用于頻率保持運行燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)設(shè)備的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于運行燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)設(shè)備(1)的方法，所述燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)設(shè)備具有燃?xì)鉁u輪機(jī)(2)、蒸汽渦輪機(jī)(3)和廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置(8)，在該廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置內(nèi)在與來自燃?xì)鉁u輪機(jī)(2)的廢氣熱交換時能產(chǎn)生用于蒸汽渦輪機(jī)的蒸汽，其中，為了對穩(wěn)定運行的電網(wǎng)提供頻率保持，增大所述蒸汽渦輪機(jī)(3)的通流能力和降低在廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置(8)內(nèi)的壓力，以便使用在廢氣蒸汽產(chǎn)生裝置(8)內(nèi)的備用儲備以用來提高蒸汽產(chǎn)量，并且如此快速地向所述廢氣蒸汽產(chǎn)生裝置(8)輸送熱能，使得燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)設(shè)備(1)的功率曲線由于所述蒸汽渦輪機(jī)(3)的通流能力的增大和在所述廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置(8)內(nèi)的壓力的下降大于等于所述穩(wěn)定運行的不久之前存在的功率。
【專利說明】用于頻率保持運行燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)設(shè)備的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)設(shè)備的頻率保持運行方法。

【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今能源市場越來越多地需求高靈活性的發(fā)電廠設(shè)備，這些設(shè)備除了快速的啟動和關(guān)閉時間外還能夠覆蓋較大的功率范圍，并且為頻率保持運行(FrequenzstUtzbetrieb)做良好的準(zhǔn)備。
[0003]此外，還要求其它能力，在有較高電流需求的情況下額外地釋放功率(所謂的高峰負(fù)荷運行)。為此，在將來期待，在正常時段運行的發(fā)電廠也能夠參與高峰負(fù)荷覆蓋和頻率保持。
[0004]現(xiàn)今的解決方案是使用在部件內(nèi)的備用功率，或者基于只能夠提供非常少的備用功率的技術(shù)。不僅用于頻率保持也用于高峰負(fù)荷覆蓋，燃?xì)鉁u輪機(jī)能夠被過度燃燒，這能夠通過基本負(fù)荷的提供來打開壓縮機(jī)渦輪葉片，或者能夠?qū)⑺畤娙胛肟諝馔ǖ?。只是涉及高峰?fù)荷覆蓋的要求能夠通過蒸汽噴入燃?xì)鉁u輪機(jī)燃燒室、通過燃?xì)鉁u輪機(jī)吸入空氣例如借助蒸發(fā)吸熱或者冷卻機(jī)器(所謂的制冷機(jī))的冷卻來滿足或者通過廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置(AHDE)裝備附加燃燒室的方法，以便提高蒸汽渦輪機(jī)功率。為了頻率保持，可以積聚新蒸汽或者來自中間過熱(改進(jìn)的滑壓運行)的蒸汽，并且隨后迅速地打開渦輪機(jī)調(diào)節(jié)閥。
[0005]EP I 164 254 BI記載一種用于高峰負(fù)荷覆蓋的、即在滿負(fù)荷情況下用于額外功率的具有蒸汽旁通通路的燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)設(shè)備。在此，在廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置內(nèi)產(chǎn)生的蒸汽的一部分通過旁通通路經(jīng)過渦輪機(jī)進(jìn)口和安置在該渦輪機(jī)進(jìn)口下方的其它進(jìn)口輸送到渦輪機(jī)部件內(nèi)，由此在廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置內(nèi)的壓力能夠基本上保持恒定，并且蒸汽渦輪機(jī)的通流能力并因此輸出功率也得以提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種用于燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)的頻率保持運行的方法，該方法提供更好的備用功率。
