CN103582743A - 联合循环发电设备 - Google Patents

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Abstract

一种联合循环发电设备(1)，带有布置在单轴(2)上的燃气和蒸汽涡轮(GT、ST)且与具有耗热器的废热发电设备(100)例如局部加热系统或工业设备相结合，该联合循环发电设备(1)包括在中压蒸汽涡轮(7)处布置在涡轮的外壳上半壳(7)处的一个或多个抽汽口、以及将抽取的蒸汽引向该废热发电设备(100)的换热器(31、32)的抽汽管道(11、12)。抽汽出口布置成各自在外壳的最高点处或附近，或者成对地布置到外壳的最高点的两侧。抽汽口的具体布置允许单轴联合循环发电设备(1)的底板安装和因此发电设备的成本和空间效率实现。

Description

联合循环发电设备
技术领域
本发明涉及联合循环发电设备，其包括燃气和蒸汽涡轮以及热回收蒸汽发生器，并且尤其涉及借助抽汽与废热发电设备和／或局部加热相结合的联合循环发电设备。本发明尤其涉及发电机以及燃气和蒸汽涡轮的底板安装式单轴布置。
背景技术
具有蒸汽涡轮的热力发电设备常常配备抽汽口，该抽汽口提供热能以便操作另一设备，例如工业设备或局部加热系统。
例如，US4,492,084公开了一种发电设备，其包括蒸汽涡轮和布置在从中压蒸汽涡轮的排气口通向低压蒸汽涡轮的进口的跨管中的抽汽口。抽取的蒸汽用于具有换热器和储存器的远程加热系统，其在峰值电负荷及减小抽汽流量的时间段提供热量。此外，远程加热系统还包括用于使加热介质从储存器再循环到换热器用于再加热的管道。
US2008／0010968公开了一种蒸汽发电设备，其包括在单轴上的多个蒸汽涡轮以及在并联布置的两个双流中压蒸汽涡轮的排气口处的抽汽口。抽汽口与在远程加热回路中串联布置的两个换热器相连接。该布置允许对高流量加热蒸汽的安全控制。
在如上所述的发电设备中，传统上，布置抽汽口是为了在蒸汽涡轮的底部(即，在外壳下半壳)更加稳定和安全。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于与废热发电设备或局部加热系统相结合的带有抽汽口的联合循环发电设备，即，在现有技术的那种联合循环发电设备上改进。
一种联合循环发电设备包括布置在单轴上以驱动发电机的燃气涡轮和蒸汽涡轮。蒸汽涡轮由在热回收蒸汽发生器中使用燃气涡轮所排出的热气的热能产生的蒸汽来驱动。若干蒸汽涡轮至少包括布置在单轴上的高压涡轮、中压涡轮和低压涡轮。中压蒸汽涡轮包括一个或多个抽汽口，蒸汽从这里引向废热发电设备、局部加热系统或者包括耗热器的工业设备。
根据本发明，单轴发电设备是底板安装的，并且中压蒸汽涡轮的抽汽口布置在涡轮外壳的顶部，或者换句话说，在其外壳的上半壳中。
底板安装意味着，主涡轮机即燃气涡轮系统、蒸汽涡轮系统和单个发电机安装在其上的基板直接布置在地面上。地面是发电设备的建筑底板或其地基。在主涡轮机与地面之间不需要或不用布置垫座、悬架或弹簧。基板通常是大体积混凝土块。其地面面积尺寸定制为支撑对应的涡轮机。一个单轴动力传动系的基板的高度尺寸定制为使得基板高度与从地面固定到要安装在每个基板上的对应涡轮机的轴线的高度的总和是恒定的。因此，动力传动系的所有涡轮机的轴线能够在一个水平上对齐。
