氣體渦輪的蒸汽冷卻配管的殘留蒸汽去除機構及方法

2023-06-18 20:49:21

專利名稱：氣體渦輪的蒸汽冷卻配管的殘留蒸汽去除機構及方法
技術領域：
本發明涉及用於氣體渦輪的蒸汽冷卻配管的殘留蒸汽去除機構和 殘留蒸汽去除方法。
背景技術：
在聯合循環電廠中，通過廢熱鍋爐回收從氣體渦輪排出的高溫、 高壓排氣的能量。通過回收的熱產生高溫、高壓蒸汽，並通過該蒸汽 使蒸汽渦輪旋轉。迄今為止，對氣體渦輪的燃燒器的冷卻是利用空氣進行的。艮口， 採用了由氣體渦輪的壓縮機壓縮的空氣的一部分作為用於冷卻燃燒器 的冷卻介質。然而，近年來，已經採用具有比空氣大的熱容量和高的冷卻能力 的蒸汽替代空氣作用於燃燒器的冷卻介質。具體而言，從廢熱鍋爐的 中壓筒提取蒸汽，並將該蒸汽引導至燃燒器，從而進行冷卻。通過如上所述使用蒸汽來替代空氣作為用於燃燒器的冷卻介質， 能利用由壓縮機壓縮的所有空氣來用於燃燒。因此，能提高氣體渦輪 的入口溫度，從而導致效率提高。如果如上所述採用蒸汽作為用於燃燒器的冷卻介質，則在氣體渦 輪停止時，必須將殘留在用於冷卻燃燒器的蒸汽冷卻管路中的蒸汽排 出到外部，以防止冷凝物殘留在蒸汽冷卻管路中，或防止由於冷凝物 而生鏽。
因此，在氣體渦輪已經停止時，通常的做法是使控制空氣(或室內 空氣)連續地流動通過蒸汽冷卻管路，從而排出殘留在內部的蒸汽。現在將參照圖2描述用蒸汽冷卻氣體渦輪的燃燒器的傳統蒸汽冷 卻管路、以及傳統的殘留蒸汽排出方法。氣體渦輪的燃燒器10的尾管裝備有用於冷卻該尾管的蒸汽冷卻 配管ll。在圖2中，示意地畫出了蒸汽冷卻配管11，但是，實際上， 蒸汽冷卻配管11由大量分支的配管組構成，且該配管包括薄部以及銳 彎部。插入有閥V12的排水配管12連接至蒸汽冷卻配管11。蒸汽供應配管20的前端連接至蒸汽冷卻配管11的入口部分(在圖 2中，為部分a)。插入有閥V21的排水配管21、以及插入有閥V22的 排水配管22連接至蒸汽供應配管20的中途部分(在圖2中，為部分b 和c)。此外，輔助蒸汽配管30、主蒸汽配管40、以及氣體配管50連接 至蒸汽供應配管20的基端部分(在圖2中，為部分d、 e和f)。插入有閥V31的排水配管31連接至輔助蒸汽配管30的中途部分。 在輔助蒸汽配管30內插入閥V32、 V33和V34。輔助蒸汽配管30供應 有來自輔助蒸汽源(未示出)的蒸汽。插入有閥V41的排水配管41連接至主蒸汽配管40的中途部分。 在主蒸汽配管40內插入闊V42。主蒸汽配管40供應有來自廢熱鍋爐 60的中壓筒的蒸汽。 將來自控制空氣源(室內空氣源；未示出)的空氣供應給氣體配管50。蒸汽排出配管70的基端連接至蒸汽冷卻配管11的出口部分(在圖 2中，為部分g)。插入有閥V71的排水配管71以及插入有閥V72的排 水配管(起動釋放管路)72連接至蒸汽排出配管70的中途部分。而且， 穿過蒸汽排出配管70在中途設置閥V73和閥V74。在打開閥V71時，排水配管71變為通向大氣。在打開閥V72時， 排水配管(起動釋放管路)72連接至冷凝器90。在打開閥V74時，蒸汽 排出配管70連接至蒸汽渦輪。接著將對當通過具有上述特徵的傳統蒸汽冷卻管路用蒸汽冷卻燃 燒器IO的尾管時的操作狀態給出說明。