聯合循環發電設備的製作方法

2023-06-12 02:12:41

聯合循環發電設備的製作方法
【專利摘要】一種聯合循環發電設備(1)，帶有布置在單軸(2)上的燃氣和蒸汽渦輪(GT、ST)且與具有耗熱器的廢熱發電設備(100)例如局部加熱系統或工業設備相結合，該聯合循環發電設備(1)包括在中壓蒸汽渦輪(7)處布置在渦輪的外殼上半殼(7)處的一個或多個抽汽口、以及將抽取的蒸汽引向該廢熱發電設備(100)的換熱器(31、32)的抽汽管道(11、12)。抽汽出口布置成各自在外殼的最高點處或附近，或者成對地布置到外殼的最高點的兩側。抽汽口的具體布置允許單軸聯合循環發電設備(1)的底板安裝和因此發電設備的成本和空間效率實現。
【專利說明】聯合循環發電設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及聯合循環發電設備，其包括燃氣和蒸汽渦輪以及熱回收蒸汽發生器，並且尤其涉及藉助抽汽與廢熱發電設備和/或局部加熱相結合的聯合循環發電設備。本發明尤其涉及發電機以及燃氣和蒸汽渦輪的底板安裝式單軸布置。
【背景技術】
[0002]具有蒸汽渦輪的熱力發電設備常常配備抽汽口，該抽汽口提供熱能以便操作另一設備，例如工業設備或局部加熱系統。
[0003]例如，US4，492，084公開了一種發電設備，其包括蒸汽渦輪和布置在從中壓蒸汽渦輪的排氣口通向低壓蒸汽渦輪的進口的跨管中的抽汽口。抽取的蒸汽用於具有換熱器和儲存器的遠程加熱系統，其在峰值電負荷及減小抽汽流量的時間段提供熱量。此外，遠程加熱系統還包括用於使加熱介質從儲存器再循環到換熱器用於再加熱的管道。
[0004]US2008 / 0010968公開了一種蒸汽發電設備，其包括在單軸上的多個蒸汽渦輪以及在並聯布置的兩個雙流中壓蒸汽渦輪的排氣口處的抽汽口。抽汽口與在遠程加熱迴路中串聯布置的兩個換熱器相連接。該布置允許對高流量加熱蒸汽的安全控制。
[0005]在如上所述的發電設備中，傳統上，布置抽汽口是為了在蒸汽渦輪的底部(即，在外殼下半殼)更加穩定和安全。

【發明內容】

[0006]本發明的目的是提供一種用於與廢熱發電設備或局部加熱系統相結合的帶有抽汽口的聯合循環發電設備，即，在現有技術的那種聯合循環發電設備上改進。
[0007]—種聯合循環發電設備包括布置在單軸上以驅動發電機的燃氣渦輪和蒸汽渦輪。蒸汽渦輪由在熱回收蒸汽發生器中使用燃氣渦輪所排出的熱氣的熱能產生的蒸汽來驅動。若干蒸汽渦輪至少包括布置在單軸上的高壓渦輪、中壓渦輪和低壓渦輪。中壓蒸汽渦輪包括一個或多個抽汽口，蒸汽從這裡引向廢熱發電設備、局部加熱系統或者包括耗熱器的工業設備。
[0008]根據本發明，單軸發電設備是底板安裝的，並且中壓蒸汽渦輪的抽汽口布置在渦輪外殼的頂部，或者換句話說，在其外殼的上半殼中。
[0009]底板安裝意味著，主渦輪機即燃氣渦輪系統、蒸汽渦輪系統和單個發電機安裝在其上的基板直接布置在地面上。地面是發電設備的建築底板或其地基。在主渦輪機與地面之間不需要或不用布置墊座、懸架或彈簧。基板通常是大體積混凝土塊。其地面面積尺寸定製為支撐對應的渦輪機。一個單軸動力傳動系的基板的高度尺寸定製為使得基板高度與從地面固定到要安裝在每個基板上的對應渦輪機的軸線的高度的總和是恆定的。因此，動力傳動系的所有渦輪機的軸線能夠在一個水平上對齊。
[0010]一個或多個抽汽口配置和布置成抽取中壓渦輪的蒸汽的任何部分直到該渦輪的全部蒸汽，並且將其引向布置成藉助抽取的蒸汽加熱熱交換介質的一個或多個換熱器。能夠通過控制抽汽流而控制熱量提取。為了允許抽汽流的控制，流量控制閥布置在抽汽管道中。為了允許底板安裝布置，抽汽管道以及流量控制閥布置得比單軸動力傳動系的旋轉軸線更高。為了流量控制閥的操作，還在單軸動力傳動系的旋轉軸線上方的抬高位置布置排出系統。
