CN108474268A - 联合循环动力装置中的烟囱能量控制 - Google Patents

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Abstract

提供了一种联合循环动力装置和用于操作具有烟囱能量控制的联合动力装置的方法。联合循环动力装置包括燃气轮机、具有多个加热表面的热回收蒸汽发生器以及蒸汽轮机。加热表面可以在动力装置启动期间被部分绕过以在热回收蒸汽发生器中减少蒸汽产生。可以从燃气轮机的排气提取较少能量。较多能量可以通过排气烟囱排出。蒸汽轮机可以在动力装置启动期间不限制燃气轮机负载的情况下起动。蒸汽轮机可以在无需增大气冷式冷凝器的尺寸且同时在动力装置启动期间保持燃气轮机的较高负载的情况下起动。

Description

联合循环动力装置中的烟囱能量控制
技术领域
本发明的方面涉及联合循环动力装置和操作具有烟囱能量控制的联合循环动力装置的方法。
背景技术
联合循环动力装置可以包括通过燃气与空气混合物的燃烧而生成动力输出的一个或更多个燃气轮机。在燃气轮机的下游可以设置有一个或更多个热回收蒸汽发生器以接收来自燃气轮机的排气。热回收蒸汽发生器可以从排气中提取能量以产生蒸汽。蒸汽可以被转移至蒸汽轮机以产生额外的动力输出。蒸汽轮机可以包括多个压力蒸汽轮机，比如高压蒸汽轮机、中压蒸汽轮机和低压蒸汽轮机。在蒸汽轮机的出口处可以设置有冷凝器。
为了能够退出(roll off)蒸汽轮机，低压蒸汽轮机的排气压力必须降低并保持处于一定水平。这可能需要冷凝器中的额外冷却能力。冷凝器可以是水冷式冷凝器或气冷式冷凝器。对于具有水冷式冷凝器的动力装置而言，额外的冷却容量可以在影响很小的情况下实现。然而，对于具有气冷式冷凝器的动力装置而言，额外的冷却容量会带来显著的成本影响。
在蒸汽轮机启动期间，在热回收蒸汽发生器中产生的所有蒸汽可以绕至冷凝器。冷凝器的冷却容量可能不足以将冷凝器的压力保持低于所要求的蒸汽轮机极限。当燃气轮机以较高负载、例如以基本负载运行时，可能需要冷凝器具有更大的冷却容量。当燃气轮机在较暖环境下以高负载下运行时，可能需要冷凝器具有甚至更大的冷却能力。解决该问题的一种方法可以是通过降低燃气轮机的负载来减少冷凝器的热负载。这种方法可能会限制动力装置的动力产生量。解决该问题的另一种方法可以是增大冷凝器的尺寸。气冷式冷凝器尺寸的增大会显著增大整个装置的占地面积。这会导致动力装置的建造成本显著增大。
发明内容
简而言之，本发明的各方面涉及联合循环动力装置和用于操作具有烟囱能量控制的联合循环动力装置的方法。
根据一方面，提出了一种联合循环动力装置。该联合循环动力装置包括构造成产生动力输出并产生排气的燃气轮机。联合循环动力装置包括热回收蒸汽发生器，热回收蒸汽发生器包括位于燃气轮机下游的多个加热表面，热回收蒸汽发生器构造成接收来自燃气轮机的排气并通过从排气提取能量来产生蒸汽。联合循环动力装置包括排气烟囱，该排气烟囱构造成排放穿过所述多个加热表面之后的排气。联合循环动力装置包括蒸汽轮机，该蒸汽轮机构造成接收在热回收蒸汽发生器中产生的蒸汽以产生动力输出。所述多个加热表面构造成在动力装置的启动期间被部分绕过以减少蒸汽的产生，使得从排气提取较少的能量。排气烟囱构造成排放由于在动力装置的启动期间蒸汽的产生减少以及从排气提取的能量较少而具有较多能量的排气。汽轮机构造成能够在起动的同时使燃气轮机以达基本负载的负载运行。
根据一个方面，提出了一种用于操作联合循环动力装置的方法。该联合循环动力装置包括燃气涡轮、热回收蒸汽发生器和蒸汽汽轮机，其中，热回收蒸汽发生器包括位于燃气涡轮下游的多个加热表面。该方法包括操作燃气轮机以产生动力输出并产生排气。该方法包括在动力装置的启动期间部分地绕过所述多个加热表面以减少在热回收蒸汽发生器中产生的蒸汽的产生，使得从燃气轮机的排气提取较少的能量。该方法包括通过排气烟囱排放由于在动力装置的启动期间蒸汽的产生减少以及从排气提取的能量较少而具有较多能量的排气。该方法包括在以达基本负载的负载运行燃气轮机的同时起动蒸汽轮机。
如上文和下文中所描述的本申请的各个方面和实施方式不仅可以在明确描述的组合中使用，而且可以在其他组合中使用。本领域技术人员将在阅读和理解该说明书后会做出多种修改。
附图说明
参照附图更详细地说明本申请的示例性实施方式。在附图中：
图1图示了根据实施方式的联合循环动力装置的示意图；
图2图示了根据实施方式的联合循环动力装置的装置动力输出曲线的示意图；
图3图示了根据实施方式的热回收蒸汽发生器的高压蒸汽系统的示意图；
