聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備，其具有燃氣渦輪(4)、將壓縮機(1)連接于渦輪(3)的軸(30)，以及第一發(fā)電機(22)、流體地連接于燃氣渦輪(4)的排氣的余熱回收蒸汽發(fā)生器(20)。余熱回收蒸汽發(fā)生器(20)具有至少一個頂部懸置管束(35)，其具有由管束懸架(28)連接于余熱回收鍋爐的支承結構的上歧管(24)、下歧管(25,26)，以及垂直地布置的換熱管。為了使熱蒸汽管的長度最小化，高壓新鮮蒸汽管將最后下過熱歧管(25)連接于高壓蒸汽渦輪(6)，并且/或者中壓熱再熱蒸汽管(11)將最后下再熱歧管(26)連接于中壓蒸汽渦輪(7)。除發(fā)電設備之外，公開了用以操作此類設備的方法。
【專利說明】
聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及具有燃氣渦輪余熱回收蒸汽發(fā)生器和蒸汽渦輪的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備。
【背景技術】
[0002]聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備的優(yōu)選布置中的當前一個是單軸布置。燃氣渦輪和蒸汽渦輪兩者布置在同一軸上，并且驅動共同的發(fā)電機。有利于該布置的主要驅動力在于源自僅需要一個大型發(fā)電機的事實的成本益處。
[0003]未來的設備將顯著大于當前的單軸動力系，并且我們將面臨較高的蒸汽參數(shù)，SP，較高的壓力和溫度。因此，若干設計參數(shù)變化，并且最佳構造可不同于當前單軸布置。
[0004]增大尺寸的問題中的一個在于蒸汽管線，其將對應地較粗。除朝增大的循環(huán)參數(shù)的趨勢之外，必須使用先進且更昂貴的鋼，這再次驅使了每單位蒸汽管線長度的成本升高。使蒸汽管路的長度最小化的新構造將是有利的。
[0005]此外，在單軸布置中，軸線的高度由低壓蒸汽渦輪的末級葉片的長度指示。燃氣渦輪和附接的發(fā)電機的昂貴基座因此高于單獨考慮燃氣渦輪要求實際所需的。
[0006]此外，通常用于單軸動力系的高效空氣冷卻的發(fā)電機具有尺寸方面的技術限制，這暗示用于未來燃氣渦輪的單軸設備將需要使用低效且更昂貴(第一成本對額定功率)的水冷發(fā)電機。因此，單軸布置的現(xiàn)今成本益處降低。
[0007]兩個理由導致了考慮使用多軸構造用于下一代的較大燃氣渦輪。常規(guī)地，蒸汽渦輪和其自身的發(fā)電機放置成以一偏移平行于燃氣渦輪軸線。例如，這些布置從US5649416獲知。兩個渦輪定位成使得它們可利用同一個起重機工作。在單軸布置的情況下跨越相當長的軸向距離的蒸汽管線現(xiàn)在在多軸布置中跨越較短的軸向距離。然而，蒸汽管線需要覆蓋附加的側向距離，使得總體長度仍與單軸動力布置中的長度相當。結果，已知的單軸和多軸聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備將面對關于布置、管路材料和成本的相當大挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本公開的一個方面在于提出一種新聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備，其具有燃氣禍輪和第一發(fā)電機。燃氣渦輪典型地包括壓縮機、燃燒器和渦輪，以及將壓縮機連接于渦輪的軸。在操作中，壓縮機使入口空氣加壓，其與燃料混合并且點燃用于在燃燒器中生成燃燒氣體，渦輪，其從離開燃燒器的熱氣體抽取能量。此外，余熱回收蒸汽發(fā)生器流體地連接于燃氣渦輪的排氣，以抽取剩余的有用熱，以及蒸汽渦輪，其利用以下中的至少一個連接于余熱回收蒸汽發(fā)生器:高壓新鮮蒸汽管、中壓熱再熱蒸汽管和低壓蒸汽管。蒸汽渦輪軸連接具有高壓蒸汽渦輪和/或中壓蒸汽渦輪和第二發(fā)電機的蒸汽渦輪布置。
[0009]為了使管路長度最小化，高壓蒸汽渦輪和/或中壓蒸汽渦輪布置成直接在余熱回收蒸汽發(fā)生器旁邊，并且高壓新鮮蒸汽管和/或中壓熱再熱蒸汽管連接于余熱回收蒸汽發(fā)生器。
[0010]余熱回收蒸汽發(fā)生器典型地為高結構，并且蒸汽管線常規(guī)地從余熱回收蒸汽發(fā)生器的頂部取得，并且從頂部進入蒸汽渦輪。為了減小蒸汽管路長度，高壓新鮮蒸汽管將最后下過熱歧管連接于高壓蒸汽渦輪，并且/或者中壓熱再熱蒸汽管將最后下再熱歧管連接于中壓蒸汽渦輪。最后下歧管為從管束的換熱器管收集蒸汽的管束的底部處的歧管，其沿從管束的頂部至底部的垂直方向在HRSG內(nèi)側的熱氣體流動路徑中延伸。在蒸汽離開HRSG之前，其為在蒸汽的流動方向上的最末歧管。其典型地為相應區(qū)段的歧管，該相應區(qū)段關于HRSG中的熱氣體的流動方向在上游最遠處，S卩，最后下過熱歧管為在關于過熱器內(nèi)的熱氣體流的最上游位置處從管束收集蒸汽的歧管，并且最后下再熱歧管為在關于再熱器內(nèi)的熱氣體流的最上游位置處從管束收集蒸汽的歧管。最后管束為在關于HRSG內(nèi)的熱氣體流的最上游位置處，或在HRSG的區(qū)段(S卩，再熱器或過熱器)的最上游位置處的管束。
