專利名稱：燃?xì)馀c蒸汽輪機(jī)設(shè)備的運(yùn)行方法及燃?xì)馀c蒸汽輪機(jī)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃?xì)馀c蒸汽輪機(jī)設(shè)備的運(yùn)行方法，設(shè)備包括為燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)裝置 配設(shè)的變頻器和為蒸汽輪機(jī)配設(shè)的發(fā)電機(jī)。本發(fā)明還涉及這種燃?xì)馀c蒸汽輪機(jī)設(shè)備。
背景技術(shù)：
燃?xì)馀c蒸汽輪機(jī)設(shè)備(GuD設(shè)備)一般用于發(fā)電。當(dāng)代的GuD設(shè)備通常包括一至四 臺燃?xì)廨啓C(jī)和至少一臺蒸汽輪機(jī)，其中或每臺燃?xì)廨啓C(jī)分別驅(qū)動(dòng)一臺發(fā)電機(jī)(多軸設(shè)備)， 或一臺燃?xì)廨啓C(jī)與在公共軸上的蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)單臺發(fā)電機(jī)(單軸設(shè)備)。燃?xì)廨啓C(jī)的熱廢 氣在廢熱鍋爐中用于產(chǎn)生水蒸氣。接著將蒸汽供給蒸汽輪機(jī)。通常在燃?xì)廨啓C(jī)上分?jǐn)傠姽?率的大約三分之二，以及大約三分之一分?jǐn)偨o蒸汽輪機(jī)。通常GuD設(shè)備的功率，每個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)/蒸汽輪機(jī)單元例如處于80麗與830MW之間 的范圍內(nèi)，以及一個(gè)電站設(shè)備可以由多個(gè)單元組成。與之相比，核電站的一個(gè)機(jī)組通常具有 的功率在500MW與1500MW之間。為提高GuD設(shè)備的蒸汽輪機(jī)的效率，它通常包括多個(gè)針對不同蒸汽壓力設(shè)計(jì)的壓 力級。在廢熱鍋爐中借助燃?xì)廨啓C(jī)廢氣過熱的蒸汽，當(dāng)其在蒸汽輪機(jī)高壓級內(nèi)膨脹后，重新 引回到廢熱鍋爐并再次過熱。該蒸汽然后供給連接在下游的壓力級。這種所謂的中間過熱， 通過提高熱量供應(yīng)的平均溫度，提高蒸汽輪機(jī)效率。此外，由此還避免基于高的蒸汽濕度， 造成蒸汽輪機(jī)低壓部分內(nèi)最后幾級葉片腐蝕。理論上可以設(shè)想在一臺蒸汽輪機(jī)內(nèi)有多個(gè)壓力級，當(dāng)然在這種情況下附加的投資 相對于熱技術(shù)的改善而言過高。目前，蒸汽輪機(jī)具有三個(gè)壓力級和有單個(gè)中間過熱裝置的 GuD設(shè)備，認(rèn)為經(jīng)濟(jì)性最佳。由于其靈活性，尤其由于快速起動(dòng)的可能性，當(dāng)代的GuD設(shè)備往往使用于滿足電 網(wǎng)內(nèi)短時(shí)出現(xiàn)的高功率需求，所謂峰值負(fù)荷。這導(dǎo)致GuD設(shè)備中比較頻繁的起動(dòng)過程。為 了起動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)，通常將為燃?xì)廨啓C(jī)配設(shè)的發(fā)電機(jī)用作電動(dòng)機(jī)，此時(shí)，燃?xì)廨啓C(jī)的轉(zhuǎn)速借助 設(shè)備特有的特性線緩慢提高。為此通?？梢栽诎l(fā)電機(jī)上游連接一個(gè)帶變頻器的起動(dòng)裝置， 由電網(wǎng)電流可以產(chǎn)生具有任意頻率的電流。在持續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，GuD設(shè)備的渦輪通常以電網(wǎng)頻率50Hz或60Hz旋轉(zhuǎn)。但也可以 期望或需要一些運(yùn)行狀態(tài)，在這些運(yùn)行狀態(tài)下，例如在蒸汽輪機(jī)高壓級蒸汽側(cè)跨接時(shí)或在 加熱過程中，尤其蒸汽輪機(jī)以低的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。但是在轉(zhuǎn)速低于電網(wǎng)頻率時(shí)，蒸汽輪機(jī)的發(fā)電機(jī)必須與電網(wǎng)脫耦。因此在這種運(yùn) 行狀態(tài)不通過發(fā)電機(jī)提取任何功率，由此使作用在蒸汽輪機(jī)上的反扭矩比較小，以及蒸汽 輪機(jī)在有些情況下不能保持為恒定的轉(zhuǎn)速。但這意味著損失整個(gè)GuD設(shè)備運(yùn)行方式方面的 靈活性，而且除此之外必須容忍可能出現(xiàn)的不利的工作點(diǎn)(例如處于自振頻率附近的固定 轉(zhuǎn)速)，它可能導(dǎo)致蒸汽輪機(jī)不必要的損壞和老化。