图4图示了根据实施方式的热回收蒸汽发生器的中压蒸汽系统的示意性立体图；
图5图示了根据实施方式的热回收蒸汽发生器的低压蒸汽系统的示意图；以及
图6图示了根据实施方式的用于将联合循环动力装置从烟囱能量控制启动转变至正常操作模式的示意性流程图。
为了便于理解，在可能的情况下使用相同的附图标记来表示附图中共有的相同元件。
具体实施方式
下面参照附图描述与本发明的各方面有关的详细描述。
图1图示了根据实施方式的联合循环动力装置100的示意图。如图1的示例性实施方式中所图示的，联合循环动力装置100可以包括燃气轮机200。燃气轮机200可以通过燃气与空气混合物的燃烧而产生动力输出。燃气轮机200可以连接至发电机400以输出动力输出。燃气轮机100可以在燃气轮机200的出口处产生排气210。根据所图示的示例性实施方式，动力装置100可以包括用于对燃气进行预加热的燃气加热器220。
根据实施方式，联合循环动力装置100可以包括热回收蒸汽发生器(HRSG)500。如图1的示例性实施方式中所图示的，HRSG 500可以位于燃气轮机200的下游。HRSG 500可以接收来自燃气轮机200的排气210。根据实施方式，HRSG 500可以包括多个压力蒸汽系统。在图1所图示的示例性实施方式中，HRSG 500包括三个压力蒸汽系统，包括高压(HP)蒸汽系统600、中压(IP)蒸汽系统700和低压(LP)蒸汽系统800。HRSG500包括多个加热表面。在图1所图示的示例性实施方式中，HRSG 500的加热表面包括HP过热器660、再热器650、HP蒸发器640、HP节热器620、IP过热器760、IP蒸发器740、IP节热器720、LP过热器850、LP蒸发器840和冷凝物预热器820。排气210流动穿过加热表面以通过从排气210提取能量来产生蒸汽。根据实施方式，动力装置100可以包括排气烟囱900。排气210可以在穿过加热表面之后经由排气烟囱900离开联合循环动力装置100。根据图1中所图示的示例性实施方式，HRSG 500包括HP汽包630、IP汽包730和LP汽包830。
根据实施方式，联合循环动力装置100可以包括蒸汽轮机300。蒸汽轮机300可以接收在HRSG 500中产生的蒸汽以产生动力输出。根据实施方式，联合循环动力装置100可以呈单轴构型或多轴构型。图1中所图示的联合循环动力装置100呈单轴构型，其中，燃气轮机200和蒸汽轮机300连接至共同的发电机400。在多轴构型中，燃气轮机200和蒸汽轮机300可以分别连接至单独的发电机。
根据实施方式，蒸汽轮机300可以包括多个压力蒸汽轮机，例如，HP蒸汽轮机、IP蒸汽轮机和LP蒸汽轮机。根据图1中所图示的示例性实施方式，HP蒸汽轮机可以经由HP蒸汽管路670接收在HP蒸汽系统600中产生的HP蒸汽。IP蒸汽轮机可以经由IP蒸汽管路770接收在IP蒸汽系统700中产生的IP蒸汽。LP蒸汽轮机可以经由LP蒸汽管路870接收在LP蒸汽系统800中产生的LP蒸汽。根据实施方式，来自高压蒸汽轮机的排出蒸汽可以经由低温再热器610被输送返回至HRSG 500并且在再热器650中被再加热以产生额外的IP蒸汽。
根据实施方式，蒸汽轮机300的出口处可以设置有冷凝器310。来自冷凝器310的水可以经由冷凝器管路810借助于冷凝物提取泵811而返回至HRSG 500的冷凝物预热器820。在冷凝物预热器820的下游可以设置有用以将水供给到HP蒸汽系统600和IP蒸汽系统700中的锅炉供给泵812。
根据实施方式，在动力装置100的启动期间或者当蒸汽轮机300不可用时，在HRSG500中产生的LP蒸汽可以经由LP蒸汽旁通阀880绕到冷凝器310。在HRSG 500中产生的HP蒸汽可以经由HP蒸汽旁通阀680绕到低温再热器610。HP旁通蒸汽可以与HRSG 500的IP蒸汽系统700中产生的IP蒸汽混合并流动穿过再热器650。被再加热的蒸汽可以经由IP蒸汽旁通阀780绕到冷凝器310。
根据实施方式，当蒸汽轮机300运行时，蒸汽轮机300的排气压力必须保持低于跳变水平。在动力装置100的启动期间或者当蒸汽轮机300不可用时，在HRSG 500中产生的所有蒸汽可以绕到冷凝器310。当燃气轮机200在较暖的环境下以例如达基本负载的高负载运行时，冷凝器310的冷却能力可能不足以保持蒸汽轮机300的背压低于所需极限。
