專利名稱：燃氣和蒸汽輪機設(shè)備及其運行方法
燃氣和蒸汽輪機設(shè)備及其運行方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于運行燃氣和蒸汽輪機設(shè)備的方法，其中從燃氣輪機 流出的煙氣被導引通過廢熱蒸汽發(fā)生器，并且用于驅(qū)動蒸汽輪機的流動介質(zhì) 在包含一些壓力級的流動介質(zhì)回路中被導引，其中，至少一個壓力級具有蒸 發(fā)循環(huán)，該蒸發(fā)循環(huán)帶有汽包，帶有一些連接在汽包上的下降管和一些接在 下降管下游的、同樣連接在汽包上并通過廢熱蒸汽發(fā)生器中的煙氣加熱的上 升管。本發(fā)明還涉及為這種運行方法設(shè)計的燃氣和蒸汽輪機設(shè)備。
在燃氣和蒸汽輪機設(shè)備中，包含在膨脹的工作介質(zhì)或從燃氣輪機中出來 的煙氣中的熱量被用于蒸發(fā)流動介質(zhì)，通常是水。如此產(chǎn)生的(水)蒸汽然后 被用于驅(qū)動蒸汽輪機。在此，熱傳遞在接在燃氣輪機煙氣側(cè)下游的廢熱蒸汽 鍋爐或廢熱蒸汽發(fā)生器中實現(xiàn)，其中設(shè)置有形式為管或管束的加熱面，待蒸 發(fā)的流動介質(zhì)經(jīng)過所述加熱面。加熱面通常也是包括蒸汽輪機和在其流動介 質(zhì)方面接在下游的冷凝器的流動介質(zhì)回路的組成部分，例如是一個水-蒸汽-回路的組成部分，其中，由蒸汽輪機流出的膨脹過的流動介質(zhì)在冷凝器中冷 凝之后重新被輸送至廢熱蒸汽發(fā)生器的加熱面。除了蒸發(fā)加熱面之外，也可 以在廢熱蒸汽發(fā)生器中設(shè)置其它的加熱面，尤其是用于預(yù)熱冷凝液或給水， 或用于使產(chǎn)生的蒸汽過熱。此外，也可以在廢熱蒸汽發(fā)生器中集成附加燃燒 器，例如油燃燒器，以便要么將煙氣的溫度提高到高于其從燃氣輪機流出時 的水平，要么為了在燃氣輪機去耦合或不運行時還能保持廢熱蒸汽鍋爐中的 蒸汽產(chǎn)生(所謂的燃油運行)。
通常，流動介質(zhì)回路包括多個，例如三個分別帶有一個自有的蒸發(fā)器部 段的壓力級。這種類型的蒸發(fā)器部段的、基于其相對簡單的結(jié)構(gòu)及其相對簡 單的可操縱性已證明可靠的構(gòu)造方案和設(shè)計方案至少在臨界蒸汽壓力以下 的范圍內(nèi)按自然循環(huán)原理工作。在此，設(shè)置在廢熱蒸汽發(fā)生器的煙氣-流動 通道上面的汽包(有時其也被稱作"上汽包，，)用作從冷凝泵或供水泵輸入的、
運行過程中，由于其自身重力或水柱的靜液壓力驅(qū)動，水儲量的一部分連續(xù) 地通過連接在底部或溢流槽上的未加熱下降管向下下降。通過一個連接在中間的匯集器，有時被稱為"下汽包"，下降的水分配到一些相互并聯(lián)且集束 成加熱面的上升管中，所述上升管通過包含在煙氣中的熱量和/或由廢熱蒸汽 鍋爐的附加燃燒器產(chǎn)生的輻射熱加熱，在上升管中發(fā)生希望的蒸發(fā)。在此， 由上升管形成的加熱面可以設(shè)置成廢熱蒸汽鍋爐的包封壁的一部分，或者以 屏形加熱面的類型設(shè)置在由包封壁包圍的煙氣-流動通道的內(nèi)部。
由于其相對液態(tài)凝聚狀態(tài)減小的比重，在上升管中通過水的(部分)蒸發(fā) 產(chǎn)生的水-蒸汽-混合物上升，并最后在液面上方再次進入汽包，由此完成蒸 發(fā)循環(huán)。在汽包中發(fā)生也稱為相分離的水-蒸汽-分離，在飽和蒸汽條件下存 在于水面上的水蒸汽通過連接在汽包的頭部的蒸汽抽取管抽出，并且必要時 在經(jīng)過過熱之后輸送到其進一步的應(yīng)用，例如用于驅(qū)動蒸汽輪機。
基于強制循環(huán)原理的蒸發(fā)級類似地構(gòu)造，然而具有一個連接在蒸發(fā)環(huán)路 中的循環(huán)泵，該循環(huán)泵支持或強制水或水-蒸汽混合物的循環(huán)。
基于加熱管或上升管通常使用的管壁材料有限的熱負荷能力，按照現(xiàn)有 知識和技術(shù)一定要保證，在上述類型的燃氣和蒸汽輪機設(shè)備運行過程中各蒸 發(fā)級的上升管在所有的運行狀態(tài)下都能足夠地被供應(yīng)流動介質(zhì)，通常是水或 水-蒸汽混合物。在此的目的是，通過從管內(nèi)壁面到在此部分蒸發(fā)的流動介 質(zhì)的熱傳遞保證一定的對于管壁的最低冷卻，并因此避免蒸發(fā)循環(huán)可能的損
壞以及隨此發(fā)生的運行危險。換句話說，在所有情況下應(yīng)避免蒸發(fā)器發(fā)生 所謂的干運行或以下降的水位運行，此時，汽包中以及連接在該汽包上的下 降管中的液柱下降到下降管與汽包的連接處以下的水平或者甚至下降管和 連接在下降管下游的上升管都完全"干運行"，以致實際上完全沒有流動介
質(zhì)流過。
