專利名稱:用于渦輪機(jī)及相關(guān)裝置的飽和蒸汽熱力循環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域：
是在核能發(fā)電廠中的飽和蒸汽或微過熱蒸汽熱カ循環(huán)。
技術(shù)背景
最優(yōu)化在核能發(fā)電廠中飽和蒸汽熱カ循環(huán)的問題已經(jīng)通過若干方法和設(shè)備得以解決，特別是通過利用在高壓渦輪機(jī)模塊和低壓渦輪機(jī)模塊之間的這種類型的廠中的飽和蒸汽熱カ循環(huán)中的干燥和/或過熱的階段，和通過安裝相關(guān)設(shè)備來解決。
這種類型的方法和設(shè)備使用新鮮蒸汽；也就是說，來自鍋爐的蒸汽被用于使高壓和低壓部分之間的蒸汽過熱。
因此，在已知的構(gòu)造中，其中已知的變型在圖1中示出，干燥器70和過熱器80布置在高壓模塊30和中壓模塊40之間，且適用于干燥和過熱由高壓模塊輸出的蒸汽，該蒸汽由所述高壓模塊的上游的蒸汽產(chǎn)生器140產(chǎn)生，所述蒸汽產(chǎn)生器140由核能源140'供給。 另外，處于過熱目的，所述過熱器80利用穿過連接到蒸汽產(chǎn)生器140的出口的管道270被供給新鮮蒸汽。
這些方法和相關(guān)設(shè)備的缺點(diǎn)特別地包括對于高度過熱的要求，以使蒸汽能夠流過低壓渦輪機(jī)而不快速產(chǎn)生將對效率有消極影響且也趨于使渦輪機(jī)劣化的水滴。此外，使用用于過熱的新鮮蒸汽對核循環(huán)的效率幾乎沒有影響，這是因?yàn)檫@種能量単獨(dú)以熱的形式被回收，而不轉(zhuǎn)換為電。這是因?yàn)?，然而在礦物燃料動カ發(fā)電廠中的蒸汽由鍋爐直接再熱，因此增加了熱交換的平均溫度并提高了循環(huán)效率，由核動カ廠中的新鮮蒸汽的過熱僅會使熱 カ循環(huán)劣化。但是，由于在最后膨脹階段中的濕度含量，所以過熱可以降低損失。由于在正確最優(yōu)化的廠中的循環(huán)劣化，所以該積極影響大于消極影響。此外，所述分析證實(shí)干燥的更大的重要性，其有助于降低由于在下游膨脹階段中的濕度含量造成的損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，尤其是相關(guān)問題，一方面，具有最優(yōu)化的飽和蒸汽或微過熱蒸汽熱カ循環(huán)，此循環(huán)適于用在核能發(fā)電廠，也就是說包括至少ー個核能源的廠，另一方面，使用新鮮蒸汽作為在該類型的熱カ循環(huán)中用于過熱的熱源。
為了這個目的，在包括核能源以及具有至少ー個高壓模塊、中壓模塊和低壓模塊的渦輪機(jī)的發(fā)電廠中，本發(fā)明提出飽和蒸汽或微過熱蒸汽熱カ循環(huán)，其中蒸汽相繼流過高壓、中壓和低壓模塊，該蒸汽經(jīng)歷位于高壓和中壓模塊之間的第一干燥和/或過熱循環(huán)。應(yīng)該注意到，所述第一過熱循環(huán)可以設(shè)置在使用新鮮蒸汽的單個階段中，或兩個階段中，從高壓模塊放出的蒸汽被用于向第一加熱階段供給，同時新鮮蒸汽被供給到第二加熱階段，第 ニ構(gòu)造是提高所述廠循環(huán)效率的變型。
術(shù)語“飽和蒸汽或微過熱蒸汽熱カ循環(huán)”意味著由產(chǎn)生器供應(yīng)的蒸汽可以被過熱例如幾十度。
根據(jù)第一特征，飽和蒸汽經(jīng)歷包括位于中壓模塊和低壓模塊之間的至少ー個干燥過程的第二循環(huán)。
因?yàn)橛珊瑵窳恳鸬膿p失是相當(dāng)可觀的，所以，該循環(huán)被設(shè)計(jì)成補(bǔ)充位于高壓和中壓模塊之間的第一干燥和/或過熱循環(huán)，以實(shí)現(xiàn)在膨脹線路的最后階段中飽和蒸汽的含
