专利名称：联合循环发电厂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种联合循环发电厂，更具体地说，涉及装有用蒸汽冷却的燃气轮机这样类型的发电厂。
作为装有用蒸汽冷却的燃气轮机的常规发电厂之一，JapaneseUnexamined Patent Publications Nos.148035/1992例如叙述了这样一种发电厂。在这个专利公开物中，叙述了把一个排气热量回收锅炉所产生的蒸汽的一部分引入一个燃气轮机，并且把燃气轮机排出的蒸汽引入一个汽轮机的中压部分。
作为叙述装有蒸汽冷却的燃气轮机的已知参考资料，有JapaneseUnexamined Patent Publications Nos.163960/1993，163961/1993，4210/1995，93810/1994，ASME paper 92-GT-240，“New Advanced CoolingTechnology and Material of the 1500℃ Class Gas Turbine”，以及GasTurbine World，Vol.25，No.3，May-June 1995。
关于无再热蒸汽循环的中容量和小容量循环发电厂，常规技术有此问题，即虽然叙述了关于使用蒸汽冷却式燃气轮机的发电厂，但是对其没作充分讨论。
因此，本发明的一个目的是提供一种装有中容量或小容量燃气轮机的紧凑和高效的联合循环发电厂，该燃气轮机无再热蒸汽循环，并且它用蒸汽冷却。
按照本发明的一种联合循环发电厂装有一台具有转子叶片和定子叶片的燃气轮机，一台利用该燃气轮机的排出气体作为热源以用于产生蒸汽的排气热量回收锅炉，以及一台用蒸汽驱动的汽轮机，在位于排气热量回收锅炉内部的一个高压蒸汽系统中安装一个过热器。汽轮机有一个高压部分。该发电厂的特征在于，它有一个用来把过热器排出的蒸汽引入燃气轮机的第一系统，以及一个用来把刚才用于冷却燃气轮机的蒸汽引入汽轮机的高压部分的第二系统。
本发明的另一个特征在于，该发电厂有一个用来把安装在排气热量回收锅炉中一个一次过热器所排出的蒸汽引入燃气轮机的系统，一个用来把刚才用于冷却燃气轮机的蒸汽引入一个二次过热器的系统，以及一个用来把二次过热器所排出的蒸汽引入汽轮机的高压部分的系统。二次过热器安装在排气热量回收锅炉内，并且位于一次过热器的上游。
本发明的又一个特征在于，该发电厂有一个用来把安装在排气热量回收锅炉中一个过热器所排出的蒸汽引入燃气轮机的系统，以及一个用来把刚才用于冷却燃气轮机的蒸汽引入汽轮机的第一级的系统。燃气轮机排出的蒸汽驱动汽轮机。
图1是说明按照本发明的一个联合循环发电厂的原理的系统图；图2是按照本发明的第一实施例的一个联合循环发电厂的系统图；图3是按照本发明的第二实施例的另一个联合循环发电厂的系统图；以及图4是说明无再热蒸汽循环的进口蒸汽条件与燃气轮机的排出气体的湿度之间关系的示意图。
现在将参考图1叙述本发明的优选实施例。在图1中，表示一个按照本发明的联合循环发电厂。该发电厂包括一台燃气轮机13，一台利用燃气轮机13的排出气体61作为热源以用于产生蒸汽的排气热量回收锅炉21，以及一台由锅炉21所产生的蒸汽驱动的汽轮机31。
引入燃气轮机13的燃烧气体是通过在燃烧室12中燃烧由压气机11所压缩的空气和一种燃料，例如天然气或油而产生。燃气轮机13使其叶片由燃烧气体所旋转，并且结果产生的旋转能量传送到一个发电机32。用来运行燃气轮机13的燃烧气体然后作为排出气体61引入排气热量回收锅炉21。在锅炉21中，按照从上游侧起的次序形成一个过热器25，一个蒸发器24，以及一个节热器22。节热器22升高水温，蒸发器24蒸发热水，以及过热器25过热蒸发器24排出的蒸汽，以便产生过热蒸汽。
此外，提供一个把排气热量回收锅炉21中过热器25所排出的蒸汽引入燃气轮机13，由此安装为冷却燃气轮机13的系统43。在冷却燃气轮机13之后，蒸汽通过导向汽轮机31高压部分的系统44引到汽轮机31，并且成为汽轮机31的驱动源。也就是，汽轮机31由燃气轮机13所供给的蒸汽驱动。优选地，导向汽轮机31的蒸汽引入该汽轮机的第一级。排气热量回收锅炉21中装设的过热器25优选地在高压蒸汽系统中形成。
