CN1164269A - 冷却燃气轮机冷却剂的方法和实施此方法的设备 - Google Patents

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Abstract

一种燃气轮机冷却剂的冷却方法和实施此方法的设备。为了在各种运行工况，尤其在尖峰负荷工况时，仍能保证燃气和蒸汽轮机装置(1)的燃气轮机(2)冷却剂(L)得到充分冷却，按本发明，冷却剂(L)通过与在一个连接在汽包(30)上的单独的蒸发循环(41)中循环的介质(W)进行热交换来得到冷却。为了使冷却功率与燃气和蒸汽轮机装置(1)的运行工况相匹配，在给水输入装置(20)与单独的蒸发循环(41)之间，设置一个注射器连接装置(44)。

Description

冷却燃气轮机冷却剂的方法 和实施此方法的设备
本发明涉及冷却燃气和蒸汽轮机装置中燃气轮机冷却剂的方法，此装置有一个包括一个汽包在内的第一蒸发循环。本发明还涉及用于实施此类方法冷却燃气和蒸汽轮机装置中燃气轮机冷却剂的设备。
燃气和蒸汽轮机装置通常用来产生电能。其中，一种在蒸汽轮机装置的蒸发循环中运行的通常为水-水/蒸汽混合物的工作介质在蒸发器中蒸发，由此产生的蒸汽用来产生能量。
在一种称为自然循环的蒸发循环中，运行的工作介质在蒸发器内局部蒸发，其中，工作介质的循环通过蒸发过程中形成的压差和/或通过蒸发器和汽包的测地学结构(geodtische Anordnung)保证。按另一种可供选择的方案，蒸发循环也可以是一种强制循环，此时工作介质的循环用一台循环泵来保证，在这种情况下工作介质同样在蒸发器中至少局部蒸发。无论自然循环还是强制循环，水-水/蒸汽混合物总是从蒸发器供入一个连接在蒸发循环内的汽包中。在汽包内水和蒸汽分开，水从汽包重新供往蒸发器。
通过紧接着工作介质在经过蒸发器的一个通道内的局部过热而完全蒸发，在强制循环作为蒸发循环时实现，其中，工作介质的流动同样用泵来保证。
与在蒸汽轮机装置中采用自然循环原理、强制或强迫循环原理无关，为了提高燃气轮机的有效功率并因而使这类燃气和蒸汽轮机装置获得尽可能高的效率，在燃气轮机的进口处的燃气希望有一个特别高的温度，例如1000至1200℃。当然，如此高的涡轮进口温度给材料带来了困难，尤其是涡轮叶片的耐热强度方面的问题。
若涡轮叶片始终能冷却到一个比材料允许的温度为低的温度，那么就可以允许提高涡轮进口温度。在这一方面由EP-PS0379880已知，分流出在一个配属于燃气轮机的压缩机中压缩的空气，并将此作为冷却剂的空气在进入燃气轮机之前加以冷却。在冷却时从冷却空气中提取的热量，可例如利用来作为汽化热以及用于驱动蒸汽轮机。其中，作为蒸发器系统使用了带循环来作为汽化热以及用于驱动蒸汽轮机。其中，作为蒸发器系统使用了带循环泵和扩容器的扩容蒸发器。从蒸发循环的汽包中取出的水，通过与用作燃气轮机冷却剂的冷却空气热交换而被加热，并接着在扩容器中通过膨胀而汽化。由此产生的蒸汽供给蒸汽轮机。
这种用于冷却燃气轮机冷却空气的设备，按照在从汽包取出的水与冷却空气之间为一定温差设计。若例如由于尖峰负荷工况或由于抽取工业用汽，使蒸汽循环内的压力并因而在汽包内的温度升高时，则燃气轮机冷却空气的温度也提高。所以，实际上不再保证能将冷却空气冷却到为冷却燃气轮机所必要的，温度其结果是可能引起燃气轮机故障。
因此本发明的目的是，提供一种用于冷却具有一个含汽包在内的蒸发循环的燃气和蒸汽轮机的燃气轮机冷却剂的方法，按此方法保证在所有的运行条件下充分冷却燃气轮机。这一结果可通过一种特别的适用的设备获得。
对于上述类型的燃气和蒸汽轮机装置，其中燃气轮机的冷却剂通过与一个连接在汽包上的第二或单独的蒸发循环中循环的介质进行热交换来获得冷却，按本发明为达到此目的采取的措施是，燃气轮机冷却剂的温度通过改变决定热交换器工作的参数，尤其是通过改变在单独的蒸发循环中循环的介质温度来调整。
因此，燃气轮机冷却剂的冷却不仅仅设计用于在燃气轮机冷却剂与冷却此冷却剂的冷却介质之间为确定的温差。
本发明以下列考虑为出发点，即，通过改变影响热交换的参数，尤其是通过改变在单独的蒸发循环中循环的介质温度，可以使燃气轮机冷却剂的冷却与燃气和蒸汽轮机装置任何一种运行工况相匹配。因此，燃气轮机冷却剂的温度与冷却剂和循环介质之间的温差无关地，可以保持为一个能充分冷却燃气轮机所需的值。
在特别有利的设计中，冷却剂温度的调整通过将凝结水注入单独的蒸发循环来实现。业已证实，通过在单独的蒸发循环中注入凝结水，可以在一个宽大的范围内特别有效地调整在单独的蒸发循环中循环的介质温度，并因而也调整了燃气轮机冷却剂的温度。在这种情况下，尤其是在注入的凝结水与在单独的蒸发循环中循环的介质之间较大的温度差实现了有效改变决定热交换的参数的可能性。此外，在单独的蒸发循环中通过注射供给凝结水，由于注射造成的射流作用或抽吸作用，有助于在单独的蒸发循环中介质的循环，或在起动时推动循环。即使有燃气和蒸汽轮机装置的尖峰负荷工况时，也能保证充分冷却燃气轮机的冷却剂，此时，几乎在燃气和蒸汽轮机装置的水-蒸汽循环中存在的全部凝结水，都可以注入此单独的蒸发循环中。
为了避免由于在单独的蒸发循环中注入凝结水而使汽包给水过量，相宜地将多余的水从汽包排入燃气和蒸汽轮机装置的给水箱中。
单独的蒸发循环可以是一种自然循环、强制循环或强迫循环，在任何情况下从燃气轮机的冷却剂通过冷却提取的热量，可以供给燃气和蒸汽轮机装置的蒸汽发生过程。
有关用于冷却具有一个含汽包在内的蒸发循环的燃气和蒸汽轮机的燃气轮机冷却剂的设备方面，为达到上述本发明的目的，是通过将一个二次侧与燃气轮机冷却剂供给装置连接的热交换器，其一次侧通过一个单独的蒸发循环与汽包相连。
