CN1313714C - 运行燃气和蒸汽轮机装置的方法及相应的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种运行燃气和蒸汽轮机装置(1)的方法，该装置(1)包括一台既可用燃气也可用燃油工作的燃气轮机(2)。当该燃气轮机从用燃气工作转换到用燃油工作时，由第一部分加热的给水(S′)水流(t1)和第二部分比较冷的给水(S)水流(t2)构成的混合分流(t12)直接并因而无热交换器地掺入冷的冷凝水(K)中。为此，所述燃气和蒸汽轮机装置(1)包括一根通向冷凝水预热器(36)的用于输送加热给水(S′)的输入管(104)，该输入管(104)具有一个用于混入比较冷的给水(S)的混合点(103)。

Description

运行燃气和蒸汽轮机装置 的方法及相应的装置
技术领域
本发明涉及一种运行燃气和蒸汽轮机装置的方法，其中，由既可用燃气也可用燃油工作的燃气轮机排出的烟气通过废热锅炉流动，锅炉的加热面连接在一个具有一些压力级的汽轮机的水汽循环中，在废热锅炉中已预热的冷凝水在作为与冷凝水相比处于高压状态的给水被加热后作为蒸汽供给汽轮机。
背景技术
在燃气和蒸汽轮机装置中，包含在来自燃气轮机经膨胀作功后的工质或烟气中的热量，被用于产生蒸汽，以供连接在水汽循环中的汽轮机使用。其中，这一热传导在一台连接在燃气轮机下游的废热蒸汽发生器或废热锅炉内进行。在锅炉中设有管道或管束形式的一些加热面。这些加热面又连接在汽轮机的水汽循环中。在这里，水汽循环通常包括多个，例如两个或三个压力级，在每个压力级内作为加热面设有一个预热器和一个蒸发器以及一个过热器。例如由欧洲专利EP 0523467 B1已知此类燃气和蒸汽轮机装置。
在水汽循环中流动的总水量以这样的方式确定，即，使离开废热锅炉的烟气基于所述热传导冷却到约70℃至100℃的温度。这主要意味着，遭遇热烟气的加热面以及为水汽分离所设的压力汽包针对满负荷运行或额定运行来设计，装置效率目前达到约55％至60％。出自于热力学方面的原因，力图使在各加热面内流动并处于不同压力状态的给水的温度，尽可能接近沿废热锅炉流动的基于热交换被冷却的烟气温度的变化曲线。这样做的目的是，使通过各加热面流动的给水与烟气之间的温度差在废热锅炉的任何区域内保持为尽可能小。为了在这种情况下使烟气内所含热量有尽可能高的份额能得到转换，在废热锅炉内附加地设置一个冷凝水预热器，用于加热来自汽轮机的冷凝水。
这种燃气和蒸汽轮机装置的燃气轮机可设计成用不同的燃料工作。若燃气轮机设计为用燃油和用天然气，则燃油作为天然气的所谓备用品在作为燃气轮机的燃料时只能持续短的工作时间，例如100至500H/a。通常燃气和蒸汽轮机装置主要针对用天然气运行的燃气轮机来设计和优化。为了保证在用燃油工作时，尤其在从用天然气工作转换为用燃油工作时，流入废热锅炉内的冷凝水有足够高的入口温度，可按不同的方式从废热锅炉本身提取必要的热量。
一种可能性是全部或部分绕流冷凝水预热器以及冷凝水在一个连接在水汽循环内的给水箱中通过供入低压蒸汽加热。但这种方法在蒸汽压力较低时要求在给水箱内有大体积的和在有些情况下为多级的蒸汽加热系统，当加热时间长时这可能会危及通常在给水箱内进行的脱气。
尤其为了保证冷凝水高效脱气，在给水箱内的冷凝水温度通常保持在130℃与160℃之间的温度范围内。冷凝水的预热一般通过一个供入来自燃料节省器的低压蒸汽或热水的预热器来进行，以便使冷凝水在给水箱内的加热时间尽可能低。尤其在双压或三压力级的装置中热水需要从高压燃料节省器中提取，以便有足够的热量可供使用。然而尤其在三压力级的装置或线路中这样做有严重的缺点，即，必须要另外设置一个外部冷凝水预热器，它必须针对高压和高温或高温差来设计。因此这种方法由于冷凝水预热器成本很高和附加的空间需求是极不理想的。
还存在一种可能性是，当燃气轮机用燃油工作时，冷凝水在给水箱或脱气器内的加热可用供入中间过热器蒸汽的一个分流进行或加以支持。但是这种方法尤其不能应用于没有给水箱或没有脱气器的现代化装置线路中，这主要是因为缺少用于混合预热的相应的设备或器具。