解决该问题的一种方法可以包括在动力装置100启动期间将燃气轮机200的负载保持处于部分负载水平。冷凝器310的压力可以保持低于跳变水平，使得可以退出蒸汽轮机300。当蒸汽轮机300能够获取在HRSG500中产生的所有蒸汽时，燃气轮机200可以被斜升至基本负载。然而，该方法降低了动力装置100在启动期间的整体动力输出。其他方法可以包括增大冷凝器310的尺寸。然而，对于具有气冷式冷凝器的动力装置100而言，该方法会显著增大动力装置100的整体占地面积和动力装置100的建造成本。
所图示的实施方式提供了一种联合循环动力装置100和一种用于操作联合循环动力装置100的方法，可以不需要在动力装置100的启动期间限制燃气轮机200的负载斜增(load ramp)。所图示的实施方式可以不需要增大气冷式冷凝器的尺寸来在动力装置100的启动期间保持蒸汽轮机300的背压低于跳变水平。所图示的实施方式可以通过在动力装置100的启动期间部分地绕过HRSG 500的加热表面来减少HRSG500中的蒸汽产生。可以从燃气轮机200的排气210中提取较少能量。具有较多能量的排气210可以通过排气烟囱900被排放出。在动力装置100的启动期间，可以在蒸汽轮机300起动时，以达基本负载的负载运行燃气轮机200。在动力装置100的启动期间，在较暖环境温度比如达90F或更高的环境温度下，可以在蒸汽轮机300起动时，以达基本负载的负载操作燃气轮机200。
图2图示了根据实施方式的联合循环动力装置100的装置动力输出曲线的示意图。如图2中所图示的，曲线120可以表示在动力装置100的启动期间限制燃气轮机(GT)的负载斜增的情况下的装置动力输出。在所图示的示例性实施方式中，在动力装置100的启动期间起动蒸汽轮机(ST)时，GT的负载可以保持处于部分负载水平、比如50％的负载水平。曲线140可以表示在动力装置100的启动期间不限制GT的负载斜增的情况下的装置动力输出。在所图示的示例性实施方式中，在动力装置100启动期间起动ST时，GT可以被斜增至高负载、比如达基本负载。如图2中所图示的，在装置启动期间，动力装置100在不限制GT的负载斜增的情况下产生的动力输出比在限制GT的负载斜增的情况下产生的动力输出大。根据实施方式，与限制GT的负载斜增的情况下的动力装置100的启动时间相比，不限制GT的负载斜增的情况下的动力装置100的启动时间可以被减少。
图3图示了根据实施方式的HRSG 500的HP蒸汽系统600的示意图。根据如图3中所图示的实施方式，水可以通过锅炉供给泵812被供给到HP蒸汽系统600中。如该示例性实施方式中所图示的，HP蒸汽系统600包括多个加热表面，例如，HP节热器620、位于HP节热器620下游的HP蒸发器640和位于HP蒸发器640下游的HP过热器660。HP汽包630可以连接至HP蒸发器640。HP汽包液位控制阀631可以位于HP汽包630的上游。根据实施方式，HP节热器620可以包括多个级。在图3所图示的示例性实施方式中，HP节热器620包括六个级。上游HP节热器620a包括若干个上游级。下游HP节热器620b包括若干个下游级。如图3的示例性实施方式中所图示的，上游HP节热器620a包括最初的五个上游级。下游HP节热器620b包括最后的下游级。
根据实施方式，HP节热器620可以具有用于部分绕过HP节热器620的互连管道。根据如图3中所图示的实施方式，上游HP节热器620a可以经由上游HP节热器旁通管路621a借助于上游HP节热器旁通阀622a被部分绕过。下游HP节热器620b可以经由下游HP节热器旁通管路621b借助于下游HP节热器旁通阀622b被部分绕过。
根据实施方式，在包括HP节热器620的末级的下游HP节热器620b中可能不会发生闪蒸或者发生最小闪蒸。根据实施方式，下游HP节热器620b可以被部分地绕过预定程度，使得能够在HP节热器620的末级中容许有预定程度的闪蒸。根据实施方式，下游HP节热器620b可以被部分绕过预定程度，例如达大约20％。这可以允许在HP节热器620的末级中达大约5％的闪蒸。根据实施方式，上游HP节热器620a可以被部分绕过的预定程度可以高于下游HP节热器620b可以被部分绕过的预定程度。根据实施方式，上游HP节热器620a可以被部分绕过预定程度，例如达大约90％。可以始终保持穿过HP节热器620的10％的最小流量。上游HP节热器旁通管路621a的尺寸可以被设计成容纳至上游HP节热器620a的流量的达90％的旁通流。上游HP节热器旁通阀622a可以相应地设计成控制达大约90％的旁通流。根据示例性实施方式，上游HP节热器旁通管路621a的尺寸可以具有大约6"的直径。根据示例性实施方式，下游HP节热器旁通管路621b的尺寸可以被设计为容纳至下游HP节热器620b的流量的达大约20％的旁通流。下游HP节热器旁通阀622b可以相应地设计成控制达大约20％的旁通流。根据示例性实施方式，上游HP节热器旁通管路621a和下游HP节热器旁通管路621b的混合点可以设计有热套管和喷射管以允许达大约5％的闪蒸。
