CN107002513A - 用于运行涡轮机单元的方法，蒸汽发电站或燃气‑蒸汽联合循环发电站以及节流装置的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行涡轮机单元(2)的方法，所述涡轮机单元包括至少两个子涡轮机(3，4，8，9)，其中，蒸汽体积流(7)借助于蒸汽溢流装置(5)从在上游设置的子涡轮机(3，8)被引导至在下游设置的子涡轮机(4，9)，所述在下游设置的子涡轮机(4，9)在所述在上游设置的子涡轮机(3，8)之后接入，其中根据由涡轮机单元(2)所运转的负载范围操控蒸汽溢流装置(5)中的压力水平，使得在上游设置的子涡轮机(3，8)的废蒸汽(6)在涡轮机单元(2)在IGV点之下的部分负载范围中运行时和/或在部分负载快速提高时保持过热。

Description

用于运行涡轮机单元的方法，蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循 环发电站以及节流装置的应用
技术领域
本发明涉及一种用于运行涡轮机单元的方法，所述涡轮机单元包括至少两个子涡轮机，其中，蒸汽体积流借助于蒸汽溢流装置从在上游设置的子涡轮机被引导至在下游设置的子涡轮机，所述在下游设置的子涡轮机在所述在上游设置的子涡轮机之后接入。
此外，本发明涉及一种具有涡轮机单元的蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站，所述涡轮机单元包括至少两个子涡轮机，所述子涡轮机借助于共同的蒸汽溢流装置彼此有效连接。
本发明还涉及一种设置在蒸汽溢流装置上的节流装置的应用，所述蒸汽溢流装置设置在两个子涡轮机之间。
背景技术
从现有技术中已经已知这种方法、涡轮机单元以及蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站。
尤其地，燃气-蒸汽联合循环发电站理想地主要在满负载范围中运行，因为由此此外能够实现尽可能好的效率。
为了能够对在越来越灵活地构成的电能提供方面变化的市场要求更好地做出反应，越来越多地也要求尤其这种燃气-蒸汽联合循环发电站的更灵活的运行，其中为了较少地生成能量，其子涡轮机应至少部分更频繁地在较低的部分负载范围中运转，但是在短期电能要求时能够快速地再次提供全功率输出。
尤其在静态的运行状态中，尤其燃气-蒸汽联合循环发电站能够减速至其可能的满负载的大致60％，而子涡轮机中的一个子涡轮机的废蒸汽温度进而还有在后面接入的另一子涡轮机的蒸汽入口温度没有发生临界变化，或者至少仅以可忽略的程度发生临界变化。然而，这在所谓的IGV点之下，即在导向叶片在压缩机入口处的特定的位置中表现得不同，因为在所述IGV点之下，废蒸汽温度和/或蒸汽入口温度能够以不期望的程度发生变化。
除了涡轮机的构件的由于温度变化造成的疲劳，这在一些涡轮机构型中还能够引起，出现直至进入到湿蒸汽区中的不允许的膨胀。由于湿蒸汽或与此相关的临界的湿蒸汽形成，那么出现提高的传热的危险，所述提高的传热又能够造成径向地或轴向地刮蹭涡轮机叶片组。
要理解的是，尤其在上文中提到的状态明显限制尤其燃气-蒸汽联合循环发电站运行的灵活性。
此外，尤其关于运行状态还产生下述问题，在从部分负载起过快地提升负载时能够在涡轮机内出现临界的温度突变，由此能够不利地影响使用寿命。理论上，虽然存在冲洗废热锅炉的可能性，以便在负载提升时激发涡轮机温度升高，使得由此能够限制至少一个临界的温度突变。然而，尤其由于负载消耗会发生到湿蒸汽区中的不允许的进而临界的膨胀。然而，这出于在上文中提到的原因应必须避免。
发明内容
本发明的目的是，进一步改进这种方法和与此相关的蒸汽发电站或尤其燃气-蒸汽联合循环发电站，使得以在方法上和构造上低的耗费能够适应于在更灵活地构成的电能提供方面增加的要求。
所述目的通过一种用于运行涡轮机单元的方法来实现，所述涡轮机单元包括至少两个子涡轮机，其中蒸汽体积流借助于蒸汽溢流装置从在上游设置的子涡轮机被引导至在下游设置的子涡轮机，其中根据由涡轮机单元所运转的负载范围来操控蒸汽溢流装置内的压力水平，使得在上游设置的子涡轮机的废蒸汽在涡轮机单元在IGV点之下的部分负载范围中运行时和/或在部分负载快速提高时保持过热。
由此，涡轮机单元能够运行可靠地运行，直至进入到更低的部分负载范围中和/或快速地适应于明显提高的功率需求或能量需求，而在此不出现尤其在上游设置的子涡轮机的废蒸汽临界膨胀直至进入到湿蒸汽区中的危险。