该发电厂还包括一个用来把汽轮机31的排出蒸汽41冷凝成水(冷凝水)的冷凝器33。也就是，供入汽轮机31的蒸汽由冷凝器33变成水。该水然后由排气热量回收锅炉21变成蒸汽。排气热量回收锅炉21排出的蒸汽依次引入燃气轮机13，汽轮机31及冷凝器33。冷凝器33排出的水引入排气热量回收锅炉21。因此，形成一个排气热量回收锅炉21-燃气轮机13-汽轮机31-冷凝器33的循环。
优选地本发明的发电厂为所谓“单轴”类型，其中汽轮机31和燃气轮机13由一个单轴连接，并且本实施例中所使用的汽轮机31为单室和单流类型。
此外，根据由发电厂的容量所调节的蒸汽的条件，优选地该发电厂装有系统43，其中排气热量回收锅炉21中一次过热器25的输出蒸汽引入燃气轮机13，系统49，其中用来冷却燃气轮机13的蒸汽引入排气热量回收锅炉21中一次过热器25上游侧形成的一个二次过热器26中，以及系统44，其中二次过热器26的输出蒸汽引入汽轮机31的高压部分。
从排气热量回收锅炉21排出的蒸汽或从冷凝器33排出的水通过排气热量回收锅炉21，燃气轮机13，回收锅炉21，汽轮机31，冷凝器33及回收锅炉21所组成的循环来循环。
一台具有40MW到80MW大小输出的中容量和小容量汽轮机用作汽轮机31，以便实现小于150MW的发电厂输出。为此，优选地排气热量回收锅炉21的输出蒸汽以30atg到70atg的压力引入燃气轮机13，并且用来冷却燃气轮机13的蒸汽以20atg到60atg的压力引入汽轮机31。此外，在以上情况下，优选地排气热量回收锅炉21的输出蒸汽的温度在350℃到450℃范围内，并且引入汽轮机31的蒸汽的温度在450℃到500℃范围内。
此外，上述第一系统43可以连接到第二系统44，在第一系统43中排气热量回收锅炉21中过热器25的输出蒸汽引入燃气轮机13的一个冷却部分14，在第二系统44中刚才用来冷却该冷却部分14的蒸汽引入汽轮机31，以便一个第三系统101使蒸汽分路引入燃气轮机13。这样，汽轮机31只由第一系统43和/或第三系统101所引入的蒸汽驱动。
在本实施例中，蒸汽按照无再热蒸汽循环用来冷却燃气轮机13的高温部分14。燃气轮机的高温部分14包括燃气轮机13的转子和定子叶片及燃烧室12的过渡部件(尾管)。本实施例中用作冷却介质的蒸汽的冷却效率大约是空气冷却效率的1.2到1.5倍高。应该注意，无再热循环不同于再热蒸汽循环，其中汽轮机31排出的蒸汽再引入排气热量回收锅炉21，并且由锅炉21再热的蒸汽再引入汽轮机31。
在本实施例中，已经冷却燃气轮机13的蒸汽被回收，并且然后直接供入或在使其进一步过热之后供入汽轮机31。排气热量回收锅炉21中形成的过热器25，26与燃气轮机13的冷却部分(高温部分)14串联连接，以便提供所谓蒸汽冷却的燃气轮机。
引入燃气轮机13的蒸汽压力必须比从燃烧室12强制引入燃气轮机13的燃烧气体的压力高，以便防止燃烧气体流入蒸汽。优选地当燃烧气体的压力在30atg到70atg范围内时，蒸汽压力在15atg到30atg范围内。
此外，优选地送入燃气轮机13的蒸汽量大致等于排气热量回收锅炉21所产生的蒸汽总量。当蒸汽导入燃气轮机13时，除排气热量回收锅炉21外，蒸汽优选地不经过任何热源。也就是，优选地燃气轮机13用作一个过热器，用于过热引入汽轮机31的蒸汽，并且排气热量回收锅炉21，燃气轮机13和汽轮机31串联成为一个蒸汽系统。
本实施例的发电厂可以优选地装有一个温度控制装置71，安装在排气热量回收锅炉21到汽轮机31的蒸汽循环系统中，以便该温度控制装置71具有蒸汽温度控制功能。这样，能控制供入燃气轮机13的蒸汽温度及供入汽轮机31的蒸汽温度。特别是，优选地温度控制装置71安装在连接排气热量回收锅炉21与燃气轮机13的一个蒸汽管中。换个办法，温度控制装置71可以安装在连接燃气轮机13和安装在排气热量回收锅炉21中的二次过热器26的一个蒸汽管中。此外，可以从排气热量回收锅炉21与燃气轮机13相连接的蒸汽管分支一个系统74，用来把蒸汽注入燃气轮机13的燃烧室12。
