專利名稱：燃?xì)廨啓C(jī)組受熱部件的冷卻方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種燃?xì)廨啓C(jī)組受熱部件的冷卻方法。
在熱電站的聯(lián)合裝置中，通常從工作過程中抽取空氣供到承受熱負(fù)荷的部件中，以冷卻這些部件。這種冷卻方法減少了裝置中的有效質(zhì)量流，從而使裝置的效率受到損失。就渦輪機(jī)組而言，上述情況主要在于在新一代的聯(lián)合裝置中一般沒有額外的空氣能夠在不損失裝置的功率和效率下分流出來。
對(duì)此，本發(fā)明將給予幫助。如權(quán)利要求書中的特征所表明的那樣，本發(fā)明的目的是對(duì)于文首所述的那種方法提出對(duì)裝置中受熱部件進(jìn)行冷卻的一些措施，這些措施可以提高效率和比功率。
一種具有例如三級(jí)壓力廢熱蒸汽發(fā)生器的聯(lián)合裝置中的中級(jí)蒸汽壓力尤其能很好地適用于渦輪定子和燃燒室的冷卻。為此目的，從具有適當(dāng)壓力的鍋爐汽包來的新鮮蒸汽通過吸收要冷卻部件的熱量而過熱并在適當(dāng)?shù)奈恢锰幑┙o蒸汽渦輪。如果上述過熱程度太高，則可以在適當(dāng)?shù)奈恢猛ㄟ^噴水來控制。反之，如果過熱程度太低，則可以利用一定量的煙氣對(duì)其再加熱。就受熱部件的冷卻方式而言，可以串聯(lián)和/或并聯(lián)地進(jìn)行冷卻。用于冷卻的蒸汽不僅限于從中壓鍋爐汽包中抽取，同樣也可以從低壓和/或高壓鍋爐汽包中抽取。
此外還可以在適當(dāng)?shù)奈恢锰帍恼羝麥u輪中抽取冷卻蒸汽，并在一個(gè)低壓位置處將冷卻蒸汽送回到蒸汽渦輪中。按照需要，這樣抽取的冷卻蒸汽可以通過噴水而部分地或完全地得到過熱冷卻，這些水最好在節(jié)熱器后面抽取。
在具有設(shè)置在不同壓力區(qū)中的多個(gè)渦輪和燃燒室的燃?xì)廨啓C(jī)裝置中，在適當(dāng)?shù)腻仩t汽包上和/或蒸汽渦輪的適當(dāng)部位上開孔以提供所需的冷卻蒸汽。
在起動(dòng)過程期間，可向需冷卻的相關(guān)部件提供冷卻介質(zhì)，冷卻介質(zhì)可是常用的空氣或是外部蒸汽源。
本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)在于，與用空氣冷卻相比，由于蒸汽的溫度較低并且比熱較高(幾乎加倍)，在相同的金屬溫度下允許有高得多的熱燃?xì)鉁囟?。如果冷卻是按照一種封閉回路構(gòu)思進(jìn)行的，那么與在用空氣冷卻時(shí)通常采用的開式回路構(gòu)思相比，這種冷卻方式會(huì)產(chǎn)生更好的多變渦輪效率。對(duì)受熱部件進(jìn)行閉式蒸汽冷卻大大提高了聯(lián)合裝置的功率和效率。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案的一些有利的適宜的細(xì)節(jié)特征在其它權(quán)利要求中給出。
以下對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明的一些實(shí)施例做詳細(xì)說明。附圖中省去了對(duì)直接理解本發(fā)明所不需要的部件。各種介質(zhì)的流動(dòng)方向用箭頭表示。相同的部件在各圖中都采用相同的標(biāo)號(hào)。
附圖中，

圖1是一種聯(lián)合裝置，其中冷卻蒸汽從鍋爐汽包中取出，圖2是一種具有封閉蒸汽冷卻回路的聯(lián)合裝置，其中主要蒸汽從蒸汽渦輪中取出，圖3是一種聯(lián)合裝置，其中在燃?xì)廨啓C(jī)組內(nèi)燃燒是按順序進(jìn)行的。