[0011 ] 換熱器布置在局部加熱系統、工業設備或廢熱發電設備中，其可通過由換熱器中的被提取蒸汽所加熱的熱交換介質輸送的熱能操作。
[0012]在一個實施例中，提供帶有流動能力的旁通管道，其足以在蒸汽渦輪不操作的情況下使由熱回收蒸汽發生器產生的總蒸汽質量流旁通至第一換熱器和/或第二換熱器。這允許燃氣渦輪系統的獨立操作，這改進了設備的操作靈活性。
[0013]在一個實施例中，止回閥在單軸的旋轉軸線上方的抬高位置布置在抽汽管道中。止回閥用來確保在蒸汽渦輪無抽汽地操作時蒸汽渦輪的安全操作。當蒸汽交換器的蒸汽供應例如由於局部加熱器的水平控制的故障而斷開時，流量控制閥將關閉。止回閥也將關閉並阻止任何回流，由此允許在無抽汽的情況下蒸汽渦輪的安全操作。
[0014]在改進設備操作靈活性的又一實施例中，抽汽口還可以設計為蒸汽渦輪系統周圍的旁通管道。這種抽汽管道具有流動能力，其足以在蒸汽渦輪傾斜的情況下提取燃料蒸汽質量流，以允許燃氣渦輪系統獨立於蒸汽渦輪操作。對於旁通操作，蒸汽在進入換熱器中之前是直接來自主蒸汽管道的進料。
[0015]在本發明的實施例中，抽汽口成對地布置在渦輪外殼的上半殼處且在中壓蒸汽渦輪的選定級的位置處。每對抽汽口的兩個抽汽口定位於外殼的最高點的兩側。這樣的抽汽口對可布置在中壓蒸汽渦輪中的一個或多個位置或級處，例如，在渦輪的末級或在中間級。取決於所提取的蒸汽體積，抽汽口對或單個抽汽口可能更為有利。在本發明的又一實施例中，僅僅一個抽汽口布置在渦輪的選定級處，在此，該抽汽口定位於渦輪外殼的上半殼的最高點處或接近該最高點。
[0016]在雙流中壓蒸汽渦輪的情況下，一個或多個抽汽口布置在渦輪的兩個流上，在此，在每個流中，單個抽汽口或一對抽汽口布置在外殼的上半殼中。
[0017]抽汽口在中壓渦輪的上半部的布置有利於渦輪的底板安裝，這在總體上對發電設備產生特殊優勢。與多軸和工作檯安裝式布置中的聯合循環發電設備相比，根據本發明的發電設備的單軸和底板安裝布置允許特別的成本和空間效率實現。具體而言，發電設備的機器房的所需高度可大大降低。
[0018]在本發明的實施例中，水冷蒸汽冷凝器以側向配置相對於低壓蒸汽渦輪布置，由此避免豎直布置的冷凝器所需的空腔。
[0019]根據本發明的聯合循環發電設備允許發電設備以比現有技術的那種發電設備更高的效率操作，既在部分負荷情況下，也在全負荷情況下。由於單軸布置，可驅動更大且更高效率的發電機，反之，在多軸布置中，燃氣渦輪和蒸汽渦輪各驅動發電機，該發電機更小且效率更低。此外，單軸和底板安裝布置允許更容易且更低成本的維護。
[0020]為了允許對抽取蒸汽流的控制，中壓蒸汽渦輪頂部的抽汽管道包括蝶閥和/或止回閥。
【專利附圖】

【附圖說明】[0021]圖1示出根據本發明的聯合循環發電設備的示例性實施例的示意圖。
[0022]圖2示出根據本發明的聯合循環發電設備的側視圖，且尤其是中壓蒸汽渦輪處的抽汽口的布置。
[0023]圖3示出中壓蒸汽渦輪外殼的上半殼中的抽汽口的水平截面的俯視圖。
[0024]圖4示出圖3的中壓蒸汽渦輪的經向截面。
[0025]圖5示出根據圖4的V-V的中壓蒸汽渦輪的軸向截面。
[0026]相同的數字在不同的圖中代表相同的元件。
【具體實施方式】
[0027]圖1示出布置在單軸2上的聯合循環發電設備I，在該單軸2上布置驅動發電機G的燃氣渦輪系統GT和蒸汽渦輪系統ST。發電設備I與廢熱發電設備100 (例如工業設備或包括耗熱器30的局部加熱系統100)相結合。藉助來自蒸汽渦輪系統ST的抽汽和一個或多個換熱器31和32將熱量提供給耗熱器。