[0011]為了實現(xiàn)蒸汽渦輪與余熱回收蒸汽發(fā)生器的此類連接，提出了余熱回收蒸汽發(fā)生器的修改的設計，其能夠吸收或減少由余熱回收蒸汽發(fā)生器(HRSG)結構內(nèi)的熱擴張引起的移動，特別是減少至熱蒸汽管的連接點的移動。
[0012]根據(jù)一個實施例，高壓新鮮蒸汽管和/或中壓熱再熱蒸汽管沒有擴張環(huán)。
[0013]根據(jù)實施例，聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備的余熱回收蒸汽發(fā)生器具有用于煙道氣體的水平流動路徑，以及用于高壓蒸汽的至少一個頂部懸置管的管束，和/或用于中壓蒸汽的一個頂部懸置管的管束，它們均包括具有并行蒸汽流的若干管排。管束中的管典型地布置成一組直且平行的換熱器管，其在頂部和底部處連接于歧管。蒸汽從頂部通過上歧管進入最后過熱或再熱管束，從該上歧管處，蒸汽分送至換熱器管。加熱的蒸汽通過公共下歧管離開管束。將熱蒸汽引導至相應的蒸汽渦輪的至少一個蒸汽管線是相應下歧管的基本上直的軸向延伸部。
[0014]最后過熱或再熱管束的管系統(tǒng)和其支承結構以如下方式設計成使得不可避免的熱位移可容納或至少部分地容納在HRSG內(nèi)。
[0015]沿軸向方向(平行于煙道氣體流)的水平移動可由換熱器管容易地吸收，該換熱器管為長且柔性的。此類移動的必要擴展還可通過使HRSG中和/或蒸汽渦輪結構中/處的相應固定點對準來有效減小。HRSG中和/或蒸汽渦輪結構中/處的相應固定點可在一個平面中。例如，固定點可在正交于HRSG中的煙道氣體的流動方向的平面中。
[0016]固定點是其中管、管束或歧管機械地固定或支承的位置。固定點可具有所有三個維度上、平面中或僅一個方向上的機械固定。
[0017]根據(jù)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備的實施例，蒸汽管與HRSG在相應的下歧管處的連接不是固定的，而是可在蒸汽管和管束熱膨脹時改變其位置。在該實施例中，上歧管的懸置的錨定是固定的。
[0018]根據(jù)設備的另一個實施例，高壓新鮮蒸汽管至最后下過熱歧管的連接和最后下過熱歧管沒有固定點。作為備選或組合地，中壓熱再熱蒸汽管至最后下再熱歧管的連接和最后下再熱歧管沒有固定點。
[0019]在該上下文中，沒有固定點意味著歧管和管并未在它們的移動上機械地受限，SP，不存在機械約束。
[0020]在又一備選方案中，沒有固定點可意味著不存在一個平面中的移動的機械約束，即，高壓新鮮蒸汽管至最后下過熱歧管的連接和最后下過熱歧管能夠在正交于HRSG中的熱氣體的流動方向的平面中自由移動，但引導件或支承件可限制或緩沖管束在流動方向上的移動。類似地，中壓熱再熱蒸汽管至最后下再熱歧管的連接和最后下再熱歧管可能夠在正交于流動方向的平面中自由移動。
[0021]在聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備的又一個實施例中，用于高壓蒸汽的頂部懸置管束的管束懸架具有沿高壓新鮮蒸汽管的方向的固定點。作為備選或組合地，用于中壓熱再熱的頂部懸置管束的管束懸架具有沿中壓熱再熱蒸汽管的方向的固定點。相應的管的方向為在HRSG的對接部處(例如，在至下歧管的連接處)的管的軸向延伸。
[0022]用于再熱蒸汽管的固定點可在至中壓蒸汽渦輪的連接處，并且在用于中壓熱再熱蒸汽的頂部懸置管束的管束懸架處。用于新鮮高壓蒸汽管的固定點可在至高壓蒸汽渦輪的連接處，并且在用于高壓蒸汽的頂部懸置管束的管束懸架處。
[0023]沿側向方向(正交于煙道氣體流)的水平移動基本上由蒸汽管線的熱膨脹引起。蒸汽渦輪的軸線的位置由其真實性質固定。因此，蒸汽管線的熱膨脹導致了下歧管的側向位移。此類位移取決于蒸汽管的長度，并且可例如為大約20cm。鑒于直換熱器管的相當大長度(例如，大約20m)，如果下歧管沿水平方向移位，同時上歧管保持在實際上不變的水平位置處，則產(chǎn)生相當小的力。得到的小力可由蒸汽管線傳遞并且由其支承結構吸收。
[0024]下歧管的垂直移動應當減小，以限制蒸汽管線中的彎矩。為了實現(xiàn)這一切，過熱管束或再熱管束的懸架設計成使得上歧管可改變其垂直位置，即，能夠沿垂直方向移動，以補償管束的管的熱擴張的至少部分。
[0025]換言之，余熱回收蒸汽發(fā)生器包括管束懸架，其能夠沿垂直方向移動來至少部分地補償管束的熱膨脹。
[0026]根據(jù)一個實施例，管束懸架包括彈簧以允許垂直移動。彈簧可設計成承載管束和歧管的重量。當管束由于溫度變化而膨脹時，彈簧收縮，并且僅重量的一小部分(例如，比懸置重量小一個或兩個數(shù)量級)將依靠在相應最末下歧管至蒸汽渦輪的蒸汽管連接上。因此，小的可接受的力(即，僅導致彈性變形的力)將施加于蒸汽管，這可導致管和最末下歧管的彎曲和小位移。
