CN104564192A - 联合循环发电机组 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种联合循环发电机组，即使在由于燃气轮机的经年劣化导致燃气轮机的效率降低而燃气轮机废热量增加时，也不降低废热回收锅炉的效率而能够使废热回收锅炉产生的蒸汽流量增加，抑制机组输出降低的比率。该联合循环发电机组具有燃气轮机、利用燃气轮机的废热产生蒸汽的废热回收锅炉、将废热回收锅炉产生的蒸汽从该废热回收锅炉通过蒸汽系统供给的蒸汽轮机，蒸汽系统以分支为第一蒸汽系统和第二蒸汽系统的方式配设，该第一蒸汽系统将蒸汽导入蒸汽轮机的初级入口，该第二蒸汽系统将蒸汽导入蒸汽轮机的初级下游侧的级段入口，构成为基于废热回收锅炉产生的蒸汽流量，调节通过第一蒸汽系统以及第二蒸汽系统向蒸汽轮机供给的蒸汽的流量。

Description

联合循环发电机组
技术领域
本发明涉及具备燃气轮机和蒸汽轮机的联合循环发电机组(combinedcycle plant)。
背景技术
作为具备燃气轮机和蒸汽轮机的联合循环发电机组的现有技术，在日本特开平8-246814号中公开的技术，是在具备利用燃气轮机的废热对垃圾焚烧炉产生的蒸汽进行加热的废热回收锅炉的联合循环发电机组中，配设连接废热回收锅炉的中间和蒸汽轮机的中间级段的系统，在燃气轮机断开(trip)而废热回收锅炉产生的蒸汽温度急剧降低时，打开该系统中设置的废热回收锅炉中间出口阀，将蒸汽直接导入蒸汽轮机的中间级段，从而防止过大的热应力。
在日本特开2000-154704号中公开的蒸汽冷却技术，是在具有燃气轮机以及蒸汽轮机、利用该燃气轮机的废热产生向上述蒸汽轮机供给的蒸汽的废热回收锅炉的联合循环发电机组中，将蒸汽轮机的高压涡轮的排气的一部分作为冷却用向燃气轮机叶片供给进行冷却，将冷却该燃气轮机叶片的蒸汽回收到蒸汽轮机的中压涡轮的中间级段部。
另外，在日本特开昭58-23206号公报中公开的技术，是在具备蓄热器的蒸汽轮机中构成为，从蒸汽压力不同的多个蓄热器向蒸汽轮机的互不相同的压力级供给蒸汽，并且根据从多个蓄热器供给的蒸汽压力操作蒸汽阀对蒸汽轮机的高压级部或低压级部切换蒸汽的供给位置，即使在蓄热器为低压状态下也能够运用。
在日本特开2006-161698号公报中公开了一种蒸汽轮机的过负荷运转装置的技术，是在供给废热回收锅炉产生的蒸汽的蒸汽轮机中构成为，从主蒸汽加减阀的入口侧分支与蒸汽轮机的再热部的入口侧经由过载阀连通而导入高温高压蒸汽，能够抑制主蒸汽压力并增加蒸汽轮机的输出。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8－246814号公报
专利文献2：日本特开2000－154704号公报
专利文献3：日本特开昭58－23206号公报
专利文献4：日本特开2006－161698号公报
发明内容
发明要解决的课题
在日本特开2000-154704号公报(专利文献2)记载的这种构成的联合循环发电机组中，废热回收锅炉利用燃气轮机的废热产生蒸汽，因此流入蒸汽轮机的蒸汽流量依存于废热回收锅炉中的交换热量。在该废热回收锅炉的效率恒定时，交换热量与燃气轮机废热量成比率。
在煤炭火电等常规火电机组中，可以通过投入锅炉的煤炭等燃料的量来控制蒸汽流量，而在联合循环发电机组中废热回收锅炉的效率恒定时，为了改变废热回收锅炉产生的蒸汽流量，需要改变从燃气轮机向废热回收锅炉供给的燃气轮机废热量、即改变燃气轮机输出，实质上无法控制。
但是，在联合循环发电机组中，由于经年劣化导致燃气轮机劣化时，燃气轮机效率降低，因此相对于同等的燃气轮机输出，从经年劣化的燃气轮机向废热回收锅炉排出的燃气轮机废热量增加。
