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CN1097152C - 用强制循环蒸汽锅炉作为燃气轮机冷却器的组合发电设备 - Google Patents

用强制循环蒸汽锅炉作为燃气轮机冷却器的组合发电设备 Download PDF

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Abstract

在一种包括燃气轮机(4)和汽轮机(9-11)的组合式发电设备中，带有余热的燃气轮机的废气经由一个余热锅炉(7)中流动的工作介质送入汽轮机中。这个余热锅炉主要由一个预热器(21)、一个汽化器(22)和一个过热器(23)构成。采用强制循环蒸汽发生器式的冷却气体冷却器(32，33)的液态侧与余热锅炉(7)的预热器(21)相连通。

Description

用强制循环蒸汽锅炉作为燃气轮机 冷却器的组合发电设备
本发明涉及一种包含燃气轮机和汽轮机的组合式发电设备，其中带有余热的燃气轮机的废气经由流入某个余热锅炉的工作剂传送至汽轮机，所述余热锅炉主要由一个预热器、一个汽化器和一个过热器构成，并且其中至少包括一个强制循环蒸汽发生器式的冷却气体冷却器，其流水侧与余热锅炉的预热器相连通。
现代发电站和较高功率等级的燃气轮机运行中会产生很高的蒸汽入口温度，它不利于燃烧室的冷却及转子和叶片的冷却。为此一般在压缩机出口上将高度压缩的空气以较低的压力梯度抽出。由于当今通用的预混合燃烧需用相当高比率的压缩空气，一方面为实现冷却只保留最少量的冷却气体，而另一方面，由于被压缩的这些冷却用空气温度已经很高，所以最好经过一定的前期冷却。已知的冷却方式是采用水喷射(气体冷却)；然而如果利用这种方法，冷却气体的高质量的热只有一部分被利用，在目前的发电设备的情况下，这种高质量的热能可达20MW。于是人们采用回冷式强迫循环蒸汽锅炉作为冷却器，尤其是当带有余热蒸汽发生器的组合式燃烧气体-汽轮机系统中的燃气轮机工作时，进行强制冷却。
EP-A-709561介绍了本文开头所述的这样一种在燃气-蒸汽汽轮机系统中通过强制循环蒸汽锅炉对高度压缩的气体进行冷却的方法。其中从预热器的锅炉供水量中或逆流或顺流取出部分水流，经过进一步预热，在冷却器中蒸发和过热，返回到余热锅炉的高压过热器内。这个锅炉是带有转筒的循环锅炉。为了避免汽轮机发生湿气击穿或水破坏现象，当冷却器受潮后，将受热的水或蒸汽引入一个泄放箱中，直到该冷却器干燥，或冷却器出口持久地满足一定条件为止，例如几个开氏度的过热的热蒸汽或湿度较低的水蒸汽，这种已有方法除了水损耗大外，还需要不断的监控和调整。
本发明的目的在于，提供一种本文开头所述的组合式发电设备，它的燃气轮机-冷却气体冷却器和余热锅炉相互间的系统特性的偏差能够得到很好的控制。
本发明的目的是这样实现的。
-余热锅炉是强制循环蒸汽锅炉，在汽化器和过热器之间的蒸汽侧装有一个分离瓶，
-冷却气体冷却器的蒸汽侧与所述分离瓶相连接。
在一个混合式系统中采用上述设备的优越之处在于：过程中产生的高质量的热能可全部得到保持。从余热锅炉和从燃气轮机-冷却气体冷却器得到的不同的蒸汽参数在分离瓶内以最简单的方式共同作用，无需将它们分别引入单独的容器中。当存在多个并行连接的冷却器的情况下，上述优点则更突出，因为这些冷却器的气体侧工作在不同的压力等级上，并且蒸发温度也不同。
附图中表示本发明的组合式燃气-蒸汽发电设备。图中仅绘出了有助于理解本发明的主要的部件。工作剂的流动方向在图中用箭头表示。
在唯一的燃气轮机系统的示意图中，管路1表示被吸入压缩机2中的新鲜空气在压缩机内达到工作压力。这些压缩气体在一个例如由天然气燃烧的燃烧室3内被加热至过热，并且产生的燃烧气体将在一个燃气轮机4内膨胀。所获得的能量送到发电机5及压缩机2。燃气轮机的热废气经由管道6供给一个余热蒸汽发生器设备7，释放热能后经管道8和一个图中未示出的烟囱排到大气中。
在水蒸汽循环部分，多腔室汽轮机9、10和11与燃气轮机4同轴安装。在低压汽轮机11内膨胀的工作蒸汽在冷凝器13内被冷疑。冷凝液靠冷凝液泵14直接向蒸汽发生器7输送。值得一提的是，这个设备一般没有抽气加热的低压预热器、贮水容器和高压预热器。
余热蒸汽发生器设备7采用立式锅炉形式，并且就现在这种情况工作在一种双压蒸汽过程中。当然也可采用一种卧式锅炉实现同样效果。