此外，在汽轮机31的进口侧系统中可以优选地安装一个蒸汽控制阀53，因为这样做，就对运行期间例如小于50％的部分负载条件下所产生的蒸汽进行控制，以便供入燃气轮机13的蒸汽的压力保持在从燃烧室12强制进入燃气轮机13的燃烧气体的压力(要求压力)之上，结果补偿了在低负载运行时的压力下降。
本实施例适合无再热蒸汽循环的中容量或小容量发电厂，其中蒸汽用来冷却燃气轮机13。
从另一方面来说，在有再热蒸汽循环的发电厂中，由排气热量回收锅炉所产生的大约540℃高温和大约100atg高压的蒸汽强制送入汽轮机。增加蒸汽温度和压力能提高蒸汽循环效率。但是，在利用燃气轮机排出气体热量回收产生蒸汽的发电厂情况下，鉴于燃气轮机最后级中所使用的叶片材料的现存情况和强度，排出气体的最高温度限制在大约600℃，而且蒸汽温度有其本身限制。
当保持蒸汽温度恒定之时使蒸汽压力增加，从汽轮机放出的蒸汽湿度增加。这样造成腐蚀和效率降低，因此蒸汽压力当然也有其本身限制。
在再热蒸汽循环中，有可能在使汽轮机低压区域中蒸汽湿度保持在一定极限之内时增加蒸汽压力。这样促使蒸汽循环的效率增加。
但是，由于各种因素，例如增加蒸汽压力就要减小汽轮机叶片高度，结果使结构复杂化并使效率降低，所以再热蒸汽循环适合于汽轮机输出高于80MW，发电厂输出高于200MW的比较大容量发电厂，因此，假定本实施例中的发电厂为大约小于200MW，尤其大约小于150MW的中容量和小容量类型，并且具有使用蒸汽冷却式燃气轮机的无再热蒸汽循环。
优选地，除了用来把蒸汽供入汽轮机31的蒸汽系统外，使用蒸汽冷却式燃气轮机的利用无再热蒸汽循环的发电厂不装设任何用来把蒸汽供入燃气轮机13的蒸汽供给系统，这个蒸汽供给系统优选地不是作为一个辅助系统形成，而是作为一个主蒸汽系统形成，用作蒸汽循环中的蒸汽。因此这样，不存在任何已用来冷却燃气轮机13的蒸汽与流过其它系统的蒸汽相会合的接合点(蒸汽回收点)。因此，几乎没必要考虑已用来冷却燃气轮机13的蒸汽与流入其它系统的蒸汽回收点之间的温度差。结果，可以消除对系统结构和对运行条件的限制。
此外，已经发现优选地在用蒸汽冷却的燃气轮机13的高温部分14以宽广范围为冷却目标时，例如在把第一级定子叶片，第一级转子叶片，第二级定子叶片等作为冷却目标时，供入燃气轮机13的蒸汽量占排气热量回收锅炉21所供给的蒸汽量的较大部分。换句话说，由于扩大了冷却部分，所以冷却蒸汽量增加，并且为了构成最佳蒸汽循环，必须把燃气轮机13的冷却部分14结合在主蒸汽系统循环之内，以便由此供给和回收蒸汽。
在无再热蒸汽循环中，按照汽轮机31的容量来选择适当的主蒸汽压力，并且通常优选地随着容量增加，相应地主蒸汽压力要选择较高等级。例如对于汽轮机31，如果发电厂输出大约为70MW到80MW，那么主蒸汽压力优选地设定为大约70atg。如果发电厂输出大约为40MW到60MW，那么主蒸汽压力优选地设定为大约50atg到60atg。如果发电厂输出小到大约40MW，那么主蒸汽压力优选地设定为大约30atg到40atg。在这些条件下，通过热力增加主蒸汽压力来提高热效率。但是，汽轮机31的叶片高度受物理限制，因此汽轮机级的效率降低。因此，按照蒸汽的容积流速来确定适当的蒸汽压力。蒸汽的容积流速与燃气轮机13的排出气体的流速密切相关，并且还与温度密切相关。因此，根据燃气轮机13的容积，燃烧温度等来确定适当的蒸汽压力。
从另一方面来说，关于蒸汽温度，可以按照燃气轮机13的排出气体的温度来确定。例如，在燃气轮机13的排出气体的温度大约为600℃时，蒸汽温度可以设定至大约538℃。
但是，关于蒸汽条件，必须考虑到对汽轮机31的排出蒸汽湿度的大约6～13％的范围限制。蒸汽湿度上限主要为了防止腐蚀和效率降低而确定，以及下限主要为了防止当在部分负载运行时，当使汽轮机的排出气体变干而成为蒸汽时的温度上升。因此，考虑到这些限制，必须在蒸汽压力高时设定蒸汽温度高，以及在蒸汽压力低时设定蒸汽温度低。
