CN104204426A - 用于操作动力设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于操作蒸汽动力设备，特别是联合循环动力设备(10)的方法，该蒸汽动力设备包括燃气涡轮(11)、具有热回收蒸汽发生器(16)、水冷式冷凝器(21)、给水泵(26)以及蒸汽涡轮(17,18,19)的蒸汽/水循环(20)，燃气涡轮(11)的排出气体流过该热回收蒸汽发生器(16)，由此冷却水泵(22)提供用于泵送冷却水穿过所述水冷式冷凝器(21)，并且抽空器件(25)连接于所述水冷式冷凝器(21)用于抽空至少所述水冷式冷凝器(21)。本发明的操作方法涉及所述动力设备(10)的关闭和所述关闭之后的起动，并且包括以下步骤：a)关闭蒸汽涡轮(17,18,19)和燃气涡轮(11)和/或所述燃气涡轮(11)的燃烧器(13)；b)通过使用所述抽空器件(25)来恢复冷凝器(21)内的良好真空；c)停止所述水冷式冷凝器(21)的所述冷却水泵(22)和所述抽空器件(25)，以及以蒸汽加注至少所述冷凝器(21)直到略高于大气压力；d)以所述冷却水流来控制压力；e)在一定关闭时段之后，刚好在设备(10)起动之前启动冷却水泵(22)；f)启动设备(10)。

Description

用于操作动力设备的方法
技术领域
本发明涉及蒸汽动力设备或联合循环动力设备的技术。其涉及一种根据权利要求1和2的前序部分的用于操作蒸汽动力设备或联合循环动力设备的方法。
背景技术
如文献US 5,095,706中所阐释，联合循环动力设备已经作为确保两个卓越性能的发电系统得到高度评价，即，可实现负载变化和高热效率的设施。为了提高如上文所述的卓越性能的水平，已经进行了研究和开发工作，以便改进操作与前述方法相关联的动力设备和设备及器具的方法。关于操作动力设备的方法的最近的显著活动为将基本负载操作转换成日常启停操作(下文中简单地称为DSS操作)。
在蒸汽涡轮设备的关闭期间，大量冷凝物储存在冷凝器中的热井中，以备蒸汽涡轮设备的下次起动操作。然而，由于在蒸汽涡轮设备的关闭期间，大气空气有意地通过真空破坏器和不可避免地通过泄漏而进入冷凝器内部，故较长等待时间段流逝，直到蒸汽涡轮设备的操作开始，因为冷凝物与大气空气接触。出于该原因，大量氧和CO2变为溶解在冷凝物中，结果在于溶解氧浓度变至超过7ppb的预设值的非常高的值，在蒸汽涡轮设备的操作期间，应当保持该预设值。例如，假如不但没有采取措施来防止大气空气渗透冷凝器，而且没有采取措施来防止大气空气中的氧溶解在冷凝物中，则溶解氧浓度的值升高至10000ppb的较高值，并且pH值增大。
假如已经升高到10000ppb的水平的溶解氧浓度应当借助于冷凝物再循环系统(US5,095,706的图7中的标记160)下降到80ppb，则需要较长时间来使冷凝物脱气。因此，存在的可能性在于每当DSS操作时脱气消耗的时间延长，并且蒸汽涡轮设备不能快速地满足电力消费者一方的要求。
为了解决该问题，US5,095,706提供了一种包括冷凝器的蒸汽涡轮设备的起动方法，其中用于冷凝来自蒸汽涡轮的排出蒸汽的管束和用于将冷凝物储存在其中的热井布置在冷凝器外壳内部，其中冷凝器外壳的内部利用其间的隔板不透空气地分成两个部分，它们中的一个为包含管束的上空间，而另一个为包含热井的下空间；至少一个连接管在上空间与下空间之间延伸，连接管设有隔离阀以在其间的位置处隔离两个空间；在蒸汽涡轮设备关闭时，连接管上的隔离阀闭合以使下空间与上空间隔离，并且保持下空间处于真空，而在蒸汽涡轮设备起动时，连接管上的隔离阀在排空上室之后开启，由此上空间与已经保持处于真空的下空间连通。
在开启蒸汽涡轮旁路之前和在起动蒸汽涡轮之前在冷凝器中建立必要的真空的另一种方式利用抽空泵(通常为蒸汽喷射器或水环泵)来完成。例如，文献WO01/59265A1中公开了此类解决方案。
然而，这些已知操作方法仍为耗时且耗能量的。
发明内容
