CN1093215C - 运行燃气和蒸汽轮机装置的方法和按此方法工作的装置 - Google Patents

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Abstract

一种燃气和蒸汽轮机装置，它有一个连接在燃气轮机(2)排气侧下游的余热蒸汽发生器(6)，后者的高压预热器(48)连接在具有低压部分(4c)的蒸汽轮机(4)的水汽循环(8)中，在这种装置中为了获得尽可能高的效率，按本发明在余热蒸汽发生器外面设有热交换器(72)，它的一次侧进口与高压预热器(48)出口相连，它的一次侧出口与高压预热器(48)的进口相连，以及，它的二次侧连接在一根通入蒸汽轮机(4)低压部分(4c)的溢流管道(38)中。在一种用于运行此类装置的相应的方法中，流入蒸汽轮机(4)的低压蒸汽(ND)，通过与从高压预热器(48)抽取的经预热的给水(S)的支流(ts)间接地热交换而过热。

Description

运行燃气和蒸汽轮机装置的方法和按此方法工作的装置
本发明涉及一种燃气和蒸汽轮机装置，它有一个连接在燃气轮机下游在排气侧的余热蒸汽发生器，后者的高压预热器连接在具有低压部分的蒸汽轮机水汽循环中。本发明还涉及一种按此方法工作的装置。
在燃气和蒸汽轮机装置中，来自燃气轮机经膨胀的工质中所含有的热量被利用来产生用于蒸汽轮机的蒸汽。热量的传递借助于一些加热面进行，其形式为装在一个连接在燃气轮机排气侧下游的余热蒸汽发生器中的管或管束。这些加热面本身又连接在蒸汽轮机的水汽循环中。水汽循环包括多个，例如两个或三个压力级，其中，每个压力级有一个预热器、一个蒸发器和一个过热器。
为了在热量传递时使装置能达到尽可能高的效率，在余热蒸汽发生器内部加热面的结构应与排气的温度变化相适应。在这种情况下，在一种具有中间再热的三压力过程(Dreidruck-Prozeβ)，即所谓三压力中间再热过程(Dreidruck-Z-Prozeβ)中，在燃气轮机功率预定时，获得特别大的蒸汽轮机功率并因而特别高的总效率。由EP0436536B1已知一种按三压力中间再热过程工作的燃气和蒸汽轮机装置。但是，即使在这种已知的装置中，总效率局限于约55％。
因此本发明的目的在于进一步改进燃气和蒸汽轮机装置和适合于运行此装置的方法，这是通过进一步提高燃气轮机排气中热焓的利用率，以达到提高装置效率的目的。
为达到本发明有关装置方面的目的，在余热蒸汽发生器外面设置一个热交换器，它的一次侧进口与高压预热器的出口相连，它的一次侧出口与高压预热器的进口相连，以及，它的二次侧连接在一根通入蒸汽轮机低压部分的溢流管道中。
在相宜的进一步改进中，在热交换器一次侧下游连接一循环泵和一调节阀。
为了调整每单位时间供入热交换器一次侧的给水的量，相宜地设有一个调节组件。此调节组件用于使经由热交换器返回高压预热器的给水温度接近直接供入高压预热器的给水温度，其目的是使这些温度在高压预热器的混合点至少大体相同。为此，用于测量从热交换器一次侧流出的给水温度的第一温度传感器与调节器组件连接。与调节器组件连接的第二温度传感器，用于测量供入高压预热器的给水温度。
将高压预热器设计为两级式的，能达到特别有效地使余热蒸汽发生器内部高压预热器的加热面，适应于来自燃气轮机的排气温度的变化。因此，在一种进一步有利的设计中，高压预热器是连接在第一高压预热器给水侧下游的第二高压预热器，它被安排在排气侧余热蒸汽发生器中第一高压预热器之前。
在由三个压力级构成的水汽循环中，这一原理还可以进一步发展，即，除了在三压力中间再热过程中存在的中间再热器之外，附加设置一个与此中间再热器给水侧连接的中压过热器，它安排在排气侧余热蒸汽发生器中中间再热器之前。此外，为了进一步改进这一原理，可在余热蒸汽发生器中设一低压过热器，它的出口侧与热交换器的二次侧进口相连。
为达到上述有关方法方面的目的，使流入蒸汽轮机的低压蒸汽，通过与从高压预热器抽取的经预热的给水的支流进行间接热交换而过热。
经冷却的支流最好在高压预热器进口重新与要预热的给水混合，在这种情况下通过调整支流，使支流温度接近要预热的给水的温度。
在由三个压力级构成的水汽循环中，通过使在余热蒸汽发生器中已过热的低压蒸汽与要通过间接热交换进行过热的低压蒸汽混合，使在余热蒸汽发生器中过热的低压蒸汽进一步过热。
采用本发明获得的优点尤其在于，一方面通过在余热蒸汽发生器外面与在高压预热器中经预热的给水间接热交换过热低压蒸汽，可以从燃气轮机排气中获得用于过热的热能，另一方面由于这种间接的热交换，与和排气直接进行热交换相比，提供了一个附加的自由度。由于这种附加的自由度，使热量传递能非常恰当地适应于当时运行条件造成的来自蒸汽轮机的低压蒸汽的现状。因此，即使在负荷状况变化时，也能非常充分地利用来自燃气轮机的排气中的热焓。除了由此能达到提高燃气和蒸汽轮机装置的效率外，本发明还能提高蒸汽轮机的发电机输出端功率。
下面借助于附图详细说明本发明的实施例。图中示意表示了具有一单独的用于加热低压蒸汽的热交换器的燃气和蒸汽轮机装置。
