專(zhuān)利名稱(chēng)：用于組合循環(huán)發(fā)電廠的排氣器熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于組合循環(huán)發(fā)電廠的排氣器，特別涉及改進(jìn)這些組合循環(huán)發(fā)電廠效能的方法和裝置，這種改進(jìn)是通過(guò)提供一些裝置來(lái)進(jìn)行的，這些裝置用于以供水來(lái)加熱被供入這樣的排氣器中的冷凝液，供水是從排氣器中被排氣的。
在發(fā)電領(lǐng)域中，在一個(gè)帶有一個(gè)或多個(gè)蒸汽渦輪機(jī)的裝置中提供一個(gè)或多個(gè)燃燒渦輪機(jī)是眾所周知的，在這里，由燃燒渦輪機(jī)產(chǎn)生的廢熱被用來(lái)產(chǎn)生蒸汽渦輪機(jī)的原動(dòng)蒸汽且所有渦輪機(jī)都與發(fā)生器耦合在一起來(lái)產(chǎn)生電能。類(lèi)似這樣的系統(tǒng)一般被叫做“組合循環(huán)發(fā)電廠”。
在使用普通組合循環(huán)發(fā)電廠的場(chǎng)合，在這里使用的蒸汽渦輪機(jī)包括一個(gè)輸入部分，該部分接收由燃燒渦輪機(jī)的廢熱產(chǎn)生的原動(dòng)蒸汽，還包括一個(gè)排出部分，該部分用于排出由蒸汽渦輪機(jī)而來(lái)的耗用過(guò)的原動(dòng)蒸氣。一個(gè)與蒸汽渦輪機(jī)的排出部分相連的冷凝器接收耗用過(guò)的原動(dòng)蒸氣并將其冷卻來(lái)提供一冷凝液。
這些燃燒渦輪機(jī)(它們也被稱(chēng)作“氣體”渦輪機(jī))每一個(gè)包括一排出部分，將其產(chǎn)生的氣體形式的廢熱排到一個(gè)熱回收蒸汽發(fā)生器(a heat recovery steam generater)或“HRSG”中。這樣的“HRSG”連在氣體渦輪機(jī)的排出部分與蒸汽渦輪機(jī)的輸入部分之間用以接收氣體渦輪機(jī)排出的廢熱，從由這樣的廢熱所加熱的供水中形成原動(dòng)蒸汽，并且向蒸汽渦輪機(jī)提供原動(dòng)蒸汽。將一個(gè)普通排氣器連到冷凝器上從那里接收冷凝液并將這樣的冷凝液排氣向熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)提供供水。
在一個(gè)典型的組合循環(huán)發(fā)電廠中，HRSG的供水是由汽化器輸入泵提供的，該泵接收從排氣器中被排氣的、相對(duì)較熱(如大約100℃-120℃/220-250°F)的水。可以?xún)H通過(guò)提供相對(duì)冷卻的供水從在HRSG中的排出氣中回收附加的熱量，比如，直接從冷凝器中向HRSG提供冷凝液。以該種方式回收的附加熱量將提高組合循環(huán)發(fā)電廠總效能，但也將伴隨著必需在HRSG里所有熱傳遞表面上使用昂貴的耐腐蝕的材料，因?yàn)?，這樣的HRSG需要用未排氣的供水來(lái)運(yùn)行。
因此，本發(fā)明的一個(gè)總的目標(biāo)是提供一具有高于在這之前發(fā)現(xiàn)的組合循環(huán)發(fā)電廠總運(yùn)行效能的組合循環(huán)發(fā)電廠。
以此為目的本發(fā)明為一組合循環(huán)發(fā)電裝置，它帶有一蒸汽渦輪機(jī)，該機(jī)包括一輸入部分來(lái)接收原動(dòng)蒸汽和一排出部分排出由所說(shuō)蒸汽渦輪機(jī)所耗用的蒸汽，該裝置還帶有一與所說(shuō)蒸汽渦輪機(jī)的所說(shuō)排出部分相連的冷凝器用以冷凝所說(shuō)耗用過(guò)的原動(dòng)蒸汽，以及一氣體渦輪機(jī)，該機(jī)包括一排出部分用于排出包含由所說(shuō)的氣體渦輪機(jī)產(chǎn)生的廢熱的排出氣，一個(gè)熱回收蒸汽發(fā)生器，它與所說(shuō)氣體渦輪機(jī)的所說(shuō)排出部分相連，并從所說(shuō)氣體渦輪機(jī)中接收排出氣用以從由所說(shuō)排出氣加熱的供水中產(chǎn)生所說(shuō)原動(dòng)蒸汽，還有一個(gè)與所說(shuō)冷凝器相連的排氣器以便從那接收冷凝液并將其排氣來(lái)向所說(shuō)熱回收蒸汽發(fā)生器提供供水，其特征在于連接一個(gè)熱交換器，用于提供在從冷凝器流向所說(shuō)排氣器的流動(dòng)與從所說(shuō)排氣器向所說(shuō)熱回收蒸汽發(fā)生器的供水流動(dòng)間的熱交換，將熱量從離開(kāi)所說(shuō)排氣器的所說(shuō)供水中，在冷凝液進(jìn)入所說(shuō)排氣器之前，傳遞到所說(shuō)冷凝液中。
