CN1060335A - 用于组合循环发电厂的排气器热交换器 - Google Patents

Abstract

一个带有一蒸汽涡轮机(12)、一个气体涡轮机 (14)、一个热回收蒸汽发生器(18)、一个排气器(20) 和一个冷凝器(16)的组合循环发电装置，它包括一个 热交换器(40)，该热交换器用于在从冷凝器来的相对 较冷的冷凝液与从排气器(20)来的相对较热的供水 之间进行所控制的热交换，以便从热回收蒸汽发生器 (18)中回收附加热量，由此，改善组合循环发电装置 的总效能。

Description

本发明涉及用于组合循环发电厂的排气器，特别涉及改进这些组合循环发电厂效能的方法和装置，这种改进是通过提供一些装置来进行的，这些装置用于以供水来加热被供入这样的排气器中的冷凝液，供水是从排气器中被排气的。

在发电领域中，在一个带有一个或多个蒸汽涡轮机的装置中提供一个或多个燃烧涡轮机是众所周知的，在这里，由燃烧涡轮机产生的废热被用来产生蒸汽涡轮机的原动蒸汽且所有涡轮机都与发生器耦合在一起来产生电能。类似这样的系统一般被叫做“组合循环发电厂”。

在使用普通组合循环发电厂的场合，在这里使用的蒸汽涡轮机包括一个输入部分，该部分接收由燃烧涡轮机的废热产生的原动蒸汽，还包括一个排出部分，该部分用于排出由蒸汽涡轮机而来的耗用过的原动蒸气。一个与蒸汽涡轮机的排出部分相连的冷凝器接收耗用过的原动蒸气并将其冷却来提供一冷凝液。

这些燃烧涡轮机（它们也被称作“气体”涡轮机）每一个包括一排出部分，将其产生的气体形式的废热排到一个热回收蒸汽发生器（a  heat  recovery  steam  generater）或“HRSG”中。这样的“HRSG”连在气体涡轮机的排出部分与蒸汽涡轮机的输入部分之间用以接收气体涡轮机排出的废热，从由这样的废热所加热的供水中形成原动蒸汽，并且向蒸汽涡轮机提供原动蒸汽。将一个普通排气器连到冷凝器上从那里接收冷凝液并将这样的冷凝液排气向热回收蒸汽发生器（HRSG）提供供水。

在一个典型的组合循环发电厂中，HRSG的供水是由汽化器输入泵提供的，该泵接收从排气器中被排气的、相对较热（如大约100℃-120℃/220-250°F）的水。可以仅通过提供相对冷却的供水从在HRSG中的排出气中回收附加的热量，比如，直接从冷凝器中向HRSG提供冷凝液。以该种方式回收的附加热量将提高组合循环发电厂总效能，但也将伴随着必需在HRSG里所有热传递表面上使用昂贵的耐腐蚀的材料，因为，这样的HRSG需要用未排气的供水来运行。

因此，本发明的一个总的目标是提供一具有高于在这之前发现的组合循环发电厂总运行效能的组合循环发电厂。

以此为目的本发明为一组合循环发电装置，它带有一蒸汽涡轮机，该机包括一输入部分来接收原动蒸汽和一排出部分排出由所说蒸汽涡轮机所耗用的蒸汽，该装置还带有一与所说蒸汽涡轮机的所说排出部分相连的冷凝器用以冷凝所说耗用过的原动蒸汽，以及一气体涡轮机，该机包括一排出部分用于排出包含由所说的气体涡轮机产生的废热的排出气，一个热回收蒸汽发生器，它与所说气体涡轮机的所说排出部分相连，并从所说气体涡轮机中接收排出气用以从由所说排出气加热的供水中产生所说原动蒸汽，还有一个与所说冷凝器相连的排气器以便从那接收冷凝液并将其排气来向所说热回收蒸汽发生器提供供水，其特征在于连接一个热交换器，用于提供在从冷凝器流向所说排气器的流动与从所说排气器向所说热回收蒸汽发生器的供水流动间的热交换，将热量从离开所说排气器的所说供水中，在冷凝液进入所说排气器之前，传递到所说冷凝液中。