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供上述類型燃?xì)馀c蒸汽輪機(jī)設(shè)備的一種運(yùn)行 方法，采用這種方法可以在結(jié)構(gòu)性成本特別低的同時(shí)，達(dá)到特別高的運(yùn)行靈活性。此外應(yīng)提 供一種特別適用于實(shí)施此方法的燃?xì)馀c蒸汽輪機(jī)設(shè)備。按本發(fā)明為解決上述有關(guān)方法方面的技術(shù)問題而采取的措施是，為蒸汽輪機(jī)配設(shè) 的發(fā)電機(jī)的電功率，通過為燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)裝置配設(shè)的變頻器輸入用戶供電網(wǎng)。本發(fā)明考慮問題的出發(fā)點(diǎn)在于，當(dāng)要求合理地降低蒸汽輪機(jī)功率能采取盡可能簡 單的技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)時(shí)，便可以在GuD設(shè)備結(jié)構(gòu)性成本特別低的同時(shí)達(dá)到運(yùn)行時(shí)特別高的靈 活性。在這種情況下尤其在GuD設(shè)備中造成這種有利的狀況，即，規(guī)定用于起動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)的 電動(dòng)機(jī)通過變頻器供電。因?yàn)樵贕uD設(shè)備中反正已存在變頻器。此外，通常只是當(dāng)燃?xì)廨啓C(jī) 已經(jīng)運(yùn)行時(shí)才出現(xiàn)這種蒸汽輪機(jī)需要比較低的轉(zhuǎn)速的運(yùn)行狀態(tài)。因此，在這種運(yùn)行狀態(tài)下 不需要用于起動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)的電動(dòng)機(jī)的變頻器，并因而以一種在設(shè)備內(nèi)存在的資源的方式可 供他用。因此燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)機(jī)的變頻器在列舉的這些運(yùn)行階段，應(yīng)當(dāng)利用于蒸汽輪機(jī)-發(fā) 電機(jī)與電流電網(wǎng)的靈活耦合。通過變頻器從蒸汽輪機(jī)的發(fā)電機(jī)提取功率并輸入用戶供電 網(wǎng)，可以穩(wěn)定蒸汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速。按有利的設(shè)計(jì)，燃?xì)馀c蒸汽輪機(jī)設(shè)備設(shè)計(jì)為多軸設(shè)備。尤其在其中蒸汽輪機(jī)和燃 氣輪機(jī)分別有單獨(dú)配置的發(fā)電機(jī)，以及燃?xì)廨啓C(jī)獨(dú)立于蒸汽輪機(jī)起動(dòng)的這種多軸設(shè)備中， 存在為燃?xì)廨啓C(jī)配設(shè)的單獨(dú)的變頻器。有利地，通過變頻器的功率輸入，在轉(zhuǎn)速低于蒸汽輪機(jī)規(guī)定的工作轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)行。尤 其在低轉(zhuǎn)速的運(yùn)行狀態(tài)，為了穩(wěn)定轉(zhuǎn)速需要附加的功率減小。也就是說，在規(guī)定的工作轉(zhuǎn) 速，例如在具有電網(wǎng)頻率50Hz或60Hz的轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)電機(jī)通過一個(gè)為它配設(shè)的固定頻率變壓 器與用戶供電網(wǎng)接通，并因而保證轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定。有利地，蒸汽輪機(jī)設(shè)計(jì)為多級的，以及在蒸汽輪機(jī)高壓級蒸汽側(cè)跨接期間或者優(yōu) 選在蒸汽輪機(jī)加熱過程中，通過變頻器進(jìn)行功率輸入。也就是說，這種運(yùn)行狀態(tài)是蒸汽輪機(jī) 的轉(zhuǎn)速應(yīng)保持為一個(gè)比蒸汽輪機(jī)規(guī)定的工作轉(zhuǎn)速低的轉(zhuǎn)速的運(yùn)行狀態(tài)，但另一方面燃?xì)廨?機(jī)已經(jīng)處于運(yùn)行中以及不再需要燃?xì)廨啓C(jī)的變頻器。因此，尤其在這種運(yùn)行狀態(tài)下，變頻器 可以用于穩(wěn)定蒸汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速。