就此而言，涡轮机单元或其子涡轮机能够运行可靠地在临界的湿蒸汽区中运行。
尤其在本文中，蒸汽关于在上游设置的子涡轮机的膨胀变短，使得与此相关的废蒸汽更长时间地或继续保持过热，进而也能够避免在涡轮机单元的不期望的位置上的临界的湿蒸汽形成的危险。
在此，以相应的程度提升在上游设置的子涡轮机的废蒸汽在蒸汽溢流装置内存在的压力水平。
在本发明的范围中，表述“过早的或临界的膨胀”或“临界的湿蒸汽形成”尤其表示在子涡轮机，例如低压部件的期望区域之外的湿蒸汽形成。
在本发明的范围中，术语“较低的部分负载范围”描述在燃气轮机的IGV点之下的部分负载范围。
在本发明的范围中，术语“IGV点”表示导向叶片在燃气轮机的压缩机入口处的特定的位置，其中所述特定的位置引起低的燃料消耗和少的有害物质排放。IGV表示入口导向叶片(Inlet Guide Vanes)并且描述在燃气轮机的压缩机入口处的可调整的导向叶片。借助所述导向叶片能够控制压缩机入口处的体积流。
IGV点是下述点，在所述点中，可调整的导向叶片示出其最小开口进而还有小的体积流。IGV点为燃气轮机的最低的运行点，在所述最低的运行点中，燃气轮机还能运行可靠地并且符合排放地运行。
术语“快速的提高”描述燃气轮机的涡轮机单元功率例如以大于每分钟1％的速度立即提高。
因此，涡轮机单元能够无问题地在下部的部分负载范围中运行，而不存在废蒸汽在涡轮机单元的不期望的区域中已经膨胀进入到湿蒸汽区中的风险。
此外，在所述下部的部分负载范围中运行的涡轮机单元能够更快地再次大致加速直至到满负载范围中，而不存在废蒸汽在涡轮机单元的不期望的区域中已经膨胀进入到湿蒸汽区中的风险。
就此而言，也有利的是，在上游设置的子涡轮机的废蒸汽在涡轮机单元在可达到的满负载的大约60％的部分负载范围中运行时保持过热。
本文的涡轮机单元能够包括不同的涡轮机类型，例如燃气轮机、蒸汽轮机或高压、中压和/或低压蒸汽轮机或热蒸汽、湿蒸汽涡轮机等。
在本发明的范围中，术语“蒸汽溢流装置”描述下述装置，借助于所述装置，子涡轮机中的第一子涡轮机的过热的废蒸汽能够溢流至子涡轮机中的另一子涡轮机。这种装置例如能够构成为溢流管路或溢流管等。
一个优选的方法变型形式提出，操控蒸汽溢流装置内的压力水平，使得避免来自在上游设置的子涡轮机的废蒸汽过早膨胀进入到湿蒸汽区中。由此，涡轮机单元或其子涡轮机能够更长时间地在临界的湿蒸汽区之外运行，由此实现废蒸汽能够尽可能地仅在为此设有的区域中膨胀到湿蒸汽区中。
此外，有利的是，从在上游设置的子涡轮机中离开的废蒸汽保持过热，直至进入到低压部件中，使得尽可能长时间地避免在上游设置的子涡轮机的废蒸汽临界膨胀进入到湿蒸汽区中。由此，涡轮机单元或其子涡轮机也能够更长时间地在临界的湿蒸汽区之外运行。
就此而言，有利的是，根据由涡轮机单元所运转的负载范围，对在蒸汽溢流装置中的蒸汽流体积进行节流，以便避免临界的湿蒸汽形成。
当借助于设置在蒸汽溢流装置内的控制机构来操控压力水平时，尤其在本发明的范围中执行的对压力水平的操控能够在构造上简单地进行。这种控制机构能够完全不同地构造，如随后还将阐述。
本发明的目的一方面也通过一种具有涡轮机单元的蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站来实现，所述涡轮机单元包括至少两个子涡轮机，所述子涡轮机借助于共同的蒸汽溢流装置彼此有效连接，其中蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站具有用于控制和/或调节在共同的蒸汽溢流装置内的压力水平和/或蒸汽体积流的控制和/或调节机构，以便影响湿蒸汽性质。
根据本发明，在共同的蒸汽溢流装置上使用的所述控制和/或调节机构用于避免在全部部分负载范围中的临界的湿蒸汽，由此能够实现在上文已经详细描述的效果。
本发明的目的另一方面也通过一种具有涡轮机单元的蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站来实现，所述涡轮机单元包括至少两个子涡轮机，所述子涡轮机借助于共同的蒸汽溢流装置彼此有效连接，其中蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站包括用于避免临界的湿蒸汽形成的机构，并且其中用于避免临界的湿蒸汽形成的机构至少部分地设置在蒸汽溢流装置内。