圖1示出了一種由一個(gè)燃?xì)廨啓C(jī)組1，一個(gè)廢熱蒸汽發(fā)生器2和一個(gè)蒸汽循環(huán)回路3組成的聯(lián)合裝置，燃?xì)廨啓C(jī)組1，廢熱蒸汽發(fā)生器2和蒸汽循環(huán)回路3都是以它們的最主要的部件表示出來的。燃?xì)廨啓C(jī)組1包括一個(gè)壓氣機(jī)4，該壓氣機(jī)與一個(gè)發(fā)電機(jī)5聯(lián)結(jié)在一起。吸入的新空氣6在壓氣機(jī)4中受壓縮而升壓，然后該被壓縮的空氣7送到一個(gè)后接的燃燒室8中形成熱燃?xì)?，該熱燃?xì)?接著被引到后面的渦輪10中，釋放出的能量則在所述的發(fā)電機(jī)5中轉(zhuǎn)換成電流。發(fā)電機(jī)5設(shè)計(jì)成具有電動(dòng)機(jī)的功能，在起動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)組1時(shí)就是這種情況。燃燒室8用氣態(tài)的和/或液壓的燃料進(jìn)行工作。燃?xì)庠跍u輪10中膨脹后，仍然還具有很高的熱能的廢氣11流過廢熱鍋爐12，在廢熱鍋爐12中通過熱交換產(chǎn)生蒸汽，該蒸汽則構(gòu)成后繼的蒸汽循環(huán)回路3的工作介質(zhì)。被充分利用了熱能后的廢氣則作為煙氣13排向大氣中。此處所示的廢熱鍋爐12是一種多級(jí)型式的，它有三個(gè)汽包14，15，16。在廢熱鍋爐12中由釋放出的熱能產(chǎn)生高壓蒸汽17，該高壓蒸汽經(jīng)過一個(gè)未示出的中間過熱器引入到蒸汽渦輪18中。當(dāng)然，蒸汽在經(jīng)過第一次部分膨脹后，可以在一個(gè)再熱器中再加熱，接著再引入到一個(gè)中壓和低壓渦輪中。蒸汽渦輪18產(chǎn)生的能量由一個(gè)相聯(lián)的發(fā)電機(jī)19轉(zhuǎn)換成電流。膨脹后的蒸汽20在一個(gè)由水或空氣冷卻的冷凝器21中冷凝。通過一個(gè)在冷凝器21下游工作的冷凝水泵22將冷凝水23輸送到一個(gè)未示出的供水箱和除氣器中。接著由另一個(gè)未示出的泵將這些水泵入廢熱鍋爐12中。水首先流過一個(gè)節(jié)熱器31，接著流過具有汽包16，15，14的廢熱鍋爐12的各個(gè)壓力級(jí)，水的流動(dòng)導(dǎo)向由各個(gè)泵32來維持。從汽包16中取出低壓蒸汽24，向蒸汽渦輪18提供附加的蒸汽。從中壓汽包15中取出一定量的飽和蒸汽25，這種用于冷卻目的的飽和蒸汽25首先通過渦輪10的定子26，接著通過燃燒室8的要冷卻的壁。飽和蒸汽25在此處受到過熱，然后作為具有增加了相應(yīng)的做功潛力的工作蒸汽27在一個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢?8處供入蒸汽渦輪18。為了將產(chǎn)生的過熱保持在一個(gè)允許的范圍內(nèi)，可以在一個(gè)適當(dāng)?shù)奈恢?9處將作為節(jié)熱器31中預(yù)熱的冷凝水30供到冷卻蒸汽中。為了簡(jiǎn)明起見，圖中省去了中壓和高壓級(jí)的節(jié)熱器。對(duì)于渦輪端的定子26來說，當(dāng)然可以取用汽包16中的低壓蒸汽作為冷卻介質(zhì)，以及在具有大壓力比的燃?xì)廨啓C(jī)中至少對(duì)燃燒室和高壓渦輪的區(qū)域取用汽包14中的蒸汽。將冷卻蒸汽供到處于一個(gè)低壓位置的蒸汽渦輪18中的這種可能性使之可以選擇一個(gè)便于完成冷卻任務(wù)的合適的壓力降。當(dāng)汽包15中產(chǎn)生的蒸汽量沒有全部用于冷卻時(shí)，可以將多余的部分輸送給蒸汽渦輪18。