一个或多个抽汽口配置和布置成抽取中压涡轮的蒸汽的任何部分直到该涡轮的全部蒸汽，并且将其引向布置成借助抽取的蒸汽加热热交换介质的一个或多个换热器。能够通过控制抽汽流而控制热量提取。为了允许抽汽流的控制，流量控制阀布置在抽汽管道中。为了允许底板安装布置，抽汽管道以及流量控制阀布置得比单轴动力传动系的旋转轴线更高。为了流量控制阀的操作，还在单轴动力传动系的旋转轴线上方的抬高位置布置排出系统。
换热器布置在局部加热系统、工业设备或废热发电设备中，其可通过由换热器中的被提取蒸汽所加热的热交换介质输送的热能操作。
在一个实施例中，提供带有流动能力的旁通管道，其足以在蒸汽涡轮不操作的情况下使由热回收蒸汽发生器产生的总蒸汽质量流旁通至第一换热器和／或第二换热器。这允许燃气涡轮系统的独立操作，这改进了设备的操作灵活性。
在一个实施例中，止回阀在单轴的旋转轴线上方的抬高位置布置在抽汽管道中。止回阀用来确保在蒸汽涡轮无抽汽地操作时蒸汽涡轮的安全操作。当蒸汽交换器的蒸汽供应例如由于局部加热器的水平控制的故障而断开时，流量控制阀将关闭。止回阀也将关闭并阻止任何回流，由此允许在无抽汽的情况下蒸汽涡轮的安全操作。
在改进设备操作灵活性的又一实施例中，抽汽口还可以设计为蒸汽涡轮系统周围的旁通管道。这种抽汽管道具有流动能力，其足以在蒸汽涡轮倾斜的情况下提取燃料蒸汽质量流，以允许燃气涡轮系统独立于蒸汽涡轮操作。对于旁通操作，蒸汽在进入换热器中之前是直接来自主蒸汽管道的进料。
在本发明的实施例中，抽汽口成对地布置在涡轮外壳的上半壳处且在中压蒸汽涡轮的选定级的位置处。每对抽汽口的两个抽汽口定位于外壳的最高点的两侧。这样的抽汽口对可布置在中压蒸汽涡轮中的一个或多个位置或级处，例如，在涡轮的末级或在中间级。取决于所提取的蒸汽体积，抽汽口对或单个抽汽口可能更为有利。在本发明的又一实施例中，仅仅一个抽汽口布置在涡轮的选定级处，在此，该抽汽口定位于涡轮外壳的上半壳的最高点处或接近该最高点。
在双流中压蒸汽涡轮的情况下，一个或多个抽汽口布置在涡轮的两个流上，在此，在每个流中，单个抽汽口或一对抽汽口布置在外壳的上半壳中。
抽汽口在中压涡轮的上半部的布置有利于涡轮的底板安装，这在总体上对发电设备产生特殊优势。与多轴和工作台安装式布置中的联合循环发电设备相比，根据本发明的发电设备的单轴和底板安装布置允许特别的成本和空间效率实现。具体而言，发电设备的机器房的所需高度可大大降低。
在本发明的实施例中，水冷蒸汽冷凝器以侧向配置相对于低压蒸汽涡轮布置，由此避免竖直布置的冷凝器所需的空腔。
根据本发明的联合循环发电设备允许发电设备以比现有技术的那种发电设备更高的效率操作，既在部分负荷情况下，也在全负荷情况下。由于单轴布置，可驱动更大且更高效率的发电机，反之，在多轴布置中，燃气涡轮和蒸汽涡轮各驱动发电机，该发电机更小且效率更低。此外，单轴和底板安装布置允许更容易且更低成本的维护。
为了允许对抽取蒸汽流的控制，中压蒸汽涡轮顶部的抽汽管道包括蝶阀和／或止回阀。
附图说明
图1示出根据本发明的联合循环发电设备的示例性实施例的示意图。
图2示出根据本发明的联合循环发电设备的侧视图，且尤其是中压蒸汽涡轮处的抽汽口的布置。
图3示出中压蒸汽涡轮外壳的上半壳中的抽汽口的水平截面的俯视图。
图4示出图3的中压蒸汽涡轮的经向截面。
图5示出根据图4的V-V的中压蒸汽涡轮的轴向截面。
相同的数字在不同的图中代表相同的元件。
具体实施方式
图1示出布置在单轴2上的联合循环发电设备1，在该单轴2上布置驱动发电机G的燃气涡轮系统GT和蒸汽涡轮系统ST。发电设备1与废热发电设备100(例如工业设备或包括耗热器30的局部加热系统100)相结合。借助来自蒸汽涡轮系统ST的抽汽和一个或多个换热器31和32将热量提供给耗热器。