根据如图3中所图示的实施方式，HP蒸汽系统600包括级间调温器660a。级间调温器660a可以设置在HP过热器660中。根据实施方式，HP蒸汽系统600包括末级调温器660b。
根据实施方式，在HP过热器660中产生的蒸汽的温度可以通过在动力装置启动期间增大级间喷射水流来降低，例如，将级间喷射水流增大至最大水平。根据实施方式，在再热器650中产生的蒸汽的温度可以通过增大动力装置启动期间的级间喷射水流来降低，例如，将级间喷射水流增大至最大水平。
根据参照图1的实施方式，在动力装置启动期间，至低温再热器610的HP旁通蒸汽的温度可以借助HP蒸汽旁通阀680来降低。根据实施方式，在动力装置启动期间，至低温再热器610的HP旁通蒸汽的温度可以被降低至500℉。这可以允许在HRSG 500的前端处吸收排气210的更多能量。这可以降低HP节热器620的末级处的排气210的温度。这可以降低IP蒸汽系统700和LP蒸汽系统800处的排气210的温度。这可以降低用于控制IP蒸汽系统700和LP蒸汽系统800的压力水平。
图4图示了根据实施方式的HRSG 500的IP蒸汽系统700的示意立体图。根据如图4中所图示的实施方式，水可以通过锅炉供给泵812被供给到IP蒸汽系统700中。如该示例性实施方式中所图示的，IP蒸汽系统700包括多个加热表面，例如，IP节热器720、位于IP节热器720下游的IP蒸发器740以及位于IP蒸发器740下游的IP过热器750。IP蒸发器740可以连接有IP汽包730。IP汽包730可以连接有IP转子空气冷却器760。IP汽包730的上游可以设置有IP汽包液位控制阀731。IP过热器750的出口处可以设置有IP汽包压力控制阀732。
根据实施方式，IP节热器720可以在动力装置启动期间经由IP节热器旁通管路721借助IP节热器旁通阀722而被部分绕过。在动力装置启动期间可以保持穿过IP节热器720的最小流量。这可以允许保持IP转子空气冷却器760在动力装置启动期间处于运行状态。这可以避免从动力装置启动转变至正常运行模式期间当冷水被引入到热的IP节热器720中时IP节热器720中的热骤冷。
根据如图4中所图示的实施方式，在动力装置通过烟囱能量控制启动期间，IP汽包730的压力可以借助IP汽包压力控制阀732来增大。根据实施方式，在动力装置通过烟囱能量控制启动期间，IP汽包730的压力可以被增大成使得IP汽包730中的蒸汽产生可以被消除。根据实施方式，IP蒸汽系统700中的蒸汽产生可以由IP转子空气冷却器760产生。根据实施方式，在动力装置的启动期间，IP汽包730的压力可以被增大超过低温再热器610的压力。
图5图示了根据实施方式的HRSG 500的LP蒸汽系统800的示意图。根据图5所图示的示例性实施方式，冷凝物可以借助冷凝物提取泵811进入LP蒸汽系统800中。如示例性实施方式中所图示的，LP蒸汽系统800包括多个加热表面，例如，LP冷凝物预热器820、位于LP冷凝物预热器820下游的LP蒸发器840和位于LP蒸发器840下游的LP过热器850。LP汽包830可以连接至LP蒸发器840。LP汽包830的上游可以设置有LP汽包液位控制阀831。LP过热器850的出口处可以设置有LP汽包压力控制阀832。根据如图5中所图示的实施方式，在冷凝物预热器820中可以设置有冷凝物再循环泵824。
根据图5所图示的实施方式，LP蒸汽系统800包括冷凝物预热器旁通管路821。在冷凝物预热器旁通管路821中可以设置有冷凝物预热器旁通流控制阀822。根据所图示的实施方式，在LP冷凝物预热器820的入口处可以设置有上游冷凝物预热器隔离阀823a。在LP冷凝物预热器820的出口处可以设置有下游冷凝物预热器隔离阀823b。根据实施方式，在动力装置通过烟囱能量控制启动期间，LP冷凝物预热器820可以被绕过。在动力装置通过烟囱能量控制启动期间，LP蒸汽系统800可以被阻断以停止蒸汽产生。在动力装置启动期间，LP蒸汽系统800的区域860可以被隔离。根据图5所图示的示例性实施方式，隔离区域860可以包括从LP冷凝物预热器820的入口至LP过热器850的出口。进入LP蒸汽系统800的冷凝物可以在绕过LP冷凝物预热器820之后通过锅炉供给泵812被供给到IP蒸汽系统700和HP蒸汽系统800。LP蒸汽系统800可以在动力装置启动期间是不起作用的。