這種考慮也作為迄今為止使用的、國際通用的DIN EN 12952標準型調(diào) 節(jié)器的基礎(chǔ)，按照所述標準的第l部分，該調(diào)節(jié)器適用于"容積2升以上， 用于產(chǎn)生蒸汽和/或熱水的水管鍋爐，允許的壓力大于0.5bar,溫度高于 ll(TC"，而按所述標準的第7部分，汽包中允許的最低水位確定為"高于汽 包最大受熱部位以及下降管與鍋爐汽包相連接的最上面連接處(上邊 緣)150mm"。盡管在2002年德國采用的、國際適用的后續(xù)標準DIN正C 61508 和DIN正C 61511中不再明確包含這種詳細的規(guī)定，而是采用更靈活的框架 性規(guī)定，可是在其中詳細說明的安全要求總體上絕不可能下降。
為了例如即便在廢熱蒸汽發(fā)生器的負荷快速變化時或供水意外中斷或
5干擾中斷時也能夠可靠地保證維持汽包中的液態(tài)流動介質(zhì)所謂的最小液面 高度，尤其是在后 一種情況下為將存在于系統(tǒng)中的剩余熱以可靠且節(jié)約材料 的方式排出，汽包的容積以及在正常運行時預(yù)先保持在汽包中的流動介質(zhì) (供水)量通常在考慮"安全沖擊"的情況下設(shè)計得相對較大。然而，這會導 致相應(yīng)高的制造耗費并因此高的制造成本。
根據(jù)在汽包中保持最小水位的特殊意義，在目前的設(shè)備中還進行三倍冗 余的測量或監(jiān)測汽包底部或下降管的上邊緣上的當前液面高度，這要求相對 耗費地設(shè)計所屬的安全技術(shù)裝置。 一旦從三個水平測量中的三選二表明水位
下降到預(yù)定的極限值以下，例如按照DINEN 12952的150mm以下，將通過
過快速關(guān)閉燃氣輪機，或者通過操縱相應(yīng)的閥門將廢氣導入旁通煙囪，也就 是繞過廢熱蒸汽發(fā)生器。因為希望有盡可能高的設(shè)備可用性，這種快速關(guān)閉 顯然是不希望的。
此外，前述在油運行時保持中壓汽包(MD-汽包)和低壓-汽包(ND-汽包)
的水位在最低水平之上需要對廢氣高壓和中壓系統(tǒng)的燃料節(jié)省器以及冷凝 預(yù)熱器進行復雜的進入溫度控制。在油運行時由于不同的運行條件的穩(wěn)定狀 態(tài)的變化導致廢熱蒸汽發(fā)生器中的內(nèi)部的熱轉(zhuǎn)移，其影響中央和低壓蒸發(fā)器 的熱吸收。這例如會導致MD-和ND-汽包的汽包水位的波動以及ND-汽包中 不希望的高的壓力上升。為了能夠?qū)⑦@種波動維持在所要求的運行界限內(nèi)， 必須通過HD-和MD-燃料節(jié)省器-旁通閥額外地相應(yīng)疊加地調(diào)節(jié)水量，這要 求增大的調(diào)節(jié)耗費。
最后，當前要求在ND-汽包中保持最低水位，恰恰在從基本設(shè)想出發(fā)尤 其感興趣的、專利文獻DE10004178C1所詳細說明的運行方式"睡眠模式" 中(在所述"睡眠模式"下，例如在蒸汽輪機快速關(guān)閉過程中在HD-級中產(chǎn) 生的HD-蒸汽通過旁通管直接繞到冷凝器(繞道運行)，而通過針對性地壓力 轉(zhuǎn)移和廢熱蒸汽發(fā)生器中的熱釋放和熱吸收的轉(zhuǎn)移則使MD-蒸汽和ND-蒸 汽的產(chǎn)生停頓下來)，由于需要設(shè)計得相對較大的ND-汽包導致更多的成本。 在此，在蒸汽輪機快速關(guān)閉時，ND-汽包中的水位下降由于針對性導致的、 ND-系統(tǒng)中的壓力升高而特別猛烈。因此，與設(shè)計方案的原來朝向相反，在
(Niederdruckumleitstation)。因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是給出開頭所述類型的、用于運行燃 氣和蒸汽輪機設(shè)備的方法，該方法在高度可靠性和高度運行安全性的同時可 靈活地與設(shè)備的各種類型的運行狀態(tài)相適應(yīng)，并且該方法使得可以尤其廉價 地設(shè)計各蒸發(fā)循環(huán)的部件。此外，還給出一種適用于實施該方法的燃氣-和 蒸汽輪機設(shè)備。
關(guān)于方法而言，該技術(shù)問題由此解決，即，監(jiān)測由流動介質(zhì)在連接在汽 包上的下降管中形成的液柱的高度。
本發(fā)明從這樣的考慮出發(fā)，基于新近在用于蒸發(fā)器加熱管的材料技術(shù)和 材料發(fā)展上取得的進步，不同于迄今為止在專業(yè)領(lǐng)域的代表性觀點，將燃氣 和蒸汽輪機設(shè)備設(shè)計得既有技術(shù)可行性，又可在給定的經(jīng)濟邊緣條件下有實
際竟爭力，其中可至少短暫地在特別的運行狀態(tài)中允許蒸發(fā)循環(huán)的局部或完 全干運行，亦即短暫地容忍下降管中的液位下降到蒸發(fā)汽包的水平以下。
在此，為避免永久的材料損傷和因此發(fā)生的運行危險， 一方面，設(shè)置在 廢熱蒸汽發(fā)生器的流動通道中的上升管或由該上升管形成的加熱面在其耐 溫性方面針對通常在設(shè)備運行時在其安裝位置范圍內(nèi)出現(xiàn)的廢氣溫度設(shè)計，