燃气涡轮系统GT包括例如压缩机3、燃烧室4和膨胀涡轮5，废气从这里被引导至(未示出的)热回收蒸汽发生器H。由蒸汽发生器H中产生的蒸汽驱动的蒸汽涡轮系统ST包括高压蒸汽涡轮6、中压蒸汽涡轮7和双流低压蒸汽涡轮8。
由低压蒸汽涡轮膨胀和排出的蒸汽被引导至冷凝器C，冷凝物和给水从这里再循环到蒸汽发生器H，由此完成发电设备的水-蒸汽循环。
中压蒸汽涡轮7由在蒸汽发生器H中再加热并借助管道9(可选地还通过管道10)引导至该涡轮的蒸汽驱动。数对抽汽口布置在中压蒸汽涡轮7处，例如，布置在该蒸汽涡轮7的中间级处的抽汽口12a和12b、以及布置在中压涡轮7的最末级处的抽汽口11a和11b。废热发电设备100的加热介质从耗热器30经由管道30′分别引导而在串联布置的第一和第二换热器31和32中被再加热。然后，蒸汽经由管道30″引导到耗热器30。来自涡轮7的最末级处的抽汽口11a，b的抽取蒸汽通向第一换热器31，而来自涡轮7的中间级处的抽汽口12a和b的蒸汽通向第二换热器32。
通过抽汽管道11a和b的蒸汽流在每个管道中由蝶阀11′控制，在此，根据换热器31的工作规范来控制蒸汽流的压力，例如约1巴的蒸汽压力。蝶阀11″布置在从抽汽管道11a，b分支至低压蒸汽涡轮8的进口的管道11c中，在此，该阀11″可将蒸汽压力增大到2巴。
类似地，根据换热器32的规范，借助蝶阀12′控制通过抽汽管道12a，b的蒸汽流。
阀11′、11″、12′操作成控制流到换热器31和32以及低压蒸汽涡轮的蒸汽流，取决于废热发电设备100中的热能需求和发电设备的负荷。在完全抽汽的情况下，低压涡轮用足以仅实现涡轮冷却的最小蒸汽流量操作。
阀允许控制抽汽程度，从百分之零抽汽且低压蒸汽涡轮的完全操作变化到带有来自中压蒸汽涡轮的完全抽汽以操作废热发电设备的发电设备的操作。在这种情况下，低压涡轮仅在冷却最小负荷下操作。
根据本发明的发电设备1如图2所示包括布置在单轴2上的燃气涡轮系统GT和蒸汽涡轮ST，单个发电机G在这个轴上旋转。设备的全部元件安装在底板水平FL上。每个主涡轮机设备安装在直接布置于地面上的底板FL或基板上。在所示示例中，燃气涡轮系统GT安装在基板23上，发电机G安装在基板24上，高压蒸汽涡轮6安装在基板25上，且中压蒸汽涡轮7安装在基板26上。低压蒸汽涡轮8直接安装在联合循环发电设备1的底板FL上，在这种情况下，底板FL是足够坚固的地基。通常，低压蒸汽涡轮8也安装在基板上。此外，这种布局允许低压蒸汽涡轮8的冷凝器C布置在与联合循环发电设备1的地面上的低压蒸汽涡轮8相同的水平上。因此，能够避免地下布置，这导致极大的成本节省。更详细地示出抽汽管道在中压蒸汽涡轮7处的布置，特别是它们在蒸汽涡轮7的上半壳7′处的布置，这有利于发电设备的底板安装。第一适配器21布置在涡轮7的最末级处且在涡轮外壳的上半壳7′处，在此，该适配器容纳穿过外壳的一对两个蒸汽出口或抽汽口，它们在图1中用11a和11b标出。两个蒸汽出口布置在外壳7′的最高点的两侧。单个蒸汽管11从适配器21引出并通向第一换热器31。在低压蒸汽涡轮8的水平处，管道11c从管道11引出且通向低压涡轮8的进口。(该图中未示出蒸汽涡轮控制阀)。在通向低压蒸汽涡轮8的导管的下游，流量控制阀12′布置在抽汽管道11中，其允许控制到第一换热器31的抽汽。像抽汽管道11本身，流量控制阀12′布置在轴2上方。为了安全的瞬态操作，止回阀14′还布置在抽汽管道11中。