[0027]根據(jù)又一個實施例，用于高壓蒸汽的最后下歧管和高壓新鮮蒸汽管可沿直線布置。作為備選或組合地，用于中壓蒸汽的最后下歧管和熱再熱蒸汽管可沿直線布置。該直線可優(yōu)選為水平的。實際上，其可構造有如排放所需的小傾斜。
[0028]此外，高壓新鮮蒸汽管可具有單個管路固定點，其可為高壓新鮮蒸汽管至高壓蒸汽渦輪的連接部。類似地，熱再熱蒸汽管可具有熱再熱蒸汽管至中壓蒸汽渦輪的連接部處的單個管路固定點。
[0029]根據(jù)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備的又一個實施例，高壓新鮮蒸汽管連接于高壓蒸汽渦輪的底部半部。作為備選或組合地，熱再熱蒸汽管連接于中壓蒸汽渦輪的底部半部。作為優(yōu)選，蒸汽管可利用彎頭從下方垂直地連接。相比于該布置，高壓和熱再熱蒸汽管在常規(guī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備中連接于對應蒸汽渦輪的頂部，因為蒸汽供應管線源自余熱回收蒸汽發(fā)生器的頂部。蒸汽渦輪的軸的高度典型地由末級葉片的長度和冷凝器的選擇布置指示。這導致蒸汽渦輪布置的高度，其在高壓蒸汽渦輪和中壓蒸汽渦輪的入口下方留下足夠空間，以從相應渦輪下方以蒸汽管線進入。
[0030]為了使熱蒸汽管路的長度最小化，蒸汽渦輪布置成盡可能接近余熱回收蒸汽發(fā)生器。典型地需要最小距離來建造或收納蒸汽渦輪，并且允許至蒸汽渦輪的良好可接近性。HRSG與高壓或中壓蒸汽渦輪之間的距離可例如減小為蒸汽渦輪殼的直徑的3倍以下。根據(jù)一個實施例，蒸汽渦輪布置軸線之間的距離可減小至低壓蒸汽渦輪的外殼的直徑的一倍以下。
[0031]余熱回收蒸汽發(fā)生器具有與燃氣渦輪的熱煙道氣體的主流動方向對準的縱向方向。根據(jù)又一個實施例，軸或燃氣渦輪與余熱回收蒸汽發(fā)生器的縱向方向沿軸向對準。此夕卜，高壓蒸汽渦輪和/或中壓蒸汽渦輪的軸可布置成平行于余熱回收蒸汽發(fā)生器的縱向方向。
[0032]根據(jù)備選實施例，高壓蒸汽渦輪和/或中壓蒸汽渦輪的軸布置成與余熱回收蒸汽發(fā)生器的縱向方向成直角。
[0033]常規(guī)余熱回收蒸汽發(fā)生器可包括減熱器，其典型地布置在余熱回收蒸汽發(fā)生器的頂部上。離開余熱回收蒸汽發(fā)生器的熱端的蒸汽在其進入蒸汽管路之前穿過減熱器。水噴霧可噴射到減熱器中，以控制蒸汽參數(shù)，特別是控制蒸汽溫度。為了允許噴射的液滴的完全蒸發(fā)，蒸汽中的液滴的最小停留時間必須在蒸汽到達蒸汽渦輪之前確保。在具有長蒸汽管路的常規(guī)設備中，蒸汽管線中的停留時間足以確保噴射的水的完全蒸發(fā)。
[0034]此類構造是適當?shù)?，只要GT排出氣體的溫度在所有操作情況下足夠低，使得不需要保護鍋爐內(nèi)部換熱器管免受過高溫度。特別是在本申請開頭處的先進蒸汽參數(shù)下，此類保護可為所需的。在此類情況下，有利的是將減熱器站安裝在最后過熱器上游(即，在冷側上)，并且消除鍋爐出口處的減熱器站。
[0035]此外，利用提出的新布置，在蒸汽進入蒸汽渦輪之前，如果水噴射在余熱回收蒸汽發(fā)生器下游，則管可對于完全蒸發(fā)而言太短。為此提出了余熱回收蒸汽發(fā)生器內(nèi)的新減熱器位置，使得噴射的水將在管束內(nèi)完全蒸發(fā)。
[0036]對于高過程溫度而言，該新布置還具有的優(yōu)點在于，最末管束的最高溫度可利用減熱器控制，因此允許保護管束免于過熱。
[0037]除發(fā)電設備之外，一種用于操作聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備的方法是本公開的目的。該方法涉及操作聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備，其具有聯(lián)接于第一發(fā)電機的燃氣渦輪、流體地連接于燃氣渦輪的排氣器的余熱回收蒸汽發(fā)生器，以及包括高壓蒸汽渦輪和/或中壓蒸汽渦輪和第二發(fā)電機的蒸汽渦輪布置，其中高壓蒸汽渦輪和/或中壓蒸汽渦輪布置在余熱回收蒸汽發(fā)生器旁邊。余熱回收蒸汽發(fā)生器具有水平流動路徑和用于高壓蒸汽的至少一個頂部懸置管束，其包括由管束懸架連接于余熱回收蒸汽發(fā)生器的支承結構的上歧管、下過熱歧管，以及垂直地布置的換熱管，和/或用于中壓蒸汽的至少一個頂部懸置管束，其包括由管束懸架連接于余熱回收蒸汽發(fā)生器的支承結構的上歧管、下再熱歧管，以及垂直地布置的換熱管。設備還至少包括將最后下過熱歧管連接于高壓蒸汽渦輪的高壓新鮮蒸汽管，和/或將最后下再熱歧管連接于中壓蒸汽渦輪的中壓熱再熱蒸汽管。