例如在MD-蒸發(fā)器為300。C或在ND-蒸發(fā)器為200°C。因此，在溫度設(shè)計時， 對于可能的干運行，從現(xiàn)在開始不再考慮迄今為止所認為的應(yīng)當始終通過通 常在管中導引的流動介質(zhì)來冷卻管壁。本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的許多種鋼材都 可輕易地滿足這種要求，部分鋼材的溫度應(yīng)用極限在400°C以上，并且其使 用從經(jīng)濟性方面看也是有理的。
另 一 方面，用于這種類型的燃氣和蒸汽輪機設(shè)備以及尤其是用于各蒸發(fā) 循環(huán)的、迄今常見的監(jiān)測和安全方案，應(yīng)始終不渝地與相對迄今的設(shè)計原則 有所改變的熱負荷及有損蒸發(fā)器部件的結(jié)構(gòu)完整性的危害情況相適應(yīng)。作為 所屬監(jiān)測系統(tǒng)的一個中央輸入?yún)?shù)，并且為決定必要時需采取的安全措施的 類型及范圍，應(yīng)在此首先測取一次測量參數(shù)，該測量參數(shù)能可靠地顯示是否 有干運行及其"程度"。
出于該原因，根據(jù)在此之前提出的技術(shù)解決方案，在迄今常見的測量汽 包中液面的水平之外，還通過測量技術(shù)監(jiān)測由液態(tài)的流動介質(zhì)在蒸發(fā)循環(huán)的 下降管中形成的液面高度。換句話說，測量裝置不僅詢問液位是否完全下降 到汽包中的最低水平之下或下降到下降管連接處的水平之下，而且通過至少 另 一個高度水平或多個分散在下降管內(nèi)部的高度測量點監(jiān)測并在測量技術(shù)解決，從而更詳細地量化該狀態(tài)。當然，也可以連續(xù)或近乎連續(xù)地測量下降 管中的液位高度，為此相宜地利用布置在下管端部的分配匯集器作為參考 ;、。
如果多個下降管連接在汽包上并且以流動方面并聯(lián)或平行連接的方式 與公共的匯集器連接，那么按照各管相互連通的原理，通常在所有的下降管 中形成同 一液位高度，因此有利地僅需監(jiān)測 一個管中的液位。
在一種有利的設(shè)計中，還監(jiān)測上升管區(qū)域中的煙氣的溫度，其中，在所 述下降管中的液位處于所述蒸發(fā)汽包上的連接處以下的運行狀態(tài)中， 一旦連 接在所述下降管下游的所述上升管所在區(qū)域中的煙氣的溫度超過預(yù)定的極 限值，就引入安全措施。
因此，通過這種方式，在伴隨尤其高的損壞情形的、可能直接即將發(fā)生 或已經(jīng)發(fā)生干運行或流動介質(zhì)流量減小的運行狀態(tài)中，監(jiān)測從外面作用在上 升管上的加熱溫度，并且在超過視為臨界的值時觸發(fā)安全反應(yīng)。在此，也尤 其可以確定階梯分級的極限值，其中，在超過第一極限值時首先還相對"溫 和"，然而，在增大程度地繼續(xù)升溫時引入更強烈的抑制措施。
在此，各溫度-極限值有利地根據(jù)通過測量所測定的下降管中的液位來 預(yù)先確定。這樣一來，流過連接在下游的上升管并在其中蒸發(fā)的流動介質(zhì)的 剩余量的冷卻影響，可以在決定所引入安全措施的類型和時間點時恰當?shù)丶?以考慮。
第一相對溫和的安全措施優(yōu)選是，打開在流動介質(zhì)側(cè)接在蒸發(fā)循環(huán)上游 的冷凝液預(yù)熱器的旁通管或在煙氣側(cè)設(shè)置在蒸發(fā)循環(huán)前面的供水預(yù)熱器的 旁通管，以便防止在各種負載變換狀態(tài)，尤其是在燃氣和蒸汽輪機設(shè)備啟動 或關(guān)閉時，在相關(guān)蒸發(fā)器前超過允許的煙氣溫度。如果接著又開始了正常的 運行并且在相關(guān)蒸發(fā)級又產(chǎn)生蒸汽，那么向各蒸發(fā)系統(tǒng)填充來自接在上游的
燃料節(jié)省器(在MD-蒸發(fā)器)或來自冷凝液預(yù)熱器(在ND-蒸發(fā)器)的熱水。通 過針對性地關(guān)閉冷的冷凝液預(yù)熱器-旁通或燃料節(jié)省器-旁通提高各自的加熱 溫度，并且再次開始產(chǎn)生蒸汽。
尤其在帶有冷凝液預(yù)熱器， 一連接在冷凝液預(yù)熱器下游的、用于MD-蒸發(fā)器的供水的MD-燃料節(jié)省器和連接在MD-燃料節(jié)省器下游的、用于HD-級的HD-燃料節(jié)省器的三級-壓力-系統(tǒng)中，冷凝液預(yù)熱器旁通管或MD-燃料 節(jié)省器的旁通管在標準狀態(tài)下的打開，(如在DE10004187C1中所記載的那
8樣，HD-蒸發(fā)器在煙氣側(cè)設(shè)置在MD-蒸發(fā)器之前，而MD-蒸發(fā)器又設(shè)置在 ND-蒸發(fā)器之前)導致有利的副效應(yīng)，使得現(xiàn)在HD-級的蒸發(fā)循環(huán)也可以相對
被吸收較多的熱量。MD-加熱面和ND-力口熱面區(qū)域內(nèi)的(相對高壓級原本適 度的)溫度負荷因此在需要時尤其迅速且有效地減小。因此，正好在這種有 效的、需要時可激活的安全措施中可以尤其好地容忍MD-和/或ND蒸發(fā)循 環(huán)經(jīng)過的干運行。