更准确地说，确定与汽轮机31的容量相对应的蒸汽压力，并且确定与这个压力相适合的蒸汽温度。因此将会理解，必须按照发电厂的容量来选择具有适当蒸汽循环的系统结构。应该注意，汽轮机31的容量是按照燃气轮机13的容量来确定。
选择发电厂中燃气轮机13的设计点运行压力，以便效率最大。如果燃气轮机13的进口温度大约为1300℃到1500℃，那么压力大约为14atg到23atg。
考虑到其与燃气轮机13排出的燃烧气体的压力及与蒸汽循环的效率之间的关系，必须设定用于冷却燃气轮机13的蒸汽压力比燃气轮机13的设计点运行压力稍高。从另一方面来说，鉴于燃气轮机13的冷却部分的压力阻力结构，希望使蒸汽压力降到最小。考虑到这些条件，燃气轮机13的冷却部分14中的蒸汽压力优选地设定为30atg到70atg。
此外，考虑到由于燃气轮机13的高温部分14与用于冷却该高温部分14的蒸汽之间的温度差所引起的热应力，优选地设定燃气轮机13的冷却部分14的出口处的蒸汽温度大约为450℃到500℃。
必须防止由于水进入而对燃气轮机13的冷却部分14造成的破坏。考虑到这一点和上述热应力，必须供给过热蒸汽。因此，优选地设定燃气轮机13的冷却部分14的进口处的蒸汽温度大约为250℃到300℃，或300℃以上。
如果考虑这些关于燃气轮机13的冷却部分14和蒸汽循环的种种选择条件的各种限制，那么400℃到500℃相对低的蒸汽温度最适合于装有小容量汽轮机31的发电厂，并且其中在汽轮机31的进口处的蒸汽压力设定为30atg到50atg。450℃到540℃相对高的蒸汽温度最适合于装有中容量汽轮机31的发电厂，并且其中在汽轮机31的进口处的蒸汽压力设定为50atg到70atg。
在冷却燃气轮机13之后，蒸汽被回收。这个蒸汽的温度设定为大约450℃到500℃。在发电厂具有小容量时，刚才冷却燃气轮机13的蒸汽直接送回入汽轮机31。因此，能构成紧凑和适当的系统。在发电厂具有中容量时，刚才用来冷却燃气轮机13的蒸汽由排气热量回收锅炉21再升温，并且然后供入汽轮机31。这样，能构造高效和适当的系统。
关于燃气轮机13的冷却部分14的进口处的温度，蒸汽预先由排气热量回收锅炉21过热。这个过热蒸汽供给燃气轮机13的冷却部分14。结果，能构造高可靠性的系统。
当燃气轮机13在部分负载条件下运行时，排出气体的流速和温度改变，并且除排气热量回收锅炉21所产生的蒸汽量的变化外，所产生的蒸汽的温度也改变。
该发电厂能够在各种负载条件下适当运行。当发电厂实际运行时，负载经常变化。其时，要考虑汽轮机31中及排气热量回收锅炉21中的热应力。
此外，在对发电厂添加用于冷却燃气轮机13的高温部分14的系统或管道时，蒸汽温度变化更大。特别是，在汽轮机31的进口处的蒸汽温度高时，必须在考虑到材料的容许温度下选择一种能够耐高运行温度的高性能材料，或控制汽轮机31的进口处的蒸汽温度。
由于汽轮机31的排出蒸汽的湿度受汽轮机31的进口处的蒸汽条件的影响，所以根据蒸汽压力与蒸汽温度之间的关系可以限制运行范围。因此，希望提供一种用于控制汽轮机31的进口处的蒸汽温度的装置。因此，为了实现较高可靠性的发电厂，重要的是提供一种用于控制汽轮机31的进口处的蒸汽温度的装置。
中容量和小容量发电厂通常使用液体燃料，例如轻油和煤油，以及大容量发电厂经常使用的气体燃料。当使用液体燃料时，不同于使用气体燃料的情况，难以利用一种技术来降低由燃烧室12所产生的燃烧气体中的NOx浓度。为了减少NOx，蒸汽优选地注入燃烧室12。此外，在使用气体燃料时，蒸汽注入可以是一种增加输出的方法。
注入的蒸汽要求在比燃烧室12内部燃烧气体的压力高的压力下以过热形式供给。已经发现，在发电厂使用中容量或小容量的蒸汽冷却式燃气轮机时，用来把蒸汽供给燃气轮机13的冷却部分14的系统还用作允许供给注入蒸汽的系统。也就是，供入燃气轮机13的冷却部分14的蒸汽和注入燃烧室12的蒸汽优选地在大致相同的条件下供给。因此，连通管(燃气轮机-冷却系统)43把蒸汽供给燃气轮机13的冷却部分14，并且用来把蒸汽注入燃烧室12的管74从蒸汽管43分支。这样，没必要分别控制蒸汽压力和蒸汽温度。因此，能实现具有简单系统的发电厂。