[0028]燃氣渦輪系統GT包括例如壓縮機3、燃燒室4和膨脹渦輪5，廢氣從這裡被引導至(未示出的)熱回收蒸汽發生器H。由蒸汽發生器H中產生的蒸汽驅動的蒸汽渦輪系統ST包括高壓蒸汽渦輪6、中壓蒸汽渦輪7和雙流低壓蒸汽渦輪8。
[0029]由低壓蒸汽渦輪膨脹和排出的蒸汽被引導至冷凝器C，冷凝物和給水從這裡再循環到蒸汽發生器H，由此完成發電設備的水-蒸汽循環。
[0030]中壓蒸汽渦輪7由在蒸汽發生器H中再加熱並藉助管道9 (可選地還通過管道10)引導至該渦輪的蒸汽驅動。數對抽汽口布置在中壓蒸汽渦輪7處，例如，布置在該蒸汽渦輪7的中間級處的抽汽口 12a和12b、以及布置在中壓渦輪7的最末級處的抽汽口 Ila和lib。廢熱發電設備100的加熱介質從耗熱器30經由管道30'分別引導而在串聯布置的第一和第二換熱器31和32中被再加熱。然後，蒸汽經由管道30"引導到耗熱器30。來自渦輪7的最末級處的抽汽口 lla，b的抽取蒸汽通向第一換熱器31，而來自渦輪7的中間級處的抽汽口 12a和b的蒸汽通向第二換熱器32。
[0031]通過抽汽管道Ila和b的蒸汽流在每個管道中由蝶閥11'控制，在此，根據換熱器31的工作規範來控制蒸汽流的壓力，例如約I巴的蒸汽壓力。蝶閥11"布置在從抽汽管道
Ila，b分支至低壓蒸汽渦輪8的進口的管道Ilc中，在此，該閥11"可將蒸汽壓力增大到2巴。
[0032]類似地，根據換熱器32的規範，藉助蝶閥12'控制通過抽汽管道12a，b的蒸汽流。
[0033]閥11'、11"、12'操作成控制流到換熱器31和32以及低壓蒸汽渦輪的蒸汽流，取決於廢熱發電設備100中的熱能需求和發電設備的負荷。在完全抽汽的情況下，低壓渦輪用足以僅實現渦輪冷卻的最小蒸汽流量操作。
[0034]閥允許控制抽汽程度，從百分之零抽汽且低壓蒸汽渦輪的完全操作變化到帶有來自中壓蒸汽渦輪的完全抽汽以操作廢熱發電設備的發電設備的操作。在這種情況下，低壓渦輪僅在冷卻最小負荷下操作。
[0035]根據本發明的發電設備I如圖2所示包括布置在單軸2上的燃氣渦輪系統GT和蒸汽渦輪ST，單個發電機G在這個軸上旋轉。設備的全部元件安裝在底板水平FL上。每個主渦輪機設備安裝在直接布置於地面上的底板FL或基板上。在所示示例中，燃氣渦輪系統GT安裝在基板23上，發電機G安裝在基板24上，高壓蒸汽渦輪6安裝在基板25上，且中壓蒸汽渦輪7安裝在基板26上。低壓蒸汽渦輪8直接安裝在聯合循環發電設備I的底板FL上，在這種情況下，底板FL是足夠堅固的地基。通常，低壓蒸汽渦輪8也安裝在基板上。此外，這種布局允許低壓蒸汽渦輪8的冷凝器C布置在與聯合循環發電設備I的地面上的低壓蒸汽渦輪8相同的水平上。因此，能夠避免地下布置，這導致極大的成本節省。更詳細地示出抽汽管道在中壓蒸汽渦輪7處的布置，特別是它們在蒸汽渦輪7的上半殼7，處的布置，這有利於發電設備的底板安裝。第一適配器21布置在渦輪7的最末級處且在渦輪外殼的上半殼rV處，在此，該適配器容納穿過外殼的一對兩個蒸汽出口或抽汽口，它們在圖1中用Ila和Ilb標出。兩個蒸汽出口布置在外殼7'的最高點的兩側。單個蒸汽管11從適配器21引出並通向第一換熱器31。在低壓蒸汽渦輪8的水平處，管道Ilc從管道11引出且通向低壓渦輪8的進口。(該圖中未示出蒸汽渦輪控制閥)。在通向低壓蒸汽渦輪8的導管的下遊，流量控制閥12'布置在抽汽管道11中，其允許控制到第一換熱器31的抽汽。像抽汽管道11本身，流量控制閥12'布置在軸2上方。為了安全的瞬態操作，止回閥14;還布置在抽汽管道11中。
