專利名稱：有透平單元和發(fā)電機(jī)的電廠的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種有透平單元的電廠，透平單元包括透平、與透平連接用于輸電的發(fā)電機(jī)和用于冷卻發(fā)電機(jī)的冷卻裝置。
背景技術(shù)：
已知不同電廠系統(tǒng)，其中原始能量借助發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。在這種電廠中，熱量發(fā)生器的熱量利用于驅(qū)動(dòng)一種熱力機(jī)械，它與發(fā)電機(jī)機(jī)械地連接。無論在原始能量發(fā)生器例如透平中從熱能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的能量轉(zhuǎn)變過程中，還是在發(fā)電機(jī)中從機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)變過程中，分別可供使用的能量都沒有得到充分的利用。形式上為熱量的剩余能量排入周圍環(huán)境中。在發(fā)電機(jī)中這種熱量例如在閉式循環(huán)中通常通過冷卻介質(zhì)排出，以防發(fā)電機(jī)過熱。因?yàn)檫@種熱量以低的溫度水平存在，一般低于100°c，所以這些熱量不加利用地散放到周圍環(huán)境中，并因而成為電廠過程的一種損失。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種有更高效率的電廠。此技術(shù)問題通過一種前言所述類型的電廠得以解決，其中，冷卻裝置按本發(fā)明設(shè)置用于將發(fā)電機(jī)的廢熱傳送給電廠的一個(gè)裝置。通過將廢熱引回電廠過程中，使它沒有脫離電廠過程并因而沒有損失。以此方式電廠效率的可以提高對(duì)應(yīng)于在工作過程中引回的熱量份額。所述透平可以是燃?xì)廨啓C(jī)或蒸汽輪機(jī)。通過在例如有蒸汽輪機(jī)的電廠中利用發(fā)電機(jī)廢熱，或可以提高設(shè)計(jì)為蒸汽輪機(jī)的透平單元的最高蒸汽溫度，或可以增大通過蒸汽輪機(jī)的質(zhì)量流量。對(duì)于總功率為400至 500MW的燃?xì)馀c蒸汽輪機(jī)機(jī)組，例如得到如下印象由發(fā)電機(jī)造成的損失熱在3至5MW的數(shù)量范圍內(nèi)，其中約2至4MW可以回引到燃?xì)馀c蒸汽過程中或蒸汽過程中用作功率的提高。 當(dāng)給水質(zhì)量流量為約每秒80kg和返回3MW發(fā)電機(jī)損失功率時(shí)，使給水的溫度提高約10°C。 當(dāng)總功率為400至500MW時(shí)，與之相應(yīng)的功率提高約0. 5%。因此在純蒸汽動(dòng)力過程時(shí)可以減少使用于給水預(yù)熱并因而不再提供用于產(chǎn)能的蒸汽量。按本發(fā)明一種有利的實(shí)施形式，透平單元包括燃料預(yù)熱器，它與冷卻裝置熱連接。 通過將發(fā)電機(jī)的廢熱排放給燃料預(yù)熱器，可以相應(yīng)地減少要不然必須供給燃料預(yù)熱器的原始能量的量?；匾耐苿?dòng)力是溫度差，因此熱量只能傳遞給一種比發(fā)電機(jī)廢熱的溫度低的介質(zhì)。這通常涉及一種電廠的礦物燃料，它有大體上周圍環(huán)境的溫度。尤其氣態(tài)或液態(tài)燃料可以通過熱循環(huán)在技術(shù)上簡單地預(yù)熱。這些燃料尤其使用于燃?xì)廨啓C(jī)。預(yù)熱燃料可以減少為在熱力學(xué)循環(huán)過程中達(dá)到過程最高溫度所必要的燃料量，由此提高其效率。有利地，燃料預(yù)熱器具有換熱器，它與冷卻裝置的冷卻循環(huán)熱連接。出于安全的原因，燃料在換熱器內(nèi)只與一種不氧化的介質(zhì)組合，以避免漏泄可燃的混合物。發(fā)電機(jī)的廢熱主要通過水循環(huán)從發(fā)電機(jī)引出。通過水循環(huán)中的換熱器可以預(yù)熱燃料，此時(shí)氧化的介質(zhì)漏泄時(shí)不與燃料接觸。若例如利用氫直接冷卻發(fā)電機(jī)，則可通過燃料預(yù)熱器替代外部的水循環(huán)。還建議，透平的燃料供給裝置有利地為了加熱燃料被導(dǎo)弓I通過發(fā)電機(jī)。