[0038]該方法特征在于，高壓新鮮蒸汽管的熱膨脹通過使管束的換熱器管在正交于余熱回收蒸汽發(fā)生器中的煙道氣體流的方向的平面中沿水平方向彎曲來補償，并且/或者中壓熱再熱蒸汽管的熱膨脹通過使管束的換熱器管在正交于余熱回收蒸汽發(fā)生器中的熱氣體流的方向的平面中沿水平方向彎曲來補償。此外，管束的換熱器管的熱膨脹通過管束懸架的收縮來至少部分地補償。
[0039]實現(xiàn)聯(lián)合發(fā)電設備和用于操作以上描述的聯(lián)合發(fā)電設備的方法的重要元素是將管束用作補償器。根據(jù)一個實施例，HRSG的過熱器的最末管束可用作用于連接于管束的下過熱歧管的高壓新鮮蒸汽管的熱延伸的補償器。具體而言，管束可用于補償蒸汽管的軸向延伸。該膨脹典型地在正交于HRSG中的煙道氣體的流動方向和正交于管束的換熱管的軸向延伸的平面中。類似地，HRSG的再熱器的最末管束可用于補償連接于管束的下再熱歧管的中壓熱再熱蒸汽管的熱延伸。
[0040]所有這些實施例都可單獨或組合使用。以上描述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備可包括如例如從EP0620363 BI或EP0718470 A2獲知的單個燃燒燃氣渦輪或連續(xù)燃燒燃氣渦輪。
【附圖說明】
[0041]將在下面借助于附圖更詳細描述本發(fā)明、其性質以及其優(yōu)點。參照附圖:
圖1示意性地示出了具有單軸動力系的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備的實例，
圖2a和b示意性地示出了從現(xiàn)有技術獲知的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備布置，
圖2c到2g示意性地示出了公開的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備布置的實例，
圖3a和3c示意性地示出了提出的新余熱回收蒸汽發(fā)生器布置的實例，
圖3b和3d示意性地示出了在其中管束和蒸汽管熱膨脹的熱操作狀態(tài)中的、圖3a或3c的提出的新余熱回收蒸汽發(fā)生器布置的實例，
圖4示意性地示出了具有減熱器的提出的新余熱回收蒸汽發(fā)生器布置的實例的側視圖。
【具體實施方式】
[0042]相同或功能同樣的元件在下面設有相同的標記。指示的值和大小規(guī)格僅為示例性的值，并且并未構成對此類大小而言的本發(fā)明的任何限制。
[0043]圖1中示出了具有單軸動力系的現(xiàn)有技術的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備的示例性布置。燃氣渦輪4供應有壓縮機入口氣體19和燃料。壓縮機入口氣體19(例如空氣)在壓縮機I中壓縮。壓縮的氣體用于燃料在燃燒器2中的燃燒，并且加壓熱氣體在渦輪3中膨脹。在渦輪3中的膨脹期間，加壓熱燃燒氣體驅動渦輪輸送機械功率。壓縮機和渦輪布置在一個軸30上。第一發(fā)電機22還機械地聯(lián)接于軸30。
[0044]燃氣渦輪的熱煙道氣體17(也稱為排出氣體)在它們作為煙道氣體29釋放至環(huán)境之前，穿過生成用于蒸汽渦輪6，7，8的新鮮蒸汽的余熱回收蒸汽發(fā)生器20。蒸汽渦輪6，7，8以關于燃氣渦輪4和第一發(fā)電機22的單軸構造布置。離開低壓蒸汽渦輪8的蒸汽發(fā)送至冷凝器16，并且作為給水21返回至余熱回收蒸汽發(fā)生器20。蒸汽循環(huán)簡化并且示意性地示出為沒有給水栗、滾筒等，因為這些不是本發(fā)明的主題。
[0045]在該實例中，示出了具有三個壓力水平的余熱回收蒸汽發(fā)生器20，該三個壓力水平包括高壓蒸汽、中壓蒸汽和低壓蒸汽。高壓新鮮蒸汽管9提供成將高壓蒸汽輸送至高壓蒸汽渦輪6。中壓熱再熱蒸汽管11提供成將熱再熱中壓蒸汽輸送至中壓蒸汽渦輪7。來自高壓蒸汽渦輪6的蒸汽在冷再熱管線10中返回至余熱回收蒸汽發(fā)生器20，并且蒸汽在余熱回收蒸汽發(fā)生器20中再熱。來自中壓蒸汽渦輪7的蒸汽穿過回流管12(也稱為交叉管線)，并且與來自HRSG的LP蒸汽13結合，并且進入LP蒸汽渦輪8，來自低壓蒸汽渦輪8的蒸汽穿過冷凝器頸部14到冷凝器16中。離開冷凝器的冷凝物作為給水21經(jīng)過回到余熱回收蒸汽發(fā)生器20。
[0046]高壓/中壓蒸汽管9，11中的各個具有兩個固定點5:—個在最后過熱/再熱管束的支承部處，而另一個在與高壓/中壓渦輪的連接部處。蒸汽管9，11，13以及蒸汽回流管10，12，14的路線包括擴張環(huán)15，其吸收管路的熱膨脹。
[0047]圖2a示出了具有如從現(xiàn)有技術獲知的多軸布置的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備布置。燃氣渦輪4和第一發(fā)電機22對準并且由軸30連接。余熱回收蒸汽發(fā)生器20布置在燃氣渦輪4下游。入口氣體19提供至燃氣渦輪4，并且煙道氣體29釋放至環(huán)境。
