CN110100078A - 具有燃气轮机进气***的发电设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发电设备(1)，其包括燃气轮机(2)、废热蒸汽发生器(3)和中间回路(4)，所述中间回路具有第一热交换器(5)和第二热交换器(7)，第一热交换器连接到燃气轮机(2)的空气入口(6)中，第二热交换器连接到冷凝物回路(8)中，冷凝物回路包括废热蒸汽发生器(3)中的冷凝物预热器(9)，其中第一高负载阀(10)及第二高负载阀(11)和与其并联的第一低负载阀(12)及第二低负载阀(13)布置在第二热交换器(7)的两侧上，第一低负载阀及第二低负载阀用于与经过第一高负载阀(10)及第二高负载阀(11)的通流量相比更小的通流量。本发明还涉及一种用于优化发电设备(1)的效率和扩展发电设备的工作范围的有关方法。

Description

具有燃气轮机进气***的发电设备
技术领域
本发明涉及一种发电设备以及一种用于效率优化和工作范围扩展的方法。
背景技术
除了与连续运行相关的基本负载状态之外，燃气轮机和蒸汽轮机设备(也被称为联合循环发电设备)只是由于机器的启动和停止就还应满足其他的负载要求，但特别是为了电网中改变的负载要求。原则上，可经由进气质量流和燃气轮机入口温度来影响参与的燃气轮机的输出功率。为了减少进气质量流，具有可变冲角的压缩机入口导流叶片(IGV＝inlet guide vanes)在燃气轮机中以部分负载相应地被调节，使得到第一转子叶片排的流入至少受到限制。然而，在此效率也显著降低。使用迄今惯用的用于进气预热的***，效率仅略微再增加。在部分负载下效率的进一步提升显著地降低了部分负载运行期间的燃料成本。还使用进气预热，以便防止结冰，在低部分负载下减少CO排放，或以便在最大功率和可导致节流的压缩机入口导流叶片的低外部空气温度下改进效率。
对于进气预热，迄今在大多数情况下使用来自废热蒸汽发生器或辅助锅炉的低压级的蒸汽形式的较高值的热量，蒸汽在热交换器中被冷凝，并因此加热典型地具有水/乙二醇混合物的中间回路，由此经由另外的热交换器预热燃气轮机的冷进气。在部分负载下，该预热确保燃气轮机可在较少节流或根本不节流的情况下运行，并且以这种方式实现较高的效率，这导致降低的燃料消耗。在这种情况下，切换更简单，但效率优化是有限的。这里的限制效果是，在蒸汽轮机和进气预热***中都使用低压蒸汽作为热源。
为了提供用于生产低压蒸汽的更多热量，可操作高压预热器旁路，其中进气预热在固定位置例如60％处接入。通常，仅在单位功率设定值已下降到低于某一值例如70％时，才启用用于改善部分负载效率的目的的进气预热。
热交换器表面可以与冷凝热交换器中的物位相匹配。借助于该物位，控制水/乙二醇侧三通阀的阀位置，通过该物位，控制进入空气/水热交换器之前的水/乙二醇混合温度，调节水/乙二醇侧三通阀的阀位置，使得不断地再次实现正确尺寸的阀开度(例如60％)。
此外，在大型壳管式热交换器的情况下，来自冷凝物预热器的热区加热水或热冷凝物可用于防止燃气轮机进气中形成冰并用于改善一氧化碳排放。然而，这些***具有很小的柔性，并且基于热交换器的结构尺寸、热源的利用和基本的切换和控制，这些***限于比较小的功率输出，并且仅能够以差的效果控制非常小的功率输出。
通常，关于所传输的热输出，这样的设备具有非常有限的应用范围，并且关于可控性，这样的设备在部分负载下具有非常窄的工作范围。此外，热利用的切换不能以简单的方式传递到其它发电设备构造。
发明内容
本发明的目的是提供一种与现有技术相比具有提高的效率和更宽的工作范围的发电设备。本发明的另一目的是，说明一种用于效率优化和工作范围扩展的相应方法。
通过如下方式，本发明实现了旨在发电设备的目的：本发明提出，这种发电设备包括燃气轮机、废热蒸汽发生器和中间回路，所述中间回路具有第一热交换器和第二热交换器，所述第一热交换器连接到所述燃气轮机的空气入口中，所述第二热交换器连接到冷凝物回路中，所述冷凝物回路包括所述废热蒸汽发生器中的冷凝物预热器，在所述第二热交换器的两侧上布置有第一高负载阀及第二高负载阀和与其并联的第一负载阀及第二低负载阀，所述第一低负载阀及第二低负载阀用于与经过所述第一高负载阀及第二高负载阀的通流量相比更小的通流量。