根据本发明，在共同的蒸汽溢流装置中使用的用于避免临界的湿蒸汽形成的所述机构用于避免在全部部分负载范围中的不期望的湿蒸汽，由此同样能够实现在上文已经详细描述的效果。
借助于根据本发明的蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站，尤其也能够有利地执行在上文中提到的根据本发明的方法。
如果可根据由涡轮机单元所运转的负载范围来操纵用于控制和/或调节压力水平或蒸汽体积流的控制和/或调节机构或用于避免临界的湿蒸汽形成的机构，那么能够尤其运行可靠地避免不期望的湿蒸汽形成。
另一个有利的实施变型形式提出，蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站包括用于冷却或加热涡轮机单元的废热锅炉的机构，借助于所述机构，能够根据由涡轮机单元所运转的负载范围来冷却或加热废热锅炉。由此，尤其根据本发明的方法也适用于瞬时的运行状态，因为通过冲洗废热锅炉能够将在后面接入的、在下游设置的子涡轮机的温度保持得低，或者仅允许较低的温度梯度，而控制和/或调节机构或用于避免临界的湿蒸汽形成的机构确保在上游设置的子涡轮机的废蒸汽的足够的过热。
如果蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站具有处理装置，借助于所述处理装置，控制和/或调节机构或用于避免临界的湿蒸汽形成的机构和用于冷却或加热涡轮机单元的废热锅炉的机构，可彼此配合地被操纵和运行，那么涡轮机单元整体上配合地运行，以便能够运行可靠地实现在上文中描述的效果。
要理解的是，在上文中提到的控制和/或调节机构或用于避免临界的湿蒸汽形成的机构能够在构造上不同地实现。
当控制和/或调节机构或用于避免临界的湿蒸汽形成的机构具有节流装置的节流活门部件或节流阀部件时，这能够在结构上尤其简单地集成到涡轮机单元中。
本发明的目的也通过一种设置在蒸汽溢流装置上的节流装置用于避免或至少用于限制临界的湿蒸汽形成的应用来实现，所述蒸汽溢流装置设置在两个子涡轮机之间。
根据本发明，尤其在瞬时的运行条件下，节流装置能够用于至少部分地或理想地完全避免临界的湿蒸汽形成。
如果要在涡轮机单元上执行根据本发明的方法，所述涡轮机单元已经具有在蒸汽溢流装置上的节流装置，所述节流装置适合用于在本发明的范围中使用，那么所述涡轮机单元能够相应简单地改型，以便尤其根据由涡轮机单元所运行的负载范围来操控在蒸汽溢流装置内的压力水平。
尤其地，当前将这种节流装置用于避免临界的湿蒸汽是有利的。
当前，尤其通过当前的涡轮机单元能够根据由涡轮机单元所运转的负载范围，或根据由在上文中阐述的控制和/或调节机构或用于避免临界的湿蒸汽形成的机构，操控在蒸汽溢流装置内的压力水平。
由此尤其能够可靠地减小下述风险：当涡轮机单元尤其在IGV点下方的负载范围之下运行时和/或所运转的负载从下部的负载范围开始快速地升高时，出自在上游设置的子涡轮机的废蒸汽过早地膨胀到湿蒸汽区中。
因此，借助于本发明达到，实现运行可靠的、更低的部分负载，或明显地减小涡轮机单元的子涡轮机尤其在瞬时过程中的使用寿命消耗。
在任何情况下，借助于本发明能够在位置上转移湿蒸汽形成，更确切地说将其转移到低压部件中，在所述低压部件中，湿蒸汽形成不是临界的。
要理解的是，在上文中或在权利要求中描述的解决方案的特征必要时也能够组合，以便能够相应累积地实现优点。
附图说明
本发明的其他的特征、效果和优点根据所附的附图和随后的描述阐述，其中示例性地部分地示出和描述根据本发明配置的燃气-蒸汽联合循环发电站的子涡轮机单元。
在附图中示出：
图1示意地示出在燃气-蒸汽联合循环发电站上设有的涡轮机单元的部分视图，所述涡轮机单元具有两个借助于蒸汽溢流装置彼此有效连接的子涡轮机，其中根据由涡轮机单元所运转的负载范围来操控在蒸汽溢流装置内的压力水平，使得在上游设置的子涡轮机的废蒸汽在涡轮机单元在IGV点下方的部分负载范围中运行时和/或在部分负载快速提高时保持过热；和
图2示意地示出在图1中示出的燃气-蒸汽联合循环发电站的h-s图表。
具体实施方式
在图1中示出的燃气-蒸汽联合循环发电站1具有涡轮机单元2，其中根据图1的视图仅示出两个子涡轮机3和4。
这两个子涡轮机3和4借助于共同的蒸汽溢流装置5彼此有效连接成，使得出自在上游设置的子涡轮机3的废蒸汽6作为蒸汽体积流7被引导至在下游设置的另一子涡轮机4，使得后者借助于在上游设置的子涡轮机3的废蒸汽6运行。