排氣器熱交換器適用于在一高溫下向排氣器提供冷凝液，這大大降低了排氣器所需的蒸汽量，由此使得用其它方法本應(yīng)提供到排氣器里的蒸汽可用于在蒸汽渦輪機(jī)中膨脹。
由于根據(jù)本發(fā)明的交換器熱交換器安裝在汽化器輸入泵的上游一點(diǎn)上的離開(kāi)排氣器的供水管里，在那里交換的熱提供了過(guò)冷供水的一個(gè)附屬的優(yōu)點(diǎn)，過(guò)冷供水允許來(lái)自氣體渦輪機(jī)的排出氣體的大量熱的排出。這種安置也有助于滿(mǎn)足汽化器輸入泵的吸入壓要求(即能正向吸入壓)(het positive snction head)。
根據(jù)本發(fā)明的任何一個(gè)實(shí)施例，排氣器熱交換器包括一個(gè)為排氣器熱交換器分路的裝置。雖然，當(dāng)用于使用低硫含量燃料(如，自然氣體)的天然氣組合能量循環(huán)裝置的運(yùn)行時(shí)，由排氣器熱交換器提供的加熱冷凝液、冷卻供水及吸入壓特性的滿(mǎn)足是特別需要的，但當(dāng)在氣體渦輪機(jī)循環(huán)中使用含硫燃料來(lái)避免排出氣體由于過(guò)冷而冷凝時(shí)，為排氣器熱交換器分路的裝置變得特別重要。因此，這個(gè)排氣器熱交換器適用于在大多數(shù)操作條件下確定組合循環(huán)發(fā)電廠最佳參數(shù)。
僅通過(guò)舉例的方式，從在圖中示出的一個(gè)最佳實(shí)施例的下列描述中，本發(fā)明更易于明白。
這僅有的圖以示意圖形式說(shuō)明了一個(gè)包含一排氣器熱交換器的組合循環(huán)發(fā)電廠。
象普通的一樣，一個(gè)組合能量循環(huán)裝置10一般的組成為，至少一個(gè)蒸汽渦輪機(jī)12，至少一個(gè)氣體渦輪機(jī)14，一個(gè)冷凝器16，一個(gè)熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)18，及一個(gè)排氣器20。已知組合能量循環(huán)裝置的其它變化可以包括多于一個(gè)的蒸汽渦輪機(jī)，多于一個(gè)的氣體渦輪機(jī)，和/或多于一個(gè)HRSG，雖然，這樣的變化在本發(fā)明中作用很小或沒(méi)有效用。
在任何場(chǎng)合，蒸汽渦輪機(jī)12包括一個(gè)輸入部分22用于接收原動(dòng)蒸汽及一個(gè)排出部分24用于排出被蒸汽渦輪機(jī)所耗用的原動(dòng)蒸汽。一個(gè)冷凝器16與蒸汽渦輪機(jī)12的排出部分24相連用以接收耗用過(guò)的原動(dòng)蒸汽并將所耗用的原動(dòng)蒸汽冷凝成一定量的冷凝液。氣體渦輪機(jī)14也包括一排出部分26用于排出廢熱(做為排出氣體由氣體渦輪機(jī)14產(chǎn)生)，熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)18接收由氣體渦輪機(jī)14排出的廢熱，從由廢熱所加熱的一定量供水中產(chǎn)生原動(dòng)蒸汽，并將其供入蒸汽渦輪機(jī)12。排氣器20與冷凝器16相連來(lái)接收它的冷凝液并將冷凝液排氣來(lái)向HRSG18提供一定量的供水。
為了提供一個(gè)其運(yùn)轉(zhuǎn)總效能大于在這之前發(fā)現(xiàn)的組合能量循環(huán)裝置的組合能量循環(huán)裝置，將熱交換器裝置28連到冷凝器16里的冷凝液與排氣器20之間，以及排氣器20與HRSG18之間，以便將從排氣器20來(lái)的供水的熱量在冷凝液被排氣器20接收之前交換到冷凝液的熱量中去。
