CN104093944B - 用于发电的联合循环设备以及用于操作所述设备的方法 - Google Patents

用于发电的联合循环设备以及用于操作所述设备的方法 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于发电的联合循环设备，其具有：‑燃气轮机单元；‑操作单元；‑锅炉，该锅炉供给有来自燃气轮机单元的废气并且构造成产生待供给至操作单元的蒸汽，锅炉包括处于第一压力水平处的至少第一蒸发器和处于比第一压力水平低的第二压力水平处的至少第二蒸发器；‑以及排水回路，该排水回路构造成将受污染的水从第一蒸发器和/或从第二蒸发器排出，排水回路构造成至少部分地将从第一蒸发器和/或从第二蒸发器排出的水转换成蒸汽并且将所产生的蒸汽直接供给至锅炉，以增加由锅炉产生的蒸汽。

Description

用于发电的联合循环设备以及用于操作所述设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于发电的联合循环设备以及一种用于操作所述设备的方法。
特别地，本发明涉及一种用于产生电力或用于产生电力和热能的设备。
背景技术
通常，用于发电的联合循环设备包括燃气式轮机单元和锅炉，该锅炉供给有来自燃气轮机单元的废气且构造成产生待供给至操作单元——例如蒸汽轮机单元——的蒸汽。该锅炉包括处于第一压力水平处的至少第一蒸发器和处于比第一压力水平低的第二压力水平处的至少第二蒸发器。
已知类型的设备通常设置有排水回路，该排水回路构造成将受污染的水从第一蒸发器和/或从第二蒸发器排出，以控制存在于蒸发器中的水的含盐量。
从每个蒸发器排出的、待分析的受污染的水量(等于供给相应的蒸发器的水流量的最大5％)然后被传送至快速蒸发罐，也称为“闪蒸罐”，该术语将在下文中进行使用。该闪蒸罐构造成产生蒸汽且构造成将水降低至大气压力。所产生的蒸汽借助于消音器释放到大气中，同时保留在闪蒸罐中的液体部分被排出，被冷却且然后被排放到污水坑中。
因此，在该类型的设备中，浪费了与从蒸发器排出的水相关联的热能。
发明内容
因此，本发明的目的是实现一种用于发电的联合循环设备，该设备避免了此处指出的现有技术中存在的问题；特别地，本发明的一个目的是实现一种用于发电的、其特征在于相对于现有技术的设备的性能具有更好的性能的联合循环设备。
特别地，本发明的目的是通过增大在相同消耗量的情况下所供给的功率来提高设备的效率。
根据这些目的，本发明涉及一种根据文中所述的用于发电的联合循环设备。
本发明涉及一种用于发电的联合循环设备，包括：
-燃气轮机单元；
-操作单元；
-锅炉，所述锅炉供给有来自所述燃气轮机单元的废气并且构造成产生待供给至所述操作单元的蒸汽；所述锅炉包括处于第一压力水平处的至少第一蒸发器和处于比所述第一压力水平低的第二压力水平处的至少第二蒸发器；
-排水回路，所述排水回路构造成将受污染的水从所述至少第一蒸发器和/或所述至少第二蒸发器排出；所述排水回路构造成至少部分地将从所述至少第一蒸发器和/或所述至少第二蒸发器排出的所述受污染的水转换成蒸汽并且将产生的蒸汽直接供给至所述锅炉，以增加由所述锅炉产生的所述蒸汽。
本发明的另外的目的是提供一种用于操作用于发电的联合循环设备的方法，该方法能够通过增大在相同消耗量的情况下所供给的功率来提高设备的效率。
根据这些目的，本发明涉及一种用于操作根据文中所述的用于发电的联合循环设备的方法。
本发明涉及一种用于操作用于发电的联合循环设备的方法，所述设备包括：
-燃气轮机单元；
-操作单元；
-锅炉，所述锅炉供给有来自所述燃气轮机单元的废气并且构造成产生待供给至所述操作单元的蒸汽；所述锅炉包括处于第一压力水平处的至少第一蒸发器和处于比所述第一压力水平低的第二压力水平处的至少第二蒸发器；