此時，使分別插入在排水配管 12、 21、 22、 31、 41、 71和72中的閥V12、 V21、 V22、 V31、 V41、 V71和V72關閉。在起動時，打開插入在蒸汽供應配管30內的閩V32、 V33和V34， 同時關閉插入在主蒸汽配管40內的閥V42，從而將來自輔助蒸汽源(未 示出)的蒸汽供應到蒸汽供應配管20內。這樣，從輔助蒸汽源供給、通過輔助蒸汽配管30、並供應到蒸汽 供應配管20的蒸汽按以下路徑即蒸汽供應配管20—蒸汽冷卻配管11— 蒸汽排出配管70流動，通過閥V74，並被供給至蒸汽渦輪，如圖2中 的虛線箭頭所示。如上所述，蒸汽流動通過設置在燃燒器10的尾管內的蒸汽冷卻配 管ll，從而能進行對燃燒器IO的尾管的冷卻。當在廢熱鍋爐60內產生的蒸汽已經超過預定壓力和預定溫度時， 將來自廢熱鍋爐60的中壓筒的蒸汽供應到蒸汽供應配管20。為此，打
開插入在主蒸汽配管40內的閥V42，並關閉插入在蒸汽供應配管30 內的閥V32、 V33和V34。這樣，從廢熱鍋爐60的中壓筒供給、通過主蒸汽配管40、並供 應到蒸汽供應配管20的蒸汽按以下路徑即蒸汽供應配管20—蒸汽冷卻 配管11—蒸汽排出配管70流動，通過閥V74,並被供給至蒸汽渦輪， 如圖2中的虛線箭頭所示。如上所述，蒸汽流動通過設置在燃燒器IO的尾管內的蒸汽冷卻配 管ll，從而能進行對燃燒器10的尾管的冷卻。接著將對當使氣體渦輪停止並進行吹掃使得沒有冷凝物殘留在蒸 汽冷卻配管11中時進行的動作給出說明。此時，關閉分別插入在排水配管12、 21、 22、 31、 41和72中的 閥V12、 V21、 V22、 V31、 V41、和V72，同時打開插入在排水配管 71內的閥V71。此外，關閉插入在輔助蒸汽配管30內的閥V34，關閉插入在主蒸 汽配管40內的閥V42，且關閉插入在蒸汽排出配管70內的閥V73。此外，打開插入在氣體配管50內的閥V51，以從控制空氣源(室 內空氣源)對氣體配管50供應空氣。這樣，從控制空氣源供給、通過氣體配管50、並供應到蒸汽供應 配管20的空氣按以下路徑即蒸汽供應配管20—蒸汽冷卻配管11—蒸汽 排出配管70流動，進一步通過排出配管71，並被排出到大氣中，如圖 2中的雙點劃線箭頭所示。在此情況下，空氣持續流動(例如30分鐘左 右)。
這樣，空氣持續流動通過設置在燃燒器10內的蒸汽冷卻配管11， 從而推出(吹掃)殘留在設置於燃燒器10中的蒸汽冷卻配管11內的蒸 汽。本發明已經被防止冷凝物殘留在蒸汽冷卻配管11中，5卩，已經被 防止由於殘留冷凝物而生鏽。專利文件1:日本專利特開No. 2002-147205 專利文件2:日本專利特開No. 2003-293707發明內容本發明要解決的問題通過以上傳統技術，在進行吹掃時空氣持續流動(例如30分鐘)， 從而需要大量的控制空氣。採用控制空氣作為電廠內的各種動作的源。 因為控制空氣用於吹掃，從而對其它採用控制空氣源作為操作源的設 備的動作施加了負擔。因此，已經需要充分大地增加控制空氣源的容此外，空氣持續流動，但是難以在蒸汽冷卻配管11的薄部和銳彎 部中流動。這已經引起這些部分內的殘留蒸汽不能完全被推出的擔心。如果空氣和蒸汽停留在蒸汽冷卻配管11中，且冷凝物在其中累積， 則由於作為風險因素的鏽而引起的危險增加。鏽可引起尾管的冷卻蒸 汽翅片的堵塞。