CN1132540A - 冷却燃气与蒸汽轮机装置的燃气轮机冷却剂的设备 - Google Patents

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Abstract

一种冷却燃气与蒸汽轮机装置的燃气轮机冷却剂的设备，该燃气与蒸汽轮机装置包括一个置于燃气轮机(2)后面的余热蒸汽发生器(6)，它的加热面(12、14、16)置于蒸汽轮机(10)的水-蒸汽回路(8)中。为了良好地冷却燃气轮机和特别有效地利用由此所获得的热量，以达到此装置有高的总效率，按本发明为了冷却剂的冷却设置了一个中间回路(34)，它与一个用于冷却此冷却剂(L)的第一换热器(36)相结合，并与一个置于水-蒸汽回路(8)中的第二换热器(32)结合在一起，此第二换热器(32)用于传递由此所获得的热量。

Description

冷却燃气与蒸汽轮机装置的 燃气轮机冷却剂的设备
本发明涉及一种燃气与蒸汽轮机装置的冷却式燃气轮机的冷却剂冷却设备，这种燃气与蒸汽轮机装置中包括一台装在燃气轮机之后的余热式蒸汽发生器，它的加热面连接在蒸汽轮机的一个水-蒸汽回路中。
这类燃气与蒸汽轮机装置通常用于产生电能。为了提高燃气轮机的工作性能并因而获得尽可能高的效率，在涡轮进口处力图使工作介质有非常高的温度，例如从1200至1500℃。如此高的涡轮进口温度必然带来材料方面的问题，尤其是涉及涡轮叶片的耐热强度问题。
若将涡轮叶片冷却到使之始终具有一个比材料允许温度低的温度，则在这种情况下便允许提高涡轮进口温度。对此，由EP-PS0379880已知，在一个配属于燃气轮机的压缩机中，对经压缩的空气分流，并对用作冷却剂的空气在其进入燃气轮机之前加以冷却。在这种情况下可以使用一个空气-水冷却器，通过它在冷却剂冷却时所获得的热量，借助为此所用的给水带入水-蒸汽回路。当然，这时的缺点是需要有在测量和调节技术方面的较高费用支出，尤其是用于从水-蒸汽回路取出作冷却剂冷却用给水的压力保持和水量控制方面。
因此本发明的目的是，设计一种用于冷却剂冷却用的设备，这种设备可以在避免上述缺点的情况下保证良好地冷却燃气轮机，以及，通过特别有效地利用由此所获得的热量，达到较高的燃气与蒸汽轮机装置总效率。这些应在只有尽可能小的技术性费用支出的情况下达到。
本发明的目的是这样实现的，即通过采用一个中间回路来达到，该中间回路与冷却此冷却剂的第一换热器结合起来，并与连接在水-蒸汽回路中的用于传递所获得热量的第二换热器结合起来。
在冷却剂冷却时所获得的热量就这样通过中间回路，亦即通过一个封闭的单独的冷却回路，传递给燃气与蒸汽轮机工作过程，使得由于在中间回路中存在的二次介质的量保持常数，而不需要进行流量调节。由于水-蒸汽回路与中间回路在流体力学方面是脱开的，所以向中间回路输送二次介质的泵功率非常低。
用于冷却燃气轮机的冷却剂可以是流态的或是气态的。作为冷却介质，最好采用来自配属于燃气轮机的空气压缩机的压缩空气。
根据所要求的温度水平，第二换热器与余热蒸汽发生器不同的蒸发加热面相连。二次侧连接在中间回路中的第二换热器，其初次侧最好连接在一个与低压蒸发器加热面连接的水-蒸气分离器上。此水-蒸汽分离器的水侧与第二换热器初次侧的进口相连，蒸汽侧与第二换热器的初次侧出口相连。
为了输送在中间回路中流动并冷却此冷却剂的二次介质，最好在其初次侧连接在中间回路上的第一换热器前，设置一个泵。此外，最好在第二换热器的初次侧前设置一个泵，它用于输送来自水-蒸汽回路并流过第二换热器的水或水-蒸汽混合物(三次介质)。
为了能在封闭的冷却回路中加入附加的水，尤其是除盐水，有一根供水管道通入中间回路。
为了在因工作引起的减少了蒸汽发生量时，尤其在纯燃气轮机工作状态时(单循环工作)，也能保证有足够的冷却效果，可在中间回路中添入一个辅助冷却器，它与第一换热器并联。
按本发明获得的优点主要在于，通过在一个封闭的中间回路中采用两个换热器，可以在工作方式比较简单和测量与控制技术方面的费用很低的情况下，与此同时可在总的工作过程中有特别良好的热量回收。除此之外，不需要更换冷却剂，除非在采用相同的系统工程时应当用另一种类型的介质来替换中间回路的二次介质。
下面借助于附图详细说明本发明的实施例。图中概括性地示出了带有燃气轮机冷却剂冷却设备的燃气与蒸汽轮机装置。