[0007]解決本發(fā)明技術(shù)問題的方式是，在具有燃?xì)鉁u輪機(jī)、蒸汽渦輪機(jī)和廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置(在其內(nèi)與來自燃?xì)鉁u輪機(jī)的廢氣熱交換時產(chǎn)生用于蒸汽渦輪機(jī)的蒸汽)的燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)設(shè)備運行時，為了在穩(wěn)定運行的電網(wǎng)內(nèi)的頻率保持，增大蒸汽渦輪機(jī)的通流能力，并且降低在廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置內(nèi)的壓力，以便使用廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置內(nèi)的備用儲備來提高蒸汽產(chǎn)生量，并且這樣地迅速地將熱能輸送到廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置，使得燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)設(shè)備的功率曲線由于蒸汽渦輪機(jī)的通流能力的增大和在廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置內(nèi)的壓力降低而大于等于不久之前存在的穩(wěn)定運行功率。
[0008]本發(fā)明還具有這樣的思路，在廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置內(nèi)使用備用儲備，以便在突然打開閥門的情況下額外產(chǎn)生蒸汽。通過在廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置內(nèi)的壓力降低，額外產(chǎn)生蒸汽，并且足夠大小和快速的熱能輸送應(yīng)該避免在功率曲線上通常的凹點。通過這種方法，在部分負(fù)荷和滿負(fù)荷的情況下提供額定功率。
[0009]通過根據(jù)本發(fā)明的方法，發(fā)電廠設(shè)備的靈活性和經(jīng)濟(jì)性被明顯地提高了，因為在有較高的功率需求時額外能量可供使用，該額外能夠尤其在用電市場電價較高時會使收入提高，并且運行設(shè)備(高峰負(fù)荷能力)更經(jīng)濟(jì)。這適用于頻率保持運行，尤其用于二級保持和三級保持。因此，對于一級頻率保持或高峰負(fù)荷運行沒必要將高壓件還有中間過熱件設(shè)計為比用于額定運行時能承載更高的壓力。此外，不需要在所謂的改進(jìn)的滑壓運行中運行設(shè)備，這種滑壓運行通過蒸汽渦輪機(jī)調(diào)節(jié)閥的節(jié)流降低設(shè)備在備用運行時的功率和效率損失。借助根據(jù)本發(fā)明的方法，發(fā)電廠的負(fù)荷范圍能夠被擴(kuò)展，因為還能夠更靈活地調(diào)節(jié)低負(fù)荷運行。
[0010]以有利的方式打開至少一個在用于繞開蒸汽渦輪級或者蒸汽渦輪模塊的旁通通路的閥，以便提高蒸汽渦輪機(jī)的通流能力。
[0011]在此適宜的是，蒸汽通過旁通通路從高壓進(jìn)口向下游導(dǎo)入蒸汽渦輪機(jī)。
[0012]特別有利的是，蒸汽可選地或者附加地通過旁通通路從中壓進(jìn)口向下游導(dǎo)入蒸汽渦輪機(jī)。
[0013]作為補(bǔ)充或備選會有利的是，打開在高壓渦輪機(jī)和/或中壓渦輪機(jī)上的調(diào)節(jié)輪的至少一個閥以便提高蒸汽渦輪機(jī)的通流能力。
[0014]通過燃?xì)鉁u輪機(jī)的過剩功率并因此通過提高的廢氣流有利地輸送熱能。
[0015]此外，當(dāng)通過附加燃燒室輸送熱能時，能夠是有利的。但是，該附加燃燒室必須被設(shè)計為相應(yīng)的尺寸。
[0016]為了進(jìn)一步提高備用儲備能力，適宜的是，在穩(wěn)定運行中通過為頻率保持而打開的閥積聚汽包壓力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面結(jié)合附圖示例性地詳細(xì)闡述本發(fā)明。附圖是示意性的，而非按比例的:
[0018]圖1示出具有高壓和中壓過載導(dǎo)入以及在蒸汽渦輪機(jī)內(nèi)的調(diào)節(jié)輪和在廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置內(nèi)的附加燃燒室的燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)設(shè)備的簡化示圖，
[0019]圖2示出在過載導(dǎo)入時在高壓渦輪機(jī)內(nèi)對于不同的新蒸汽壓力與導(dǎo)引壓力之間的關(guān)系的蒸汽渦輪機(jī)-功率曲線，和
[0020]圖3示出在過載導(dǎo)入時在中壓渦輪機(jī)內(nèi)對于不同的新蒸汽壓力與導(dǎo)引壓力之間的關(guān)系的蒸汽渦輪機(jī)-功率曲線。

【具體實施方式】
[0021]圖1示出燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)設(shè)備1，該設(shè)備包括燃?xì)鉁u輪機(jī)2和蒸汽渦輪機(jī)3。通過軸4將燃?xì)鉁u輪機(jī)的轉(zhuǎn)子、電動機(jī)5的轉(zhuǎn)子和蒸汽渦輪機(jī)3的轉(zhuǎn)子相互聯(lián)接，其中，蒸汽渦輪機(jī)3的轉(zhuǎn)子和電動機(jī)4的轉(zhuǎn)子通過離合器6轉(zhuǎn)動地相互旋轉(zhuǎn)地分離和聯(lián)接。電動機(jī)5的轉(zhuǎn)子和燃?xì)鉁u輪機(jī)2通過軸4剛性地相互連接。燃?xì)鉁u輪機(jī)2的廢氣出口通過廢氣管路7與廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置8相連接，該廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置用于從蒸汽渦輪機(jī)的廢熱中產(chǎn)生蒸汽渦輪機(jī)3的運行蒸汽。
