本发明涉及热电厂。具体而言，本发明涉及用于联合循环发电厂的根据权利要求1的前序部分的水/蒸汽系统。它还涉及用于操作此水/蒸汽系统的根据权利要求13的前序部分的方法。
背景技术：
在联合循环发电厂(ccpp)中，通常燃料(诸如天然气)在燃气轮机中焚烧来驱动发电机。来自燃气轮机的烟道气体用于生成蒸汽来驱动汽轮机(st)，且然后又驱动发电机。汽轮机需要水/蒸汽循环来在其进入汽轮机之前生成蒸汽，且冷却离开汽轮机的蒸汽，直到其冷凝，以便然后再进入循环。根据现有技术的ccpp包括通常导致大约80℃到85℃的燃气轮机烟道气体排气温度的水/蒸汽循环，该温度是来自燃气轮机的烟道气体在来自烟道气体的热在水/蒸汽循环中用于加热冷凝物且由此生成蒸汽之后最终进入排气器或烟囱所具有的温度。
对于蒸汽生成，根据现有技术的ccpp包括通常具有三个蒸发器的余热回收蒸汽发生器(hrsg)，蒸发器可设计为单程型或鼓型。在hrsg的冷端处，冷凝物进入也称为低温(lt)节约器的第一节约器，以便加热。由于冷凝物的温度可能降到低于相应压力下的烟道气体中的水/酸露点的温度，故节约器再循环应用成以便防止水/酸冷凝，且因此避免来自烟道气体的水/酸的冷凝引起的节约器的潜在腐蚀。将由lt节约器加热的冷凝物流由于其由穿过hrsg的三个蒸发器的流的总和限定而受限，蒸发器通常归类为高压(hp)、中压(ip)和低压(lp)蒸发器。
目的在于提高ccpp的总效率的根据现有技术的用于增加从烟道气体的热获取的常规作法是连接附加的基于给水的"热消耗物"。根据现有技术的此基于给水热的"热消耗物"的一个实例为所谓的闪蒸汽系统。在根据现有技术的闪蒸汽系统中，来自lp节约器的水闪蒸到容器中，以便生成蒸汽。剩余的冷凝物再循环至hrsg。生成的饱和蒸汽然后注入lpst的相应喷射端口中。
例如，wo2013/139884a2涉及一种联合循环发电厂，其包括燃气轮机设备、由燃气轮机设备的热废气加热的余热回收蒸汽发生器，以及由产生的蒸汽驱动的汽轮机设备，以及布置在余热回收蒸汽发生器下游的废气净化设备，其中废气中的二氧化碳可由吸收器流体吸收，吸收器流体随后在再生区段中在升高温度下再生，同时放出二氧化碳来供应至储存器，由此再生区段具有加热器来用于保持所需的升高温度来用于再生，加热器利用来自余热回收蒸汽发生器或来自汽轮机设备的蒸汽操作，由此蒸汽冷凝且所得的热冷凝物可供应至闪蒸锅炉，在该处，其在低温下立即至少部分地蒸发，且由此该蒸汽可根据蒸汽压力供应至汽轮机设备的适合的级。
根据ep2937528a1，ccpp包括燃气轮机、hrsg、汽轮机闪蒸箱，以及第一供应管线和第二供应管线。燃气轮机、hrsg和汽轮机互连来生成电力。燃气轮机可包括空气预热系统，以预热燃气轮机中供应的空气，以允许加快其中的燃烧。闪蒸箱流体地连接在hrsg的冷端处，以从冷端获得废热水。此外，第一供应管线构造成使闪蒸箱和汽轮机互连来将闪蒸汽供应至汽轮机。此外，第二供应管线构造成使闪蒸箱和空气预热系统互连来将热闪蒸冷凝物供应至其。
根据现有技术的闪蒸汽系统具有的缺点在于它们需要相对高的再循环流，这是有问题的，因为其需要增大节约器的尺寸。此外，已知的系统具有的缺点在于，它们具有针对水再循环泵的相对高的辅助功率需求。相对高的辅助功率需求减小了ccpp的总体效率的期望的提高。
技术实现要素：
鉴于现有技术水平的以上缺点，本发明的目的在于提供一种用于ccpp的水/蒸汽系统，其允许提高ccpp的总体效率，同时至少部分地避免关于节约器尺寸和水再循环泵的功率消耗的提到的缺陷。本发明的另一个目的在于提供一种用于操作ccpp的水/蒸汽系统的方法。