通过在第二热交换器的两侧上使用具有高负载和低负载控制阀的开关，即由位于初级侧上的高负载阀和低负载阀组成的一对以及位于次级侧上的另一对，然而，尽管具有相对高通流量(通过高负载阀)的可能性，即使具有相对小的热输出，也可以在不具有蒸发和冻结风险的情形下可靠地工作。具有两对阀的实施方式当然仅表示最小程度。如果需要，也可以使用更多的阀。重要的是，仅通过选择用于不同通流量的阀，就首先可在宽范围内能够精确地调节第二热交换器的两侧(即，初级侧和次级侧)上的通流量。
在一个有利的实施方式中，所述冷凝物回路包括将所述冷凝物预热器的出口与所述冷凝物预热器的入口连接的第一再循环管路，其中冗余再循环泵(即，两个或更多个)布置在所述第一再循环管路中，并且其中第一分支管路从所述第一再循环管路分支并通到所述第二热交换器中，并且第二分支管路将所述第二热交换器与所述冷凝物预热器的入口连接。通过使用所述冷凝物出口的再循环，所述第二热交换器可以在比较低的热输出的情况下更可靠地工作，并且进一步减少蒸发和冻结的风险。热传递不仅受到入流温度的影响，而且受通流量的影响，因此可以更好地得到调节。
在另一有利的实施方式中，所述第一分支管路在流动方向上在所述再循环泵的下游从第一再循环管路分支。因此，所述再循环泵可以不仅通过所述再循环管路将冷凝物直接输送回到所述冷凝物预热器的入口，而且还输送到所述第二热交换器，使得为此不需要额外的泵。
所述第一高负载阀适宜地布置在所述第一分支管路中，并且所述第一低负载阀适宜地布置在围绕所述第一高负载阀的第一旁通管路中。
在替代实施方式中，所述第一高负载阀布置在所述第二分支管路中，并且所述第一低负载阀布置在围绕所述第一高负载阀的第一旁通管路中。
除了在所述冷凝物预热器中加热的冷凝物的再循环之外，如果确切地说在没有加热的情况下，或者至少仅在有限加热的情况下，在第二热交换器中冷却的冷凝物也在冷凝物预热器中被再循环，则对于预热的精细调整也是有利的。为此目的，提出了四个替选方案。
在第一种情况下，第二再循环管路可以从所述第二分支管路分支，所述第二再循环管路在冷凝物的流动方向上在所述冗余再循环泵的上游通到所述第一再循环管路中。
在第二种情况下，如果第一旁通管路的主负载阀和低负载阀一起布置在第二分支管路中，则第二再循环管路可以从第一旁通管路分支，所述第二再循环管路在该第二情况下也在冷凝物的流动方向上在冗余再循环泵的上游通到第一再循环管路中。
在第三种情况下，第三再循环管路从第二分支管路分支并且通到第一分支管路中。然而，在这种情况下，必须将泵连接到第三再循环管路中。
在第四情况下，冷凝物预热器具有至少两个加热面，其中至少一个具有旁路，即旁路尤其绕过在冷凝物的流动方向上观察的最后一个加热面，并且例如在再循环泵的上游通到第一再循环管路中。
在本发明的一个有利实施方式中，所述第二高负载阀布置在所述中间回路中，并且所述第二低负载阀布置在围绕第二高负载阀的第二旁通管路中，其中在所述中间回路中还布置有围绕所述第二热交换器的第三旁通管路，跟随着的是静态混合器，其中所述第二高负载阀实现三通阀的功能，并且所述第二高负载阀的出口连接到所述第二热交换器的入口上，并且所述第三旁通管路从所述第二高负载阀的另外的出口分支。在这种情况下，所述第二高负载阀实际上可以是三通阀，但是三通阀的功能也可以由两个单独的控制阀，即，分别在热流体支路中(即，通过第二热交换器)和在(围绕第二热交换器的)冷流体支路中的控制阀满足，这两个阀在相反的方向上运行。
由于所述第二高负载阀和所述第二低负载阀的并联连接，流过所述第二热交换器的流体的量现在也可以在所述第二热交换器的次级侧上精确地调节，如已经能够在其初级侧上精确地调节的。借助于所述第三旁通管路，确保在所述中间回路中循环的流体量不由此受影响，但是剩余量能够以简单的方式被引导经过所述第二热交换器。作为划分流体流的结果，所述中间回路中的流体的温度和粘度的有时大的差异借助于静态混合器混合，形成均匀的水平。
适宜的是，所述发电设备包括用于控制所述第一高负载阀和所述第二高负载阀以及所述第一低负载阀和所述第二低负载阀的装置。
最后，如果所述第二热交换器是至少一个完全焊接的板式热交换器，则对于空间要求是有利的。在这种情况下，所述第二热交换器实际上可以由两个单独的完全焊接的板式热交换器组成，特别是当两个热交换器中的一个设有旁路时，从而传递到冷凝物的热量进而还有进气预热可以更精细地进行调节。