圖2基本上示出了按照?qǐng)D1的線路。尤其在具有單級(jí)或兩級(jí)壓力鍋爐的聯(lián)合線路中，在某些情況下可以沒有適于抽取冷卻蒸汽的壓力水平上的鍋爐汽包。圖2中示出了一個(gè)單級(jí)壓力鍋爐40。要冷卻的部件中的蒸汽壓力應(yīng)該總是稍大于部件的燃?xì)鈮毫?，以防燃?xì)膺M(jìn)入蒸汽回路中。但超壓過多則意味著有不必要的能量損失。此時(shí)可以在一個(gè)取氣位置33處將冷卻蒸汽從蒸汽渦輪18中取出。在某些情況下，該蒸汽的溫度可能會(huì)太高而必須對(duì)其采取措施。為此，在節(jié)熱器31下游和汽包35上游取出一定量的水，經(jīng)裝有閥的管道36在位置34處將水供入取氣管道37中。冷卻蒸汽37經(jīng)管道37一方向通到渦輪10的定子36，另一方向通到燃燒室8。該蒸汽對(duì)受熱部件進(jìn)行冷卻后而被過熱，然后作為具有相應(yīng)提高了做功潛力的工作蒸汽經(jīng)管道38從適當(dāng)?shù)奈恢?9處送入蒸汽渦輪18中。在這種情況下，管道37在渦輪10和燃燒室8的上游分支，對(duì)這些部件進(jìn)行單獨(dú)冷卻，受到過熱的蒸汽則再經(jīng)過單一的管道38返回。相應(yīng)的閥41，42保證各個(gè)部件具有各自一定的蒸汽量。為了使部分負(fù)荷工作時(shí)的能量損失盡可能地小，可以在較低或較高壓力的位置處取出蒸汽和返回蒸汽。如由位置43，44所表示的，其轉(zhuǎn)換由未示出的閥來進(jìn)行。
圖3示出了另一種聯(lián)合裝置，相對(duì)于前述裝置而言，其主要區(qū)別在于燃?xì)廨啓C(jī)組1有一個(gè)在兩個(gè)渦輪中進(jìn)行的順序燃燒過程，而蒸汽循環(huán)回路3中增加了一個(gè)除氣器58和一個(gè)相屬的泵55。來自壓氣機(jī)4的壓縮空氣7先進(jìn)入一個(gè)第一燃燒室56，該燃燒室56中用一種液體燃料和/或氣體燃料工作，并全最好是環(huán)形燃燒室結(jié)構(gòu)。在該燃燒室中形成的熱燃?xì)?7引入到一個(gè)高壓渦輪45中，它具有相對(duì)較小的膨脹比，使得廢氣46仍具有相當(dāng)高的溫度。廢氣46流入一個(gè)最好是環(huán)管式燃燒室結(jié)構(gòu)的第二燃燒室47中，在該燃燒室中燃燒最好是由自燃著火進(jìn)行的。這些熱氣繼后進(jìn)入到一個(gè)低壓渦輪49中，然后廢氣11按照通常的方式流過廢熱鍋爐40。由于要冷卻的受熱部件增加了一倍，因此要求增加冷卻蒸汽量。第一燃燒室56和高壓渦輪45用汽包35的蒸汽50進(jìn)行串聯(lián)地冷卻。在這種冷卻中產(chǎn)生的過熱蒸汽則經(jīng)返回管道51在適當(dāng)?shù)奈恢锰幰胝羝麥u輪18中。第二燃燒室47和低壓渦輪49用蒸汽渦輪18的蒸汽52同樣是串聯(lián)地進(jìn)行冷卻。這里產(chǎn)生的過熱蒸汽也經(jīng)一個(gè)返回管道53在適當(dāng)?shù)奈恢靡秸羝麥u輪18中。另一個(gè)裝有閥的并匯入冷卻蒸汽流52中的管道54用于在需要時(shí)將冷卻蒸汽混入到過熱蒸汽中。各個(gè)部件的冷卻也可以并聯(lián)地進(jìn)行，如圖2中已述的那樣。原則上要注意，來自蒸汽渦輪18的冷卻蒸汽相對(duì)于來自汽包35的飽和蒸汽具有較弱的效果。對(duì)于后者來說。冷卻效果較強(qiáng)，但必須考慮所產(chǎn)生的熱應(yīng)力情況。最后，此時(shí)也可以考慮采用按照高壓原理工作的廢熱蒸汽系統(tǒng)，可以最佳的方式從鍋爐汽包和蒸汽渦輪中抽取冷卻蒸汽。