因此，這一情況帶來嚴重的問題。此外，採用空氣作為用於排出蒸汽(吹掃氣體)的氣體。然而，已經 擔心空氣趨於與冷凝物反應從而引起生鏽。近來，通行的做法是通過不僅將蒸汽冷卻配管布置在氣體渦輪的 燃燒器內，而且還布置在燃燒渦輪的葉片中來進行冷卻。在氣體渦輪的葉片中設置蒸汽冷卻配管已經帶來與在燃燒器內設 置蒸汽冷卻配管時相同的問題。己經鑑於上述傳統技術而實現本發明。本發明的目的在於提供用 於氣體渦輪的蒸汽冷卻配管的殘留蒸汽去除機構和殘留蒸汽去除方 法，其與傳統相比能通過較少量的氣體(空氣或氮氣)吹掃殘留在設置於氣體渦輪的待冷卻構件(即，燃燒器或葉片)中的蒸汽冷卻配管內的蒸 汽，並能在短時間內執行這一吹掃。解決問題的手段用於解決上述問題的根據本發明的用於氣體渦輪的蒸汽冷卻配管 的殘留蒸汽去除機構為一種用於氣體渦輪的蒸汽冷卻配管的殘留蒸汽 去除機構，該殘留蒸汽去除機構包括該蒸汽冷卻配管，蒸汽冷卻配管設置在聯合循環電廠的該氣體渦 輪的待冷卻構件中；蒸汽供應配管，該蒸汽供應配管連接至蒸汽冷卻配管的入口部分， 用於對蒸汽冷卻配管供應蒸汽；蒸汽排出配管，該蒸汽排出配管連接至所述蒸汽冷卻配管的出口部分，用於排出已通過所述蒸汽冷卻配管的蒸汽，所述蒸汽排出配管 具有在其內中途插入的閥；氣體配管，該氣體配管的基端連接至氣體源，該氣體配管的前端 連接至蒸汽供應配管，該氣體配管還具有在其內中途插入的閥，排水配管，該排水配管的基端連接至位於蒸汽排出配管的連接至 蒸汽冷卻配管的部分與插入蒸汽排出配管內的所述閥之間的位置，排 水配管的前端連接至冷凝器，且該排水配管還具有在其內中途插入的 閥；各種配管，所述各種配管具有插入其內的閥，且連接至蒸汽供應配管或蒸汽冷卻配管；以及控制部分，該控制部分用於執行所述閥的打開和關閉控制，而且 其中所述控制部分以如下的方式執行所述打開和關閉控制，艮P， 首先關閉在蒸汽排出配管內插入的閥、在氣體配管內插入的閥、
在排水配管內插入的閥、以及在所述各種配管內插入的閥，然後打開並隨後再次關閉在所述排水配管內插入的所述閥，而且 然後打開並隨後再次關閉在所述氣體配管內插入的所述閥。根據本發明的用於氣體渦輪的蒸汽冷卻配管的殘留蒸汽去除方法 是一種用於氣體渦輪的蒸汽冷卻配管的殘留蒸汽去除方法，該殘留蒸 汽去除方法包括以下步驟通過關閉在配管管路中插入的閥、以及在連接至該配管管路的配 管中插入的閥而將配管管路轉換為密閉的配管管路，配管管路包括設 置在聯合循環電廠的該氣體渦輪的待冷卻構件中的該蒸汽冷卻配管、 用於對蒸汽冷卻配管供應蒸汽的蒸汽供應配管、以及用於排出已經通 過蒸汽冷卻配管的蒸汽的蒸汽排出配管；將所述密閉的配管管路連接至冷凝器，以排空構成所述密閉的配 管管路的蒸汽冷卻配管、蒸汽供應配管、以及蒸汽排出配管的內部空 間，並在排空後切斷與該冷凝器的連接，以使蒸汽冷卻配管、蒸汽供 應配管、和蒸汽排出配管恢復為所述密閉的配管管路；以及將氣體填充到蒸汽冷卻配管、蒸汽供應配管、和蒸汽排出配管的已排空內部空間中。本發明的特徵還在於從所述氣體源供應的氣體為氮氣，或者 從所述氣體源供應的氣體為空氣，或者 待冷卻的構件為氣體渦輪的燃燒器，或者 待冷卻的構件為氣體渦輪的葉片。發明效果根據本發明，在進行吹掃時，實現所述閥的打開和關閉控制，從 而將蒸汽冷卻配管、蒸汽供應配管、以及蒸汽排出配管轉換為密閉的 配管管路。該密閉的配管管路連接至處於真空狀態的冷凝器，從而被 排空。這樣，能在短時間內可靠地將殘留蒸汽去除到外部。
