CN1144940C - 排气再热式联合循环发电成套装置 - Google Patents
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Abstract
本发明排气再热式联合循环发电成套装置将锅炉和蒸汽透平装置与燃气透平装置相组合、使来自上述燃气透平装置的排气在锅炉被加热后作为热源向蒸汽透平装置的冷凝器、给水系统供给，其特点是还具有将来自低温再热系统的蒸汽向燃气透平高温部供给的冷却蒸汽供给系统以及使对燃气透平高温部冷却后的蒸汽由中压透平中间级回收的冷却蒸汽回收系统，具有能有效使冷却后的蒸汽被回收，进一步提高发电成套装置热效率等效果。
Description
技术领域
本发明涉及将分轴配置的燃气透平装置与蒸汽透平装置实行组合、用蒸汽冷却燃气透平装置高温部的排气再热式联合循环发电成套装置。
背景技术
目前、实际运转中的联合循环发电成套装置，除了废热回收式以外，还有排气再热式。此排气再热式联合循环发电成套装置为分别将燃气透平装置与蒸汽透平装置按分轴分离配置，存在一种在燃气透平装置与蒸汽透平装置都为新设置场合和使新设置的燃气透平装置与已设置的蒸汽透平装置组合、作为给水加热循环的所谓可转换方式。
对已组装此可转换方式的排气再热式联合循环发电成套装置的评价为系统简单、能使蒸汽透平的输出比增大、适于提高已设置发电成套装置的输出等，多少能为火力发电所采用，其组成有如图4所示。
排气再热式联合循环发电成套装置1由燃气透平装置2、锅炉3以及再热式蒸汽透平装置4组成。
燃气透平装置2具备发电机5、空气压缩机6、燃气透平燃烧器7以及燃气透平8，用空气压缩机6使吸入的大气成为高压、将此高压空气导入燃气透平燃烧器7、在此加燃料生成燃气，用燃气透平8使此燃气膨胀，由膨胀产生的旋转力矩驱动发电机5。
燃气透平装置2把已在燃气透平8内膨胀的燃气作为排气G引入锅炉3、用锅炉3的燃气加热此排气G。
此外，再热式蒸汽透平装置4具备蒸汽透平部9和冷凝、给水系统10。
蒸汽透平部9由相互直接用轴相连的高压透平11、中压透平12、低压透平13以及发电机14构成，使从锅炉3供给的主蒸汽MS在高压透平11内膨胀、把用再热器15加热的透平排汽作为再热蒸汽RS引入中压透平12、使在此膨胀后的透平排汽在低压透平13内再膨胀，用伴随膨胀产生的旋转力矩驱动发电机14。
冷凝、给水系统10具备冷凝器16、低压给水加热器17、脱气器18、高压给水加热器19，同时具有与低压给水加热器17并联设置的低压燃气冷却器20以及与高压给水加热器19并联设置的高压燃气冷却器21，低压透平13的透平排汽在冷凝器16内冷凝成为冷凝水CW，在低压给水加热器17使该冷凝水CW与来自低压透平13的透平抽汽ES进行热交换后再生成为给水FW，进而，使该给水FW在脱气器18与来自低压透平13的透平抽汽ES混合、加热脱气，使此加热脱气后的给水FW在高压给水加热器19中与来自中压透平12的透平抽汽ES进行热交换、使具有更高温度后、返回至锅炉3。
此外，锅炉3用锅炉燃气加热来自燃气透平装置2的排气G，使此加热燃气HG在高压燃气冷却器21与给水FW进行热交换后，还在低压燃气冷却器20与给水FW再进行热交换，使给水FW具有更高的温度。
这样，在引入可转换的给水加热方式的排气再热式联合循环发电成套装置1中，通过使来自燃气透平装置2的排气G在锅炉3内被加热、将此加热燃气HG作为热源加热给水FW，达到有效热回收，有助于提高成套装置的热效率。
近来，在燃气透平装置2中，为追求更高热效率、高输出，计划高温化曾一度使燃气温度(燃气透平入口温度)从1100℃升至1300℃或1500℃以上。