由于起因于燃气轮机的经年劣化的燃气轮机的效率降低，从燃气轮机向废热回收锅炉排出的燃气轮机废热量增加，由于废热回收锅炉中的热交换热量的增加产生的蒸汽流量增加，而由于该废热回收锅炉产生的蒸汽流量的增加，蒸汽轮机内部的差压(入口压力与出口压力(压力恒定)的压力差)也增加，但是蒸汽轮机出口压力恒定，因此蒸汽轮机入口压力增加、即废热回收锅炉内部压力增加。
在废热回收锅炉内部，进行饱和蒸汽与燃气轮机排气的热交换，但是伴随蒸汽压力的增加，饱和蒸汽的温度增加，燃气轮机排气气体的温度差减小。即，废热回收锅炉的效率降低。
其结果是，存在相对于起因于构成联合循环发电机组的燃气轮机的经年劣化的燃气轮机废热量的增加比率，废热回收锅炉中的蒸汽流量的增加比率减小这样的课题。
本发明的目的是提供一种联合循环发电机组，即使在由于燃气轮机的经年劣化导致燃气轮机的效率降低而燃气轮机废热量增加时，也不降低废热回收锅炉的效率而使废热回收锅炉产生的蒸汽流量增加，抑制机组输出降低的比率。
用于解决课题的手段
本发明的联合循环发电机组，具有：燃气轮机；利用燃气轮机的废热产生蒸汽的废热回收锅炉；将废热回收锅炉产生的蒸汽从该废热回收锅炉通过蒸汽系统供给的蒸汽轮机，其特征在于，上述蒸汽系统以分支为第一蒸汽系统和第二蒸汽系统的方式配设，该第一蒸汽系统将蒸汽导入蒸汽轮机的初级入口，该第二蒸汽系统将蒸汽导入蒸汽轮机的初级下游侧的级段入口，构成为基于由上述废热回收锅炉产生的蒸汽流量，调节通过第一蒸汽系统以及第二蒸汽系统向蒸汽轮机供给的蒸汽的流量。
发明的效果
根据本发明，可以实现一种联合循环发电机组，即使在由于燃气轮机的经年劣化导致燃气轮机的效率降低而燃气轮机废热量增加时，也不降低废热回收锅炉的效率而使废热回收锅炉产生的蒸汽流量增加，抑制机组输出降低的比率。
附图说明
图1为表示本发明实施例的具备燃气轮机与蒸汽轮机的联合循环发电机组的概略构成的系统图。
符号说明
1：废热回收锅炉；2：蒸汽系统；3：高压涡轮；4、5、10：蒸汽系统；6：中压涡轮；9：低压涡轮；11：凝水器；12：涡轮转子；13：发电机；14：给水泵；21：第一蒸汽系统；22：第二蒸汽系统；31：第一蒸汽阀；32：第二蒸汽阀；50：控制装置；61：压缩机；62：燃气轮机；63：燃烧器；65：发电机；71：第一阈值；72：第二阈值
具体实施方式
以下使用图1对本发明实施例的具备燃气轮机与蒸汽轮机的联合循环发电机组进行说明。
实施例1
图1为表示本发明实施例的具备燃气轮机与蒸汽轮机的联合循环发电机组的概略构成的系统图。
图1所示的本实施例的联合循环发电机组，构成为包括燃气轮机、利用燃气轮机的废热产生蒸汽的废热回收锅炉1、将废热回收锅炉1产生的蒸汽从该废热回收锅炉1通过蒸汽系统供给的蒸汽轮机。
如图1所示，构成本实施例的联合循环发电机组的燃气轮机，构成为包括：压缩空气而成为加压了的燃烧用空气的压缩机61；使压缩机61加压了的燃烧用空气与燃料混合燃烧而产生高温燃烧气体的燃烧器63；通过燃烧器63产生的燃烧气体驱动的涡轮62；以及，通过该涡轮62的驱动进行旋转而发电的发电机65。
设置有驱动该涡轮62而以从该涡轮62排出的排气为热源产生蒸汽的废热回收锅炉1，在该废热回收锅炉1的内部分别具备与涡轮62的排气进行热交换而产生过热蒸汽的过热器1a、与涡轮62的排气进行热交换而产生再热蒸汽的再热器1b。
构成本实施例的联合循环发电机组的蒸汽轮机，构成为包括高压涡轮3、中压涡轮6、低压涡轮9，另外，具备：由这些高压涡轮3、中压涡轮6、低压涡轮9驱动进行发电的发电机13；将从低压涡轮9排出的蒸汽冷却而凝水的凝水器11；将凝水器11的凝水向废热回收锅炉1供给的凝水泵14。