旨在用于发电设备的效率优化和工作范围扩展的方法的目的，借助于如下方法来实现：其中在中间回路中传输流体并且在此经由第一热交换器将热传递到由燃气轮机吸入的空气，其中来自所述废热蒸汽发生器的预热的冷凝物的热经由第二热交换器传递到所述流体，其中根据热需求，所述冷凝物经由第一高负载阀或经由第一低负载阀引导，所述第一低负载阀与所述第一高负载阀并联连接并且设计为用于与所述第一高负载阀相比更小的通流量。因此，即使在小质量通流量的情况下，也可以良好地调节流过第二热交换器的冷凝物的温度。
关于对于第二热交换器而言所需的冷凝物温度的尽可能精确的可调整性，有利的是，至少一部分冷凝物在将热输出到流体之后在绕过预热的情况下与预热的冷凝物流混合，并且混合物被输送到所述第二热交换器。
关于温度和通流量的可调整性的至少类似要求当然也适用于在中间回路中循环的流体，这就是为什么在这种情况下流体根据热需求引导经过第二高负载阀或第二低负载阀是有利的，所述第二低负载阀与第二高负载阀并联连接并且设计为用于与所述第二高负载阀相比更小的通流量。
有利的是，中间回路的加热裕度(即，所述第二热交换器处的入口和出口之间的流体的温度差)用作通过所述第二热交换器的冷凝物质量流的控制变量。因此，流过冷凝物被加热的所述第二热交换器的冷凝物质量流依据所述中间回路的热需求来调节。因此，确保将待加热的介质和正在加热的介质的质量流彼此以良好的比率持续地保持，这对所述第二热交换器的工作具有积极的影响。这种工作原理降低了冷凝物冻结的风险，并且还降低了通常是水/乙二醇混合物的流体蒸发的风险。此外，因为现在致动元件(三通阀)以特定量值的调节引起恒定的温度改变，即增量现在是恒定的，据此改进水/乙二醇混合温度控制。
所述第二高负载阀的阀位置可替代地用作用于通过第二热交换器的冷凝物质量流的控制变量。
还有利的是，根据发电设备的所设定的功率设定值的燃气轮机比例连续地调整用于进气温度的设定值。因为借助于本发明，现在可以精细地调节进气温度，所以适合于将进气连续地调节到基于发电设备的当前工作状态计算的最佳值。
在废热蒸汽发生器的“冷端”处可用的热量不足以使进气预热最佳运行的情况下，存在以下有利的可能性，以便增加可用于进气预热的热容量并因此扩大工作范围：
一方面，低压级可被堆置在废热蒸汽发生器中，即低压鼓中的压力升高，以便将废热蒸汽发生器中的热转移到冷凝物预热器。
另一方面，当需要时，若有可能，除了低压部分中的压力累积之外，在所述废热蒸汽发生器中的所述高压预热器旁路可以逐步打开，以便将热量转移到冷凝物预热器。
由于用于在冷凝物预热器处提供热量的分级措施，即分级的低压鼓压力增加、高压预热器旁路的分级打开，实现了效率优化的工作。刚好足够的热量被转移到冷凝物预热器，使得泄漏到大气中的废气的理论上仍然可用的余热被减少到最小。
关于发电设备的工作范围的扩展，用于进气预热的前述措施可以与燃气轮机的燃烧器的部分关断相结合，使得能够以良好的效率和相对非常低的功率输出来运行所述发电设备，其中废气排放保持在可允许的范围内。
由于借助于作为进气预热的热源的冷凝物预热器可将燃气轮机的废气冷却至最小可允许限值，因此根据本发明的构思的效率比使用蒸汽作为热源的现有技术中已知解决方案的效率显著更高。
在新型燃气轮机的情况下，也有必要在非常冷的外部温度的情况下实现小的进气预热输出，由此可能导致冷凝侧冻结的风险，这是通过新发明实现的。
通过本发明增大了用于改善部分负载效率的工作范围。代替在低于功率设定值的固定设置的极限时预先确定用于进气空气的恒定温度设定值，依据所设定的功率设定值来调整进气温度设定值，使得即使在较高的部分负载下，也实现了效率改进，并且燃气轮机的IGV不打开过宽，或者所设定的功率设定值可以被调节。
本发明的优点还在于在燃气和蒸汽发电设备的部分负载下进一步提高化石燃料(燃气、石油)的节约，并且与此相结合地实现了较低的运行成本和较低的排放以及大的、灵活的应用范围。
完全焊接的板式热交换器(具有小的空间要求)的连续控制和使用有助于这些优点。
与使用蒸汽作为热源的当前标准方案相比，来自废热蒸汽发生器的最后一个热交换器面的废气热量的迄今不能被利用的一部分，现在还可以在燃气轮机联合循环发电设备的部分负载运行中利用以提高效率和防止冬季运行期间结冰。在使用热冷凝物作为热源同时预热燃气轮机进气的情况下，来自低压鼓的较高值的蒸汽可以继续用于蒸汽轮机中。