根据实施方式，LP冷凝物预热器旁通管路821的尺寸可以被设计成能够在动力装置通过烟囱能量控制启动期间容纳100％的冷凝物预热器旁通流。LP冷凝物预热器旁通流控制阀822可以相应地设计成能够容纳100％的冷凝物预热器旁通流。
根据实施方式，在动力装置通过烟囱能量控制启动期间，LP汽包830的压力可以借助于LP汽包压力控制阀832来增大。根据实施方式，LP汽包830的压力可以通过关闭LP汽包压力控制阀832来增大。LP汽包830可以在动力装置启动期间被隔离。根据实施方式，LP汽包830的安全设定点可以增大例如达510psia。根据实施方式，LP汽包830的壁厚可以增大例如达33mm。
参照图1，燃气轮机200的排气210流动穿过HRSG 500的加热表面，以通过从排气210提取能量来产生蒸汽。排气210可以经由排气烟囱900离开联合循环动力装置100。根据实施方式，在动力装置通过烟囱能量控制启动期间，排气烟囱900会被暴露于较高温度和较高温度瞬变，这是由于HRSG 500中的蒸汽产生减少，并且从排气210提取的能量较少。排气烟囱900可以设计成能够适应排放较多的能量。根据实施方式，可以对排气烟囱900添加绝缘层。排气烟囱900的内部加强结构会由于较高温度瞬变而失效。排气烟囱900的强度可以由外部加强结构加强。排气烟囱900可能需要更小且更多的加强件。
根据参照图3的实施方式，联合循环动力装置100可以通过烟囱能量控制启动。根据实施方式，通过烟囱能量控制起动的联合循环动力装置100的初始设定包括将燃气轮机200设定为处于最大连续运转额定值。末级调温器660b可以被设定为比如约824°F的喷射温度，以使得蒸汽轮机300能够启动。级间调温器660a可以被设定为比如超过饱和度约27℉的喷射温度，以使得HRSG 500的前端处的排气210的热提取最大化。HP旁通蒸汽压力可以借助于HP蒸汽旁通阀680被设定为比如1200psia的压力水平，以使蒸汽轮机300能够启动。IP旁通蒸汽压力可以借助于IP蒸汽旁通阀780被设定为比如290psia的压力水平，以使得蒸汽轮机300能够启动。
根据实施方式，HP接近控制包括HP汽包630中的水温与位于HP节热器620下游的HP汽包630的入口处的水温之间的温度差。根据参照图3的实施方式，可以通过对经由HP节热器旁通管路621a和621b绕过HP节热器620的旁通流的量进行调节来控制HP接近。HP节热器旁通阀622a和622b可以被连续调节以对旁通流的量进行控制。根据实施方式，以烟囱能量控制启动的HP接近控制可以初始被增大至比如约140°F的设定点，以在动力装置启动期间保持HP节热器620中的最小流量。
根据参照图4的实施方式，IP汽包压力控制阀732可以将烟囱能量控制启动中的IP汽包压力的初始设定点增大至比如约521psia的压力水平，以保持IP节热器720中的最小流量并且使IP转子空气冷却器760在动力装置启动期间保持运行。
根据参照图1的实施方式，燃气加热器220的返回管路可以连接至冷凝物管路810。根据参照图5的实施方式，在烟囱能量控制启动期间，LP冷凝物预热器820可以被完全绕过。根据实施方式，如果燃气加热器220的返回管路在冷凝物预热器旁通管路821的入口下游连接至冷凝物管路810，则燃气加热器220可以在烟囱能量控制启动的初始设定中被关闭。根据实施方式，燃气加热器220的返回管路可以被修改成在冷凝物预热器旁通管路821的入口上游连接至冷凝物管路810。
根据参照图5的实施方式，冷凝物隔离阀823a和823b可以在烟囱能量控制启动的初始设定中被关闭。冷凝物预热器旁通流控制阀822可以在动力装置启动期间被打开以允许流绕过冷凝物预热器820。冷凝物预热器再循环泵824可以被关闭。LP汽包压力控制阀832可以在动力装置启动期间被关闭以隔离LP汽包830。LP汽包液位控制阀831可以在动力装置启动期间被打开以允许冷凝物预热器820中的水沸腾并积聚在LP汽包830中。
根据实施方式，联合循环动力装置100可以在顺序控制步骤之后在烟囱能量控制启动与正常操作模式之间转变。控制步骤可以由动力装置控制系统执行。在动力装置控制系统中可以设置有图形用户界面(GUI)以用于执行转变控制步骤。
