專利名稱：燃氣－和蒸汽輪機設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種燃氣-和蒸汽輪機設備，它具有一臺連接在燃氣輪機煙氣側之后的余熱蒸汽發(fā)生器，其加熱面連接在蒸汽輪機的水-汽-循環(huán)中。
在燃氣-和蒸汽輪機設備里，燃氣輪機的膨脹工質或煙氣中所含有的熱量被用來為蒸汽輪機生成蒸汽。熱量傳輸在一個連接于燃氣輪機煙氣側之后的余熱蒸汽發(fā)生器內進行，所述加熱面以管或管束的形式設置在余熱蒸汽發(fā)生器內。這些管或管束又連接在蒸汽輪機的水-汽-循環(huán)中。該水-汽-循環(huán)通常包括多個，例如兩個壓力級，其中每個壓力級具有一個預熱-和一個蒸發(fā)加熱面。
對于這類燃氣輪機設備的燃氣輪機上的葉片通常需要進行冷卻，尤其當燃氣輪機上的葉片因工作介質的入口溫度而承受特別強的熱載荷時，更是如此。
可自燃氣輪機設備的空氣壓縮機的后面取出空氣，用于冷卻葉片。空氣經過在空氣壓縮機內的壓縮被強烈加溫。因此需要對所取出的壓縮機空氣進行冷卻，以便保證燃氣輪機的葉片得以充分被冷卻。為了冷卻設置有一熱交換器，壓縮空氣作為熱介質輸入其中。該熱交換器在次級側可設計為蒸發(fā)器，用于從壓縮空氣中吸取其所含熱量，它與蒸汽輪機的水-汽-循環(huán)相連。
但在將蒸發(fā)器的水-汽-混合物輸往余熱蒸汽發(fā)生器時應當留意不要發(fā)生兩相(液相和汽相)分離。因為在兩相分離時會出現凝結水倒流的現象，管道內冷凝水的滴落沖擊可能會導致所不期望發(fā)生的對元部件的損壞。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種上述類型的燃氣-和蒸汽輪機設備，但只需特別少的技術投入就能特別可靠地避免在將蒸發(fā)器的水-汽-混合物輸往余熱蒸汽發(fā)生器時發(fā)生兩相分離。
上述目的按照本發(fā)明是通過這樣一種燃氣-和蒸汽輪機設備來實現的，該設備具有一個連接在燃氣輪機煙氣側之后的余熱蒸汽發(fā)生器，它的加熱面連接在蒸汽輪機的水-汽-循環(huán)中，其中為冷卻葉片有待輸入燃氣輪機內的空氣作為加熱介質流過一個蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器的次級側與所述水-汽-循環(huán)相連，且其次級側出口通入一個集汽室中，該集汽室通過在蒸汽側相互并聯的導引管與一個水-汽-鍋胴相連通，在此，該集汽室具有一些相互連通的分室，其中的每一個分室都分別配備有一根導引管。比較有利的是，在集汽室內為構成相互連通的分室設有一些隔板。在這樣一種設計中，可保證位于集汽室內的水-汽-混合物特別均勻地傳輸給各導引管。
本發(fā)明基于以下構思，即，當水-汽-混合物的流速由于壓力低于某一定值時，才發(fā)生兩相分離。兩相混合物的極限速度(低于該極限速度時會發(fā)生兩相分離)取決于管的通流內徑。較小的內徑雖然能使流速較高，不會發(fā)生兩相分離，但也會限制兩相混合物流過導引管的流量。為了能同時滿足這兩項要求，讓一些具有較小內徑的導引管相互并聯。這樣就應當保證兩相混合物均勻地輸入導引管中。當往每根導引管中輸入近似相等量的蒸汽，而且在集汽室通往各根導引管的流入區(qū)內的蒸汽壓力近似相等時，就能保證均勻地往各根導引管中輸入蒸汽。為此所述集汽室具有一些相互連通的分室，它們分別配備有一根導引管。
正如通過廣泛的試驗已證明的那樣，對于水-汽-混合物來說，35m/s的流速是一個特別理想的極限速度，水-汽-混合物的流速不應當低于這一極限值。當高于這一極限速度時，則在壓力損失、侵蝕和腐蝕的危險性以及阻止兩相分離的可靠度之間有一個特別均衡的關系。因此比較有利的是對導引管的數量及其內徑di進行設計，使得在所有的運行狀況下，在蒸汽輪機設備內流動的水-汽-混合物不會具有低于35m/s的流速。
水-汽-鍋胴比較有利的是在其入口側及出口側與設在余熱蒸汽發(fā)生器內的蒸發(fā)器加熱面相連，以形成循環(huán)。