濕量的進(jìn)ー步減小。
根據(jù)第二特征，第二循環(huán)還包括在其中蒸汽被過熱的階段。
有利地，第一循環(huán)被最優(yōu)化以使在中壓模塊的出口處的蒸汽含濕量被保持在能使第二循環(huán)被最優(yōu)化的特定范圍內(nèi)。從而，相對于現(xiàn)有技木，中壓膨脹的等熵效率低，而低壓膨脹的等熵效率高。此外，在這種情況下，由渦輪機(jī)低壓模塊中的液態(tài)形式的水產(chǎn)生的機(jī)械風(fēng)險大大減小且被控制。
有利地，在整個循環(huán)中的蒸汽處于具有小于15%的含濕量或適中的過熱溫度的濕蒸汽狀態(tài)。
根據(jù)特定特征，
-第二循環(huán)以使得低壓渦輪機(jī)的出口處含濕量基本上處于從5%到15%的范圍內(nèi)的方式調(diào)節(jié)干燥和/或過熱；
禾ロ/或
-第一循環(huán)以使得中壓渦輪機(jī)的出口處含濕量基本上處于從5%到15%的范圍內(nèi)的方式調(diào)節(jié)干燥和/或過熱；
禾ロ/或
-高壓模塊的膨脹調(diào)節(jié)含濕量以使得其在第一循環(huán)之前在高壓渦輪機(jī)的出ロ處基本上處于從5%到15%的范圍內(nèi)。
根據(jù)另ー特征，在第一循環(huán)中的過熱通過使用取自高壓模塊的第一蒸汽排氣點(diǎn)， 最好取自所述高壓模塊的中間階段的蒸汽來提供。
以相同的方式，在第二循環(huán)中的過熱通過使用取自高壓模塊的第二蒸汽排氣點(diǎn)的蒸汽來提供，該第二蒸汽排氣點(diǎn)取自前述高壓模塊的第一蒸汽排氣點(diǎn)下游的中間階段，該中間階段可位于該高壓模塊的出ロ處。
本發(fā)明還提出ー種包括至少ー個核能源和具有至少ー個高壓模塊、中壓模塊和低壓模塊的渦輪機(jī)的發(fā)電廠，所述模塊通過用于使蒸汽連續(xù)通過所述高壓、中壓和低壓模塊的蒸汽回路相互連接，所述廠還包括位于中壓和低壓模塊之間的至少ー個干燥器。
在變型中，所述廠還包括位于中壓和低壓模塊之間的過熱器。
優(yōu)選地，所述廠具有位于高壓和中壓模塊之間的至少ー個干燥器和/或一個過熱
ο


參照附圖根據(jù)下面的描述，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚，其中
圖1示出了在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式的發(fā)電廠中飽和蒸汽熱カ循環(huán)的總體圖示；
圖2示出了在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式的發(fā)電廠中，飽和蒸汽熱カ循環(huán)的總體圖示；
圖3示出了焓圖，被稱為摩利爾(Mollier)圖，表示在下面情況下膨脹線路的總體趨勢在理想的理論情況下、在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式的情況下、和根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的情況下。
為了更清楚，在所有附圖中同樣或相似的元件用相同的附圖標(biāo)記表示。
具體實(shí)施方式
圖2示出在根據(jù)ー個實(shí)施方式的發(fā)電廠中飽和蒸汽熱カ循環(huán)1的總體圖示。
更具體地講，該圖示顯示包括核能源2'和具有三個模塊的渦輪機(jī)2的廠，第一模塊是高壓模塊3，第二模塊是中壓模塊4，第三模塊是低壓模塊5。在整個循環(huán)中，工作介質(zhì)在該例子中的水蒸汽連續(xù)通過高壓模塊3、中壓模塊4和低壓模塊5。