当发电厂在部分负载条件下运行时，所产生的蒸汽量减少。因此，除非提供特殊控制，否则蒸汽压力降低。这个趋势大致与负载成正比下降。当发电厂在部分负载条件下运行时，燃烧室的压力也下降。甚至在无负载条件下，用于驱动压气机11的动力全部从燃气轮机13得到。因此，即使发电厂在无负载条件下运行，燃烧室的压力也超过一个给定压力。
因为它们之间特性上的差别，所以在额定运行期间设定供给燃气轮机13的冷却部分14的蒸汽压力为高，或在部分负载条件下控制压力。如果在额定运行期间设定所供给的蒸汽的压力为高，那么热损失增加。从热效率观点来说这是不希望的。此外，如果在部分负载条件下控制压力，并且如果用于冷却燃气轮机13的蒸汽在汽轮机31的膨胀冲程中得到，那么难以控制压力。
因此，在燃气轮机13的冷却部分14安装在从排气热量回收锅炉21延伸到汽轮机31的进口的主蒸汽系统中时，蒸汽压力能由安装在汽轮机31的进口处的蒸汽控制阀53容易控制。结果，能实现具有优良运行性能和高热效率的发电厂。因此，能在适当温度范围之内使蒸汽供入汽轮机31。没必要汽轮机31的主要部件用过分高规格的材料构成。此外，热应力被消除。能实现一种便宜和经济的高可靠性的发电厂。
在本发明的另一个实施例中，能减少由燃烧室使用液体燃料所放出的NOx的量，或能增加燃气轮机的输出。能构造一种其中使该蒸汽系统简化的发电厂。
在本发明的又一个实施例中，能实现一种具有优良运行性能的发电厂。
在这个实施例的发电厂中，从排气热量回收锅炉21排出的过热蒸汽引入燃气轮机13以使其冷却。蒸汽通过冷却燃气轮机13来交换热量，并且因此被加热。这个加热蒸汽再引入排气热量回收锅炉21，并且容许进入汽轮机31。这样，能使排气热量回收锅炉21变得紧凑。容易使汽轮机31的进口处的蒸汽设定为希望温度。能有效地提高发电厂的效率。
按照本发明的一种形式，从排气热量回收锅炉21中形成的过热器25排出的蒸汽几乎全部供给燃气轮机13的冷却部分14。因此，能构造一种既无分支系统又无汇合系统的蒸汽系统。因此，能简化系统的结构。并且，能容易控制系统。此外，能解决接合点处蒸汽温度差所引起的问题。因此，能提高可靠性。
在用于蒸汽循环的蒸汽管中安装温度控制装置71和71’时，在运行中，分别供给燃气轮机13的冷却部分14和供给汽轮机31的两流蒸汽的温度能控制在适当范围之内。高温部分14中的热应力能被消除。另外，能改善可靠性，并且能延长高温部分14的寿命。
在用于燃烧室12的蒸汽注入系统74设计为从用于燃气轮机13的冷却部分14的冷却蒸汽系统分支时，能使系统的结构较为简单，以便能实现一种便宜的发电厂。
此外，在部分负载条件下通过控制安装在汽轮机31的进口处的蒸汽控制阀53，能使蒸汽压力保持在希望压力之上。在额定条件下能选择适合于发电厂的蒸汽压力而不过分增加蒸汽压力。因此，能改善效率。并且，能提高运行性能。
这样，本发明能提供一种紧凑高效的发电厂，它使用由蒸汽冷却并且无再热蒸汽循环的中容量或小容量燃气轮机13。
其次参考图2，示出了一种按照本发明使用蒸汽冷却式燃气轮机的联合循环发电厂。该发电厂为单轴发电厂，并且具有一台燃气轮机13，一台排气热量回收锅炉21，一台汽轮机31，以及一台发电机32。
燃气轮机有一台压缩空气46的压气机11。压缩空气引入一个燃烧室12。一个燃料供给系统47供给燃料，例如轻油。供给的燃料和空气一起燃烧，因此产生高温燃烧气体。
这种高温燃烧气体供给燃气轮机13，以驱动与燃气轮机13和压气机11同轴安装的发电机32。在排气热量回收锅炉21中燃气轮机13的排出气体62与补给水42交换热量。最后，气体转变成低温排出气体62，从烟囱或其它类似装置释放到大气中。
在排气热量回收锅炉21中安装一个过热器25，一个具有汽包23的蒸发器24，以及一个节热器22，并且按照这个次序从上游侧安排。节热器22升高由补给水泵34所供给的水的温度。然后，蒸发器24产生饱和蒸汽。过热器25过热饱和蒸汽。饱和蒸汽取自排气热量回收锅炉21。汽包25把蒸汽与液态水分开，并且有效地产生饱和蒸汽。
