运行一种余热蒸汽发生器的方法及按此方法工作的余热蒸汽发生器

摘要

在一种燃气和蒸汽轮机装置(2)的余热蒸汽发生器(1)中,来自燃气轮机(2a)经膨胀的工质(AG)内所含有的热量,被利用来产生蒸汽,用于连接在一个水汽循环(3)中的蒸汽轮机(2b),其中,来自蒸汽轮机(2b)经冷凝后的蒸汽作为凝结水(k)供入水汽循环(3)。为了与燃气轮机(2a)使用的燃料(B、B′)无关地获得更高的效率,按本发明在使用油作为燃气轮机的燃料(B)时,从水汽循环(3)提取这样一股支流(t1))用于凝结水预热,即,它在使用气体作为燃气轮机(2a)的燃料(B)时用于燃料的预热。为此,设有一个热交换器(56),用于借助于支流(t1),根据选择,或预热燃气轮机的燃料(B),或预热凝结水(k)。

说明书

本发明涉及一种运行燃气和蒸汽轮机装置的余热蒸汽发生器的方法，按此方法，来自燃气轮机经膨胀的工质中所含有的热量，被利用来产生蒸汽，用于连接在一个水汽循环中的蒸汽轮机，其中，来自蒸汽轮机经冷凝后的蒸汽作为凝结水供入水汽循环中。本发明还涉及一种按此方法工作的余热蒸汽发生器。

这类余热蒸汽发生器通常是燃气和蒸汽轮机装置的一部分，其中，利用包含在来自燃气轮机膨胀后的工质中的热量，产生用于蒸汽轮机的蒸汽。热量的传递借助于一些加热面进行，其形式为装在余热蒸汽发生器中的管或管束。这些加热面又连接在蒸汽轮机的水汽循环中。水汽循环包括多个例如两个或三个压力级，其中，每个压力级有一个预热器加热面(节省器)、一个蒸发器加热面和一个过热器加热面。采用这样一种例如由EP0148973B1为已知的燃气和蒸汽轮机装置，根据在蒸汽轮机水汽循环中存在着的压力比，热效率约达50至55％。

一种燃气和蒸汽轮机装置，其中规定作为燃气轮机的燃料油只是用于短期运行，例如作为天然气的“备份(Back-up)”用于100至500时/年，这种设备迫切地和最佳地设计用于燃气轮机的天然气运行。为了在热运行时，在没有昂贵的燃气轮机抽气的条件下，提高进入余热蒸汽发生器时的给水温度，所需的热量可以不同的方式从余热蒸汽发生器本身提取。有一种可能性在于完全或部分地绕过一个通常设置的凝结水预热器，凝结水在一个连接在水汽循环中的给水箱内用供入的低压蒸汽加热。这样一种方法当然要求在蒸汽压力较低的情况下在给水箱内有一个大容积的并或许是多级的过热蒸汽系统，这在加热强度大时可能危及在给水箱中通常进行的除气功能。

为了保证凝结水极为有效地除气，凝结水在给水箱内的温度应尽可能保持在130至160℃之间的温度范围内，在这种情况下凝结水在给水箱内的加热强度应保持得较低。这例如可以通过使凝结水用一个借助于蒸汽加热的附加的预热器预热来实现。为了提供为此所需的足够的热量，在二压力装置或三压力装置中往往必须从余热蒸汽发生器的一个高压节省器提取热水。尤其在三压力装置中，这样做显然有缺点，即，可能影响通常所设的高压给水泵的输送量，以及，附加的凝结水预热器必须按非常不经济的方式设计用于高压和大的温度差。此外，在用燃料油运行时，以不利的方式产生这一个或每一个给水泵的节流损失。还有，从高压节省器抽取热水，由于降低了所谓的高压趋近温度(Hochdruck-Approach-Temperatur)，使高压蒸汽量减少，其结果是再度导致降低装置的效率。

因此本发明的目的是提供一种运行燃气和蒸汽轮机装置的余热蒸汽发生器的方法，采用这种方法，与燃气轮机使用的燃料无关地能获得特别高的装置效率。这可以在一个适用于实施此方法的余热蒸汽发生器中，通过少量的技术性耗费获得。

为达到有关方法方面的目的，按本发明采取的措施是，在使用油作为燃气轮机的燃料时，从水汽循环提取这样一股支流用于凝结水预热，即，它在使用气体作为燃气轮机的燃料时用于燃料的预热。