在图2所示的示例性实施例中，第二适配器22布置在涡轮7的中间级处，其包含如图1中由12a和12b所示的第二对抽汽口，一对穿过涡轮外壳的蒸汽出口。蒸汽出口又布置在涡轮外壳的上半壳7′的最高点的两侧。单个蒸汽管从适配器22引出，该适配器22容纳由中间级处的涡轮7排出的蒸汽体积并将其引向第二换热器32。流量控制阀11′布置在抽汽管道12中，其允许控制到换热器32的抽汽。像抽汽管道12本身，流量控制阀12′布置在轴2上方。
此外，抽汽排出系统13′、13″布置在流量控制阀11′、12′和止回阀14′处。优选地，排出系统13′、13″也布置在轴2上方。
示例性实施例示出在中压蒸汽涡轮的不同级处的两对抽汽口。取决于废热发电设备的需求，只有一对抽汽口的实施例也是可能的。在本发明的变型中，抽汽能够借助单个抽汽管道实现，而不是一对抽汽口，以至少用于涡轮中间级处的抽汽，在此，蒸汽流体积可由单个管路容纳。
图3示出中压蒸汽涡轮7外壳中用于抽汽的蒸汽出口的实施例。该示例示出这对抽汽出口11a和b在涡轮的末级以及第二对抽汽出口12a和b在中间涡轮级的布置。
它们均相对于外壳半壳的最高点对称地布置。
图4示出中间级处的抽汽口12a和涡轮7的末级处的抽汽口11a，每个均接近外壳的最高位置布置。类似地，图5示出了在涡轮的末级处呈对称布置的这对抽汽口11a和11b的示例。
附图标记
1      联合循环发电设备
2      轴
3      燃气涡轮压缩机
4      燃气涡轮燃烧室
5      燃气膨胀涡轮
6      高压蒸汽涡轮
7      中压蒸汽涡轮
8      低压蒸汽涡轮
9      蒸汽进入管道
10     蒸汽进入管道
11     抽汽管道
11a，b 抽汽出口
11c    至低压蒸汽涡轮的蒸汽跨管
11′,11′′  流量控制阀
12a    抽汽出口
12b    抽汽出口
12′   流量控制阀
12     蒸汽管道
13′,13′′  抽汽排出系统
14′   止回阀
15     旁通管道
21     在涡轮末级处的第一适配器
22     在涡轮中间级处的第二适配器
23     燃气涡轮基板
24     发电机基板
25     高压蒸汽涡轮基板
26     中压蒸汽涡轮基板
30     耗热器
30′   来自耗热器的管道
30′′ 去往耗热器的管道
31     第一换热器
32     第二换热器
100    废热发电设备、局部加热系统
H      热回收蒸汽发生器
C      冷凝器
FL     底板水平
GT     燃气涡轮系统
ST     蒸汽涡轮系统
G      发电机

Claims (12)

1.一种联合循环发电设备(1)包括布置在单轴(2)上的燃气涡轮系统(GT)和蒸汽涡轮系统(ST)以及单个发电机(G)，其中，所述蒸汽涡轮系统(ST)至少包括高压涡轮(6)、中压涡轮(7)和低压涡轮(8)，
其中，借助从所述中压蒸汽涡轮(7)引出到废热发电设备、局部加热系统或包括耗热器(30)的工业设备(100)的抽汽管道(11、12)，所述发电设备(1)与所述废热发电设备、局部加热系统或工业设备(100)相结合，
其特征在于：
所述发电设备(1)布置在单轴(2)上，基板(23、24、25、26)直接布置在所述联合循环发电设备(1)的地面上，并且，所述燃气涡轮系统(GT)、所述蒸汽涡轮系统(ST)和所述单个发电机(G)直接安装在所述基板上，并且其中，
