聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠及用于操作此類聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及熱電廠。其涉及根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠。其還涉及用于操作此類聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]一些地區(qū)中的電網(wǎng)需要高達(dá)工廠凈功率輸出的10%或甚至更高的水平下的來(lái)自聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠(CCPP)的相當(dāng)大的功率儲(chǔ)備。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，該大量的功率儲(chǔ)備通常通過(guò)將CCPP設(shè)計(jì)成具有工廠的余熱回收蒸汽發(fā)生器HRSG內(nèi)的大補(bǔ)充焚燒(SF)來(lái)實(shí)現(xiàn)(對(duì)于CCPP中的補(bǔ)充焚燒的總體構(gòu)想，見(jiàn)例如文獻(xiàn)US 3，879，616或WO 2010/072729 A2)。補(bǔ)充焚燒將引起以下兩個(gè)結(jié)果:
I)因?yàn)楸仨殲檠a(bǔ)充焚燒保存壓力裕度，故在SF關(guān)閉的情況下的基本負(fù)載和局部負(fù)載蒸汽渦輪的新鮮蒸汽壓力將低于允許的操作壓力。SF越大，SF關(guān)閉時(shí)的新鮮蒸汽壓力和工廠性能越低。
[0004]作為實(shí)例，對(duì)于具有大約500MW的功率輸出的三倍壓力再熱CCPP，考慮待由補(bǔ)充焚燒提供為功率儲(chǔ)備的10%凈功率輸出，要求的新鮮蒸汽壓力設(shè)計(jì)裕度可導(dǎo)致基本負(fù)載下的新鮮蒸汽壓力的相當(dāng)大的下降，并且對(duì)應(yīng)地導(dǎo)致工廠性能下降(可高達(dá)0.5%)。
[0005]2)由于蒸汽渦輪新鮮蒸汽壓力操作范圍和HRSG補(bǔ)充焚燒設(shè)計(jì)極限，故僅依靠具有減小的基本負(fù)載蒸汽渦輪新鮮蒸汽壓力的補(bǔ)充焚燒可在不改變蒸汽渦輪ST和HRSG的構(gòu)造的情況下不能夠提供足夠的功率儲(chǔ)備，例如，從3p (P=壓力)設(shè)計(jì)切換到2p或Ip設(shè)計(jì)。這將導(dǎo)致在SF關(guān)閉時(shí)的進(jìn)一步工廠性能下降。
[0006]文獻(xiàn)US 5，495，709 A公開(kāi)了一種空氣儲(chǔ)存器渦輪裝備，其具有連接于壓縮空氣儲(chǔ)存器的燃?xì)鉁u輪組，并且包括熱水儲(chǔ)存器、連接成接收燃?xì)鉁u輪下游的排出氣流的廢熱蒸汽發(fā)生器，燃?xì)鉁u輪組包括壓縮機(jī)單元、至少一個(gè)燃燒室和至少一個(gè)渦輪，其中廢熱蒸汽發(fā)生器連接成將蒸汽引入到燃?xì)鉁u輪組中用于增加至少一個(gè)渦輪的輸出，并且進(jìn)一步包括用以冷卻由壓縮機(jī)單元壓縮的工作空氣的至少一個(gè)熱交換器，以及用以將水蒸氣引入到工作空氣中的局部壓力蒸發(fā)器，至少一個(gè)熱交換器連接成將加熱的水輸送至局部壓力蒸發(fā)器。
[0007]文獻(xiàn)US 4，509，324A公開(kāi)了一種船上發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)和操作方法，該船上發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括具有中間冷卻器的兩個(gè)壓縮機(jī)、壓縮機(jī)渦輪、動(dòng)力渦輪、用于組合燃料、空氣和水的燃燒器。熱交換器從排氣除去熱，并且使用其來(lái)預(yù)熱至燃燒器的水。噴霧冷凝器從排氣回收水用于再使用。水凈化設(shè)備用于從水除去酸。系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于滿載下的化學(xué)計(jì)算操作，并且在部分負(fù)載下以提高的效率運(yùn)行以給出總體較低的燃料消耗。
