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燃氣蒸汽聯(lián)合發(fā)電廠的制作方法

文檔序號:5152181閱讀:397來源:國知局
專利名稱:燃氣蒸汽聯(lián)合發(fā)電廠的制作方法
此發(fā)明屬于一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠,具體地說是具有高效率布萊頓(Brayton)/郎肯(Rankine)循環(huán)方式的整體式燃氣和蒸汽輪機發(fā)電廠。
通過燃氣輪機和具有燃氣、燃油或燃煤鍋爐的常規(guī)的蒸汽輪機電廠結(jié)合可以改善常規(guī)蒸汽輪機發(fā)電廠的效率。常規(guī)蒸汽輪機發(fā)電廠在其煙氣管道中裝有燃燒空氣預(yù)熱器,通過把熱量交換給鍋爐的燃燒空氣來回收鍋爐煙氣中盡可能多的熱量。但在聯(lián)合循環(huán)電廠中不再需要燃燒空氣預(yù)熱器,因為鍋爐接收相應(yīng)的燃氣輪機的高溫排氣作為其燃燒氣體。
為了在這種聯(lián)合方式中回收鍋爐煙氣中的能量,通常是在鍋爐裝置的下游位置安裝一個煙氣冷卻器,使整體蒸汽循環(huán)過程的部分或全部給水從中流過。當鍋爐的負荷相對較低時,燃氣輪機的排氣就走鍋爐的旁路而不經(jīng)過鍋爐,但是所有的排氣卻都要經(jīng)過位于一個匯合處下游的煙氣冷卻器,該匯合處就是從鍋爐旁路過來的燃氣輪機的任何排氣與鍋爐的煙氣重新匯合的地方。因而,煙氣冷卻器是暴露在所有的燃氣輪機排氣氣流之中,除非它本身具有可控的旁路氣流結(jié)構(gòu)。
但必須指出的是,單個的大型工業(yè)燃氣輪機調(diào)節(jié)其氣流量比率的能力是很有限的。因而,煙氣冷卻器中可獲取能量的變化不會超出其負荷范圍太大。但是當電廠負荷減少時流經(jīng)煙氣冷卻器中的給水卻會顯著地減少,因而既使電廠負荷的微小下降就可能使得煙氣冷卻器中的給水的溫度達到飽和點,這樣在鍋爐的給水中從煙氣冷卻器流往鍋爐時就有可能產(chǎn)生蒸汽。為了避免這種不希望發(fā)生的情況,通常的做法是使流過煙氣冷卻器中的給水總是維持在滿負荷流量,而當電廠帶部分負荷、鍋爐只需部分給水時,則把其余部分給水排入冷凝器中。排入冷凝器的那部分給水中的能量沒有被回收,而是損失掉了,這樣就降低了電廠的工作效率。
本發(fā)明的主要目的就是提供一種在帶部分負荷時其工作效率不受影響的蒸汽燃氣聯(lián)合發(fā)電廠,這是采用了燃氣輪機過剩排氣余熱發(fā)電技術(shù)的結(jié)果。
一座蒸汽燃氣聯(lián)合發(fā)電廠包括有一臺汽輪機組、一臺為汽輪機組提供蒸汽的鍋爐裝置、一臺具有與鍋爐裝置相連用以為鍋爐供應(yīng)燃氣輪機的高溫排氣的管道結(jié)構(gòu)的燃氣輪機、以及一個與鍋爐裝置相連,以接收鍋爐的煙氣并將其排入到大氣中的煙囪。在這種電廠中鍋爐裝置下游的煙氣流處可設(shè)置至少一臺余熱鍋爐(heat recovery steam generator(HRSG)),并使之與汽輪機組相連以將它產(chǎn)生的任何蒸汽都供應(yīng)給汽輪機組。
利用根據(jù)本發(fā)明的方式,我們可以從具有整體式燃氣輪機和常規(guī)燃料鍋爐的聯(lián)合發(fā)電廠的排氣中分離出所有的可獲取能量,,即使在電廠只帶部分負荷時也能做到這一點,并且還可以避免與煙氣冷卻器中的給水汽化有關(guān)的所有問題。
文中唯一的圖是根據(jù)本發(fā)明的燃氣蒸汽聯(lián)合電廠的原理描述圖。
如圖所示,一個蒸汽燃氣聯(lián)合發(fā)電廠包括燃氣輪機-發(fā)電機組部分1,它與蒸汽產(chǎn)生部分2相連,蒸汽產(chǎn)生部分2接收燃氣輪機的高溫已燃燒排氣并將其中的能量轉(zhuǎn)化為蒸汽。同時燃燒其它燃料的鍋爐可以產(chǎn)生更多的蒸汽,這些蒸汽供應(yīng)給汽輪機-發(fā)電機組部分3。
從圖中可以看出,汽輪機-發(fā)電機組部分3包括有高壓透平4、中壓透平5和低壓透平6,它們都與發(fā)電機7相連。蒸汽經(jīng)過這些不同的透平后在冷凝器8中凝結(jié),然后其凝結(jié)水在級聯(lián)的給水加熱器9、10、11、12、13、14、15和16中被預(yù)熱,這些給水加熱器接收從各透平的各級中抽出來的蒸汽。這種汽輪機-發(fā)電機布置方式基本上與已轉(zhuǎn)讓到本發(fā)明的受讓人的第5,140,818號美國專利中的描述一致。