这些和其它目的由根据权利要求1的水/蒸汽系统、根据权利要求12的联合循环发电厂和根据权利要求13的操作方法来达成。
用于联合循环发电厂的根据本发明的水/蒸汽系统包括余热回收蒸汽发生器，其提供用于从燃气轮机排出的烟道气流获取热的烟道气流路径。余热回收蒸汽发生器具有低压区段，其包括沿烟道气流路径布置的低压蒸发器，以用于在低压输入水平下生成低压蒸汽来用于低压汽轮机的主蒸汽输入。低压区段还包括亚低压蒸发器，以用于在低于低压水平的亚低压水平下生成亚低压蒸汽。
根据本发明的联合循环发电厂包括创造性的水/蒸汽系统。
在操作用于联合循环发电厂的根据本发明的水/蒸汽系统的方法中，沿余热回收蒸汽发生器的烟道气流路径，热从由燃气轮机排出的烟道气流获得。在余热回收蒸汽发生器的低压区段中，低压蒸汽在低压输入水平下借助于烟道气流路径中的低压蒸发器生成，以用于低压汽轮机的主蒸汽输入。在低压区段中，低于低压水平的亚低压水平下的附加亚低压蒸汽借助于烟道气流路径中的亚低压蒸发器生成。
这些创造性的解决方案具有的优点在于，相比使用根据现有技术的余热回收蒸汽发生器，更多热可在低温水平下从烟道气流获得。根据本发明的余热回收蒸汽发生器使用位于烟道气流路径中的附加亚低压蒸发器来用于获得热。附加的亚低压水平具有小于根据现有技术的余热回收蒸汽发生器的低压蒸汽区段的操作压力。由此，hrsg的冷端处可用的热的任何过高(overhead)都可用于蒸汽发生。该过高归因于hrsg的常规低压节约器获得的低压下的给水加热需求低于烟道气流中可用的低温热量。
此外，创造性的解决方案具有的优于现有技术的优点在于，过热蒸汽可在亚低压水平下生成，以便在低压汽轮机中使用。与之相比，根据现有技术的闪蒸汽系统仅能够提供饱和蒸汽。此外，根据现有技术的此闪蒸汽系统布置在hrsg外侧，而本发明允许将亚低压蒸汽发生设备(诸如亚低压蒸汽发生器和/或亚低压过热器)整体结合到hrsg中。
就根据本发明的水/蒸汽系统而言，可改善ccpp的总体性能。性能根据hrsg中可用的热量和使用的低压汽轮机的类型而改变。大体上，总体ccpp中可看到从0.13%pts到0.17%pts的效率提高。由于创造性的水/蒸汽系统可结合现有的汽轮机使用，故效率提高可在合理成本下达成，因为其并非必须重新设计涡轮。
为了完整性起见，应当注意的是，余热回收蒸汽发生器通常还包括高压区段和/或中压区段，以用于在高压和中压水平下提供蒸汽来分别用于高压汽轮机和中压汽轮机。高端中压水平高于低压水平。这些压力水平下的蒸汽用于驱动高压/中压汽轮机。
创造性的解决方案可按需要与本发明的以下其它实施例组合。这些其它实施例可按期望独立于彼此组合。
根据本发明的第一进一步的实施例，亚低压蒸发器沿烟道气流路径布置在低压蒸发器下游。由此，热可在低于低压蒸发器处的温度的温度下从烟道气流获得。
根据本发明的另一个实施例，用于预热待在亚低压蒸发器中蒸发的水的低压区段的第二低压节约器沿烟道气流路径布置在亚低压蒸发器下游。由此，在烟道气流流出hrsg的冷端之前在末级处，热可在甚至低于亚低压蒸发器的温度水平的温度水平下从烟道气流获得。
根据本发明的另一实施例，低压区段包括用于使低压蒸汽过热的低压过热器，以及用于使亚低压蒸汽过热的亚低压过热器。低压过热器通常用于使低压蒸发器中生成的蒸汽过热，以便然后在用于汽轮机的相应主输入温度水平下将此蒸汽引入低压涡轮的主蒸汽输入中。借助于亚低压过热器，亚低压蒸汽可基本上加热达到主输入温度水平。
根据本发明的另一个实施例，用于预热待在低压蒸发器中蒸发的水的低压区段的第一低压节约器沿烟道气流路径布置在亚低压过热器下游。以此方式，亚低压过热器沿烟道气流路径布置在低压蒸发器与第一低压节约器之间。由此，可获得在亚低压过热器和第一低压节约器的温度水平之间的温度水平下可用的烟道气流中的热。
