CN1199814A - 采用动力/热力发电的组合式发电站 - Google Patents

采用动力/热力发电的组合式发电站 Download PDF

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Abstract

一种采用动力/热力发电的组合式发电站(10),在所述水/蒸汽回路中的水在一个第一设备(11,12,13,14)中通过燃烧气体加热变换成蒸汽,所述燃烧气体是由至少一个燃气轮机(16)中排出的,一个与热消耗设备交换的分离的热传输载体供给利用热能的第二装置(21,22),其中第二装置(21,22)根据热消耗设备(24)所需的热输出和入口温度选择性地连接到所述的多个排热采集点(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)上。

Description

采用动力/热力发电的组合式发电站
本发明涉及发电站技术领域，它是关于一种采用动力/热力发电的组合式发电站，具有至少一个由燃烧室的燃烧气体驱动的燃气轮机和至少一个工作在水/蒸汽回路中的汽轮机，在所述水/蒸汽回路中的水在一个第一设备中通过燃烧气体加热变换成蒸汽，所述燃烧气体是由至少一个燃气轮机中排出的，并且所产生的蒸汽供给至少一个汽轮机，一个与热消耗设备交换的分离的热传输载体供给利用热能的第二装置，所述的热能是从水/蒸汽回路中的多个处于不同的热水平上的排热点上排出的。
公知的这样一种组合发电站例如可参见DE-C2-2512774。
在采用动力/热力发电的组合式发电站中，热能总是必须以所需的形式及时提供给相应的地点，这就是说，由发电厂发电时产生的热输出和载热的热传输载体是提供给外界的热消耗设备或热用户的。发电厂需要的能量和外界的热消耗设备或热用户需要的能量因此在各种极端值之间变化。尤其是根据图1的温度与热输出Pth的曲线(热传输载体的)，由外界热用户所需要的热能在一个工作范围(用阴影代表和由中心点a-d确定)内在最小输入温度VTmin和最大输入温度VTmax之间以及在最小输出温度Pthmin和最大输出温度之间Pthmax变化。
这个由外界热用户所需要的热能(热量)从水/蒸汽回路传输到所述热传输载体(水或/热油)或采用直接或间接的热传递方式(直接接触例如混合，或间接地利用热交换)传输到热消耗设备。为了得到在两个极端值之间的工作范围，从该回路的多个不同的热值点采集热能，并且通过热交换相应地传输到在不同的热值点的热传输载体，上述的热交换一般指冷凝器。采集点或采集的热值越多，能量损失越小，热效率越高。从本文开头所述的现有技术文献所公开的组合式电站，从汽轮机的上游和下游的不同点采集由水/蒸汽回路排出的热蒸汽，然后提供给多个单独的热交换器(加热水的加热器)，它们相互串联连接在热传输载体的回路中，并且逐步加热热传输载体。在这个情况下，在热流的流向上的最后一个热交换器通过一个减压站直接充入新鲜的蒸汽。
这里存在一个缺陷，随着采集点或采集的热值的数量增加，相应的电站组件的数量也增加，于是增加了热交换器、线路和控制设备等等的开支，使成本过高，并且增加了操作和维修的费用。况且，热消耗设备所要求的功率的极限值，例如在最大输入温度Vtmax(图1中的点C)处的最大热输出Pthmax并不是经常出现，或只是短期出现，因此，为此目的而需要购置的电站组件的利用率相当低。
本发明的目的是提供一种采用动力/热力共同发电的组合式发电站，其中从水/蒸汽回路到热传输载体的热传输通过减少电站组件的数量得到显著的简化，并且没有受到热采集点数量和采集热值水平的任何限制。
在这种本文开头所述的组合式发电厂中，上述发明目的是这样实现的，一个第二装置可以根据热交换器所要求的热能输出和输入温度选择性地连接到多个热采集点上。本发明的基点并不是为每个热采集点分配一个自己的热传输途径，而是利用一个单一的热传输途径，如果需要，可以将其连接到水/蒸汽回路的各个采集点或排热点上。
根据本发明的组合式发电厂的第一个优选实施例是这样设计的，采用具有可控阀门的单一的线路有选择地连接上述第二装置到各个热采集点上，所述的线路将各个采集点连接到第二装置，该装置的阀门控制用于控制所述的可控阀门，温度测量点布置在第二装置的出口处，用于确定热传输载体的温度，并且，所述阀门控制的第一输入连接到温度测量点的出口处。采用这种设计方案，可以非常简化、可靠和高效地控制和调节从水/蒸汽回路到热传输载体的热输出。