通过控制经过已加热冷凝物的热交换器的加热裕度，实现了顾及热交换器和相邻管线的运行，并且显著地降低了热交换器冻结的风险。迅速的且无干扰的启动和关闭得到支持，并且也可以利用保持相同的控制质量来确保具有非常低的热输入的运行，这总体上对整个***的可用性产生了积极的影响。
商业效果是：因为不仅对于新设备，还对于改造现有的燃气轮机联合循环发电设备的这些可能性而改善的竞争状况，这些设备经常在部分负载下运行并因此可以很好地利用燃料成本的节省。
如果需要单位功率设定值的快速倾斜变动，则可以基于当前功率设定值预先确定进气温度设定值，使得高斜升到全负荷期间不超过用于实现该功率的最大允许温度。代替来自冷凝物预热器的热冷凝物，上述构思也可以替代地使用集中供暖或另一热水热源，或者也可以结合两个热源来实施。
附图说明
参考附图经由示例更详细地解释本发明。在附图中，示意性地且不按比例绘制：
图1示出了根据本发明的发电设备，以及
图2示出了根据本发明的具有不同替代方案的发电设备。
具体实施方式
图1示意性地且示例性地示出了具有燃气轮机2的发电设备1，并且还以大幅简化的方式示出了废热蒸汽发生器3的与本发明相关的部件。燃气轮机2的进气的预热经由用于流体的中间回路4进行，该流体适合作为传热介质，例如水/乙二醇混合物，所述中间回路具有第一热交换器5和第二热交换器7，所述第一热交换器连接到燃气轮机2的空气入口6中，所述第二热交换器设计为完全焊接的板式热交换器并且连接到冷凝物回路8中。其它类型的热交换器当然也是可能的，例如壳管式热交换器。但完全焊接的板式热交换器由于其紧凑性提供了优点。根据本发明，在第二热交换器7的两侧，即在初级侧上和在次级侧上，布置有第一高负载阀10和第二高负载阀11，以及与第一高负载阀10和第二高负载阀11并联的第一低负载阀12和第二低负载阀13，第一低负载阀和第二低负载阀用于与经过第一高负载阀10和第二高负载阀11相比更小的通流量。
冷凝物回路8包括在废热蒸汽发生器3中的冷凝物预热器9，以及将冷凝物预热器9的出口15连接到冷凝物预热器9的入口16的第一再循环管路14，其中冗余再循环泵17布置在第一再循环管路14中。第二热交换器7通过如下方式集成到冷凝物回路8中：第一分支管路18在流动方向上在再循环泵17下游从第一再循环管路14分支并通到第二热交换器7中，并且第二分支管路19将第二热交换器7与冷凝物预热器9的入口16连接。
第一高负载阀10和第一低负载阀12可以一起布置在第一分支管路18(图2)中或第二分支管路19(图1)中，所述第一低负载阀布置在围绕第一高负载阀10的第一旁通管路20中。
对于在第二热交换器7中冷却但不在冷凝物预热器9中进一步加热的冷凝物的再循环，存在不同的可能性。根据图1的实施方式，第二再循环管路21从第一旁通管路20分支，并在冷凝物的流动方向上在冗余再循环泵17上游通到第一再循环管路14中。根据未示出的备选实施方式，第二再循环管路21直接从第二分支管路19分支，并且也在冷凝物的流动方向上在冗余再循环泵17上游通到第一再循环管路14中。那么，因为第一高负载阀10和第一低负载阀12布置在第二热交换器7“下游”或“上游”，与第一实施方式的差异仅在于从第一旁通管路20或第二再循环管路21分支。
最后，图2示出了一个实施方式，其中冷却的冷凝物没有被向回馈送到冗余再循环泵17的上游，而是第三再循环管路22从第二分支管路19直接通到第一分支管路18中。然而，在这种情况下，在第三再循环管路22中需要泵33。
除了第一热交换器5和第二热交换器7之外，在中间回路4中还布置有第二高负载阀11，并且在围绕第二高负载阀11的第二旁通管路23中布置有第二低负载阀13。此外，在中间回路4中布置有围绕第二热交换器7的第三旁通管路24，跟随着的是静态混合器25。第二高负载阀11在图1中被设计为三通阀，并且第二高负载阀11的出口26连接到第二热交换器7的入口27，并且第三旁通管路24从第二高负载阀11的另外的出口28分支。图2示出了具有两个单独的控制阀44、45的替选实施例，即一个控制阀44位于热流体支路(也就是说通过第二热交换器7)中和一个控制阀45位于冷流体支路(围绕第二热交换器)，这两个控制阀以相反的方向运行。
