CN104246151A - 用于频率保持运行燃气和蒸汽涡轮机设备的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行燃气和蒸汽涡轮机设备(1)的方法，所述燃气和蒸汽涡轮机设备具有燃气涡轮机(2)、蒸汽涡轮机(3)和废热蒸汽产生装置(8)，在该废热蒸汽产生装置内在与来自燃气涡轮机(2)的废气热交换时能产生用于蒸汽涡轮机的蒸汽，其中，为了对稳定运行的电网提供频率保持，增大所述蒸汽涡轮机(3)的通流能力和降低在废热蒸汽产生装置(8)内的压力，以便使用在废气蒸汽产生装置(8)内的备用储备以用来提高蒸汽产量，并且如此快速地向所述废气蒸汽产生装置(8)输送热能，使得燃气和蒸汽涡轮机设备(1)的功率曲线由于所述蒸汽涡轮机(3)的通流能力的增大和在所述废热蒸汽产生装置(8)内的压力的下降大于等于所述稳定运行的不久之前存在的功率。

Description

用于频率保持运行燃气和蒸汽涡轮机设备的方法
技术领域
本发明涉及一种燃气和蒸汽涡轮机设备的频率保持运行方法。
背景技术
当今能源市场越来越多地需求高灵活性的发电厂设备，这些设备除了快速的启动和关闭时间外还能够覆盖较大的功率范围，并且为频率保持运行(Frequenzstützbetrieb)做良好的准备。
此外，还要求其它能力，在有较高电流需求的情况下额外地释放功率(所谓的高峰负荷运行)。为此，在将来期待，在正常时段运行的发电厂也能够参与高峰负荷覆盖和频率保持。
现今的解决方案是使用在部件内的备用功率，或者基于只能够提供非常少的备用功率的技术。不仅用于频率保持也用于高峰负荷覆盖，燃气涡轮机能够被过度燃烧，这能够通过基本负荷的提供来打开压缩机涡轮叶片，或者能够将水喷入吸入空气通道。只是涉及高峰负荷覆盖的要求能够通过蒸汽喷入燃气涡轮机燃烧室、通过燃气涡轮机吸入空气例如借助蒸发吸热或者冷却机器(所谓的制冷机)的冷却来满足或者通过废热蒸汽产生装置(AHDE)装备附加燃烧室的方法，以便提高蒸汽涡轮机功率。为了频率保持，可以积聚新蒸汽或者来自中间过热(改进的滑压运行)的蒸汽，并且随后迅速地打开涡轮机调节阀。
EP 1 164 254 B1记载一种用于高峰负荷覆盖的、即在满负荷情况下用于额外功率的具有蒸汽旁通通路的燃气和蒸汽涡轮机设备。在此，在废热蒸汽产生装置内产生的蒸汽的一部分通过旁通通路经过涡轮机进口和安置在该涡轮机进口下方的其它进口输送到涡轮机部件内，由此在废热蒸汽产生装置内的压力能够基本上保持恒定，并且蒸汽涡轮机的通流能力并因此输出功率也得以提高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于燃气和蒸汽涡轮机的频率保持运行的方法，该方法提供更好的备用功率。
解决本发明技术问题的方式是，在具有燃气涡轮机、蒸汽涡轮机和废热蒸汽产生装置(在其内与来自燃气涡轮机的废气热交换时产生用于蒸汽涡轮机的蒸汽)的燃气和蒸汽涡轮机设备运行时，为了在稳定运行的电网内的频率保持，增大蒸汽涡轮机的通流能力，并且降低在废热蒸汽产生装置内的压力，以便使用废热蒸汽产生装置内的备用储备来提高蒸汽产生量，并且这样地迅速地将热能输送到废热蒸汽产生装置，使得燃气和蒸汽涡轮机设备的功率曲线由于蒸汽涡轮机的通流能力的增大和在废热蒸汽产生装置内的压力降低而大于等于不久之前存在的稳定运行功率。
本发明还具有这样的思路，在废热蒸汽产生装置内使用备用储备，以便在突然打开阀门的情况下额外产生蒸汽。通过在废热蒸汽产生装置内的压力降低，额外产生蒸汽，并且足够大小和快速的热能输送应该避免在功率曲线上通常的凹点。通过这种方法，在部分负荷和满负荷的情况下提供额定功率。
通过根据本发明的方法，发电厂设备的灵活性和经济性被明显地提高了，因为在有较高的功率需求时额外能量可供使用，该额外能够尤其在用电市场电价较高时会使收入提高，并且运行设备(高峰负荷能力)更经济。这适用于频率保持运行，尤其用于二级保持和三级保持。因此，对于一级频率保持或高峰负荷运行没必要将高压件还有中间过热件设计为比用于额定运行时能承载更高的压力。此外，不需要在所谓的改进的滑压运行中运行设备，这种滑压运行通过蒸汽涡轮机调节阀的节流降低设备在备用运行时的功率和效率损失。借助根据本发明的方法，发电厂的负荷范围能够被扩展，因为还能够更灵活地调节低负荷运行。