所述方法包括下述步骤：
-借助于排水回路将受污染的水从所述至少第一蒸发器和/或所述至少第二蒸发器排出；
-将从所述至少第一蒸发器和/或所述至少第二蒸发器排出的所述受污染的水至少部分地转换成蒸汽；以及
-将产生的蒸汽直接供给至所述锅炉，以增加由所述锅炉产生的所述蒸汽。
附图说明
参照附图的图，在对实施方式的以下非限制性描述中，本发明的其他特性和优点将变得明显，在附图中：
-图1为根据本发明的用于发电的联合循环设备的示意图；以及
-图2为根据第二实施方式的用于发电的联合循环设备的示意图。
具体实施方式
在图1中，附图标记1表示用于发电的联合循环设备。
图1中示出的设备1优选地构造成仅产生电力。
一种变型(未示出)设想了设备1，该设备1构造成用于产生电力和/或热能，且该设备1例如在区域供热应用中是有用的。
设备1包括燃气轮机单元2、操作单元3、锅炉4、冷凝器组件5以及排水回路6。
燃气轮机单元2为联合循环设备1的第一马达并且可用任何燃料提供动力。
燃气轮机单元2连接至发电机9并且包括压缩机、燃烧室和燃气轮机(在附图中未示出)。燃气轮机控制发电机9以产生可用电力。
操作单元3构造成使用由锅炉4产生的蒸汽。例如，操作单元可以是化工设备或能够使用由锅炉4产生的蒸汽的任何设备。
在此处描述和说明的非限制性示例中，操作单元3为蒸汽轮机单元。
蒸汽轮机单元3联接至相应的发电机10并且包括高压蒸汽轮机、中压蒸汽轮机以及低压蒸汽轮机(为简化起见，在附图中未示出)。
锅炉4回收由燃气轮机单元2产生的燃烧烟道气体的余热并且产生待供给至操作单元3的蒸汽。
特别地，锅炉4包括烟道气体室13和蒸汽回路14(为简化起见，在附图中仅部分地示出)，其中，燃气轮机单元2的废气流动到烟道气体室13中，蒸汽回路14供给有软化水。
蒸汽回路14在烟道气体室13内侧延伸，以便使用来自燃气轮机单元2的热烟道气体的热量来产生待供给至蒸汽轮机单元3的蒸汽。
特别地，在示出的示例中，蒸汽回路14包括高压区段15、中压区段16和低压区段17。
高压区段15包括多个高压热交换站19(为简化起见，在附图中仅示出了一个高压热交换站19)、高压蒸发器20以及减温器(为简化起见，在附图中未示出)，该减温器在蒸汽温度太高时介入。高压蒸发器22配备有入口22a和出口22b。受污染和富含盐的水流动到出口22b中。
在高压区段15中产生的蒸汽传送至操作单元3的高压轮机。
中压区段16包括多个中压热交换站23(为简化起见，在附图中仅示出了一个中压热交换站23)、中压蒸发器24和减温器(为简化起见，在附图中未示出)，该减温器在蒸汽温度太高时介入。中压蒸发器24配备有入口25a和出口25b。受污染和富含盐的水流动到出口25b中。
在中压区段16中产生的蒸汽传送至操作单元3的中压轮机。
低压区段17包括多个低压热交换站26(为简化起见，在附图中仅示出了一个低压热交换站26)和低压蒸发器27。该低压蒸发器配备有入口27a。
在低压区段17中产生的蒸汽传送至操作单元3的低压轮机。
低压区段17、中压区段16和高压区段15借助于为简化起见在附图中未示出的导管也彼此连接。
冷凝器组件5构造成将来自操作单元3的蒸汽生成冷凝物并且构造成用水供给蒸汽回路14。冷凝器组件5包括：冷凝器28；输送支管29，该输送支管29将冷凝器28连接至锅炉4；以及泵30，该泵30构造成从冷凝器28提取冷凝物。冷凝器组件5也配备有水集中回路31，该水集中回路31构造成用软化水补充来自冷凝器28的水量。借助于集中回路31引入的水量至少等于借助于如将在下文中详细所示的排水回路6所分散的水量。