在图中概括性示出的燃气与蒸汽轮机装置包括一个燃气轮机2，在它前面连接着燃烧室4，在燃气侧连接着后置的余热蒸汽发生器6，余热蒸汽发生器6的加热面连接在蒸汽轮机10的一个水-蒸汽回路8中。具体而言，加热面是指一个低压预热器12，一个低压蒸发器14和一个低压过热器16。
在蒸汽轮机10后面连接有一个冷凝器18，它通过冷凝液泵20与低压预热器12连接。低压预热器12的出口端与给水箱24相连，而通过循环泵22，其进口端与给水箱24连接。给水箱24在出口端经给水泵26与水-蒸汽分离器28相连。在此水-蒸汽分离器28的水端，经泵30连接着低压蒸发器14以及(第二)换热器32的初次侧进口。此外，在水-蒸汽分离器的蒸汽端，连接着低压过热器16和换热器32的初次侧出口。因此，换热器32通过水-蒸汽分离器28与低压蒸发器14并联。
(第二)换热器32的二次侧连接在中间回路34中，在此中间回路中连接着(第一)换热器36的初次侧。换热器36的二次侧连接在一个通入燃气轮机2的冷却空气管道38中。
冷却空气管道38与一个配属于燃气轮机2的空气压缩机40连接。此空气压缩机40以及由燃气轮机2驱动的发电机42，装在一根公共的轴44上。冷却空气管道38的一个支路46，通入配属于此燃气轮机2的燃烧室4中。
在中间回路34中，连接有一个泵48以及两个可电动调节的阀50、52。通过此阀50、52以及通过一个同样可电动调节的阀54，可在中间回路34中接通一个辅助冷却器56，此辅助冷却器56通过管道58与一个平衡箱60连接。平衡箱60还通过管道61直接连接在中间回路34上。此外，一根设有阀62的用于补充水D，例如除盐水的给水管64通入中间回路中。
在燃气与蒸汽轮机装置运行时，向燃烧室4供入燃料B。为了产生供燃气轮机2的工作介质，燃料B与通过支路46输入的来自空气压缩机40的压缩空气L，在燃烧室4中燃烧。在燃烧过程产生的热的和处于高压下的工作介质或烟气RG，在燃气轮机2中膨胀，并在这种情况下驱动此燃气轮机2并因而驱动空气压缩机40和发电机42。由燃气轮机2排出的膨胀后的烟气RG′，经烟气管道66通向余热蒸汽发生器6，并在那里被利用来产生供蒸汽轮机10用的蒸汽。为此目的，烟气流和水-蒸汽回路8彼此沿反向流动地联系在一起。
为了达到特别良好的热量利用，通常在不同的压力水平下产生蒸汽，蒸汽的焓利用来在一个驱动发电机68的蒸汽轮机10中造成流动。在本实施例中只表示并介绍了低压级。
由蒸汽轮机10排出的膨胀后的蒸汽进入冷凝器18，并在那里冷凝。冷凝液经冷凝液泵20和低压预热器12，输入给水箱24中。给水的一部分借助于循环泵22重新经低压预热器12作进一步预热后，从那里输回给水箱24。经预热的给水从给水箱24出来，借助于给水泵26输入水-蒸汽分离器28。从那里，经预热的给水通过泵30流入低压蒸发器14，在那里汽化。在此水-蒸汽分离器28中，蒸汽与留下的水分开并通入低压过热器16。过热蒸汽从那里进入蒸汽轮机10。此过热蒸汽在蒸汽轮机10中膨胀，并在这种情况下驱动此蒸气轮机并因而驱动发电机70。
来自水-蒸汽分离器28的部分预热水流t1，流经换热器32，在这种情况下，这部分水至少局部汽化。为此所需要的热量取自在中间回路34中流动的二次介质S。在换热器32中产生的蒸汽或水-蒸汽混合物，同样流入水-蒸汽分离器28中。
在换热器32中通过热量传递被冷却了的中间回路34的二次介质S，用来冷却压缩空气L，该压缩空气L来自空气压缩机40并供入燃气轮机2中。热量从压缩空气L传给二次介质S在换热器36中进行。在换热器36中经冷却后的空气L(下面称为冷却空气K)，既通过管道70供入燃气轮机2的工作叶片，也通过管道72供入燃气轮机2的导向叶片。
若要求附加地冷却用于燃气轮机2的冷却空气K，例如由于蒸汽轮机装置关闭，单单通过换热器32不能保证二次介质S充分地再冷却时，在这种情况下辅助冷却器56投入运行。为此，至少局部关闭阀50和51并打开阀54。与此同时，向辅助冷却器56供入一种冷却介质W，例如水。在中间回路34内二次介质S容积的改变，通过平衡箱60加以补偿。此外，经给水管道64向中间回路34供入除盐水D。
通过采用带两个换热器32和36的中间回路34，可以做到在蒸汽轮机装置的水-蒸汽回路8与冷却系统(主要通过冷却管道38和换热器36来代表)之间，一方面在流体力学方面互相脱开，而另一方面在热力方面互相联系。在这种情况下，用于冷却系统和中间回路34的测量和调节技术方面的费用支出，以及在中间回路34内所需要的泵功率都非常低。