排气器热交换器适用于在一高温下向排气器提供冷凝液，这大大降低了排气器所需的蒸汽量，由此使得用其它方法本应提供到排气器里的蒸汽可用于在蒸汽涡轮机中膨胀。

由于根据本发明的交换器热交换器安装在汽化器输入泵的上游一点上的离开排气器的供水管里，在那里交换的热提供了过冷供水的一个附属的优点，过冷供水允许来自气体涡轮机的排出气体的大量热的排出。这种安置也有助于满足汽化器输入泵的吸入压要求（即能正向吸入压）（het  positive  snction  head）。

根据本发明的任何一个实施例，排气器热交换器包括一个为排气器热交换器分路的装置。虽然，当用于使用低硫含量燃料（如，自然气体）的天然气组合能量循环装置的运行时，由排气器热交换器提供的加热冷凝液、冷却供水及吸入压特性的满足是特别需要的，但当在气体涡轮机循环中使用含硫燃料来避免排出气体由于过冷而冷凝时，为排气器热交换器分路的装置变得特别重要。因此，这个排气器热交换器适用于在大多数操作条件下确定组合循环发电厂最佳参数。

仅通过举例的方式，从在图中示出的一个最佳实施例的下列描述中，本发明更易于明白。

这仅有的图以示意图形式说明了一个包含一排气器热交换器的组合循环发电厂。

象普通的一样，一个组合能量循环装置10一般的组成为，至少一个蒸汽涡轮机12，至少一个气体涡轮机14，一个冷凝器16，一个热回收蒸汽发生器（HRSG）18，及一个排气器20。已知组合能量循环装置的其它变化可以包括多于一个的蒸汽涡轮机，多于一个的气体涡轮机，和/或多于一个HRSG，虽然，这样的变化在本发明中作用很小或没有效用。

在任何场合，蒸汽涡轮机12包括一个输入部分22用于接收原动蒸汽及一个排出部分24用于排出被蒸汽涡轮机所耗用的原动蒸汽。一个冷凝器16与蒸汽涡轮机12的排出部分24相连用以接收耗用过的原动蒸汽并将所耗用的原动蒸汽冷凝成一定量的冷凝液。气体涡轮机14也包括一排出部分26用于排出废热（做为排出气体由气体涡轮机14产生），热回收蒸汽发生器（HRSG）18接收由气体涡轮机14排出的废热，从由废热所加热的一定量供水中产生原动蒸汽，并将其供入蒸汽涡轮机12。排气器20与冷凝器16相连来接收它的冷凝液并将冷凝液排气来向HRSG18提供一定量的供水。

为了提供一个其运转总效能大于在这之前发现的组合能量循环装置的组合能量循环装置，将热交换器装置28连到冷凝器16里的冷凝液与排气器20之间，以及排气器20与HRSG18之间，以便将从排气器20来的供水的热量在冷凝液被排气器20接收之前交换到冷凝液的热量中去。

一个汽化器输入泵30由与排气器20耦合的汽化器输入泵管道32连到HRSG18上，以便提供供水通过HRSG18的流动，汽化器输入泵管32上带有第一阀门装置34用来隔绝从排气器20来的供水流向汽化器输入泵30。一个冷凝液泵36也由冷凝液管道38连到冷凝器16里的冷凝液与热交换器装置28之间，以便提供通过热交换器装置28的冷凝液的流动。

根据本发明的一个重要方面，热交换器装置28的组成可以是套和管、板、或其它的已知类型的热交换器，它最好带有为其分路的装置42。热交换器分路装置一般的组成为，第一分路管道44，它被连在热交换器40与第一阀门装置34上游端的汽化器输入泵管道32之间，第二阀门装置46，它在第一分路管44上用于隔绝流向热交换器40的供水，第二分路管道48，它被连到热交换器40与第一阀门装置34的下游端上的汽化器输入泵管道32之间，第三阀门装置50，它在第二分路管道48上用于隔绝从热交换器40来的供水流向HRSG18，第一、第二和第三阀门装置34，46，50每一个可以由一适当的阀门组成（如一个球阀门或一个旋塞阀门），该阀门能够停止他们各自管内的流体的流动。