根据本发明的组合式发电厂的第二个实施例所限定的第二装置中包括一个冷凝器，通过采集点从水/蒸汽回路排出的蒸汽送入冷凝器中，由该冷凝器中排出的冷凝液又再次返回水/蒸汽回路，其中第一采集点是排出高压新鲜蒸汽，第二采集点是排出高压蒸汽，第三采集点是排出低压蒸汽，并且分配在第一采集点上的阀门用作减压阀门。根据这样选择采集点和排气点，由此能够以最简单的方式实现对于热消耗设备的热传递的相当宽的工作范围。
进一步的实施例方案体现在从属权利要求的主题中。
下面结合附图，通过更详细的说明，将有助于更完整和更确切的理解本发明技术方案及其优越之处。这些附图为：
图1以曲线坐标方式图示出温度相对于热输出的关系，展示了热消耗设备的热能消耗的工作范围；
图2与图1的曲线坐标方式相同，展示了根据本发明的由水/蒸汽回路向热传输载体的热输出的热传递原理；
图3是根据本发明的优选实施例的组合式发电厂的平面设计图；
图4是图3的平面设计图的局部详图，补充说明热传递的控制和调节；
图5与图2的曲线坐标方式相同，展示了根据图3和图4的优选实施例，通过三个排气级或采集点的热能的传递。
现在参见附图，其中相似的符号代表所有图中的相同或相似的部件，图3是根据本发明的优选实施例的组合式发电厂的平面设计图。这个组合式发电厂10包括一个燃气轮机16和带有两级36和37的汽轮机35。燃气轮机16驱动第一发电机19和汽轮机35驱动第二发电机40。燃气轮机16借助于来自燃烧室17的高热的燃烧气体工作，另一方面，被安装在燃气轮机轴上的压缩机18压缩的燃烧空气经管路L8传送，燃料由输入口E4通过管路L7供给。所述燃料最好流过预热器20，燃料在那里经过与由管路L5提供的热水进行的热交换被预热。已经完成了驱动燃气轮机16的工作的来自燃烧室17的热燃烧气体从燃气轮机16的输出口经管路L9传输到余热蒸汽发生器11，用于加热汽轮机35的水/蒸汽回路的水，并且将水转换成高压蒸汽。之后被从废气出口15排放到大气中。
余热蒸汽发生器11具有公知的一种内部结构设计，包括一个废气预热器12、一个蒸发器13和一个过热器14。由水泵31将蓄水箱30中的水通过管路L11供给余热蒸汽发生器11，在废气预热器12中被预热。由废气预热器12输出的热水一方面流入蒸汽锅炉27中，另一方面通过管路L5流入燃料预热器20，然后从那里返回蓄水箱30内部。从蒸汽锅炉27(在其他“一次性通过”式的实施例中可能被省略)中泵出的给水是液体和蒸汽的混合状态，通过循环泵26传送到蒸发器13中，在那里蒸发。由蒸汽锅炉27产生的蒸汽传送到过热器14中进行过热处理，之后作为新鲜的蒸汽传送到新鲜蒸汽冷却器25(当发电厂正常工作时不工作)，冷却器25还经由管路L12接收供水，继而传输到汽轮机35中。当新鲜蒸汽已经在汽轮机35的两级36和37中做功后，通过管路L22又传送到冷凝器43中进行冷凝，冷凝液体由冷凝泵44驱动经由管路L15流到供水预热器/脱氧器45，之后返回蓄水箱30中。由此形成了属于汽轮机35的水/蒸汽回路。
为了更好地控制所述的水/蒸汽回路，在该回路中附加一个支路和许多分流开关：第一分流开关是这样形成的，从废气预热器12的出口引出管路L10，它经由一个可控制的减压阀门28连接到蓄水箱30。第二分流开关是这样形成的，从蒸汽锅炉27的出口引出管路L13，它经由一个可控制的减压阀门32连接到给水预热器/脱氧器45，用于排放出蒸汽锅炉27的蒸汽。第三分流开关是这样形成的，从汽轮机35的第二级37引出管路L14，它经由一个可控制的减压阀门33连接到给水预热器/脱氧器45，用于加热给水预热器/脱氧器45。所述的支路是通过管路L17形成的，带有一个可控制的减压装置42，它同时实现减压和降低过热蒸汽的温度。通过这样一个支路，在该发电厂的启动或停机状态，使新鲜蒸汽能够绕过汽轮机35直接传送到冷凝器43。
热传输载体(一般是水)通过管路L3将热传输给热消耗设备24。这个在汽轮机35的水/蒸汽回路和在管路L3中的热传输载体之间的热传输发生在相互串联连接的两个热传输装置21和22中，将热传输载体加热。图2表示出根据温度/输出分布原理得出的相关曲线。热传输装置22是一个冷凝器，它同时起到消除过热的作用(去过热器)。从冷凝器22经过的过热的蒸汽的出口温度是T3，热输出是P3，如果需要的话，可从汽轮机35的水/蒸汽回路的各个不同温度采集点采集。根据图2的曲线C1，蒸汽首先在冷凝器22中从T3冷却到T2(“去过热”)，然后根据图2的曲线C2，在固定温度T2下冷凝，同时将热排出到热传输载体上，后者从温度T6被加热到高于T2的入口温度VT。之后在冷凝器22的出口的冷凝液的热输出为P3-P1。