與本發(fā)明相關(guān)聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)尤其在于，通過為燃?xì)廨啓C(jī)起動(dòng)裝置配設(shè)的變頻器，減小 為蒸汽輪機(jī)配設(shè)的發(fā)電機(jī)的電功率，可以在總體上改善運(yùn)行方式方面的靈活性，以及擴(kuò)展 GuD設(shè)備允許的運(yùn)行和邊界條件。此外，存在這樣的可能性，即，尤其在蒸汽輪機(jī)加熱過程 中，更好地遵守轉(zhuǎn)速禁區(qū)或保持離有潛在危險(xiǎn)的自然振動(dòng)頻變較大的距離。由此提高GuD 設(shè)備部件的安全性。此外，尤其在蒸汽輪機(jī)起動(dòng)過程中，向用戶供電網(wǎng)提供附加的顯著更高 的電能功率。這些優(yōu)點(diǎn)也可以通過附加的可接通蒸汽輪機(jī)的變頻器得到。但通過利用燃?xì)?輪機(jī)起動(dòng)機(jī)的變頻器，達(dá)到特別節(jié)省資源地雙重利用，不僅用于燃?xì)廨啓C(jī)而且用于蒸汽輪 機(jī)。


下面借助附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例。附圖示意表示多軸GuD設(shè)備。
具體實(shí)施例方式按圖示的多軸GuD設(shè)備有一臺燃?xì)廨啓C(jī)2，它包括壓氣機(jī)4和渦輪6，以及通過軸8 與發(fā)電機(jī)10連接。由燃?xì)廨啓C(jī)2產(chǎn)生的電流通過固定頻率變壓器11輸入用戶供電網(wǎng)。燃 氣輪機(jī)2通過燃燒借助燃料輸送裝置12從燃料管14供給的燃料B驅(qū)動(dòng)。為了提高燃?xì)廨?機(jī)2效率，燃料B借助燃料預(yù)熱器16預(yù)熱。通過燃燒燃料B釋放的能量在燃?xì)廨啓C(jī)2內(nèi)轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，并通過軸8傳給發(fā)電 機(jī)10，在發(fā)電機(jī)中將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。然后，在渦輪6內(nèi)膨脹后的廢氣G，經(jīng)由排氣管18 供給廢熱鍋爐20，它在那里基于其例如約650°C比較高的溫度，利用于產(chǎn)生蒸汽。接著，廢 氣G輸入一個(gè)沒有詳細(xì)表示的排氣煙囪。在廢熱鍋爐20內(nèi)的加熱面22中產(chǎn)生過熱高壓蒸汽HD。在這方面可以設(shè)想加熱面 22不同的構(gòu)型。通常由沒有詳細(xì)表示的水泵將水供給蒸汽加熱面，水在其中部分或完全蒸 發(fā)。沒有蒸發(fā)的水必要時(shí)接著可以在水分離器內(nèi)與蒸汽分離，以及蒸汽供給過熱加熱面，在 那里增加蒸汽的熱能。調(diào)節(jié)閥M與加熱面22連接，高壓蒸汽HD通過它最終引入高壓透平級26。蒸汽在 這里膨脹并因而將熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，它通過軸觀傳給發(fā)電機(jī)30，機(jī)械能在那里轉(zhuǎn)換為電 能，以及通過變頻器31輸入用戶供電網(wǎng)。膨脹后的蒸汽從高壓透平級沈排出，通過調(diào)節(jié)器 32進(jìn)一步供給廢熱鍋爐20中的過熱加熱面34。在這里，可以根據(jù)運(yùn)行影響高壓蒸汽的路 徑按需要，高壓蒸汽可以從加熱面22通過閥36跨過高壓透平級26。若從高壓透平級沈排出的蒸汽對于繼續(xù)使用而言溫度過高或有過高的壓力，這 種情況尤其可能發(fā)生在蒸汽輪機(jī)起動(dòng)過程中，則可將部分蒸汽通過閥38直接排入凝汽器 40。蒸汽在那里冷卻并重新轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)水，它可以重新供給廢熱鍋爐20加熱面22內(nèi)的蒸 發(fā)過程。當(dāng)然在這種情況下舍棄蒸汽的全部蓄能量。在過熱加熱面34內(nèi)，從高壓透平級沈排出的蒸汽再次過熱并通過另一個(gè)調(diào)節(jié)閥 42供給中壓透平級44。中壓透平級44如高壓透平級沈那樣裝在同一根軸觀上。按需要， 蒸汽也可以通過閥46排入凝汽器40。在中壓透平級44內(nèi)膨脹后，部分蒸汽供給低壓透平級48，它仍與中壓透平級44和 高壓透平級沈一樣裝在同一根軸觀上。蒸汽在低壓透平級48內(nèi)膨脹后，它最終通過排出 管50輸入凝汽器40，蒸汽在那里冷卻并重新轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)水，它可以重新供給廢熱鍋爐20加 熱面22內(nèi)的蒸發(fā)過程。冷凝水從中壓透平級44導(dǎo)入廢熱鍋爐20，它在那里蒸發(fā)和在加熱面52內(nèi)加熱。 