聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)及其操作方法及對應(yīng)的熱回收蒸汽發(fā)生器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)及其操作方法及對應(yīng)的熱回收蒸汽發(fā)生器。該聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)可以包括：熱回收蒸汽發(fā)生器，該熱回收蒸汽發(fā)生器具有第一低壓部段和第二低壓部段；蒸汽渦輪機，該蒸汽渦輪機具有低壓蒸汽部段，該低壓蒸汽部段與熱回收蒸汽發(fā)生器的第二低壓部段連通；以及管道燃燒器，該管道燃燒器定位在熱回收蒸汽發(fā)生器的上游。
【專利說明】聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)及其操作方法及對應(yīng)的熱回收蒸汽發(fā)生器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明以及所獲得的專利總體涉及聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，并且更具體地涉及具有通過額外的熱回收蒸汽發(fā)生器(Heat Recovery Steam Generator ;簡稱HRSG)部段和/或經(jīng)過修正的過熱器定位的排氣溫度控制器的超臨界管道點燃聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]總體而言，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)使用燃?xì)鉁u輪機和蒸汽渦輪機的組合來產(chǎn)生電力或者通過其它方式驅(qū)動負(fù)載。具體而言，燃?xì)鉁u輪機循環(huán)可以通過熱回收蒸汽發(fā)生器等與蒸汽渦輪機循環(huán)操作性地組合。熱回收蒸汽發(fā)生器可以是允許通過燃?xì)鉁u輪機排氣的熱燃燒氣體來加熱用于蒸汽產(chǎn)生過程的給水的多部段換熱器。聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)裝置的主要效率是利用燃?xì)鉁u輪機排氣的以其它方式“被浪費的”熱。因此，發(fā)電廠操作者旨在由燃?xì)鉁u輪機排氣中的熱來產(chǎn)生最大可能的可用功。
[0003]發(fā)電廠操作者還對燃料適應(yīng)性感興趣。然而，傳統(tǒng)的燃?xì)鉁u輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠通常可能在例如操作除了天然氣之外的重質(zhì)燃料油或燃料時效率較低。然而，可以通過增加管道點燃來限制由于使用重質(zhì)燃料油而造成的效率損失。管道點燃使排氣溫度升高，以便使得能夠通過處于較高的溫度和較高的壓力下的蒸汽來實現(xiàn)超臨界蒸汽循環(huán)。盡管總體效率可以改進，但是這種超臨界循環(huán)所產(chǎn)生的高溫對于熱回收蒸汽發(fā)生器而言可能過高，以致于無法從通過熱回收蒸汽發(fā)生器的熱排放氣體流提取所有可獲得的能量。
[0004]還可能由于熱回收蒸汽發(fā)生器本身的結(jié)構(gòu)而造成額外的溫度限制。如果超過某些溫度，可能需要高成本的水冷壁。由于該溫度限制，能夠在單管燃燒器級中燃燒的燃料的量可能受到限制。將管道燃燒器放置在較冷的位置處可以允許額外的燃料被燃燒，但是該定位可能使高壓過熱器的最后部段暴露于未點燃的燃?xì)鉁u輪機排氣。此外，如果渦輪機正在產(chǎn)生相對較冷的排氣，則該定位會阻止高壓過熱器部段在期望的溫度下產(chǎn)生蒸汽?？梢酝ㄟ^使用多個管道燃燒器級來解決該問題，但是這些額外的級向總體管道燃燒器系統(tǒng)增加額外的成本和復(fù)雜度。例如，管道燃燒器需要火焰與第一過熱器之間的顯著長度，以用于燃燒氣體的均勻流動。與單個燃燒器管道設(shè)計相比，使用第二行管道燃燒器將需要額外的熱回收蒸汽發(fā)生器長度。
[0005]因此，期望改進的具有總體溫度控制器的管道點燃聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。這種系統(tǒng)可以允許以高效的方式使用備選燃料，但是不需要對熱回收蒸汽發(fā)生器以及其它部件進行高成本的升級。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]因此，本發(fā)明以及所獲得專利提供一種聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)。該聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)可以包括:熱回收蒸汽發(fā)生器，該熱回收蒸汽發(fā)生器具有第一低壓部段和第二低壓部段；蒸汽渦輪機，該蒸汽渦輪機具有低壓蒸汽部段，該低壓蒸汽部段與熱回收蒸汽發(fā)生器的第二低壓部段連通；以及管道燃燒器，該管道燃燒器定位在熱回收蒸汽發(fā)生器的上游。