蒸汽產(chǎn)生部分2包括有包括許多熱交換器的管道結(jié)構(gòu)17和鍋爐18,它的最后一部分是煙囪19,從燃氣輪機部分1中來的排氣最終通過此煙囪排出。
在滿功率運行時,推動高壓透平4的大部分高壓蒸汽是由鍋爐18產(chǎn)生的。從汽輪機部分3中來的凝結(jié)水返回到鍋爐18的省煤器20中。鍋爐18中產(chǎn)生的蒸汽被收集在鍋爐汽包21中,然后經(jīng)過鍋爐18內(nèi)的過熱器22,供給高壓透平4。高壓透平4中排出的蒸汽返回到設(shè)置在鍋爐內(nèi)的再熱器23中,蒸汽在再熱器中被再次加熱后才能進入中壓透平5。第二個再熱器24設(shè)置在管道17的與燃氣輪機部分1相鄰的入口端,并且與第一再熱器23按并聯(lián)氣流布置,以便能通過再熱器23、24共同為高壓蒸汽再次加熱。
與煙囪19相鄰的管道結(jié)構(gòu)17包括有余熱鍋爐(HRSG)25和26,用來冷卻排氣。從圖中可以看出,我們采用了兩臺HRSG,以在不同的壓力和溫度下運行。高溫HRSG26設(shè)置在管道結(jié)構(gòu)17中低溫HRSG25的上游位置,它所產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過過熱器27和再熱器24后供給中壓透平5作為驅(qū)動蒸汽。低溫HRSG25中產(chǎn)生的蒸汽經(jīng)過設(shè)置在管道結(jié)構(gòu)17中HRSG26上游位置處的蒸汽加熱器28a和設(shè)置在鍋爐18上游的蒸汽加熱器28b提供給低壓透平6。從冷凝器8中來的凝結(jié)水經(jīng)過末端交換器29后提供給兩個HRSG25和26,其中冷凝水或者直接流入低溫HRSG25,或者經(jīng)過另一個位于緊靠高溫HRSG26的下游位置處的熱交換器30供給高溫HRSG26。其余的凝結(jié)水可通過省煤器29循環(huán),并流回圖中所示的給水加熱系統(tǒng)中,以進一步改善循環(huán)特性。
HRSG25和HRSG26能夠在廢氣從煙囪19中排出之前回收其中的任何可獲取的熱量,它們各自在基本恒定的溫度下運行,且在產(chǎn)生供汽輪機使用的蒸汽的同時也維持排氣溫度基本恒定。
如圖所示,最好采用兩臺HRSG,第二臺HRSG25設(shè)置在已燃燒氣體管道中緊靠HRSG26的下游位置,并在較低的溫度下運行,以便進一步冷卻從第一臺HRSG26中排出的已燃燒氣體。
在鍋爐18之前,管道結(jié)構(gòu)17可以包括另一種形式的燃氣輪機排氣冷卻器,即HRSG31,它用來將排氣的溫度降低到更適于常規(guī)鍋爐結(jié)構(gòu)的溫度。HRSG31的給水和蒸汽系統(tǒng)基本上與鍋爐18平行設(shè)置并相連,這樣它就可以從最高溫的給水加熱器16處接受給水,并且經(jīng)過設(shè)在與燃氣輪機1相鄰的管道結(jié)構(gòu)17中的一個過熱器32將其蒸汽供給高壓透平4。
根據(jù)蒸汽負荷的需要,燃氣輪機1的排氣溫度在進入鍋爐18時將通過燃燒所供給的鍋爐燃料33而升高。而且,為了燃燒這些燃料,可能還需要通過新鮮空氣供應(yīng)裝置34來向管道結(jié)構(gòu)17中供應(yīng)額外的新鮮空氣。在一定的負荷條件下,可以通過適當調(diào)節(jié)一個擋板35的位置排氣而將鍋爐結(jié)構(gòu)旁路。擋板35可轉(zhuǎn)動地設(shè)置在管道結(jié)構(gòu)17中,以把燃氣輪機的排氣通過風箱36引入鍋爐18,或者不經(jīng)過鍋爐而引入鍋爐的旁路。
這里提到的流入汽輪機和鍋爐的蒸汽以及從其中流出的水均通過設(shè)在各部件外部的管道,這樣當在常規(guī)電廠中加裝HRSG時就不需要改變常規(guī)電廠的配置或者熱循環(huán)結(jié)構(gòu)了。
根據(jù)本發(fā)明提供的配置不僅可以改善電廠滿負荷運行時的效率,而且可以在更大程度上改善帶部分負荷運行時的效率。當電廠負荷減少時,可以維持燃氣輪機在滿負荷狀態(tài),而將鍋爐的燃料燃燒量降低。事實上,在鍋爐的燃料燃燒完全中止之前,電廠的效率可以一直得到改善。鍋爐燃料燃燒完全中止這一運行點與正常的聯(lián)合循環(huán)電廠相當。通過降低燃氣輪機的負荷可以進一步降低電廠的負荷水平。不論何種情況下,本發(fā)明提出的方案可以在部分負荷運行的整個范圍內(nèi)提供最大的循環(huán)效率,因為排氣中的熱量總是可以被余熱鍋爐吸收并用于發(fā)電。此外,也不再需要為了避免煙氣冷卻器中產(chǎn)生蒸汽而向冷凝器中排放給水了。