这个低压系统是一种带有转筒的旋转锅炉，属于强制性循环系统。在该锅炉的烟道内装有一个低压预热器15，其内引入冷凝液，还装有一个低压汽化器16和低压过热器19。低压汽化器通过一个循环泵18与转筒17相连通。过热的蒸汽通过一个低压蒸汽管道28过渡到中压汽轮机10的对应压力等级。
高压系统是一种强制循环系统，因此既具有低于临界值的参数，也具有高于临界值的参数。在锅炉的烟道内主要安装有高压预热器21、高压汽化器22和高压过热器23。高压预热器21中接收从低压转筒17经过高压供给泵20馈给的工作介质。以此方式可省略常规方案中的给水箱。过热的蒸汽经由新鲜的蒸汽管道24送入汽轮机的高压部分9内。
分离瓶25用于相分离，它与高压汽化器22的出口相连通。这个分离瓶的上端与高压过热器23连通，其下端连拉一根清垢管道29。
在汽轮机的高压部分9内局部膨胀的蒸汽在过渡到中压汽轮机10之前被中间过热处理。这个中间过热例如采用热交换器27实现，热交换器安装在蒸汽发生器的烟道内，位于高压过热器23之上。
通过调节在循环系统和压力循环系统中的压力和物质流量，能够在这种蒸汽发生器中提供更宽的混合覆盖过程。
每当达到沸腾温度时，在锅炉内开始产生蒸汽。在低压系统中的第一蒸汽可以由来自分离瓶的再循环高压饱和水(图中未示出)经过膨胀产生。
这个分离瓶的作用是使高压过热器始终保持干燥，并且在锅炉出口提供预先过热的蒸汽。一旦在高压汽化器中达到了稳定运行所要求的压力，则产生的新鲜蒸汽可以用于启动汽轮机以滑动压强工作。
为实现冷却，可从一个中间位置和从压缩机2的出口分支出气体管道30、31，并分别连接至一个对应的冷却器32、33。在那里被冷却的空气经排气接管经由冷却管道39、40流向不同的消耗器。这种分流式冷却器的有水侧经水管37与余热蒸汽发生器7的高压预热器21相连通。为了防止在供水线路中出现双相流，应在高压预热器21上这样选择分接头，使任何时刻都控制冷却器的入口处于过冷的条件下。显然，两个图示的冷却器可实现分离的水供给。
冷却器32、33采用典型的强迫循环蒸汽发生器方式，包括预热器34，汽化器35和过热器36。冷却器立式安装，因此汽化器35是由下向上实现汽化的，有利于实现贮水的再循环，而且易于实现简单的水状态调节和供水量调节。
在两个冷却器中产生的蒸汽共同经由一蒸汽管道38送入余热锅炉的分离瓶25中，蒸汽在分离瓶中按确定的压力比分配给有关的设备部分。在最高压力时，不必担心沿汽轮机方向发生水击穿现象。显然，上述蒸汽也可经分立的蒸汽管道送入余热锅炉的分离瓶25中。
冷却器相互并行连接到余热锅炉，它们具有同样的系统性能。由此在所有设备部分具有同样的水化学特性。值得一提的事实是在启动该设备时，不必要通过顶盖排出蒸汽或在放水箱中加入热水。
参考符号表
1管路
2压缩机
3燃烧室
4燃气轮机
5发电机
6管道
7余热蒸汽发生器设备
8管道
9高压汽轮机
10中压汽轮机
11低压汽轮机
13冷凝器
14冷凝液泵
15低压预热器
16低压汽化器
17低压转筒
18循环泵
19低压过热器
20供给泵
21高压预热器
22高压汽化器
23高压过热器
24新鲜的蒸汽管道
25分离瓶
27热交换器
28低压蒸汽管道
29清垢管道30、31气体管32、33冷却器34预热器35污化器36过热器37水管38蒸汽管道39、40冷却管道

Claims (3)

1.一种带有燃气轮机(4)和汽轮机(9-11)的组合式发电设备，其中带有余热的燃气轮机的废气经由流入余热锅炉(7)的工作剂传送至汽轮机内，其中
-余热锅炉由一个预热器(21)、一个汽化器(22)和一个过热器(23)构成，
-其中至少包括一个强制循环蒸汽发生器式的冷却气体冷却器(32，33)，其液态侧与余热锅炉(7)的预热器(21)相连通，其特征在于：
-余热锅炉是一种强制循环蒸汽发生器，在其蒸汽侧，具有一个安装在汽化器(22)和过热器(23)之间的分离瓶(25)，
-所述冷却空气冷却器(32，33)的蒸汽侧与分离瓶(25)相连接。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，多个冷却气体冷却器(32，33)的液态侧和蒸汽侧以不同的压力等级并行连接。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，冷却气体冷却器(32，33)立式安装，并且主要由一个预热器(34)、一个汽化器(35)和一个过热器(36)构成，其中汽化现象是由下向上实现的。
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