燃料可以承擔(dān)發(fā)電機(jī)中冷卻劑的功能，從而可以取消為了從發(fā)電機(jī)排出熱量單獨(dú)的循環(huán)，例如水循環(huán)。按本發(fā)明另一項(xiàng)有利的設(shè)計(jì)，透平單元包括空氣供給裝置，它與冷卻裝置熱連接。 進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)壓氣機(jī)的新氣進(jìn)口溫度是環(huán)境溫度。因此它可以吸收來自發(fā)電機(jī)的廢熱。由此可以提高電廠的熱效率。在部分負(fù)荷范圍內(nèi)，在組合式燃?xì)馀c蒸汽電廠中，若提高壓氣機(jī)進(jìn)口溫度，則功率不變時(shí)總效率提高。若在此功率范圍為此目的利用發(fā)電機(jī)廢熱，則達(dá)到相應(yīng)地提高電廠的熱力學(xué)效率。將廢熱供給新氣可以通過空氣供給裝置中的換熱器進(jìn)行，或使空氣供給裝置導(dǎo)引通過發(fā)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)。有利地，電廠包括控制裝置，用于控制從發(fā)電機(jī)向電廠的裝置供熱。所述裝置可例如是透平單元的空氣供給裝置。尤其規(guī)定，控制裝置根據(jù)空氣供給裝置結(jié)冰的危險(xiǎn)控制供熱。在環(huán)境溫度接近冰點(diǎn)以及大的空氣濕度時(shí)，可以加熱壓氣機(jī)進(jìn)口前的空氣以免結(jié)冰，否則會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞部件。為此目的，通常將經(jīng)過壓縮并因而加熱的空氣向壓氣機(jī)進(jìn)口回引，這對(duì)于壓氣機(jī)效率是不利因素。若代之以利用發(fā)電機(jī)的廢熱，則保持不影響壓氣機(jī)的效率，并有利地可以達(dá)到高的總效率?？刂蒲b置的控制可以包括一個(gè)調(diào)節(jié)過程。作為結(jié)冰的危險(xiǎn)可以用冰凍的概率來表征。按本發(fā)明另一種有利的實(shí)施形式，冷卻裝置具有開式冷卻循環(huán)和用于透平單元空氣供給裝置的冷卻空氣供給裝置。以此方式，在開式冷卻循環(huán)中利用于冷卻發(fā)電機(jī)的空氣， 可以直接用作透平單元的燃燒用空氣。此外建議，透平單元具有空氣預(yù)熱器，它在較冷的階段與冷卻裝置熱連接，而在較熱的階段與電廠另一個(gè)熱源，例如與煙氣換熱器熱連接。在蒸汽電廠中，燃燒用空氣在鍋爐火焰區(qū)進(jìn)口前，典型地通過空氣預(yù)熱器加熱?？諝忸A(yù)熱器通常供給煙氣的熱量。當(dāng)然，煙氣只允許冷卻到露點(diǎn)以上，因?yàn)橐蝗粚?dǎo)致含硫化物的水冷凝。其結(jié)果是嚴(yán)重腐蝕。因?yàn)榘l(fā)電機(jī)和煙氣的熱量以不同的溫度水平存在，所以它們恰當(dāng)?shù)乜梢皂樞蚶糜陬A(yù)熱燃燒用空氣。首先燃燒用空氣通過利用發(fā)電機(jī)的廢熱或發(fā)電機(jī)的熱廢氣進(jìn)行預(yù)熱，以及在第二步，燃燒用空氣可以在例如另一個(gè)換熱器內(nèi)用煙氣的熱量進(jìn)一步加熱。有利地，透平單元包括給水加熱器，其中冷卻裝置與給水加熱器熱連接。以此方式可以利用發(fā)電機(jī)的廢熱，預(yù)熱蒸汽過程或燃?xì)馀c蒸汽過程的給水。在發(fā)電機(jī)冷卻循環(huán)內(nèi)加熱的冷卻劑例如達(dá)到溫度約80°C。預(yù)熱恰當(dāng)?shù)刂苯釉诮o水泵后方進(jìn)行，在那里蒸汽循環(huán)通常達(dá)到最低的溫度水平。原則上給水預(yù)熱可通過兩種方式達(dá)到在直接連接時(shí)，給水直接流過發(fā)電機(jī)處的換熱器。在間接連接時(shí)，在給水側(cè)使用另一個(gè)換熱器，以及一個(gè)單獨(dú)的循環(huán)將熱量從發(fā)電機(jī)傳給給水。對(duì)于間接連接，冷卻裝置有利地包括一個(gè)冷卻水循環(huán)，它是透平單元給水循環(huán)的組成部分。大型電廠設(shè)備通常有大規(guī)模的建筑群，它除了廠房和調(diào)度室外還包括行政管理辦公大樓。在各建筑物內(nèi)必須根據(jù)類型和用途，并考慮到相關(guān)的勞動(dòng)保護(hù)規(guī)則，提供適當(dāng)?shù)目照{(diào)。