所述密閉的配管管路供應有氮氣或空氣，從而氮氣(或空氣)能被充 入作為殘留蒸汽的替代。這樣，能可靠地去除蒸汽，且與傳統技術中 相比，能減少供應的氮氣(或空氣)的量。附圖的簡單說明

圖1為示出了根據本發明實施例1的用於氣體渦輪的蒸汽冷卻配 管的殘留蒸汽去除機構的結構圖。圖2為示出了根據傳統技術的用於氣體渦輪的蒸汽冷卻配管的殘 留蒸汽去除機構的結構圖。附圖標記的說明10燃燒器11蒸汽冷卻配管20蒸汽供應配管30輔助蒸汽配管40主蒸汽配管50氣體配管60廢熱鍋爐70蒸汽排出配管80氮氣源卯冷凝器100控制部分實施本發明的最佳模式現在將基於附圖詳細描述實施本發明的最佳模式。實施例1圖1示出了根據實施例1的機構，該機構用於去除殘留在設置於 氣體渦輪的燃燒器內的蒸汽冷卻配管中的蒸汽。
本實施例基於聯合循環電廠，並已經應用於配備有氣體渦輪、蒸 汽渦輪、廢熱鍋爐、和冷凝器的電廠。如附圖所示，排水配管71的前端連接至冷凝器90。冷凝器90經 受氣液體積變化，蒸汽通過該氣液體積變化而冷凝，且冷凝器90還被 真空泵(未示出)排空。這樣，冷凝器90的內部空間處於高度真空。排水配管71的基端連接至位於蒸汽排出配管70的基端(在圖1中， 為部分g)和插入閥V73的部位中間的部分上。順便提及，根據圖2所示的傳統技術，排水配管71的前端已經對 大氣開放。氮氣源80連接至氣體配管50的基端，而氣體配管50的前端連接 至蒸汽供應配管20的基端。而且，設置控制部分IOO用於通過順序控制執行圖1中所示閥的 打開和關閉。其它部分的特徵與圖2中所示的傳統技術中的相同。因此，相同 的部分被指定相同的附圖標記，從而省略重複說明。此外，用於使蒸汽通過設置在燃燒器IO的尾管中的蒸汽冷卻配管 11從而對燃燒器10的尾管進行冷卻的過程也與傳統的過程相同。因而 省略其說明。接著將對在使氣體渦輪停止並進行吹掃使得在蒸汽冷卻配管11中 不會殘留冷凝物時執行的動作給出說明。這些動作是通過控制閥打開 和關閉而進行的，而對閥的該打開和關閉控制是通過控制部分100的
控制實行的。控制部分100按照下述方式對閥執行打開和關閉控制， 以進行吹掃(1) 首先，關閉蒸汽供應配管20、蒸汽冷卻配管ll、以及位於蒸汽 排出配管70的基端惻上的配管部分(在圖1中為在部分g和插入閥V73 的部位之間的配管部分)，以構成密閉的配管管路。具體而言，關閉圖l中填黑的閥。艮口，(a) 關閉插入在連接至蒸汽冷卻配管11的排水配管12中的闊V12，(b) 關閉插入在連接至蒸汽供應配管20的配管21、 22、 30、 40、 41和50中的閥V21、 V22、 V34、 V42、 V41和V51，並且(c) 關閉插入在蒸汽排出配管70中的閥V73，而且關閉插入在連接 至蒸汽排出配管70的排水配管71中的閥V71。(2) 然後，打開關閉了的閥V71。通過該運動，殘留在構成密閉的 配管管路的蒸汽供應配管20、蒸汽冷卻配管ll、和位於蒸汽排出配管 70的基端側上的配管部分中的蒸汽通過冷凝器90而被排空。