[0048]在該實例中，蒸汽渦輪包括高壓蒸汽渦輪6、中壓蒸汽渦輪7和低壓蒸汽渦輪8，它們沿軸31布置并且驅動第二發(fā)電機23。蒸汽渦輪6，7，8和燃氣渦輪4布置成平行于彼此，使得共同的起重機(未示出)可用于包括第一發(fā)電機22的燃氣渦輪4，以及具有第二發(fā)電機23的蒸汽渦輪6，7，8兩者。
[0049]圖2b示出了具有用于提出的新多軸布置的實例的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備布置。如圖2a中，燃氣渦輪4和第一發(fā)電機22對準并且由軸30連接。余熱回收蒸汽發(fā)生器20布置在燃氣渦輪4下游。管路和燃氣渦輪構件與圖1中所示的相同，但是為了清楚起見極大地簡化或省略。
[0050]在該實例中，蒸汽渦輪6，7，8也包括高壓蒸汽渦輪6、中壓蒸汽渦輪7和低壓蒸汽渦輪8，它們沿軸31布置并且驅動第二發(fā)電機23。此外，在該實例中，蒸汽渦輪6，7，8和燃氣渦輪4布置成在90°的角之下，其中第一發(fā)電機22和第二發(fā)電機23在彼此旁邊。另外關于該布置，共同的起重機(未示出)可用于如下兩者:包括第一發(fā)電機22的燃氣渦輪4，以及具有第二發(fā)電機23的蒸汽渦輪6，7，8。
[0051]由于余熱回收蒸汽發(fā)生器典型地不在收納渦輪的建筑物中，并且將對于起重機橋而言過高，故圖2a和2b中所示的渦輪布置在余熱回收蒸汽發(fā)生器上游的區(qū)域中。
[0052]圖2c到2g均示出了根據(jù)本發(fā)明的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備布置的實例。它們包括與圖2a和2b中所示的布置相同的元件。此處，蒸汽渦輪6，7，8不布置在燃氣渦輪4旁邊，而是在余熱回收蒸汽發(fā)生器20旁邊。
[0053]在圖2c中，連接蒸汽渦輪6，7，8和第二發(fā)電機23的軸31布置成平行于余熱回收蒸汽發(fā)生器的縱向方向。高壓蒸汽渦輪6和中壓蒸汽渦輪7布置成平行于余熱回收蒸汽發(fā)生器20的上游區(qū)段(例如，上游半部)，以最小化從余熱回收蒸汽發(fā)生器到蒸汽渦輪6，7的所需管路長度。
[0054]為了最小化蒸汽管長度，高壓蒸汽渦輪6的入口在與最后過熱器管束36的出口歧管相同的軸向位置處，并且中壓蒸汽渦輪7的入口在與最后再熱器管束37的出口歧管相同的軸向位置處。過熱器36在余熱回收蒸汽發(fā)生器20中布置在再熱器37上游。高壓蒸汽渦輪6具有帶余熱回收蒸汽發(fā)生器20中的熱氣流的逆流的軸向延伸，并且中壓蒸汽渦輪7具有與余熱回收蒸汽發(fā)生器20中的熱氣流重合的軸向延伸。第二發(fā)電機23在其下游端處聯(lián)接于高壓蒸汽渦輪，并且低壓蒸汽渦輪8在中壓蒸汽渦輪的出口端處經(jīng)由軸31連接于中壓蒸汽渦輪。低壓蒸汽渦輪7具有與余熱回收蒸汽發(fā)生器20中的熱氣流重合的軸向延伸;蒸汽在關于第二發(fā)電機23的遠端處，在具有足夠空間來容易地連接和布置冷凝器(未示出)的位置處離開低壓蒸汽渦輪。
[0055]在圖2d中，連接蒸汽渦輪6，7，8和第二發(fā)電機23的軸31布置成與余熱回收蒸汽發(fā)生器的縱向方向成直角。高壓蒸汽渦輪6布置有在余熱回收蒸汽發(fā)生器20旁邊的其前面和入口。中壓蒸汽渦輪7沿指離余熱回收蒸汽發(fā)生器20的方向布置在高壓蒸汽渦輪6旁邊。在該布置中，至高壓蒸汽渦輪6的所需管路長度最小化。為此，高壓蒸汽渦輪6的入口在與過熱器36的管束和最后歧管相同的軸向位置處。高壓蒸汽管9可作為直線從最末歧管延伸至高壓蒸汽渦輪6的入口。
[0056]至高壓蒸汽渦輪6的管路長度可保持較短。相比于其它布置，第二發(fā)電機23在低壓蒸汽渦輪8的端部處連接于蒸汽渦輪6，7，8。
[0057]圖2e的實施例基于圖2c。為了使蒸汽渦輪6，7，8的推力更好地平衡，中壓蒸汽渦輪7的流動方向為相反的，并且定向成與余熱回收蒸汽發(fā)生器20中的煙道氣體17流成逆流。由于中壓蒸汽禍輪7的軸向延伸，故入口并未在與再熱器37的管束和最末歧管相同的軸向平面中。因此，中壓熱再熱蒸汽管11具有沿軸向方向的彎曲，后接平行于煙道氣體17流動方向的管區(qū)段，以及用于連接于中壓蒸汽渦輪7的第二彎曲部。
[0058]圖2f的實施例也基于圖2c。在該實施例中，高壓蒸汽渦輪6和中壓蒸汽渦輪7的定向和位置轉換。對應地，再熱器37位于過熱器36上游的余熱回收蒸汽發(fā)生器20的進口處。
[0059]再次為了最小化蒸汽管長度，高壓蒸汽渦輪6的入口在與過熱器36的管束和最后歧管25相同的軸向位置處，并且中壓蒸汽渦輪7的入口在與再熱器37的管束和最后歧管26相同的軸向位置處。在各個情況中，直蒸汽管9，11將相應的蒸汽渦輪6，7連接于相應的最后歧管25,26。