為此在冬季需要供暖，而在夏季不僅在辦公大樓而且在廠房冷卻環(huán)境空氣是有意義的。若冷卻裝置與電廠的建筑物供暖設(shè)備熱連接，則在冷卻循環(huán)中附帶產(chǎn)生的發(fā)電機(jī)熱量可以提供用于建筑物供暖設(shè)備。按另一種方案，發(fā)電機(jī)廢熱可使用于運(yùn)行建筑物空調(diào)系統(tǒng)的吸收式制冷機(jī)。由此， 發(fā)電機(jī)廢熱也可以引入制冷機(jī)中。電廠的總能量供應(yīng)平衡通過減輕自用電網(wǎng)的負(fù)荷得以改善。發(fā)電機(jī)的再冷卻循環(huán)可以減荷，由此通過提升電廠有效功率有助于進(jìn)一步減少電廠自
用里。


下面借助附圖表示的實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明。其中圖1示意表示電廠，包括透平單元和發(fā)電機(jī)，它的廢熱用于燃料的預(yù)熱；圖2表示與圖1類示的示意圖，其中燃料作為冷卻劑被導(dǎo)引通過發(fā)電機(jī)導(dǎo)引；圖3示意表示電廠，其中發(fā)電機(jī)廢熱傳入壓氣機(jī)進(jìn)氣流中；圖4示意表示電廠，其中蒸汽輪機(jī)的給水為了加熱被導(dǎo)引通過發(fā)電機(jī)；圖5表示蒸汽輪機(jī)給水循環(huán)，它通過換熱器與發(fā)電機(jī)冷卻劑循環(huán)熱連接；圖6表示給水循環(huán)，其中給水作為冷卻劑被導(dǎo)引通過發(fā)電機(jī)的中間冷卻循環(huán)；圖7示意表示發(fā)電機(jī)，它的廢熱在鍋爐的空氣預(yù)熱器前輸入空氣供給裝置；以及圖8表示與圖7類示的示意圖，其中去空氣預(yù)熱器的空氣流作為冷卻劑流被導(dǎo)引通過發(fā)電機(jī)。
具體實(shí)施例方式圖1示意表示有一個(gè)透平單元4的電廠2結(jié)構(gòu)，透平單元4通過軸6與發(fā)電機(jī)單元8的發(fā)電機(jī)M連接。透平單元4包括透平10，它設(shè)計(jì)為燃?xì)廨啓C(jī)以及通過軸6驅(qū)動(dòng)在空氣供給裝置14中的通向透平單元4燃燒室16的壓氣機(jī)12。在燃燒室16內(nèi)來自燃料管 18的燃料與壓縮空氣混合并燃燒。為了驅(qū)動(dòng)透平10將高溫排氣供給透平10。此外，透平單元4在燃?xì)夤?8內(nèi)還包括燃料預(yù)熱器20，用于預(yù)熱氣態(tài)燃料。在電廠2運(yùn)行期間，透平10通過軸6驅(qū)動(dòng)壓氣機(jī)12以及通過離合器22驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)對(duì)。在運(yùn)行時(shí)發(fā)電機(jī)M生熱，熱量通過冷卻循環(huán)沈從發(fā)電機(jī)M排出。冷卻循環(huán)沈和換熱器觀是發(fā)電機(jī)單元8的冷卻裝置30的組成部分，用于冷卻發(fā)電機(jī)M。冷卻循環(huán)沈的冷卻劑，例如水，將從發(fā)電機(jī)M吸收的熱量在換熱器觀內(nèi)傳入加熱循環(huán)32中，通過它再將熱量在燃料預(yù)燃器20中，傳給燃料管18中的燃料。由此將發(fā)電機(jī)廢熱利用于燃料預(yù)熱。其結(jié)果是減小為達(dá)到透平單元4內(nèi)過程最高溫度所必要的燃料量，以及提高電廠2的熱力學(xué)效率。取代將發(fā)電機(jī)M的廢熱通過燃料預(yù)燃器20傳給燃料管18中的燃料，發(fā)電機(jī)M 的廢熱也可以類似于圖1所示的實(shí)施例利用于建筑物采暖。為此取代燃料預(yù)燃器20使用一個(gè)換熱器，它將廢熱在加熱循環(huán)32中，傳給建筑物供暖循環(huán)。同樣可以設(shè)想，加熱循環(huán)32 直接導(dǎo)引通過建筑物以及通過例如用于建筑物加熱的相應(yīng)加熱體。圖2示意表示電廠2，它有另外一種可選用的冷卻裝置36。下面的說明主要限于與前面各種實(shí)施例的區(qū)別，涉及保持相同的那些特征和功能，可以參見前面的各種實(shí)施例。 基本上保持相同的構(gòu)件原則上用同樣的附圖標(biāo)記表示，沒有提及的特征包含在后面的那些實(shí)施例中，不重新說明。與圖1的區(qū)別在于燃料管18設(shè)計(jì)有穿過發(fā)電機(jī)M的分路。借助閥38可以通過控制裝置34調(diào)節(jié)流過發(fā)電機(jī)M或燃料預(yù)熱器40的燃料量。