以往，燃气透平装置2为适应高温化，通过向燃气透平8的组成零件、例如燃气透平静叶、燃气透平动叶、燃气透平转子等供给冷却用空气、达到维持该材料的强度，利用了由空气压缩机6产生的高压空气的一部分作为该冷却用空气。
然而，由空气压缩机6产生的高压空气原本用于驱动燃气透平8，当将其一部分用于冷却燃气透平8的组成零件时，存在达不到成套装置计划热效率的问题。此外，由于使空气压缩机6产生的高压空气在冷却了燃气透平8的组成零件后与主流(燃气透平驱动气体)合流，因给主流添加紊乱、使叶片效率降低，还存在达不到计划输出的问题。因此，随着燃气透平装置2的高温化进展，由于将高压空气的一部分用于燃气透平8的组成零件的冷却，使成套装置的高热效率化已达到界限。
最近，正开始对作为燃气透平8的组成零件的冷却介质进行新的探索、计划将推进将具有比空气高的比热的蒸汽用作冷却介质。
在将蒸汽用作冷却介质的场合，在已引入可转换方式的排气再热式联合循环发电成套装置中，从在主流(燃气透平驱动气体)与燃气透平8的组成零件间形成适当温差进行冷却的关系考虑，在该供给源上选定高压透平11的透平排汽(向再热器15供给前的蒸汽)。当考虑此选定的主流温度为1300℃以上时，能不使燃气透平8的组成零件上产生过高的热应力，能受到较好的冷却。
然而、对于已冷却燃气透平8的组成零件后的蒸汽，当其回收对象的选定不当时，将发生成套装置运行上的不适合。就是，由于冷却用蒸汽在对燃气透平8的组成零件进行冷却时，呈弯曲状流动，其压力损失非常大。因此，排气再热式联合循环发电成套装置1为了弥补作为冷却蒸汽用透平排汽的压力不足，必需使从锅炉3向高压透平11供给的主蒸汽MS进一步高压化，从而在锅炉效率上产生不利。此外，冷却了燃气透平8的组成零件的蒸汽、冷却时温度升至约550℃。此蒸汽温度与来自再热器15的再热蒸汽RS的温度为600℃相比，显得较低。当使此低温蒸汽与再热蒸汽RS合流、使再热蒸汽RS的温度下降，从而在蒸汽透平的效率上产生不利影响。
发明内容
本发明正是鉴于上述问题，目的在于提供通过对冷却了燃气透平组成零件的蒸汽的回收进行适当设定，使该冷却用蒸汽得到有效回收，因而使成套装置热效率进一步提高的排气再热式联合循环发电成套装置。
为达到上述目的本发明排气再热式联合循环发电成套装置，将锅炉和蒸汽透平装置与燃气透平装置相组合，使来自上述燃气透平装置的排气在上述锅炉被加热后作为热源向上述蒸汽透平装置的冷凝器、给水系统供给，其特点是具备使向上述燃气透平装置的高温部供给冷却蒸汽的冷却蒸汽供给系统与上述蒸汽透平装置的低温再热系统相连的同时、使对上述燃气透平装置高温部冷却后的蒸汽由上述蒸汽透平装置的中压透平的中间级回收的冷却蒸汽回收系统。
此外，为达到上述目的的本发明排气再热式联合循环发电成套装置还具备将对上述燃气透平装置高温部进行冷却后的蒸汽回收到由上述冷却蒸汽回收系统分支的上述蒸汽透平装置的冷凝器的旁路系统。
此外，为达到上述目的的本发明排气再热式联合循环发电成套装置还具备将对上述燃气透平装置高温部进行冷却后的蒸汽与从由上述旁路系统分支的上述蒸汽透平装置的蒸汽透平部向上述冷凝器、给水系统供给的透平抽汽合流的冷却蒸汽副回收系统。
此外，为达到上述目的的本发明成套装置，其特点是所述冷却蒸汽副回收系统具有调节阀与减压阀。
此外、为达到上述目的的本发明成套装置，其特点是使上述冷却蒸汽副回收系统的蒸汽与从蒸汽透平装置的中压透平和低压透平中的任一个向冷凝器、给水系统的低压给水加热器、脱气器、高压给水加热器供给的透平抽汽中的至少一个以上的透抽汽合流。
附图说明
图1为表示本发明第1实施例排气再热式联合循环发电成套装置简要系统图，
图2为表示本发明第2实施例排气再热式联合循环发电成套装置简要系统图。
图3为表示本发明第3实施例排气再热式联合循环发电成套装置简要系统图，