排水回路6构造成将水从高压蒸发器20和/或从中压蒸发器24排出，以便能够指导在所述蒸发器中循环的水的成分的分析。
特别地，排水回路6构造成回收已排出的水的热能，以便使该热能在蒸汽回路14内侧直接能够重复使用。
排水回路6(用点划线表示)包括第一排水支管32、第二排水支管33、闪蒸罐34、排放导管35、热交换器36、闪蒸罐37以及调节阀38。
第一排水支管32将高压蒸发器20的出口22b与中压蒸发器24的入口25a连接并且第一排水支管32配备有调节阀39。第一排水支管优选地连接至分析装置(在附图中未示出)，该分析装置构造成对在所述蒸发器中循环的水的成分进行分析。
优选地，第一排水支管32排出在高压蒸发器20中循环的水的约1％的水量。
在饱和条件下且在高压蒸发器20的正常操作压力(在80巴与140巴之间，优选地126巴)下，从高压蒸发器20排出的受污染的水在通过调节阀39期间经历了压力的减小。实际上，受污染的水的压力减小至存在于中压蒸发器24中的压力值(在20巴与40巴之间，优选地33巴)。
受污染的水在通过调节阀39期间所经历的压力下降造成受污染的水的快速蒸发。换言之，受污染的水经历所谓的“闪蒸”过程，并且部分地转换成在存在于中压蒸发器24中的压力下的饱和干燥蒸汽并且部分地转换成在存在于中压蒸发器24中的压力下的饱和水。
在通过调节阀39期间产生的蒸汽的量增大了在中压蒸发器24中生成的蒸汽流量。如此，在相同消耗量的情况下，由操作单元3产生的功率增大。
第二排水支管33将中压蒸发器24的出口25b与低压蒸发器27的入口27a连接并且第二排水支管33配备有调节阀40。
沿着第二排水支管33布置有闪蒸罐34。特别地，闪蒸罐34布置在调节阀40的下游。
优选地，第二排水支管33排出在中压蒸发器24中循环的水的约1％的水量。
第二排水支管优选地连接至分析装置(在附图中未示出)，该分析装置构造成对在所述蒸发器中循环的水的成分进行分析。
在饱和条件下且在中压蒸发器24的正常操作压力(在20巴与40巴之间，优选地33巴)下，从中压蒸发器24排出的受污染的水在通过调节阀40期间经历了压力的减小。实际上，受污染的水的压力减小至存在于闪蒸罐34中的压力，该闪蒸罐34连接至低压蒸发器27并且与低压蒸发器27(具有约6巴的压力)进行压力平衡。
因此，受污染的水在通过阀40期间从约33巴的压力穿行至约6巴的压力。
受污染的水在通过调节阀40期间所经历的压力下降造成受污染的水的快速蒸发。换言之，受污染的水经历所谓的“闪蒸”过程，并且部分地转换成在存在于闪蒸罐34中的压力(等于低压蒸发器27中的压力)下的饱和干燥蒸汽并且部分地转换成在存在于闪蒸罐34中的压力(等于低压蒸发器27中的压力)下的饱和水。
因此，在通过调节阀40期间产生的蒸汽的量增大了在低压蒸发器27中生成的蒸汽流量，这具有明显的优点。在此处描述和示出的示例中，在低压蒸发器中生成的蒸汽的流量的增大引起在相同消耗量的情况下由蒸汽轮机产生的功率增大。
由闪蒸罐34收集的饱和水的一部分被引导到将加压的闪蒸罐34连接至污水坑51的排放导管35中。
调节阀38、闪蒸罐37和热交换器36沿着排放导管顺次进行布置。
闪蒸罐37与外部环境连接并且因此处于等于大气压力的压力下。
在饱和条件下且在低压蒸发器27的正常操作压力下，在存在于闪蒸罐34中的压力(等于低压蒸发器27中的压力)下的饱和水在通过调节阀38期间经历了压力的减小。实际上，受污染的水的压力减小至存在于闪蒸罐37中的大气压力的值，该闪蒸罐37连接至外部环境并且与外部环境相平衡。
因此，受污染的水在通过阀38期间从约6巴的压力穿行至约1巴的压力。