[0007]其中，所述熱回收蒸汽發(fā)生器包括高壓部段和中壓部段。
[0008]其中，所述蒸汽渦輪機包括高壓蒸汽部段和中壓蒸汽部段。
[0009]其中，所述蒸汽渦輪機包括冷凝器，并且所述冷凝器與所述熱回收蒸汽發(fā)生器的第二低壓部段連通。
[0010]其中，所述蒸汽渦輪機包括一個或多個給水加熱器。
[0011]其中，所述蒸汽渦輪機包括一個或多個給水抽取，并且其中所述一個或多個給水抽取與所述熱回收蒸汽發(fā)生器的第一低壓部段連通。
[0012]其中，所述熱回收蒸汽發(fā)生器的高壓部段包括第一高壓過熱器和第二高壓過熱器。
[0013]其中，所述第二高壓過熱器位于所述第一高壓過熱器的上游。
[0014]其中，所述第一高壓過熱器位于所述第二高壓過熱器的上游。
[0015]其中，所述第一高壓過熱器位于所述管道燃燒器的上游。
[0016]其中，所述第二高壓過熱器緊接地定位在所述管道燃燒器的下游。其中，所述熱回收蒸汽發(fā)生器的中壓部段包括再熱器，并且其中所述再熱器定位在所述第一高壓過熱器和所述第二高壓過熱器的下游。
[0017]其中，所述熱回收蒸汽發(fā)生器包括第一組閥，以便將蒸汽流引導(dǎo)至所述第一高壓過熱器并且隨后引導(dǎo)至所述第二高壓過熱器。
[0018]其中，所述熱回收蒸汽發(fā)生器包括第二組閥，以便將蒸汽流引導(dǎo)至所述第二高壓過熱器并且隨后引導(dǎo)至所述第一高壓過熱器。本發(fā)明以及所獲得的專利還提供一種操作聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的方法。該方法可以包括以下步驟:使燃燒氣體流過熱回收蒸汽發(fā)生器的高壓部段、中壓部段、第一低壓部段和第二低壓部段；使給水從蒸汽渦輪機的冷凝器流向熱回收蒸汽發(fā)生器的第二低壓部段；燃燒氣體流和給水流之間在熱回收蒸汽發(fā)生器的第二低壓部段中換熱；以及使經(jīng)過加熱的給水流向蒸汽渦輪機的低壓部段。
[0019]本發(fā)明以及所獲得專利還提供一種用于聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的熱回收蒸汽發(fā)生器。該熱回收蒸汽發(fā)生器可以包括:高壓部段，該高壓部段具有第一高壓過熱器和第二高壓過熱器；以及管道燃燒器。該第一高壓過熱器定位在管道燃燒器的上游。
[0020]其中，所述第二高壓過熱器緊接地定位在所述管道燃燒器的下游。
[0021]其中，所述熱回收蒸汽發(fā)生器還包括中壓部段，并且其中所述中壓部段包括再熱器，所述再熱器定位在所述第一高壓過熱器和所述第二高壓過熱器的下游。
[0022]其中，所述熱回收蒸汽發(fā)生器還包括第一組閥，以便將蒸汽流引導(dǎo)至所述第一高壓過熱器并且隨后引導(dǎo)至所述第二高壓過熱器。
[0023]其中，所述熱回收蒸汽發(fā)生器還包括第二組閥，以便將蒸汽流引導(dǎo)至所述第二高壓過熱器并且隨后引導(dǎo)至所述第一高壓過熱器。
[0024]在結(jié)合若干附圖以及所附權(quán)利要求閱覽下文的詳細(xì)描述之后，本發(fā)明以及所獲得的專利的這些和其它的特征以及改進對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將變得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是具有燃?xì)鉁u輪機、蒸汽渦輪機、和熱回收蒸汽發(fā)生器的已知的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。
[0026]圖2是可以如本發(fā)明中所描述的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的示意圖。
[0027]圖3是可以如本發(fā)明中所描述的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的另一個實施例的示意圖。
[0028]圖4是用于圖3的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的熱回收蒸汽發(fā)生器的閥構(gòu)造的示意圖。

【具體實施方式】