图4为表示传统的排气再热式联合循环发电成套装置简要系统图，
具体实施方式
以下，参照附图及图中标号说明本发明实施例的排气再热式联合循环发电成套装置。
图1为表示本发明第1实施例排气再热式联合循环发电成套装置的简要系统图。
本实施例排气再热式联合循环发电成套装置30由燃气透平装置31、锅炉32、再热式蒸汽透平装置33、冷却蒸汽供给系统34、冷却蒸汽回收系统35以及旁路系统36组成。
燃气透平装置31包括发电机37、空气压缩机38、燃气透平燃烧器39以及燃气透平40，用空气压缩机38使吸入的大气AR高压化、将此高压空气导入燃气透平燃烧器39内、在此加燃料、生成燃气，用燃气透平40使该燃气膨胀、用此膨胀发生的转矩驱动发电机37。
此外，燃气透平装置31将已在燃气透平40膨胀的燃气作为排气G引入锅炉32内、用锅炉32的燃气对此排气G加热。
另外，再热式蒸汽透平装置33包括蒸汽透平部41、与冷凝给水系统42。
蒸汽透平部41由相互直接相连的高压透平43、中压透平44、低压透平45以及发电机46组成，使由锅炉32供给的主蒸汽MS在高压透平43膨胀、用再热器47对该透平排汽加热后、作为再热蒸汽RS导入中压透平44，使在此膨胀后的透平排汽在低压透平45再膨胀，用伴随膨胀发生的转矩驱动发电机46。
此外，冷凝、给水系统42具备冷凝器48、低压给水加热器49、脱气器50、高压给水加热器51，同时具备与低压给水加热器49并联设置的低压燃气冷却器52以及与高压给水加热器51并联设置的高压燃气冷却器53，在冷凝器48将低压透平45的透平排汽冷凝成为冷凝水CW，在低压给水加热器49、用来自低压透平45的透平抽汽ES将该冷凝水CW加热成为给水FW，在脱气器50、用来自低压透平45的透平抽汽ES将此给水FW加热脱气，在高压给水加热器51、用来自中压透平44的透平抽汽ES使此加热脱气后的给水FW加热后、返回至锅炉32。
此外，锅炉32用锅炉燃烧气体对来自燃气透平装置31的排气G加热，用此加热燃气HG在高压燃气冷却器53中将给水FW加热后，在低压燃气冷却器52中再次将给水FW加热。
另外，排气再热式联合循环发电成套装置30具备从连接高压透平43的出口与锅炉32的再热器47入口的低温再热系统54分支、将比较低温的透平排汽的一部分导向燃气透平40的高温部，例如透平静叶、透平动叶、转子等的冷却蒸汽供给系统34以及使燃气透平40的高温部冷却后的蒸汽由中压透平44的中间级或冷凝器48回收的冷却蒸汽回收系统35与旁路系统36。此外，在冷却蒸汽回收系统35与旁路系统36上设置控制回收冷却蒸汽流量的调节阀55、56。
因此，在本实施例中，由于把从低温再热系统54抽出的冷却蒸汽通过蒸汽供给系统34供给燃气透平40的高温部、使冷却该高温部后的蒸汽通过冷却蒸汽回收系统35由中压透平44的中间级回收、在中压透平44的中间级与膨胀中的再热蒸汽RS的温度协调而适当合流，因而能减低由锅炉32产生的主蒸汽MS与再热蒸汽RS的压力损失。
此外，在本实施例中，由于在从中压透平44通过的再热蒸汽RS与回收冷却蒸汽间发生温度不协调情况，使该回收冷却蒸汽通过旁路系统36由冷凝器48回收，因而能防止在中压透平44上发生由温差引起的过大热应力。
因此，在本实施例中，由于能使对燃气透平40的高温部冷却后的蒸汽由中压透平44与冷凝器48中的任一个回收，而防止发生温度不协调，能进行蒸汽压力损失小、不易发生过大热应力的稳定运行。
图2为表示本发明第2实施例排气再热式联合循环发电成套装置的简要系统图，图中，使与第1实施例相同或对应的结构组成部分带相同的标号。
