專利名稱：發(fā)電機-蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線及其運行的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電機-蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線和一種用于運行該發(fā)電機-蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線的方法。
背景技術(shù)：
渦輪壓縮機比如應(yīng)用在化學(xué)工業(yè)的設(shè)備中。在所述設(shè)備中傳統(tǒng)上供應(yīng)過程蒸汽的 形式的熱能。在過程蒸汽系統(tǒng)中提供過程蒸汽，從所述過程蒸汽系統(tǒng)可以提取用于驅(qū)動蒸 汽渦輪機的過程蒸汽。蒸汽渦輪機傳統(tǒng)上用于驅(qū)動渦輪壓縮機。傳統(tǒng)上渦輪壓縮機在不同的運行狀態(tài)中運行，所述運行狀態(tài)會伴隨著渦輪壓縮機 的不同的轉(zhuǎn)速。傳統(tǒng)上渦輪壓縮機的轉(zhuǎn)速影響著由渦輪壓縮機消耗的驅(qū)動功率，其中由過 程蒸汽系統(tǒng)提供的熱功率傳統(tǒng)上大于為驅(qū)動渦輪壓縮機所需要的功率。這種功率過剩隨渦 輪壓縮機的功率消耗的下降而增加。傳統(tǒng)上這種功率過剩未被利用或者在一個在所述設(shè)備中額外設(shè)置的由蒸汽渦輪 機和發(fā)電機組成的汽輪發(fā)電機組中排出(verstromt)。圖2示出了具有發(fā)電機101和蒸汽渦輪機102的汽輪發(fā)電機組。所述蒸汽渦輪機 102借助于第一離合器104驅(qū)動發(fā)電機101。為驅(qū)動蒸汽渦輪機102，由新鮮蒸汽管路106 將新鮮蒸汽輸入蒸汽渦輪機102。將由發(fā)電機101產(chǎn)生的電功率輸出給電網(wǎng)107。此外，用新鮮蒸汽管路106的蒸汽來驅(qū)動另外的蒸汽渦輪機108，該蒸汽渦輪機 108本身借助于離合器105與渦輪壓縮機103相耦合用于驅(qū)動該渦輪壓縮機103。渦輪壓縮 機103的轉(zhuǎn)速借助于轉(zhuǎn)速反饋裝置109來調(diào)節(jié)，該轉(zhuǎn)速反饋裝置109控制新鮮蒸汽閥108a。 由此在借助于轉(zhuǎn)速反饋裝置109來預(yù)先給定渦輪壓縮機103的事先確定的轉(zhuǎn)速的情況下來 如此觸發(fā)所述新鮮蒸汽閥108a，從而如此調(diào)節(jié)由新鮮蒸汽管路106輸入蒸汽渦輪機108的 蒸汽量，使得將渦輪壓縮機103調(diào)節(jié)到事先確定的轉(zhuǎn)速。出于調(diào)節(jié)技術(shù)和過程技術(shù)的原因，用于驅(qū)動渦輪壓縮機103的蒸汽渦輪機108超 尺寸地設(shè)計。所述蒸汽渦輪機108在使用新鮮蒸汽管路106的最小的參數(shù)的情況下提供渦 輪壓縮機103的最大必需的驅(qū)動功率。此外，所述蒸汽渦輪機108也必須能夠在降低新鮮 蒸汽參數(shù)的情況下起動渦輪壓縮機103。因而在額定運行狀態(tài)中，向蒸汽渦輪機108僅僅加 載最大的蒸汽流量的大約70%。其結(jié)果是，蒸汽渦輪機108在大多數(shù)的運行時間里在用新 鮮蒸汽閥108a節(jié)流的情況下運行。由此蒸汽渦輪機108的效率遠(yuǎn)低于其效率最大值。借助于蒸汽渦輪機102和發(fā)電機101，將在新鮮蒸汽管路106中提供的過剩的新鮮 蒸汽排出。但是在設(shè)備中額外地設(shè)置蒸汽渦輪機102和發(fā)電機106這種做法十分麻煩且成 本很高。在圖3中示出了傳統(tǒng)的具有發(fā)電機101、蒸汽渦輪機102和渦輪壓縮機103的線。 向蒸汽渦輪機102饋給來自新鮮蒸汽管路106的新鮮蒸汽，并且該蒸汽渦輪機102為了進 行驅(qū)動借助于離合器104與發(fā)電機101相耦合并且借助于離合器105與渦輪壓縮機103相
華禹合。
將在發(fā)電機101中產(chǎn)生的電功率輸出給電網(wǎng)107。所述渦輪壓縮機103以恒定的 轉(zhuǎn)速運行。所述蒸汽渦輪機102出于前面提到的原因在額定負(fù)載和部分負(fù)載時在節(jié)流情況 下運行，因而蒸汽渦輪機102的效率同樣低于其效率最佳值。此外，不存在通過轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié) 渦輪壓縮機103的可能性，這會導(dǎo)致總過程的效率損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線和一種用于運 行該發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線的方法，其中所述發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪 壓縮機_線具有高的效率、良好的可調(diào)節(jié)性以及微小的投資成本。