由DE 19736889C1已知一种与所述方法相比可用较低的设备方面和运行方面的费用实施的方法，这种方法以废气热量朝冷凝水预热的方向转移以及设置在水侧的燃料节省器绕流装置为基础。然而这种方法受某些条件要求限制难以实施。
发明内容
因此本发明所要解决的技术问题是提供一种运行燃气和蒸汽轮机装置的方法，此方法在设备方面和运行方面费用低的同时，以有效和有利于装置效率的方式，在流入废热锅炉内的冷凝水的进口温度覆盖大的温度范围的条件下，保证燃气轮机从用燃气工作转换为用燃油工作。此外应提供一种特别适用于实施此方法的燃气和蒸汽轮机装置。
上述技术问题按本发明通过一种运行燃气和蒸汽轮机装置的方法来解决，其中，由既可用燃气也可用燃油工作的燃气轮机排出的烟气通过一个废热锅炉流动，该锅炉的加热面连接在一个具有多个压力级的汽轮机的水汽循环中，在废热锅炉中已预热的冷凝水在作为与冷凝水相比处于高压状态的给水被加热，这些被加热的给水通过进一步加热被蒸发后作为蒸汽供给汽轮机，按照本发明，当燃气轮机从用燃气工作转换到用燃油工作时，由第一部分已加热的给水水流和第二部分比较冷的作为已预热的冷凝水的给水水流构成的混合分流被直接掺入冷的冷凝水中。
加热的给水或热水在一个双压系统，亦即在一个双压装置中从高压汽包提取，或在一个三压系统或一个三压力装置中从高压汽包和/或从中压汽包提取，作为第一部分水流。按另一种方式，第一部分水流的提取也可以在高压燃料节省器或中压燃料节省器出口处进行。
需要时可以附加地提高低压系统的压力，以便使包含在烟气内的热量从低压系统朝在烟气侧连接在低压系统下游的冷凝水预热器方向转移。在这里的关键是，在恰当的地点从水汽循环提取的已加热的形式上为由不同温度的部分给水水流组成的混合水流的给水，在不事先加热亦即不在一个附加的热交换器内换热的情况下，掺入冷的冷凝水中。
本发明考虑问题的出发点是，用于将从水汽循环提取的已加热给水或热水在其压力降低前冷却到冷凝水系统的温度水平，从而可以取消用于防止在与压力下降装置的接头中形成蒸汽的附加的热交换器，只要在已加热的给水中在其压力降低前掺入这样一个有同样高的压力但温度较低的给水的部分水流，使所形成的混合温度处于冷凝水系统中的沸点以下即可。
在这里，尤其在一个三压系统中，已加热的给水可从中压系统中提取、从高压系统中提取或从这两个系统中提取。这种提取主要取决于冷凝水所需要的加热量，以及取决于燃气轮机在只是作为备用工作方式用燃油工作时最低所应维持的装置效率。
本发明所提出的技术问题还通过一种燃气和蒸汽轮机装置来解决，其包括一台既可用燃气也可用燃油工作的燃气轮机和一台连接在燃气轮机下游废气侧的废热锅炉，该锅炉的加热面连接在一个至少包括一个低压级和一个高压级的汽轮机的水汽循环中，按照本发明，设有一根流出侧通向一个设在废热锅炉内作为加热面的冷凝水预热器进口侧并有一混合点的输入管，该输入管的入流侧与在水汽循环内的压力汽包的出水侧相连接和/或与设在废热锅炉内作为加热面的燃料节省器的出口侧相连接，其中，当燃气轮机从用燃气工作转换到用燃油工作时，一个可调整的比较冷的第二部分给水水流，通过混合点被供入从压力汽包或从燃料节省器提取出的已加热的并经输入管流动的第一部分给水水流中。
由此可见，为了在燃气轮机从用燃气转换到用燃油工作时，由已加热的给水第一部分水流和比较冷的给水第二部分水流构成的混合水流能直接和因此没有热交换器地掺入冷的冷凝水中，按照本发明令此装置包括一根通往冷凝水预热器的输入加热给水的输入管，这根加热给水输入管具有一个用于供入较冷给水的混合点。
按照本发明的燃气和蒸汽轮机装置的一有利的扩展设计，沿由第一部分水流和第二部分水流在混合点之后构成的混合分流的流动方向，在所述输入管中连接一个阀，该阀用于减小第一部分水流和/或混合分流的压力。
更加有利的是，为了调整第一部分水流，沿其流动方向在混合点之前，在所述输入管中连接至少一个阀。