图1还示出了用于控制第一高负载阀10和第二高负载阀11以及第一低负载阀12和第二低负载阀13的装置29。在这种情况下尤其基于在不同部位测量的温度或通流量来进行控制。为此目的，发电设备1包括用于预热的进气的温度测量点34和用于中间回路中的流体的温度测量点35、36和37。图1和2中的温度测量点35布置在中间回路4中的再循环泵43和第二旁通管路23的分支之间，但是它也可以已经布置在中间回路中的再循环泵43的上游，并且提供第二热交换器7上游的流体的温度。温度测量点36被直接布置在第二热交换器7的下游，并且提供在与冷凝物进行热交换之后流体的温度。温度测量点35和36的测量值的差被称为加热裕度。最后，借助于温度测量点37，确定流体的混合温度，即如下温度：该温度通过混合流经第二热交换器7的流体流和/或流过第二热交换器7的流体流产生，并且第一热交换器5以该温度加载，以加热燃气轮机进气。在附图中，用于冷凝物的通流量测量点38、39被布置在第二分支管路19中以及布置在第一再循环管路14中。在附图中大大简化了控制的表示，实际控制更复杂，并且除了许多其它方面之外，当然还包括控制第一再循环管路14中的再循环泵17。如附图所示，不必对所有部件在中央进行控制。
如果冷凝物预热器9的区域中的热量不再足以用于进气预加热，则可在废热蒸汽发生器3中堆置低压级30，以便将废热蒸汽发生器3中的热量转移到冷凝物预热器9。
如果该措施仍然不足够，则高压预热器旁路31可以在另外的步骤中在废热蒸汽发生器3中打开，以便将更多的热量转移到冷凝物预热器9。这既作用于具有高压鼓40的高压区域，如图1所示，又作用于图2所示的本森变型(Benson-Variante)中。
还在图2中示出了冷凝物预热器9的变型，冷凝物预热器9包含分开的加热面41，分开的加热面41中的一个具有旁路42，使得传递到冷凝物的热量可以被更好地调节。

Claims (21)

1.一种发电设备(1)，包括燃气轮机(2)、废热蒸汽发生器(3)、和中间回路(4)，所述中间回路具有第一热交换器(5)和第二热交换器(7)，所述第一热交换器连接到所述燃气轮机(2)的空气入口(6)中，所述第二热交换器连接到冷凝物回路(8)中，所述冷凝物回路包括位于所述废热蒸汽发生器(3)中的冷凝物预热器(9)，其特征在于，第一高负载阀(10)及第二高负载阀(11)和与其并联的第一低负载阀(12)及第二低负载阀(13)布置在所述第二热交换器(7)的两侧上，所述第一低负载阀及第二低负载阀用于与经过所述第一高负载阀(10)及第二高负载阀(11)的通流量相比更小的通流量。
2.根据权利要求1所述的发电设备(1)，其中，所述冷凝物回路(8)包括第一再循环管路(14)，所述第一再循环管路将所述冷凝物预热器(9)的出口(15)与所述冷凝物预热器(9)的入口(16)连接，其中冗余再循环泵(17)布置在所述第一再循环管路(14)中，并且其中第一分支管路(18)从所述第一再循环管路(14)分支并且通到所述第二热交换器(7)中，并且第二分支管路(19)将所述第二热交换器(7)与所述冷凝物预热器(9)的入口(16)连接。
3.根据权利要求2所述的发电设备(1)，其中，所述第一分支管路(18)在流动方向上在所述再循环泵(17)的下游从所述第一再循环管路(14)分支。
4.根据权利要求2所述的发电设备(1)，其中，所述第一高负载阀(10)布置在所述第一分支管路(18)中，而所述第一低负载阀(12)布置在围绕所述第一高负载阀(10)的第一旁通管路(20)中。
5.根据权利要求2所述的发电设备(1)，其中，所述第一高负载阀(10)布置在所述第二分支管路(19)中，而所述第一低负载阀(12)布置在围绕所述第一高负载阀(10)的第一旁通管路(20)中。
6.根据权利要求4所述的发电设备(1)，其中，第二再循环管路(21)从所述第二分支管路(19)分支，所述第二再循环管路在冷凝物的流动方向上在所述冗余再循环泵(17)的上游通到所述第一再循环管路(14)中。
7.根据权利要求5所述的发电设备(1)，其中，第二再循环管路(21)从所述第一旁通管路(20)分支，所述第二再循环管路在冷凝物的流动方向上在所述冗余再循环泵(17)的上游通到所述第一再循环管路(14)中。
8.根据权利要求2至5所述的发电设备(1)，其中，第三再循环管路(22)从所述第二分支管路(19)通到所述第一分支管路(18)中，并且泵(33)连接到所述第三再循环管路(22)中。
