CN1218537A - 燃气－蒸汽轮机设备及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

一种燃气－蒸汽轮机设备,该设备带有一个连接在燃气轮机(2)排气侧后的废热蒸汽发生器(6),该废热蒸汽发生器的加热面连接在具有高压段(4a)和中压段(4b)以及低压段(4c)的蒸汽轮机(4)的水－蒸汽循环(8)中,为了实现尽可能高的设备效率,按照本发明,在废热蒸汽发生器(6)外部设置一热交换器(70),该热交换器的初级侧连接在蒸汽轮机(4)的高压段(4a)与中压段(4b)之间,其次级侧连接在蒸汽轮机(4)的中压段(4b)与低压段(4c)之间。在相应的一种运行这类设备的方法中,流入蒸汽轮机(4)中的低压蒸汽(ND)通过与由蒸汽轮机(4)排出的中压蒸汽(MD)进行间接热交换而被加热。

Description

燃气-蒸汽轮机设备及其运行方法
本发明涉及一种燃气-蒸汽轮机设备，该设备带有一个接在燃气轮机排气侧后面的废热蒸汽发生器，该废热蒸汽发生器加热面连接到具有高压段、中压段及低压段的一个蒸汽轮机的水-蒸汽循环中。本发明还涉及这种设备的运行方法。
在燃气-蒸汽轮机设备中，利用燃气轮机的膨胀作功工作介质中所含热量来产生驱动蒸汽轮机的蒸汽。热传递借助一定数量的加热面来进行，这些加热面以管或管束形式设置在接于燃气轮机排气侧后的废热蒸汽发生器里。该废热蒸汽发生器连接在蒸汽轮机的水-蒸汽循环内。该水-蒸汽循环包括多个压力级，比如两个或三个压力级，其中每个压力级作为加热面都具有一预热器，一汽化器以及一过热器。
为了使设备在热传递过程中达到尽可能高的效率，在废热蒸汽发生器内的加热面设置应与燃气轮机废气的温度特性相匹配。在带有中间过热的三压力过程，即所谓的三压力-中间过热-过程中，当燃气轮机功率一定时蒸汽轮机可以达到特别高的功率，并因此使设备的总效率达到特别高。以三压力-中间过热-过程工作的燃气-蒸汽轮机设备由FP 0436536B1和DE 4434526C1为公众所知。但即便在这种公知设备上，其总效率也只被限定在大约55％。
因此，本发明的目的在于，对燃气-蒸汽轮机设备及其相应的驱动方法作进一步改进，通过提高对燃气轮机废气中热函的利用来达到提高设备效率的目的。
本发明有关设备方面的目的是通过在废热蒸汽发生器外部安置的热交换器来实现的，该热交换器的初级侧连接在蒸汽轮机的高压段与中压段之间，其次级侧连接在蒸汽轮机的中压段与低压段之间。
本发明出于这样的考虑，即，为加热或中间过热输送到蒸汽轮机的低压段的低压蒸汽，不直接而是间接地从废热烟气中提取热量，其中要利用具有适当温度的蒸汽轮机的废汽。在此，蒸汽轮机高压段的中压蒸汽由于其相对于低压蒸汽特别有利的温度差而被证实是特别适合的。
间接热交换时在热交换器中被冷却的中压蒸汽优选通过两级被加热到额定温度。因此相宜的方法是将热交换器初级侧通过两个连接在蒸汽轮机高压段之后并沿燃气轮机废气流动方向前后设置在废热蒸汽发生器中的过热器-加热面，而连接到蒸汽轮机中压段的入口。
在一个蒸发器-加热面上所产生的中压蒸汽与在热交换器中被冷却的中压蒸汽在废热蒸汽发生器中被过热前，这两股蒸汽流最好能在该废热蒸汽发生器中相混合。为此，一个在废热蒸汽发生器中设置的蒸发器-加热面最好在出口端与热交换器的初级侧出口相连接。
相宜地，所述水-蒸汽循环的每一级都包括一蒸发器-加热面和至少一个过热器-加热面，其中，最好设有一个连接在蒸汽轮机高压段和中压段之间的中间过热器-加热面。
关于燃气-蒸汽轮机设备的驱动方法，是利用在燃气轮机中膨胀作功后的工作介质中所含的热量来产生蒸汽，以用于一个连接在三压力级结构的水-蒸汽循环中的蒸汽轮机，其中，在水-蒸汽循环中流动的供水在废热蒸汽发生器中设置的加热面上被汽化和过热，按照本发明，所述目的这样来实现，流入蒸汽轮机低压段的低压蒸汽通过与由蒸汽轮机高压段排出的中压蒸汽的间接热交换被加热。
本发明的优点主要在于，为利用设置在废热蒸汽发生器外部的热交换器来加热低压蒸汽，通过与中压蒸汽进行间接热交换，可以特别简单的方式并不需附加控制装置就可使低压蒸汽达到特别高的温度。从而可使设备的总效率特别高。在此，对设备运行的控制得以大大简化并提高了整个设备的可靠性。为了实现短管道和小压力损失，比较有利的是将热交换器设置在蒸汽轮机区域内，也就是说设置在其附近。
下面借助附图来对本发明的一实施例作详尽说明。
图1简略示出一带有用于加热低压蒸汽的一单独的热交换器的燃气-蒸汽轮机设备。
图示的燃气-蒸汽轮机设备包括一燃气轮机2和一蒸汽轮机4以及一由燃气轮机2的热废气AG通过的废热蒸汽发生器6。该蒸汽轮机4包括一高压段4a，一中压段4b以及一低压段4c。废热蒸汽发生器6用来产生蒸汽，其加热面连接到蒸汽轮机4的水-蒸汽循环8中。
为此，废热蒸汽发生器6具有一个连接到冷凝液管道10的冷凝液预热器12，其入口端通过一冷凝液泵14与连接在蒸汽轮机4后面的一个冷凝器16相连。该冷凝液预热器12在出口端通过一循环泵18与其入口相连。此外该冷凝液预热器出口端还通过供水管道20与供水容器22相连。
