流量。但过大的喷射量可能过强地降低蒸汽的温度。这通过升高喷射水的比焓来应对，因为这样在相同的蒸汽温度额定值下可能实现更高的喷射量。喷射水的比焓的此升高可由喷射水通过节能器加热面附加的吸热来实现。即用于喷射水的溢流管路应位于就流动介质而言节能器加热面的后方。
在节能器加热面后方的这种获取已是一种在优化喷射系统以提供立即储备方面的改进。当然，在蒸汽温度保持不变时，喷射水的比焓越高，则蒸汽质量流量可升高更大。这可通过喷射水的另外的预热来实现。因此，溢流管路的分支位置应有利地布置在就流动介质而言最后的节能器加热面的后方。
但通过在蒸发器的方向上移动分支位置，就流动而言在获取位置和喷射位置之间的距离减小。因此，在溢流管路的入口和出口之间保证，压力差足够大，以便能够保证喷射水满意地通过喷射阀。因此，在有利的构造中，在就流动介质而言溢流管路的分支位置的后方设有用于流动介质的流量调节阀。以此提高了分支位置处的压力，且可保证足够所有运行情况的压力差。当然，节能器设计用于相应更高的运行压力。
在另外的有利的构造中，在就流动介质而言溢流管路的分支位置的后方设有用于流动介质的流量测量装置。因此，即在此情况下，不必通过附加的测量或分开的收支平衡考虑获取量来调节供给水。
在有利的构造中，这种废热蒸汽发生器使用在燃气和蒸汽涡轮机发电厂中。
在用于调节带有前置的废热蒸汽发生器的蒸汽涡轮机的短期功率升高的方法方面，其中所述废热蒸汽发生器带有多个形成流动路径的被流动介质流过的节能器加热面、蒸发器加热面和过热器加热面，其中，将从流动路径分支出且将其在就流动介质而言过热器加热面的后方喷射到流动路径内，该技术问题通过将流动介质在就流动介质而言第一个蒸发器加热面的前方且在就流动介质而言节能器加热面的后方分支解决。
以本发明实现的优点尤其在于，在利用喷射来频率支持时，通过在第一个节能器加热面的后方获取用于过热器的喷射水可获得所产出的蒸汽涡轮机功率更大的升高。喷射水的更高的温度/焓导致即更高的喷射量，其前提条件是蒸汽温度额定值保持不变。此更高的喷射量同时增大了流过蒸汽涡轮机的新鲜蒸汽质量流量。
如果并联地实现涡轮机阀的节流，则在此情况下可降低节流程度，且仍生成所要求的功率升高。因此，GuD设备可在通常的负载运行(其中GuD设备必须具备立即储备)中由于更低的节流而以相对更高的效率运行。
由于在通常运行中尤其是带有BENSON蒸发器的强制流过式废热蒸汽发生器在整个负载范围内在正常情况中不用喷射到过热器内足够(同样用于可能的效率改进)，受系统限制地，喷射水的更高的焓不具有附加的不利副作用。这意味着对于通常的设备运行，在哪个位置获取喷射水不重要。
附图说明
本发明的实施例根据附图进一步阐述。
在此，图1示出根据本发明的带有喷射系统的部件连接的、就流动介质而言的废热蒸汽发生器的高压部分。
具体实施方式
在图中示例地图示了废热蒸汽发生器1的高压部分。本发明当然也可使用在另外的压力级中。附图示意性地图示了流动介质M的流动路径2。节能器6、蒸发器8和过热器10的单独的加热面4在热气通道内的空间布置未图示且可改变。
流动介质M由供给泵12在相应的压力下输送到废热蒸汽发生器1的高压流动路径2中。在此，流动介质M首先流过可包括多个加热面4的节能器6。节能器6典型地布置在热气通道的最冷的部分内，以在此处实现利用剩余热来提高效率。然后，流动介质M流过蒸发器8和过热器10的加热面4。在蒸发器8和过热器10之间，在此还可布置未详细图示的分离装置，所述分离装置将剩余湿气从流动介质M中去除，以便仅纯蒸汽到达过热器10中。最后，流动介质M从过热器10流向后置的未图示的蒸汽涡轮机。
在附图中图示的加热面4分别代表多个串联连接的加热面，但所述加热面为了视图清晰而未区分地图示出。
在过热器10的单独的加热面4之间，在就流动介质而言设有喷射阀14，另外的喷射阀14布置在过热器10的最后的加热面4后方。在此，可喷入较冷的且未蒸发的流动介质M，以调节在废热蒸汽发生器1的高压部分的出口16处的出口温度。为中间喷射或最后喷射而引入喷射阀14内的流动介质M的量通过调节阀18调节。流动介质M在此通过先前在流动路径2中分支的溢流管路20供给。