在此，有利地既監(jiān)測MD-和/或ND-蒸發(fā)器的下降管中的液柱的高度， 也監(jiān)測各自的煙氣溫度，其中，這兩個壓力級中的一個可能出現(xiàn)的過載狀態(tài)， 可根據(jù)配屬于所述壓力級的兩種參數(shù)，亦即液位高度和加熱面的安裝位置處 的煙氣溫度而推導得出。在確定溫度極限值以采取相應(yīng)的安全措施時，相宜 地考慮空間變化的加熱型面以及可能不同的材料選擇和對于各種蒸發(fā)循環(huán) 的溫度設(shè)計。
另一強烈的安全措施在于，使燃氣輪機功率減小或快速關(guān)閉，或者例如
本發(fā)明就裝置而言的技術(shù)問題通過一種燃氣和蒸汽輪機設(shè)備解決，其 中，用于測量由流動介質(zhì)在連接在汽包上的下降管中所形成的液柱高度的液 位測量裝置在信號輸出側(cè)與用于燃氣和蒸汽輪機設(shè)備的監(jiān)測和控制裝置連接。
另外有利的是，監(jiān)測和控制裝置在信號輸入側(cè)與監(jiān)測上升管所在區(qū)域中 的煙氣溫度的溫度測量裝置連接，并且這樣地設(shè)計，即，在下降管中的液位 位于汽包的連接處下面的運行狀態(tài)下， 一旦由溫度測量裝置測得的溫度超過 預(yù)定的極限值，監(jiān)測和控制裝置隨即啟動安全措施。
通過本發(fā)明實現(xiàn)的優(yōu)點尤其在于，通過堅持不懈地設(shè)計設(shè)備架構(gòu)和所屬 的保險和監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)了 ，在具有廢熱蒸汽發(fā)生器的燃氣和蒸汽輪機設(shè)備 中，在需要時，基于自然循環(huán)原理的蒸發(fā)系統(tǒng)，尤其是MD-和/或ND-蒸發(fā) 系統(tǒng)能夠沒有危險地在水位遠低于當時確定的最低水位的情形下運行，或者 甚至使加熱面干運行，而在此不必調(diào)整廢氣發(fā)生器或燃氣輪機的運行。尤其 是根據(jù)某些運行方式能夠沒有安全損失地在各蒸發(fā)循環(huán)中設(shè)定靈活的最小 水位,，
可以證明，這種新的方案也滿足由新標準DIN IEC61508和DIN IEC61511規(guī)定的安全標準或者甚至滿足超出這些標準的更嚴格標準。如果蒸發(fā)
循環(huán)中的水位可以沒有危險地下降到汽包水平以下，那么在蒸汽輪機調(diào)節(jié)閥 快速關(guān)閉或快速負載變化時，廢熱蒸汽發(fā)生器的快速中斷危險明顯下降。因 此，進一步提高燃氣和蒸汽輪機設(shè)備的可用性，尤其在快速啟動時，對平衡 電網(wǎng)中的短暫的需求波動和供電波動有重要意義。尤其在沒有旁通-煙囪-閥 的燃氣和蒸汽輪機設(shè)備中，廢熱蒸汽發(fā)生器較小的快速中斷危險導致較小的 負荷并因此導致對于燃氣輪機大體相當?shù)倪\行時間。因此，可以在保持相同 的安全水平時延長燃氣輪機維修間隔。
此外，按本發(fā)明的方案使得蒸發(fā)系統(tǒng)在制造耗費上通常尤其耗成本的部
件可更廉價地設(shè)計和構(gòu)造，因為尤其是MD-和ND-蒸發(fā)汽包可以比迄今所需 要的更緊湊地設(shè)計。這尤其在上述運行方式"睡眠模式"的框架中對于省略 用于ND-蒸發(fā)器的低壓繞流站意義重大，因為為實施該運行方式所需的汽包 增大現(xiàn)在可以設(shè)計得相應(yīng)更小或者甚至完全去掉。最后，在油運行時為保持 冷凝液預(yù)熱器和燃料節(jié)省器-進入溫度的調(diào)節(jié)技術(shù)方面的耗費也比迄今為止 的耗費小。
在相應(yīng)變換和適配的情況下，在此介紹的方案也可以應(yīng)用在帶有基于強 制循環(huán)原理的蒸發(fā)級的燃氣和蒸汽輪機設(shè)備中。
以下根據(jù)附圖詳細說明本發(fā)明的一種實施形式。其中在各示意圖中示出
了


圖1是燃氣和蒸汽輪機設(shè)備，和
圖2是圖1的局部剖切圖，其中，為了燃氣和蒸汽輪機設(shè)備的重要部件 的更好的可識別性省略了圖1中的一些細節(jié)或在制圖上輕微變化的形式示出。
兩附圖中相同的部件用同 一附圖標記表示。
按圖1的燃氣和蒸汽輪機設(shè)備1包括燃氣輪機設(shè)備la和蒸汽輪機設(shè)備lb。
燃氣輪機設(shè)備la包括燃氣輪機2以及耦合的空氣壓縮機4和連接在該 燃氣輪機2上游的燃燒室6，在該燃燒室中，燃料B在從空氣壓縮機4輸入 壓縮的空氣的情形下燃燒得到工作介質(zhì)或用于燃氣輪機2的燃氣A。燃氣輪 機2和空氣壓縮機4以及發(fā)電機8位于一根公共的透平軸10上。
蒸汽輪機設(shè)備lb包括蒸汽輪機12以及耦合的發(fā)電機14和在設(shè)計為水-
10蒸汽-回路的流動介質(zhì)回路中連接在蒸汽輪機12下游的冷凝器18以及廢熱
蒸汽發(fā)生器20。蒸汽輪機12具有第一壓力級或高壓部分12a和第二壓力級 或中壓部分12b以及第三壓力級或低壓部分12c,它們通過一根公共的透平 軸22驅(qū)動發(fā)電機14。