根据实施方式，联合循环动力装置100从烟囱能量控制启动至正常运行模式的转变可以从HRSG 500的IP蒸汽系统700和HP蒸汽系统600开始，以避免在HRSG 500的LP蒸汽系统800中发生闪蒸。根据实施方式，在将LP蒸汽系统800切换至其正常操作之前，可以分配足够的时间以将LP蒸汽系统800冷却回到其正常运行温度水平。
图6图示了根据实施方式的用于将联合循环动力装置100从烟囱能量控制启动转变至正常操作模式的示意流程图10。如图6中所图示的，在步骤S1中，可以将IP汽包压力设定点降低至比如低温再热器压力的压力水平。这可以增大IP蒸汽流。在步骤S2中，可以关闭IP节热器旁通阀722。这可以允许IP节热器720进入运行状态。在步骤S3中，可以将HP接近控制设定点降低至预定水平，例如降低至35℉。在步骤S4中，可以关闭HP节热器旁通阀622a和622b。这可以允许HP节热器620进入操作状态。
根据实施方式，LP蒸汽系统800可以保持被切断供应直到排气烟囱900的温度冷却并稳定在预测水平处。这可以冷却LP蒸发器840和冷凝物预热器820。根据图6中所图示的实施方式，在步骤S5中，可以将排气烟囱900的温度冷却至预定水平。根据实施方式，可以将排气烟囱900的温度冷却至其正常运行水平，例如降低至376.5℉。这可能需要约10分钟。在步骤S6中，可以关闭LP汽包液位调节阀831以将LP汽包830与冷凝物预热器820隔离。在步骤S7中，可以开启冷凝物预热器再循环泵824以使冷凝物预热器820中的温水再循环。根据实施方式中，冷凝物预热器再循环泵824可以以全流开启以避免在冷的冷凝物被引入冷凝物预热器820时骤冷。在步骤S8中，可以部分地关闭冷凝物预热器旁通流控制阀822。根据实施方式，冷凝物预热器旁通流控制阀822可以被从100％的旁通缓慢关闭至93％的旁通。上游冷凝物预热器隔离阀823a可以被打开。冷的冷凝水可以在到达冷凝物预热器820的入口之前与来自冷凝物预热器再循环返回管路的温水混合。在步骤S9中，可以将流至冷凝物预热器再循环泵824的流控制成将冷凝物预热器820的出口处的水温保持为超过冷凝物预热器820的入口处的水温一定度数，例如29℉。根据实施方式，流至冷凝物预热器再循环泵824的流可以由位于冷凝物预热器再循环泵824下游的流控制阀进行控制。在步骤S10中，可以缓慢调节冷凝物预热器旁通流控制阀822以缓慢增大流至冷凝物预热器820的流量。根据实施方式，冷凝物预热器旁通流控制阀822可以被进一步缓慢地关闭，以缓慢增大流至冷凝物预热器820的流量，使得冷凝物预热器820的入口处的水温可以被以预定速率降低，例如以45°F/min的斜降速度降低，直到冷凝物预热器820的入口处的水温达到其正常操作水平为止。根据实施方式，冷凝物预热器820的入口处的水温的正常运行水平可以为136℉。在步骤S11中，可以在冷凝物预热器820的入口处的水温达到其正常操作水平时完全关闭冷凝物预热器旁通流控制阀822。这可以允许冷凝物预热器820完全处于运行状态。
根据图6中所图示的实施方式，在步骤S12中，可以开始缓慢打开LP汽包压力控制阀832。LP汽包830的压力可以被缓慢降低至其正常操作水平，例如75psia。LP过热器850的压力可以被缓慢降低至其正常运行水平，例如75psia。该过程可能需要约5分钟。在步骤S13中，在LP汽包830中发生第一次膨胀之后，可以将LP汽包液位设定点从启动液位升高至正常操作液位。这可以将LP汽包液位控制阀831打开至由动力装置100的控制系统决定的一定百分比。下游预热器隔离阀823b可以被打开。水可以开始填充到LP汽包830中。
根据实施方式，动力装置100可以通过遵循如图6中所图示的顺序控制步骤而被从烟囱能量控制启动转变至正常运行模式。在动力装置100的正常操作期间，蒸汽轮机300可能需要在蒸汽轮机300跳变的情况下被重新启动。动力装置100可能需要从正常运行模式转变至烟囱能量控制启动。这可以允许在不降低燃气轮机200的负载的情况下退出蒸汽轮机300。动力装置100的从正常操作模式至烟囱能量控制启动的转变可以通过以相反顺序遵循如图6中所图示的顺序控制步骤来实施。
根据一个方面，所提出的实施方式可以在联合循环动力装置100的启动期间减少HRSG 500中的蒸汽产生。可以从燃气轮机200的排气210提取较少的能量。较多的能量可以通过排气烟囱900被排放。
根据一个方面，所提出的实施方式可以在联合循环动力装置100的启动期间消除对燃气轮机200的负载的限制。所图示的实施方式可以产生联合循环动力装置100的更好的动力产生效率。