图中表示的燃气和蒸汽轮机装置包括燃气轮机2和蒸汽轮机4以及流过来自燃气轮机2热废气AG的余热蒸汽发生器6。蒸汽轮机4包括高压部分4a、中压部分4b和低压部分4c。余热蒸汽发生器6用于产生蒸汽，其中它的加热面连接在蒸汽轮机4的水汽循环8中。
为此，余热蒸汽发生器6有一个与凝结水管10连接的凝结水预热器12，它的进口侧经凝结水泵14与蒸汽轮机4下游的凝汽器16连接。凝结水预热器12出口侧经循环泵18与其进口连接。此外，它的出口侧还经由给水管道20与给水箱22连接。
给水箱22出口侧经给水管道24与低压汽包28连接，在给水管道24中设有泵26。在低压汽包28上通过循环泵30连接一蒸发器。低压汽包28的蒸汽侧与低压过热器34相连，后者通过蒸汽管道36连接在从蒸汽轮机4的中压部分4b到低压部分4c的溢流管道38中。低压汽包28和低压蒸发器32，与低压过热器34和低压部分4c一起，构成了一个水汽循环8的低压级。
此外，给水箱22出口侧经其中连接有泵42的给水管道40与第一高压预热器44连接，后者经连接管道46与第二高压预热器48进口连接。在此连接管道46上通过管道50连接一中压汽包52，后者再经一循环泵54与中压蒸发器56相连。中压汽包52蒸汽侧与中压过热器56连接，后者的出口侧与中间再热器58进口相连。中间再热器58进口侧连接在蒸汽轮机4的高压部分4a上，出口侧连接在蒸汽轮机4的中压部分4b上。中压汽包52和中压蒸发器56以及中压过热器57，与中间再热器58和蒸汽轮机4的中压部分4b一起，构成水汽循环8的一个中压级。
第二高压预热器48的出口侧经连接管道60和阀62与高压汽包64连接，后者通过循环泵66与高压蒸发器68连接。高压汽包64蒸汽侧经高压过热器70连接在蒸汽轮机4的高压部分4a上。高压预热器44、48和高压汽包64以及高压蒸发器68和高压过热器70，与蒸汽轮机4的高压部分4a一起，构成水汽循环8的一个高压级。
在蒸汽轮机4中压部分4b和低压部分4c之间的溢流管道38中，连接有热交换器72的二次侧。热交换器72一次侧进口经管道74与管道60连接，并因而与第二高压预热器48的出口连接。热交换器72一次侧出口经管道76与第二高压预热器48的进口相连，在管道76中连接有泵78和调节阀80。在这种情况下，管道76在混合点82通入连接两个高压预热器44和48的管道46。
在运行此燃气和蒸汽轮机装置时，通过泵14和凝结水管道10，向凝结水预热器12供入来自凝汽器16的凝结水K。在这种情况下可以完全或部分绕过凝结水预热器12。凝结水K在凝结水预热器12中被加热并至少有一部分经循环泵18循环。经加热的凝结水K通过管道20流入给水箱22中，在那里以没有进一步表示的方法，借助于来自蒸汽轮机4的抽汽，加热给水。经加热的给水S，一方面供入低压汽包28，另一方面经第一高压预热器44供入中压汽包52以及经第二高压预热器48供入高压汽包64。供入低压级的给水S在低压蒸发器32中在低压下蒸发，其中，在低压汽包28中分离出来的低压蒸汽ND供入低压过热器34。在那里，过热的低压蒸汽ND通入在热交换72前的溢流管道38中。
同样，通入中压汽包52中的给水S在中压蒸发器56中蒸发。在中压汽包52中分离出来的处于中压状态的蒸汽流经中压过热器57，并作为过热的中压蒸汽MD供入蒸汽轮机4的中压部分4b。类似地，在第二高压预热器或节省器48中预热后的给水S，在高压蒸发器68中在高压下蒸发，其中，在高压汽包64中分离出来的高压蒸汽HD在高压过热器70中过热，并在过热状态下流入蒸汽轮机4的高压部分4a。在高压部分4a中膨胀后的蒸汽在中间再热器58中重新过热，并在过热状态下与在中压过热器57中过热的中压蒸汽MD一起，供入蒸汽轮机4的中压部分4b中。
在蒸汽轮机4中压部分4b中膨胀后的处于低压状态的蒸汽，流过溢流管道38，并在热交换器72中通过与在高压预热器48中预热过的给水S经管道74流动的支流ts间接地热交换而受到过热。在这种情况下，在热交换器72之前，将在低压过热器34中过热的低压蒸汽ND，搀入从中压部分4b流出的蒸汽中。在热交换器72中过热后的低压蒸汽ND，在蒸汽轮机4的低压部分4c中膨胀，并供往凝汽器16进行冷凝。
每单位时间供入热交换器72中去的在第二高压预热器48中经预热的给水S的支流ts的量，借助于调节阀80加以调整。在这里调整的目的是，使支流ts的温度T1和要预热的给水S的温度T2，在混合点82处互相接近，最好彼此相等。为此，调节组件84经控制线路85与调节阀80连通。此外，调节组件84为此还通过控制线路86与用于测量温度T1的第一温度传感器87连接，通过控制线路88与用于测量温度T2的第二温度传感器89连接。
通过在溢流管道38中接入热交换器72，用于借助于从高压预热器48抽取的支流ts过热低压蒸汽ND，使得能从蒸汽轮机发电机组(图中未表示)提取的终端功率提高1.3％至2％。若在一种二压力过程(Zwei-Druck-Prozeβ)中使全部低压蒸汽量按相应的方式过热，则由此获得的蒸汽轮机功率的增加量超过2.6％。