冷凝泵3通过管路L1将由冷凝器22输出的冷凝液传输到(图3)热传输装置21，后者用于预热热传输载体，在热传输装置21的入口处，来自管路L1的冷凝液与经过管路L2从废气预热器12的分流开关送来的冷却水相互混合，如此混合的结果是使温度从T2降低到T1(图2的曲线C1的垂直部分)。混合水流过预热器21，从T1冷却到T5，同时将热排出到热传输载体上，并且通过管路流和减压阀门29返回到蓄水箱30中。热传输载体产生反应发热，从温度T4上升到T6(图2的曲线C2)。图2的曲线C1和C2基于该设备的工作范围的单个点，在该点处所述热消耗设备只要求特定的热输出和热传输载体的入口温度。当要求其他的热输出和热传输载体的入口温度时，会相应得出图2上的其他曲线C1和C2(见图5中的曲线C3，…，C7和C3’，…，C7’，在这种情况下，曲线C6，C7和C6’，C7’代表要被加热的热传输载体，因此相应于图2的曲线C2；曲线C3，C4和C3’，C4’及C5’代表要被冷却的热传输载体，即被排出的蒸汽，因此相应于图2的曲线C1。为了沿曲线C6加热，沿曲线C3冷却；其他相关的成对的曲线是C7-C4，C6’-C3’和C7’-C5’；与冷却曲线C4’相关的加热曲线在图5中未示出)。
根据本发明，应考虑在T，Pth分布图上的工作点的变化，也就是说，同样的冷凝器22在所述的水/蒸汽回路的另一采集点处、并且因此在另一热水平上采集蒸汽或热。为此目的，在图3的实施例中，冷凝器22的侧面入口可以选择性地通过管路L18、L19和L20及相应的控制阀门34，38，39连接到新鲜蒸汽管路L16(蒸汽温度T8)的一个排气采集点上，或位于汽轮机35的第一级36的中部的一个排气采集点上(蒸汽温度T7)，或连接到该第一级36的出口上(蒸汽温度T6)。
如果减压阀门34打开，新鲜蒸汽通过管路L18和L21流到冷凝器22，从那里冷凝后传输给预热器21。当减压阀门34打开至最大时，图5的曲线C3’相应于图2的曲线C1。然后热传输载体可以根据曲线C6’从由热消耗设备24返回的温度T4加热到最大入口温度Vtmax，并且可以传输最大热输出Pthmax，同时新鲜蒸汽从温度T8冷却到冷凝温度T4。如果在固定的入口温度Vtmax的情况下要求较低的热输出，减压阀门34节流直到(在较低极限值的情况下)通过曲线C3和C6，并且，在入口温度Vtmax处，热传输载体只传输最小热输出Pthmin。对于中间热输出的情况，则减压阀门34处于中间位置。
如果热传输载体的温度是处于极限值VTmin和Vtmax之间的中间，阀门39打开，高压蒸汽通过管路L19和L21从汽轮机35的第一级36排气，并且引入冷凝器22。接着，根据阀门39的打开程度，蒸汽沿着曲线C4和C4’或中间的类似曲线从温度T7冷却到T5，同时热传输载体升温到位于VTmin和Vtmax之间的入口温度，和传输一个位于Pthmax和Pthmin之间的热输出。
如果热传输载体从温度T4只是被加热到最小入口温度VTmin，这发生在曲线C7’的情况，在最大热输出Pthmax(阀门38完全打开)和曲线C7的情况，在最小热输出Pthmin的情况(阀门38完全截流)。为此有必要通过打开阀门38经由管路L20和L21在气轮机35的第一级36的出口处排出低压蒸汽，并且在冷凝器22中从温度T6冷却到T4，接着根据曲线C5’和C5进行预热。阀门38处于中间位置时的热输出是处于两个极端值之间的情况。
图5中的曲线C6，C7和C6’，C7’标明了热传输工作范围的拐点(a-d)，如图1所示。通过将阀门34，38，39中的一个或多个打开的程度增加或减小，可以很简单地获得所述的工作范围中的其他值。尤其是通过适当地选择数值和它们的位置，可以在工作范围的任何点获得热传输的最大热效益，而且所需的设备和控制投入最小。