[0029]現(xiàn)在參照附圖，其中相似的附圖標(biāo)記在全部若干附圖中表示相似的元件。圖1示出了聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)10的示意圖。該聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)10可以包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12可以包括壓縮機14。壓縮機14壓縮進入的空氣流16。壓縮機14將經(jīng)過壓縮的空氣流16輸送至燃燒器18。燃燒器18將經(jīng)過壓縮的空氣流16與經(jīng)過加壓的燃料流20混合并且點燃混合物以產(chǎn)生燃燒氣體流22。盡管僅示出了單個燃燒器18，但是燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12可以包括任何數(shù)量的燃燒器18。燃燒氣體流22隨后被輸送至渦輪機24。燃燒氣體流22驅(qū)動渦輪機24以便做機械功。渦輪機24中所做的機械功通過軸驅(qū)動壓縮機14以及例如發(fā)電機等的外部負(fù)載。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12可以使用天然氣或者各種類型的備選燃料，例如合成氣、重質(zhì)燃料油和其它類型的燃料。燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12可以具有不同的構(gòu)造并且可以使用其它類型的部件。
[0030]聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)10還包括蒸汽渦輪機30。該蒸汽渦輪機30可以包括多個部段，所述多個部段具有處于不同的壓力下的多個進汽點。具體而言，蒸汽渦輪機30可以包括高壓蒸汽部段32、中壓蒸汽部段34、以及一個或多個低壓蒸汽部段36。低壓蒸汽部段36可以將給水排出至冷凝器38中。蒸汽渦輪機30可以驅(qū)動與燃?xì)鉁u輪機12相同或不同的負(fù)載。在該例子中，蒸汽潤輪機30可以是具有多個給水抽取(feedwater extract1ns)的傳統(tǒng)的守舊的蒸汽潤輪機設(shè)計(convent1nal fossil steam turbine design)。低壓抽取54可以被抽取到第一給水加熱器56，中壓抽取58可以被抽取到第二給水加熱器60，并且高壓抽取62可以被抽取到第三給水加熱器64。本發(fā)明中也可以使用其它構(gòu)造和其它部件。
[0031]聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)10可以包括熱回收蒸汽發(fā)生器40。該熱回收蒸汽發(fā)生器40還可以包括多個蒸汽部段，例如低壓部段42、中壓部段44和高壓部段46。每一個部段42、44、46都大體包括一個或多個鼓(drums)、節(jié)能器(economizers)、蒸發(fā)器(evaporators)、過熱器(superheaters)、以及/或者額外的部件。在該例子中，并且除了其它部件之外，高壓部段46可以包括例如高壓過熱器48的高壓蒸汽的源，中壓部段44可以包括再熱器50，并且低壓部段42可以包括例如直流鍋爐(once through boiler) 52的低壓蒸汽的源。本發(fā)明中可以使用其它部件和其它構(gòu)造。
[0032]為了使流過熱回收蒸汽發(fā)生器40的燃燒氣體22的溫度升高，一個或多個管道燃燒器66可以用于提高超臨界蒸汽循環(huán)的效率。管道燃燒器66可以燃燒任何類型的燃料，其中包括重質(zhì)燃料油等。管道燃燒器66以及給水加熱器56、60、64的組合通常造成熱回收蒸汽發(fā)生器40的排氣管68處的高溫。本發(fā)明中可以使用其它部件和其它構(gòu)造。
[0033]圖2示出了可以如本發(fā)明中所描述的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)100。該聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)100可以包括燃?xì)鉁u輪發(fā)動機12、蒸汽渦輪機120、和熱回收蒸汽發(fā)生器130，這些部件可以基本類似于上文所描述的那些部件。然而，在該例子中，熱回收蒸汽發(fā)生器130可以包括高壓部段140、中壓部段150、第一低壓部段160和額外的第二低壓部段170。第二低壓部段170中可以具有任何數(shù)量的換熱元件。第二低壓部段170可以從冷凝器38接收給水流。該較冷的水可以通過與流過熱回收蒸汽發(fā)生器130的燃燒氣體22換熱而被加熱。該水流隨后可以被引導(dǎo)至蒸汽渦輪機120的低壓蒸汽部段36。第二低壓部段170因此從燃燒氣體22提取額外的可用能量，該額外的可用能量能夠被增加給蒸汽渦輪機120的低壓部段36，并且/或者可能需要較低的排氣溫度。否則該能量將被浪費在排氣管68中。此外，通過調(diào)節(jié)給水加熱器56、60、64的負(fù)荷,排氣管溫度可以響應(yīng)于燃料需要的改變而被調(diào)節(jié)。