根据本发明的另一个实施例，第一低压节约器沿烟道气流路径布置在亚低压蒸发器上游。换言之，亚低压蒸发器沿流路径布置在第一低压节约器与第二低压节约器之间。该布置允许获得来自甚至在第一低压节约器之后的烟道气流的较高热量。总体获取可可放出能优化的(exergetically)，因为大体上，亚低压蒸发器的热需求和/或温度水平低于第一低压节约器的热需求和/或温度水平。
根据本发明的另一个实施例，低压蒸发器和亚低压蒸发器分别是低压区段的低压子区段和亚低压子区段的一部分。换言之，低压区段可分成两个子区段。这两个子区段分别在低压和亚低压下操作。
根据本发明的另一个实施例，低压子区段和亚低压子区段两者装备有至少一个蒸汽鼓，其各自分别连接到低压蒸发器和亚低压蒸发器上。通过向各个子区段装备蒸汽鼓，子区段中的水和蒸汽流可在与彼此的一定独立程度下控制。亚低压子区段可独立于经过hrsg的更高压水平区段(诸如，高压区段、中压区段和低压子区段)的给水流而操作。
根据本发明的另一个实施例，亚低压子区段的亚低压出口可连接到低压汽轮机的中间入口上。中间入口可设计为至少一个蒸汽注入端口。由此，亚低压蒸汽可在低于涡轮的主输入处的压力水平的压力水平下引入低压汽轮机中。由于hrsg中存在亚低压过热器，故根据本发明生成的蒸汽可具有与主蒸汽输入处的低压蒸汽的温度值相当的温度值。这有助于减小汽轮机内的液滴侵蚀的风险，且继而又允许使用高于根据现有技术的闪蒸汽系统的喷射蒸汽流值。
优选地，低压汽轮机的放出端口用作中间入口。该构造具有的优点在于，在根据本发明的水/蒸汽系统中，可使用低压汽轮机的已知设计。根据已知设计，低压汽轮机可包括第一放出端口、至少一个中间放出端口，以及末尾放出端口。第一放出端口、至少一个中间放出端口和末尾放出端口布置在低压汽轮机的不同压力水平下。压力从第一放出端口到末尾放出端口减小。
优选地，至少一个中间放出端口用于蒸汽注入。至少一个中间放出端口的压力水平一般对应于亚低压子区段的压力水平，而末尾放出端口位于对于达成期望的性能提高过低的压力水平下。然而，不同的放出端口的使用将取决于根据本发明的hrsg的热获取方案的期望的整合。使用用于蒸汽注入的放出端口在定制根据独立ccpp的构造的水/蒸汽系统中给予了高灵活性。
实施方案1.一种用于联合循环发电厂的水/蒸汽系统(1)，包括提供烟道气流路径(6)来用于从燃气轮机排出的烟道气流(9)获得热的余热回收蒸汽发生器(4)，所述余热回收蒸汽发生器(4)具有低压区段(3)，其包括沿所述烟道气流路径(6)布置来用于在用于低压汽轮机(51)的主输入(54)的低压输入水平(p10)下生成低压蒸汽的低压蒸发器(13)，其特征在于，所述低压区段(3)还包括用于在低于所述低压水平(p10)的亚低压水平(p11)下生成亚低压蒸汽的亚低压蒸发器(23)。
实施方案2.根据实施方案1所述的水/蒸汽系统(1)，其特征在于，所述亚低压蒸发器(23)沿所述烟道气流路径(6)布置在所述低压蒸发器(13)下游。
实施方案3.根据实施方案1或2所述的水/蒸汽系统(1)，其特征在于，用于预热待在所述亚低压蒸发器(23)中蒸发的水的所述低压区段的第二低压节约器(22)沿所述烟道气流路径(6)布置在所述亚低压蒸发器(23)下游。
实施方案4.根据实施方案1至3中的一项所述的水/蒸汽系统(1)，其特征在于，所述低压区段(3)包括用于使所述低压蒸汽过热的低压过热器，以及用于使所述亚低压蒸汽过热的亚低压过热器(23)。
