专利名称：用于克服额定压力启动蒸汽轮机的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于改进特别是在液冷式定子重绕程序期间的定子条的传输和操纵 的装置和方法。 简要地，根据一个方面，提供了联合循环发电系统。该系统包括发电机、联接到发 电机上的燃气轮机，以及联接到发电机上的蒸汽轮机。系统进一步包括适于将蒸汽供应给 蒸汽轮机的热回收蒸汽发生器，以及联接到热回收蒸汽发生器上的至少一个调温器。另外， 系统包括适于在蒸汽轮机的正常操作期间控制蒸汽进入蒸汽轮机的主蒸汽控制阀，以及适于在快速启动期间控制蒸汽进入蒸汽轮机的主蒸汽启动控制旁路回路。 根据本发明的第二个方面，提供了一种适于在联合循环装置的快速启动中控制通 向蒸汽轮机的蒸汽流的装置。联合循环装置包括燃气轮机、适于将蒸汽供应给蒸汽轮机的 热回收蒸汽发生器，适于控制通向蒸汽轮机的蒸汽的温度的至少一个调温器，以及适于控 制通向蒸汽轮机的蒸汽的温度的至冷凝器的至少一个旁路路径。装置包括包括主蒸汽旁路 停止阀和主蒸汽旁路控制阀的启动旁路控制回路。 本发明的另一个方面提供用于快速地启动联合循环发电系统的方法。该系统包括 燃气轮机、蒸汽轮机；接收来自所述燃气轮机的废热的热回收蒸汽发生器，且在高压过热器 和再热器的排放终端处配备有调温器，且连接到蒸汽轮机上；连接到蒸汽轮机上的冷凝器； 以及从热回收蒸汽发生器到冷凝器以及从高压蒸汽管道到热的再热蒸汽管道的旁路路径； 以及包括主蒸汽控制阀和主蒸汽旁路控制阀的主蒸汽管道。 方法包括以高达其最大速率对燃气轮机进行加载，同时从初始蒸汽进入蒸汽轮机 直到在燃气轮机在高达最大负载下操作的情况下由热回收蒸汽发生器产生的全部蒸汽通 过主蒸汽启动旁路阀进入蒸汽轮机为止，将供应给蒸汽轮机的蒸汽的蒸汽温度保持为基本 恒定温度。方法还包括调节通过旁路路径的蒸汽流，以便控制来自热回收蒸汽发生器的高 压蒸汽压力、再热压力和低压蒸汽压力；以及为蒸汽提供备选路径，同时在加载期间调节主 蒸汽启动旁路控制阀。 将蒸汽进入蒸汽轮机的控制从主蒸汽旁路控制阀转移到主蒸汽控制阀。在全部蒸 汽流进入蒸汽轮机之后，蒸汽温度就以与容许的蒸汽轮机应力和不均匀膨胀相适合的速率 上升，以实现正常的蒸汽轮机输出和效率。
当参看附图阅读以下详细描述时，将更好理解本发明的这些和其它特征、方面和 优点，在附图中，相同标号始终代表相同部件，其中 图1是适于实现快速启动的示例性联合循环动力系统10的示意图；
图2示出了启动控制旁路阀的线性流特性的示例性显示； 图3A和3B是结合了启动控制旁路回路的实施例的示例性联合循环动力系统的更 详细的图示； 图3A和3B示出了主蒸汽停止阀和切断阀的旁路阀的布置；
图4示出了启动旁路控制回路的布置的实施例的正视图；
图5示出了启动旁路停止阀的实施例的横截面图；以及 图6是启动旁路控制阀的实施例的横截面图。部件列表10联合循环动力系统12 燃气轮机14蒸汽轮机16发电机18热回收蒸汽发生器20冷凝器22调温器24再热蒸汽终 端调温器28， 30， 32通向冷凝器旁路路径的HRSG33至冷再热蒸汽管道旁路路径的高压蒸汽 线路40蒸汽轮机进气控制阀41主蒸汽停止阀42液压控制器45启动旁路回路46过滤器 47启动旁路停止阀48启动旁路控制阀49MSBV/MSCV50，52双蒸汽管道51， 53双蒸汽入口 210线性流特性220等百分比流特性230快速打开特性300启动旁路停止阀310主体320 控制头330控制杆340盘345承座350内部过滤器400启动旁路控制阀410主体420控制 杆425控制杆盘430控制套管440堆叠盘
具体实施例方式