為將在燃氣輪機2中膨脹的工作介質(zhì)或者煙氣R輸送到廢熱蒸汽發(fā)生器 20，在廢熱蒸汽發(fā)生器20的輸入側(cè)連接有廢氣導管24。來自燃氣輪機2的 膨脹做功后的煙氣R在廢熱蒸汽發(fā)生器20的出口側(cè)朝未示出的煙囪離開廢 熱蒸汽發(fā)生器20。
廢熱蒸汽發(fā)生器20包括作為加熱面的冷凝液預(yù)熱器26，其在輸入側(cè)通 過其中連接有冷凝泵30的冷凝導管28供應(yīng)來自冷凝器18的冷凝液K。冷 凝液預(yù)熱器26在出口側(cè)通到供水泵34的抽吸側(cè)。為在需要時繞流冷凝液預(yù) 熱器26，該冷凝液預(yù)熱器通過旁通導管36搭接，在該旁通導管中連接有可 電動操縱的閥38。
供水泵34在本實施形式中設(shè)計為帶有中壓抽取頭的高壓供給泵。該泵 將冷凝液K帶到適于流動介質(zhì)回路16配屬于蒸汽輪機12的高壓部分12a 的高壓級40的壓力水平。通過供水泵輸送的冷凝液K在供水泵34的壓力側(cè) 稱為供水S,該供水也以中壓輸送到供水預(yù)熱器42。供水預(yù)熱器42在出口 側(cè)連接在中壓汽包44上。類似地，冷凝液預(yù)熱器26在出口側(cè)通過可電動操 縱的閥46連接在低壓汽包48上。
中壓-汽包44與設(shè)置在廢熱蒸汽發(fā)生器20中的中壓-蒸發(fā)器50連接，該 中壓蒸發(fā)器50用于形成中壓-蒸發(fā)循環(huán)52。該蒸發(fā)循環(huán)52包括一些在圖1 僅示意示出的、在廢熱蒸汽發(fā)生器20由煙氣R加熱的流動通道外部延伸的 下降管54,這些下降管54在其上端分別連接在汽包44的溢流槽上，并且在 其下端連通至一個在此未詳細示出的匯集器。通過該匯集器，多個平行連接 的、集束成設(shè)置在廢熱蒸汽發(fā)生器20中的加熱面的上升管56被供給來自汽 包44或下降管54中的液態(tài)流動介質(zhì)，在此是水。液態(tài)流動介質(zhì)在通過上升 管56的過程中部分蒸發(fā)，并在此期間向上升并且作為水-蒸汽-混合物再次進 入汽包44。
一中壓-過熱器58連接在中壓-汽包44的蒸汽側(cè)，該中壓過熱器58在輸 出側(cè)連接在將高壓部分12a連接在中間過熱器60上的廢汽導管62上。中間 過熱器60又在輸出側(cè)通過蒸汽導管64連接到蒸汽輪機12的中壓部分12b上，在所述蒸汽導管64中連接有可電動操縱的閥66。
供水泵34在高壓側(cè)通過一個第 一高壓燃料節(jié)省器68和一個沿供水方向 連接在該第一高壓燃料節(jié)省器下游以及在廢熱蒸汽發(fā)生器20內(nèi)沿煙氣流向 設(shè)置在前面的第二高壓-燃料節(jié)省器70通到高壓-汽包72。高壓汽包72又與 設(shè)置在廢熱蒸汽發(fā)生器20中的高壓蒸發(fā)器74連接，該高壓蒸發(fā)器用于形成 包括多個下降管76和上升管78的蒸發(fā)循環(huán)80。為排出新鮮蒸汽F，高壓汽 包72連接在設(shè)置在廢熱蒸汽發(fā)生器20中的高壓過熱器82上，該高壓過熱 器82在輸出側(cè)通過帶有可電動操縱的閥86的新鮮蒸汽管84與蒸汽輪機12 的高壓部分12a連接。第一高壓燃料節(jié)省器68同樣通過旁通管88橋接，在 該旁通管中又連接有可電動操縱的閥90。
供水預(yù)熱器42和中壓蒸發(fā)器50以及中壓過熱器58與中間過熱器60和 蒸汽輪機12的中間壓力部分12b共同形成設(shè)計為水-蒸汽回路的流動介質(zhì)回 路16的中壓級92。類似地，設(shè)置在廢熱蒸汽發(fā)生器20中的、并為形成蒸發(fā) 循環(huán)94與低壓汽包48連接的低壓蒸發(fā)器96與連接在低壓汽包48的蒸汽側(cè) 的低壓過熱器98和蒸汽輪機12的低壓部分12c —起形成流動介質(zhì)回路16 的低壓級100。類似于高壓蒸發(fā)循環(huán)80和中壓蒸發(fā)循環(huán)52，低壓蒸發(fā)循環(huán) 94由一些連接在蒸發(fā)汽包48上的下降管102和一些在流動介質(zhì)方面連接在 這些下降管102下游的上升管104組成。低壓過熱器98在輸出側(cè)通過其中 連接有可電動操縱的間108的蒸汽管106與蒸汽輪機12的低壓部分12c的 入o連接。
為在需要時旁通或繞流蒸汽輪機12的高壓部分12a，將高壓過熱器82 與高壓部分12a連接的新鮮蒸汽管84通過其中連接有可電動操縱的閥112 的蒸汽管110直接與冷凝器18連接。在此，用作高壓繞流的蒸汽管110在 新鮮蒸汽F的流動方向上在閥86之前連接在新鮮蒸汽管84上。
為了能夠在尤其低的設(shè)計和制造耗費的情形下靈活地將運行方式與不 同的要求相適應(yīng)，燃氣和蒸汽輪機設(shè)備1這樣地設(shè)計，即，由液態(tài)流動介質(zhì) 在中壓蒸發(fā)循環(huán)52和低壓蒸發(fā)循環(huán)94的下降管54， 102中的液位可以至少 暫時地下降到它們與各自汽包44， 48的接頭的水平之下，如果需要，還可 以一直下降到直至蒸發(fā)循環(huán)52或94完全干運行。