所述按本發(fā)明的發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線具有頻率可變的發(fā)電機、 蒸汽渦輪機和能夠由所述發(fā)電機和/或蒸汽渦輪機驅(qū)動的渦輪壓縮機，它們耦合成一個軸 系，其中所述發(fā)電機能夠電耦合到電網(wǎng)上用于向電網(wǎng)饋電并且所述蒸汽渦輪機能夠連接到 用于向該蒸汽渦輪機輸入新鮮蒸汽的新鮮蒸汽供給管路上，使得所述發(fā)電機-蒸汽渦輪 機_渦輪壓縮機_線能夠通過電網(wǎng)饋電的變化并且/或者通過新鮮蒸汽供給來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。所述按本發(fā)明的用于運行發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機-線的方法具有以下 步驟提供發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線；改變發(fā)電機的電網(wǎng)饋電并且/或者 改變輸送給蒸汽渦輪機的新鮮蒸汽供給從而對發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線進行 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。在所述發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線中，渦輪壓縮機能夠由蒸汽渦輪機 來驅(qū)動，其中向所述線提供的過程能量完全得到轉(zhuǎn)換。所述蒸汽渦輪機驅(qū)動發(fā)電機，由此不 必設(shè)置額外的發(fā)電機驅(qū)動裝置，因而用于發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線的投資成 本微小。發(fā)電機_蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線中的蒸汽渦輪機能夠用完全打開 (ausgesteuert)的蒸汽調(diào)節(jié)閥來運行。這導(dǎo)致蒸汽渦輪機具有高的效率，因而過程能量的 收益很高。此外能夠?qū)崿F(xiàn)這一點，即能夠通過可變的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪 壓縮機_線中的渦輪壓縮機的功率，由此渦輪壓縮機的功率調(diào)節(jié)是有效的。在起動渦輪壓縮機時，發(fā)電機可以作為電動機來運行，由此在起動渦輪壓縮機時 通過發(fā)電機提供額外的驅(qū)動功率。由此不需要如此設(shè)計所述蒸汽渦輪機，即能夠在蒸汽參 數(shù)可能很低且渦輪壓縮機的功率需求很高時起動渦輪壓縮機。由此蒸汽渦輪機能夠以低廉 的成本來制成，由此用于蒸汽渦輪機的投資成本微小。此外，所述蒸汽渦輪機在正常運行狀 態(tài)中能夠在不節(jié)流或者僅僅稍微節(jié)流的情況下運行，由此蒸汽渦輪機的效率是高的。優(yōu)選所述蒸汽渦輪機具有用于將來自新鮮蒸汽供給裝置的新鮮蒸汽輸送給蒸汽 渦輪機的新鮮蒸汽閥，其中用所述新鮮蒸汽閥能夠調(diào)節(jié)新鮮蒸汽供給，從而能夠借助于新 鮮蒸汽閥對所述發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。由此能夠?qū)崿F(xiàn)這一點，即輸送給蒸汽渦輪機的能量供給能夠用新鮮蒸汽閥來調(diào) 節(jié)，該新鮮蒸汽閥為此擁有相應(yīng)的閥位置。由此能夠容易地調(diào)節(jié)蒸汽渦輪機的輸出功率并且由此容易地調(diào)節(jié)蒸汽渦輪機的轉(zhuǎn)速。此外，優(yōu)選所述發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線具有變頻器，利用該變頻器能夠?qū)l(fā)電機電耦合到電網(wǎng)上用于向電網(wǎng)饋電并且能夠調(diào)節(jié)發(fā)電機的功率，從而能夠借助 于變頻器對所述發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。借助于所述變頻器，可以在向電網(wǎng)饋電時改變發(fā)電機的輸出功率，因而能夠使發(fā) 電機的功率需求與渦輪壓縮機的功率需求相匹配。由此能夠預(yù)先設(shè)定蒸汽渦輪機的驅(qū)動功 率，并且由此能夠使其與新鮮蒸汽供給裝置的功率供應(yīng)相匹配。由此蒸汽渦輪機中的新鮮 蒸汽供給裝置的完全的蒸汽供應(yīng)可以得到緩和，其中渦輪壓縮機能夠在所期望的運行狀態(tài) 中運行。優(yōu)選所述發(fā)電機不僅能夠在發(fā)電機運行狀態(tài)中運行而且能夠在驅(qū)動電動機運行 狀態(tài)中運行。如果發(fā)電機在驅(qū)動電動機運行狀態(tài)中運行，那就由該發(fā)電機提供額外的驅(qū)動功 率。這個額外的驅(qū)動功率比如可能在起動渦輪壓縮機時是必需的，如果比如新鮮蒸汽供給 裝置的蒸汽供應(yīng)在渦輪壓縮機起動時太小的話。由此能夠?qū)崿F(xiàn)這一點，也就是盡管僅僅蒸 汽渦輪機的驅(qū)動功率不夠，但仍然可以起動渦輪壓縮機。對于驅(qū)動電動機運行狀態(tài)來說，發(fā) 電機從電網(wǎng)中獲取功率。優(yōu)選發(fā)電機是高轉(zhuǎn)速的發(fā)電機。此外在用于運行所述發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線的方法中優(yōu)選使用以 下步驟提供具有新鮮蒸汽閥的蒸汽渦輪機；改變新鮮蒸汽閥的位置從而對發(fā)電機-蒸汽 渦輪機-渦輪壓縮機-線進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；在正常運行狀態(tài)中以完全打開的新鮮蒸汽閥來 運行蒸汽渦輪機。