9.根据权利要求2至5所述的发电设备(1)，其中，所述冷凝物预热器(9)具有至少两个加热面(41)，所述至少两个加热面中的至少一个加热面具有旁路(42)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的发电设备(1)，其中，所述第二高负载阀(11)布置在所述中间回路(4)中，并且所述第二低负载阀(13)布置在围绕第二高负载阀(11)的第二旁通管路(23)中，其中此外，围绕所述第二热交换器(7)的第三旁通管路(24)布置在所述中间回路(4)中，静态混合器(25)跟随着所述第三旁通管路，其中所述第二高负载阀(11)满足三通阀的功能，并且所述第二高负载阀(11)的出口(26)连接到所述第二热交换器(7)的入口(27)，并且所述第三旁通管路(24)从所述第二高负载阀(11)的另一出口(28)分支。
11.根据前述权利要求中任一项所述的发电设备(1)，包括用于控制所述第一高负载阀和所述第二高负载阀(10，11)以及所述第一低负载阀和所述第二低负载阀(12，13)的装置(29)。
12.根据前述权利要求中任一项所述的发电设备(1)，其中所述第二热交换器(7)是至少一个完全焊接的板式换热器。
13.一种用于发电设备(1)的效率优化和工作范围扩展的方法，所述发电设备(1)包括燃气轮机(2)和废热蒸汽发生器(3)，其中流体在中间回路(4)中引导，并且在此热经由第一热交换器(5)传递到由所述燃气轮机(2)吸入的空气，其中预热的冷凝物的热从所述废热蒸汽发生器(3)经由第二热交换器(7)传递至流体，其特征在于，根据热需求，所述冷凝物经由第一高负载阀(10)或经由第一低负载阀(12)引导，所述第一低负载阀与所述第一高负载阀(10)并联连接，并且设计为用于与所述第一高负载阀(10)相比更小的通流量。
14.根据权利要求13所述的方法，其中将所述冷凝物的至少一部分在将热输出到所述流体之后在绕过预热的情况下与预热冷凝物流混合，并且将混合物输送到所述第二热交换器(7)。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中根据热需求，所述流体经由第二高负载阀(11)或经由第二低负载阀(13)引导，所述第二低负载阀与所述第二高负载阀(11)并联连接，并且设计为用于与所述第二高负载阀(11)相比更小的通流量。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的方法，其中将所述中间回路(4)的加热裕度用作穿过所述第二热交换器(7)的冷凝物质量流的控制变量。
17.根据权利要求15所述的方法，其中将所述第二高负载阀(11)的阀位置用作穿过所述第二热交换器(5)的冷凝物质量流的控制变量。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的方法，其中依据所述发电设备(1)的所设置的功率设定值的燃气轮机比例连续调整用于吸入空气的温度设定值。
19.根据权利要求13至18中任一项所述的方法，其中在所述废热蒸汽发生器(3)中堆置有低压级(30)，以便将所述废热蒸汽发生器(3)中的热转移到所述冷凝物预热器(9)。
20.根据权利要求13至19中任一项所述的方法，其中将所述废热蒸汽发生器(3)中的高压预热旁路(31)断开，以将热转移到所述冷凝物预热器(9)。
21.根据权利要求13至20中任一项所述的方法，其中将所述燃气轮机(2)的燃烧器(32)部分关断。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018219374A1 (de) * 2018-11-13 2020-05-14 Siemens Aktiengesellschaft Dampfturbine und Verfahren zum Betreiben derselben

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0523467A1 (de) * 1991-07-17 1993-01-20 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Gas- und Dampfturbinenanlage und Anlage zur Durchführung des Verfahrens