出于該目的，沿流動介質(zhì)流向連接在下降管54， 102下游的，通過與煙 氣R接觸熱傳遞被加熱的上升管56， 104的管壁材料分別關(guān)于其耐熱性這樣地選擇，即，使得其溫度使用極限在通常在廢熱蒸汽發(fā)生器20的該區(qū)域存
在的溫度或煙氣R最大可能的溫度之上。例如，中壓蒸發(fā)器50區(qū)域內(nèi)的煙 氣R的溫度通常情況下大約為300°C,低壓蒸發(fā)器96區(qū)域內(nèi)的溫度為約 200°C。如果例如中壓蒸發(fā)器50的上升管56設(shè)計具有約400°C的持久耐熱 性，而低壓蒸發(fā)器96的上升管104設(shè)計具有約300。C的持久耐熱性，因此， 在通常情況下具有足夠的安全余地來容許暫時的干運行，例如在燃氣和蒸汽 輪機設(shè)備l啟動或停止時，或在快速負載變化時。因此，尤其是中壓汽包44 和低壓汽包48可以尤其緊湊地構(gòu)造，因為，迄今為止分別為平衡不同蒸汽 生產(chǎn)率以及為保證連續(xù)供應(yīng)上升管56， 104流動介質(zhì)而預(yù)先保持的液體體積 可以減到相對小。
然而，為了在直接即將發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生中壓-蒸汽循環(huán)52和/或低壓-蒸 汽循環(huán)94的干運行期間出現(xiàn)未預(yù)見到的溫度頂點的情況下，也能夠通過采 取適當?shù)陌踩胧﹣矸磻?yīng)，燃氣和蒸汽輪機設(shè)備1裝備有專門用于監(jiān)測和控 制或調(diào)節(jié)這種運行狀態(tài)的監(jiān)測和控制系統(tǒng)。尤其是中壓蒸發(fā)循環(huán)52和低壓 蒸發(fā)循環(huán)94以下述方式相互獨立地受到監(jiān)測。
低壓-蒸發(fā)循環(huán)94的監(jiān)測如下地實現(xiàn)除了迄今常見地監(jiān)測低壓-汽包 48中的水位之外(這在圖2中通過雙箭頭114示意示出)，現(xiàn)在設(shè)計一液位監(jiān) 測器，其也將連接在低壓汽包48上的下降管102包括在內(nèi)(在此通過雙箭頭 116示意示出)。在此沒有詳細示出的液位測量裝置測量下降管102中水柱相 對于下降管102最低點的相對高度，水柱在燃氣和蒸汽輪機設(shè)備1正常運行 過程中一直到達汽包48,但如上所述，液柱在特殊情形下也可以下降到下降 管在上面與汽包48相連接的連接處的高度水平之下。也可以設(shè)計為，下降 管連接處的液位水平相對于汽包48的最深點而言，并且例如位于該最深點 之上的液位用正號表示，位于其下的液位用負號表示。如果例如下降管102 的高度為兩米，那么液位"負1.9m"將表示可能直接即將發(fā)生完全干運行。
所測得的液態(tài)流動介質(zhì)在低壓蒸發(fā)回路94的下降管102中的液位被傳 送到用于燃氣和蒸汽輪機設(shè)備l的監(jiān)測和控制裝置的、在此沒有詳細示出的 中央評估單元。監(jiān)測的另一輸入?yún)?shù)是上升管104區(qū)域內(nèi)的煙氣R的溫度 T,，在按圖2的實施形式中，該溫度通過沿煙氣R的流動方向看在上升管 104的略前面設(shè)置在廢熱蒸汽發(fā)生器20中的、在此僅示意示出的溫度測量裝 置118或其溫度測量傳感器來測取。所述監(jiān)測和控制裝置這樣地設(shè)計或編程，
13即，至少在下降管102中的液位處于下降管102連接在汽包48上的連接處 之下的運行狀態(tài)中， 一旦由溫度測量裝置118測得的溫度T,超過預(yù)定的極 限值，就采取安全措施。該極限值尤其可以根據(jù)下降管102中的液位來預(yù)先 給定。
如果例如低壓蒸發(fā)循環(huán)94的上升管104的溫度使用極限在300°C,那么 可以大約在用水填充的下降管102的一半高度設(shè)定第一極限值290。C，在該 極限溫度時首先打開位于冷凝液預(yù)熱器26的旁通管36中的閥38。在完全干 運行的情況下，該第一極限值相宜地設(shè)定得更低，例如在約270。C。
閥38的打開導致供水泵34的抽吸側(cè)的冷凝液K具有混合溫度TM，該 溫度由于冷凝液預(yù)熱器26的至少部分繞流形成。該混合溫度TM小于完全通 流，也就是冷凝液預(yù)熱器26不繞流時的溫度Tk"。即便在冷凝液預(yù)熱器26 中的部分流K，預(yù)熱過程中也形成了 一混合溫度TM,該混合溫度小于在蒸汽 輪機12運行時離開冷凝液預(yù)熱器26的冷凝液K的溫度Tk"。通過這種方式 到達供水預(yù)熱器42和第一高壓燃料節(jié)省器68較冷的供水S使得煙氣R沿流 動方向在低壓級IOO之前就被較強烈地冷卻。因此低壓級IOO,亦即尤其是 低壓蒸發(fā)器96獲得了較少的熱量，而同時相對更冷的冷凝液K通過冷凝液 管120流入低壓汽包48。因此，視閥38的調(diào)節(jié)位置而定，強烈降低低壓級 100的上升管104的溫度負載，并同時再次提高低壓汽包48或連接在該汽包 48上的下降管102中的水位，使得由于低壓蒸發(fā)循環(huán)94短暫的干運行而產(chǎn) 生的潛在危險運行狀態(tài)可以在需要時主動并針對性地抑制。