由此在正常運行狀態(tài)中，蒸汽渦輪機在額定負(fù)載時運行而不是在部分負(fù)載時運 行，因而蒸汽渦輪機的效率是高的。此外在用于運行所述發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線的方法中優(yōu)選使用以 下步驟提供具有變頻器的發(fā)電機-蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線；用變頻器改變發(fā)電機的 功率從而對所述發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。此外在用于運行所述發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線的方法中優(yōu)選使用以 下步驟提供不僅能夠在發(fā)電機運行狀態(tài)中運行而且能夠在驅(qū)動電動機運行狀態(tài)中運行的 發(fā)電機；在起動運行時在驅(qū)動電動機運行狀態(tài)中運行發(fā)電機。


下面借助于所述按本發(fā)明的發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機-線的一種優(yōu)選的 實施例來示出本發(fā)明。其中圖1是按本發(fā)明的發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線的示意圖，圖2是按現(xiàn)有技術(shù)的蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線和蒸汽渦輪機_發(fā)電機_線， 并且圖3是按現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機-線。
具體實施例方式如可以從圖1中看出的一樣，發(fā)電機-蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線1具有發(fā)電機2、蒸汽渦輪機3和渦輪壓縮機4，它們形成了軸系5。所述蒸汽渦輪機3為驅(qū)動發(fā)電機2 借助于第一離合器5a與該發(fā)電機2相連接并且為驅(qū)動渦輪壓縮機4借助于第二離合器5b 與該渦輪壓縮機4相連接。所述蒸汽渦輪機3用來自新鮮蒸汽供給裝置7的蒸汽來運行， 其中能夠由新鮮蒸汽閥8來調(diào)節(jié)輸送給蒸汽渦輪機3的蒸汽流。所述新鮮蒸汽閥8借助于 轉(zhuǎn)速反饋裝置10與軸系5的轉(zhuǎn)速相耦合。借助于轉(zhuǎn)速反饋裝置10能夠如此觸發(fā)新鮮蒸汽 閥8，從而對軸系5進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。發(fā)電機2借助于變頻器9與電網(wǎng)6相耦合用于向電網(wǎng)饋電。所述變頻器9借助于 轉(zhuǎn)速反饋裝置11與軸系5的轉(zhuǎn)速相耦合。布置蒸汽渦輪機3用于借助于新鮮蒸汽閥8和轉(zhuǎn)速反饋裝置10在調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速的情 況下驅(qū)動渦輪壓縮機4。此外，所述蒸汽渦輪機3為驅(qū)動發(fā)電機2而組合在軸系5上。如果 邊界條件在起動渦輪壓縮機4時要求額外的輔助能量，那么發(fā)電機2和變頻器9也可以以 電動機方式來運行。所述蒸汽渦輪機3在正常運行狀態(tài)中以完全打開的新鮮蒸汽閥8來運 行，因而蒸汽渦輪機在額定運行狀態(tài)中可以以高的效率來運行。在蒸汽渦輪機3的額定運行狀態(tài)中存在的過剩功率在發(fā)電機2中用于產(chǎn)生電功率。借助于變頻器9通過發(fā)電機2產(chǎn)生具有電網(wǎng)6的相應(yīng)的電網(wǎng)頻率的交流電，該交 流電可以饋入電網(wǎng)6中。在需要的情況下，發(fā)電機3可以在電動機運行狀態(tài)中提供額外的 機械功率用于起動渦輪壓縮機4。所述軸系5的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)要么通過電網(wǎng)饋電功率的調(diào)整要 么在發(fā)電機2的功率恒定時通過蒸汽渦輪機2的新鮮蒸汽閥8來進行。發(fā)電機2的功率調(diào) 節(jié)則在變頻器9中進行。
權(quán)利要求
發(fā)電機-蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線(1)，具有頻率可變的發(fā)電機(2)、蒸汽渦輪機(3)和能夠由所述發(fā)電機(2)和/或蒸汽渦輪機(3)驅(qū)動的渦輪壓縮機(4)，它們耦合成一個軸系(5)，其中所述發(fā)電機(2)能夠電耦合到電網(wǎng)(6)上用于向電網(wǎng)饋電并且所述蒸汽渦輪機(3)能夠連接到用于向該蒸汽渦輪機(3)供給新鮮蒸汽的新鮮蒸汽供給裝置(7)上，使得所述發(fā)電機-蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線(1)能夠通過電網(wǎng)饋電的變化并且/或者通過新鮮蒸汽供給來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。