在尤其在图1中示出的该实施例中，第一子涡轮机3，即在上游设置的子涡轮机3是中压蒸汽轮机8，而第二子涡轮机4，即在下游设置的另一子涡轮机4是低压蒸汽轮机9。
根据本发明，燃气-蒸汽联合循环发电站1的特征在于涡轮机单元2，所述涡轮机单元具有用于控制和/或调节蒸汽溢流装置5内的蒸汽体积流7和/或压力水平的控制和/或调节机构10，以便影响湿蒸汽性质，其中所述控制和/或调节机构10在该实施例中结构简单地包括设置在共同的蒸汽溢流装置5上的节流装置11，所述节流装置的节流活门部件12设置在共同的蒸汽溢流装置5内。
借助于该简单地构造的控制和/或调节机构10可达到，在当前的涡轮机单元2或在燃气-蒸汽联合循环发电站1上按需要实现关于废蒸汽6的压力升高，尤其当涡轮机单元2在IGV点下方的更低的部分负载范围中运行时也如此，由此始终确保所述废蒸汽6总是尽可能长时间地保持过热。
同样内容在部分负载快速提高时，尤其从这种更低的部分负载范围开始快速提高时也适用，其中在此为了降低在后面接入的、在下游设置的子涡轮机4上的温度，能够通过在此未进一步示出的用于冷却或加热涡轮机单元2的废热锅炉来冷却在此未详细示出的废热锅炉。
就此而言，所述节流装置11连同其设置在共同的蒸汽溢流装置5中的节流活门部件12也表现为用于避免在共同的蒸汽溢流装置5内的湿蒸汽形成的机构15，以便实现上述效果。
节流装置11或其节流活门部件12在此设置在共同的蒸汽溢流装置5的出口接管部件16，使得尤其节流活门部件12直接安置于在上游设置的子涡轮机3的废蒸汽出口17之后。
因此，在本文中，节流活门部件12表现为控制机构18，借助于所述控制机构，在本发明的范围中能够操控在共同的蒸汽溢流装置5内的压力水平。
为了能够使控制和/或调节机构10或用于避免湿蒸汽形成的机构15和用于冷却或加热涡轮机单元2的机构彼此配合地投入使用，涡轮机单元2还具有相应构成的处理装置20，所述处理装置构成为，使得在此处描述的涡轮机单元2能够在本发明的范围中运行。所述处理装置20在此能够不仅作为硬件，而且也作为软件实现。
在燃气-蒸汽联合循环发电站1的在图1中至少部分示出的涡轮机单元2的在图2中示出的h-s图表25中，在横坐标26上绘制熵值，并且在纵坐标27上绘制焓值，其中在所述h-s图表25中清楚可见地说明饱和曲线28。
此外，在该h-s图表25中可看出，在涡轮机单元2在涡轮机单元2的IGV点下方的低的部分负载运行中运行时不使用本发明的控制和/或调节机构10或用于避免湿蒸汽形成的机构15的情况下，关于在共同的蒸汽溢流装置5中废蒸汽6的膨胀表现的常规的膨胀曲线29。
在所述常规的膨胀曲线29上方示例性地画出，在涡轮机单元2在涡轮机单元2的IGV点下方的低的部分负载运行中运行时借助于本发明的控制和/或调节机构10或用于避免的湿蒸汽形成的结构15的情况下，在共同的蒸汽溢流装置5中废蒸汽6的膨胀表现的新的膨胀曲线30。
清楚可见的是，涡轮机单元2以根据本发明提出的方法能够明显更长时间地在湿蒸汽区31之外运行。也就是说换言之，湿蒸汽形成发生在期望的位置上，即在低压部件的区域中发生。
根据图2的视图的常规的膨胀曲线29在点32的区域中继续朝湿蒸汽区31的方向伸展，而通过使用本发明的控制和/或调节机构10或用于避免湿蒸汽形成的机构15至少暂时地实现，新的膨胀曲线30自所述点32起在等温状态变化的范围中首先基本上沿着等温线34伸展一段33，由此在新的膨胀曲线30在其继续的伸展中再次类似于常规的膨胀曲线29伸展之前，废蒸汽6的膨胀能够更长时间地在饱和曲线28之上进行。
在该处明确指出，在上文中或在权利要求中描述的解决方案的特征同样也能够组合，以便相应匹配地能够实现或达到所阐述的特征、效果和优点。
尽管本发明在细节上通过优选的实施例详细地说明和描述，但本发明不局限于这些公开的实施例，并且其他变型形式能够由本领域技术人员从中导出，而不脱离本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种用于运行涡轮机单元(2)的方法，所述涡轮机单元包括至少两个子涡轮机(3，4，8，9)，
其中蒸汽体积流(7)借助于蒸汽溢流装置(5)从在上游设置的子涡轮机(3，8)被引导至在下游设置的子涡轮机(4，9)，所述在下游设置的子涡轮机在所述在上游设置的子涡轮机(3，8)之后接入，