实施方案5.根据实施方案4所述的水/蒸汽系统(1)，其特征在于，用于预热待在所述低压蒸发器(12)中蒸发的水的所述低压区段的第一低压节约器(12)沿所述烟道气流路径(6)布置在所述亚低压过热器(24)下游。
实施方案6.根据实施方案5所述的水/蒸汽系统(1)，其特征在于，所述第一低压节约器(12)沿所述烟道气流路径(6)布置在所述亚低压蒸发器(23)上游。
实施方案7.根据实施方案1至6中的一项所述的水/蒸汽系统(1)，其特征在于，所述低压蒸发器(13)和所述亚低压蒸发器(23)分别是所述低压区段(3)的低压子区段(10)和亚低压子区段(11)的一部分。
实施方案8.根据实施方案7所述的水/蒸汽系统(1)，其特征在于，所述低压子区段(10)和亚低压子区段(11)两者都配备有至少一个蒸汽鼓(15,25)，其各自分别连接至所述低压蒸发器(13)和所述亚低压蒸发器(23)的至少一个蒸汽鼓(15,25)。
实施方案9.根据实施方案7或8所述的水/蒸汽系统(1)，其特征在于，所述亚低压子区段(11)的亚低压过热器出口(30)连接至低压汽轮机(51)的中间端口(55a,55b)。
实施方案10.根据实施方案9所述的水/蒸汽系统(1)，其特征在于，所述低压汽轮机(51)的放出端口用作中间入口(55a,55b)。
实施方案11.根据实施方案10所述的水/蒸汽系统(1)，其特征在于，所述低压汽轮机具有第一放出端口、至少一个中间放出端口和末尾放出端口，其中所述至少一个中间放出端口用作所述中间入口(55a,55b)。
实施方案12.一种联合循环发电厂，其特征在于根据实施方案1至11中的一项所述的至少一个水/蒸汽系统(1)。
实施方案13.一种操作用于联合循环发电厂的水/蒸汽系统(1)的方法，其中沿余热回收蒸汽发生器(4)的烟道气流路径(6)，热从由燃气轮机排出的烟道气流(9)获得，以及其中在所述余热回收蒸汽发生器(4)的低压区段(3)中，低压蒸汽在用于低压汽轮机(51)的主输入(54)的低压输入水平(p10)下借助于所述烟道气流路径(6)中的低压蒸发器(13)生成，其特征在于，在所述低压区段(3)中，低于所述低压水平(p10)的亚低压水平(p11)下的附加亚低压蒸汽借助于所述烟道气流路径(6)中的亚低压蒸发器(23)生成。
实施方案14.根据实施方案13所述的操作水/蒸汽系统(1)的方法，其特征在于，所述亚低压蒸汽注入低压汽轮机(51)的中间端口(55a,55b)中。
实施方案15.根据实施方案14所述的操作水/蒸汽系统(1)的方法，其特征在于，所述亚低压蒸汽基本上过热至所述低压汽轮机(51)的主输入(54)处的所述低压蒸汽的温度水平。
附图说明
现在借助于本发明的可能的实施例且参照附图来更详细阐释本发明。
图1示出了根据本发明的实施例的联合循环发电厂的水/蒸汽系统的简图。
零件列表
1水/蒸汽子系统
2高/中压区段
3低压区段
4余热回收蒸汽发生器(hrsg)
5汽轮机区段
6烟道气流路径
7hrsg的热端
8hrsg的冷端
9烟道气流
9i烟道气体入口流
9o烟道气体出口流
10低压子区段
11亚低压子区段
12第一低压节约器
13低压蒸发器
14低压过热器
15低压蒸汽鼓
15a低压蒸汽鼓的水侧
15b低压蒸汽鼓的蒸汽侧
16低压水管线/低压蒸汽鼓水输入管线
17低压蒸汽管线
18旁通管线
19低压蒸汽鼓的低压主水输入
20低压过热器蒸汽输出
21第一低压节约器水输入管线
22第二低压节约器
23亚低压蒸发器
24亚低压过热器
25亚低压蒸汽鼓
25a亚低压蒸汽鼓的水侧
25b亚低压蒸汽鼓的蒸汽侧
26亚低压水管线