[0036]在圖2所示的示例性實施例中，第二適配器22布置在渦輪7的中間級處，其包含如圖1中由12a和12b所示的第二對抽汽口，一對穿過渦輪外殼的蒸汽出口。蒸汽出口又布置在渦輪外殼的上半殼7'的最高點的兩側。單個蒸汽管從適配器22引出，該適配器22容納由中間級處的渦輪7排出的蒸汽體積並將其引向第二換熱器32。流量控制閥11'布置在抽汽管道12中，其允許控制到換熱器32的抽汽。像抽汽管道12本身，流量控制閥12'布置在軸2上方。
[0037]此外，抽汽排出系統13'、13"布置在流量控制閥11'、12^和止回閥14'處。優選地，排出系統13'、13"也布置在軸2上方。
[0038]示例性實施例示出在中壓蒸汽渦輪的不同級處的兩對抽汽口。取決於廢熱發電設備的需求，只有一對抽汽口的實施例也是可能的。在本發明的變型中，抽汽能夠藉助單個抽汽管道實現，而不是一對抽汽口，以至少用於渦輪中間級處的抽汽，在此，蒸汽流體積可由單個管路容納。
[0039]圖3示出中壓蒸汽渦輪7外殼中用於抽汽的蒸汽出口的實施例。該示例示出這對抽汽出口 Ila和b在渦輪的末級以及第二對抽汽出口 12a和b在中間渦輪級的布置。
[0040]它們均相對於外殼半殼的最高點對稱地布置。
[0041]圖4示出中間級處的抽汽口 12a和渦輪7的末級處的抽汽口 11a，每個均接近外殼的最高位置布置。類似地，圖5示出了在渦輪的末級處呈對稱布置的這對抽汽口 Ila和Ilb的示例。
[0042]附圖標記
[0043]I聯合循環發電設備
[0044]2軸
[0045]3 燃氣渦輪壓縮機
[0046]4 燃氣渦輪燃燒室
[0047]5燃氣膨脹渦輪
[0048]6高壓蒸汽渦輪[0049]7中壓蒸汽渦輪
[0050]8低壓蒸汽渦輪
[0051]9蒸汽進入管道
[0052]10蒸汽進入管道
[0053]11抽汽管道
[0054]11a, b 抽汽出口
[0055]Ilc至低壓蒸汽渦輪的蒸汽跨管
[0056]Ili，1廣! 流量控制閥
[0057]12a抽汽出口
[0058]12b抽汽出口
[0059]12f流量控制閥
[0060]12蒸汽管道
[0061]13' ,13' ! 抽汽排出系統
[0062]14'止回閥
·[0063]15旁通管道
[0064]21在渦輪末級處的第一適配器
[0065]22在渦輪中間級處的第二適配器
[0066]23燃氣渦輪基板
[0067]24發電機基板
[0068]25高壓蒸汽渦輪基板
[0069]26中壓蒸汽渦輪基板
[0070]30耗熱器
[0071]30;來自耗熱器的管道
[0072]30''去往耗熱器的管道
[0073]31第一換熱器
[0074]32第二換熱器
[0075]100廢熱發電設備、局部加熱系統
[0076]H熱回收蒸汽發生器
[0077]C冷凝器
[0078]FL底板水平
[0079]GT燃氣渦輪系統
[0080]ST蒸汽渦輪系統
[0081]G發電機
【權利要求】
1.一種聯合循環發電設備(I)包括布置在單軸(2)上的燃氣渦輪系統(GT)和蒸汽渦輪系統(ST)以及單個發電機(G)，其中，所述蒸汽渦輪系統(ST)至少包括高壓渦輪(6)、中壓渦輪(7)和低壓渦輪(8)， 其中，藉助從所述中壓蒸汽渦輪(7)引出到廢熱發電設備、局部加熱系統或包括耗熱器(30)的工業設備(100)的抽汽管道(11、12)，所述發電設備(I)與所述廢熱發電設備、局部加熱系統或工業設備(100)相結合， 其特徵在於: 所述發電設備(I)布置在單軸(2)上，基板(23、24、25、26)直接布置在所述聯合循環發電設備(I)的地面上，並且，所述燃氣渦輪系統(GT)、所述蒸汽渦輪系統(ST)和所述單個發電機(G)直接安裝在所述基板上，並且其中， 所述中壓蒸汽渦輪(7)包括布置在渦輪外殼的上半殼(7')處的一個或多個抽汽口(11a，b、12a，b)，流量控制閥(11'、12')布置在所述抽汽管道(11、12)中以允許抽汽流的控制，並且 其中，所述抽汽管道(11、12)以及所述流量控制閥(11'、12')布置得比所述單軸(2)的旋轉軸線更高，以允許渦輪機在所述基板(23、24、25、26)上的安裝。