本发明以下列考虑为出发点，即，在一种要求高效率的燃气和蒸汽轮机装置中，在用天然气运行时通常设有燃料预热装置，它的原理如由WO95/00747已知的那样。按这一原理，为了预热燃料，从蒸汽轮机的水汽循环抽取加热水的一股支流，并在与燃料进行间接的热交换后，重新供入水汽循环。

在有利的进一步改进中，在使用气体作为燃料时并不是直接加热燃料。确切地说，热量在一个中间循环中，例如通过一个水/水热交换器传出，所以只有在中间循环中流动的介质才用于燃料的加热。因为在使用油作为燃料时，它不需要预热系统，所以合乎目的的做法是，在用油运行时此预热系统用于为凝结水预热，在这种情况下可以切断中间循环。在凝结水预热时冷却了的支流最好重新掺入凝结水中。

在燃气轮机排气中所含的可感觉到的热量，对于一个由三个压力级亦即一个低压级、一个中压级和一个高压级构成的水汽循环，在余热蒸汽发生器中沿排气的流动方向，从高压系统经中压系统到低压系统顺序降低。为了给凝结水预热提供所需要的热量，合乎目的的做法是，既从中压级抽取支流，又将支流送回中压级。在这种情况下，当由运行条件决定的低压蒸汽产量低于一个预定值时，支流重新供入中压级是适宜的。这最好这样实现，即，从中压节省器抽取的并在凝结水预热时冷却了的水，最好不导入凝结水系统，而是导入一个中压汽包并在那里重新加热。因此，为给水预热节省的热量可供凝结水的加热使用。此外，中压级的蒸汽产量相应地降低，所以用于中压级的凝结水量也减少。

因为采用这种方法余热蒸汽发生器的进口温度可达例如135℃，所以实际上覆盖了用于此目的(备用燃料-Back Up Fuel)的全部燃料谱，因而可以标准化。

按本发明为了达到上述有关用于燃气和蒸汽轮机装置的余热蒸汽发生器方面的目的，设置一个热交换器，用于借助于来自水汽循环的支流，根据选择或预热燃气轮机燃料，或预热凝结水，此燃气和蒸汽轮机装置具有一个在水汽循环中连接在蒸汽轮机下游的凝汽器。

在有利的设计中，热交换器一次侧连接在一个安装在余热蒸汽发生器中的预热器加热面，最好是一个中压节省器的下游。

为了在间接热交换时发生漏泄的情况下，出自安全的原因能避免燃料与此支流接触，此热交换器为了预热燃料二次侧最好连接在一个中间循环中。然后为了预热凝结水，通过切断此中间循环进行转换，于是热交换器此时在二次侧连接在凝结水管道上。为了能选择或预热燃气轮机燃料或预热凝结水，最好是至少设一个阀，例如设在中间循环中和/或设在从热交换器到凝结水管道的连接中。

下面借助于附图详细说明本发明的实施例。其中附图表示余热蒸汽发生器的局部，它的加热面连接在燃气和蒸汽轮机装置的水汽循环中。

在图中表示的局部的余热蒸汽发生器1，是用于生产电能的燃气和蒸汽轮机装置的一部分。它被来自燃气轮机2a的热废气AG流过并用于产生蒸汽，其中，它的加热面连接在蒸汽轮机2b的一个水汽循环3中。

为此，余热蒸汽发生器有一个连接在凝结水管道4上的凝结水预热器6，后者的出口经循环泵8与其进口相连。为了在需要时绕过凝结水预热器6，在凝结水泵10压力侧凝结水管道4上，连接有一条带有阀14的旁通管道12，后者与凝结水预热器6的出口连通。凝结水预热器6的出口侧，经单向阀16和带有阀20的管道18，与低压汽包22连接。此外，凝结水预热器6出口侧经管道24，与一个具有除气器26的除气罐或给水箱28连接。给水箱28出口侧经管道30和循环泵32，既通过单向阀16和管道24与其进口相连，也与管道18连通。此外，给水箱28出口侧经管道34和给水泵36，如用箭头a和b表示的那样，与高压节省器38和与中压节省器40连接。

为了预热给水，在给水箱28中通入蒸汽管道42，后者连接在一根从低压汽包22通往低压过热器加热面44的蒸汽管道46上。低压过热器加热面44与低压汽包22和连接在低压汽包22上的低压蒸发器加热面48以及与蒸汽轮机2b的低压部分一起，构成了水汽循环3的低压级。