[0034]聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)100還增加類似于上文所描述的管道燃燒器180的使用。管道燃燒器180提供高效超臨界循環(huán)，以在較高的溫度和壓力下產(chǎn)生蒸汽，從而用于提高效率。第二低壓部段170因此利用該能量并且向蒸汽渦輪機120施加額外的低壓蒸汽。此外，通過控制排氣管68處的排氣溫度，聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)總體操作策略，以從排氣流提取最大量的能量而不超過由燃料化學(xué)(fuel chemistry)所施加的溫度限制，因為使用不同的燃料可能造成不同的最佳溫度。
[0035]圖3示出了聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)200的另一個實施例。該聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)200可以主要包括上文所描述的部件但是具有備選的熱回收蒸汽發(fā)生器210。該熱回收蒸汽發(fā)生器210可以包括高壓部段220和中壓部段230。在傳統(tǒng)構(gòu)造中，高壓部段220包括第一高壓過熱器240和第二高壓過熱器250，而中壓部段230包括再熱器260。第一、第二高壓過熱器240、250通常定位在再熱器260的任一側(cè)上，其中第二高壓過熱器250最靠近管道燃燒器270。
[0036]然而，在該例子中，第一高壓過熱器240可以定位在管道燃燒器270的上游，使得溫度較高的過熱器250緊接地(immediately)位于管道燃燒器270的下游。通過在管道燃燒器270的上游移動第一高壓過熱器240，第一高溫過熱器240可以在排放氣體22到達管道燃燒器270之前冷卻該排放氣體。因此，該定位允許管道燃燒器270燃燒額外的燃料而不超過熱回收蒸汽發(fā)生器210的溫度限制。此外，將第二高壓過熱器250緊接地定位在管道燃燒器270的下游還允許產(chǎn)生溫度較高的蒸汽以便改進總體循環(huán)效率。具體而言，該定位允許溫度較高的氣體到達高壓鍋爐，以便獲得更大的高壓蒸汽產(chǎn)生。此外，該定位還消除了對任何單行管道燃燒器之外的需要，以便降低熱回收蒸汽發(fā)生器210的總體成本和尺寸。本發(fā)明中可以使用其它部件和其它構(gòu)造。
[0037]由于聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)200可以在管道燃燒器270不起作用的情況下操作，因此可以包括一組閥以允許過熱器部段以傳統(tǒng)方式操作。因此，圖4示出了第一閥280、第二閥290、第三閥300和第四閥310的使用。當(dāng)管道燃燒器270未點燃時，第一閥280和第三閥300可以打開，使得蒸汽流到達第二高壓過熱器250、到達第一高壓過熱器240、并且到達高壓渦輪機。在點燃模式中，第二閥290和第四閥310可以打開，使得蒸汽流到達第一高壓過熱器240、到達第二高壓過熱器250、并且到達高壓渦輪機。本發(fā)明中可以使用具有任何構(gòu)造的任何數(shù)量的閥。本發(fā)明中可以使用其它部件和其它構(gòu)造。
[0038]應(yīng)當(dāng)顯而易見的是，上文僅涉及本發(fā)明以及所獲得的專利的某些實施例。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以在不偏離如所附權(quán)利要求及其等同形式所限定的本發(fā)明的總體精神和范圍的情況下在本發(fā)明中做出多種改變和改型。
【權(quán)利要求】