如果盡管上述措施，低壓蒸發(fā)器96區(qū)域內(nèi)的煙氣R的溫度T,繼續(xù)上升， 并且超過在下降管102中充有一半用水的情況下所設(shè)定的第二極限值例如 320°C,或者超過在干運行時所設(shè)定的第二極限值300。C，那么監(jiān)測和控制裝 置就為燃氣和蒸汽輪機設(shè)備1引入進一步的安全措施，例如快速關(guān)閉燃氣輪 機設(shè)備la。
以上監(jiān)控措施也相應(yīng)地適用于中壓蒸發(fā)循環(huán)52。也就是說，其一方面設(shè) 置一個液位測量裝置，如通過雙向箭頭124所標出的那樣，用于測量連接在 蒸發(fā)汽包44上的下降管54中由流動介質(zhì)形成的液柱的高度，另一方面設(shè)置 一個在煙氣通道中設(shè)置在上升管56略前面的溫度測量裝置126,用于測量上 升管56區(qū)域內(nèi)的煙氣溫度T2。類似于低壓蒸發(fā)循環(huán)94,與溫度和液位傳感 器連接的監(jiān)測和控制裝置這樣地設(shè)計，即，在下降管54中的液位處于下降管與中壓-汽包44的連接處之下的運行狀態(tài)中， 一旦由溫度測量裝置126測
得的煙氣溫度T2超過預(yù)定的極限值，就采取安全措施。
第一安全措施例如可以又是打開用于冷凝液預(yù)熱器26的旁通管36中的 閥38。作為替代或補充，可以打開用于第一高壓燃料節(jié)省器68的旁通管88 中的閥90,因此，第二高壓燃料節(jié)省器70被供應(yīng)相對較冷的供水S。因此， 第二高壓燃料節(jié)省器70相對旁通閥38， 90關(guān)閉時從在廢熱蒸汽發(fā)生器20 的該區(qū)域中流動的煙氣R中獲取額外更多的熱量，這些額外更多的熱量不再 提供給在煙氣側(cè)設(shè)置在下游的中壓加熱面或上升管56。因此，可以尤其在干 運行過程中減少上升管56的溫度負荷。第二更強烈的安全措施可以再次是 快速關(guān)閉燃氣輪機設(shè)備1 a。
尤其有利的是這樣的可能性，即，中壓蒸汽循環(huán)52或低壓蒸汽循環(huán)94 可以在所謂的旁通運行模式中短暫地干運行。這種尤其在蒸汽輪機12啟動 或停止時以及在蒸汽輪機快速關(guān)閉時所設(shè)置的旁通運行模式，會導致所產(chǎn)生 的新鮮蒸汽F在旁通蒸汽輪機12的情況下直接繞流到冷凝器18。為此，閥 86關(guān)閉而閥112打開。與此平行地通過打開旁通管36中的閥38至少部分繞 流冷凝液預(yù)熱器26。必要時也打開旁通管88中的閥90,使得由于上述的在 廢熱蒸汽發(fā)生器20中的熱量轉(zhuǎn)移，低壓蒸汽的產(chǎn)生和必要時中壓蒸汽的產(chǎn) 生也被節(jié)制，或者甚至完全停頓。因此，僅產(chǎn)生高壓蒸汽或新鮮蒸汽F,然 而該蒸汽通過繞過蒸汽輪機12的蒸汽管110直接導入到冷凝器18。由于這 種可能性，即，中壓蒸發(fā)循環(huán)52和/或低壓蒸發(fā)循環(huán)94可以沒有危險地干運 行，原本在沒有繞流站的燃氣和蒸汽輪機設(shè)備中相對于具有繞流站的燃氣和 蒸汽輪機設(shè)備所需要采取的增大中壓汽包44或低壓汽包48的措施，現(xiàn)在得 以避免或不再需要。
權(quán)利要求
1.一種用于運行燃氣和蒸汽輪機設(shè)備(1)的方法，其中，從燃氣輪機(2)流出的煙氣(R)被導引通過一廢熱蒸汽發(fā)生器(20)，并且用于驅(qū)動蒸汽輪機(12)的流動介質(zhì)在包含一些壓力級(40，92，100)的流動介質(zhì)回路(16)中被導引，其中，至少一個壓力級(100)具有蒸發(fā)循環(huán)(94)，該蒸發(fā)循環(huán)帶有汽包(48)，一些連接在所述汽包(48)上的下降管(102)和一些接在這些下降管(102)下游的、同樣連接在所述汽包(48)上并通過所述廢熱蒸汽發(fā)生器(20)中的所述煙氣(R)加熱的上升管(104)，其特征在于，監(jiān)測由所述流動介質(zhì)在連接在所述汽包(48)上的下降管(102)中所形成的液柱高度。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，監(jiān)測所述上升管(104)區(qū)域 內(nèi)的煙氣(R)的溫度(TO，其中，在所述下降管(102)中的液位處于與所述蒸發(fā) 汽包(48)相連接的連接處以下的運行狀態(tài)中， 一旦連接在所述下降管(102)下 游的所述上升管(104)區(qū)域中的煙氣(R)的溫度(T,)超過預(yù)定的極限值，就采取 安全4晉施。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述極限值根據(jù)所述下降管 (102)中的液位來預(yù)定。