为了在单独的蒸发循环中注入凝结水并因而改变冷却燃气轮机冷却剂的冷却介质的温度，相宜地在向汽包的给水输入装置与单独的蒸发循环之间设一个注射器连接装置。此注射器连接装置最好是可节流的和/或可截止的。
为了从汽包排出多余的水，汽包与燃气和蒸汽轮机装置的给水箱相宜地可截止地连接起来。
采用本发明获得的优点主要在于，通过将燃气轮机的冷却剂与一个连接在汽包上的单独的蒸发循环中循环的介质进行热交换而得到冷却，以及通过在必要时可以在此单独的蒸发循环中供入凝结水，可以保证在燃气和蒸汽轮机的任何运行工况尤其是还在尖峰负荷工况下燃气轮机冷却剂的冷却。这种用于冷却燃气轮机冷却剂的设备，鉴于效率准则，可最佳地设计用于燃气和蒸汽轮机装置的额定负荷工况，与此同时对于尖峰负荷工况无需有不经济的过大的尺寸。尤其在尖峰负荷工况时燃气轮机冷却剂的冷却，可通过借助于注入凝结水调整在单独的蒸发循环中循环的介质的温度来保证，所以这种燃气和蒸汽轮机装置可以在有极强的适应性和低成本的情况下运行。此外，在燃气轮机起动并伴随着热量迅速增加时，可以有目的地和以强制的方式使在单独的蒸发循环中循环的介质通过热交换器流动，因此对于蒸发器系统的起动特性带来有利的影响。
下面借助于附图详细本发明的实施例。
图1所示为一台燃气和蒸汽轮机装置和用于燃气轮机冷却剂冷却的设备。
在图中示意表示的燃气和蒸汽轮机装置1包括一个燃气轮机2和在燃气侧的下游的废热蒸汽发生器4，它的加热面连接在蒸汽轮机8的水-蒸汽循环6中。在这种情况下，加热面是一台低压加热器10、一台低压蒸发器12和一台低压过热器14。
冷凝器16连接在蒸汽轮机8的下游，它通过凝结水泵18和给水输入装置20与低压加热器10连接。低压加热器10在出口端通过一根可借助阀22截止的输入管道24a与给水箱26连接，以及，平行于管道24a也通过一根可借助于阀28截止的管道24b与一个汽包或一个水-蒸汽分离器30连接。在给水箱26出口侧设有一根输入管道32，用于将给水输入燃气和蒸汽轮机装置1的一个(图中未表示的)高压蒸发区中。
汽包30在蒸汽和水一侧与连接在第一蒸发循环34中的低压蒸发器12连接。其中，蒸发循环34是自然循环。但是它也可以是一种强制循环或强迫循环。
汽包30蒸汽出口侧通过管道36与低压过热器14连接，低压过热器14本身的出口端通过管道38与蒸汽轮机8连接。此外，汽包30通过一根可借助于阀39截止的排出管道40与给水箱26连接。
在汽包30上连接有第二或单独的蒸发循环41。在此单独的蒸发循环41中，连接热交换器42的一次侧进口。此单独的蒸发循环41是一种自然循环，但它同样也可以是一种强制循环或强迫循环。热交换器42二次侧连接在一根通入燃气轮机2的冷却管道43中。在冷却空气管道43中分别在用a和b表示的位置，存在着与燃气机2的连接。
给水输入装置20通过注射器连接装置44与单独的蒸发循环41连接，注射器连接装置44包括一根可借助于阀45截止的连接管道46和一个注射器48。注射器48有一个注射管嘴50。
在燃气和蒸汽轮机装置1进行时，在燃气轮机2中燃烧时产生的高温和高压烟气RG在燃气轮机2中膨胀。膨胀后的烟气RG通入余热蒸汽发生器4中，并在那里利用来产生用于蒸汽轮机8的蒸汽。在汽包30中的工作介质或水W经蒸发循环34供入低压蒸汽器12，并在那里全部或部分地转化为水-蒸汽混合物WD。此水-汽混合物WD重新输入汽包30，在那里蒸汽D与水W分离。从汽包30提取的有效蒸汽N经管道36输入低压过热器14，在那里过热，然后经管道38输入蒸汽轮机8，并在那里膨胀。膨胀后的蒸汽流入冷凝器16以及在那里凝结。由此产生的凝结水通过凝结水泵18输入去往低压加热器10的给水输水管道20中，并再从那里经管道24a输入给水箱26或经管道24b输入汽包30。
为了冷却燃气轮机2，经管道43向燃气轮机2输入冷却空气L。为了保证燃气轮机2的充分冷却，所输入的冷却空气L的温度不允许超过一个最大值。为此，冷却空气L需要冷却，这一个冷却通过在热交换器42中进行热交换达到。在热交换器42中的热交换通过在连接于汽包30上的单独的蒸发循环41中循环的水W进行。为了调整燃气轮机2冷却空气L的温度，可以改变决定冷却空气L与水W热交换器的参数。尤其是，在单独的蒸发循环41中循环的水W的质量流是可以节流和可以截止的。此外，在单独的蒸发循环41中循环的介质W的温度Tw是可以调整的。
为了调整此温度Tw，最好通过连接管道46和注射器48从给水输入管道20中提取出凝结水K，并将它输入单独的蒸发循环41中。如此提取的凝结水K温度Tk约为40℃，它远远低于从汽包30流入单独的蒸发循环41中的水W所具有的约为150℃的温度Tw。由于输入的凝结水K与从汽包30提取的在单独的蒸发循环41中的水W之间巨大的温差ΔT，可以通过借助于阀45改变输入的凝结水K的量，调整输入热交换器42的冷却介质G或由凝结水K和水W组成的混合物的温度Tg。因此也可以调整在热交换器42通过热交换冷却的燃气轮机2冷却空气L的温度。在燃气和蒸汽轮机装置1的尖峰负荷工况下，通过增加在单独的蒸发循环41中凝结水K的注入量，保证燃气轮机2冷却空气L的充分冷却。
通过在蒸发循环41中注入凝结水K，在连接于汽包30上的蒸发循环34、41中循环的工作介质，水W和蒸汽D的总循环量增加了。因此在汽包30内产生的多余的水W，经排出管道40排入给水箱26中。
在单独的蒸发循环41中注入凝结水K时，通过注射器48的注射管嘴50获得一种射流作用。由于由此而获得的带动效果和抽吸作用。可以有助于在单独的蒸发循环41中工作介质或水W的循环，或在起动时推动循环。