27亚低压蒸汽管线
28再循环管线
29亚低压主水输入
30亚低压过热器蒸汽输出
31第二低压节约器水输入管线
32水/冷凝物源
33水/冷凝物输入
50a高压汽轮机
50b中压汽轮机
51低压汽轮机
51a第一流动路径
51b第二流动路径
52轴
53排出蒸汽管线
54低压汽轮机的主输入
55a第一中间端口
55b第二中间端口
p10低压水平
p11亚低压水平。
具体实施方式
如图1中所示，根据本发明的实施例的水/蒸汽系统1包括余热回收蒸汽发生器(hrsg)4的高和/或中压区段2，以及汽轮机区段5。hrsg4提供了烟道气流路径6。烟道气流路径6从hrsg4的热端7延伸至冷端8。烟道气体入口流9i在热端7处进入hrsg4。烟道气体出口流9o在冷端8处流出hrsg4。
在热端7处进入hrsg4之后，烟道气流9沿烟道气流路径6引导穿过高/中压区段2。高/中压区段2配备有高和/或中压节约器、蒸发器和/或过热器，其在从hrsg中获知的相应高和/或中压水平下操作，以便生成用于高和/或中压汽轮机(未示出)的蒸汽。
在流出高/中压区段2时，烟道气流9沿气流路径6引导穿过低压区段3。低压区段3包括低压子区段10和亚低压子区段11。低压子区段10沿流路径6布置在亚低压子区段11上游，但低压子区段10和亚低压子区段11可与彼此交错，这将从下文中的低压子区段10和亚低压子区段11的详细描述中变得清楚。
低压子区段10包括第一低压节约器12、低压蒸发器13和低压过热器14。第一低压节约器12布置在低压蒸发器13下游，低压蒸发器13又沿烟道气流路径6布置在低压过热器14下游。此外，低压子区段10包括在烟道气流路径6中布置在低压子区段11下游的第二低压节约器22。通过将第二低压节约器22布置在亚低压子区段11下游，低压子区段10和亚低压子区段11可认作是与彼此交错的。
此外，低压蒸汽鼓15设在低压子区段10中。低压蒸汽鼓15在其水侧15a上穿过相应的低压水管线16连接到第一低压节约器12和低压蒸发器13上。低压蒸汽鼓15的蒸汽侧15b经由相应的低压蒸汽管线17连接到低压蒸发器13和低压过热器14上。
在水侧15a上，低压水管线16和旁通管线18两者进入低压子区段10的低压主水输入19，特别是其低压蒸汽鼓15。经由旁通管线18，可绕过第一节约器12和第二节约器22两者。在蒸汽侧15b上，低压子区段10的低压过热蒸汽输出20，特别是其低压过热器14，连接到汽轮机区段5上，以便在低压水平p10下将蒸汽提供至汽轮机区段5。此外，给水可直接穿过连接到第一低压节约器12的输入上的第一低压节约器水输入管线21进入第一低压节约器12。
亚低压子区段11包括亚低压蒸发器23和亚低压过热器24。在第二低压节约器22中预热的水可用于亚低压子区段11和高/中压区段2中。因此，第二低压节约器22可认作是低压子区段10和亚低压子区段11两者的一部分。从另一观点看，第一低压节约器12和第二低压节约器22可认作是单个节约器，其由根据本发明的亚低压蒸发器23划分。因此，这是低压子区段10和亚低压子区段11如何与彼此交错的另一个实例。
第二低压节约器22布置在亚低压蒸发器23下游，蒸发器23又沿烟道气流路径6布置在第一低压节约器12和亚低压过热器24下游。因此，低压子区段10和亚低压子区段11也与彼此交错，其中第一低压节约器12沿烟道气流路径6布置在低压过热器24和亚低压蒸发器23之间。
此外，提供了亚低压蒸汽鼓25。亚低压蒸汽鼓25在其水侧25a上穿过相应的亚低压水管线26连接到第二低压节约器22和亚低压蒸发器23上。亚低压蒸汽鼓25的蒸汽侧25b经由相应的亚低压蒸汽管线27连接到低压蒸发器23和亚低压过热器24上。
在水侧25a上，再循环管线28允许再循环来自低压水管线16和第一低压节约器水输入管线21的水/冷凝物。低压水管线16可认作是热源管线，因为其在与第一低压节约器输入管线21中的水相比更高的温度水平下将水从第一低压节约器12传送至低压蒸汽鼓15。因此，第一低压节约器输入管线21可认作是冷源管线。
此外，低压区段3包括低压子区段11的亚低压主水输入29，特别是其亚低压蒸汽鼓25。在蒸汽侧25b上，亚低压子区段11的亚低压蒸汽过热器输出30(特别是其亚低压过热器24)连接到汽轮机区段5上，以便在亚低压水平p11下提供蒸汽至汽轮机区段5。此外，给水可直接穿过连接到第二低压节约器22的输入上的水/冷凝物输入管线31进入第二低压节约器22。
经由水/冷凝物输入管线31，水/冷凝物可从水/冷凝物源32(诸如，冷却设备，如水冷却塔等)提供至整个hrsg4。水/冷凝物源32经由低压区段3的水/冷凝物输入33连接到hrsg4的整个低压区段3上。水/冷凝物输入33分成亚低压旁通管线18和第二低压节约器水输入管线31。
汽轮机区段5包括高/中压汽轮机50a，50b，以及低压汽轮机51，其全部都布置在机械地连接到发电机(未示出)上的轴52上。以已知的方式，高压汽轮机50a供有来自高/中压区段2的蒸汽。来自高压汽轮机50a的排出蒸汽用于中压汽轮机50b中(更具体而言，排出蒸汽大体上进入将再热的hrsg，与到来的中压蒸汽合并，且然后进入中压汽轮机)。
hrsg4的低压过热器蒸汽输出20和连接到中压汽轮机50b的排出蒸汽输出上的排出蒸汽管线53两者都通向低压汽轮机51的主输入54。hrsg4的亚低压过热器蒸汽输出30连接到低压汽轮机51的中间端口55a,55b上，特别是低压汽轮机51的第一中间端口55a和第二中间端口55b。
低压汽轮机51大体上是双流动汽轮机，且大体上包括布置成与彼此成镜面对称的第一流动路径51a和第二流动路径51b(左流动路径和右流动路径)。流动路径51a,51b中的每一个均可包括例如与低压汽轮机51的不同压力水平相关联的三个中间端口。这些低压水平又可包括低压水平范围和亚低压水平范围中的高压、中压和低压水平。第一中间端口55a和第二中间端口55b与低压汽轮机51的高压水平和中压水平相关联。在备选方案中，第一中间端口55a和第二中间端口55b可与低压涡轮的相同压力水平相关联，例如，低压范围的中压水平。低压汽轮机51的放出端口可用作中间端口55a,55b。因此，亚低压蒸汽可在不同亚低压水平p11下使用，以便驱动低压汽轮机51。
在操作中，低压水/冷凝物取决于相应条件，在大约20℃到50℃之间的温度下，从水/冷凝物源32穿过水输入33进入余热回收蒸汽发生器4。在亚低压蒸汽鼓25中，大约115℃的温度可能是普遍的。低压水平p10和低压过热器蒸汽输出管线20通常在4到8bar的范围中变化。基于该范围，亚低压过热器输出管线30中的亚低压水平p11是低于4bar到真空。
例如，此亚低压水平p11可在0.8到1bar之间的范围。在0.9bar的低压水平p11下，相应的蒸汽将过热15k。穿过亚低压过热器蒸汽输出管线30的蒸汽的质量流将达到流过低压汽轮机51的主输入54的蒸汽的质量流的大约4%。
亚低压子区段11可在具有ccpp周围的极低的环境温度和/或ccpp的很低的负载的时段内至少部分地关闭，即，由ccpp覆盖所需的电力消耗远低于ccpp设计成在满载下提供的功率。以此方式，hrsg7中可用的热可转移至节约器12,22，使得提供至低压区段10和高/中压区段2的水/冷凝物可充分地预热。