在熱カ循環(huán)的上游，蒸汽源例如至少ー個蒸汽產(chǎn)生器14通過供給管道15向高壓模塊3供給新鮮蒸汽。另外，第一中間管道16布置在高壓模塊3的出口和中壓模塊4的進(jìn) ロ之間，第二中間管道17布置在中壓模塊4的出口和低壓模塊5的進(jìn)ロ之間，所述管道16 和17各自分別具有干燥器7、10以及過熱器8、11。流過第一和第二中間管道16、17的蒸汽因而經(jīng)歷各自包括干燥階段和過熱階段的第一和第二循環(huán)6、9。因此，干燥器7、10可以分別用于執(zhí)行第一循環(huán)6和第二循環(huán)9的干燥階段，過熱器8、11也可以分別用于執(zhí)行第一循環(huán)6和第二循環(huán)9的過熱階段。
在此實(shí)施方式中，所述過熱器8、11由熱交換器形成。
高壓模塊3、中壓模塊4和低壓模塊5的每個適于引起交流發(fā)電機(jī)19的輸入軸18 的旋轉(zhuǎn)，所述交流發(fā)電機(jī)19適于發(fā)電。
在低壓模塊5的出ロ處，第三中間管道20將蒸汽供給到與散熱器22相連的主冷凝器21。該主冷凝器21用于將氣態(tài)蒸汽轉(zhuǎn)換為液態(tài)。
隨著流動物分別通過ー組低壓再熱器24、除氣箱25和一組高壓再熱器沈，位于熱力循環(huán)端部的管道23從主冷凝器21向蒸汽產(chǎn)生器14供給。
成組的熱交換器M、25J6適于再加熱流體，但是除氣箱25也用于減小水中氧氣和其他氣體的濃度。
在該實(shí)施方式中，第一中間管道16穿過其的第一過熱器8通過連接到高壓模塊3 的第一排氣點(diǎn)12的第一過熱管道27也被供給加熱蒸汽。用于使蒸汽流過第一過熱管道27 的所述第一排氣點(diǎn)12定位于高壓模塊3的中間水平，在這種方式下，過熱器8被供給先前用過的蒸汽，而非新鮮蒸汽。類似地，第二中間管道17穿過其的第二過熱器11通過連接到高壓模塊的位于第一排氣點(diǎn)12下游的第二排氣點(diǎn)13的第二過熱管道觀而被供給加熱蒸汽。在具體的構(gòu)造中，在附圖中沒有示出，所述第二排氣點(diǎn)13可以位于高壓模塊3的出口處。
這些第一和第二過熱器8、11也分別通過排放管道四和30向所述ー組高壓再熱器沈和除氣箱25供應(yīng)冷凝水。
以相同的方式，排放管道31、32從干燥器7、10將排出的流體排放到所述除氣箱25 和所述ー組再熱器對。
類似地，連接到高壓模塊3的排氣點(diǎn)的排放管道33、34向所述ー組再熱器沈供給濕蒸汽。通常連接到高壓模塊3的排放ロ的管道35供給除氣箱25。
最后，連接到中壓模塊的排氣點(diǎn)的排放管道36、37以及連接到低壓模塊的排氣點(diǎn)
5的排放管道38供給所述一組再熱器對。
因此，蒸汽沿?zé)崃ρh(huán)而行，在熱カ循環(huán)中各個管道的流動方向由箭頭指出。蒸汽因此被用于在不同的模塊3、4、5中做功，所述模塊3、4、5適于使軸18旋轉(zhuǎn)且將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動傳遞于交流發(fā)電機(jī)19，由此電在所述廠中產(chǎn)生。
當(dāng)使用吋，如果該熱カ循環(huán)提供最佳效率，特別地，第二循環(huán)9調(diào)節(jié)干燥和過熱， 以在低壓渦輪機(jī)5的出口處提供基本上在5%到15%的范圍內(nèi)的含濕量。
以相同的方式，且有利地，為了在中壓渦輪機(jī)4的出口處提供基本上在5%到15% 的范圍內(nèi)的含濕量，第一循環(huán)6調(diào)節(jié)干燥和過熱過程。
根據(jù)另一區(qū)別特征，高壓模塊3調(diào)節(jié)含濕量以使其在第一循環(huán)6之前在所述高壓模塊3的出口處基本上處于5%到15%的范圍內(nèi)。