本发明的目的在于提供操作方法，其允许在关闭期间节省能量，并且同时加速设备的重新启动。
该目的通过根据权利要求1的用于操作蒸汽动力设备的方法来获得。
该方法应用于蒸汽动力设备，该蒸汽动力设备至少包括蒸汽发生器、蒸汽涡轮以及蒸汽/水循环，该蒸汽/水循环至少包括水冷式冷凝器、除气器以及给水泵，由此冷却水泵提供用于泵送冷却水穿过所述水冷式冷凝器，并且抽空器件连接于所述水冷式冷凝器用于使至少所述水冷式冷凝器抽空，所述操作方法涉及所述动力设备的关闭和在所述关闭之后的起动，并且包括以下步骤：
a)关闭蒸汽涡轮；
b)通过使用所述抽空器件来恢复冷凝器内的良好真空；
c)停止所述水冷式冷凝器的所述冷却水泵和所述抽空器件，并且以蒸汽加注至少所述冷凝器直到略高于大气压力；
d)以所述冷却水流控制压力；
e)在一定关闭时段之后，刚好在设备起动之前启动冷却水泵；
f)启动设备。
根据本发明的第一实施例，蒸汽动力设备为联合循环动力设备，其至少包括燃气涡轮和蒸汽/水循环，该蒸汽/水循环具有热回收蒸汽发生器、水冷式冷凝器、给水泵以及蒸汽涡轮，燃气涡轮的排出气体流过该热回收蒸汽发生器，由此冷却水泵提供用于泵送冷却水穿过所述水冷式冷凝器，并且抽空器件连接于所述水冷式冷凝器用于抽空至少所述水冷式冷凝器。
根据本发明的另一个实施例，蒸汽涡轮包括低压蒸汽涡轮，并且冷凝器和所述低压蒸汽涡轮在步骤(c)中加注有蒸汽。
根据本发明的另一个实施例，用于加注所述冷凝器的蒸汽取自蒸汽/水循环。
特别地，蒸汽涡轮具有蒸汽密封盖，并且汽封蒸汽用于加注所述冷凝器。
作为备选，蒸汽涡轮具有带有蒸汽旁路的低压蒸汽涡轮，并且用于加注所述冷凝器的蒸汽取自LP蒸汽旁路。
根据本发明的另一个实施例，冷凝器以及具有热损失的其它构件诸如旁通管线等具有绝热件。
此外，在热井上累积的反转层被动地用于在冷凝器的填充期间避免过多热损失。
根据本发明的另一个有利实施例，喷射器尽可能快地在起动程序处启动，以抽取扩散到蒸汽中的气体(在它们与冷凝水溶解在一起之前)。
附图说明
现在借助于不同实施例并参照附图来更进一步阐释本发明。
图1示出了可用于实践本发明的操作方法的蒸汽动力设备的简化示意图；
图2示出了可用于实践本发明的操作方法的联合循环动力设备的示意图；以及
图3示出了根据本发明的实施例的方法的各个步骤。
部件列表
10 动力设备，例如，联合循环动力设备(CCPP)
11 燃气涡轮
12 压缩机
13 燃烧器
14 涡轮
15,15’ 发生器
16 蒸汽涡轮，热回收蒸汽发生器(HRSG)
17 高压(HP)蒸汽涡轮
18 中压(IP)蒸汽涡轮
19 低压(LP)蒸汽涡轮
20 蒸汽/水循环
21 冷凝器
22 冷却水泵
23 冷却水回路
24 绝热件
25 真空泵，例如，喷射器泵
26 给水泵
27 蒸汽填充管线
28 蒸汽填充阀
29 除气器
30 HP锅炉
31 冷凝物泵
32 冷凝器旁路
33 旁通阀。
具体实施方式
图1示出了可用于实践本发明的操作方法的蒸汽动力设备的简化示意图。图1的蒸汽动力设备包括蒸汽涡轮17,18,19、蒸汽发生器16、蒸汽/水循环20以及由蒸汽涡轮17,18,19驱动的发电机15。
化石燃料的热燃烧气体流过蒸汽发生器16，并且输送能量用于生成蒸汽。蒸汽驱动蒸汽涡轮，该蒸汽涡轮包括高压蒸汽涡轮17、中压蒸汽涡轮18和低压蒸汽涡轮19。
离开低压蒸汽涡轮19的蒸汽在水冷式冷凝器21中冷凝成水，并且接着借助于给水泵26作为给水泵送回蒸汽发生器16。冷凝器21为包含冷却水泵22的冷却水回路23的一部分。冷凝器21和其它热失去构件可具有绝热件24。冷凝器21可借助于抽空泵25抽空。此外，蒸汽填充管线27可提供成利用来自蒸汽/水循环20内的蒸汽源的蒸汽来填充冷凝器21，在图1的实例中，其中蒸汽源位于高压蒸汽涡轮17和中压蒸汽涡轮18处。
在蒸汽涡轮17,18,19首先关闭之后，必须在冷凝器21中借助于抽空泵25来恢复良好真空。