與前面的實(shí)施例相反，燃料預(yù)熱器40供給的不是發(fā)電機(jī)M的廢熱，而是另一個(gè)熱源的熱量。通過給流過燃料預(yù)熱器40 和冷卻裝置36的燃料這種組合式傳熱，在燃料管18內(nèi)的燃料也可以加熱到期望的溫度，而與在發(fā)電機(jī)M中同時(shí)產(chǎn)生的熱量無關(guān)。當(dāng)然，在圖18所示的燃料管18內(nèi)附加地配置燃料預(yù)熱器40也是可能和有利的。 例如它可以沿燃料流設(shè)置在燃料預(yù)熱器20的下游，作為用于加熱燃料的附加熱源。在圖3所示的實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)M的廢熱通過冷卻循環(huán)沈和冷卻裝置30的換熱器觀，借助換熱器42傳給空氣供給裝置14中的燃燒用空氣。因?yàn)橛绕湓诓糠重?fù)荷范圍內(nèi)，在功率固定時(shí)，提高燃燒用空氣的壓氣機(jī)進(jìn)口溫度，可以提高組合式燃?xì)馀c蒸汽電廠的總效率，所以預(yù)熱燃燒用空氣對(duì)于提高電廠2的效率有重要意義。為此目的尤其在部分負(fù)荷范圍內(nèi)利用發(fā)電機(jī)廢熱，達(dá)到相應(yīng)地提高熱力學(xué)效率。加熱燃燒用空氣的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，可以抵御空氣過濾器、壓氣機(jī)擴(kuò)壓器和壓氣機(jī)前幾級(jí)結(jié)冰的危險(xiǎn)。通過這種所謂的防冰，恰當(dāng)?shù)?，在壓氣機(jī)進(jìn)氣的溫度在冰點(diǎn)附近時(shí)， 亦即例如在+5°C與_5°C之間時(shí)，以及存在的空氣濕度超過80%時(shí)，加熱壓氣機(jī)進(jìn)氣。適當(dāng)加熱壓氣機(jī)進(jìn)氣，由控制裝置34和沒有表示的冷卻裝置30排熱用的裝置控制。圖4示意表示有透平單元46的電廠44，透平單元46包括蒸氣輪機(jī)48。蒸汽輪機(jī) 48通過透平單元46的給水循環(huán)50供給驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)48的新汽。膨脹后的蒸汽在凝汽器 52中冷凝，并借助給水泵M導(dǎo)向發(fā)電機(jī)單元8，以便帶走發(fā)電機(jī)單元8冷卻裝置中的熱量， 用于預(yù)熱給水。在鍋爐56中，用發(fā)電機(jī)廢熱預(yù)熱的給水處于其最高的溫度和壓力水平，接著作為新汽導(dǎo)向蒸汽輪機(jī)48。為了能附加地冷卻發(fā)電機(jī)單元8，冷卻裝置30包括一個(gè)二次冷卻循環(huán)58，它有一個(gè)二次冷卻器60和一個(gè)冷卻水泵62。通過二次冷卻循環(huán)58，可以借助控制裝置34和閥64 附加地從發(fā)電機(jī)對(duì)排熱，即使暫時(shí)不需要加熱給水以及通過關(guān)閉閥66使給水循環(huán)停頓時(shí)。發(fā)電機(jī)M有用耐腐蝕的鋼，例如V2A制造的用水冷卻的定子和一些冷卻通道，所以給水可直接流動(dòng)通過定子并因而可使用于冷卻定子繞組。與純蒸汽動(dòng)力過程相比，可以減少通常使用于預(yù)熱給水并因而不再提供用于產(chǎn)能的蒸汽量。在圖5和圖6所示的實(shí)施例中，給水循環(huán)50的給水同樣用發(fā)電機(jī)廢熱加熱。按圖 5所示的結(jié)構(gòu)，給水直接在發(fā)電機(jī)M換熱器72中加熱。相比之下，在圖6所示的實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)一種間接的連接，其中，在給水一側(cè)置入另一個(gè)換熱器74，以及發(fā)電機(jī)M的廢熱在單獨(dú)的循環(huán)76中傳給給水。圖7和圖8表示類似于圖1和圖2的電廠結(jié)構(gòu)的局部，其中，發(fā)電機(jī)廢熱借助加熱循環(huán)32(圖7)或直接加熱用于燃燒礦物燃料的電廠2的新氣(圖8)。為此在例如電廠2 的蒸汽發(fā)生器或鍋爐的空氣供給裝置14內(nèi)設(shè)置換熱器42，用發(fā)電機(jī)廢熱加熱環(huán)境空氣。為了附加地加熱燃燒用空氣，提供另一個(gè)供給煙氣熱量的換熱器68。