2.根據權利要求1所述的聯合循環發電設備(I)，其特徵在於，所述中壓蒸汽渦輪(7)處的所述一個或多個抽汽口(lla，b、12a，b)配置且布置成抽取所述中壓渦輪(7)的蒸汽流的任何部分直到所述中壓渦輪(7)的全部蒸汽流，並且所述抽汽管道(11、12)通向布置成藉助抽取的蒸汽加熱所述廢熱發電設備、局部加熱系統或工業設備的熱交換介質的一個或多個換熱器(31、32)。
3.根據權利要求2所述的聯合循環發電設備(I)，其特徵在於，所述中壓蒸汽渦輪(7)處的所述抽汽口(lla，b、12a，b)在所述中壓蒸汽渦輪(7)的給定級處成對地布置在所述渦輪外殼的上半殼(V )處，並且其中，一對抽汽口的兩個單獨抽汽口(11a，b、12a，b)定位至所述中壓蒸汽渦輪(7)的所述外殼(V )的最高點的兩側。
4.根據權利要求2所述的聯合循環發電設備(I)，其特徵在於，一個抽汽口布置在所述中壓蒸汽渦輪(7)的給定級處，其中，該抽汽口定位於所述渦輪外殼的上半殼(V )的最高點處或接近該最高點。
5.根據權利要求2所述的聯合循環發電設備(I)，其特徵在於，所述中壓蒸汽渦輪是雙流蒸汽渦輪，並且一個或多個抽汽口布置在所述渦輪的兩個流上，其中，在每個流中，單個抽汽口或一對抽汽口布置在所述外殼的上半殼中。
6.根據前述權利要求中的一項所述的聯合循環發電設備(I)，其特徵在於，水冷蒸汽冷凝器(C)以側向配置相對於所述低壓蒸汽渦輪(8)布置。
7.根據前述權利要求中的一項所述的聯合循環發電設備(I)，其特徵在於，水冷蒸汽冷凝器(C)布置在所述地面上方與所述低壓蒸汽渦輪(8)相同的水平上。
8.根據前述權利要求中的一項所述的聯合循環發電設備(I)，其特徵在於，來自所述中壓蒸汽渦輪(7)的所述抽汽管道(11、12)包括蝶閥和/或止回閥(11'、11"、12')。
9.根據前述權利要求中的一項所述的聯合循環發電設備(I)，其特徵在於，所述燃氣渦輪系統(GT)和所述蒸汽渦輪系統(ST)驅動單個發電機(G)。
10.根據前述權利要求中的一項所述的聯合循環發電設備(I)，其特徵在於，止回閥(14;)在所述單軸(2)的旋轉軸線上方的抬高位置布置在抽汽管道(11、12)中。
11.根據前述權利要求中的一項所述的聯合循環發電設備(I)，其特徵在於，用於所述流量控制閥(1P、12')和/或所述止回閥(14')的排出系統(13'、13")布置在所述單軸(2)的旋轉軸線上方的抬高位置。
12.根據前述權利要求中的一項所述的聯合循環發電設備(I)，其特徵在於，提供旁通管道，以在所述蒸汽渦輪(ST)不操作的情況下使由所述熱回收蒸汽發生器(H)產生的總蒸汽質量流旁通到所述第一換熱器(31)和/或第二換熱器(32)，由此允許所述燃氣渦輪系統(GT)的獨立操作。
【文檔編號】F01D25/24GK103582743SQ201280011214
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年2月28日 優先權日:2011年3月1日
【發明者】H-J·薩克曼恩, C·J·博茨, G·萊昂, H·尼伊森 申請人:阿爾斯通技術有限公司