一個(gè)汽化器輸入泵30由與排氣器20耦合的汽化器輸入泵管道32連到HRSG18上，以便提供供水通過(guò)HRSG18的流動(dòng)，汽化器輸入泵管32上帶有第一閥門(mén)裝置34用來(lái)隔絕從排氣器20來(lái)的供水流向汽化器輸入泵30。一個(gè)冷凝液泵36也由冷凝液管道38連到冷凝器16里的冷凝液與熱交換器裝置28之間，以便提供通過(guò)熱交換器裝置28的冷凝液的流動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)重要方面，熱交換器裝置28的組成可以是套和管、板、或其它的已知類(lèi)型的熱交換器，它最好帶有為其分路的裝置42。熱交換器分路裝置一般的組成為，第一分路管道44，它被連在熱交換器40與第一閥門(mén)裝置34上游端的汽化器輸入泵管道32之間，第二閥門(mén)裝置46，它在第一分路管44上用于隔絕流向熱交換器40的供水，第二分路管道48，它被連到熱交換器40與第一閥門(mén)裝置34的下游端上的汽化器輸入泵管道32之間，第三閥門(mén)裝置50，它在第二分路管道48上用于隔絕從熱交換器40來(lái)的供水流向HRSG18，第一、第二和第三閥門(mén)裝置34，46，50每一個(gè)可以由一適當(dāng)?shù)拈y門(mén)組成(如一個(gè)球閥門(mén)或一個(gè)旋塞閥門(mén))，該閥門(mén)能夠停止他們各自管內(nèi)的流體的流動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的熱交換器裝置28也包含將熱交換器40連到排氣器20的蒸汽部分54的被加熱的冷凝液管道52。第三分路管道56也被連到熱交換器40上游端的冷凝液管38上及在在熱交換器40的一個(gè)下游端的被加熱冷凝液管道52上，此外，還有用于感受熱交換器40中的供水溫度的裝置58。第4閥門(mén)裝置60安置在第三分路管道56上用于相對(duì)應(yīng)于熱交換器40里的一個(gè)預(yù)定的最小供水溫度來(lái)充分降低通過(guò)熱交換器40的冷凝液的流動(dòng)，這個(gè)最小供水溫度由供水溫度感受裝置58來(lái)感受。
被貯存在排氣器20的一個(gè)低溫貯罐部分62的被排氣的供水一般具有約110℃(230°F)的溫度，而由冷凝液泵36從冷凝器中抽吸的冷凝液溫度一般約為43℃(100°F)。通過(guò)選擇性地打開(kāi)和關(guān)閉第一、第二、第三閥門(mén)裝置34，46，50，進(jìn)入排氣器20的蒸汽部分54的冷凝液溫度可以由相對(duì)熱的〔如110℃(230°F)〕供水所加熱，該供水貯存在排氣器20的貯罐部分62。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)重要方面，進(jìn)入熱交換器40的相對(duì)冷的冷凝液可容易地用于冷卻由汽化器輸入泵30通過(guò)HRSG18所抽吸的供水。這使得HRSG18里較冷的供水可進(jìn)一步降低HRSG18內(nèi)的層溫度(stack temperature)，由此回收可以用來(lái)在蒸汽渦輪機(jī)12中產(chǎn)生能量的附加熱量。由于流向HRSG18的供水在其冷卻之前已排氣，它不會(huì)有引起腐蝕的元素。任何使用抗腐蝕材料的需要因而基本消除了。
為了從排氣器20的貯罐部分62中來(lái)的供水的冷卻像上面討論的那樣成為可能，關(guān)閉第一閥門(mén)裝置34而第二、第三閥門(mén)裝置開(kāi)啟。由此而定位的閥門(mén)允許從排氣器20的貯罐部分62中來(lái)的110℃(230°F)供水被較冷的、43℃(100°F)的、從冷凝器16而來(lái)在熱交換器40中的冷凝液來(lái)冷卻。假定第4閥門(mén)裝置60在全關(guān)閉位置，由熱交換器40中排出的被加熱冷凝液將較好地具有一接近排氣器20的蒸汽部分54的運(yùn)行溫度的溫度。更好的是，具有這樣的閥門(mén)定位的被加熱冷凝液將在排氣器20的蒸汽部分54的操作溫度的約10°F范圍內(nèi)。這樣的溫度范圍用任何適當(dāng)設(shè)計(jì)的熱交換器40可容易地獲得，雖然，通過(guò)使用第4閥門(mén)裝置60可以在如此范圍對(duì)供水的溫度進(jìn)行精細(xì)控制。即，在熱交換器40里的供水溫度感受裝置58可根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)調(diào)節(jié)第4閥門(mén)裝置60的位置，使得較冷冷凝液在不同程度上通過(guò)熱交換器40流動(dòng)，用于供水溫度的“精細(xì)調(diào)節(jié)”(fine-tuning)就象到現(xiàn)在為止所描述的那樣，排氣器熱交換器最步是適用于使用低硫含量燃料的組合能量循環(huán)裝置的。