[0060]圖2g的實施例基于圖2f。為了使蒸汽渦輪6，7，8的軸向推力平衡，高壓蒸汽渦輪6布置在中壓蒸汽渦輪7與第二發(fā)電機23之間，并且沿與中壓蒸汽渦輪7相同的方向定向。對應地，再熱器37位于過熱器36上游的余熱回收蒸汽發(fā)生器20的進口處。
[0061]為了將高壓蒸汽渦輪6連接于過熱器36的最末歧管，高壓新鮮蒸汽管9具有沿軸向方向的上游彎曲，后接與熱氣體流動方向平行且成逆流的管區(qū)段，以及用于連接于高壓蒸汽禍輪6的第二彎曲部。
[0062]LP蒸汽渦輪在所有圖2.1到2.g中示為具有軸向蒸汽排氣的單流動渦輪。其也可為具有側向蒸汽排氣的雙流動渦輪。
[0063]為了完全利用公開的設備布置，提出了具有新公開的余熱回收蒸汽發(fā)生器20和蒸汽管9，11的布置。圖3a示出了近地板安裝的蒸汽渦輪的情形。
[0064]提出的余熱回收蒸汽發(fā)生器20具有水平流動路徑，并且包括至少一個頂部懸置管束35 ο管束35包括上歧管24，其由管束懸架28連接于余熱回收蒸汽發(fā)生器20的支承結構、下歧管25，26和垂直地布置的換熱管。余熱回收蒸汽發(fā)生器20包括用于高壓蒸汽的至少一個此類管束35，或用于再熱中壓蒸汽的一個管束35。余熱回收蒸汽發(fā)生器20的其它構件從現(xiàn)有技術獲知并且不在此處示出。
[0065]換熱管典型地布置為上和下歧管24，25，26(也稱為上集管和下集管)之間的管排或管組。用于供給蒸汽的入口 27在頂部處布置成通向上歧管24。
[0066]在各個情況中，最后下歧管25，26直接地連接于蒸汽管9，11，其將余熱回收蒸汽發(fā)生器20連接于相應的蒸汽渦輪6，7。對應地，用于高壓蒸汽的下歧管25由高壓新鮮蒸汽管9連接于高壓蒸汽渦輪6，并且用于中壓蒸汽的下歧管25由中壓熱再熱蒸汽管11連接于中壓蒸汽渦輪7。蒸汽管9,11在對應的蒸汽渦輪6，7處固定于管路固定點5。
[0067]在直換熱管為在操作期間加熱或冷卻的各個管束35時，上歧管和下歧管24，25，26之間的距離變化。例如，直換熱器管可為大約20m長，由于操作溫度變化而導致大約20cm的長度變化。管束懸架28可吸收得到的移動的至少部分。圖3a的實例在圖3b中示為在熱操作狀態(tài)中。在所示實例中，管束懸架28為彈簧加載的，并且垂直地向上拉上歧管24。由于管束35的熱膨脹，故彈簧的長度減小，因此減小了彈簧力。因此，小力將施加于蒸汽管9，11，蒸汽管9,11在固定點5處固定于蒸汽渦輪6，7。由于該力，故蒸汽管9,11可彎曲。該彎曲可導致蒸汽管垂直位置，以及最后下過熱歧管25或最后下再熱歧管26的位置和定向的偏差，其與至固定點5的水平距離成比例。在遠端處，最后下歧管25，26將降低第一位移Ay1，并且在較接近固定點5的端部處，其將降低第二位移△ y2。第一位移△ 71可大于第二位移Δ y2。
[0068]對應于第一位移Δ yi和第二位移Δ y2，上歧管24由管束懸架28升高第三位移Δ y3和第四位移△ y4。最后下歧管25,26的遠端上方的上歧管的遠端的第三位移△ y3等于由熱膨脹引起的管束35的伸長減去第一位移Ay1。較接近固定點5的最后下歧管25，26的端部上方的上歧管的端部的第四位移A y4等于由熱膨脹引起的管束35的伸長減去第二位移Δ y2。
[0069]蒸汽渦輪的固定點5具有至蒸汽管9，11至最后下歧管25，26的連接部的距離d。距離d導致由操作期間的蒸汽管9，11的熱膨脹引起的最后下歧管的水平方向上的位移△ X。由于換熱器管為長且柔性的，故該位移可由管束35容易地吸收。
[0070]關于如何利用公開的設備布置(具有新公開的余熱回收蒸汽發(fā)生器20和蒸汽管9，11的布置)的第二實例在圖3c中示出。
[0071]圖3c的實例基于圖3a的實例。其與圖3a的實例的差別在于，蒸汽渦輪6，7提升到地面上方(所謂的臺安裝的蒸汽渦輪)。在該實例中，蒸汽渦輪6，7安裝在蒸汽渦輪臺39上。在該上下文中，臺安裝可包括安裝在高基座上，例如，該高基座可延伸到支承的蒸汽渦輪的殼的半徑的至少一半或更多的、地面上方的高度。
[0072]由于蒸汽渦輪6，7的提升的安裝，故蒸汽管9，11包括附加區(qū)段，該附加區(qū)段在其彎曲至沿水平方向延伸至最后下歧管25，26的區(qū)段之前從固定點5沿垂直方向向下延伸。
[0073]由于由蒸汽管9，11的垂直區(qū)段的熱膨脹引起的伸長，故蒸汽管9，11的水平區(qū)段將沿垂直方向向下移動位移△ y5。該垂直位移A y5至少部分地補償管束的延伸，并且疊加在由蒸汽管9，11的彎曲引起的位移△ yi，△ 72上。管束懸架28的所需補償△ y3，△ y4對應地減小。
[0074]圖4示意性地示出了提出的新余熱回收蒸汽發(fā)生器20的實例的側視圖，其中懸置的過熱或再熱管束35布置成接近熱煙道氣體17的入口(在該示意圖中省略了熱煙道氣體17流中進一步下游的熱傳遞元件)。懸置管束35由管束懸架28從余熱回收蒸汽發(fā)生器的頂部固持在它們的適當位置。它們包括由連結管34連接的下歧管25，26和上歧管24。減熱器32沿穿過余熱回收蒸汽發(fā)生器20的煙道氣體17的流動方向以第一(最后)與第二管束35之間的連結布置。