JPH06221113A (ja) * 1992-08-10 1994-08-09 Siemens Ag ガス・蒸気タービン複合設備およびその運転方法
DE19745272C2 (de) * 1997-10-15 1999-08-12 Siemens Ag Gas- und Dampfturbinenanlage und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Anlage
JP2001012211A (ja) * 1999-05-28 2001-01-16 Abb Patent Gmbh 蒸気発電所を稼動する方法、並びに、この方法を実行するための蒸気発電所
CN102741536A (zh) * 2009-09-17 2012-10-17 艾克竣电力***股份有限公司 热力发动机和热电***及方法
EP2589760A1 (en) * 2011-11-03 2013-05-08 Alstom Technology Ltd Steam power plant with high-temperature heat reservoir
CN103109046A (zh) * 2010-07-14 2013-05-15 马克卡车公司 具有局部回收的废热回收***
DE102012021357A1 (de) * 2012-11-02 2014-05-08 Diplomat Ges. zur Restrukturierung und Wirtschaftsförderung mbH Niedertemperatur-Arbeitsprozess mit verbesserter Effizienz für die Elektroenergieerzeugung im Kreisprozess
KR20140087708A (ko) * 2012-12-31 2014-07-09 대우조선해양 주식회사 가스복합발전플랜트의 출력 증대 시스템
EP2808501A1 (de) * 2013-05-27 2014-12-03 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer GuD-Kraftwerksanlage
DE102013219166A1 (de) * 2013-09-24 2015-03-26 Siemens Aktiengesellschaft Ansaugluftvorwärmsystem
CN105026731A (zh) * 2013-03-25 2015-11-04 三菱日立电力***株式会社 燃气涡轮机用燃料的预热装置、具有该预热装置的燃气涡轮机设备、以及燃气涡轮机用燃料的预热方法
CN105705736A (zh) * 2013-11-05 2016-06-22 西门子公司 具有液体冷却的发电机的蒸汽发电设备

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1576872B2 (de) 1967-08-17 1970-12-23 Siemens AG, 1000 Berlin u. 8OOO München Einrichtung für die Speisewasserregelung von Zwangdurchlaufkesseln im unteren Teillastbereich
DE19512466C1 (de) 1995-04-03 1996-08-22 Siemens Ag Verfahren zum Betreiben eines Abhitzedampferzeugers sowie danach arbeitender Abhitzedampferzeuger
US6052996A (en) * 1998-02-13 2000-04-25 Clark; John C. Heat-work cycle for steam cycle electric power generation plants