[0008]文獻(xiàn)US 2006/248896A1公開(kāi)了一種操作燃?xì)鉁u輪發(fā)電廠的方法，該燃?xì)鉁u輪發(fā)電廠包括第一燃?xì)鉁u輪組，其由與彼此機(jī)械地連接的壓縮機(jī)和渦輪構(gòu)成，以及第二燃?xì)鉁u輪組，其包括置于第一組的壓縮機(jī)與渦輪之間的氣流中的燃燒裝置，由此第二燃?xì)鉁u輪組由壓縮機(jī)、燃料噴射裝置、燃燒室和渦輪構(gòu)成，由此第二燃?xì)鉁u輪組的壓縮機(jī)和渦輪機(jī)械地聯(lián)接于彼此，并且燃?xì)鉁u輪組中的至少一個(gè)具有用于抽取功的裝置，由此，事實(shí)為，第一水流和/或蒸汽流以來(lái)自第一組的渦輪的煙道氣體的熱來(lái)加熱；另外的量的水和/或蒸汽以來(lái)自由第一組的壓縮機(jī)壓縮的氣流的熱來(lái)加熱，并且產(chǎn)生的水和/或蒸汽以如下量噴射到氣流中，使得流中的空氣的氧含量的至少60%通過(guò)燃燒裝置中的燃燒消耗，并且給送到第二燃?xì)鉁u輪組的渦輪中的燃燒氣體具有范圍在50bar到300bar的壓力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于具有一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠，其在工廠以基本負(fù)載操作時(shí)以改進(jìn)且優(yōu)化的設(shè)計(jì)性能提供大功率儲(chǔ)備。
[0010]本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種用于操作此類聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的方法。
[0011]這些及其它目的通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠和根據(jù)權(quán)利要求6的操作方法來(lái)獲得。
[0012]根據(jù)本發(fā)明，一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠包括燃?xì)鉁u輪，其排出氣體出口連接于余熱回收蒸汽發(fā)生器，該余熱回收蒸汽發(fā)生器為水/蒸汽循環(huán)的一部分，由此為了在以基本負(fù)載操作時(shí)具有大功率儲(chǔ)備并且同時(shí)具有較高設(shè)計(jì)性能，燃?xì)鉁u輪設(shè)計(jì)有用于功率增加的蒸汽噴射能力，由此燃?xì)鉁u輪包括至少一個(gè)燃燒器，以及提供冷卻空氣用于冷卻所述燃?xì)鉁u輪的壓縮機(jī)，該冷卻空氣從壓縮機(jī)抽取，并且在至少一個(gè)冷卻空氣冷卻器中冷卻下來(lái)，并且用于蒸汽噴射的蒸汽在所述冷卻空氣冷卻器中生成，由此所述蒸汽可噴射到所述冷卻空氣冷卻器的空氣側(cè)入口或出口中，并且/或者直接地噴射到所述至少一個(gè)燃燒器中。余熱回收蒸汽發(fā)生器配備有補(bǔ)充焚燒。補(bǔ)充焚燒為至少單級(jí)補(bǔ)充焚燒，以在需要時(shí)增加高壓蒸汽產(chǎn)生并且向電網(wǎng)提供增加功率來(lái)作為功率儲(chǔ)備。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，至少一個(gè)冷卻空氣冷卻器為單程冷卻器(OTC)。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，用于蒸汽噴射的蒸汽取自所述余熱回收蒸汽發(fā)生器。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，補(bǔ)充焚燒為兩級(jí)補(bǔ)充焚燒，其具有用于增加高壓新鮮蒸汽生產(chǎn)和向電網(wǎng)提供增加功率作為功率儲(chǔ)備的第一級(jí)，以及布置在余熱回收蒸汽發(fā)生器內(nèi)的高壓蒸發(fā)器之后用于在需要時(shí)增加中間壓力新鮮蒸汽生產(chǎn)和向電網(wǎng)提供附加功率作為功率儲(chǔ)備的第二級(jí)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，高壓蒸汽渦輪模塊借助于自動(dòng)離合器連接于蒸汽渦輪。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的用于操作聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的第一方法特征在于在需要功率儲(chǔ)備的情況下，工廠功率在第一步驟中借助于進(jìn)入蒸汽渦輪的蒸汽噴射來(lái)增大，并且在第二步驟中，蒸汽渦輪的功率借助于增大補(bǔ)充焚燒的負(fù)載來(lái)增加。
[0018]尤其是在高壓蒸汽渦輪模塊借助于自動(dòng)離合器連接于蒸汽渦輪時(shí)，該方法包括以下步驟:
a)為了提供快速功率增加，單獨(dú)的蒸汽渦輪模塊由來(lái)自主蒸汽渦輪或來(lái)自余熱回收蒸汽發(fā)生器的放出蒸汽加熱，以保持蒸汽渦輪溫?zé)幔?br> b)當(dāng)需要功率儲(chǔ)備時(shí)，蒸汽噴射到燃?xì)鉁u輪中，并且補(bǔ)充焚燒開(kāi)始，由此
a.工廠功率首先利用蒸汽噴射增大，并且