根据一个方面，所提出的实施方式可以无需增大气冷式冷凝器的尺寸以在联合循环动力装置100的启动期间在保持燃气轮机200的较高负载的情况下起动蒸汽轮机300。所图示的实施方式可以无需增大整个联合循环动力装置的占地面积。所图示的实施方式可以显著降低联合循环动力装置100的建造成本。
尽管已经在本文中详细示出和描述了结合有本发明的教示的各种实施方式，但是本领域技术人员可以容易地想到仍然结合有这些教示的许多其他改变的实施方式。本发明在其应用方面不限于在说明书中阐述或在附图中图示的结构细节和部件布置的示例性实施方式。本发明能够具有其他实施方式并且能够以各种方式实践或实现。另外，应理解的是，本文中所使用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应该被认为是限制性的。“包括”、“包含”或“具有”及其变型在本文中的使用是指包括其后列出的项及其等同物以及附加项。除非另有指明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支承”和“联接”及其变型被广泛地使用并且包括直接和间接的安装、连接、支承和联接。此外，“连接”和“联接”不限于物理或机械的连接或联接。
附图标记列表
100 联合循环动力装置
120 常规联合循环动力装置的装置动力输出
140 具有烟囱能量控制的联合循环动力装置的装置动力输出
200 燃气轮机
210 来自燃气轮机的排气
220 燃气加热器
300 蒸汽轮机
310 冷凝器
400 发电机
500 热回收蒸汽发生器(HRSG)
600 HRSG的高压(HP)蒸汽系统
610 低温再热器
620 HP节热器
620a 上游HP节热器
620b 下游HP节热器
621a 上游HP节热器旁通管路
621b 下游HP节热器旁通管路
622a 上游HP节热器旁通阀
622b 下游HP节热器旁通阀
630 HP汽包
631 HP汽包液位控制阀
640 HP蒸发器
650 再热器
660 HP过热器
660a 级间调温器
660b 末级调温器
670 HP蒸汽管路
680 HP蒸汽旁通阀
700 HRSG的中压(IP)蒸汽系统
720 IP节热器
721 IP节热器旁通管路
722 IP节热器旁通阀
730 IP汽包
731 IP汽包液位控制阀
732 IP汽包压力控制阀
740 IP蒸发器
750 IP转子空气冷却器
760 IP过热器
770 IP蒸汽管路
780 IP蒸汽旁通阀
800 HRSG的低压(LP)蒸汽系统
810 冷凝物管路
811 冷凝物提取泵
812 锅炉供给泵
820 冷凝物预热器
821 冷凝物预热器旁通管路
822 冷凝物预热器旁通流控制阀
823a 上游冷凝物预热器隔离阀
823b 下游冷凝物预热器隔离阀
824 冷凝物预热器再循环泵
830 LP汽包
831 LP汽包液位控制阀
832 LP汽包压力控制阀
840 LP蒸发器
850 LP过热器
860 LP蒸汽系统的隔离区域
870 LP蒸汽管路
880 LP蒸汽旁通阀
900 排气烟囱

Claims (20)

1.一种联合循环动力装置，包括：
燃气轮机，所述燃气轮机构造成产生动力输出并产生排气；
热回收蒸汽发生器，所述热回收蒸汽发生器包括位于所述燃气轮机的下游的多个加热表面，所述热回收蒸汽发生器构造成接收来自所述燃气轮机的排气并通过从所述排气提取能量来产生蒸汽；
排气烟囱，所述排气烟囱构造成排放穿过所述多个加热表面之后的所述排气；以及
蒸汽轮机，所述蒸汽轮机构造成接收在所述热回收蒸汽发生器中产生的蒸汽以产生动力输出，
其中，所述多个加热表面构造成在所述动力装置的启动期间被部分绕过以减少蒸汽的产生，使得从所述排气提取较少的能量，
其中，所述排气烟囱构造成排放由于在所述动力装置的启动期间蒸汽产生减少以及从所述排气提取的能量较少而具有较多能量的排气，并且
其中，所述蒸汽轮机构造成能够在起动的同时使所述燃气轮机以达基本负载的负载运行。
2.根据权利要求1所述的联合循环动力装置，其中，所述热回收蒸汽发生器包括具有高压节热器的高压蒸汽系统，并且其中，所述高压节热器构造成在所述动力装置的启动期间被部分绕过。
3.根据权利要求2所述的联合循环动力装置，其中，所述高压节热器包括多个级，其中，上游高压节热器包括若干上游级，其中，下游高压节热器包括若干下游级，并且其中，所述上游高压节热器构造成在所述动力装置的启动期间被部分绕过的预定程度高于所述下游高压节热器被部分绕过的预定程度。