以有利的方式打开至少一个在用于绕开蒸汽涡轮级或者蒸汽涡轮模块的旁通通路的阀，以便提高蒸汽涡轮机的通流能力。
在此适宜的是，蒸汽通过旁通通路从高压进口向下游导入蒸汽涡轮机。
特别有利的是，蒸汽可选地或者附加地通过旁通通路从中压进口向下游导入蒸汽涡轮机。
作为补充或备选会有利的是，打开在高压涡轮机和/或中压涡轮机上的调节轮的至少一个阀以便提高蒸汽涡轮机的通流能力。
通过燃气涡轮机的过剩功率并因此通过提高的废气流有利地输送热能。
此外，当通过附加燃烧室输送热能时，能够是有利的。但是，该附加燃烧室必须被设计为相应的尺寸。
为了进一步提高备用储备能力，适宜的是，在稳定运行中通过为频率保持而打开的阀积聚汽包压力。
附图说明
下面结合附图示例性地详细阐述本发明。附图是示意性的，而非按比例的：
图1示出具有高压和中压过载导入以及在蒸汽涡轮机内的调节轮和在废热蒸汽产生装置内的附加燃烧室的燃气和蒸汽涡轮机设备的简化示图，
图2示出在过载导入时在高压涡轮机内对于不同的新蒸汽压力与导引压力之间的关系的蒸汽涡轮机-功率曲线，和
图3示出在过载导入时在中压涡轮机内对于不同的新蒸汽压力与导引压力之间的关系的蒸汽涡轮机-功率曲线。
具体实施方式
图1示出燃气和蒸汽涡轮机设备1，该设备包括燃气涡轮机2和蒸汽涡轮机3。通过轴4将燃气涡轮机的转子、电动机5的转子和蒸汽涡轮机3的转子相互联接，其中，蒸汽涡轮机3的转子和电动机4的转子通过离合器6转动地相互旋转地分离和联接。电动机5的转子和燃气涡轮机2通过轴4刚性地相互连接。燃气涡轮机2的废气出口通过废气管路7与废热蒸汽产生装置8相连接，该废热蒸汽产生装置用于从蒸汽涡轮机的废热中产生蒸汽涡轮机3的运行蒸汽。
在燃气和蒸汽涡轮机设备1工作时，由燃气涡轮机2旋转的转子通过轴4驱动压缩机9，该压缩机9从周围环境中吸取燃烧用空气，并且将其输送至燃烧室10。在此，燃烧用空气与由燃料输送件11供应的燃料混合和燃烧，并且压力下的热废气输送给燃气涡轮机12，并且在此膨胀做功。然后，仍大约有500℃至600℃的热废气通过废气管路7输送给废热蒸汽产生装置8，并且流过该废热蒸汽产生装置，直至该热废气通过烟囱13排到周围环境中。在热废气通过废热蒸汽产生装置8的路径中，它将其热量输送给高压预热器17，然后输送给高压蒸发器18、中压蒸发器19、中压预热器20、然后输送给低压过热器21、低压蒸发器22，最后输送给冷凝预热器23。
在高压过热器14内过热的蒸汽通过蒸汽管路24输送给蒸汽涡轮机3的高压级25，并且在此膨胀做功。借助该功(与在涡轮机所做的功类似)使轴4运动，并因此使用于产生电能的电动机5运动。在高压级25中部分膨胀的热蒸汽随后输送给高压中间过热器15，在此重新加热，并且通过管路26输送给蒸汽涡轮机3的中压级27，并且在此膨胀做机械功。在此部分膨胀的蒸汽通过溢流管路28输送给蒸汽涡轮机3的低压级29，并且在此进一步膨胀释放机械能。
膨胀的蒸汽在蒸汽涡轮机3的冷凝器30中冷凝，并且由此产生的冷凝液通过冷凝泵31直接输送给废热蒸汽产生装置8或通过输送泵33(由该泵产生压力)输送给中压级34或者输送给废热蒸汽产生装置8的高压级35，在此将冷凝液蒸发。在蒸汽产生和过热之后，蒸汽通过废热蒸汽产生装置8的相应的管路24、26、36再次输送给蒸汽涡轮机，以便膨胀和做机械功。
在蒸汽管路24和26中设置闭锁附件37和38。从朝向蒸汽涡轮机3的高压级25导引的蒸汽管路24分岔出具有闭锁附件40的旁通通道39，以便绕开高压级25。相类似地分岔出具有闭锁附件42的旁通通道41，以便绕开中压级27。
沿流动方向在高压件25之前，在蒸汽涡轮机3的转子上固定第一调节轮43。相似地，沿流动方向在中压件27之前，在蒸汽涡轮机3的转子上固定第二调节轮44。调节轮包括通过阀控制的喷嘴，能够通过该喷嘴向涡轮机相应的部分进气。根据打开的阀的数量，较多或较少数量的额外蒸汽通过喷嘴流进涡轮机。