在本实施例中，除了使对燃气透平40的高温部冷却后的蒸汽由中压透平44与冷凝器48回收外，设置使与从蒸汽透平部41向低压给水加热器49、脱气器50、高压给水加热器51供给的透平抽汽ES中的至少一个以上的透平抽汽ES合流、进行回收的冷却蒸汽副回收系统57。
此冷却蒸汽副回收系统57具备调节阀58a、58b、58c和减压阀59a、59b、59c，在回收冷却蒸汽万一成为高压时、用调节阀58a、58b、58c调节流量，用减压阀59a、59b、59c减压，从而使与各透平抽气ES的压力一致进行合流。当回收冷却蒸汽温度异常高时、可利用旁路系统36。
因此，在本实施例中，由于达到能与从蒸汽透平部41向低压给水加热器49、脱气器50、高压给水加热器51供给的透平抽汽中的至少一个以上的透平抽汽ES压力一致地进行回收，故能比以往效果更好地进行热回收、能提供成套装置的热效率。
图3为表示本发明第3实施例排气再热式联合循环发电成套装置的简要系统图，图中，使与第1实施例相同或对应的结构组成部分带相同的标号。
本实施例是使对燃气透平40的高温部冷却后的蒸汽通过冷却蒸汽副回收系统57与从蒸汽透平部41向低压给水加热器49、脱气器50、高压给水加热器51供给的透平抽汽ES中的至少一个以上的透平抽汽ES合流、回收的同时、通过旁路系统36由冷凝器48回收，用以取代第1实施例中所示由中压透平44回收的装置。与第2实施例一样、冷却蒸汽副回收系统57具备调节阀58a、58b、58c和减压阀59a、59b、59c，当冷却回收蒸汽压力高时、一面控制流量、一面减压进行回收。当冷却回收蒸汽压力、温度特别高时，可利用旁路系统36。
因此，本实施例由于由透平抽汽ES对回收冷却蒸汽进行回收，能节省投入锅炉32的燃料，能比以往进一步提高成套装置的热效率。
综上所述，本发明排气再热式联合循环发电成套装置，当对燃气透平高温部进行蒸汽冷却时、由于具备从低温再热系统分支、与燃气透平高温部相连的冷却蒸汽供给系统以及使对燃气透平高温部冷却后的蒸汽与中压透平、透平抽汽和冷凝器中的至少一个进行合流、回收的冷却蒸汽回收系统，同时使回收该回收冷却蒸汽时的压力、温度适当，从而能对燃气透平装置的高温化采取充分对策，能使冷却蒸汽的压力损失小、成套装置的热效率比以往进一步提高。
Claims (5)
1.一种排气再热式联合循环发电成套装置，将锅炉和蒸汽透平装置与燃气透平装置相组合，使来自上述燃气透平装置的排气在上述锅炉被加热后作为热源向上述蒸汽透平装置的冷凝器、给水系统供给，其特征在于，使向上述燃气透平装置的高温部供给冷却蒸汽的冷却蒸汽供给系统与上述蒸汽透平装置的低温再热系统相连，且具备将对上述燃气透平装置高温部进行冷却后的蒸汽回收到上述蒸汽透平装置的中压透平的中间级的冷却蒸汽回收系统。
2.根据权利要求1所述的排气再热式联合循环发电成套装置，其特征在于，还具备将对上述燃气透平装置高温部进行冷却后的蒸汽回收到由上述冷却蒸汽回收系统分支的上述蒸汽透平装置的冷凝器的旁路系统。
3.根据权利要求2所述的排气再热式联合循环发电成套装置，其特征在于，还具备将对上述燃气透平装置高温部进行冷却后的蒸汽与从由上述旁路系统分支的上述蒸汽透平装置的蒸汽透平部向上述冷凝器、给水系统供给的透平抽汽合流的冷却蒸汽副回收系统。
4.根据权利要求3所述的排气再热式联合循环发电成套装置，其特征在于，所述冷却蒸汽副回收系统具有调节阀与减压阀。
5.根据权利要求3所述的排气再热式联合循环发电成套装置，其特征在于，使上述冷却蒸汽副回收系统的蒸汽与从蒸汽透平装置的中压透平和低压透平中的任一个向冷凝器、给水系统的低压给水加热器、脱气器、高压给水加热器供给的透平抽汽中的至少一个以上的透平抽汽合流。
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