Claims (10)

1.一种燃气和蒸汽轮机装置，它具有一个连接在燃气轮机(2)下游在排气侧的余热蒸汽发生器(6)，它的高压预热器(48)连接在具有低压部分(4c)的蒸汽轮机(4)的水汽循环(8)中，其特征在于：在余热蒸汽发生器(6)外面设有一热交换器(72)，它的一次侧进口与高压预热器(48)的出口相连，而它的一次侧出口与高压预热器(48)的进口相连，以及，它的二次侧连接在一根通入蒸汽轮机(4)低压部分(4c)的溢流管道(38)中。
2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：在热交换器(72)一次侧下游连接有一循环泵(78)和一调节阀(80)。
3.按照权利要求1或2所述的装置，其特征在于设有一个调节器组件(84)，用于调节每单位时间供入热交换器(72)一次侧的给水(ts)的量。
4.按照权利要求3所述的装置，其特征在于：设有一个与调节器组件(84)连接的第一温度传感器(87)，用于测量从热交换器(72)一次侧流出的给水(ts)的温度(T1)，以及设有一个与调节器组件(84)连接的第二温度传感器(89)，用于测量供入高压预热器(48)的给水(s)的温度(T2)。
5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：高压预热器(48)是连接在第一高压预热器(44)给水侧下游的第二高压预热器，它安排在排气侧余热蒸汽发生器(6)中第一高压预热器(44)之前。
6.按照权利要求1所述的装置，其特征在于：在余热蒸汽发生器(6)中设有低压过热器(34)，它的出口侧与热交换器(72)的二次侧进口连接。
7.一种运行一种燃气和蒸汽轮机装置的方法，按此方法，利用来自燃气轮机(2)经膨胀的工质(AG)内所含有的热量，产生蒸汽，该蒸汽用于一蒸汽轮机(4)，该蒸汽轮机连接在一个至少由两个压力级构成的水汽循环(8)中，其中，在水汽循环(8)中流动的给水(s)，在一个设在余热蒸汽发生器(6)中的高压预热器(48)中预热，其特征在于：流入蒸汽轮机(4)的低压蒸汽(ND)，通过与从高压预热器(48)抽取的经预热的给水(S)的支流(ts)间接地热交换而过热。
8.按照权利要求7所述的方法，其特征在于：经冷却的支流(ts)掺合到要预热的给水(S)中，在这种情况下，支流(ts)的温度(T1)和要预热的给水(S)的温度(T2)彼此接近。
9.按照权利要求8所述的方法，其特征在于：温度的接近通过调整支流(ts)实现。
10.按照权利要求7至9中任一项所述的方法，有一个由三个压力级构成的水汽循环(8)，其特征在于：在余热蒸汽发生器(6)中过热的低压蒸汽(ND)，与要通过间接热交换进行过热的低压蒸汽(ND)混合。
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