專利名稱：運行一種余熱蒸汽發(fā)生器的方法及按此方法工作的余熱蒸汽發(fā)生器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種運行燃氣和蒸汽輪機裝置的余熱蒸汽發(fā)生器的方法，按此方法，來自燃氣輪機經膨脹的工質中所含有的熱量，被利用來產生蒸汽，用于連接在一個水汽循環(huán)中的蒸汽輪機，其中，來自蒸汽輪機經冷凝后的蒸汽作為凝結水供入水汽循環(huán)中。本發(fā)明還涉及一種按此方法工作的余熱蒸汽發(fā)生器。
這類余熱蒸汽發(fā)生器通常是燃氣和蒸汽輪機裝置的一部分，其中，利用包含在來自燃氣輪機膨脹后的工質中的熱量，產生用于蒸汽輪機的蒸汽。熱量的傳遞借助于一些加熱面進行，其形式為裝在余熱蒸汽發(fā)生器中的管或管束。這些加熱面又連接在蒸汽輪機的水汽循環(huán)中。水汽循環(huán)包括多個例如兩個或三個壓力級，其中，每個壓力級有一個預熱器加熱面(節(jié)省器)、一個蒸發(fā)器加熱面和一個過熱器加熱面。采用這樣一種例如由EP0148973B1為已知的燃氣和蒸汽輪機裝置，根據在蒸汽輪機水汽循環(huán)中存在著的壓力比，熱效率約達50至55％。
一種燃氣和蒸汽輪機裝置，其中規(guī)定作為燃氣輪機的燃料油只是用于短期運行，例如作為天然氣的“備份(Back-up)”用于100至500時/年，這種設備迫切地和最佳地設計用于燃氣輪機的天然氣運行。為了在熱運行時，在沒有昂貴的燃氣輪機抽氣的條件下，提高進入余熱蒸汽發(fā)生器時的給水溫度，所需的熱量可以不同的方式從余熱蒸汽發(fā)生器本身提取。有一種可能性在于完全或部分地繞過一個通常設置的凝結水預熱器，凝結水在一個連接在水汽循環(huán)中的給水箱內用供入的低壓蒸汽加熱。這樣一種方法當然要求在蒸汽壓力較低的情況下在給水箱內有一個大容積的并或許是多級的過熱蒸汽系統(tǒng)，這在加熱強度大時可能危及在給水箱中通常進行的除氣功能。
為了保證凝結水極為有效地除氣，凝結水在給水箱內的溫度應盡可能保持在130至160℃之間的溫度范圍內，在這種情況下凝結水在給水箱內的加熱強度應保持得較低。這例如可以通過使凝結水用一個借助于蒸汽加熱的附加的預熱器預熱來實現。為了提供為此所需的足夠的熱量，在二壓力裝置或三壓力裝置中往往必須從余熱蒸汽發(fā)生器的一個高壓節(jié)省器提取熱水。尤其在三壓力裝置中，這樣做顯然有缺點，即，可能影響通常所設的高壓給水泵的輸送量，以及，附加的凝結水預熱器必須按非常不經濟的方式設計用于高壓和大的溫度差。此外，在用燃料油運行時，以不利的方式產生這一個或每一個給水泵的節(jié)流損失。還有，從高壓節(jié)省器抽取熱水，由于降低了所謂的高壓趨近溫度(Hochdruck-Approach-Temperatur)，使高壓蒸汽量減少，其結果是再度導致降低裝置的效率。
因此本發(fā)明的目的是提供一種運行燃氣和蒸汽輪機裝置的余熱蒸汽發(fā)生器的方法，采用這種方法，與燃氣輪機使用的燃料無關地能獲得特別高的裝置效率。這可以在一個適用于實施此方法的余熱蒸汽發(fā)生器中，通過少量的技術性耗費獲得。
為達到有關方法方面的目的，按本發(fā)明采取的措施是，在使用油作為燃氣輪機的燃料時，從水汽循環(huán)提取這樣一股支流用于凝結水預熱，即，它在使用氣體作為燃氣輪機的燃料時用于燃料的預熱。
本發(fā)明以下列考慮為出發(fā)點，即，在一種要求高效率的燃氣和蒸汽輪機裝置中，在用天然氣運行時通常設有燃料預熱裝置，它的原理如由WO95/00747已知的那樣。按這一原理，為了預熱燃料，從蒸汽輪機的水汽循環(huán)抽取加熱水的一股支流，并在與燃料進行間接的熱交換后，重新供入水汽循環(huán)。