供水容器22在出口端通过一供水管道24与一低压汽包28连接，在供水管道24上连接有泵26。汽化器加热面32通过循环泵30连接到低压汽包28上。低压汽包28在蒸汽侧与一过热器-加热面34连接，该加热面通过一蒸汽管道36连接到一由蒸汽轮机4的中压段4b到低压段4c的溢流管道38上。该低压汽包28和蒸发器-加热面32与过热器加热面34和低压段4c共同构成水-蒸汽循环8的一低压级。
此外，供水容器22在出口侧通过其上连接有泵42的供水管道40与第一高压预热器或废气节热器44连接，该节热器通过连接管道46与第二高压预热器或废气节热器48连接。泵42及其连接的供水管道40也可以以没有详细示出的方式和方法在泵26的压力侧连接到管道24上。作为中压预热器的另一节热器也可以以没有详细示出的方式和方法相宜地安置在废热蒸汽发生器6内部第一高压预热器44的区域内。
一中压汽包52通过一管道50连接到连接管道46上，在此中压汽包上又通过一循环泵54连接有一蒸发器-加热面56。该中压汽包52在蒸汽侧与第一中间过热器-加热面57连接，其出口侧与第二中间过热器-加热面58连接。所述中间过热器-加热面58在出口侧连接到蒸汽轮机4的中压段4b的入口。中压汽包52和蒸发器一加热面56以及两个中间过热器-加热面57、58与蒸汽轮机4的中压段4b共同构成水-蒸汽循环8的中压级。
第二高压预热器48在出口端通过一连接管道60与一高压汽包62连接，在高压汽包上通过一循环泵64连接一蒸发器加热面66。高压汽包62在蒸汽侧通过一过热器-加热面68连接到蒸汽轮机4的高压段4a的入口。高压预热器44,48和高压汽包62以及蒸发器-加热面66和过热器-加热面68与蒸汽轮机4的高压段4a共同构成水-蒸汽循环8的高压级。
热交换器70的次级侧连接在蒸汽轮机4的中压段4b和低压段4c之间的溢流管道38中。热交换器70的初级入口侧与蒸汽轮机4的高压段4a的出口72连接。热交换器70的初级出口74通过一蒸汽管道76与中压级的中间过热器-加热面57的入口相连接。
当燃气-蒸汽轮机设备运行时，冷凝液K从冷凝液器16通过泵14和冷凝液管道10输入冷凝液预热器12。在此该冷凝液预热器12可以被全部或部分地回流。该冷凝液K在冷凝液预热器12中被加热并至少有一部分通过循环泵18循环。被加热的冷凝液K通过管道20被引至供水容器22。在那儿以没有详细示出的方式和方法借助来自蒸汽轮机4或低压蒸汽管道36的抽出蒸汽对供水进行加热以及相宜地使冷凝液K脱气。被加热的供水S一方面被输送到低压汽包28，另一方面通过第一高压预热器44输送到中压汽包52以及通过第二高压预热器48输送到高压汽包62。输送到低压级的供水S在蒸发器-加热面32以低压被汽化。其中，从低压汽包28中分出的低压蒸汽ND被输送给过热器-加热面34。在那里被过热的低压蒸汽ND被引至热交换器70的后面，即热交换器次级出口端的溢流管道38。
同样，被引至中压汽包52的供水S在蒸发器-加热面56中被汽化。从中压汽包52中分出的中压蒸汽MD通过中间过热器-加热面57和58被输送。在此，从中压汽包52中分出的中压蒸汽MD在进入中间过热器-加热面57之前与来自热交换器70的中压蒸汽MD混合。因此经两级过热的中压蒸汽MD被输送到蒸汽轮机4的中压段4b。
与此类似地，在第二高压预热器48中被预热的供水S在蒸发器-加热面66中被高压汽化。在此，从高压汽包62中分出的高压蒸汽HD在过热器-加热面68中被过热，并以过热状态引至蒸汽轮机4的高压段4a。在高压段4a中被膨胀减压的蒸汽作为中压蒸汽MD通过热交换器70的初级侧被输出，随即与来自中压汽包52的中压蒸汽MD一起经过热后被输送到蒸汽轮机4的中压段4b。
在蒸汽轮机4的中压段4b中经膨胀减压并保持低压状态的蒸汽作为低压蒸汽ND通过溢流管道38被输出并在热交换器70中通过间接地与由高压段4a排出的中压蒸汽MD进行热交换而被过热。在此该中压蒸汽MD所具有的蒸汽温度范围T根据新高压蒸汽HD的压力和温度以及高压段4a中的膨胀过程在350℃到400℃之间。来自中压段4b的低压蒸汽ND离开蒸汽轮机4的温度根据所选择的压力，在大约200℃到250℃之间。因此在热交换器70中低压蒸汽ND被加热了大约100℃。这样被加热的低压蒸汽ND以大约300℃至350℃的温度T与从低压汽包28排出的低压蒸汽ND一起被输送到蒸汽轮机4的低压段4c。在那里经膨胀减压后的低压蒸汽ND被输送到冷凝器16去冷凝。
通过接通蒸汽轮机4的中压段4b与低压段4c之间的热交换器70，用由蒸汽轮机4的高压段4a排出的中压蒸汽MD来过热流入低压段4c的低压蒸汽MD，使设备达到一特别高的总效率，这一点体现在从蒸汽轮机发电机G上可取得高输出功率。在此来自低压汽包28的低压蒸汽ND也可以在进入热交换器70之前以没有详细示出的方法与来自中压段4b的低压蒸汽ND混合，然后混合体，即共同产生的低压蒸汽ND在热交换器70中被加热。