接著，蒸汽通過蒸汽鼓54引入燃料預(yù)熱器16，在那里利用于預(yù)熱燃料B，由此通過提高燃料B 溫度并因而提高在燃?xì)廨啓C(jī)2燃燒室內(nèi)燃?xì)饣旌衔锏臏囟?，在總體上提高燃?xì)廨啓C(jī)2的效率。為了起動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)2，為它配設(shè)起動(dòng)裝置58。起動(dòng)裝置包括將它用作電動(dòng)機(jī)的發(fā) 電機(jī)10以及變頻器60，變頻器60可以通過開關(guān)62接通，以及可以借助來自電網(wǎng)和發(fā)電機(jī) 10的電能將燃?xì)廨啓C(jī)2調(diào)整為任意轉(zhuǎn)速。燃?xì)馀c蒸汽輪機(jī)設(shè)備1涉及一種多軸設(shè)備；因?yàn)橛糜谡羝啓C(jī)的蒸汽借助燃?xì)廨?機(jī)2的廢氣G產(chǎn)生，所以要在燃?xì)廨啓C(jī)2已經(jīng)起動(dòng)時(shí)蒸汽輪機(jī)才投入運(yùn)行。此時(shí)燃?xì)廨啓C(jī) 2不再需要起動(dòng)裝置58的變頻器60。通過堅(jiān)定地利用所述認(rèn)識，通過將變頻器60設(shè)計(jì)為 用于雙重功能，將燃?xì)馀c蒸汽輪機(jī)設(shè)備1設(shè)計(jì)為在保持結(jié)構(gòu)性費(fèi)用特別低的同時(shí)，有特別
5高的運(yùn)行靈活性。為此變頻器通過導(dǎo)線66與蒸汽輪機(jī)的發(fā)電機(jī)30連接。因此在一些需要 比蒸汽輪機(jī)規(guī)定的工作轉(zhuǎn)速低的運(yùn)行狀態(tài)，例如在加熱時(shí)，通過變頻器60減小蒸汽輪機(jī)發(fā) 電機(jī)30的功率，從而穩(wěn)定蒸汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速。由此，采用簡單的技術(shù)措施，達(dá)到GuD設(shè)備安全 性的顯著提升。
權(quán)利要求
1.一種用于燃?xì)馀c蒸汽輪機(jī)設(shè)備(1)的運(yùn)行方法，該燃?xì)馀c蒸汽輪機(jī)設(shè)備包括為燃?xì)?輪機(jī)⑵起動(dòng)裝置(58)配設(shè)的變頻器(60)和為蒸汽輪機(jī)配設(shè)的發(fā)電機(jī)(30)，其中，發(fā)電機(jī) (30)的電功率通過變頻器(60)輸入用戶供電網(wǎng)。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述燃?xì)馀c蒸汽輪機(jī)設(shè)備(1)設(shè)計(jì)為多軸設(shè)備。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，通過變頻器(60)的功率輸入，在轉(zhuǎn)速低于蒸 汽輪機(jī)規(guī)定的工作轉(zhuǎn)速時(shí)進(jìn)行。
4.按照權(quán)利要求1至3之一所述的方法，其中，蒸汽輪機(jī)設(shè)計(jì)為多級的，以及在蒸汽輪 機(jī)高壓級06)蒸汽側(cè)跨接期間通過變頻器(60)進(jìn)行功率輸入。
5.按照權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中，在蒸汽輪機(jī)加熱過程中通過變頻器 (60)進(jìn)行功率輸入。
6.一種燃?xì)馀c蒸汽輪機(jī)設(shè)備(1)，其中，在為蒸汽輪機(jī)配設(shè)的發(fā)電機(jī)(30)的電流輸出 側(cè)，可接通為所述燃?xì)廨啓C(jī)( 起動(dòng)裝置(58)配設(shè)的變頻器(60)。
7.按照權(quán)利要求6所述的燃?xì)馀c蒸汽輪機(jī)設(shè)備(1)，它設(shè)計(jì)為多軸設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于燃?xì)馀c蒸汽輪機(jī)設(shè)備(1)的運(yùn)行方法，設(shè)備包括為燃?xì)廨啓C(jī)(2)起動(dòng)裝置(58)配設(shè)的變頻器(60)和為蒸汽輪機(jī)配設(shè)的發(fā)電機(jī)(30)，應(yīng)當(dāng)在結(jié)構(gòu)性成本特別低的同時(shí)，能達(dá)到特別高的運(yùn)行靈活性。為此，發(fā)電機(jī)(30)的電功率通過變頻器(60)輸入用戶供電網(wǎng)。
文檔編號F01K23/10GK102066694SQ200980122796
公開日2011年5月18日 申請日期2009年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月16日
發(fā)明者烏爾里克·比爾, 哈特穆特·波佩拉, 托馬斯·霍夫鮑爾, 阿明·德拉澤, 馬塞厄斯·霍伊 申請人:西門子公司