本发明的下列实施例具有许多优点，包括有利于在联合循环燃气轮机装置中实现 迅速反应启动。 本发明关于增加外部蒸汽轮机主蒸汽启动控制阀旁路回路，其用于有利于全压力 联合循环迅速反应/快速启动动力装置。主蒸汽启动控制旁路回路尤其包括主蒸汽启动控 制旁路阀，其完成以下功能1)允许实现高效的低压降MSCV，以别的方式将不能在全压力 蒸汽轮机启动期间处理剧烈的节流任务，以及2)增强蒸汽轮机的可控制性，从而允许最大 程度地减小ST转子应力所必需的高灵敏度控制。这种类型的主蒸汽阀构造的主要优点在 于，其有利于在联合循环启动期间使燃气轮机(GT)与蒸汽轮机(ST)分离(decoupling)。 通过使ST与GT分离，GT就能够启动得更快，从而导致GT启动排放大大减少且使客户收入 增加。在服役的联合循环装置要转换成快速启动/迅速反应的动力装置的情况下，可增加 对这些启动旁路阀的使用，以提供全压力ST启动和加载所需的控制灵敏度和稳健节流，全 压力ST启动和加载必须发生以使ST与GT完全分离。 本发明的重要特征在于对联合循环应用增加和/或应用启动控制旁路回路，以便 在克服全额定操作条件操作的时候实现更加可靠和受控制的启动加载特性。包括在本发明 的实施例中的构件是快速关闭管路旁路停止阀、线性旁路阀，以及管路篮型(basket type) 或Y形蒸汽过滤器。 布置允许MSCV被设计为最优性能，同时提供精确地控制涡轮机所需的可靠性以 及启动和加载特性。在不使用本发明的情况下，MSCV设计内的鲁棒特征(robust features) 可能会需要进行阀设计，其不可避免地造成不可接受的更高的压力损失特性。
在现有的MSCV周围增加了启动控制旁路回路。虽然期望现有的MSCV起到用于涡 轮机保护的快速关闭停止阀和用于控制蒸汽进入ST涡轮机加载操作的节流阀的作用，但 是还期望其在燃气轮机升温期间为低水平的蒸汽进入提供高节流控制。有创造性的启动 控制旁路回路的实施例包括用于涡轮机保护的快速作用启动旁路停止阀(SBSV)。在快速 启动期间，启动旁路控制阀(SBCV)提供在快速启动期间具有线性Cv特性对阀行程以用于 增强的控制的增强的流控制。图2示出了启动旁路控制阀的线性流特性210的示例性显 示。启动控制旁路阀可采用的其它有代表性的流特性可包括等百分比特性220和快速打开 特性230。 SBSV和SBCV可各自包括单独作用的液压促动器，用于打开，且依靠机械弹簧关 闭。在快速作用的主停止阀和启动旁路控制阀的上游的篮型过滤器保护阀组合不受可能会 使其操作的性能和可靠性降低的外来物质的影响。篮型过滤器可备选地包括在SBCV阀或 SBSV阀内。 图3A和3B是结合了启动控制旁路回路的实施例的示例性联合循环动力系统的更 加详细的图示。可将来自燃气轮机12的废热提供给热回收蒸汽发生器(HRSG)IO。 HRSG 10 可通过调温器22将蒸汽提供给蒸汽轮机14。 一些蒸汽可通过HP旁路32转移至脱气冷凝 器20。在通向蒸汽轮机14的入口处设置适于在完全加载操作期间控制蒸汽轮机的主蒸汽 控制阀40和主蒸汽停止阀41。主蒸汽控制阀40和主蒸汽停止阀41可包括液压控制器42， 液压控制器信号从涡轮机控制系统(未示出)中提供给液压控制器42。主蒸汽停止阀41 提供快速关闭特征和蒸汽与蒸汽轮机14的确实的隔离。主蒸汽控制阀42根据涡轮机控制系统(未示出)的控制提供蒸汽进入。启动旁路回路45包括启动旁路停止阀47和启动旁 路控制阀48。启动旁路回路45可进一步包括启动旁路过滤器46。启动旁路过滤器46可 备选地包括在启动旁路停止阀47和启动旁路控制阀48中的一个内。启动旁路停止阀和启 动旁路控制阀的控制器可设有采用来自涡轮机控制系统(未示出)的信号的液压促动器。 启动控制旁路回路的阀和过滤器可由现有的蒸汽管道来支持。 图4示出了供应蒸汽轮机的启动旁路控制回路的布置的实施例的正视图。取决 于大小和其它因素，蒸汽轮机可包括不止一个蒸汽入口。如图所示，蒸汽轮机14包括双蒸 汽入口51、53。因此，提供双蒸汽管道50、52来为双入口服务。进一步在此构造中，现有的 MSBV 41和MSCV 42可包括在单个主体49内。因此，MSBV/MSCV49可供应两个双蒸汽管线 的第一双蒸汽管线50。第二个现有的MSBV/MSCV 49供应第二双蒸汽管线52。