2.按權(quán)利要求1所述的發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線(1)，其中，蒸汽渦輪 機(3)具有用于將來自新鮮蒸汽供給裝置(7)的新鮮蒸汽輸送給蒸汽渦輪機(3)的新鮮蒸 汽閥(8)，其中用所述新鮮蒸汽閥(8)能夠調(diào)節(jié)新鮮蒸汽供給，從而能夠借助于新鮮蒸汽閥 (8)來對所述發(fā)電機-蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線(1)進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的發(fā)電機-蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線(1)，其中，所述發(fā) 電機-蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線(1)具有變頻器(9)，所述發(fā)電機(2)用該變頻器(9) 能夠電耦合到電網(wǎng)(6)上用于向電網(wǎng)饋電并且發(fā)電機(2)的功率能夠調(diào)節(jié)，從而能夠借助 于所述變頻器(9)對所述發(fā)電機-蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線(1)進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
4.按權(quán)利要求1到3中任一項所述的發(fā)電機-蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線(1)，其 中，所述發(fā)電機(2)不僅能夠在發(fā)電機運行狀態(tài)中運行而且能夠在驅(qū)動電動機運行狀態(tài)中 運行。
5.按權(quán)利要求1到4中任一項所述的發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機-線(1)，其 中，所述發(fā)電機(2)是高轉(zhuǎn)速的發(fā)電機。
6.用于運行按權(quán)利要求1到5中任一項所述的發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線 (1)的方法，具有以下步驟-提供發(fā)電機-蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線(1)；-改變發(fā)電機(2)的電網(wǎng)饋電并且/或者改變輸送給蒸汽渦輪機(3)的新鮮蒸汽供給 從而對發(fā)電機_蒸汽渦輪機_渦輪壓縮機_線(1)進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
7.按權(quán)利要求6所述的方法，具有以下步驟_提供具有新鮮蒸汽閥(8)的蒸汽渦輪機(3)；-改變新鮮蒸汽閥(8)的位置從而對發(fā)電機-蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線(1)進行 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；-在正常運行狀態(tài)中以完全打開的新鮮蒸汽閥(8)來運行蒸汽渦輪機(3)。
8.按權(quán)利要求6或7所述的方法，具有以下步驟-提供具有變頻器(9)的發(fā)電機-蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線(1)；-用變頻器(9)改變發(fā)電機(2)的功率，從而對發(fā)電機-蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線 (1)進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。
9.按權(quán)利要求6到8中任一項所述的方法，具有以下步驟_提供不僅能夠在發(fā)電機運行狀態(tài)中運行而且能夠在驅(qū)動電動機運行狀態(tài)中運行的發(fā) 電機⑵；-在起動運行時在驅(qū)動電動機運行狀態(tài)中運行發(fā)電機(2)。
全文摘要
發(fā)電機-蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線具有頻率可變的發(fā)電機、蒸汽渦輪機和能夠由所述發(fā)電機和/或蒸汽渦輪機驅(qū)動的渦輪壓縮機，它們耦合成一個軸系，其中所述發(fā)電機能夠電耦合到電網(wǎng)上用于向電網(wǎng)饋電并且所述蒸汽渦輪機能夠連接到用于向該蒸汽渦輪機供給新鮮蒸汽的新鮮蒸汽供給裝置上，使得所述發(fā)電機-蒸汽渦輪機-渦輪壓縮機-線能夠通過電網(wǎng)饋電的變化并且/或者通過新鮮蒸汽供給來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速。
文檔編號F01D15/08GK101815845SQ200880109922
公開日2010年8月25日 申請日期2008年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月4日
發(fā)明者J·哈姆佩爾, O·伯倫特, O·施米特 申請人:西門子公司