結果，使 得蒸汽供應配管20的內部空間、蒸汽冷卻配管11的內部空間、和位 於蒸汽排出配管70的基端側上的配管部分的內部空間進入真空狀態， 從而可靠地從它們排出蒸汽。由於這種排空，能在短時間內可靠地進 行殘留蒸汽的排出。在通過以上方式排空密閉配管管路(配管10、 20的內部空間、以 及位於配管70的基端側的內部空間)從而產生真空之後，關閉閥V71。(3) 然後，使插入在氣體配管50中的閥V51從關閉狀態變化為打開 狀態。通過該運動，氮氣從氮氣源80流出，通過氣體配管50，並被供應 到(充入到)蒸汽供應配管20的內部空間、蒸汽冷卻配管11的內部空間、 以及位於蒸汽排出配管70的基端側上的配管部分的內部空間。當配管 20、 11和70內部的氮氣壓力達到預定壓力(例如，0.05MPa)時，關閉閥 V51，以停止氮氣的供應。在氮氣填充配管20、 11和70的內部從而達到
該預定壓力時，可停止氮氣的供應。這樣，氮氣的供應時間短(例如，幾 分鐘)，且與傳統技術中的空氣供應量相比，氮氣供應量可非常小。如以上所指出的那樣，在設置於燃燒器10內的蒸汽冷卻配管11的內部空間、蒸汽供應配管20的內部空間、以及位於蒸汽排出配管70 的基端側上的內部空間中殘留的蒸汽被完全去除(排空)，然後供給氮氣 作為置換。結果，沒有在蒸汽冷卻配管11中殘留冷凝物的風險。而且， 用氮氣置換能可靠地防止生鏽。而且，能在短時間內進行殘留蒸汽的去除，且能在短時間內進行 充入氮氣。因而，用於吹掃的操作時間短。此外，在進行以上處理(1)至(3)之後，可再次執行處理(2)和(3)以排 空最初充入的氮氣，且在該排空之後，再次充入氮氣。通過這一過程， 能更可靠地執行殘留蒸汽的排出、防止冷凝物形成、和防止生鏽。實施例2在圖l所示的實施例1中，氮氣源80連接至氣體配管50的基端。 然而，可以將控制空氣源連接至氣體配管50的基端。在通過使用冷凝 器90排空密閉的配管管路(配管10、 20的內部空間、以及配管70的基 端側上的內部空間)從而產生真空之後，可從控制空氣源供應空氣，並 可將空氣充入密閉的配管管路內。如果進行這種過程，則供應(充入)與密閉的配管管路的容量相對應 的量的控制空氣就足夠了。因此，所採用的空氣量與傳統技術中的空 氣量相比極小。實施例3根據上述傳統技術，蒸汽冷卻配管設置在燃燒器內。即使蒸汽冷 卻配管設置在氣體渦輪的葉片中，也能夠應用本發明。
權利要求
1.一種用於氣體渦輪的蒸汽冷卻配管的殘留蒸汽去除機構，包括該蒸汽冷卻配管，蒸汽冷卻配管設置在聯合循環電廠的該氣體渦輪的待冷卻構件中；蒸汽供應配管，該蒸汽供應配管連接至蒸汽冷卻配管的入口部分，用於對蒸汽冷卻配管供應蒸汽；蒸汽排出配管，該蒸汽排出配管連接至所述蒸汽冷卻配管的出口部分，用於排出已通過所述蒸汽冷卻配管的蒸汽，所述蒸汽排出配管具有在其內中途插入的閥；氣體配管，該氣體配管的基端連接至氣體源，該氣體配管的前端連接至蒸汽供應配管，該氣體配管還具有在其內中途插入的閥，排水配管，該排水配管的基端連接至位於蒸汽排出配管的連接至蒸汽冷卻配管的部分與插入蒸汽排出配管內的所述閥之間的位置，排水配管的前端連接至冷凝器，且該排水配管還具有在其內中途插入的閥；各種配管，所述各種配管具有插入其內的閥，且連接至蒸汽供應配管或蒸汽冷卻配管；以及控制部分，該控制部分用於執行所述閥的打開和關閉控制，而且其中所述控制部分以如下的方式執行所述打開和關閉控制，即，首先關閉在蒸汽排出配管內插入的閥、在氣體配管內插入的閥、在排水配管內插入的閥、以及在所述各種配管內插入的閥，然後打開並隨後再次關閉在所述排水配管內插入的所述閥，而且然後打開並隨後再次關閉在所述氣體配管內插入的所述閥。