按照本发明的燃气和蒸汽轮机装置的另一有利设计，设有一根出口侧通入混合点的部分水流管，它的进口侧与一给水泵的压力侧相连。更加优选的是，在所述部分水流管内连接一个用于调节第二部分水流的阀。
采用本发明获得的优点主要在于，虽然在燃气轮机用燃油工作时所要求的输入废热锅炉内水的进口温度与燃气轮机用燃气工作时相比应更高，但也可以在没有附加的热交换器或外部的冷凝水预热器的情况下，通过直接亦即无热交换器地将调整到恰当混合温度的经加热并处于高压状态的给水掺入冷的冷凝水中，以特别简单的措施对所述进口温度进行调整。在这里通过制备一个由两个不同温度的部分给水水流组成的混合分流，以特别简单和有效的方式，使在用燃油工作时直接掺入冷的冷凝水中的混合分流处于已预热或要预热的冷凝水沸点以下的混合温度。由于除此之外通过回流的给水相应地提高了冷凝水预热器内的流量，所以可以取消迄今需要的冷凝水循环泵。尤其是可以在不修改线路的情况下允许蒸汽发生器或锅炉进口温度有一个大的温度范围。
显然，以此方式还可以充分利用高压给水泵的能力储备，因为通常在用燃油工作时与用燃气工作相比，由于较小的燃气轮机功率，所以需要的输送量也较少。由于在线路技术方面按特别有效的方式扩展了工作范围，从而也可以标准化。此外，投资成本特别低。
基于不太复杂的调整和转换，一方面可实现比较简单的工作方式，另一方面可以达到比较高的可靠性，因为在总体上需要较少的主动部件。由于比较少的部件，所以有利地使维护费用和备件持有量也可减少。
附图说明
下面借助附图进一步说明本发明的实施方式。附图1示意表示了一种设计用于从用燃气工作转换为用燃油工作的燃气和蒸汽轮机装置。
具体实施方式
图1所示燃气和蒸汽轮机装置1包括一个燃气轮机装置1a和一个蒸汽轮机装置1b。燃气轮机装置1a包括一个燃气轮机2和与之连接的压气机4以及一个连接在燃气轮机2上游的燃烧室6，该燃烧室6与压气机4的一根新空气管8连接。燃料管10通入燃烧室6，通过燃料管可按选择将作为燃料B的燃气或燃油供入燃烧室6。燃料B在供给压缩空气L的情况下燃烧成用于燃气轮机2的工质或烟气。燃气轮机2和压气机4以及发电机12装在一根共同的涡轮轴14上。
蒸汽轮机装置1b包括一个汽轮机20和与之连接的发电机22以及在水汽循环24中的一个连接在汽轮机20下游的凝汽器26和一台废热锅炉30。汽轮机20具有第一压力级或一个高压部分20a和第二压力级或中压部分20b以及第三压力级或低压部分20c，它们通过一根共同的透平轴32驱动发电机22。
为了将在燃气轮机2中膨胀后的工质或烟气AM供入废热锅炉30，有一根废气管34连接在废热锅炉30的一个进口30a。沿废热锅炉30通过与在水汽循环24内流动的冷凝水K和给水S间接地换热而冷却的来自燃气轮机2的烟气AM，通过废热锅炉的出口30b朝图中未表示的烟囱方向离开废热锅炉30。
废热锅炉30包括一作为加热面的冷凝水预热器36，该冷凝水预热器36的进口侧通过一根其中连接有一冷凝水泵40的冷凝水管38供入来自凝汽器26的冷凝水K。冷凝水预热器36出口侧通向一个给水泵42的吸入侧。为了在需要时绕流此冷凝水预热器36，用一根其中连接一阀46的旁通管44来跨接该冷凝水预热器。
给水泵42设计为一个带有中压提取装置的高压给水泵。它可将冷凝水K置于一个适用于水汽循环24中为汽轮机20高压部分20a配设的高压级50的约120巴(1巴＝1×105帕斯卡)至150巴的压力水平。通过该中压提取装置，冷凝水K借助给水泵42具有一个适用于为汽轮机20的中压部分20b配设的中压级70的约40巴至60巴的压力水平。
借助给水泵42流动的冷凝水K(在给水泵42的压力侧它称为给水S)，部分以高压供给第一高压燃料节省器51或给水预热器，并经由它供往第二高压燃料节省器52。该第二高压燃料节省器52的出口侧通过阀57与高压汽包54连接。