中压节省器40出口侧经阀50与中压汽包52连接，在中压汽包52上连接着中压蒸发器加热面54。中压节省器40与中压汽包52和中压蒸发器加热面54以及图中未表示的中压过热器加热面和蒸汽轮机2b的中压部分一起，构成了水汽循环3的中压级。

相应地，高压节省器38是图中没有详细表示的水汽循环3的高压级的一个组成部分。

此外，中压节省器40与一个热交换器56连接，它的一次侧连接在一根与凝结水管道4连接的一次管道58中，减压阀60在此管道58内。热交换器56二次侧，在一个中间循环62中，与另一个用于燃料预热的热交换器64连接。此外，在构成燃料预热系统的中间循环62中，沿流动方向在第二热交换器64后面，连接有一个阀66和一台泵68。此外，在中间循环62上，亦即在热交换器56的二次侧上，连接有一根用虚线表示的第一管道70和一根同样用虚线表示的第二管道72。第一管道70经阀74通入凝结水管道4。其中连接有阀76的第二管道72，将凝结水管道4与泵68连接在中间循环62中的抽吸侧连接起来。在热交换器56的一次管道58上，连接有同样用虚线表示的带有阀80的管道78，后者通入一根连接中压节省器40与中压汽包52的管道82中。

在余热蒸气发生器1运行时，通过泵10和凝结水管道4，将来自连接在蒸汽轮机下游的凝汽器84的凝结水k，供往凝结水预热器6。在这种情况下，可经由管道12全部或部分地绕过凝结水预热器。温度T_k约为25至40℃。凝结水压力P_k约为10至20bar。凝结水k在凝结水预热器6中加热，并为此至少部分地经循环泵8循环。被加热的凝结水k经管道24，部分或全部流入给水箱28或除气器26中，在那里借助于经管道42通入的蒸汽，进行给水加热以及进行凝结水k的除气。经加热的给水，一方面供入低压汽包22，另一方面经给水泵36供入中压节省器40以及以提高了的压力供入高压节省器38。供入低压级的给水，在低压蒸发器加热面48内在低压下蒸发，在这种情况下，在低压汽包22中分离出来的处于低压状态的蒸汽，一部分送往给水箱28，一部分送往中压过热器加热面44。在那里过热后的蒸汽供入蒸汽轮机2b的低压部分。

同样，处于约40至50bar的中压P_M状态的具有约220至240℃温度T_M的给水，供入中压汽包52并在中压蒸发器加热面54内蒸发。在中压汽包52中分离出来的处于中压状态的蒸汽，供入蒸汽轮机2b的中压部分。类似地，处于高压状态并在高压节省器38中加热的给水蒸发，并在过热状态供入蒸汽轮机2b的高压部分。

从水汽循环3抽取的支流t₁通过热交换器56流动并在那里冷却。冷却后的支流t₁重新送入水汽循环3。在这种情况下，冷却后的支流t₁的回送，或经管道58通过与凝结水k混合来实施，或经管道78通过输入中压汽包52来完成。设置阀60和80用于转换。支流t₁的冷却在热交换器56中通过间接热交换进行。

在使用气体作为燃气轮机燃料B时，支流t₁在热交换器56中与一种在中间循环62中循环流动的介质w最好是水进行热交换，介质w将热量再次通过第二热交换器64传给燃气轮机燃料B。

在使用油作为燃气轮机燃料B＇时，中间循环62通过阀66切断，支流t₁在热交换器56中的热交换，与经管道72供入热交换器56中的凝结水k进行，支流t₁在热交换器56中被冷却后，经管道70重新掺入通过凝结水管道4流动的凝结水k中。其中，支流t₁被冷却到温度T_t约50℃，从热交换器56二次侧经管道70流出的凝结水k，被加热到温度T＇_k约100至180℃。因此，在使用气体作为燃气轮机2a的燃料B时被用来预热燃料的支流t₁，当使用油作为燃气轮机2a的燃料B＇时，被用来预热凝结水。

此外，通过使用在用油运行时不再需要的主要包括热交换器56的燃料预热系统62、68来预热凝结水，节省了迄今实施的从水汽循环3尤其从高压节省器38的抽汽。除此之外，取消了外部的凝水预热装置，其中包括为此所需的管路和附件以及相应的调节器。因此，无论是用气体运行还是用油运行，均可获得特别高的装置效率。其中，从预热燃料到预热凝结水可以用简单的方式转换。