根据本发明的热交换器装置28也包含将热交换器40连到排气器20的蒸汽部分54的被加热的冷凝液管道52。第三分路管道56也被连到热交换器40上游端的冷凝液管38上及在在热交换器40的一个下游端的被加热冷凝液管道52上，此外，还有用于感受热交换器40中的供水温度的装置58。第4阀门装置60安置在第三分路管道56上用于相对应于热交换器40里的一个预定的最小供水温度来充分降低通过热交换器40的冷凝液的流动，这个最小供水温度由供水温度感受装置58来感受。

被贮存在排气器20的一个低温贮罐部分62的被排气的供水一般具有约110℃（230°F）的温度，而由冷凝液泵36从冷凝器中抽吸的冷凝液温度一般约为43℃（100°F）。通过选择性地打开和关闭第一、第二、第三阀门装置34，46，50，进入排气器20的蒸汽部分54的冷凝液温度可以由相对热的〔如110℃（230°F）〕供水所加热，该供水贮存在排气器20的贮罐部分62。

根据本发明的另一个重要方面，进入热交换器40的相对冷的冷凝液可容易地用于冷却由汽化器输入泵30通过HRSG18所抽吸的供水。这使得HRSG18里较冷的供水可进一步降低HRSG18内的层温度（stack  temperature），由此回收可以用来在蒸汽涡轮机12中产生能量的附加热量。由于流向HRSG18的供水在其冷却之前已排气，它不会有引起腐蚀的元素。任何使用抗腐蚀材料的需要因而基本消除了。

为了从排气器20的贮罐部分62中来的供水的冷却像上面讨论的那样成为可能，关闭第一阀门装置34而第二、第三阀门装置开启。由此而定位的阀门允许从排气器20的贮罐部分62中来的110℃（230°F）供水被较冷的、43℃（100°F）的、从冷凝器16而来在热交换器40中的冷凝液来冷却。假定第4阀门装置60在全关闭位置，由热交换器40中排出的被加热冷凝液将较好地具有一接近排气器20的蒸汽部分54的运行温度的温度。更好的是，具有这样的阀门定位的被加热冷凝液将在排气器20的蒸汽部分54的操作温度的约10°F范围内。这样的温度范围用任何适当设计的热交换器40可容易地获得，虽然，通过使用第4阀门装置60可以在如此范围对供水的温度进行精细控制。即，在热交换器40里的供水温度感受装置58可根据本发明，通过调节第4阀门装置60的位置，使得较冷冷凝液在不同程度上通过热交换器40流动，用于供水温度的“精细调节”（fine-tuning）

就象到现在为止所描述的那样，排气器热交换器最步是适用于使用低硫含量燃料的组合能量循环装置的。在这样的应用中，由于排出气体中没有引起腐蚀的硫酸，由供水冷却提供的HRSG18里的较低叠层温度（stack  temperature）可以在HRSG18里没有低温表面的腐蚀的情况下获得。在另一方面，根据本发明的排气器热交换器40也适于使用含硫燃料的组合能量循环装置。在这样情况下，热交换器40由第一阀门装置34的开启和第二、第三阀门装置46，50的关闭来分路。供水温度因而将升至大约排气器20的运行温度。这将在酸一结露点之上依次保存HRSG18中的叠层温度，因而消除了甚至在高硫含量条件的腐蚀的潜在可能。

在冷凝液进入排气器20之前，通过用供水加热冷凝液，最好在排气器20的正常运行温度的大约10°F的范围内，由排气器20经蒸汽管线64所需的蒸汽量大大降低。这本身又使更多的蒸汽用于在蒸汽涡轮机12中膨胀，并增加组合能量循环装置10的总效能。此外，通过在供水进入HRSG18之前冷却供水，可避免HRSG18里的腐蚀，同时这样的“过冷”可帮助满足汽化器输入泵30的吸入压要求（即纯正向吸入压）。

Claims (7)