Claims (8)

1、一种冷却燃气与蒸汽轮机装置的燃气轮机(2)冷却剂的设备，此燃气与蒸汽轮机装置有一个置于燃气轮机(2)之后的余热蒸汽发生器(6)，它的加热面(12、14、16)连接在蒸汽轮机(10)的水-蒸汽回路(8)中，其特征在于：设有一个中间回路(34)，它与用于冷却此冷却剂(L)的第一换热器(36)相结合，以及，它与置于水-蒸汽回路(8)中的一个用于传递由此所获热量的第二换热器(32)相结合。
2、按照权利要求1所述的设备，其特征在于：冷却剂是来自配属于燃气轮机(2)的空气压缩机(40)的压缩空气(L)。
3、按照权利要求1或2所述的设备，其特征在于：此第二个二次侧连接在中间回路(34)中的换热器(32)，其初次侧连接在一个与低压蒸发器加热面(14)相连的水-蒸汽分离器(28)上，其中，水-蒸汽分离器(28)的水侧与第二换热器(32)的初次侧进口连接，而其蒸汽侧与此第二换热器(32)的初次侧出口连接。
4、按照权利要求1至3中任一项所述的设备，其特征在于：在第一换热器(36)前面设有泵(48)，用于将一种介质(S)输入中间回路(34)中。
5、按照权利要求1至4中任一项所述的设备，其特征在于：在第二换热器(32)前面设有泵(30)，该泵用于输送来自水-蒸汽回路(8)的作为第三介质的水。
6、按照权利要求1至5中任一项所述的设备，其特征在于：用于补充水，尤其用于除盐水的给水管道(64)通入中间回路(34)。
7、按照权利要求1至6中任一项所述的设备，其特征在于：在中间回路(34)中连接一个辅助冷却器(56)。
8、按照权利要求1至7中任一项所述的设备，其特征在于：平衡箱(60)连接在中间回路(34)上。
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