本發(fā)明的優(yōu)點主要在于通過并聯連接各根導引管，同時將各根導引管分別分配給集汽室的各分室，在將水-汽-混合物從蒸發(fā)器輸往余熱蒸汽發(fā)生器時，能特別可靠地防止水-汽-混合物發(fā)生兩相分離。由此能可靠地避免損壞相應的元部件，使燃氣-和蒸汽輪機設備具有特別長的使用壽命。同時還保證了以特別有利的方式將冷卻葉片用空氣中所含的熱能回饋到蒸汽輪機設備的蒸汽發(fā)生過程中。
下面借助附圖所示實施例對本發(fā)明予以詳細說明，附圖中

圖1簡略示出一燃氣-和蒸汽輪機設備；圖2簡略示出圖1所示設備的集汽室。
圖1簡略示出的燃氣-和蒸汽輪機設備2包括一個燃氣輪機設備2a和一個蒸汽輪機設備2b。燃氣輪機設備2a包括一個燃氣輪機4以及一個與之相連接的空氣壓縮機6。空氣壓縮機6的入口連接在一個為抽吸空氣L而設置的吸氣管8上。燃氣輪機4通過一根為輸送工作介質AM而設置的輸送管10串接在一個燃燒室12后面，該燃燒室12與空氣壓縮機6的一根新氣導管14相連。一根為輸送燃料B而設置的燃料管16通入燃氣輪機4的燃燒室12中。燃氣輪機4和空氣壓縮機6以及一個發(fā)電機18均支承在同一根軸20上。
所述蒸汽輪機設備2b包括一個蒸汽輪機22以及一個與之相連的發(fā)電機24，而在水-汽-循環(huán)26中則具有一個串接在蒸汽輪機22之后的冷凝器28以及一個余熱蒸汽發(fā)生器30。蒸汽輪機22由一個第一壓力級或稱高壓段22a和一個第二壓力級或稱中壓段22b以及一個第三壓力級或稱低壓段22c組成，它們通過同一根驅動軸32來驅動發(fā)電機24。
為了將在燃氣輪機4內膨脹作功后的工作介質AM′或稱煙氣輸入余熱蒸汽發(fā)生器30中，將一根廢氣管34連接在余熱蒸汽發(fā)生器30的一個入口30a處。膨脹作功后的工作介質AM′離開燃氣輪機4進入余熱蒸汽發(fā)生器30中，再通過其出口30b流往一個圖中未進一步示出的排氣煙囪。
余熱蒸汽發(fā)生器30在水-汽-循環(huán)26的一個第一壓力級或高壓級中包括一個高壓預熱器或稱燃料節(jié)省器36，它與一個水-汽-鍋胴38相連。水-汽-鍋胴38與一個設置在余熱蒸汽發(fā)生器30中的蒸發(fā)器加熱面40相連，以形成一個水-汽-循環(huán)42。為了輸出新汽F，高壓鍋胴38與一個設置在余熱蒸汽發(fā)生器30中的高壓過熱器44相連，該過熱器44的出口又與蒸汽輪機22的高壓段22a的進汽口46相連通。
蒸汽輪機22的高壓段22a的排汽口48通過一根蒸汽管50(“冷的Zü”)與一個中間過熱器52相連，其出口54又通過一根蒸汽管56與蒸汽輪機22的中壓段22b的進汽口58相連。該中壓段的排汽口60又通過一根溢流管62與汽輪機22的低壓段22c的進汽口64相連。蒸汽輪機22的低壓段22c的排汽口66通過一根蒸汽管68與冷凝器28相連。該冷凝器通過一根供水管70與燃料節(jié)省器36連接，從而形成一閉合的水-汽-循環(huán)26。一個供水池72和一個供水泵74接入該供水管70中。
在圖1所示的實施例中，只詳細示出了水-汽-循環(huán)26的第一級。但在余熱蒸汽發(fā)生器30中還設置了另外一些未進一步詳細示出的加熱面，它們分別與水-汽-循環(huán)26的一個中壓級或低壓級相配置。這些加熱面以有利的方式與蒸汽輪機22的中壓段22b的進汽口58或與蒸汽輪機22的低壓段22c的進汽口60相連通。
燃氣輪機設備2a的燃氣輪機4配備有一個葉片冷卻裝置。在此，冷卻空氣L″可輸給燃氣輪機4有待冷卻的葉片。為此從空氣壓縮機6的新氣管14分出一根為壓縮空氣L′設置的空氣導管76通入一個蒸發(fā)器78中。該蒸發(fā)器78的出口通過一根冷卻空氣管80與燃氣輪機4相連。
蒸發(fā)器78的次級側與蒸汽輪機設備2b的水-汽-循環(huán)26相連。蒸發(fā)器78的入口為此通過一根輸入管82與供水池72相連。一集汽室84串接在蒸發(fā)器78的次級側出口之后，該集汽室通過一些導引管86與水-汽-鍋胴38相連。