b.接著蒸汽渦輪功率利用補(bǔ)充焚燒負(fù)載增大來(lái)增加； c)高壓蒸汽渦輪模塊起動(dòng)；以及
d)在蒸汽渦輪新鮮蒸汽操作壓力在補(bǔ)充焚燒加載期間達(dá)到預(yù)定極限之前，高壓蒸汽渦輪模塊準(zhǔn)備好同步并且通過(guò)操作自動(dòng)離合器來(lái)連接。
[0019]作為備選，該方法包括以下步驟:
a)當(dāng)需要計(jì)劃的較大量的功率增加時(shí)，接著在需要功率儲(chǔ)備之前，蒸汽渦輪由進(jìn)入附加高壓蒸汽渦輪模塊的蒸汽加熱；
b)當(dāng)需要功率儲(chǔ)備時(shí)，蒸汽噴射到燃?xì)鉁u輪中，并且補(bǔ)充焚燒開(kāi)始，由此
a.工廠功率首先利用蒸汽噴射增大，并且
b.接著蒸汽渦輪功率利用補(bǔ)充焚燒負(fù)載增大來(lái)增加；
c)高壓蒸汽渦輪模塊起動(dòng)；以及
d)在蒸汽渦輪新鮮蒸汽操作壓力在補(bǔ)充焚燒加載期間達(dá)到預(yù)定極限之前，高壓蒸汽渦輪模塊準(zhǔn)備好同步并且通過(guò)操作自動(dòng)離合器來(lái)連接。
【附圖說(shuō)明】
[0020]現(xiàn)在借助于不同實(shí)施例并參照附圖來(lái)更進(jìn)一步闡釋本發(fā)明。
[0021]圖1示出了具有HRSG中的補(bǔ)充焚燒和借助于OTC進(jìn)入燃?xì)鉁u輪的蒸汽噴射的根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的簡(jiǎn)圖；
圖2示出了具有HRSG中的補(bǔ)充焚燒和從HRSG直接到燃?xì)鉁u輪的燃燒器中的蒸汽噴射的根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的簡(jiǎn)圖；
圖3示出了具有HRSG中的補(bǔ)充焚燒和借助于OTC且從HRSG到燃?xì)鉁u輪中的蒸汽噴射的根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的簡(jiǎn)圖；以及
圖4示出了類似于圖1和3的根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的簡(jiǎn)圖，其中附加的高壓蒸汽渦輪模塊借助于自動(dòng)離合器連接。
[0022]部件列表
10a-d聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠(CCPP)
11a, b燃?xì)鉁u輪
12壓縮機(jī)
13，14渦輪
15，16燃燒器
17，18單程冷卻器(OTC)
19余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)
20，30蒸汽渦輪 21冷凝器
22，22’補(bǔ)充焚燒(SF)
23a, b冷卻空氣管線 24給水管線 25-28，32蒸汽管線 30高壓蒸汽渦輪模塊 31離合器(自動(dòng)) 33高壓新鮮蒸汽管線 34給水管線 35水/蒸汽循環(huán)。
【具體實(shí)施方式】
[0023]本發(fā)明基本上組合了 CCPP燃?xì)鉁u輪蒸汽噴射和HRSG的單級(jí)或兩級(jí)補(bǔ)充焚燒來(lái)在補(bǔ)充焚燒SF關(guān)閉時(shí)改進(jìn)工廠的性能，并且在需要時(shí)提高功率儲(chǔ)備的能力。
[0024]直接地使用由用于蒸汽噴射的單程冷卻器(OTC)生成的蒸汽具有相比于來(lái)自HRSG的蒸汽抽取的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)化的形式的益處。
[0025]單獨(dú)的第二高壓蒸汽渦輪將進(jìn)一步提高工廠的性能和功率儲(chǔ)備能力。
[0026]如圖1中所示，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠(CCPP) 1a具有燃?xì)鉁u輪11a，燃?xì)鉁u輪Ila具有壓縮機(jī)12、兩個(gè)燃燒器15和16以及兩個(gè)渦輪13和14，設(shè)計(jì)有使用由冷卻空氣冷卻器(諸如單程冷卻器17和18)生成的蒸汽來(lái)通過(guò)蒸汽管線26增加功率的蒸汽噴射。蒸汽可噴射到所述空氣冷卻器17的空氣側(cè)入口或空氣側(cè)出口中，并且/或者直接地噴射到燃燒器15中(見(jiàn)圖1)。
[0027]至冷卻空氣冷卻器的熱空氣側(cè)(=空氣側(cè)入口)的蒸汽噴射具有避免水滴的益處，該水滴在將蒸汽噴射至冷卻空氣冷卻器的冷空氣側(cè)(=空氣側(cè)出口)時(shí)發(fā)生。至冷卻空氣冷卻器的熱空氣側(cè)用于增加燃?xì)鉁u輪功率(不必與補(bǔ)充焚燒組合)的此類蒸汽噴射是優(yōu)選實(shí)施例。
[0028]燃?xì)?