饱和蒸汽供给燃气轮机的冷却部分14，因此冷却燃气轮机的高温部分。蒸汽然后供给汽轮机31的高压部分。汽轮机31被旋转，由此驱动发电机32以用于产生电输出。
蒸汽由汽轮机31转变成功，并且成为低温和低压蒸汽41。蒸汽然后在冷凝器33中与海水或其它类似水交换热量，并且成为冷凝，因此产生蒸汽冷凝水。蒸汽冷凝水由补给水泵34增加压力，并且送到排气热量回收锅炉21。
在本实施例中，燃气轮机冷却系统通过一个出口蒸汽管43把排气热量回收锅炉21所产生的几乎所有蒸汽(由过热器25过热的蒸汽)供给燃气轮机13。在冷却该冷却部分14之后，蒸汽通过一个进口蒸汽管44供入汽轮机31。燃气轮机的冷却部分14与排气热量回收锅炉21的过热器25串联连接。燃气轮机的冷却部分14用作蒸汽过热器的一部分。
在保持排气热量回收锅炉21的过热器25的出口蒸汽温度大约为300℃到350℃之时，能得到大约具有400℃到500℃高温的蒸汽。因此，能减小排气热量回收锅炉21的热传递面积。从另一方面来说，能使蒸汽升高到希望的高温。因此，能得到一种经济，紧凑并且高效的发电厂。
由于从过热器25的出口排出的蒸汽几乎全部供给燃气轮机的冷却部分14，所以能构造一种既无分支系统又无汇合系统的蒸汽系统。因此，能简化系统的结构。并且，能容易控制该蒸汽系统。此外，能解决由接合点处蒸汽温度差所引起的问题。因此，能提供一种高可靠性的发电厂。
燃气轮机的冷却部分14位于汽轮机31进口处的蒸汽控制阀53的上游。因此，容易在部分负载条件下使产生的蒸汽压力保持在燃气轮机的冷却部分14所要求的压力之上。此外能建立适合于发电厂的蒸汽压力，而使额定条件下所产生的蒸汽压力不设定在过高值。因此能提高效率，并且，能改善运行性能。
绕过燃气轮机的冷却部分14形成一个旁路系统81。这样允许用其它冷却介质(例如空气)来代替蒸汽，以便当发电厂起动，停止或在低负载条件下运行时，如果供给燃气轮机的冷却部分14的蒸汽不满足预定条件，就为用作冷却燃气轮机的蒸汽提供回冲。该替换是通过控制阀82并通过一个空气供给系统83引入空气来执行。
在本实施例中，排气热量回收锅炉21中的蒸汽系统有单压力级。根据热量回收条件，可以使用具有双压力级或三压力级的排气热量回收锅炉，以便更有效地回收热量。
出口蒸汽管43允许由排气热量回收锅炉21所产生的蒸汽供给燃气轮机的冷却部分14。在过热器25与燃气轮机的冷却部分14之间安装一个用于控制蒸汽温度的降温装置71。
降温装置71使得能够控制供给燃气轮机的冷却部分14的冷却蒸汽的温度。因此，能控制燃气轮机的冷却部分14的出口处的蒸汽温度。因此，能控制汽轮机31的进口处的蒸汽温度。没必要汽轮机31的高温部分用过分高规格的材料构成。因此，能提供一种高可靠性发电厂。蒸汽供给系统72把蒸汽注入降温装置71，以控制出口蒸汽管43中的蒸汽温度。
由于降温装置71安装在排气热量回收锅炉21的过热器25与燃气轮机的冷却部分14之间，所以能降低可能由降温装置71所产生的湿气引入汽轮机31的可能性。因此，能提高可靠性。
由于供给燃气轮机的冷却部分14的蒸汽是过热蒸汽，所以对所控制的蒸汽温度的范围施加了限制。这个范围可以通过把过热器25的输出蒸汽的温度预定为高温，以便降温装置71在正常运行期间产生一个大温度降而得到扩展。
在本实施例中，用来把蒸汽注入燃烧室12的蒸汽注入系统或管74设计为从出口蒸汽管43分支，出口蒸汽管43则把排气热量回收锅炉21所产生的蒸汽供给燃气轮机的冷却部分14。因此，蒸汽从系统74注入。
由于蒸汽注入系统还用作把蒸汽供给燃气轮机的冷却部分14的出口蒸汽管43，所以能提供具有简单系统的发电厂。没必要分别控制压力，蒸汽温度和其它参数。一个调节阀73控制蒸汽注入系统74中的蒸汽流速。该注入系统74有利地特别用在供给燃烧室12的燃料是轻油或其它类似燃料的地方。蒸汽管45是绕过汽轮机31的蒸汽旁路系统。阀54调节流过这个蒸汽旁路系统的蒸汽流速。