圖3示出了焓圖，稱為摩利爾(Mollier)圖，表示在下面情況下膨脹線路的總體趨勢在理想的理論情況下、在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)實(shí)施方式的情況下以及在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的情況下。
需要注意的是這些曲線僅僅表示總體趨勢。
曲線CIs表示作為對應(yīng)的熵的函數(shù)在循環(huán)中蒸汽的焓的理想的理論曲線總體趨勢。線S表示在該圖示中水的飽和曲線。
更確切地說，飽和曲線S標(biāo)出兩個域之間的邊界，水在較高焓時呈干蒸汽形式，并且對于焓低于給定熵的所述曲線S的焓時呈飽和蒸汽(或濕蒸汽)形式。名稱“干飽和蒸汽”是指水精確地位于飽和曲線上的狀態(tài)。濕蒸汽的水含量隨著焓減小而増加，直到1(液態(tài)水)含量達(dá)到全部水汽相被凝結(jié)時為止。
曲線Ccs表示在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的已知實(shí)施方式的情況下曲線的總體趨勢，換句話說，僅僅具有位于高壓模塊3和中壓模塊4之間的第一干燥和過熱循環(huán)6的熱カ循環(huán)。
該曲線示出了若干不同的趨勢，包括
-A 由蒸汽產(chǎn)生器生成的蒸汽以接近飽和的濕蒸汽的形式到達(dá)渦輪機(jī)進(jìn)ロ ；此蒸汽被稱為新鮮蒸汽。
-P2 曲線描述了在A點(diǎn)和B點(diǎn)之間的下降斜坡；換句話說，焓減小而熵增加，其的證明通過在高壓模塊中蒸汽的膨脹被提供。
-P3 第一循環(huán)6的干燥器7和過熱器8意味著在B點(diǎn)和C點(diǎn)之間的曲線部分作為熵的函數(shù)的焓增加，導(dǎo)致其向上的趨勢。
-P4 該曲線描述了在C點(diǎn)和D點(diǎn)之間的下降斜坡；焓減小而熵增加，其的證明通過在渦輪機(jī)的中壓模塊4中的蒸汽膨脹被提供。
-P5 該曲線描述了在點(diǎn)D和點(diǎn)E之間的下降斜坡，且焓減小而熵增加，該部分對應(yīng)于在渦輪機(jī)的低壓模塊5中的蒸汽膨脹。
曲線Cca表示在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的情況下曲線的總體趨勢，換句話說，具有熱カ循環(huán)，特別是其具有
-位于高壓模塊3和中壓模塊4之間的第一干燥和過熱循環(huán)6；
-位于中壓模塊4和低壓模塊5之間的第二干燥和過熱循環(huán)。
該曲線描述了若干不同的趨勢，包括
-A 由蒸汽產(chǎn)生器生成的蒸汽以接近于飽和的濕蒸汽的形式到達(dá)渦輪機(jī)的進(jìn)ロ ；該蒸汽被稱為新鮮蒸汽。
-P' 2 該曲線描述了在點(diǎn)A和點(diǎn)B之間的下降斜坡；換句話說，焓減小而熵增加， 其的證明通過在高壓模塊中蒸汽的膨脹被提供。
-P' 3:第一循環(huán)6的干燥器7和過熱器8意味著在點(diǎn)B'和C'之間的曲線部分作為熵的函數(shù)的焓第一次増加，導(dǎo)致其向上的趨勢。
-P' 4:該曲線描述了在點(diǎn)C'和點(diǎn)D'之間的下降斜坡，焓減小而熵增加，其的證明通過在渦輪機(jī)的中壓模塊4中蒸汽的膨脹被提供。
-P' 5:第二循環(huán)9的干燥器10和過熱器11引起在曲線的點(diǎn)D'和E'之間的該部分作為熵的函數(shù)的焓的第二次増加，導(dǎo)致其向上的趨勢，第二循環(huán)9發(fā)生在來自中壓模塊4的蒸汽向渦輪機(jī)的低壓模塊5的傳遞期間。