但为了可以利用喷射系统不仅来调节出口温度而且来提供立即的功率储备，溢流管路20的分支位置22布置在蒸发器8的加热面4和节能器6的加热面4之间。因此，由喷射阀14喷入的流动介质M具有比在节能器6前方获取的情况明显更高的比焓，且当在出口16处额定温度相同时可喷射更大的量。以此，蒸汽量明显升高而温度降低，但通过利用转存效果可短期保持在相对更高的水平上。因此，后置的蒸汽涡轮机的功率升高。
在根据附图的实施例中，流动介质M流过节能器6的所有加热面4，然后在分支位置22处获取一部分。如果在此位置不能获取，则在节能器6的两个加热面4之间的获取也是在立即储备优化方面的改进，因为在此也与节能器6的入口相比已存在流动介质的更高的焓。
在流动路径2内在溢流管路20的分支位置22后方设有流量测量装置24以及用于流动路径的流量调节阀26。以此，在溢流管路20的分支位置22处通过供给泵12存在高压力，因此在溢流管路的入口和出口之间保证足够大的压力差以便为附加的功率释放实现相应的流量升高。节能器6在结构上相应地设计用于此类高压力。
在分支位置22后方布置流量测量装置24允许测量流量而不考虑通过溢流管路20的获取量。否则，这必须通过附加的测量或分开的收支平衡来考虑。
如此构造的废热蒸汽发生器1现在使用在燃气和蒸汽涡轮机发电厂中。在此，一个或多个燃气涡轮机的热废气在烟气侧导引通过废热蒸汽发生器，而所述废热蒸汽发生器为蒸汽涡轮机提供蒸汽。蒸汽涡轮机在此包括多个压力级，即由废热蒸汽发生器1的高压部分加热的且在蒸汽涡轮机的第一级(高压级)中降压的蒸汽导引到废热蒸汽发生器1的中压级中且在此处，当然在较低的压力水平下重新过度加热。如已提及，根据附图的实施例示出了废热蒸汽发生器1的高压部分以用于示例地解释本发明，但其也可使用在另外的压力级中。
装配有此类废热蒸汽发生器的燃气和蒸汽涡轮机发电厂可不仅通过短期升高燃气涡轮机的功率(这受到允许的最大负载变化速度的限制)而且通过蒸汽涡轮机的立即的功率产出而快速地完成用于支持电网的频率的功率升高。
通过此功率储备除通常的温度调节外通过双重使用喷射阀门来实现，也可降低或甚至取消用于提供储备的蒸汽涡轮机的持久的节流，以此在正常运行期间实现了特别高的效率。

Claims (5)

1.一种用于燃气和蒸汽涡轮机发电厂的废热蒸汽发生器(1)，所述废热蒸汽发生器带有形成流动路径(2)的多个被流动介质(M)流过的节能器加热面、蒸发器加热面和过热器加热面(4)，其中，溢流管路(20)从所述流动路径(2)分支出，且导引向多个布置在流动路径(2)中就流动介质而言过热器加热面(4)的后方的喷射阀(14)，其中，所述溢流管路(20)的分支位置(22)布置在就流动介质而言第一个蒸汽加热面(4)的前方和就流动介质而言节能器加热面(4)的后方，其特征在于，所述溢流管路(20)的分支位置(22)布置在就流动介质而言的最后的节能器加热面(4)的后方，并且在就流动介质而言溢流管路(20)的分支位置(22)的后方设有用于所述流动介质(M)的流量调节阀(26)。
2.根据权利要求1所述的废热蒸汽发生器(1)，其中在就流动介质而言溢流管路(20)的分支位置(22)的后方设有用于流动介质(M)的流量测量装置(24)。
3.一种带有根据权利要求1或2所述的废热蒸汽发生器(1)的燃气和蒸汽涡轮机设备。
4.一种用于调节带有前置的废热蒸汽发生器(1)的蒸汽涡轮机的短期功率升高的方法，所述废热蒸汽发生器(1)带有多个形成流动路径(2)的被流动介质(M)流过的节能器加热面、蒸发器加热面和过热器加热面(4)，其中所述流动介质(M)从流动路径(2)分支出且在就流动介质而言过热器加热面(4)的后方喷射到流动路径内，其中所述流动介质(M)在就流动介质而言的第一个蒸发器加热面(4)的前方和就流动介质而言节能器加热面(4)的后方分支，其特征在于，所述流动介质(M)在就流动介质而言的最后的节能器加热面(4)的后方分支，并且在就流动介质而言溢流管路(20)的分支位置(22)的后方设置用于流动介质(M)的流量调节阀(26)，并调节所述流动介质(M)的流量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中在就流动介质而言所述溢流管路(20)的分支位置(22)的后方测量所述流动介质(M)的流量。
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