2. 根據權利要求1所述的用於氣體渦輪的蒸汽冷卻配管的殘留蒸 汽去除機構，其特徵在於所述氣體源為用於供應氮氣的氮氣源。
3. 根據權利要求1所述的用於氣體渦輪的蒸汽冷卻配管的殘留蒸汽去除機構，其特徵在於所述氣體源為用於供應空氣的空氣源。
4. 根據權利要求1至3中任一項所述的用於氣體渦輪的蒸汽冷卻 配管的殘留蒸汽去除機構，其特徵在於待冷卻的所述構件為所述氣體 渦輪的燃燒器。
5. 根據權利要求1至3中任一項所述的用於氣體渦輪的蒸汽冷卻 配管的殘留蒸汽去除機構，其特徵在於待冷卻的所述構件為所述氣體 渦輪的葉片。
6. —種用於氣體渦輪的蒸汽冷卻配管的殘留蒸汽去除方法，包括 以下步驟通過關閉在配管管路中插入的閥、以及在連接至該配管管路的配 管中插入的閥而將配管管路轉換為密閉的配管管路，配管管路包括設 置在聯合循環電廠的該氣體渦輪的待冷卻構件中的該蒸汽冷卻配管、 用於對蒸汽冷卻配管供應蒸汽的蒸汽供應配管、以及用於排出己經通 過蒸汽冷卻配管的蒸汽的蒸汽排出配管；將所述密閉的配管管路連接至冷凝器，以排空構成所述密閉的配 管管路的蒸汽冷卻配管、蒸汽供應配管、以及蒸汽排出配管的內部空 間，並在排空後切斷與該冷凝器的連接，以使蒸汽冷卻配管、蒸汽供 應配管、和蒸汽排出配管恢復為所述密閉的配管管路；以及將氣體填充到蒸汽冷卻配管、蒸汽供應配管、和蒸汽排出配管的 已排空內部空間中。
7. 根據權利要求6所述的用於氣體渦輪的蒸汽冷卻配管的殘留蒸 汽去除方法，其特徵在於所述氣體為氮氣。
8. 根據權利要求7所述的用於氣體渦輪的蒸汽冷卻配管的殘留蒸 汽去除方法，其特徵在於所述氣體為空氣。
9. 根據權利要求6至8中任一項所述的用於氣體渦輪的蒸汽冷卻 配管的殘留蒸汽去除方法，其特徵在於待冷卻的所述構件為所述氣體 渦輪的燃燒器。
10. 根據權利要求6至8中任一項所述的用於氣體渦輪的蒸汽冷 卻配管的殘留蒸汽去除方法，其特徵在於待冷卻的所述構件為所述氣 體渦輪的葉片。
全文摘要
用於氣體渦輪的蒸汽冷卻配管的殘留蒸汽去除機構和殘留蒸汽去除方法。燃燒器(10)裝備有蒸汽冷卻配管(11)。使蒸汽按如下路徑流動以用蒸汽冷卻燃燒器(10)蒸汽供應配管(20)→蒸汽冷卻配管(11)→蒸汽排出配管(70)。在氣體渦輪停止時，關閉閥(V73、V71、V51等)以構造由配管(20、11、70)構成的密閉的配管管路。然後，打開閥(V71)，用於通過冷凝器(90)排空。然後，關閉閥(V71)，並打開閥(V51)以將氮氣充入到配管(20、11、70)內。然後，關閉閥(V51)。通過該過程，蒸汽冷卻配管(11)內的殘留蒸汽能夠被可靠地去除並被氮氣置換。因此，在氣體渦輪停止期間，能可靠並迅速地去除殘留蒸汽。
文檔編號F02C7/16GK101163869SQ20068001328
公開日2008年4月16日 申請日期2006年11月30日 優先權日2005年12月7日
發明者真崎守彥 申請人:三菱重工業株式會社