[0075]水噴霧33可噴射到減熱器32中，以控制通過蒸汽管9，11離開第一管束35的下歧管25，26(沿煙道氣體17的流動方向)的蒸汽參數(shù)(溫度)。此外，由于減熱器布置在暴露于熱煙道氣體17的最后懸置管束35上游(相對于蒸汽流)，故管束35的最大材料溫度可利用減熱器32控制。
[0076]本領域技術人員將認識到，本發(fā)明可以以其它特定形式實施，而不脫離其精神或基本特征。當前公開的實施例因此在所有方面都認作是示范性而非限制性的。
[0077]部件列表 I壓縮機2燃燒器3渦輪
4燃氣渦輪GT5管路固定點
6HP蒸汽渦輪(高壓)
7MP蒸汽渦輪(中壓)
8LP蒸汽渦輪(低壓)
9高壓新鮮蒸汽管10高壓回流管
11中壓熱再熱蒸汽管12中壓回流管13低壓蒸汽管14低壓回流管15膨脹接頭16冷凝器
17熱煙道氣體(至余熱回收蒸汽發(fā)生器)18鍋爐附件(滾筒、栗)
19壓縮機入口氣體
20 HRSG(余熱回收蒸汽發(fā)生器)
21給水22第一發(fā)電機23第二發(fā)電機24上歧管25下過熱歧管26下再熱歧管27入口28管束懸架29煙道氣體(至環(huán)境)
30軸
31蒸汽渦輪軸
32減熱器33水噴射24連結管35管束36過熱器37再熱器38緩沖器39蒸汽渦輪臺h高度d距離r半徑
Ax沿水平方向的熱擴張Ay沿垂直方向的熱擴張。
【主權項】
1.一種聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備，其具有聯(lián)接于第一發(fā)電機(22)的燃氣渦輪(4)、流體地連接于所述燃氣渦輪(4)的排氣的余熱回收蒸汽發(fā)生器(20)，以及蒸汽渦輪布置(6，7，8)，所述蒸汽渦輪布置(6，7，8)包括利用以下中的至少一個連接于所述余熱回收蒸汽發(fā)生器(20)的高壓蒸汽渦輪(6)和/或中壓蒸汽渦輪(7)和/或低壓蒸汽渦輪(8):高壓新鮮蒸汽管(9)、中壓熱再熱蒸汽管(11)和低壓蒸汽管(13)，以及連接所述蒸汽渦輪布置(6，7，8)和第二發(fā)電機(23)的蒸汽渦輪軸(31)，其特征在于，所述高壓蒸汽渦輪(6)和/或中壓蒸汽渦輪(7)布置在所述余熱回收蒸汽發(fā)生器旁邊，其中所述高壓新鮮蒸汽管(9)將最后下過熱歧管(25)連接于所述高壓蒸汽渦輪(6)，并且/或者所述中壓熱過熱蒸汽管(11)將最后下再熱歧管(26)連接于所述中壓蒸汽渦輪(7)。2.根據(jù)權利要求1所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備，其特征在于，所述高壓新鮮蒸汽管(9)和/或所述中壓熱再熱蒸汽管(11)沒有擴張環(huán)(15)。3.根據(jù)權利要求1或權利要求2所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備，其特征在于，所述余熱回收蒸汽發(fā)生器(20)具有水平流動路徑，和用于高壓蒸汽的至少一個頂部懸置管束(35)，其包括由管束懸架(28)連接于所述余熱回收鍋爐的支承結構的上歧管(24)、下過熱歧管(25)，以及垂直地布置的換熱管，和/或用于中壓蒸汽的至少一個頂部懸置管束(35)，其包括由管束懸架(28)連接于所述余熱回收鍋爐的支承結構的上歧管(24)、下再熱歧管(26)，以及垂直地布置的換熱管，其中所述余熱回收蒸汽發(fā)生器(20)包括管束懸架(28)，其能夠沿垂直方向移動來至少部分地補償所述管束(35)的熱膨脹。4.根據(jù)權利要求3所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備，其特征在于，所述管束懸架(28)包括彈 O5.根據(jù)權利要求1至權利要求4中的一項所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備，其特征在于，用于高壓的所述最后下過熱歧管(25)和所述高壓新鮮蒸汽管(9)，和/或用于中壓的所述最后下再熱歧管(26)和所述中壓熱再熱蒸汽管(11)沿直線布置。6.根據(jù)權利要求1至權利要求5中的一項所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備，其特征在于，所述高壓新鮮蒸汽管(9)和/或所述中壓再熱蒸汽管(11)由水平區(qū)段和彎頭構成，或者由水平區(qū)段、彎頭和垂直區(qū)段構成。7.根據(jù)權利要求1至權利要求6中的一項所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備，其特征在于，所述高壓新鮮蒸汽管(9)具有所述高壓新鮮蒸汽管(9)至所述高壓蒸汽渦輪(6)的連接部處的單個管路固定點， 并且/或者所述熱再熱蒸汽管(11)具有所述熱再熱蒸汽管(11)至所述中壓蒸汽渦輪(7)的連接部處的單個管路固定點。8.