接着，冷凝器21和低压蒸汽涡轮19将填充有蒸汽来在短时间内从真空直到略高于大气压力(近似1bar)。这在于一旦抽空泵25和冷却水泵22关闭就避免任何空气泄漏到冷凝器21中。压力利用所述冷却水流来控制。出于该目的，具有旁通阀33的冷凝器旁通管线32安装在冷却水回路23中。
接下来，为了在设备起动之前恢复真空，冷却水泵22将再次操作，并且将在非常短的时间内在冷凝器21内建立完全真空。
最后，设备可起动。
用以利用蒸汽加热和填充冷凝器21的蒸汽源可为蒸汽密封盖或LP蒸汽旁通系统(图1中未示出)的汽封蒸汽。用以对于整夜关闭在冷凝器21中建立1bar条件的另外的蒸汽源可为高压(HP)、中压(IP)过程蒸汽、辅助蒸汽或锅炉等。为了降低蒸汽消耗，具有冷凝器颈部的冷凝器21和另一个热失去构件可借助于绝热件24隔绝。
图2示意性地示出了可用于实践本发明的操作方法的联合循环动力设备的示图。图2的联合循环动力设备10包括燃气涡轮11和蒸汽/水循环20，它们通过使用热回收蒸汽发生器16互连。燃气涡轮11包括压缩机12、燃烧器13以及涡轮14。燃气涡轮11驱动第一发生器15。
来自燃气涡轮11的热排出气体流过热回收蒸汽发生器16，热回收蒸汽发生器16为该蒸汽/水循环20的一部分。在热回收蒸汽发生器16内生成蒸汽，该蒸汽驱动蒸汽涡轮，该蒸汽涡轮包括高压蒸汽涡轮17、中压蒸汽涡轮18以及低压蒸汽涡轮19。蒸汽涡轮17,18,19驱动第二发电机15'。
离开低压蒸汽涡轮19的蒸汽在水冷式冷凝器21中冷凝成水，并且接着作为给水借助于给水泵26泵送回热回收蒸汽发生器16。冷凝器21为包含冷却水泵22的冷却水回路23的一部分。冷凝器21可具有绝热件24(图2中的虚线)。冷凝器21可借助于抽空泵25抽空。此外，具有蒸汽填充阀28的蒸汽填充管线27可提供成以来自蒸汽/水循环20内的蒸汽源的蒸汽填充冷凝器21。在图1的实例中，其中蒸汽源位于高压蒸汽涡轮17处。
现在，在蒸汽涡轮17,18,19和燃气涡轮11和/或燃烧器13(其中通常真空被完全或部分破坏)关闭之后，首先必须借助于抽空泵25在冷凝器21中恢复良好真空。
接着，冷凝器21和低压蒸汽涡轮19将填充有蒸汽来在短时间内从真空直到略高于大气压力(近似1bar)。这在于一旦抽空泵25和冷却水泵22关闭就避免任何空气泄漏到冷凝器21中。压力利用所述冷却水流来控制。
接下来，为了在设备10起动之前恢复真空，冷却水泵22将再次操作，并且将在非常短的时间内在冷凝器21内建立完全真空。
最后，设备10可起动。
用以利用蒸汽加热和填充冷凝器21的蒸汽源可为蒸汽密封盖或LP蒸汽旁通系统的汽封蒸汽。用以对于整夜关闭在冷凝器21中建立1bar条件的另外的蒸汽源可为高压(HP)、中压(IP)过程蒸汽、辅助蒸汽或锅炉等。为了降低蒸汽消耗，具有冷凝器颈部的冷凝器21和另一个热失去构件可借助于绝热件24隔离。
相比于用以保持可用于设备10的快速升温或热启动的良好真空的其它方法，节省了用于在整夜关闭期间运行泵的辅助功率。
因此，本发明具有以下优点：
在静止期间没有用于泵或加热器的辅助消耗；仅冷凝器21的绝热件24可为必要的。
在静止期间没有空气进入：
避免了在起动期间冷凝物中的O2和CO2的峰值；
LP系统和冷凝器中较少静止腐蚀，即，冷凝物中较少铁含量；
用于初始冷凝器加热的LP蒸汽的使用将有利地采用HRSG的冷部分中可用的多余热的功效(有助于避免吹动LP鼓中的安全阀)。
根据本发明的快速真空恢复可用于水冷式蒸汽涡轮冷凝器。
根据本发明的快速真空恢复为用以缩短设备的起动时间的手段。这是在动力设备整夜关闭而白天起动的情况下的动力设备的重要的市场要求。

Claims (11)

1.用于操作蒸汽动力设备的方法，所述蒸汽动力设备包括蒸汽发生器(16)、蒸汽涡轮(17,18,19)以及至少包括水冷式冷凝器(21)、除气器(29)以及给水泵(26)的蒸汽/水循环(20)，由此冷却水泵(22)提供用于泵送冷却水穿过所述水冷式冷凝器(21)，并且抽空器件(25)连接于所述水冷式冷凝器(21)用于抽空至少所述水冷式冷凝器(21)，所述操作方法涉及所述动力设备(10)的关闭和所述关闭之后的起动，并且包括以下步骤：