图3表示本发明的另一个实施例。除下列要点外，这个实施例与连同图2已作叙述的实施例类似。已经用来冷却燃气轮机的冷却部分14的蒸汽通过燃气轮机13的出口蒸汽管49供给排气容量回收锅炉21的二次过热器26。从二次过热器26的出口排出的蒸汽通过汽轮机31的进口蒸汽管44供给汽轮机31。燃气轮机的冷却部分14与排气热量回收锅炉21的一次过热器25和二次过热器26串联连接。冷却部分14安装在一次过热器25与二次过热器26之间。在汽轮机31的进口处的温度能设定比图2的实施例高(例如450℃到540℃)。因此，能进一步改善发电厂的效率。
如前面连同图2所述实施例同样方式，燃气轮机的冷却部分14位于汽轮机31的进口处所形成的蒸汽控制阀53的上游。因此，当发电厂在部分负载条件下运行时，蒸汽压力能保持在燃气轮机的冷却部分14所需要的给定压力之上。在额定运行期间能为发电厂设定适当蒸汽值而不使蒸汽压力设定为过高值。因此，能提高效率。此外，能改善运行性能。
用于降低已经用来冷却燃气轮机的冷却部分14的蒸汽温度的降温装置71安装在出口蒸汽管49中，出口蒸汽管49把燃气轮机的冷却部分14与排气热量回收锅炉21的二次过热器26相连接。供入二次过热器26的蒸汽温度能由降温装置71控制，因此能控制从二次过热器26排出的蒸汽温度。因此，能控制汽轮机31的进口处的温度。因此，能构造可靠发电厂，而不用具有过分高规格的材料来制造汽轮机31的高温部分。
由于降温装置71安装在燃气轮机的冷却部分14与排气热量回收锅炉21的二次过热器26之间，所以能降低可能由降温装置71所产生的湿气引入汽轮机31的可能性。因此，能改善可靠性。此外，从燃气轮机的冷却部分14排出的蒸汽具有充分高过热度，因此，能在宽广范围内控制蒸汽温度。因此，能改善运行性能。
图4表示在无再热蒸汽循环中汽轮机进口处蒸汽条件(压力和温度)与汽轮机排出蒸汽湿度之间的关系。可见适当蒸汽条件由汽轮机排出蒸汽湿度限制。也就是，在高蒸汽压力时选择高蒸汽温度，以及在低蒸汽压力时选择低蒸汽温度。从另一方面来说，蒸汽压力主要按照蒸发量(＝汽轮机的容量)来选择。对小容量发电厂，选择低蒸汽压力为适当蒸汽条件。对中容量或较大容量发电厂，选择高蒸汽压力为适当蒸汽条件。
因此，按照发电厂的容量，对小容量发电厂选择图2所示蒸汽循环，以及对中容量或较大容量选择图3所示蒸汽循环，能使得最佳发电厂结构成为可能。汽轮机的膨胀线的斜率表示汽轮机的内在效率。通常，这个效率几乎恒定，并且假定为80-90％的值。
如至此所述，在本实施例的发电厂中，从排气热量回收锅炉排出的过热蒸汽几乎全部作为燃气轮机冷却蒸汽引入燃气轮机。由于冷却燃气轮机的冷却而引起热量交换，从而被加热的蒸汽容许进入汽轮机。换个办法，由于冷却燃气轮机而引起热量交换，从而被加热的蒸汽引回入排气热量回收锅炉。在加热之后，蒸汽引入汽轮机。因此，能实现紧凑的排气热量回收锅炉。并且，容易把汽轮机进口处的温度设定为希望温度。能有效地改善发电厂的效率。
另外，能构造既无分支系统又无汇合系统的蒸汽系统。因此，能简化系统结构。并且，能容易控制系统。能解决由接合点处温度差所引起的问题。这样，能提高一种可靠发电厂。
此外，在用于蒸汽循环的蒸汽管中安装一个降温装置。在运行期间，能把供给燃气轮机的冷却部分和供给汽轮机的蒸汽的温度控制在适当温度范围之内。因此，能消除高温部分中的热应力。这样能提高可靠性。能延长高温部件的寿命。
此外，用来把蒸汽注入燃烧室的系统从用于冷却燃气轮机的冷却部分的系统中分支。能使系统结构简单，因此，能提供一种便宜发电厂。
另外，通过控制安装在汽轮机进口处的蒸汽控制阀，能使发电厂在部分负载条件下运行时所产生的蒸汽压力控制在要求值之上。能选择适合于发电厂的值，而无需过分增加额定条件下所使用的蒸汽压力。提高了效率。并且，能改善运行性能。
权利要求
1.一种联合循环发电厂，包括一台具有转子叶片和定子叶片的燃气轮机；一台排气热量回收锅炉，通过利用所述燃气轮机的排出气体，用来把液态水转变成蒸汽，所述排气热量回收锅炉具有一个高压蒸汽系统；一台由蒸汽驱动的汽轮机，所述汽轮机具有一个高压部分；一个冷凝器，用来把所述汽轮机的排出蒸汽转变成水；一个过热器，安装在所述排气热量回收锅炉的所述高压蒸汽系统中；一个用来把所述过热器的排出蒸汽引入所述燃气轮机的系统；一个用来把已经用于冷却所述燃气轮机的蒸汽引入所述汽轮机的所述高压部分，以驱动所述汽轮机的系统；以及一个由所述排气热量回收锅炉，所述汽轮机，所述冷凝器和所述排气热量回收锅炉所形成的循环，所述循环允许所述蒸汽或水通过其中循环。