由于經(jīng)驗(yàn)表明冷卻系統(tǒng)不可能完全密封，在冷卻運(yùn)行過程中會(huì)有一定的蒸汽在燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)回路中損失掉，雖然這增加了比功率，但是減少了由蒸汽冷卻所獲取的效率上的增益。原則上來說，渦輪10，45，49的旋轉(zhuǎn)部件同樣可以用封閉系統(tǒng)中的蒸汽來冷卻。此時(shí)要特別注意泄漏損失。當(dāng)然在需要時(shí)也可以用從鍋爐汽包35中分支出來的蒸汽來冷卻蒸汽渦輪，該蒸汽可以在利用過熱壓力降的條件下正好從入口處輸回到蒸汽渦輪18中。同樣也可以用蒸汽來冷卻閥桿和高壓密封套。
權(quán)利要求
1.對(duì)作為一種聯(lián)合裝置的一部分的燃?xì)廨啓C(jī)組的受熱部件進(jìn)行冷卻的方法，所述聯(lián)合裝置此外還包括一個(gè)廢熱蒸汽發(fā)生器和一個(gè)蒸汽循環(huán)回路，其中，燃?xì)廨啓C(jī)組基本上由至少一個(gè)壓氣機(jī)，至少一個(gè)燃燒室和至少一個(gè)渦輪組成，其特征在于，用來自廢熱蒸汽發(fā)生器(2)的飽和蒸汽(25，30，50)和/或來自蒸汽循環(huán)回路(3)中的過熱蒸汽(37，52)來冷卻燃?xì)廨啓C(jī)組(1)的一個(gè)或多個(gè)受熱部件(8，10，56，45，47，48)，并且將用于冷卻的蒸汽送回到蒸汽循環(huán)回路(3)的一個(gè)蒸汽渦輪(18)中。
2.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，受熱部件(8，10，56，45，47，48)的冷卻是并聯(lián)地和/或串聯(lián)地進(jìn)行的。
3.按照權(quán)利要求1的方法，其特征是，在使用過熱蒸汽(37，52)時(shí)，受熱部件(8，10，48，49)的冷卻是經(jīng)一個(gè)封閉的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行的。
4.按照權(quán)利要求2的方法，其特征是，在要冷卻部件(8，10，48，49)的上游的過熱蒸汽(37，52)中混入一部分水和/或來自廢熱蒸汽發(fā)生器(2)的冷凝水。
全文摘要
一種用于冷卻燃?xì)廨啓C(jī)組(1)的受熱部件(8，10)的方法，該燃?xì)廨啓C(jī)組是一種聯(lián)合裝置的一部分，該聯(lián)合裝置還包括一個(gè)廢熱蒸汽發(fā)生器(2)和一個(gè)蒸汽循環(huán)回路(3)。在所述的方法中，從蒸汽循環(huán)回路(3)的一個(gè)汽包(15)中取出一定量的飽和蒸汽(25)，用來按順序地冷卻所述的部件，即燃燒室(8)和渦輪(10)，接著將該蒸汽在適當(dāng)?shù)奈恢?28)處送回到蒸汽循環(huán)回路(3)的一個(gè)蒸汽渦輪(18)中。從蒸汽渦輪(18)中來的用于冷卻的蒸汽(25)在需要時(shí)在要冷卻部件(8，10)的上游混入一部分來自廢熱蒸汽發(fā)生器(2)的水(30)，使其適中。
文檔編號(hào)F02C7/16GK1112985SQ95102799
公開日1995年12月6日 申請(qǐng)日期1995年3月21日 優(yōu)先權(quán)日1994年3月21日
發(fā)明者H·U·弗魯特希 申請(qǐng)人:Abb管理有限公司