在圖8所示的實(shí)施例中，燃燒用空氣借助壓氣機(jī)70作為冷卻劑直接流過發(fā)電機(jī)M，并因而將發(fā)電機(jī)M的廢熱直接帶出。 因?yàn)榘l(fā)電機(jī)M并因而加熱循環(huán)32的溫度水平低于煙氣并因而低于換熱器68的溫度水平，所以發(fā)電機(jī)單元8的廢熱使用于第一次預(yù)熱燃燒用空氣。后續(xù)第二次預(yù)熱到較高的溫度水平在換熱器68中實(shí)現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種具有透平單元(4)的電廠(2、44)，透平單元(4)包括透平(10)、與透平(10)連接用于輸電的發(fā)電機(jī)04)和用于冷卻發(fā)電機(jī)04)的冷卻裝置(30、36)，其特征為冷卻裝置(30、36)設(shè)置用于將發(fā)電機(jī)04)的廢熱傳送給電廠0、44)的一個(gè)裝置。
2.按照權(quán)利要求1所述的電廠O)，其特征為，透平單元(4)包括與冷卻裝置(30)熱連接的燃料預(yù)熱器OO)。
3.按照權(quán)利要求2所述的電廠O)，其特征為，燃料預(yù)熱器OO)具有與冷卻裝置(30) 的冷卻循環(huán)(26)熱連接的換熱器。
4.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的電廠O)，其特征為，透平(10)的燃料供給裝置 (18)為了加熱燃料而導(dǎo)引通過發(fā)電機(jī)04)。
5.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的電廠(2、44)，其特征為，透平單元(4)具有空氣供給裝置(14)，它與冷卻裝置(30、36)熱連接。
6.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的電廠(2、44)，其特征在于控制裝置(34)，用于根據(jù)空氣供給裝置(14)結(jié)冰的危險(xiǎn)來控制從發(fā)電機(jī)04)向透平單元(4)得到空氣供給裝置 (14)的供熱。
7.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的電廠(2、44)，其特征為，冷卻裝置(30、36)具有開式冷卻循環(huán)和用于透平單元(4)空氣供給裝置(14)的冷卻空氣供給裝置。
8.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的電廠(2)，其特征為，透平單元(4)具有空氣預(yù)熱器，它在較冷的階段與冷卻裝置(30)熱連接，而在較熱的階段與煙氣供給裝置連接。
9.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的電廠(44)，其特征為，冷卻裝置(36)與透平單元 (4)的給水循環(huán)(50)熱連接。
10.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的電廠(44)，其特征為，冷卻裝置(36)包括冷卻水循環(huán)，它是透平單元(4)給水循環(huán)(50)的組成部分。
11.按照前列諸權(quán)利要求之一所述的電廠O)，其特征為，冷卻裝置(30、36)與電廠(2) 的建筑物供暖設(shè)備熱連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有透平單元(4)的電廠(2、44)，透平單元(4)包括透平(10)、與透平(10)連接用于輸電的發(fā)電機(jī)(24)和用于冷卻發(fā)電機(jī)(24)的冷卻裝置(30、36)。本發(fā)明建議，冷卻裝置(30、36)設(shè)置用于將發(fā)電機(jī)(24)的廢熱傳送給電廠(2、44)的一個(gè)裝置。廢熱可以在電廠過程中利用，從而達(dá)到更高的效率。
文檔編號(hào)F01D15/10GK102245861SQ200980150394
公開日2011年11月16日 申請日期2009年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月15日
發(fā)明者亨德里克.海特菲爾德, 卡斯滕.考夫曼, 埃伯哈德.德克, 斯蒂芬.沃爾克, 林德羅.克拉維羅, 梅諾爾夫.克洛克, 沃爾克.阿梅迪克, 馬爾特.布羅邁耶 申請人:西門子公司