[0022]在燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)設(shè)備I工作時，由燃?xì)鉁u輪機(jī)2旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子通過軸4驅(qū)動壓縮機(jī)9，該壓縮機(jī)9從周圍環(huán)境中吸取燃燒用空氣，并且將其輸送至燃燒室10。在此，燃燒用空氣與由燃料輸送件11供應(yīng)的燃料混合和燃燒，并且壓力下的熱廢氣輸送給燃?xì)鉁u輪機(jī)12，并且在此膨脹做功。然后，仍大約有500°C至600°C的熱廢氣通過廢氣管路7輸送給廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置8，并且流過該廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置，直至該熱廢氣通過煙? 13排到周圍環(huán)境中。在熱廢氣通過廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置8的路徑中，它將其熱量輸送給高壓預(yù)熱器17，然后輸送給高壓蒸發(fā)器18、中壓蒸發(fā)器19、中壓預(yù)熱器20、然后輸送給低壓過熱器21、低壓蒸發(fā)器22，最后輸送給冷凝預(yù)熱器23。
[0023]在高壓過熱器14內(nèi)過熱的蒸汽通過蒸汽管路24輸送給蒸汽渦輪機(jī)3的高壓級25，并且在此膨脹做功。借助該功(與在渦輪機(jī)所做的功類似)使軸4運動，并因此使用于產(chǎn)生電能的電動機(jī)5運動。在高壓級25中部分膨脹的熱蒸汽隨后輸送給高壓中間過熱器15，在此重新加熱，并且通過管路26輸送給蒸汽渦輪機(jī)3的中壓級27，并且在此膨脹做機(jī)械功。在此部分膨脹的蒸汽通過溢流管路28輸送給蒸汽渦輪機(jī)3的低壓級29，并且在此進(jìn)一步膨脹釋放機(jī)械能。
[0024]膨脹的蒸汽在蒸汽渦輪機(jī)3的冷凝器30中冷凝，并且由此產(chǎn)生的冷凝液通過冷凝泵31直接輸送給廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置8或通過輸送泵33 (由該泵產(chǎn)生壓力)輸送給中壓級34或者輸送給廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置8的高壓級35，在此將冷凝液蒸發(fā)。在蒸汽產(chǎn)生和過熱之后，蒸汽通過廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置8的相應(yīng)的管路24、26、36再次輸送給蒸汽渦輪機(jī)，以便膨脹和做機(jī)械功。
[0025]在蒸汽管路24和26中設(shè)置閉鎖附件37和38。從朝向蒸汽渦輪機(jī)3的高壓級25導(dǎo)引的蒸汽管路24分岔出具有閉鎖附件40的旁通通道39，以便繞開高壓級25。相類似地分岔出具有閉鎖附件42的旁通通道41，以便繞開中壓級27。
[0026]沿流動方向在高壓件25之前，在蒸汽渦輪機(jī)3的轉(zhuǎn)子上固定第一調(diào)節(jié)輪43。相似地，沿流動方向在中壓件27之前，在蒸汽渦輪機(jī)3的轉(zhuǎn)子上固定第二調(diào)節(jié)輪44。調(diào)節(jié)輪包括通過閥控制的噴嘴，能夠通過該噴嘴向渦輪機(jī)相應(yīng)的部分進(jìn)氣。根據(jù)打開的閥的數(shù)量，較多或較少數(shù)量的額外蒸汽通過噴嘴流進(jìn)渦輪機(jī)。
[0027]此外，圖1還示出在廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置8的入口處的附加燃燒室45，其中，將仍包含大量氧氣的燃?xì)鉁u輪機(jī)廢氣作為燃料添加入該附加燃燒室，并且在此燃燒該混合物。因此，當(dāng)蒸汽產(chǎn)生與燃?xì)鉁u輪機(jī)2的發(fā)電斷開時，新蒸汽能夠通過燃?xì)鉁u輪機(jī)廢氣的溫度過度加熱以便制造過程蒸汽。尤其可以考慮附加燃燒室45，以便在用電高峰時段內(nèi)提高電功率的輸出。
[0028]本發(fā)明的方法規(guī)定，通過蒸汽渦輪機(jī)的蒸汽質(zhì)量流暫時地由于過載閥40、42或渦輪機(jī)旁通通道39、41的打開而提高，并且因此迅速(以秒計)地提高蒸汽渦輪機(jī)3的功率。
[0029]過載導(dǎo)入能夠根據(jù)本發(fā)明地不僅使用在高壓渦輪機(jī)25上，以便提高新蒸汽質(zhì)量流，而且使用在中壓渦輪機(jī)27上，以便提高中間過熱蒸汽質(zhì)量流，還使用在每個其它渦輪級(例如低壓渦輪機(jī)29)之前。