启动控制旁路回路45与双MSBV/MSCV 49并行。启动控制旁路回路45可包括过 滤器46、启动旁路停止阀47和启动旁路控制阀48。在启动旁路控制阀48下游的出口管道 可包括将双蒸汽入口 51 、53供应给蒸汽轮机14的双蒸汽管道50 、52。蒸汽轮机14可通过 公共轴连接到发电机16上。 快速启动的方法可包括以高达其最大速率对燃气轮机进行加载。然后，从初始蒸 汽进入蒸汽轮机中直到在燃气轮机在高达最大负载处操作的情况下由热回收蒸汽发生器 产生的全部蒸汽通过控制主蒸汽旁路控制阀被允许进入蒸汽轮机为止，将供应到蒸汽轮机 的蒸汽的蒸汽温度保持在基本恒温下。另外，方法包括调节通过旁路路径流到冷凝器的蒸 汽流量，以便控制来自热回收蒸汽发生器的高压蒸汽压力、再热压力和低压蒸汽压力，且为 蒸汽提供备选路径，同时在加载期间调节蒸汽轮机旁路控制阀。在允许预先指定量的蒸汽 进入蒸汽轮机之后，使蒸汽温度以与可容许的蒸汽轮机应力和不均匀膨胀相适合的速率升 高，以实现正常的蒸汽轮机输出和效率。通向蒸汽轮机的蒸汽流从主蒸汽旁路控制阀转移 到主蒸汽控制阀。 图5示出了启动旁路停止阀的实施例的横截面图。启动旁路停止阀包括适于响应 于蒸汽轮机、发电机或者其它故障而迅速且强制关闭的主体310。控制头320可包括弹簧 系统(未示出)，以在没有来自涡轮机控制系统的使阀保持打开的液压控制信号(未示出) 的情况下，强制控制杆330使盘340紧靠345承座而关闭。在此实施例中提供内部过滤器 350来防止外来物质污染或损害停止阀或下游构件中的承座表面。 图6示出了启动旁路控制阀的一个实施例的横截面图。启动旁路控制阀400包括 主体410。由液压控制器(未示出)在上端处操作控制杆420，以克服关闭的弹簧(未示 出)而打开。控制杆盘425操作堆叠盘440内的控制套管430，以根据大体线性流特性来控 制流过主体410的蒸汽流。 虽然本文描述了各种实施例，但根据说明书将理解的是，可进行元件的各种组合、 变化或改进，且它们都在本发明的范围内。
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权利要求
一种联合循环发电系统(10)，包括发电机(16)、联接到所述发电机上的燃气轮机(12)、联接到所述发电机上的蒸汽轮机(14)、适于将蒸汽供应给所述蒸汽轮机(14)的热回收蒸汽发生器(18)、联接到所述热回收蒸汽发生器(22)，(24)上的至少一个调温器、适于在所述蒸汽轮机的正常操作期间控制蒸汽进入所述蒸汽轮机(14)的主蒸汽控制阀(40)，以及包括主蒸汽启动控制旁路阀(48)的主蒸汽启动旁路控制回路(45)，以及从所述主蒸汽控制阀的上游连接到所述主蒸汽启动旁路控制阀(48)的入口的主蒸汽管道和从所述主蒸汽旁路控制阀(48)的出口连接到所述主蒸汽控制阀(40)的下游的蒸汽管道，所述主蒸汽管道和所述蒸汽管道适于在快速启动期间控制蒸汽进入所述蒸汽轮机(14)。
2. 根据权利要求1所述的联合循环发电系统，其特征在于，来自所述主蒸汽旁路控制 阀(48)的出口的所述主蒸汽管道构造成用于通向所述蒸汽轮机(14)的单入口和双入口中 的至少一个。
3. 根据权利要求1所述的联合循环发电系统，其特征在于，所述联合循环发电系统还 包括在所述启动控制旁路回路(45)中的所述主蒸汽启动控制阀(48)的上游的主蒸汽旁 路停止阀(47)。