受污染的水在通过调节阀38期间所经历的压力下降造成受污染的水的快速蒸发。换言之，受污染的水经历了所谓的“闪蒸”过程，并且部分地转换成在存在于闪蒸罐37中的压力(等于大气压力)下的饱和干燥蒸汽并且部分地转换成在存在于闪蒸罐37中的压力(等于大气压力)下的饱和水。
在通过调节阀38期间所产生的蒸汽的量被排放到大气中。
热交换器36构造成在按照当前关于水排放的条令将由闪蒸罐37收集的饱和水排放到污水坑51中之前对其进行冷却。
通过排放到污水坑51中所流失的水量随后必须借助于上述水集中回路31用软化水在冷凝器28中进行补还。
本发明的变型(未示出)设想了排水回路，该排水回路构造成不仅回收已排出的水的热能而且回收已排出的水且将已排出的水供给至清洁装置。该清洁装置构造成清洁受污染的水，以便使受污染的水能够在蒸汽回路中重复使用。因而，水集中回路31的存在变得多余并且在软化水消耗方面获得了相当大的节省。
图2示出了根据本发明的第二实施方式的设备50，其中，图1的相同的附图标记用于表示两个实施方式的相似零部件。
实质上，根据第二实施方式的设备50包括相对于图1中的设备1的排水回路6具有不同构型的排水回路60。
如同排水回路6，排水回路60构造成回收已排出的水的热能。
排水回路60(图2中用点划线表示)包括：第一排水支管62、第二排水支管63、公共导管64、连接支管65、闪蒸罐66、排放导管67、调节阀68、闪蒸罐69、热交换器70以及污水坑73。
第一排水支管62将高压蒸发器20的出口22b与公共导管64连接且第一排水支管62配备有调节阀71。
第二排水支管62将中压蒸发器24的出口25b与公共导管64连接且第二排水支管62配备有调节阀72。
第一排水支管62连接至相应的分析装置(在附图中未示出)，该分析装置构造成对在所述蒸发器中循环的水的成分进行分析。
第二排水支管63连接至相应的分析装置(在附图中未示出)，该分析装置构造成对在所述蒸发器中循环的水的成分进行分析。
公共导管64借助于连接通道65连接至低压蒸发器27的入口27a，闪蒸罐66沿着该连接通道65进行布置。
优选地，第一排水支管62和第二排水支管63将分别在高压蒸发器20和中压蒸发器24中循环的水的约1％的水量排出。
从高压蒸发器20和从中压蒸发器24排出的受污染的水在分别通过调节阀71和调节阀72期间经历了压力的减小，这类似于第一实施方式所描述的在通过阀39和阀40期间所经历的压力的减小。
公共导管64上的压力实际上等于闪蒸罐66的压力，该闪蒸罐66转而与低压蒸发器27(具有约6巴的压力)进行压力平衡。
基本上，受污染的水经历了所谓的“闪蒸”过程并且部分地转换成在存在于闪蒸罐66中的压力(等于低压蒸发器27中的压力)下的饱和干燥蒸汽并且部分地转换成在存在于闪蒸罐66中的压力(等于低压蒸发器27的圆筒形本体中的压力)下的饱和水。
因而，所产生的蒸汽被直接供给至锅炉4并且增大了在低压蒸发器27中生成的蒸汽的流量。如此，在相同消耗量的情况下，由蒸汽轮机单元3产生的功率增大。
由闪蒸罐66收集的饱和水的一部分被引导到将闪蒸罐66连接至污水坑73的排放导管67中。
调节阀68、闪蒸罐69和热交换器70分别沿着排放导管67顺次进行布置。
闪蒸罐69与外部环境连接并且因此处于等于大气压力的压力下。
在饱和条件下且在低压蒸发器27的正常操作压力下，在存在于闪蒸罐66中的压力(等于低压蒸发器27中的压力)下的饱和水在通过调节阀68期间经历了压力的减小。实际上，受污染的水的压力减小至存在于闪蒸罐69中的大气压力的值，该闪蒸罐69连接至外部环境并且与外部环境相平衡。
因此，受污染的水在通过阀68期间从约6巴的压力穿行至约1巴的压力。