在有利的進一步改進中，在使用氣體作為燃料時并不是直接加熱燃料。確切地說，熱量在一個中間循環(huán)中，例如通過一個水/水熱交換器傳出，所以只有在中間循環(huán)中流動的介質才用于燃料的加熱。因為在使用油作為燃料時，它不需要預熱系統(tǒng)，所以合乎目的的做法是，在用油運行時此預熱系統(tǒng)用于為凝結水預熱，在這種情況下可以切斷中間循環(huán)。在凝結水預熱時冷卻了的支流最好重新?lián)饺肽Y水中。
在燃氣輪機排氣中所含的可感覺到的熱量，對于一個由三個壓力級亦即一個低壓級、一個中壓級和一個高壓級構成的水汽循環(huán)，在余熱蒸汽發(fā)生器中沿排氣的流動方向，從高壓系統(tǒng)經中壓系統(tǒng)到低壓系統(tǒng)順序降低。為了給凝結水預熱提供所需要的熱量，合乎目的的做法是，既從中壓級抽取支流，又將支流送回中壓級。在這種情況下，當由運行條件決定的低壓蒸汽產量低于一個預定值時，支流重新供入中壓級是適宜的。這最好這樣實現，即，從中壓節(jié)省器抽取的并在凝結水預熱時冷卻了的水，最好不導入凝結水系統(tǒng)，而是導入一個中壓汽包并在那里重新加熱。因此，為給水預熱節(jié)省的熱量可供凝結水的加熱使用。此外，中壓級的蒸汽產量相應地降低，所以用于中壓級的凝結水量也減少。
因為采用這種方法余熱蒸汽發(fā)生器的進口溫度可達例如135℃，所以實際上覆蓋了用于此目的(備用燃料-Back Up Fuel)的全部燃料譜，因而可以標準化。
按本發(fā)明為了達到上述有關用于燃氣和蒸汽輪機裝置的余熱蒸汽發(fā)生器方面的目的，設置一個熱交換器，用于借助于來自水汽循環(huán)的支流，根據選擇或預熱燃氣輪機燃料，或預熱凝結水，此燃氣和蒸汽輪機裝置具有一個在水汽循環(huán)中連接在蒸汽輪機下游的凝汽器。
在有利的設計中，熱交換器一次側連接在一個安裝在余熱蒸汽發(fā)生器中的預熱器加熱面，最好是一個中壓節(jié)省器的下游。
為了在間接熱交換時發(fā)生漏泄的情況下，出自安全的原因能避免燃料與此支流接觸，此熱交換器為了預熱燃料二次側最好連接在一個中間循環(huán)中。然后為了預熱凝結水，通過切斷此中間循環(huán)進行轉換，于是熱交換器此時在二次側連接在凝結水管道上。為了能選擇或預熱燃氣輪機燃料或預熱凝結水，最好是至少設一個閥，例如設在中間循環(huán)中和/或設在從熱交換器到凝結水管道的連接中。
下面借助于附圖
詳細說明本發(fā)明的實施例。其中附圖表示余熱蒸汽發(fā)生器的局部，它的加熱面連接在燃氣和蒸汽輪機裝置的水汽循環(huán)中。
在圖中表示的局部的余熱蒸汽發(fā)生器1，是用于生產電能的燃氣和蒸汽輪機裝置的一部分。它被來自燃氣輪機2a的熱廢氣AG流過并用于產生蒸汽，其中，它的加熱面連接在蒸汽輪機2b的一個水汽循環(huán)3中。
為此，余熱蒸汽發(fā)生器有一個連接在凝結水管道4上的凝結水預熱器6，后者的出口經循環(huán)泵8與其進口相連。為了在需要時繞過凝結水預熱器6，在凝結水泵10壓力側凝結水管道4上，連接有一條帶有閥14的旁通管道12，后者與凝結水預熱器6的出口連通。凝結水預熱器6的出口側，經單向閥16和帶有閥20的管道18，與低壓汽包22連接。此外，凝結水預熱器6出口側經管道24，與一個具有除氣器26的除氣罐或給水箱28連接。給水箱28出口側經管道30和循環(huán)泵32，既通過單向閥16和管道24與其進口相連，也與管道18連通。此外，給水箱28出口側經管道34和給水泵36，如用箭頭a和b表示的那樣，與高壓節(jié)省器38和與中壓節(jié)省器40連接。
為了預熱給水，在給水箱28中通入蒸汽管道42，后者連接在一根從低壓汽包22通往低壓過熱器加熱面44的蒸汽管道46上。低壓過熱器加熱面44與低壓汽包22和連接在低壓汽包22上的低壓蒸發(fā)器加熱面48以及與蒸汽輪機2b的低壓部分一起，構成了水汽循環(huán)3的低壓級。
中壓節(jié)省器40出口側經閥50與中壓汽包52連接，在中壓汽包52上連接著中壓蒸發(fā)器加熱面54。中壓節(jié)省器40與中壓汽包52和中壓蒸發(fā)器加熱面54以及圖中未表示的中壓過熱器加熱面和蒸汽輪機2b的中壓部分一起，構成了水汽循環(huán)3的中壓級。
相應地，高壓節(jié)省器38是圖中沒有詳細表示的水汽循環(huán)3的高壓級的一個組成部分。
此外，中壓節(jié)省器40與一個熱交換器56連接，它的一次側連接在一根與凝結水管道4連接的一次管道58中，減壓閥60在此管道58內。熱交換器56二次側，在一個中間循環(huán)62中，與另一個用于燃料預熱的熱交換器64連接。此外，在構成燃料預熱系統(tǒng)的中間循環(huán)62中，沿流動方向在第二熱交換器64后面，連接有一個閥66和一臺泵68。此外，在中間循環(huán)62上，亦即在熱交換器56的二次側上，連接有一根用虛線表示的第一管道70和一根同樣用虛線表示的第二管道72。第一管道70經閥74通入凝結水管道4。其中連接有閥76的第二管道72，將凝結水管道4與泵68連接在中間循環(huán)62中的抽吸側連接起來。在熱交換器56的一次管道58上，連接有同樣用虛線表示的帶有閥80的管道78，后者通入一根連接中壓節(jié)省器40與中壓汽包52的管道82中。
在余熱蒸氣發(fā)生器1運行時，通過泵10和凝結水管道4，將來自連接在蒸汽輪機下游的凝汽器84的凝結水k，供往凝結水預熱器6。在這種情況下，可經由管道12全部或部分地繞過凝結水預熱器。溫度Tk約為25至40℃。凝結水壓力Pk約為10至20bar。凝結水k在凝結水預熱器6中加熱，并為此至少部分地經循環(huán)泵8循環(huán)。被加熱的凝結水k經管道24，部分或全部流入給水箱28或除氣器26中，在那里借助于經管道42通入的蒸汽，進行給水加熱以及進行凝結水k的除氣。經加熱的給水，一方面供入低壓汽包22，另一方面經給水泵36供入中壓節(jié)省器40以及以提高了的壓力供入高壓節(jié)省器38。供入低壓級的給水，在低壓蒸發(fā)器加熱面48內在低壓下蒸發(fā)，在這種情況下，在低壓汽包22中分離出來的處于低壓狀態(tài)的蒸汽，一部分送往給水箱28，一部分送往中壓過熱器加熱面44。在那里過熱后的蒸汽供入蒸汽輪機2b的低壓部分。
同樣，處于約40至50bar的中壓PM狀態(tài)的具有約220至240℃溫度TM的給水，供入中壓汽包52并在中壓蒸發(fā)器加熱面54內蒸發(fā)。在中壓汽包52中分離出來的處于中壓狀態(tài)的蒸汽，供入蒸汽輪機2b的中壓部分。類似地，處于高壓狀態(tài)并在高壓節(jié)省器38中加熱的給水蒸發(fā)，并在過熱狀態(tài)供入蒸汽輪機2b的高壓部分。
從水汽循環(huán)3抽取的支流t1通過熱交換器56流動并在那里冷卻。冷卻后的支流t1重新送入水汽循環(huán)3。在這種情況下，冷卻后的支流t1的回送，或經管道58通過與凝結水k混合來實施，或經管道78通過輸入中壓汽包52來完成。設置閥60和80用于轉換。支流t1的冷卻在熱交換器56中通過間接熱交換進行。
在使用氣體作為燃氣輪機燃料B時，支流t1在熱交換器56中與一種在中間循環(huán)62中循環(huán)流動的介質w最好是水進行熱交換，介質w將熱量再次通過第二熱交換器64傳給燃氣輪機燃料B。
在使用油作為燃氣輪機燃料B＇時，中間循環(huán)62通過閥66切斷，支流t1在熱交換器56中的熱交換，與經管道72供入熱交換器56中的凝結水k進行，支流t1在熱交換器56中被冷卻后，經管道70重新?lián)饺胪ㄟ^凝結水管道4流動的凝結水k中。其中，支流t1被冷卻到溫度Tt約50℃，從熱交換器56二次側經管道70流出的凝結水k，被加熱到溫度T＇k約100至180℃。因此，在使用氣體作為燃氣輪機2a的燃料B時被用來預熱燃料的支流t1，當使用油作為燃氣輪機2a的燃料B＇時，被用來預熱凝結水。