此外，图1还示出在废热蒸汽产生装置8的入口处的附加燃烧室45，其中，将仍包含大量氧气的燃气涡轮机废气作为燃料添加入该附加燃烧室，并且在此燃烧该混合物。因此，当蒸汽产生与燃气涡轮机2的发电断开时，新蒸汽能够通过燃气涡轮机废气的温度过度加热以便制造过程蒸汽。尤其可以考虑附加燃烧室45，以便在用电高峰时段内提高电功率的输出。
本发明的方法规定，通过蒸汽涡轮机的蒸汽质量流暂时地由于过载阀40、42或涡轮机旁通通道39、41的打开而提高，并且因此迅速(以秒计)地提高蒸汽涡轮机3的功率。
过载导入能够根据本发明地不仅使用在高压涡轮机25上，以便提高新蒸汽质量流，而且使用在中压涡轮机27上，以便提高中间过热蒸汽质量流，还使用在每个其它涡轮级(例如低压涡轮机29)之前。
可选地，蒸汽涡轮机的通流能力能够通过在高压涡轮机25和/或中压涡轮机27上的调节轮43、44、通过对应阀的打开而被增大。
在此，能够释放来自废热蒸汽产生装置8的所有压力级32、34、35的备用储备。通过积聚汽包压力，例如通过在中压蒸汽系统34中的压力调节阀46，在此能够提高储存能力。这种蒸汽质量流的提高基于蒸汽涡轮机的通流能力的增大，并因此基于系统内的压力降低。
这种压力降低导致热储备(在废热蒸汽产生装置内的热水、钢体)的转存，并因此导致蒸汽涡轮机的功率暂时地提高，如图2和图3示出在高压涡轮机或中压涡轮机中新蒸汽压力与导入压力的不同大小比的过载引入情况下的功率曲线。水平轴线表示用于稳定工作的数值。
因为热备用储备是有限的，所以根据本发明，或者通过在废热蒸汽产生装置8内的自燃的附加燃烧室45、在连续处于较低负荷下工作的附加燃烧室45，或者通过在燃气涡轮机2中(压缩机涡轮叶片的转动、过度燃烧、蒸汽喷入或者在压缩机9或燃烧室10内灌入的水)的功率余量补偿或进一步提高减弱的储存作用。

Claims (8)

1.一种用于运行燃气和蒸汽涡轮机设备(1)的方法，所述燃气和蒸汽涡轮机设备具有燃气涡轮机(2)、蒸汽涡轮机(3)和废热蒸汽产生装置(8)，在该废热蒸汽产生装置内在与来自燃气涡轮机(2)的废气热交换时能产生用于蒸汽涡轮机的蒸汽，其特征在于，为了对稳定运行的电网提供频率保持，增大所述蒸汽涡轮机(3)的通流能力和降低在废热蒸汽产生装置(8)内的压力，以便使用在废气蒸汽产生装置(8)内的备用储备以用来提高蒸汽产量，并且如此快速地向所述废气蒸汽产生装置(8)输送热能，使得燃气和蒸汽涡轮机设备(1)的功率曲线由于所述蒸汽涡轮机(3)的通流能力的增大和在所述废热蒸汽产生装置(8)内的压力的下降大于等于所述稳定运行的不久之前存在的功率。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，打开至少一个在用于绕开蒸汽涡轮机级(25、27、29)或者蒸汽涡轮机模块的旁通通路(39、41)内的阀(40、42)以便提高所述蒸汽涡轮机(3)的通流能力。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，蒸汽通过旁通通路(39)从高压进口向下游进入所述蒸汽涡轮机(3)内。
4.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，蒸汽通过旁通通路(41)从中压进口向下游进入所述蒸汽涡轮机(3)内。
5.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，打开至少一个在高压涡轮机(25)和/或中压涡轮机(27)上的调节轮(43、44)的阀，以便提高所述蒸汽涡轮机(3)的通流能力。
6.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，通过所述燃气涡轮机(2)的过剩功率并因此通过增大的废气流输送所述热能。
7.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，通过附加燃烧室(45)输送热能。
8.根据上述权利要求之一所述的方法，其中，通过为频率保持而打开的阀(46)在稳定运行时积聚汽包压力。
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