并且，在本实施例的联合循环发电机组中，废热回收锅炉1的过热器1a产生的高压过热蒸汽，从废热回收锅炉1的过热器1a通过蒸汽系统2向蒸汽轮机的高压涡轮3供给，驱动高压涡轮3。
通过废热回收锅炉1的再热器1b再热，比上述过热蒸汽低压的再热蒸汽，从废热回收锅炉1的再热器1b通过蒸汽系统5向蒸汽轮机的中压涡轮6供给，驱动中压涡轮6。
驱动中压涡轮6的蒸汽，从中压涡轮6通过蒸汽系统7向蒸汽轮机的低压涡轮9供给，驱动低压涡轮9。
驱动低压涡轮9的蒸汽，从低压涡轮9排出后通过蒸汽系统11向蒸汽轮机的凝水器11供给，在该凝水器11中冷却而凝水。
并且构成为，凝水器11的凝水能够通过凝水泵14向废热回收锅炉1供给。
将废热回收锅炉1的过热器1a产生的高压过热蒸汽向蒸汽轮机的高压涡轮3供给的上述蒸汽系统2，在该蒸汽系统2的途中分支为第一蒸汽系统21和第二蒸汽系统22并与高压涡轮3连接。
分支的第一蒸汽系统21配设为，能够将废热回收锅炉1的过热器1a产生的高压过热蒸汽的一部分，导入构成蒸汽轮机的高压涡轮3的初级入口。
并且，分支的第二蒸汽系统22配设为，能够将废热回收锅炉1的过热器1a产生的高压过热蒸汽的另一部分，导入构成蒸汽轮机的高压涡轮3的上述初级下游侧的级段入口(作为级段为1～3级左右下游侧的级段入口)。
在该第一蒸汽系统21中设置调节蒸汽流量的第一蒸汽阀31，在第二蒸汽系统22中设置调节蒸汽的蒸汽流量的第二蒸汽阀32。
并且，设有控制装置50，其基于废热回收锅炉1的过热器1a产生的过热蒸汽的蒸汽流量值，操作在第一蒸汽系统21中设置的第一蒸汽阀31的阀开度来调节向高压涡轮3的初级入口供给的过热蒸汽的一部分蒸汽流量，并且操作在第二蒸汽系统22中设置的第二蒸汽阀32的阀开度来调节向高压涡轮3的上述初级下游侧的级段入口供给的过热蒸汽的另一部分蒸汽流量。
如上所述，由于起因于燃气轮机的经年劣化的燃气轮机的效率降低，从燃气轮机向废热回收锅炉1排出的燃气轮机废热量增加，由于废热回收锅炉1中的热交换热量的增加，废热回收锅炉1中产生的蒸汽流量增加，因此在上述控制装置50中构成为，基于废热回收锅炉1的过热器1a产生的过热蒸汽的蒸汽流量的增加值，操作第一蒸汽阀31的阀开度以及第二蒸汽阀32的阀开度而分别调节向高压涡轮3的初级以及上述初级下游侧的级段入口供给的蒸汽流量。
因此，为了检测由于燃气轮机的经年老化导致废热回收锅炉1产生的蒸汽流量的增加，作为检测在废热回收锅炉1中设置的过热器1a产生的过热蒸汽的蒸汽流量的检测手段，在过热器1a的出口侧配设的蒸汽系统2中设置有检测与过热蒸汽的蒸汽流量对应的蒸汽压力的压力检测器41。
通过该压力检测器41，检测与在蒸汽系统2中流下的废热回收锅炉1的过热器1a产生的过热蒸汽的蒸汽流量对应的蒸汽压力并向控制装置50输入。
在上述控制装置50中，作为与根据燃气轮机的经年劣化而在废热回收锅炉1中产生的蒸汽流量的增加量对应的阈值，分别设定在第一蒸汽阀31的阀开度为全开的状态下操作使第二蒸汽阀32的阀开度为全开的第一阈值71、以及在第一蒸汽阀31的阀开度为全开的状态下操作使第二蒸汽阀32的阀开度保持给定的开度的第二阈值72(第一阈值71>第二阈值72)。
并且，基于与压力检测器41检出的过热器1a产生的过热蒸汽的蒸汽流量对应的蒸汽压力的检测值的增加状况，与在控制装置50中设置的作为第一阈值71设定的第一压力设定值、以及作为第二阈值72设定的第二压力设定值分别进行比较，从控制装置50将操作信号向在第一蒸汽系统21中设置的第一蒸汽阀31输出来调节第一蒸汽阀31的阀开度，并且将操作信号向在第二蒸汽系统22中设置的第二蒸汽阀32输出来调节第二蒸汽阀32的阀开度。