[0030]可選地，蒸汽渦輪機(jī)的通流能力能夠通過在高壓渦輪機(jī)25和/或中壓渦輪機(jī)27上的調(diào)節(jié)輪43、44、通過對應(yīng)閥的打開而被增大。
[0031]在此，能夠釋放來自廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置8的所有壓力級32、34、35的備用儲備。通過積聚汽包壓力，例如通過在中壓蒸汽系統(tǒng)34中的壓力調(diào)節(jié)閥46，在此能夠提高儲存能力。這種蒸汽質(zhì)量流的提高基于蒸汽渦輪機(jī)的通流能力的增大，并因此基于系統(tǒng)內(nèi)的壓力降低。
[0032]這種壓力降低導(dǎo)致熱儲備(在廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置內(nèi)的熱水、鋼體)的轉(zhuǎn)存，并因此導(dǎo)致蒸汽渦輪機(jī)的功率暫時地提高，如圖2和圖3示出在高壓渦輪機(jī)或中壓渦輪機(jī)中新蒸汽壓力與導(dǎo)入壓力的不同大小比的過載引入情況下的功率曲線。水平軸線表示用于穩(wěn)定工作的數(shù)值。
[0033]因為熱備用儲備是有限的，所以根據(jù)本發(fā)明，或者通過在廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置8內(nèi)的自燃的附加燃燒室45、在連續(xù)處于較低負(fù)荷下工作的附加燃燒室45，或者通過在燃?xì)鉁u輪機(jī)2中(壓縮機(jī)渦輪葉片的轉(zhuǎn)動、過度燃燒、蒸汽噴入或者在壓縮機(jī)9或燃燒室10內(nèi)灌入的水)的功率余量補(bǔ)償或進(jìn)一步提高減弱的儲存作用。
【權(quán)利要求】
1.一種用于運行燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)設(shè)備(I)的方法，所述燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)設(shè)備具有燃?xì)鉁u輪機(jī)(2)、蒸汽渦輪機(jī)(3)和廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置(8)，在該廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置內(nèi)在與來自燃?xì)鉁u輪機(jī)(2)的廢氣熱交換時能產(chǎn)生用于蒸汽渦輪機(jī)的蒸汽，其特征在于，為了對穩(wěn)定運行的電網(wǎng)提供頻率保持，增大所述蒸汽渦輪機(jī)(3)的通流能力和降低在廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置(8)內(nèi)的壓力，以便使用在廢氣蒸汽產(chǎn)生裝置(8)內(nèi)的備用儲備以用來提高蒸汽產(chǎn)量，并且如此快速地向所述廢氣蒸汽產(chǎn)生裝置(8)輸送熱能，使得燃?xì)夂驼羝麥u輪機(jī)設(shè)備(I)的功率曲線由于所述蒸汽渦輪機(jī)(3)的通流能力的增大和在所述廢熱蒸汽產(chǎn)生裝置(8)內(nèi)的壓力的下降大于等于所述穩(wěn)定運行的不久之前存在的功率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，打開至少一個在用于繞開蒸汽渦輪機(jī)級(25、27、29)或者蒸汽渦輪機(jī)模塊的旁通通路(39、41)內(nèi)的閥(40、42)以便提高所述蒸汽渦輪機(jī)(3)的通流能力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，蒸汽通過旁通通路(39)從高壓進(jìn)口向下游進(jìn)入所述蒸汽渦輪機(jī)(3)內(nèi)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，蒸汽通過旁通通路(41)從中壓進(jìn)口向下游進(jìn)入所述蒸汽渦輪機(jī)(3)內(nèi)。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，打開至少一個在高壓渦輪機(jī)(25)和/或中壓渦輪機(jī)(27)上的調(diào)節(jié)輪(43、44)的閥，以便提高所述蒸汽渦輪機(jī)(3)的通流能力。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，通過所述燃?xì)鉁u輪機(jī)(2)的過剩功率并因此通過增大的廢氣流輸送所述熱能。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，通過附加燃燒室(45)輸送熱能。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的方法，其中，通過為頻率保持而打開的閥(46)在穩(wěn)定運行時積聚汽包壓力。
【文檔編號】F01K3/04GK104246151SQ201280055971
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2012年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月14日
【發(fā)明者】A.皮卡德, E.施米德 申請人:西門子公司