Claims (8)

1.一种冷却燃气和蒸汽轮机装置(1)中燃气轮机(2)冷却剂(L)的方法，此装置有一个包括汽包(30)在内的第一蒸发循环(34)，其中冷却剂(L)通过与一个连接在汽包(30)上的第二蒸发循环(41)中循环的介质(W)进行热交换来获得冷却，其特征在于：冷却剂(L)的温度通过改变决定热交换的参数尤其是通过改变在第二蒸发循环(41)中循环的介质(W)的温度(Tg)来调整。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：冷却剂温度的调整通过在单独的蒸发循环(41)中注入凝结水(K)实现。
3.按照权利要求1或2所述的用于有一个给水箱(26)的燃气和蒸汽轮机装置(1)的方法，其特征在于：多余的水(W)从汽包(30)排入给水箱(26)。
4.按照权利要求1至3中任一顶所述的方法，其特征在于：单独的蒸发循环(41)是一种自然循环、强迫循环或强制循环。
5.一种冷却燃气和蒸汽轮机装置(1)中燃气轮机(2)冷却剂(L)的设备，此装置有一个包括汽包(30)在内的第一蒸发循环(34)，在此设备中，一个二次侧与燃气轮机(2)冷却剂供给装置(43)连接的热交换器(42)，其一次侧通过第二蒸发循环(41)与汽包(30)相连。
6.按照权利要求5所述的设备，其特征在于设在向汽包(30)的给水输入装置(20)与第二蒸发循环(41)之间的一个注射器连接装置(44)。
7.按照权利要求6所述的设备，其特征在于：注射器连接装置(44)是可节流和/或可截止的。
8.按照权利要求5至7中任一顶所述的设备，其特征在于一个可截止的排出管道(40)，用于从汽包(30)将多余的水(W)排入给水箱(26)。
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