4.根据权利要求3所述的联合循环动力装置，其中，所述下游高压节热器被部分绕过的预定程度被确定为使得在所述动力装置的启动期间在所述下游高压节热器中容许有预定程度的闪蒸。
5.根据权利要求1所述的联合循环动力装置，还包括高压蒸汽旁通阀，所述高压蒸汽旁通阀构造成在所述动力装置的启动期间降低高压旁通蒸汽的温度。
6.根据权利要求1所述的联合循环动力装置，其中，所述热回收蒸汽发生器包括具有中压节热器的中压蒸汽系统，并且其中，所述中压节热器构造成在所述动力装置的启动期间被部分绕过。
7.根据权利要求1所述的联合循环动力装置，还包括中压汽包压力控制阀，所述中压汽包压力控制阀构造成在所述动力装置的启动期间增大中压汽包的压力，使得流不通过所述中压汽包。
8.根据权利要求1所述的联合循环动力装置，其中，所述热回收蒸汽发生器包括具有冷凝物预热器的低压蒸汽系统，并且其中，所述低压蒸汽系统构造成通过在所述动力装置的启动期间绕过所述冷凝物预热器而被切断。
9.根据权利要求1所述的联合循环动力装置，还包括构造成在所述动力装置的启动期间隔离低压汽包的低压汽包压力控制阀。
10.一种用于操作联合循环动力装置的方法，其中，所述联合循环动力装置包括燃气涡轮、热回收蒸汽发生器和蒸汽轮机，其中，所述热回收蒸汽发生器包括位于所述燃气涡轮的下游的多个加热表面，所述方法包括：
使所述燃气轮机运行以产生动力输出并产生排气；
在所述动力装置的启动期间，部分地绕过所述多个加热表面以减少在所述热回收蒸汽发生器中产生的蒸汽的产生，使得从所述燃气轮机的所述排气提取较少的能量；
通过排气烟囱排放由于在所述动力装置的启动期间蒸汽的产生减少以及从所述排气提取的能量较少而具有较多能量的所述排气，以及
在使所述燃气轮机以达基本负载的负载运行的同时起动所述蒸汽轮机。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述热回收蒸汽发生器包括具有高压节热器的高压蒸汽系统，并且其中，所述高压节热器在所述动力装置的启动期间被部分绕过。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述高压节热器包括多个级，其中，上游高压节热器包括若干上游级，其中，下游高压节热器包括若干下游级，并且其中，在所述动力装置的启动期间，所述上游高压节热器被部分绕过的预定程度高于所述下游高压节热器被部分绕过的预定程度。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述下游高压节热器被部分绕过的所述预定程度被确定为使得在所述动力装置的启动期间在所述下游高压节热器中容许有预定程度的闪蒸。
14.根据权利要求10所述的方法，还包括在所述动力装置的启动期间降低高压旁通蒸汽的温度。
15.根据权利要求10所述的方法，还包括在所述动力装置的启动期间增大级间喷射水流。
16.根据权利要求10所述的方法，其中，所述热回收蒸汽发生器包括具有中压节热器的中压蒸汽系统，并且其中，所述中压节热器在所述动力装置的启动期间被部分绕过。
17.根据权利要求10所述的方法，还包括在所述动力装置的启动期间增大中压汽包的压力以使流不通过所述中压汽包。
18.根据权利要求10所述的方法，其中，所述热回收蒸汽发生器包括具有冷凝物预热器的低压蒸汽系统，并且其中，在所述动力装置的启动期间，通过绕过所述冷凝物预热器而切断所述低压蒸汽系统。
19.根据权利要求10所述的方法，还包括在所述动力装置的启动期间隔离低压汽包。
20.根据权利要求10所述的方法，其中，所述联合循环动力装置在包括下述各者的过程之后被从启动转变至正常运行模式：
将中压汽包设定点的压力降低至低温再热器的压力；
关闭中压节热器旁通阀；
将高压接近控制设定点降低至预定水平；
关闭高压节热器旁通阀；
将所述排气烟囱的温度冷却至预定水平；
关闭低压汽包液位控制阀；
开启冷凝物预热器再循环泵；
将冷凝物预热器旁通阀部分关闭；
对冷凝物预热器再循环流进行调节，以保持冷凝物预热器出口处的水温超过冷凝物预热器入口处的水温一定度数；
缓慢调节冷凝物预热器旁通阀，使得以预定速率降低所述冷凝物预热器入口处的水温；
当所述冷凝物预热器入口处的水温达到其正常运行水平时，完全关闭所述冷凝物预热器旁通阀；
缓慢打开低压汽包压力控制阀，以将低压汽包的压力降低至所述低压汽包的正常运行水平；以及
在所述低压汽包中发生第一次膨胀之后，将低压汽包液位设定点从启动水位增大至正常水位。
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