a)关闭所述蒸汽涡轮(17,18,19)；
b)通过使用所述抽空器件(25)来恢复所述冷凝器(21)内的良好真空；
c)停止所述水冷式冷凝器(21)的所述冷却水泵(22)和所述抽空器件(25)，以及以蒸汽加注所述蒸汽/水循环(20)的真空部分，至少所述冷凝器(21)，直到略高于大气压力；
d)以所述冷却水流控制所述压力；
e)在一定关闭时段之后，刚好在所述设备(10)起动之前启动所述冷却水泵(22)；
f)启动所述设备(10)。
2.用于操作联合循环动力设备(10)的方法，所述联合循环动力设备(10)包括燃气涡轮(11)和蒸汽/水循环(20)，所述蒸汽/水循环(20)具有热回收蒸汽发生器(16)、水冷式冷凝器(21)、给水泵(26)以及蒸汽涡轮(17,18,19)，所述燃气涡轮(11)的排出气体流过所述热回收蒸汽发生器(16)，由此冷却水泵(22)提供用于泵送冷却水穿过所述水冷式冷凝器(21)，并且抽空器件(25)连接于所述水冷式冷凝器(21)用于抽空至少所述水冷式冷凝器(21)，所述操作方法涉及所述动力设备(10)的关闭和所述关闭之后的起动，并且包括以下步骤：
a)关闭所述蒸汽涡轮(17,18,19)和所述燃气涡轮(11)和/或所述燃气涡轮(11)的燃烧器(13)；
b)通过使用所述抽空器件(25)来恢复所述冷凝器(21)内的良好真空；
c)停止所述水冷式冷凝器(21)的所述冷却水泵(22)和所述抽空器件(25)，以及以蒸汽加注所述蒸汽/水循环(20)的真空部分，至少所述冷凝器(21)，直到略高于大气压力；
d)以所述冷却水流控制所述压力；
e)在一定关闭时段之后，刚好在所述设备(10)起动之前启动所述冷却水泵(22)；
f)启动所述设备(10)。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述蒸汽涡轮(17,18,19)包括低压蒸汽涡轮(19)，并且所述冷凝器(21)和所述低压蒸汽涡轮(19)在步骤(c)中加注有蒸汽。
4.根据权利要求1至权利要求3中的一项所述的方法，其特征在于，用于加注所述冷凝器(21)的所述蒸汽取自所述蒸汽/水循环(20)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述蒸汽涡轮(17,18,19)具有蒸汽密封盖，并且汽封蒸汽用于加注所述冷凝器(21)。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述蒸汽涡轮(17,18,19)具有带有蒸汽旁路的低压蒸汽涡轮(19)，以及用于加注所述蒸汽/水循环(20)的真空部分，至少所述冷凝器(21)的所述蒸汽取自所述LP蒸汽旁路。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述蒸汽涡轮(17,18,19)具有带有辅助LP鼓的低压蒸汽涡轮(19)，并且用于加注所述蒸汽/水循环(20)的真空部分，至少所述冷凝器(21)的所述蒸汽取自所述LP蒸汽旁路。
8.根据权利要求1至权利要求7中的一项所述的方法，其特征在于，至少所述冷凝器(21)具有绝热件(24)。
9.根据权利要求1至权利要求8中的一项所述的方法，其特征在于，冷凝器旁路(32)用于控制所述冷凝器(21)中的压力。
10.根据权利要求1至权利要求9中的一项所述的方法，其特征在于，热井上的累积反转层用于避免热损失。
11.根据权利要求1至权利要求10中的一项所述的方法，其特征在于，所述喷射器(25)在起动程序处尽可能快地启动以抽取扩散到所述蒸汽中的气体。
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