其中根据由所述涡轮机单元(2)所运转的负载范围来操控所述蒸汽溢流装置(5)内的压力水平，使得所述在上游设置的子涡轮机(3，8)的废蒸汽(6)在所述涡轮机单元(2)在IGV点之下的部分负载范围中运行时和/或在部分负载快速提高时保持过热。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中操控在所述蒸汽溢流装置(5)内的压力水平，使得避免出自所述在上游设置的子涡轮机(3，7)的废蒸汽(6)过早地膨胀进入到所述湿蒸汽区(31)中。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其中根据由所述涡轮机单元(2)所运行的负载范围，对蒸汽溢流装置(5)中的蒸汽流体积(7)进行节流，以便避免临界的湿蒸汽形成。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，
其中借助于设置在所述蒸汽溢流装置(5)内的控制机构(18)操控压力水平。
5.一种具有涡轮机单元(2)的蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站(1)，所述涡轮机单元包括至少两个子涡轮机(3，4，8，9)，
所述子涡轮机借助于共同的蒸汽溢流装置(5)彼此有效连接，尤其用于执行上述方法，
其中所述蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站(1)具有用于控制和/或调节在共同的蒸汽溢流装置(5)内的蒸汽体积流(7)和/或压力水平的控制和/或调节机构(10)，以便影响湿蒸汽性质。
6.一种具有涡轮机单元(2)的蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站(1)，所述涡轮机单元包括至少两个子涡轮机(3，4，8，9)，
所述子涡轮机借助于共同的蒸汽溢流装置(5)彼此有效连接，尤其用于执行上述方法，
其中所述蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站(1)包括用于避免在共同的所述蒸汽溢流装置(5)内的临界的湿蒸汽形成的机构(15)，并且
其中所述用于避免临界的湿蒸汽形成的机构(15)至少部分地设置在共同的所述蒸汽溢流装置(5)内。
7.根据权利要求5或6所述的蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站(1)，
其中能够根据由所述涡轮机单元(2)所运行的负载范围来操纵控制和/或调节机构(10)或用于避免临界的湿蒸汽形成的机构(15)，所述控制和/或调节机构用于控制和/或调节压力水平或蒸汽体积流(7)。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站(1)，
其中所述蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站(1)包括用于冷却或加热所述涡轮机单元(2)的废热锅炉的机构，借助于所述机构，能够根据由所述涡轮机单元(2)所运行的负载范围来冷却或加热所述废热锅炉。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站(1)，
其中所述蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站(1)具有处理装置(16)，借助于所述处理装置，所述控制和/或调节机构(10)或所述用于避免临界的湿蒸汽形成的机构(15)和用于冷却或加热所述涡轮机单元(2)的废热锅炉的机构，能够彼此配合地被操纵和运行。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的蒸汽发电站或燃气-蒸汽联合循环发电站(1)，
其中所述控制和/或调节机构(10)或用于避免临界的湿蒸汽形成的机构(15)具有节流装置(11)的节流活门部件(12)或节流阀部件。
11.一种设置在蒸汽溢流装置(5)上的节流装置(10)用于避免或至少限制临界的湿蒸汽形成的应用，所述蒸汽溢流装置设置在两个子涡轮机(3，4，8，9)之间。
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