權(quán)利要求
1.在一種由一臺汽輪機組、一臺向該汽輪機組供汽的鍋爐裝置、一臺具有向該鍋爐裝置供應(yīng)其排氣的燃氣輪機組和一個用來向大氣中排放廢氣的煙囪所組成的燃氣蒸汽聯(lián)合發(fā)電廠中,本發(fā)明的改進包括在該排氣管道內(nèi)包括至少一臺設(shè)置在將要通過煙囪排出的廢氣的氣流中的余熱鍋爐,該余熱鍋爐與所述汽輪機組相連,用于將它產(chǎn)生的任何蒸汽都提供給所述汽輪機組。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的發(fā)電廠,其中所述汽輪機組包括一個高壓透平、一個中壓透平和一個低壓透平,且所述余熱鍋爐與中壓透平相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的發(fā)電廠,其中所述余熱鍋爐是經(jīng)過設(shè)置在余熱鍋爐上游的已燃燒氣流中的一個蒸汽過熱器與所述中壓透平相連的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的發(fā)電廠,其中另一臺余熱鍋爐設(shè)置在前述余熱鍋爐下游位置的廢氣氣流中,并且在低于所述一臺余熱鍋爐的溫度和壓力下運行;另一個余熱鍋爐與所述低壓透平相連,用于將其蒸汽傳送給所述低壓透平。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的發(fā)電廠,其中所說的另一臺余熱鍋爐經(jīng)過設(shè)置在所述一臺余熱鍋爐上游位置處的排氣氣流中的至少一臺過熱器與所述低壓透平相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的發(fā)電廠,其中有兩臺過熱器與所說的另一臺余熱鍋爐相關(guān)聯(lián),一臺設(shè)置在所述一臺余熱鍋爐上游的氣流中,另一臺設(shè)置在所述鍋爐的上游位置處。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的發(fā)電廠,第三臺余熱鍋爐設(shè)置在所述鍋爐上游的氣流中,在溫度和壓力均高于所述一臺余熱鍋爐的工況下運行;所述第三臺余熱鍋爐與所述的高壓透平相連,將其蒸汽輸送給所述高壓透平。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的發(fā)電廠,其中所述第三余熱鍋爐通過設(shè)置在它的上游位置處的氣流中的一臺過熱器與高壓透平相連,該過熱器與燃氣輪機的排氣結(jié)構(gòu)部分相鄰。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的發(fā)電廠,其中在所述排氣結(jié)構(gòu)中第三臺余熱鍋爐和與之相連的過熱器之間設(shè)置有一臺再熱器,該再熱器與所述高壓透平相連,以接收從所述高壓透平排出的蒸汽;它也與所述中壓透平相連,用于在經(jīng)所述再熱器加熱后將蒸汽供應(yīng)給所述中壓透平。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的發(fā)電廠,其中與所述一臺余熱鍋爐相連的那臺過熱器與所述的再熱器相連,以便通過此再熱器將蒸汽供給所述中壓透平。
全文摘要
一種燃氣蒸汽輪機聯(lián)合循環(huán)電廠,它包括有一臺汽輪機組、一臺為汽輪機供應(yīng)蒸汽的鍋爐裝置以及一臺燃氣輪機;該燃氣輪機具有一個排氣管道結(jié)構(gòu)用來將燃氣輪機的排氣供應(yīng)給鍋爐。這種聯(lián)合電廠在鍋爐裝置下游部分的排氣氣流中設(shè)置有至少一臺余熱鍋爐。這種余熱鍋爐與汽輪機組相連,將其產(chǎn)生的任何蒸汽都供應(yīng)給汽輪機組。
文檔編號F01K23/10GK1097842SQ94101120
公開日1995年1月25日 申請日期1994年1月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月25日
發(fā)明者邁克爾·斯科特·布里耶什, 邁克爾·安格羅·庫斯坦佐 申請人:西屋電氣公司, 巴布考克和威爾克斯公司
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