1、一种组合循环发电装置(10)，它带有一个蒸汽涡轮机(12)，该机包括一个用于接收原动蒸汽的输入部分(22)及一个用于排出由所说蒸汽涡轮机(12)所耗用的蒸汽的排出部分(24)，一个冷凝器(16)，该器被连到所说蒸汽涡轮机(12)的所说排出部分(24)用以冷凝所说耗用过的原动蒸汽，一个气体涡轮机(14)，该机包括一个排出部分(26)用来排出含有由所说气体涡轮机(14)所产生的废热的排出气体，一个热回收蒸汽发生器(18)，该器被连到所说气体涡轮机(14)的所收排出部分(26)并接收从所说气体涡轮机(14)来的排出气体用以产生由所说排出气体加热的供水而来的所说原动蒸汽，一个排气器(20)，该器被连到所说的冷凝器(16)上用来从这接收冷凝液并为所说冷凝液排气向所说热回收蒸汽发生器(18)提供供水，该组合能量循环装置的特征为连接一个热交换器用来在从冷凝器(16)到所说排气器(20)的流动与从所说排气器(20)到所说热回收蒸汽发生器(18)的供水流动间提供热交换以便将热量从离开所说排气器(20)的所说供水，在所说冷凝液进入所说排气器(20)之前传递到该冷凝液中。

2、根据权利要求1的一个组合循环发电装置（10），其特征在于由汽化器输入泵管道（32）在所说排气器（20）与所说热回收蒸汽发生器（18）间连接一输入泵（30）用来向流经所说热回收交换蒸汽发生器（18）的供水加压;一个第一阀门装置（34）被安置在所说汽化器输入泵管道（32）上用于隔断所说供水流向所说输入泵（30）。

3、根据权利要求2的一个组合循环发电装置（10），其特征在于用冷凝液管（38）连接一个冷凝液泵（36）用来提供向所说热交换器（40）的所说冷凝液的流动。

4、根据权利要求3的一个组合循环发电装置（10），其特征在于将所说热交换器（40）安置在一分路线路中，该线路包括一第一分路管道（44）和一个被连到所说热交换器（40）的第二分路管道（48）。

5、根据权利要求4的一个组合循环发电装置，其特征在于第一分路管道（44）被连在所说热交换器（40）与所说第1阀门装置（34）的上游端上的所说汽化输入管道（32）之间，一个第二阀门装置（46）安置在所说第一分路管道（44）上用来隔断所说供水流向所说热交换器（40），所说第二分路管道（48）被连在所说热交换器与所说第一阀门装置（34）的下游端上的所说汽化输入泵管道（32），第三阀门装置（50）安置在所说第二分路管道（48）里用来隔断从所说热交换器（40）来的供水流向所说热回收蒸汽发生器（18）。

6、根据权利要求5的一个组合循环发电装置（10），其特征在于所说热交换器（40）由被加热的冷凝液管道（52）连到所说排气器（20）上，第三分路管道（56）被连到在所说热交换器（40）的一个上游端的冷凝液管道（38）及在所说热交换器（40）的下游端的所说被加热冷凝液管道（52）上，一个提供在所说热交换器（40）里的感受供水温度的装置（58），一个第四阀门装置（60）安置在所说第三分路管道（56）里用来控制与所说热交换器（40）里的一个预定最小供水温度相对应的冷凝液通过所说热交换器（40）的流动，该温度一直由所说供水温度感受装置（58）来感受。

7、一种运转一组合循环发电装置的方法，该装置包括一个气体涡轮机（14），一个热回收蒸汽发生器（18），一个蒸汽涡轮机（12），一个冷凝器（16），一个排气器（20），一个汽化器输入泵（30），在这里排出气体流向所说热回收蒸汽发生器（18）来为所说蒸汽涡轮机（12）产生原动蒸汽，然后原动蒸汽在所说冷凝器（16）中冷凝，变成在所说排气器（20）中被排气的冷凝液以便作为供水适用于所说热回收蒸汽发生器（18），其特征在于在冷凝液引入所说排气器前，该冷凝液在一热交换器（40）中由离开所说排气器进入所说蒸汽发生器（18）的所说供水所加热。

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