4. 根据权利要求3所述的联合循环发电系统，其特征在于，所述联合循环发电系统还 包括所述主蒸汽启动控制旁路阀(48)的上游过滤器(46)。
5. 根据权利要求3所述的联合循环发电系统，其特征在于，所述主蒸汽旁路停止阀(47) 和所述主蒸汽旁路控制阀(48)中的至少一个在缺少液压控制时失效关闭。
6. 根据权利要求3所述的联合循环发电系统，其特征在于，所述主蒸汽旁路控制阀包 括在操作的全范围上的线性流特性和等百分比流特性中的至少一个。
7. —种适于在联合循环装置(10)的快速启动中控制通向蒸汽轮机(14)的蒸汽流的 装置，所述联合循环装置(10)包括燃气轮机(12)、适于将蒸汽供应给所述蒸汽轮机的热 回收蒸汽发生器(18)、适于控制通向所述蒸汽轮机的蒸汽的温度的至少一个调温器(22)， (24)，以及适于控制通向所述蒸汽轮机(14)的蒸汽的温度的至冷凝器(20)的至少一个旁 路路径(28) ， (30) ， (32)，所述装置包括:包括主蒸汽旁路停止阀(47)和主蒸汽旁路控制阀(48)的启动旁路控制回路(45)。
8. 根据权利要求7所述的适于在联合循环装置(10)的快速启动中控制通向蒸汽轮机 (14)的蒸汽流的装置，其特征在于，所述主蒸汽旁路控制阀(48)包括在快速启动蒸汽流 中的线性流特性。
9. 根据权利要求7所述的适于在联合循环装置(10)的快速启动中控制通向蒸汽轮机 (14)的蒸汽流的装置，其特征在于，所述主蒸汽旁路停止阀(47)和所述主蒸汽旁路控制阀(48) 中的至少一个还包括来自涡轮机控制器的液压控制，包括在缺少液压控制时关闭弹簧。
10. —种用于启动联合循环发电系统(10)的方法，所述联合循环发电系统(10)包括 燃气轮机(12)和蒸汽轮机(14)，以及接收来自所述燃气轮机的废热的热回收蒸汽发生器 (18)，且配备有调温器(22)， (24)以及包括主蒸汽控制阀(40)和主蒸汽旁路控制阀(48) 的主蒸汽管道，所述方法包括以高达其最大速率对所述燃气轮机(12)进行加载；从初始蒸汽进入所述蒸汽轮机直到在所述燃气轮机(12)在高达最大负载处操作的情况下由所述热回收蒸汽发生器(18)产生的全部蒸汽通过所述主蒸汽启动旁路阀(48)被允 许进入所述蒸汽轮机(14)为止，将供应到所述蒸汽轮机(14)的蒸汽的蒸汽温度保持为基 本恒定的温度；调节通过所述旁路路径(28) ， (30)， (32)的蒸汽流量，以便控制来自所述热回收蒸汽 发生器(18)的高压蒸汽压力、再热压力和低压蒸汽压力，并为蒸汽提供备选路径，同时在 加载期间调节所述主蒸汽启动旁路控制阀(48);将对蒸汽进入所述蒸汽轮机(14)的控制从所述主蒸汽旁路控制阀(48)转移到所述主 蒸汽控制阀(40);以及在全部蒸汽流进入所述蒸汽轮机(14)之后，使所述蒸汽温度以与容许的蒸汽轮机应 力和不均匀膨胀相适合的速率升高，以实现正常的蒸汽轮机输出和效率。
全文摘要
本发明提供了一种蒸汽轮机(14)的外部主蒸汽启动控制阀旁路回路(45)，以有利于全压力联合循环迅速反应/快速启动动力装置(10)。主蒸汽启动旁路控制回路(45)尤其包括主蒸汽启动旁路控制阀(48)和低压降主蒸汽控制阀，主蒸汽启动旁路控制阀(48)允许实现高效率，低压降主蒸汽控制阀在全压力蒸汽轮机启动期间处理剧烈节流任务，且会增强蒸汽轮机(14)的可控制性，从而允许进行最大程度地降低蒸汽轮机转子应力所必需的高灵敏度控制。
文档编号F01K23/02GK101769202SQ20091026675
公开日2010年7月7日 申请日期2009年12月31日 优先权日2008年12月31日
发明者D·E·韦尔奇, D·萨思亚纳拉亚娜, E·L·库拉奇克, J·C·蒙德洛 申请人:通用电气公司