EP1884640A1 (de) 2006-08-04 2008-02-06 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinenanlage, Steuereinheit sowie Gas- und Dampfturbinenanlage
EP2256316A1 (de) 2009-05-28 2010-12-01 Siemens Aktiengesellschaft Ansauglufttemperiereinrichtung sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Ansauglufttemperiereinrichtung

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0523467A1 (de) * 1991-07-17 1993-01-20 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer Gas- und Dampfturbinenanlage und Anlage zur Durchführung des Verfahrens
JPH06221113A (ja) * 1992-08-10 1994-08-09 Siemens Ag ガス・蒸気タービン複合設備およびその運転方法
DE19745272C2 (de) * 1997-10-15 1999-08-12 Siemens Ag Gas- und Dampfturbinenanlage und Verfahren zum Betreiben einer derartigen Anlage
JP2001012211A (ja) * 1999-05-28 2001-01-16 Abb Patent Gmbh 蒸気発電所を稼動する方法、並びに、この方法を実行するための蒸気発電所
CN102741536A (zh) * 2009-09-17 2012-10-17 艾克竣电力***股份有限公司 热力发动机和热电***及方法
CN103109046A (zh) * 2010-07-14 2013-05-15 马克卡车公司 具有局部回收的废热回收***
EP2589760A1 (en) * 2011-11-03 2013-05-08 Alstom Technology Ltd Steam power plant with high-temperature heat reservoir
DE102012021357A1 (de) * 2012-11-02 2014-05-08 Diplomat Ges. zur Restrukturierung und Wirtschaftsförderung mbH Niedertemperatur-Arbeitsprozess mit verbesserter Effizienz für die Elektroenergieerzeugung im Kreisprozess
KR20140087708A (ko) * 2012-12-31 2014-07-09 대우조선해양 주식회사 가스복합발전플랜트의 출력 증대 시스템
CN105026731A (zh) * 2013-03-25 2015-11-04 三菱日立电力***株式会社 燃气涡轮机用燃料的预热装置、具有该预热装置的燃气涡轮机设备、以及燃气涡轮机用燃料的预热方法
EP2808501A1 (de) * 2013-05-27 2014-12-03 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Betreiben einer GuD-Kraftwerksanlage
DE102013219166A1 (de) * 2013-09-24 2015-03-26 Siemens Aktiengesellschaft Ansaugluftvorwärmsystem
CN105705736A (zh) * 2013-11-05 2016-06-22 西门子公司 具有液体冷却的发电机的蒸汽发电设备

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