Claims (8)

1．一种燃气-蒸汽轮机设备，该设备带有一个连接在燃气轮机(2)排气侧后面的废热蒸汽发生器(6)，该废热蒸汽发生器的加热面连接在具有一高压段(4a)和一中压段(4b)以及一低压段(4c)的蒸汽轮机(4)的水-蒸汽循环(8)中，其特征在于一个设置在废热蒸汽发生器(6)外部的热交换器(70)，该热交换器的初级侧连接在蒸汽轮机(4)的高压段(4a)与中压段(4b)之间，其次级侧连接在蒸汽轮机(4)的中压段(4b)与低压段(4c)之间。
2．按照权利要求1所述的设备，其特征在于，所述热交换器(70)从初级侧通过至少一个连接在高压段(4a)之后的中间过热器-加热面(57,58)连接到中压段(4b)的入口。
3．按照权利要求1或2所述的设备，其特征在于，一个设置在废热蒸汽发生器(6)中的蒸发器-加热面(56)在出口侧与热交换器(70)的初级侧出口(74)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，所述水-蒸汽循环(8)由三个压力级构成，其中每一级都具有一个蒸发器-加热面(32,56,66)和至少一个过热器-加热面(34,57,68)，在蒸汽轮机(4)的高压段(4a)和中压段(4b)之间至少连接一中间过热器-加热面(58)。
5．一种具有如权利要求1至4中任一项所述特征的燃气-蒸汽轮机设备的运行方法，其中利用从燃气轮机(2)中排出的经膨胀降压后的工作介质(AG)中所含的热量来生成蒸汽(HD,MD,ND)，以用于连接在一个由三压力级构成的水-蒸汽循环(8)中的蒸汽轮机(4)，其中，在水-蒸汽循环(8)中流动的供水(S)在通过设置在废热蒸汽发生器(6)中的加热面(34,56,57,58,66,68)时被蒸发汽化和过热，其特征在于，所述流入蒸汽轮机(4)的低压段(4c)中的低压蒸汽(ND)通过与由蒸汽轮机(4)的高压段(4a)排出的中压蒸汽(MD)进行间接热交换而被加热。
6．按照权利要求5所述的方法，其特征在于，在间接热交换时被冷却的中压蒸汽(MD)在废热蒸汽发生器(6)中被加热，并随即被输入蒸汽轮机(4)中。
7．按照权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述废热蒸汽发生器(6)中产生的中压蒸汽(MD)与被冷却的中压蒸汽(MD)在废热蒸汽发生器(6)中一起被过热。
8．按照权利要求5至7中任一项所述的方法，其特征在于，在废热蒸汽发生器(6a)中产生的低压蒸汽(ND)与通过间接热交换被加热的低压蒸汽(ND)相混合。
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