根據(jù)權利要求1至權利要求7中的一項所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備，其特征在于，所述高壓新鮮蒸汽管(9)至所述最后下過熱歧管(25)的連接部沒有固定點，并且/或者所述中壓熱再熱蒸汽管(11)至所述最后下再熱歧管(26)的連接部沒有固定點。9.根據(jù)權利要求1至權利要求8中的一項所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備，其特征在于，用于高壓蒸汽的所述頂部懸置管束(35)的所述管束懸架(28)具有沿所述高壓新鮮蒸汽管(9)的軸向延伸的方向的固定點，并且/或者用于中壓熱再熱的所述頂部懸置管束(35)的所述管束懸架(28)具有沿所述中壓熱再熱蒸汽管(11)的軸向延伸的方向的固定點。10.根據(jù)權利要求1至權利要求9中的一項所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備，其特征在于，所述高壓新鮮蒸汽管(9)從下方連接于所述高壓蒸汽渦輪(6)，并且/或者所述熱再熱蒸汽管(11)從下方連接于所述中壓蒸汽渦輪(7)。11.根據(jù)權利要求1至權利要求10中的一項所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備，其特征在于，所述高壓新鮮蒸汽管(9)利用管彎頭連接于所述高壓蒸汽渦輪(6)，并且/或者所述熱再熱蒸汽管(11)利用管彎頭連接于所述中壓蒸汽渦輪(7)，并且所述管彎頭的平均半徑(r)與管直徑之比大于2。12.根據(jù)權利要求1至權利要求11中的一項所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備，其特征在于，余熱回收蒸汽發(fā)生器(20)具有與所述主流動方向對準的縱向方向，并且所述高壓蒸汽渦輪(6)和/或所述中壓蒸汽渦輪(7)的所述軸(30)布置成平行于所述余熱回收蒸汽發(fā)生器(20)的縱向方向。13.根據(jù)權利要求1至權利要求12中的一項所述的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備，其特征在于，所述中壓蒸汽渦輪(7)和所述高壓蒸汽渦輪(6)中的至少一個為臺安裝的，并且所述高壓新鮮蒸汽管(9)具有沿垂直方向的延伸，并且/或者所述中壓熱再熱蒸汽管(11)具有沿垂直方向的延伸，使得由于在操作期間的所述管的熱膨脹，故補償所述管束(35)的熱膨脹的至少部分。14.一種用于操作聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備的方法，所述聯(lián)合循環(huán)發(fā)電設備具有聯(lián)接于第一發(fā)電機(22)的燃氣渦輪(4)、流體地連接于所述燃氣渦輪(4)的排氣的余熱回收蒸汽發(fā)生器(20)，以及蒸汽渦輪布置(6，7，8)，其包括高壓蒸汽渦輪(6)和/或中壓蒸汽渦輪(7)和第二發(fā)電機(23)，其中所述高壓蒸汽渦輪(6)和/或中壓蒸汽渦輪(7)布置在所述余熱回收蒸汽發(fā)生器(20)旁邊， 其中所述余熱回收蒸汽發(fā)生器(20)具有水平流動路徑，和用于高壓蒸汽的至少一個頂部懸置管束(35)，其包括由管束懸架(28)連接于所述余熱回收蒸汽發(fā)生器(20)的支承結構的上歧管(24)、下過熱歧管(25)，以及垂直地布置的換熱管，和/或用于中壓蒸汽的至少一個頂部懸置管束(35)，其包括由管束懸架(28)連接于所述余熱回收蒸汽發(fā)生器(20)的支承結構的上歧管(24)，以及下再熱歧管(26)，以及垂直地布置的換熱管， 并且其中，至少一個高壓新鮮蒸汽管(9)將最后下過熱歧管(25)連接于所述高壓蒸汽渦輪(6)，并且/或者中壓熱再熱蒸汽管(11)將最后下再熱歧管(26)連接于所述中壓蒸汽渦輪⑴， 其特征在于，所述高壓新鮮蒸汽管(9)的熱膨脹通過使所述管束(35)的換熱器管在正交于所述余熱回收蒸汽發(fā)生器(20)中的煙道氣體(17)流的方向的平面中沿水平方向彎曲來補償，并且/或者中壓熱再熱蒸汽管(11)的熱膨脹通過使所述管束(35)的所述換熱器管在正交于所述余熱回收蒸汽發(fā)生器(20)中的熱氣體流的方向的平面中沿水平方向彎曲來補償，并且所述管束(35)的所述換熱器管的熱膨脹由所述管束懸架(28)的收縮至少部分地補償。15.HRSG(20)的管束(35)作為連接于所述管束(35)的下過熱歧管(25)的高壓新鮮蒸汽管(9)和/或連接于所述管束(35)的下再熱歧管(26)的中壓熱再熱蒸汽管(11)的熱膨脹的補償器的用途。
【文檔編號】F22B37/20GK105992912SQ201480076028
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2014年12月18日
【發(fā)明人】C.魯奇蒂, G.T.塞拜, R.阿諾德
【申請人】阿爾斯通技術有限公司