-P' 6:該曲線描述了在點(diǎn)E'和F'之間的下降斜坡，焓減小而熵增加，其的證明通過在低壓模塊中蒸汽膨脹被提供。
更準(zhǔn)確地說，應(yīng)該注意的是在B'、E(B')點(diǎn)處的焓大于在B，E(B)點(diǎn)處的焓。類似地，應(yīng)該注意的是在點(diǎn)C'、E(C')處的尖峰焓小于在點(diǎn)C、E(C)處的尖峰焓?？梢栽跍u輪機(jī)的中壓模塊4的下游執(zhí)行第二循環(huán)9的事實(shí)使得其可在第一循環(huán)6中限定較低的蒸汽過熱水平并提供技術(shù)問題的解決方案，所述在第一循環(huán)6中限定較低的蒸汽過熱水平提供了不需要新鮮蒸汽排氣以供給第一過熱器8的示例性證據(jù)。
最后，該圖示出了表示在具有第一和第二循環(huán)6、9的熱カ循環(huán)情況下的曲線總體趨勢的曲線Cca與曲線Ccs相比較更接近于理想循環(huán)的曲線CIs，這提供了渦輪機(jī)改進(jìn)的效率的證據(jù)，該理想循環(huán)的曲線表示作為熵的函數(shù)的循環(huán)的焓的總體趨勢，該理想循環(huán)特征在于通過在每個膨脹階段之后的蒸汽的干燥而使由于含濕量引起的損失最小化，曲線Ccs 表示在具有單個第一循環(huán)6的熱カ循環(huán)情況下的曲線的總體趨勢。
在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對上面所描述的實(shí)施方式進(jìn)行眾多修改。
例如，上述的模塊的數(shù)量沒有限制。可在包括更多模塊的渦輪機(jī)中使用包括第二循環(huán)的熱カ循環(huán)。特別地，在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，低壓循環(huán)模塊的數(shù)量取決于所述廠的特定條件，可以例如在1個和4個之間變化。
改變管道的數(shù)量也是可行的。例如，存在更多數(shù)量的排放管道。
在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，由于尺寸和技術(shù)的原因，在第一和第二循環(huán)中使用的設(shè)備可以以平行的排布置，典型地兩排或四排。
最后，在附圖中以示例形式示出的給水加熱器的布置是典型的構(gòu)造。在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，其它構(gòu)造，關(guān)于交換器數(shù)量、除氣箱的存在或缺少以及來自干燥器和過熱器的冷凝物回收的水平可以是不同的。
權(quán)利要求
1.ー種發(fā)電廠中的飽和蒸汽或微過熱蒸汽熱カ循環(huán)(1)，所述發(fā)電廠至少包括核能源 (2’ )和渦輪機(jī)，所述渦輪機(jī)至少包括高壓模塊(3)、中壓模塊(4)和低壓模塊(5)，所述蒸汽連續(xù)地流過所述高壓模塊(3)、中壓模塊(4)和低壓模塊(5)，所述蒸汽經(jīng)歷位于所述高壓模塊C3)和中壓模塊(4)之間的第一干燥和/或過熱循環(huán)(6)，其中，所述蒸汽經(jīng)歷包括位于中壓模塊(4)和低壓模塊( 之間的至少ー個干燥過程的第二循環(huán)(9)。
2.如權(quán)利要求
1所述的熱力循環(huán)，其特征在干，所述第二循環(huán)(9)包括蒸汽過熱階段。
3.如權(quán)利要求
1和2中任一項(xiàng)所述的熱カ循環(huán)，其特征在干，所述蒸汽在中壓模塊(4) 的出ロ處被保持在濕蒸汽狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求