4. 如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，作為安全措施，打開在 流動介質(zhì)側(cè)連接在所述蒸發(fā)循環(huán)(94)上游的冷凝液預(yù)熱器(26)的旁通管(36) 或在煙氣側(cè)設(shè)置在所述蒸發(fā)循環(huán)(94)前面的供水預(yù)熱器(68)的旁通管。
5. 如權(quán)利要求2至4之一所述的方法，其特征在于，作為安全措施，使 燃氣輪機設(shè)備(la)的功率減小或?qū)⑵淇焖訇P(guān)閉，和/或使得從所述燃氣輪機(2)
6. 如權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，當所述流動介質(zhì)回 路(16)包含至少三個分別帶有一個蒸發(fā)循環(huán)(80，52,94)的壓力級(40， 92, 100), 并且所述各個蒸發(fā)循環(huán)(80,52，94)的上升管(78，56，104)沿所述煙氣(R)的流動 方向看依次設(shè)置在所述廢熱蒸汽發(fā)生器(20)中時，監(jiān)測沿所述煙氣(R)的流動 方向看設(shè)置在最后的、且優(yōu)選設(shè)計為低壓蒸發(fā)循環(huán)的蒸發(fā)循環(huán)(94)的所述下 降管(102)中的液柱的高度。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，還監(jiān)測沿所述煙氣(R)的流 動方向看倒數(shù)第二個蒸發(fā)循環(huán)(52)的所述下降管(54)中的液柱的高度，所述倒數(shù)第二個蒸發(fā)循環(huán)(52)優(yōu)選設(shè)計為中壓-蒸發(fā)循環(huán)。
8. —種燃氣和蒸汽輪機設(shè)備(l)，具有一燃氣輪機(2)和在廢氣側(cè)連接在 該燃氣輪機下游的一廢熱蒸汽發(fā)生器(20)，以及包括一些壓力級(40,92,100) 的一流動介質(zhì)回路(16),用于驅(qū)動一蒸汽輪機(12)的流動介質(zhì)在該流動介質(zhì) 回路(16)中導引，其中，至少一個壓力級(100)具有一蒸發(fā)循環(huán)(94),該蒸發(fā) 循環(huán)帶有汽包(48), —些連接在所述汽包(48)上的下降管(102)和一些接在這 些下降管(102)下游的、同樣連接在所述汽包(48)上并通過所述廢熱蒸汽發(fā)生 器(20)中的所述煙氣(R)加熱的上升管(104),其特征在于，用于測量由所述流 動介質(zhì)在連接在所述汽包(48)上的所述下降管(102)中所形成的液柱高度的 液位測量裝置在信號輸出側(cè)與用于所述燃氣和蒸汽輪機設(shè)備(l)的監(jiān)測和控 制裝置連接。
9. 如權(quán)利要求8所述的燃氣和蒸汽輪機設(shè)備(l),其特征在于，所述監(jiān) 測和控制裝置在信號輸入側(cè)與監(jiān)測所述上升管(104)區(qū)域中的煙氣(R)的溫度 (T0的溫度測量裝置(118)連接，并且這樣地設(shè)計，即，在所述下降管(102)中述溫度測量裝置(118)測得的溫度(T0超過預(yù)定的極限值，所述監(jiān)測和控制裝 置隨即啟動安全措施。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運行燃氣和蒸汽輪機設(shè)備(1)的方法，其中，從燃氣輪機(2)流出的煙氣(R)被導引通過一廢熱蒸汽發(fā)生器(20)，并且用于驅(qū)動蒸汽輪機(12)的流動介質(zhì)在包含一些壓力級(40，92，100)的流動介質(zhì)回路(16)中被導引，其中，至少一個壓力級(100)具有蒸發(fā)循環(huán)(94)，該蒸發(fā)循環(huán)帶有汽包(48)，一些連接在所述汽包(48)上的下降管(102)和一些接在所述下降管(102)下游的、同樣連接在所述汽包(48)上并通過所述廢熱蒸汽發(fā)生器(20)中的所述煙氣(R)加熱的上升管(104)。為了可以在高可靠性和高運行安全性的情況下尤其靈活地將運行控制與不同的要求相適應(yīng)，并且為了實現(xiàn)相關(guān)蒸發(fā)循環(huán)(94)的部件尤其廉價地設(shè)計，按照本發(fā)明，監(jiān)測由所述流動介質(zhì)在連接在所述汽包(48)上的下降管(102)中所形成的液柱高度，并因此監(jiān)測和防止所述蒸發(fā)循環(huán)(94)的短暫的干運行。
文檔編號F01K23/10GK101595279SQ200880003495
公開日2009年12月2日 申請日期2008年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月30日
發(fā)明者埃里克·施米德, 簡·布魯克納, 魯?shù)婪颉ず账?申請人:西門子公司