即，在上述控制装置50中，与由于燃气轮机的经年劣化导致废热回收锅炉1产生的蒸汽流量的增加相对应，压力检测器41检出的蒸汽压力比与额定的蒸汽流量对应的蒸汽压力增加，在超过第一阈值71即第一蒸汽压力值(例如比额定时的蒸汽压力值增加约2％的蒸汽压力值)时，从上述控制装置50将操作信号向在第一蒸汽系统21中设置的第一蒸汽阀31输出而将第一蒸汽阀31的阀开度保持为全开，维持通过第一蒸汽系统21向高压涡轮3的初级入口供给的过热蒸汽的一部分蒸汽流量。
同时，从上述控制装置50将操作信号向在第二蒸汽系统22中设置的第二蒸汽阀32输出而对第二蒸汽阀32的阀开度进行开操作，调节第二蒸汽阀32的阀开度使得通过第二蒸汽系统22从高压涡轮3的初级下游侧的级段(作为级段为1～3级左右下游侧的级段入口)的级段入口向高压涡轮3供给蒸汽。
其结果是，在本实施例的联合循环发电机组中，即使在由于燃气轮机的经年劣化导致燃气轮机的效率降低而燃气轮机废热量增加时，也能够调节通过第二蒸汽系统22从高压涡轮3的上述初级下游侧的级段的级段入口供给的蒸汽流量，从而不降低废热回收锅炉的效率而使废热回收锅炉产生的蒸汽流量增加，实现抑制机组输出降低的比率的联合循环发电机组。
适用如上所述通过上述控制装置50对第一蒸汽阀31的阀开度操作，维持向高压涡轮3的初级入口供给的蒸汽的蒸汽流量，通过第二蒸汽阀32的阀开度操作来调节向高压涡轮3的初级下游侧的级段入口供给的蒸汽流量的控制，从而在压力检测器41检出的蒸汽压力的检测信号，从作为第一阈值71设定的第一压力设定值(例如比额定时的蒸汽压力值增加约2％的蒸汽压力值)的蒸汽压力值降低，达到比第二阈值72即第二压力设定值的蒸汽压力值(例如比额定时的蒸汽压力值增加约1％的蒸汽压力值)高的蒸汽压力值(第一阈值71>第二阈值72)时，从上述控制装置50将操作信号向在第一蒸汽系统21中设置的第一蒸汽阀31输出而将第一蒸汽阀31的阀开度保持为全开，维持通过第一蒸汽系统21向高压涡轮3的初级入口供给的蒸汽的蒸汽流量。
同时，从上述控制装置50将操作信号向在第二蒸汽系统22中设置的第二蒸汽阀32输出，对第二蒸汽阀32的阀开度进行开操作而保持为给定的开度，调节第二蒸汽阀32的阀开度使通过第二蒸汽系统22向高压涡轮3的上述初级下游侧的级段(作为级段为1～3级左右下游侧的级段入口)的级段入口供给的蒸汽的蒸汽流量维持预定的流量。
其结果是，在本实施例的联合循环发电机组中，即使在由于燃气轮机的经年劣化导致燃气轮机的效率降低而燃气轮机废热量增加时，也能够以使通过第二蒸汽系统22从高压涡轮3的上述初级下游侧的级段的级段入口供给的蒸汽流量维持预定的流量的方式进行调节，从而不降低废热回收锅炉的效率而能够使废热回收锅炉产生的蒸汽流量增加，实现抑制机组输出降低的比率的联合循环发电机组。
通常，蒸汽轮机由高压涡轮3、中压涡轮6以及低压涡轮9的三部构成，但是在本实施例的联合循环发电机组中，不论蒸汽轮机的形式、构成。
在联合循环发电机组中，通常燃气轮机的经年劣化引起的废热增量为百分之几的量级，而蒸汽轮机多是按照高压涡轮3、中压涡轮5、低压涡轮9的合计20～30级左右进行设计。
因此，在本实施例的联合循环发电机组中，将废热回收锅炉1产生的蒸汽导入高压涡轮3的第一蒸汽系统21和第二蒸汽系统22与该高压涡轮3连接的两者间的距离，在高压涡轮3的内部作为级段为1～3级左右，因此第二蒸汽系统和第一蒸汽系统21都配设于高压涡轮3。