1到3中任一項(xiàng)所述的熱カ循環(huán)，其特征在干，所述第一循環(huán)(6)調(diào)節(jié)所述干燥和/或過熱，以使得在中壓渦輪機(jī)的出口處獲得基本上在從5%到15%的范圍內(nèi)的含濕量。
5.如權(quán)利要求
1到4中任一項(xiàng)所述的熱カ循環(huán)，其特征在干，第二循環(huán)(9)調(diào)節(jié)干燥和/或過熱，以使得在低壓渦輪機(jī)(5)的出口處獲得基本上在從5%到15%的范圍內(nèi)的含濕里。
6.如權(quán)利要求
1到5中任一項(xiàng)所述的熱カ循環(huán)，其特征在干，高壓模塊C3)調(diào)節(jié)含濕量，以使其在第一循環(huán)(6)之前在所述高壓模塊(3)的出口處基本上位于從5%到15%的范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求
1到6中任一項(xiàng)所述的熱カ循環(huán)，其特征在干，在第一循環(huán)中的過熱通過使用來自高壓模塊(3)的第一蒸汽排氣點(diǎn)(1 的蒸汽來提供。
8.如權(quán)利要求
2到7中任一項(xiàng)所述的熱カ循環(huán)，其特征在干，在第二循環(huán)(9)中的過熱通過使用來自位于高壓模塊(3)的中間階段的第二蒸汽排氣點(diǎn)(1 的蒸汽來提供。
9.如權(quán)利要求
2到8中任一項(xiàng)所述的熱カ循環(huán)，其特征在干，在第二循環(huán)(9)中的過熱通過使用來自所述第一排氣點(diǎn)(1 的下游的第二蒸汽排氣點(diǎn)(1 的蒸汽來提供。
10.一種至少包括核能源O’)和渦輪機(jī)O)的發(fā)電廠，所述渦輪機(jī)( 至少包括高壓模塊(3)、中壓模塊(4)和低壓模塊(5)，所述模塊通過適于使蒸汽連續(xù)流過所述高壓模塊 (3)、中壓模塊⑷和低壓模塊(5)的蒸汽回路相互連接，至少ー個干燥器(7)和/或過熱器(8)位于高壓模塊C3)和中壓模塊(4)之間，其中，所述發(fā)電廠包括位于中壓模塊(4)和低壓模塊( 之間的至少ー個干燥器(10)。
11.如前述權(quán)利要求
所述的發(fā)電廠，其特征在干，所述發(fā)電廠還包括位于中壓模塊(4) 和低壓模塊(5)之間的過熱器(11)。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種用于渦輪機(jī)及相關(guān)裝置的飽和蒸汽熱力循環(huán)，其技術(shù)領(lǐng)域：
是發(fā)電廠中的飽和蒸汽或微過熱蒸汽熱力循環(huán)，所述發(fā)電廠至少包括核能源(2’)和渦輪機(jī)(2)，所述渦輪機(jī)(2)至少具有高壓模塊(3)、中壓模塊(4)和低壓模塊(5)。本發(fā)明特別地提出一種在該類型的發(fā)電廠中的飽和蒸汽或微過熱蒸汽熱力循環(huán)(1)，所述蒸汽連續(xù)流動通過高壓模塊(3)、中壓模塊(4)和低壓模塊(5)。所述蒸汽經(jīng)歷位于高壓模塊(3)和中壓模塊(4)之間的第一干燥和/或過熱循環(huán)(6)，還經(jīng)歷包括位于中壓模塊(4)和低壓模塊(5)之間的至少一個干燥和/或過熱過程的第二循環(huán)(9)。
文檔編號G21D1/00GKCN102588019SQ201110462576
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月27日
發(fā)明者H·萊文, J·科蘭, V·茹爾丹 申請人:阿爾斯通技術(shù)有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan