专利名称：发电机-蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线及其运行的方法
技术领域：
本发明涉及一种发电机-蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线和一种用于运行该发电机-蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线的方法。
背景技术：
涡轮压缩机比如应用在化学工业的设备中。在所述设备中传统上供应过程蒸汽的 形式的热能。在过程蒸汽系统中提供过程蒸汽，从所述过程蒸汽系统可以提取用于驱动蒸 汽涡轮机的过程蒸汽。蒸汽涡轮机传统上用于驱动涡轮压缩机。传统上涡轮压缩机在不同的运行状态中运行，所述运行状态会伴随着涡轮压缩机 的不同的转速。传统上涡轮压缩机的转速影响着由涡轮压缩机消耗的驱动功率，其中由过 程蒸汽系统提供的热功率传统上大于为驱动涡轮压缩机所需要的功率。这种功率过剩随涡 轮压缩机的功率消耗的下降而增加。传统上这种功率过剩未被利用或者在一个在所述设备中额外设置的由蒸汽涡轮 机和发电机组成的汽轮发电机组中排出(verstromt)。图2示出了具有发电机101和蒸汽涡轮机102的汽轮发电机组。所述蒸汽涡轮机 102借助于第一离合器104驱动发电机101。为驱动蒸汽涡轮机102，由新鲜蒸汽管路106 将新鲜蒸汽输入蒸汽涡轮机102。将由发电机101产生的电功率输出给电网107。此外，用新鲜蒸汽管路106的蒸汽来驱动另外的蒸汽涡轮机108，该蒸汽涡轮机 108本身借助于离合器105与涡轮压缩机103相耦合用于驱动该涡轮压缩机103。涡轮压缩 机103的转速借助于转速反馈装置109来调节，该转速反馈装置109控制新鲜蒸汽阀108a。 由此在借助于转速反馈装置109来预先给定涡轮压缩机103的事先确定的转速的情况下来 如此触发所述新鲜蒸汽阀108a，从而如此调节由新鲜蒸汽管路106输入蒸汽涡轮机108的 蒸汽量，使得将涡轮压缩机103调节到事先确定的转速。出于调节技术和过程技术的原因，用于驱动涡轮压缩机103的蒸汽涡轮机108超 尺寸地设计。所述蒸汽涡轮机108在使用新鲜蒸汽管路106的最小的参数的情况下提供涡 轮压缩机103的最大必需的驱动功率。此外，所述蒸汽涡轮机108也必须能够在降低新鲜 蒸汽参数的情况下起动涡轮压缩机103。因而在额定运行状态中，向蒸汽涡轮机108仅仅加 载最大的蒸汽流量的大约70%。其结果是，蒸汽涡轮机108在大多数的运行时间里在用新 鲜蒸汽阀108a节流的情况下运行。由此蒸汽涡轮机108的效率远低于其效率最大值。借助于蒸汽涡轮机102和发电机101，将在新鲜蒸汽管路106中提供的过剩的新鲜 蒸汽排出。但是在设备中额外地设置蒸汽涡轮机102和发电机106这种做法十分麻烦且成 本很高。在图3中示出了传统的具有发电机101、蒸汽涡轮机102和涡轮压缩机103的线。 向蒸汽涡轮机102馈给来自新鲜蒸汽管路106的新鲜蒸汽，并且该蒸汽涡轮机102为了进 行驱动借助于离合器104与发电机101相耦合并且借助于离合器105与涡轮压缩机103相
華禹合。
将在发电机101中产生的电功率输出给电网107。所述涡轮压缩机103以恒定的 转速运行。所述蒸汽涡轮机102出于前面提到的原因在额定负载和部分负载时在节流情况 下运行，因而蒸汽涡轮机102的效率同样低于其效率最佳值。此外，不存在通过转速来调节 涡轮压缩机103的可能性，这会导致总过程的效率损失。
发明内容
本发明的任务是，提供一种发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线和一种用于运 行该发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线的方法，其中所述发电机_蒸汽涡轮机_涡轮 压缩机_线具有高的效率、良好的可调节性以及微小的投资成本。所述按本发明的发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线具有频率可变的发电机、 蒸汽涡轮机和能够由所述发电机和/或蒸汽涡轮机驱动的涡轮压缩机，它们耦合成一个轴 系，其中所述发电机能够电耦合到电网上用于向电网馈电并且所述蒸汽涡轮机能够连接到 用于向该蒸汽涡轮机输入新鲜蒸汽的新鲜蒸汽供给管路上，使得所述发电机-蒸汽涡轮 机_涡轮压缩机_线能够通过电网馈电的变化并且/或者通过新鲜蒸汽供给来调节转速。所述按本发明的用于运行发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机-线的方法具有以下 步骤提供发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线；改变发电机的电网馈电并且/或者 改变输送给蒸汽涡轮机的新鲜蒸汽供给从而对发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线进行 转速调节。在所述发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线中，涡轮压缩机能够由蒸汽涡轮机 来驱动，其中向所述线提供的过程能量完全得到转换。所述蒸汽涡轮机驱动发电机，由此不 必设置额外的发电机驱动装置，因而用于发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线的投资成 本微小。发电机_蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线中的蒸汽涡轮机能够用完全打开 (ausgesteuert)的蒸汽调节阀来运行。这导致蒸汽涡轮机具有高的效率，因而过程能量的 收益很高。此外能够实现这一点，即能够通过可变的转速来调节发电机_蒸汽涡轮机_涡轮 压缩机_线中的涡轮压缩机的功率，由此涡轮压缩机的功率调节是有效的。在起动涡轮压缩机时，发电机可以作为电动机来运行，由此在起动涡轮压缩机时 通过发电机提供额外的驱动功率。由此不需要如此设计所述蒸汽涡轮机，即能够在蒸汽参 数可能很低且涡轮压缩机的功率需求很高时起动涡轮压缩机。由此蒸汽涡轮机能够以低廉 的成本来制成，由此用于蒸汽涡轮机的投资成本微小。此外，所述蒸汽涡轮机在正常运行状 态中能够在不节流或者仅仅稍微节流的情况下运行，由此蒸汽涡轮机的效率是高的。优选所述蒸汽涡轮机具有用于将来自新鲜蒸汽供给装置的新鲜蒸汽输送给蒸汽 涡轮机的新鲜蒸汽阀，其中用所述新鲜蒸汽阀能够调节新鲜蒸汽供给，从而能够借助于新 鲜蒸汽阀对所述发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线进行转速调节。由此能够实现这一点，即输送给蒸汽涡轮机的能量供给能够用新鲜蒸汽阀来调 节，该新鲜蒸汽阀为此拥有相应的阀位置。由此能够容易地调节蒸汽涡轮机的输出功率并且由此容易地调节蒸汽涡轮机的转速。此外，优选所述发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线具有变频器，利用该变频器能够将发电机电耦合到电网上用于向电网馈电并且能够调节发电机的功率，从而能够借助 于变频器对所述发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线进行转速调节。借助于所述变频器，可以在向电网馈电时改变发电机的输出功率，因而能够使发 电机的功率需求与涡轮压缩机的功率需求相匹配。由此能够预先设定蒸汽涡轮机的驱动功 率，并且由此能够使其与新鲜蒸汽供给装置的功率供应相匹配。由此蒸汽涡轮机中的新鲜 蒸汽供给装置的完全的蒸汽供应可以得到缓和，其中涡轮压缩机能够在所期望的运行状态 中运行。优选所述发电机不仅能够在发电机运行状态中运行而且能够在驱动电动机运行 状态中运行。如果发电机在驱动电动机运行状态中运行，那就由该发电机提供额外的驱动功 率。这个额外的驱动功率比如可能在起动涡轮压缩机时是必需的，如果比如新鲜蒸汽供给 装置的蒸汽供应在涡轮压缩机起动时太小的话。由此能够实现这一点，也就是尽管仅仅蒸 汽涡轮机的驱动功率不够，但仍然可以起动涡轮压缩机。对于驱动电动机运行状态来说，发 电机从电网中获取功率。优选发电机是高转速的发电机。此外在用于运行所述发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线的方法中优选使用以 下步骤提供具有新鲜蒸汽阀的蒸汽涡轮机；改变新鲜蒸汽阀的位置从而对发电机-蒸汽 涡轮机-涡轮压缩机-线进行转速调节；在正常运行状态中以完全打开的新鲜蒸汽阀来 运行蒸汽涡轮机。由此在正常运行状态中，蒸汽涡轮机在额定负载时运行而不是在部分负载时运 行，因而蒸汽涡轮机的效率是高的。此外在用于运行所述发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线的方法中优选使用以 下步骤提供具有变频器的发电机-蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线；用变频器改变发电机的 功率从而对所述发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线进行转速调节。此外在用于运行所述发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线的方法中优选使用以 下步骤提供不仅能够在发电机运行状态中运行而且能够在驱动电动机运行状态中运行的 发电机；在起动运行时在驱动电动机运行状态中运行发电机。
下面借助于所述按本发明的发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机-线的一种优选的 实施例来示出本发明。其中图1是按本发明的发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线的示意图，图2是按现有技术的蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线和蒸汽涡轮机_发电机_线， 并且图3是按现有技术的发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机-线。
具体实施例方式如可以从图1中看出的一样，发电机-蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线1具有发电机2、蒸汽涡轮机3和涡轮压缩机4，它们形成了轴系5。所述蒸汽涡轮机3为驱动发电机2 借助于第一离合器5a与该发电机2相连接并且为驱动涡轮压缩机4借助于第二离合器5b 与该涡轮压缩机4相连接。所述蒸汽涡轮机3用来自新鲜蒸汽供给装置7的蒸汽来运行， 其中能够由新鲜蒸汽阀8来调节输送给蒸汽涡轮机3的蒸汽流。所述新鲜蒸汽阀8借助于 转速反馈装置10与轴系5的转速相耦合。借助于转速反馈装置10能够如此触发新鲜蒸汽 阀8，从而对轴系5进行转速调节。发电机2借助于变频器9与电网6相耦合用于向电网馈电。所述变频器9借助于 转速反馈装置11与轴系5的转速相耦合。布置蒸汽涡轮机3用于借助于新鲜蒸汽阀8和转速反馈装置10在调节转速的情 况下驱动涡轮压缩机4。此外，所述蒸汽涡轮机3为驱动发电机2而组合在轴系5上。如果 边界条件在起动涡轮压缩机4时要求额外的辅助能量，那么发电机2和变频器9也可以以 电动机方式来运行。所述蒸汽涡轮机3在正常运行状态中以完全打开的新鲜蒸汽阀8来运 行，因而蒸汽涡轮机在额定运行状态中可以以高的效率来运行。在蒸汽涡轮机3的额定运行状态中存在的过剩功率在发电机2中用于产生电功率。借助于变频器9通过发电机2产生具有电网6的相应的电网频率的交流电，该交 流电可以馈入电网6中。在需要的情况下，发电机3可以在电动机运行状态中提供额外的 机械功率用于起动涡轮压缩机4。所述轴系5的转速调节要么通过电网馈电功率的调整要 么在发电机2的功率恒定时通过蒸汽涡轮机2的新鲜蒸汽阀8来进行。发电机2的功率调 节则在变频器9中进行。
权利要求
发电机-蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线(1)，具有频率可变的发电机(2)、蒸汽涡轮机(3)和能够由所述发电机(2)和/或蒸汽涡轮机(3)驱动的涡轮压缩机(4)，它们耦合成一个轴系(5)，其中所述发电机(2)能够电耦合到电网(6)上用于向电网馈电并且所述蒸汽涡轮机(3)能够连接到用于向该蒸汽涡轮机(3)供给新鲜蒸汽的新鲜蒸汽供给装置(7)上，使得所述发电机-蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线(1)能够通过电网馈电的变化并且/或者通过新鲜蒸汽供给来调节转速。
2.按权利要求1所述的发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线(1)，其中，蒸汽涡轮 机(3)具有用于将来自新鲜蒸汽供给装置(7)的新鲜蒸汽输送给蒸汽涡轮机(3)的新鲜蒸 汽阀(8)，其中用所述新鲜蒸汽阀(8)能够调节新鲜蒸汽供给，从而能够借助于新鲜蒸汽阀 (8)来对所述发电机-蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线(1)进行转速调节。
3.按权利要求1或2所述的发电机-蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线(1)，其中，所述发 电机-蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线(1)具有变频器(9)，所述发电机(2)用该变频器(9) 能够电耦合到电网(6)上用于向电网馈电并且发电机(2)的功率能够调节，从而能够借助 于所述变频器(9)对所述发电机-蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线(1)进行转速调节。
4.按权利要求1到3中任一项所述的发电机-蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线(1)，其 中，所述发电机(2)不仅能够在发电机运行状态中运行而且能够在驱动电动机运行状态中 运行。
5.按权利要求1到4中任一项所述的发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机-线(1)，其 中，所述发电机(2)是高转速的发电机。
6.用于运行按权利要求1到5中任一项所述的发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线 (1)的方法，具有以下步骤-提供发电机-蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线(1)；-改变发电机(2)的电网馈电并且/或者改变输送给蒸汽涡轮机(3)的新鲜蒸汽供给 从而对发电机_蒸汽涡轮机_涡轮压缩机_线(1)进行转速调节。
7.按权利要求6所述的方法，具有以下步骤_提供具有新鲜蒸汽阀(8)的蒸汽涡轮机(3)；-改变新鲜蒸汽阀(8)的位置从而对发电机-蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线(1)进行 转速调节；-在正常运行状态中以完全打开的新鲜蒸汽阀(8)来运行蒸汽涡轮机(3)。
8.按权利要求6或7所述的方法，具有以下步骤-提供具有变频器(9)的发电机-蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线(1)；-用变频器(9)改变发电机(2)的功率，从而对发电机-蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线 (1)进行转速调节。
9.按权利要求6到8中任一项所述的方法，具有以下步骤_提供不仅能够在发电机运行状态中运行而且能够在驱动电动机运行状态中运行的发 电机⑵；-在起动运行时在驱动电动机运行状态中运行发电机(2)。
全文摘要
发电机-蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线具有频率可变的发电机、蒸汽涡轮机和能够由所述发电机和/或蒸汽涡轮机驱动的涡轮压缩机，它们耦合成一个轴系，其中所述发电机能够电耦合到电网上用于向电网馈电并且所述蒸汽涡轮机能够连接到用于向该蒸汽涡轮机供给新鲜蒸汽的新鲜蒸汽供给装置上，使得所述发电机-蒸汽涡轮机-涡轮压缩机-线能够通过电网馈电的变化并且/或者通过新鲜蒸汽供给来调节转速。
文档编号F01D15/08GK101815845SQ200880109922
公开日2010年8月25日 申请日期2008年10月1日 优先权日2007年10月4日
发明者J·哈姆佩尔, O·伯伦特, O·施米特 申请人:西门子公司