2.一种联合循环发电厂，包括一台具有转子叶片和定子叶片的燃气轮机；一台排气热量回收锅炉，通过利用所述燃气轮机的排出气体，用来把液态水转变成蒸汽；一台由蒸汽驱动的汽轮机，所述汽轮机具有一个高压部分；一个冷凝器，用来把所述汽轮机的排出蒸汽转变成水；一个一次过热器，安装在所述排气热量回收锅炉中；一个二次过热器，安装在所述排气热量回收锅炉中，并且位于所述一次过热器的上游；一个用于允许所述一次过热器的排出蒸汽强制进入所述燃气轮机的系统；一个用于允许已经用来冷却所述燃气轮机的蒸汽引入所述二次过热器的系统；一个用于允许所述二次过热器的排出蒸汽引入所述汽轮机的所述高压部分，以驱动所述汽轮机的系统；以及一个由所述排气热量回收锅炉，所述燃气轮机，所述汽轮机，所述排气热量回收锅炉，所述汽轮机，所述冷凝器和所述排气热量回收锅炉所形成的循环，所述循环允许所述蒸汽或水通过其中循环。
3.一种联合循环发电厂，包括一台具有转子叶片和定子叶片的燃气轮机；一台排气热量回收锅炉，通过利用所述燃气轮机的排出气体作为热源，用于产生蒸汽，所述排气热量回收锅炉具有一个高压蒸汽系统；一台由所述蒸汽驱动的汽轮机；一个过热器，安装在所述排气热量回收锅炉的所述高压蒸汽系统中；一个用来把所述过热器的排出蒸汽引入所述燃气轮机的系统；以及一个用来把已经用于冷却所述燃气轮机的蒸汽引入所述汽轮机的所述高压部分的系统；
4.一种联合循环发电厂，包括一台具有转子叶片和定子叶片的燃气轮机；一台排气热量回收锅炉，利用所述燃气轮机的排出气体作为热源，用于产生蒸汽；一台由所述蒸汽驱动，并且具有一个高压部分的汽轮机；一个一次过热器，安装在所述排气热量回收锅炉中；一个二次过热器，安装在所述排气热量回收锅炉中，并且位于所述一次过热器的上游；一个用来把所述一次过热器的排出蒸汽引入所述燃气轮机的系统；一个用于允许已经用来冷却所述燃气轮机的蒸汽引入所述二次过热器的系统；以及一个用来把所述二次过热器的排出蒸汽引入所述汽轮机的所述高压部分的系统。
5.一种联合循环发电厂，包括一台具有转子叶片和定子叶片的燃气轮机；一台排气热量回收锅炉，通过利用所述燃气轮机的排出气体作为热源，用于产生蒸汽；一台由所述蒸汽驱动(并且通过一个单轴与所述燃气轮机连接)的汽轮机；一个过热器，安装在所述排气热量回收锅炉中；一个第一系统，用来把所述过热器的排出气体引入所述燃气轮机的一个冷却部分；一个第二系统，用来把已经用于冷却所述冷却部分的蒸汽引入所述汽轮机；以及一个第三系统，把所述第一和第二系统相互连接，并且对引入所述燃气轮机的蒸汽形成一个旁路系统，所述汽轮机只由通过所述第一和第三系统中至少一个所供给的蒸汽来驱动。
6.一种联合循环发电厂，包括一台具有转子叶片和定子叶片的燃气轮机；一台排气热量回收锅炉，利用所述燃气轮机的排出气体作为热源，用于产生蒸汽；一台由所述蒸汽驱动的汽轮机；一个过热器，安装在所述排气热量回收锅炉中；一个用来把所述过热器的排出蒸汽引入所述燃气轮机的系统；以及一个用于允许已经用来冷却所述燃气轮机的蒸汽引入所述汽轮机的第一级的系统；所述汽轮机由从所述燃气轮机压出来的蒸汽驱动。
全文摘要
公开一种具有一台排气热量回收锅炉及一台燃气轮机和一台无再热汽轮机相联合的联合循环发电厂。利用燃气轮机的排出气体来产生用于驱动汽轮机的蒸汽，并且燃气轮机的高温部分用该蒸汽冷却。蒸汽从安装在排气热量回收锅炉中的一个过热器供给燃气轮机的冷却部分。刚才用于冷却的蒸汽送回到汽轮机的高压部分。因此，使得能有效地利用蒸汽来冷却燃气轮机。能使得发电厂紧凑。并且，能实现高效率。
文档编号F02C7/16GK1155620SQ9612154
公开日1997年7月30日 申请日期1996年12月13日 优先权日1996年12月13日
发明者佐佐木俊彦, 武田泰司, 保泉真一, 佐川和也 申请人:株式会社日立制作所