受污染的水在通过调节阀68期间所经历的压力下降造成受污染的水的快速蒸发。换言之，受污染的水经历了所谓的“闪蒸”过程，并且部分地转换成在存在于闪蒸罐69中的压力(等于大气压力)下的饱和干燥蒸汽并且部分地转换成在存在于闪蒸罐69中的压力(等于大气压力)下的饱和水。
在通过调节阀68期间所产生的蒸汽的量被排放到大气中。
热交换器70构造成在按照当前关于水排放的条令将由闪蒸罐69收集的饱和水排放到污水坑73中之前对其进行冷却。
通过排放到污水坑73中所流失的水量随后必须借助于上述水集中回路31用软化水在冷凝器28中进行补还。
本发明的变型(未示出)设想了排水回路，该排水回路构造成不仅回收已排出的水的热能而且回收已排出的水且将已排出的水至少部分地供给至清洁装置。该清洁装置构造成清洁受污染的水，以便使受污染的水能够在蒸汽回路中重复使用。因而，水集中回路31的存在变得多余并且在软化水消耗方面获得了相当大的节省。
有利地，根据本发明的设备1和设备50的特征在于相对于已知类型的设备具有提高的效率。
在根据本发明的设备1和设备50中，另一方面，排水回路6和排水回路60构造成以便回收从锅炉蒸发器排出的受污染的水的热能。尤其是，设想一种变型，在该变型中，从锅炉蒸发器排出的受污染的水随后被清洁并且使其能够再次重复使用以供给锅炉。
根据本发明的设备1和设备50实际上构造成以便回收从锅炉的蒸发器移除从而控制含盐量的热量的一部分。通过将受污染的水转换成蒸汽而发生热量回收，该蒸汽将供给至蒸汽轮机以造成电功率的增大。
根据变型，受污染的水的后续处理允许回收将会排放到污水坑中的几乎所有水。
从由申请人执行的计算中显示出，对于约1％的持续平均排放值和对于400MW的设备而言，可通过根据本发明的设备1和设备50所产生的电功率在具体消耗量减小了约3kJ/kWh的情况下增大了约150kW。
这导致设备操作者的年收入的大幅增加，即：增加了可量化的数千万欧元。
尤其是，由于在正常设备操作期间待供给至锅炉的水的流量减小了80％的事实，因此可能会减小构造成将软化水供给至锅炉的水集中设备31的尺寸。
本发明的另外的优点是能够适用于设置有不同类型的回收锅炉的联合循环设备。例如，本发明能够适用于具有SH(过热)循环或RH(再热)循环的锅炉或能够适用于配备有任何冷却***(在塔上的开式循环或闭式循环中的冷却水冷凝器、空气冷凝器、海勒式冷凝器等)或另外不配备有冷却***(比如用于产生电力的连接至用于例如从海水产生饮用水的脱盐设备的设备)的热循环。
本发明也能够适用于设置有具有任何数量的蒸发器的回收锅炉或甚至设置有具有或不具有后燃烧器的回收锅炉的联合循环设备。
本发明也能够适用于下述联合循环设备，即：在该联合循环设备中，不存在蒸汽轮机单元和相关的冷凝***。在这种情况下，所产生的蒸汽传送至外部用以工业使用并且必须以水的形式完全进行补还。
本发明的其他的优点能够适用于使用任何类型的燃料提供动力的联合循环设备。
总之，显而易见的是，在不偏离所附权利要求的范围的情况下，可以对此处所描述的设备和方法做出改变和变型。

Claims (11)

1.一种用于发电的联合循环设备(1；50)，包括：
-燃气轮机单元(2)；
-操作单元(3)；
-锅炉(4)，所述锅炉(4)供给有来自所述燃气轮机单元(2)的废气并且构造成产生待供给至所述操作单元(3)的蒸汽；所述锅炉(4)包括处于第一压力水平处的至少第一蒸发器(20)和处于比所述第一压力水平低的第二压力水平处的至少第二蒸发器(24)；