此外，通過使用在用油運行時不再需要的主要包括熱交換器56的燃料預熱系統(tǒng)62、68來預熱凝結水，節(jié)省了迄今實施的從水汽循環(huán)3尤其從高壓節(jié)省器38的抽汽。除此之外，取消了外部的凝水預熱裝置，其中包括為此所需的管路和附件以及相應的調節(jié)器。因此，無論是用氣體運行還是用油運行，均可獲得特別高的裝置效率。其中，從預熱燃料到預熱凝結水可以用簡單的方式轉換。
權利要求
1.一種運行一種燃氣和蒸汽輪機裝置(2)的余熱蒸汽發(fā)生器(1)的方法，按此方法，燃氣輪機(2a)經膨脹的工質(AG)內所含有的熱量，被利用來產生蒸汽，用于連接在一個水汽循環(huán)(3)中的蒸汽輪機(2b)，其中，來自蒸汽輪機(2b)經冷凝后的蒸汽作為凝結水(k)供入水汽循環(huán)(3)，其特征在于在使用油作為燃氣輪機(2a)的燃料(B＇)時，從水汽循環(huán)(3)提取這樣一股支流(t1)用于凝結水預熱，即，它在使用氣體作為燃氣輪機(2a)的燃料(B)時用于燃料的預熱。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于為了預熱燃料，通過一個中間循環(huán)(62)進行間接熱交換。
3.按照權利要求2所述的方法，其特征在于為了凝結水的預熱，切斷中間循環(huán)(62)。
4.按照權利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于在凝結水預熱時冷卻了的支流(t1)摻入凝結水(k)中。
5.按照權利要求1至4中任一項所述的方法，其中，水汽循環(huán)(3)由三個壓力級構成，其特征在于支流(t1)從水汽循環(huán)(3)的中壓級(40、52、54)提取。
6按照權利要求5所述的方法，其特征在于在凝結水預熱時冷卻了的支流(t1)，重新供入水汽循環(huán)(3)的中壓級(40、52、54)中。
7.一種用于燃氣和蒸汽輪機裝置(2)的余熱蒸汽發(fā)生器，其具有一根連接在水汽循環(huán)(3)中的凝結水管道(4)，其特征在于設有一個熱交換器(56)，用于借助于來自水汽循環(huán)(3)的支流(t1)，根據選擇，或預熱燃氣輪機的燃料(B)，或預熱凝結水(k)。
8.按照權利要求7所述的余熱蒸汽發(fā)生器，其特征在于熱交換器(56)一次側連接在一個預熱器加熱面(40)的下游。
9.按照權利要求7或8所述的余熱蒸發(fā)生器，其特征在于用于預熱燃氣輪機燃料(B)的熱交換器(56)，二次側連接在中間循環(huán)(62)中。
10.按照權利要求7或8所述的余熱蒸發(fā)生器，其特征在于用于預熱凝結水的熱交換器(56)，在二次側與凝結水管道(4)連接。
11按照權利要求7至10中任一項所述的余熱蒸發(fā)生器，其特征在于為了選擇或預熱蒸汽輪機燃料(B)，或預熱凝結水(k)，至少設一個閥(66、74、76)。
全文摘要
在一種燃氣和蒸汽輪機裝置(2)的余熱蒸汽發(fā)生器(1)中,來自燃氣輪機(2a)經膨脹的工質(AG)內所含有的熱量,被利用來產生蒸汽,用于連接在一個水汽循環(huán)(3)中的蒸汽輪機(2b),其中,來自蒸汽輪機(2b)經冷凝后的蒸汽作為凝結水(k)供入水汽循環(huán)(3)。為了與燃氣輪機(2a)使用的燃料(B、B′)無關地獲得更高的效率,按本發(fā)明在使用油作為燃氣輪機的燃料(B)時,從水汽循環(huán)(3)提取這樣一股支流(t
文檔編號F01K23/06GK1182467SQ96192372
公開日1998年5月20日 申請日期1996年3月21日 優(yōu)先權日1995年4月3日
發(fā)明者赫爾曼·布魯克納, 埃里克·施密德, 威廉·厄恩斯特伯格 申請人:西門子公司