此外，给水S部分以中压通过单向阀71和连接在它下游的阀72供入给水预热器或中压燃料节省器73。该中压燃料节省器73的出口侧通过阀74与中压汽包75连接。类似地，作为水汽循环24中配属于汽轮机20低压部分20c的低压级90的一部分，冷凝水预热器36出口侧通过阀91与低压汽包92连接。中压汽包75与一个设在废热锅炉30内用于构成水汽循环77的中压蒸发器76连接。中压汽包75的蒸汽侧与一中间过热器78连接，后者的出口侧(热Z)通向中压部分20b进口79，在该中间过热器78的进口侧(冷Z)则引入一根与汽轮机20高压部分20a出口80相连接的排汽管81。
给水泵42在高压侧通过两个阀55、56并经由第一高压燃料节省器51和第二高压燃料节省器52以及在需要时设置的另一个阀57通过向高压汽包54。该第二高压燃料节省器52沿给水的流动方向连接在此高压燃料节省器下游而在废热锅炉30内部沿烟气流动方向则设在高压燃料节省器51上游。高压汽包54又与设在废热锅炉30内的高压蒸发器58连接，以构成一个水汽循环59。为了引出新汽F，高压汽包54与一个设在废热锅炉30内的高压过热器60连接，该高压过热器60的出口侧与汽轮20高压部分20a的进口61连接。
高压燃料节省器51、52和高压蒸发器58以及高压过热器60与高压部分20a一起构成水汽循环24的高压级50。中压蒸发器76和中间过热器78与中压部分20b一起构成水汽循环24的中压级70。类似地，一个设在废热锅炉30内并且为构成水汽循环93而与低压汽包92连接的低压蒸发器94，与汽轮机20的低压部分20c一起构成水汽循环24的低压级90。为此低压汽包92在蒸汽侧通过一根蒸汽管95与低压部分20c的进口96连接。在蒸汽管95内通入一根与中压部分20b出口97连接的溢流管98。低压部分20c的出口通过一根蒸汽管100与凝汽器26连接。
燃气和蒸汽轮机装置1的燃气轮机2既可用天然气也可用燃油作为燃料B工作。在燃气轮机2用燃气工作时，供入废热锅炉30的工质或烟气AM有比较高的纯度，此时，水汽循环24和组成该水汽循环的各个装置针对此工作状态设计并优化其效率。在此工作状态下阀101关闭，该阀101处于一根经由阀55与给水泵42的压力侧相连接的部分水流管102内。
在燃气轮机2从用燃气工作转换为用燃油工作时阀101打开。部分水流管102与输入管104的混合点103连通，输入管104沿流动方向105在流出侧通过混合点106与冷凝水管38连接。在输入管104内，沿流动方向105在混合点103之前有一单向阀107，在混合点103之后有阀108。
通过打开阀101或在打开阀101后在燃气轮机2用燃油工作时，在混合管104内引入一可调节的加热给水S′的第一部分水流t1，这一部分水流t1，通过阀109优选地从高压汽包54的出水侧提取。按另一种方案，所述已加热的给水S′作为可调节的第一部分水流t1，也可以通过阀110从第一高压燃料节省器51或通过阀111从第二高压燃料节省器52的出口侧提取。
在图示的三压系统中，作为上述方案的另一种替换方案或辅助措施，作为可调整的第一部分水流t1，也可以从中压燃料节省器73出口侧通过阀112或从中压汽包75出水侧通过阀113提取加热的给水S′。
在混合点103处向已加热的给水S′的第一部分水流t1中掺入比较冷的给水S的第二部分水流t2。此通过部分水流管102流动的第二部分水流t2可借助于阀101调整。如此构成的混合分流t1、2通过混合点106掺入冷的冷凝水K中。第一部分水流t1的温度Ts′在其作为加热的给水S′从高压汽包54提出时例如为320℃。
在作为较冷的给水S的第二部分水流t2的温度Ts例如为150℃时，借助阀109至112或101通过适当调整两部分水流t1和t2的量将混合分流t1、2的混合温度TM调整为210℃。通过混合不同给水温度Ts′或Ts的两个部分水流t1和t2，保证从水汽循环24提取的已加热的给水或热水S′在其减压前在通过混合点106引入冷凝水管38内时冷却到冷凝水系统的温度水平并因而冷却到低于200℃。由此防止在压力减小之后随后就形成蒸汽，在这里阀108用于减小混合分流t1、2的压力。
通过将由不同温度Ts′、Ts的两部分给水的水流t1和t2构成的混合分流t1、2直接亦即无换热器地掺入冷的冷凝水K中，就可以特别简单的措施并尤其在没有附加的热交换器的中间线路的情况下，将燃气轮机2用燃油工作时所需的、与用燃气工作相比较更高的水或锅炉进口温度Tk′调整为例如120至130℃。

Claims (9)

1.一种运行燃气和蒸汽轮机装置(1)的方法，其中，由既可用燃气也可用燃油工作的燃气轮机(2)排出的烟气(AM)通过一个废热锅炉(30)流动，该锅炉的加热面连接在一个具有多个压力级(20a、20b、20c)的汽轮机(20)的水汽循环(24)中，在废热锅炉(30)中已预热的冷凝水在作为与冷凝水相比处于高压状态的给水(S)被加热，这些被加热的给水(S′)通过进一步加热被蒸发后作为蒸汽(F)供给汽轮机(20)，其特征为：当燃气轮机(2)从用燃气工作转换到用燃油工作时，由第一部分已加热的给水(S′)水流(t1)和第二部分比较冷的作为已预热的冷凝水的给水(S)水流(t2)构成的混合分流(t12)被直接掺入冷的冷凝水(K)中。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为：在第一部分水流(t1)的压力降至冷凝水(K)的压力水平前掺入到第一部分水流(t1)中的第二部分水流(t2)被调节成，使混合分流(t12)的温度(TM)处于要预热的冷凝水(K)的沸点以下。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征为：第一部分水流(t1)从设在废热锅炉(30)内作为加热面的高压燃料节省器(51、52)出口侧或一个连接在水汽循环(24)中的高压汽包(54)中提取。
4.按照权利要求1或2所述的方法，其特征为：第一部分水流(t1)从一个在废热锅炉(30)内作为加热面的中压燃料节省器(73)的出口侧或从连接在水汽循环(24)内的中压汽包(75)中提取。
5.一种燃气和蒸汽轮机装置(1)，其包括一台既可用燃气也可用燃油工作的燃气轮机(2)和一台连接在燃气轮机下游废气侧的废热锅炉(30)，该锅炉的加热面连接在一个至少包括一个低压级(20c)和一个高压级(20b)的汽轮机(20)的水汽循环(24)中，其特征在于一根流出侧通向一个设在废热锅炉(30)内作为加热面的冷凝水预热器(36)进口侧并有一混合点(103)的输入管(104)，该输入管(104)的入流侧与在水汽循环(24)内的压力汽包(54、75)的出水侧相连接和/或与设在废热锅炉(30)内作为加热面的燃料节省器(51、52、73)的出口侧相连接，其中，当燃气轮机从用燃气工作转换到用燃油工作时，一个可调整的比较冷的第二部分给水(S)水流(t2)，通过混合点(103)被供入从压力汽包(54、75)或从燃料节省器(51、52、73)提取出的已加热的并经输入管(104)流动的第一部分给水(S′)水流(t1)中。
6.按照权利要求5所述的燃气和蒸汽轮机装置，其特征为：沿由第一部分水流(t1)和第二部分水流(t2)在混合点(103)之后构成的混合分流(t12)的流动方向(105)，在所述输入管(104)中连接一个阀(108)，该阀(108)用于减小第一部分水流(t1)和/或混合分流(t12)的压力。
7.按照权利要求5或6所述的燃气和蒸汽轮机装置，其特征为：为了调整第一部分水流(t1)，沿其流动方向(105)在混合点(103)之前，在所述输入管(104)中连接至少一个阀(109至113)。
8.按照权利要求5或6所述的燃气和蒸汽轮机装置，其特征在于一根出口侧通入混合点(103)的部分水流管(102)，它的进口侧与一给水泵(42)的压力侧相连。
9.按照权利要求8所述的燃气和蒸汽轮机装置，其特征为：在部分水流管(102)内连接一个用于调节第二部分水流(t2)的阀(101)。
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