在這樣的應(yīng)用中，由于排出氣體中沒(méi)有引起腐蝕的硫酸，由供水冷卻提供的HRSG18里的較低疊層溫度(stack temperature)可以在HRSG18里沒(méi)有低溫表面的腐蝕的情況下獲得。在另一方面，根據(jù)本發(fā)明的排氣器熱交換器40也適于使用含硫燃料的組合能量循環(huán)裝置。在這樣情況下，熱交換器40由第一閥門(mén)裝置34的開(kāi)啟和第二、第三閥門(mén)裝置46，50的關(guān)閉來(lái)分路。供水溫度因而將升至大約排氣器20的運(yùn)行溫度。這將在酸一結(jié)露點(diǎn)之上依次保存HRSG18中的疊層溫度，因而消除了甚至在高硫含量條件的腐蝕的潛在可能。
在冷凝液進(jìn)入排氣器20之前，通過(guò)用供水加熱冷凝液，最好在排氣器20的正常運(yùn)行溫度的大約10°F的范圍內(nèi)，由排氣器20經(jīng)蒸汽管線64所需的蒸汽量大大降低。這本身又使更多的蒸汽用于在蒸汽渦輪機(jī)12中膨脹，并增加組合能量循環(huán)裝置10的總效能。此外，通過(guò)在供水進(jìn)入HRSG18之前冷卻供水，可避免HRSG18里的腐蝕，同時(shí)這樣的“過(guò)冷”可幫助滿(mǎn)足汽化器輸入泵30的吸入壓要求(即純正向吸入壓)。
權(quán)利要求
1.一種組合循環(huán)發(fā)電裝置(10)，它帶有一個(gè)蒸汽渦輪機(jī)(12)，該機(jī)包括一個(gè)用于接收原動(dòng)蒸汽的輸入部分(22)及一個(gè)用于排出由所說(shuō)蒸汽渦輪機(jī)(12)所耗用的蒸汽的排出部分(24)，一個(gè)冷凝器(16)，該器被連到所說(shuō)蒸汽渦輪機(jī)(12)的所說(shuō)排出部分(24)用以冷凝所說(shuō)耗用過(guò)的原動(dòng)蒸汽，一個(gè)氣體渦輪機(jī)(14)，該機(jī)包括一個(gè)排出部分(26)用來(lái)排出含有由所說(shuō)氣體渦輪機(jī)(14)所產(chǎn)生的廢熱的排出氣體，一個(gè)熱回收蒸汽發(fā)生器(18)，該器被連到所說(shuō)氣體渦輪機(jī)(14)的所收排出部分(26)并接收從所說(shuō)氣體渦輪機(jī)(14)來(lái)的排出氣體用以產(chǎn)生由所說(shuō)排出氣體加熱的供水而來(lái)的所說(shuō)原動(dòng)蒸汽，一個(gè)排氣器(20)，該器被連到所說(shuō)的冷凝器(16)上用來(lái)從這接收冷凝液并為所說(shuō)冷凝液排氣向所說(shuō)熱回收蒸汽發(fā)生器(18)提供供水，該組合能量循環(huán)裝置的特征為連接一個(gè)熱交換器用來(lái)在從冷凝器(16)到所說(shuō)排氣器(20)的流動(dòng)與從所說(shuō)排氣器(20)到所說(shuō)熱回收蒸汽發(fā)生器(18)的供水流動(dòng)間提供熱交換以便將熱量從離開(kāi)所說(shuō)排氣器(20)的所說(shuō)供水，在所說(shuō)冷凝液進(jìn)入所說(shuō)排氣器(20)之前傳遞到該冷凝液中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一個(gè)組合循環(huán)發(fā)電裝置(10)，其特征在于由汽化器輸入泵管道(32)在所說(shuō)排氣器(20)與所說(shuō)熱回收蒸汽發(fā)生器(18)間連接一輸入泵(30)用來(lái)向流經(jīng)所說(shuō)熱回收交換蒸汽發(fā)生器(18)的供水加壓;一個(gè)第一閥門(mén)裝置(34)被安置在所說(shuō)汽化器輸入泵管道(32)上用于隔斷所說(shuō)供水流向所說(shuō)輸入泵(30)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的一個(gè)組合循環(huán)發(fā)電裝置(10)，其特征在于用冷凝液管(38)連接一個(gè)冷凝液泵(36)用來(lái)提供向所說(shuō)熱交換器(40)的所說(shuō)冷凝液的流動