在圖2中詳細示出的集汽室84通過隔板88被分成一些相互連通的分室90。集汽室84的入口與蒸發(fā)器78的一些蒸發(fā)管92相連。集汽室84的出口與一些導管86相連。在此，集汽室84的每一分室分別配備有一根導引管86。
為冷卻燃氣輪機4葉片所需的空氣L通過吸氣管8輸送給空氣壓縮機6，并可從空氣壓縮機6之后的出口側的新氣管道14中提取出。然而被壓縮后的空氣L′具有一個對于冷卻葉片而言過高的溫度，因此對壓縮空氣L′進行冷卻是必需的，這要在蒸發(fā)器78內進行。冷卻后的空氣L″通過燃氣輪機4的空氣管道80可輸去冷卻葉片。
在冷卻空氣時產生的熱量可輸入蒸汽輪機設備2b的水-汽-循環(huán)26中。供水為此由供水池72通過一水管82輸入蒸發(fā)器78中。供水通過冷卻蒸發(fā)器78內的壓縮空氣L′被部分蒸發(fā)。由此在蒸發(fā)器78中形成的水-汽-混合物通過一些導引管86輸入水-汽-鍋胴38中。為了在將水-汽-混合物從蒸發(fā)器78輸入水-汽-鍋胴時不會產生兩相分離的現象，導引管86具有一個管內徑di，它保證兩相混合物的流速不會低于35m/s。此外，在導引管86和蒸發(fā)器78之間連接有集汽室84，它通過隔板分成若干相互連通的分室90，它們具有近似相等的蒸汽壓力。各分室分別配備有一根導引管86，由此可保證特別均勻地將水-汽-混合物輸入導引管86中。
通過將集汽室84連接在導引管86和蒸發(fā)器78之間，可以在技術投入特別少的情況下，保證在將水-汽-混合物從蒸發(fā)器78輸往水-汽-鍋胴38時不會發(fā)生兩相分離。燃氣-和蒸汽輪機設備2由此具有特別高的壽命，因為已能特別可靠地避免各元部件受損。除此之外，以特別有利的方式就能保證對設備內產生的廢熱進行回收利用。
權利要求
1．一種燃氣-和蒸汽輪機設備(2)，它具有一個在燃氣輪機(4)煙氣例之后連接的余熱蒸汽發(fā)生器(30)，該余熱蒸汽發(fā)生器的加熱面連接在一個蒸汽輪機(22)的水-汽-循環(huán)(26)內，其中有待輸入燃氣輪機(4)內冷卻其葉片的冷卻空氣(L′)作為熱介質通過一蒸發(fā)器(78)，該蒸發(fā)器(78)的次級側與水-汽-循環(huán)(26)相連，同時其次級側出口通入一集汽室(84)中，該集汽室通過一些在蒸汽側并聯連接的導引管(86)與一個水-汽-鍋胴(38)相連，所述集汽室(84)具有一些相互連通的分室(90)，這些分室(90)通過設置一些隔板(88)來構成，且分別配備有各自的一根導引管(86)。
2．如權利要求1所述的燃氣-和蒸汽輪機設備(2)，其中，所述導引管(86)在其數量及其內徑di上被設計成，能在燃氣-和蒸汽輪機設備(2)的所有運行狀態(tài)下，使在其中流動的水-汽-混合物的流速不會低于35m/s。
3．如權利要求1或2所述的燃氣-和蒸汽輪機設備(2)，其中，所述水-汽-鍋胴(38)為形成一個水-汽-循環(huán)回路(42)與一個設置在余熱蒸汽發(fā)生器(30)中的蒸發(fā)器加熱面(40)連接。
全文摘要
一種燃氣—和蒸汽輪機設備(2),它具有一個在燃氣輪機(4)煙氣側之后連接的余熱蒸汽發(fā)生器(30),該余熱蒸汽發(fā)生器的加熱面連接在一個蒸汽輪機(22)的水－汽－循環(huán)(26)內,通過一個蒸發(fā)器(78),冷卻后的空氣(L”)可輸入燃氣輪機(4),以冷卻其葉片。該蒸發(fā)器的次級側與水－汽－循環(huán)(26)相連,且其次級側出口通入一個集汽室(84)中。集汽室(84)又通過一些在蒸汽側并聯連接的導引管(86)與一個水－汽－鍋胴(38)相連。由此以特別小的技術投入就能保證在將水－汽－混合物從蒸發(fā)器(78)輸往水－汽－鍋胴(38)時,能特別可靠地阻止發(fā)生兩相分離。為此,集汽室(84)按照本發(fā)明具有一些相互連通的分室(90)，它們分別配備有一根導引管(86)。
文檔編號F22B1/18GK1299436SQ99805680
公開日2001年6月13日 申請日期1999年4月29日 優(yōu)先權日1998年5月6日
發(fā)明者克勞斯·格布克, 托馬斯·格雷斯, 漢斯－喬基姆·蒂爾 申請人:西門子公司