-排水回路(6；60)，所述排水回路(6；60)构造成将受污染的水从所述至少第一蒸发器(20)和/或所述至少第二蒸发器(24)排出；所述排水回路(6；60)构造成至少部分地将从所述至少第一蒸发器(20)和/或所述至少第二蒸发器(24)排出的所述受污染的水转换成蒸汽并且将产生的蒸汽直接供给至所述锅炉(4)，以增加由所述锅炉(4)产生的蒸汽。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述排水回路(6；60)包括调节器件，所述调节器件构造成对从所述至少第一蒸发器(20)和/或所述至少第二蒸发器(24)排出的所述受污染的水的流量进行调节。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述排水回路(6；60)包括第一排水支管(32；62)和第一调节阀，其中，所述第一排水支管(32；62)用于将受污染的水从所述至少第一蒸发器(20)排出，所述第一调节阀沿着所述第一排水支管(32；62)进行布置。
4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述排水回路(6；60)包括第二排水支管(33；63)和第二调节阀，其中，所述第二排水支管(33；63)用于将受污染的水从所述至少第二蒸发器(24)排出，所述第二调节阀沿着所述第二排水支管(33；63)进行布置。
5.根据权利要求4所述的设备，包括处于比所述第二压力水平低的第三压力水平处的第三蒸发器(27)。
6.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第一排水支管(32)将所述至少第一蒸发器(20)连接至所述至少第二蒸发器(20)，并且所述第二排水支管(33)将所述至少第二蒸发器(24)连接至所述第三蒸发器(27)；所述第二排水支管(33)包括第一闪蒸罐(34)，所述第一闪蒸罐(34)布置在所述第二调节阀的下游并且构造成将蒸汽供给至所述第三蒸发器(27)。
7.根据权利要求5所述的设备，其中，所述排水回路(60)包括公共导管(64)，所述公共导管(64)连接至所述第一排水支管(62)且连接至所述第二排水支管(63)；所述公共导管(64)借助于设置有构造成将蒸汽供给至所述第三蒸发器(27)的第一闪蒸罐(66)的连接通道(65)而连接至所述第三蒸发器(27)。
8.根据权利要求6所述的设备，其中，所述排水回路(6；60)包括将所述第一闪蒸罐(34；66)连接至污水坑(51；73)的排放导管(35；67)；所述排放导管(35)包括第二闪蒸罐(37；69)。
9.根据权利要求1所述的设备，包括清洁装置，所述清洁装置构造成清洁由所述排水回路(6；60)排出的所述受污染的水，以使所述受污染的水在所述联合循环设备(1)中能够重复使用。
10.一种用于操作用于发电的联合循环设备(1；50)的方法，所述设备(1；50)包括：
-燃气轮机单元(2)；
-操作单元(3)；
-锅炉(4)，所述锅炉(4)供给有来自所述燃气轮机单元(2)的废气并且构造成产生待供给至所述操作单元(3)的蒸汽；所述锅炉(4)包括处于第一压力水平处的至少第一蒸发器(20)和处于比所述第一压力水平低的第二压力水平处的至少第二蒸发器(24)；
所述方法包括下述步骤：
-借助于排水回路(6；60)将受污染的水从所述至少第一蒸发器(20)和/或所述至少第二蒸发器(24)排出；
-将从所述至少第一蒸发器(20)和/或所述至少第二蒸发器(24)排出的所述受污染的水至少部分地转换成蒸汽；以及
-将产生的蒸汽直接供给至所述锅炉(4)，以增加由所述锅炉(4)产生的蒸汽。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，排出受污染的水的步骤包括借助于清洁装置对由所述排水回路(6；60)排出的所述受污染的水进行清洁的步骤。
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