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的一個(gè)組合循環(huán)發(fā)電裝置(10)，其特征在于將所說(shuō)熱交換器(40)安置在一分路線路中，該線路包括一第一分路管道(44)和一個(gè)被連到所說(shuō)熱交換器(40)的第二分路管道(48)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的一個(gè)組合循環(huán)發(fā)電裝置，其特征在于第一分路管道(44)被連在所說(shuō)熱交換器(40)與所說(shuō)第1閥門(mén)裝置(34)的上游端上的所說(shuō)汽化輸入管道(32)之間，一個(gè)第二閥門(mén)裝置(46)安置在所說(shuō)第一分路管道(44)上用來(lái)隔斷所說(shuō)供水流向所說(shuō)熱交換器(40)，所說(shuō)第二分路管道(48)被連在所說(shuō)熱交換器與所說(shuō)第一閥門(mén)裝置(34)的下游端上的所說(shuō)汽化輸入泵管道(32)，第三閥門(mén)裝置(50)安置在所說(shuō)第二分路管道(48)里用來(lái)隔斷從所說(shuō)熱交換器(40)來(lái)的供水流向所說(shuō)熱回收蒸汽發(fā)生器(18)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的一個(gè)組合循環(huán)發(fā)電裝置(10)，其特征在于所說(shuō)熱交換器(40)由被加熱的冷凝液管道(52)連到所說(shuō)排氣器(20)上，第三分路管道(56)被連到在所說(shuō)熱交換器(40)的一個(gè)上游端的冷凝液管道(38)及在所說(shuō)熱交換器(40)的下游端的所說(shuō)被加熱冷凝液管道(52)上，一個(gè)提供在所說(shuō)熱交換器(40)里的感受供水溫度的裝置(58)，一個(gè)第四閥門(mén)裝置(60)安置在所說(shuō)第三分路管道(56)里用來(lái)控制與所說(shuō)熱交換器(40)里的一個(gè)預(yù)定最小供水溫度相對(duì)應(yīng)的冷凝液通過(guò)所說(shuō)熱交換器(40)的流動(dòng)，該溫度一直由所說(shuō)供水溫度感受裝置(58)來(lái)感受。
7.一種運(yùn)轉(zhuǎn)一組合循環(huán)發(fā)電裝置的方法，該裝置包括一個(gè)氣體渦輪機(jī)(14)，一個(gè)熱回收蒸汽發(fā)生器(18)，一個(gè)蒸汽渦輪機(jī)(12)，一個(gè)冷凝器(16)，一個(gè)排氣器(20)，一個(gè)汽化器輸入泵(30)，在這里排出氣體流向所說(shuō)熱回收蒸汽發(fā)生器(18)來(lái)為所說(shuō)蒸汽渦輪機(jī)(12)產(chǎn)生原動(dòng)蒸汽，然后原動(dòng)蒸汽在所說(shuō)冷凝器(16)中冷凝，變成在所說(shuō)排氣器(20)中被排氣的冷凝液以便作為供水適用于所說(shuō)熱回收蒸汽發(fā)生器(18)，其特征在于在冷凝液引入所說(shuō)排氣器前，該冷凝液在一熱交換器(40)中由離開(kāi)所說(shuō)排氣器進(jìn)入所說(shuō)蒸汽發(fā)生器(18)的所說(shuō)供水所加熱。
全文摘要
一個(gè)帶有一蒸汽渦輪機(jī)(12)、一個(gè)氣體渦輪機(jī)(14)、一個(gè)熱回收蒸汽發(fā)生器(18)、一個(gè)排氣器(20)和一個(gè)冷凝器(16)的組合循環(huán)發(fā)電裝置，它包括一個(gè)熱交換器(40)，該熱交換器用于在從冷凝器來(lái)的相對(duì)較冷的冷凝液與從排氣器(20)來(lái)的相對(duì)較熱的供水之間進(jìn)行所控制的熱交換，以便從熱回收蒸汽發(fā)生器(18)中回收附加熱量，由此，改善組合循環(huán)發(fā)電裝置的總效能。
文檔編號(hào)F22D11/00GK1060335SQ9010796
公開(kāi)日1992年4月15日 申請(qǐng)日期1990年9月25日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月29日
發(fā)明者詹姆斯·帕維爾, 李·本尼·理查森 申請(qǐng)人:西屋電氣公司