蒸汽轮机通常入口压力越高则兰肯(Rankine)循环上的理论热效率越好，但是蒸汽轮机的入口压力过高时则由于废热回收锅炉1的效率降低而导致其蒸汽流量减少，蒸汽流量×蒸汽轮机效率＝蒸汽轮机输出降低。
构成联合循环发电机组的蒸汽轮机以及废热回收锅炉考虑成本等的平衡而适当地设计，因此在本实施例的联合循环发电机组中，构成为能够防止该平衡丧失。
在本实施例的联合循环发电机组中，通常将废热回收锅炉1产生的蒸汽通过第一蒸汽系统21向高压涡轮3的初级入口供给进行运用，但是由于燃气轮机废热量增加而蒸汽流量增加，蒸汽轮机入口的压力增加而废热回收锅炉内部的蒸汽压力增加时，将通过第一蒸汽系统21而由废热回收锅炉1产生的蒸汽的一部分向高压涡轮3的初级供给，除此之外，还将通过第二蒸汽系统22而由废热回收锅炉1产生的蒸汽的另一部分向高压涡轮3的初级下游侧的级段入口供给，从而能够对蒸汽通过的蒸汽轮机内部级段进行调整而调整蒸汽轮机入口压力以及废热回收锅炉内部压力。
其结果是，在本实施例的联合循环发电机组中，即使在由于燃气轮机的经年劣化导致燃气轮机的效率降低而燃气轮机废热量增加时，也能够以使通过第二蒸汽系统22从高压涡轮3的上述初级下游侧的级段的级段入口供给的蒸汽流量维持预定的流量的方式进行调节，从而不降低废热回收锅炉的效率而能够使废热回收锅炉产生的蒸汽流量增加，实现抑制机组输出降低的比率的联合循环发电机组。
如上所述，根据本实施方式，即使在由于燃气轮机的经年劣化导致燃气轮机的效率降低而燃气轮机废热量增加时，也不降低废热回收锅炉的效率而使废热回收锅炉产生的蒸汽流量增加，实现抑制机组输入降低的比率的联合循环发电机组。

Claims (3)

1.一种联合循环发电机组，具有：燃气轮机；利用燃气轮机的废热产生蒸汽的废热回收锅炉；将废热回收锅炉产生的蒸汽从该废热回收锅炉通过蒸汽系统供给的蒸汽轮机，其特征在于，
上述蒸汽系统以分支为第一蒸汽系统和第二蒸汽系统的方式配设，该第一蒸汽系统将蒸汽导入蒸汽轮机的初级入口，该第二蒸汽系统将蒸汽导入蒸汽轮机的初级下游侧的级段入口，
构成为基于上述废热回收锅炉产生的蒸汽流量，调节通过第一蒸汽系统以及第二蒸汽系统向蒸汽轮机供给的蒸汽的流量。
2.根据权利要求1所述的联合循环发电机组，其特征在于，
上述蒸汽轮机构成为包括：所供给的蒸汽的压力较高的高压涡轮；和所供给的蒸汽的压力较低的中低压涡轮，
上述第一蒸汽系统配设为从废热回收锅炉向蒸汽轮机的高压涡轮的初级入口供给由废热回收锅炉产生的蒸汽的一部分，
上述第二蒸汽系统配设为从上述废热回收锅炉向蒸汽轮机的高压涡轮的初级下游侧的级段入口供给由废热回收锅炉产生的蒸汽的另一部分，
将调节向高压涡轮的初级入口供给的蒸汽的供给量的第一蒸汽阀设置在上述第一蒸汽系统，并且将调节向高压涡轮的初级下游侧的级段入口供给的蒸汽的供给量的第二蒸汽阀设置在上述第二蒸汽系统，
设置有控制装置，该控制装置基于由上述废热回收锅炉产生的蒸汽流量，操作上述第一蒸汽阀以及第二蒸汽阀，对通过上述第一蒸汽系统以及上述第二蒸汽系统分别向蒸汽轮机的高压涡轮的初级入口以及初级下游侧的级段入口供给的蒸汽的流量进行调节。
3.根据权利要求2所述的联合循环发电机组，其特征在于，
作为检测由上述废热回收锅炉产生的蒸汽流量的检测手段，将测定由废热回收锅炉产生的蒸汽的压力的压力检测器设置在从废热回收锅炉向蒸汽轮机供给的上述蒸汽系统，
上述控制装置构成为，基于利用上述压力检测器测定的由废热回收锅炉产生的蒸汽的压力的测定值，操作上述第一蒸汽阀以及第二蒸汽阀的开度，调节通过第一蒸汽系统以及第二蒸汽系统向蒸汽轮机供给的蒸汽的流量。
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