所述中压蒸汽涡轮(7)包括布置在涡轮外壳的上半壳(7′)处的一个或多个抽汽口(11a，b、12a，b)，流量控制阀(11′、12′)布置在所述抽汽管道(11、12)中以允许抽汽流的控制，并且
其中，所述抽汽管道(11、12)以及所述流量控制阀(11′、12′)布置得比所述单轴(2)的旋转轴线更高，以允许涡轮机在所述基板(23、24、25、26)上的安装。
2.根据权利要求1所述的联合循环发电设备(1)，其特征在于，所述中压蒸汽涡轮(7)处的所述一个或多个抽汽口(11a，b、12a，b)配置且布置成抽取所述中压涡轮(7)的蒸汽流的任何部分直到所述中压涡轮(7)的全部蒸汽流，并且所述抽汽管道(11、12)通向布置成借助抽取的蒸汽加热所述废热发电设备、局部加热系统或工业设备的热交换介质的一个或多个换热器(31、32)。
3.根据权利要求2所述的联合循环发电设备(1)，其特征在于，所述中压蒸汽涡轮(7)处的所述抽汽口(11a，b、12a，b)在所述中压蒸汽涡轮(7)的给定级处成对地布置在所述涡轮外壳的上半壳(7′)处，并且其中，一对抽汽口的两个单独抽汽口(11a，b、12a，b)定位至所述中压蒸汽涡轮(7)的所述外壳(7′)的最高点的两侧。
4.根据权利要求2所述的联合循环发电设备(1)，其特征在于，一个抽汽口布置在所述中压蒸汽涡轮(7)的给定级处，其中，该抽汽口定位于所述涡轮外壳的上半壳(7′)的最高点处或接近该最高点。
5.根据权利要求2所述的联合循环发电设备(1)，其特征在于，所述中压蒸汽涡轮是双流蒸汽涡轮，并且一个或多个抽汽口布置在所述涡轮的两个流上，其中，在每个流中，单个抽汽口或一对抽汽口布置在所述外壳的上半壳中。
6.根据前述权利要求中的一项所述的联合循环发电设备(1)，其特征在于，水冷蒸汽冷凝器(C)以侧向配置相对于所述低压蒸汽涡轮(8)布置。
7.根据前述权利要求中的一项所述的联合循环发电设备(1)，其特征在于，水冷蒸汽冷凝器(C)布置在所述地面上方与所述低压蒸汽涡轮(8)相同的水平上。
8.根据前述权利要求中的一项所述的联合循环发电设备(1)，其特征在于，来自所述中压蒸汽涡轮(7)的所述抽汽管道(11、12)包括蝶阀和／或止回阀(11′、11″、12′)。
9.根据前述权利要求中的一项所述的联合循环发电设备(1)，其特征在于，所述燃气涡轮系统(GT)和所述蒸汽涡轮系统(ST)驱动单个发电机(G)。
10.根据前述权利要求中的一项所述的联合循环发电设备(1)，其特征在于，止回阀(14′)在所述单轴(2)的旋转轴线上方的抬高位置布置在抽汽管道(11、12)中。
11.根据前述权利要求中的一项所述的联合循环发电设备(1)，其特征在于，用于所述流量控制阀(11′、12′)和／或所述止回阀(14′)的排出系统(13′、13″)布置在所述单轴(2)的旋转轴线上方的抬高位置。
12.根据前述权利要求中的一项所述的联合循环发电设备(1)，其特征在于，提供旁通管道，以在所述蒸汽涡轮(ST)不操作的情况下使由所述热回收蒸汽发生器(H)产生的总蒸汽质量流旁通到所述第一换热器(31)和／或第二换热器(32)，由此允许所述燃气涡轮系统(GT)的独立操作。
CN201280011214.8A 2011-03-01 2012-02-28 联合循环发电设备 Active CN103582743B (zh)

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