图4是阀门控制的优选实施例，其中展示了图3的平面设计图的细节(两个附图中的相似部件采用同样的符号)，图4的实施例中用符号I(新鲜蒸汽)、II(高压蒸汽)、III(低压蒸汽)表示三个排气采集点或排气等级。每个控制入口温度和热输出的阀门34、39和38通过相应的控制线(A，B，C)连接到一个温度控制器50，后者在输入侧连接到位于冷凝器的出口处的温度测量点51，对通过两个信号线51之一接收的输入值进行处理。另一个信号线51控制阀门52调节传输到热消耗设备24的热传输载体的蒸汽量。在温度控制器50中，比较两个输入信号，并且通过控制线A-C操纵阀门34，39和38，以此方式，能够获得最优的入口温度和热输出。
当阀门38和39同时打开时，高压蒸汽不能从采集点II流回低压蒸汽采集点III，如果在管路L20内安装一个止回阀46则更好。而且，如果在冷凝器22的管路L21上安装一个蒸汽温度控制装置47，温度控制可以得到进一步改善和增强，这个蒸汽温度控制装置由一个阀门49通过温度测量点48加以控制。尤其是能够以简单的方式排除蒸汽温度的漂移不稳定现象。
为了简化起见，图3和图4的实施例展示的组合式发电站仅具有一个燃气轮机16和一个余热蒸汽发生器11。可是，根据本发明的原理，当然可以针对一个共同的汽轮机使用多个燃气轮机和多个相关的余热蒸汽发生器。在这种情况下，如图3和4所示，其他余热蒸汽发生器通过入口E1、E2和E3(与减压器41共同作用)及出口A1共同连接在汽轮机35的水/蒸汽回路中。
显然，在上述的说明书的教导下，可以实现对本发明的各种改进和变换。因此本发明的实践可以不局限于上述说明书的内容，而且这些实践仍然在所附的权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种采用动力/热力发电的组合式发电站(10)，具有至少一个由燃烧室(17)的燃烧气体驱动的燃气轮机(16)和至少一个工作在水/蒸汽回路中的汽轮机(35)，在所述水/蒸汽回路中的水在一个第一设备(11，12，13，14)中通过燃烧气体加热变换成蒸汽，所述燃烧气体是由至少一个燃气轮机(16)中排出的，并且所产生的蒸汽供给至少一个汽轮机(35)，一个与热消耗设备(24)交换的分离的热传输载体供给利用热能的第二装置(21，22)，所述的热能是从水/蒸汽回路中的多个处于不同的热水平上的排热采集点(I、II、III)上排出的，其中第二装置(21，22)根据热消耗设备(24)所需的热输出和入口温度选择性地连接到所述的多个排热采集点(I、II、III)上。
2.根据权利要求1所述的组合式发电站，其中，各连接管路(L18，L19，L20)上安装有控制阀门(34，38，39)，用于选择性地将第二装置(21，22)连接到排热采集点(I、II、III)上，所述管路连接排热采集点(I、II、III)到第二装置(21，22)上。
3.根据权利要求2所述的组合式发电站，其中，控制阀门(34，38，39)由一个阀门控制装置(50)控制，其中温度测量点(51)布置在第二装置(21，22)的出口处，用于确定热传输载体的温度，并且其中阀门控制装置(50)的第一输入连接到温度测量点(51)的出口处。
4.根据权利要求3所述的组合式发电站，其中，阀门控制装置(50)的第二输入是接收所要求的热传输载体的温度值。
5.根据权利要求1-4中之一的组合式发电站，其中，第二装置(21，22)包括一个冷凝器(22)，其中的蒸汽从水/蒸汽回路中的排热采集点(I、II、III)上采集，并且其中产生的冷凝液从冷凝器(22)再次循环返回水/蒸汽回路中。
6.根据权利要求5所述的组合式发电站，其中，第一排热采集点(I)用于采集高压新鲜蒸汽，第二排热采集点(II)用于采集高压蒸汽，第三排热采集点(III)用于采集低压蒸汽，并且其中与第一排热采集点(I)有关的阀门(34)是一个减压阀。
7.根据权利要求5和6之一所述的组合式发电站，其中，第二装置(21，22)包括预热热传输载体的预热器(21)，它在冷凝器(22)之前，来自冷凝器(22)的冷凝液通过它流动。
8.根据权利要求7所述的组合式发电站，其中，直接从水/蒸汽回路中排出的热水也流过预热器(21)。
9根据权利要求1-8之一所述的组合式发电站，其中，第一装置包括一个余热蒸汽发生器(11)。
10.根据权利要求9所述的组合式发电站，其中，余热蒸汽发生器(11)包括一个废气预热器(12)，一个蒸发器(13)和一个过热器(14)，其中在废气预热器(12)中的热水是从水/蒸汽回路中排出的，用于预热热传输载体。
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