1.一種聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)包括: 熱回收蒸汽發(fā)生器，所述熱回收蒸汽發(fā)生器包括第一低壓部段和第二低壓部段； 蒸汽渦輪機，所述蒸汽渦輪機包括低壓蒸汽部段，所述低壓蒸汽部段與所述熱回收蒸汽發(fā)生器的第二低壓部段連通；以及 管道燃燒器，所述管道燃燒器定位在所述熱回收蒸汽發(fā)生器的上游。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述熱回收蒸汽發(fā)生器包括高壓部段和中壓部段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述蒸汽渦輪機包括高壓蒸汽部段和中壓蒸汽部段。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述蒸汽渦輪機包括冷凝器，并且所述冷凝器與所述熱回收蒸汽發(fā)生器的第二低壓部段連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述蒸汽渦輪機包括一個或多個給水加熱器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述蒸汽渦輪機包括一個或多個給水抽取，并且其中所述一個或多個給水抽取與所述熱回收蒸汽發(fā)生器的第一低壓部段連通。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述熱回收蒸汽發(fā)生器的高壓部段包括第一高壓過熱器和第二高壓過熱器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二高壓過熱器位于所述第一高壓過熱器的上游。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一高壓過熱器位于所述第二高壓過熱器的上游。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一高壓過熱器位于所述管道燃燒器的上游。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二高壓過熱器緊接地定位在所述管道燃燒器的下游。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述熱回收蒸汽發(fā)生器的中壓部段包括再熱器，并且其中所述再熱器定位在所述第一高壓過熱器和所述第二高壓過熱器的下游。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述熱回收蒸汽發(fā)生器包括第一組閥，以便將蒸汽流引導(dǎo)至所述第一高壓過熱器并且隨后引導(dǎo)至所述第二高壓過熱器。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)，其特征在于，所述熱回收蒸汽發(fā)生器包括第二組閥，以便將蒸汽流引導(dǎo)至所述第二高壓過熱器并且隨后引導(dǎo)至所述第一高壓過熱器。
15.一種操作聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的方法，所述方法包括: 使燃燒氣體流過熱回收蒸汽發(fā)生器的高壓部段、中壓部段、第一低壓部段和第二低壓部段； 使給水從蒸汽渦輪機的冷凝器流向所述熱回收蒸汽發(fā)生器的第二低壓部段； 燃燒氣體流和給水流之間在所述熱回收蒸汽發(fā)生器的第二低壓部段中換熱；以及 使經(jīng)過加熱的給水流向所述蒸汽渦輪機的低壓部段。
16.一種用于聯(lián)合循環(huán)系統(tǒng)的熱回收蒸汽發(fā)生器，所述熱回收蒸汽發(fā)生器包括: 高壓部段，所述高壓部段包括第一高壓過熱器和第二高壓過熱器；以及 管道燃燒器； 其中所述第一高壓過熱器定位在所述管道燃燒器的上游。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的熱回收蒸汽發(fā)生器，其特征在于，所述第二高壓過熱器緊接地定位在所述管道燃燒器的下游。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的熱回收蒸汽發(fā)生器，其特征在于，所述熱回收蒸汽發(fā)生器還包括中壓部段，并且其中所述中壓部段包括再熱器，所述再熱器定位在所述第一高壓過熱器和所述第二高壓過熱器的下游。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的熱回收蒸汽發(fā)生器，其特征在于，所述熱回收蒸汽發(fā)生器還包括第一組閥，以便將蒸汽流引導(dǎo)至所述第一高壓過熱器并且隨后引導(dǎo)至所述第二高壓過熱器。
20.根據(jù)權(quán)利要求16所述的熱回收蒸汽發(fā)生器，其特征在于，所述熱回收蒸汽發(fā)生器還包括第二組閥，以便將蒸汽流引導(dǎo)至所述第二高壓過熱器并且隨后弓I導(dǎo)至所述第一高壓過熱器。
【文檔編號】F02C6/00GK104420995SQ201410418247
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月22日
【發(fā)明者】M.D.克姆納, S.C.古倫 申請人:通用電氣公司