专利名称：在具有一个燃气轮机和一个蒸汽轮机的一个联合电厂的发电的制作方法
技术领域：
本发明涉及到具有一个燃气轮机和发电机和具有蒸汽发生器的一个多压力-蒸汽轮机和发电机的一个联合电厂，其中燃气轮机的废气被传送给一个第一个具有加热面的余热锅炉，用作为供水预热、蒸汽发生和蒸汽过热和一个热转换装置的烟气被传送给一个第二个余热锅炉。
来自热转换过程的烟气的低温余热的利用作为发电用到目前为止在联合工作的设备上似乎是不够经济的。
这种余热源的相对低的和由过程决定的波动很大的余热温度到目前为止只产生低的蒸汽参数。与一个蒸汽轮机共同工作的一个发电机上的发电效率通过措施达到蒸汽压力的一个适当的蒸汽温度已有先例。
由DE 195 23 062 A1已知一个具有一个燃气轮机电厂和具有一个蒸汽电厂的联合电厂。
在这个具有一个燃气轮机电厂和一个蒸汽电厂中的联合电厂中的一个蒸汽轮机设备是用一个燃烧蒸汽发生器的蒸汽和/或用燃气轮机的废气通过余热锅炉的蒸汽驱动的。为了燃气轮机装置的压缩燃气的一个可调节的预热安排了一个热交换器。为了使联合电厂在部分负荷时也可以经济地运行，燃气轮机装置的燃气热交换器被安排在蒸汽发生器的烟气通道中并且被构成为换热器，其中烟气和燃气通过换热器的管路被送入。换热器是通过一个三通阀和一个辅助管路与由压缩机到燃气轮机装置的燃气燃烧器的燃气管路相连接的。
由到目前为止尚未发表的DE 197 34 862.9中已知具有一个燃气轮机和具有一个多压力-蒸汽轮机的蒸汽发生器的一个热电厂，其中燃气轮机的废气被送入一个余热锅炉，它为了提高HD-蒸汽功率安排了一个附加燃烧并且它包括了用作产生蒸汽的热交换器。为了用经济的方法为一个多压力-蒸汽轮机产生蒸汽，特别是在负荷波动情况下，安排了，为形成一个高压蒸汽用三个前后连接的具有两个喷射冷却器的HD-过热器级和为形成一个中间压力蒸汽(ZD)安排了两个具有一个喷射冷却器的ZD-过热器级。HD-过热器以及ZD-过热器的分级被安排在加热锅炉的同一个地方，此时它的管子是梳形交换地排列在一起的。第一个ZD-过热器级位于两个第一个HD-过热器级之间或后面。一个用于燃气轮机废气的第一次燃烧是在过热器的终端级范围内和一个第二次燃烧被安排在HD-压缩机的前边，此时第一次燃烧与第一个ZD-过热器级出口处的温度有关地被调节和第二次燃烧与HD-负荷的压力相关地被调节。
本发明的任务是，在具有一个燃气和蒸汽轮机的一个联合电厂中的发电应这样构成，其中来自热转换过程的烟气的低温废热，例如垃圾燃烧装置和类似的过程被利用来产生蒸汽和通过烟气废热利用的总过程被导致一个改进的经济的效益。
本任务是通过权利要求1特征部分的特征解决的，从属权利要求表示了本发明的一个有利的结构。
按照本发明来自热转换过程的烟气余热，例如在水泥-和石灰岩制造时，在铁矿-烧结设备中，在钢生产时，在垃圾燃烧和类似的方法时，在烟气到达一个清洁级和随后被清洁和被冷却到达大气以前，首先被送入一个所谓的过程-余热锅炉。
在过程-余热锅炉中的一个高的热利用是通过安装一个HD-汽化器和一个ND-汽化器系统完成的。
为了避免冷凝两个蒸汽流经过各自汽化器的支撑管系统被传送和被过热。这个过热的HD-蒸汽经过一个连接管路与在燃气轮机-排气边的余热锅炉产生的蒸汽相混合。
两个蒸汽量共同在燃气轮机-余热锅炉的至少两个过热器中被过热到希望的蒸汽温度。过热的蒸汽经过一个连接管路到达蒸汽轮机的高压级。
在过程余热锅炉产生的ND-蒸汽经过一个ND-烘筒和经过连接管路到达供水容器，在那里完成一个热除气。余下的ND-蒸汽经过一个连接管路到达蒸汽轮机的ND-级。为了克服烟气方面的压力损失是通过接在后面的与过程集成的抽风机进行的。
供水预热是在燃气轮机-余热锅炉终端的一个共同的燃料节省器中进行的。经过一个三通阀供水量被分配给各自的HD-烘筒。
通过一个位于外面的水-水-热交换器供水被用来自冷凝器的冷凝液冷却到，用它随后在HD-燃料节省器中出现的低的水入口温度使在燃气轮机-余热锅炉中一个很高的余热利用成为可能。
发电是在具有DLN-燃烧室的燃气轮机的发电机上和在多压力-蒸汽轮机的发电机上完成的。
当燃气轮机停机时余热锅炉的操作是在所谓的模拟余热运行状态下进行的。然后一个新鲜空气鼓风机将这样一个空气量送入余热锅炉，以便出现和在燃气轮机运行时相同的废气量。
在余热锅炉入口的附加燃烧器此时将冷空气加热到，使之达到所要求的蒸汽状态。
按照本发明的联合电厂将过程废气方面的余热效益经过一个HD-和ND-汽化器和随后的很少的过热结合在一起。
蒸汽的全部过热是在燃气轮机-废气方面经过一个分成两部分的过热器以及一个HD-汽化器和一个共同的HD-燃料节省器完成的。HD-燃料节省器不仅供应燃气轮机-废气方面的HD-汽化器而且供应热交换装置的烟气方面的HD-汽化器。通过在燃气轮机-废气方面的一个高的热效率使总的高的发电的电效率成为可能。
ND-蒸汽的一部分用作为热除气，其余的被变成电流，此时蒸汽压力和蒸汽温度在很大程度上是由过程气体数据确定的。
到目前为止的设备装置的缺点为-由纯粹的低温余热的发电限制了电效率，-通过热转换装置烟气方面的附加燃烧将提高加热蒸汽发生器前面的气体温度，这导致了一个较高的发电，但是随之而来的是较高的能量损失和废气损失(附加的烟气量)，-通常含有烟尘的废气通过高的附加燃烧功率才能达到粉尘粒子的灰分软化温度，这可能导致加热面上的污染问题。
按照本发明的联合电厂的优点可综合如下-通过将附加燃烧转移到一个燃气轮机上其结果是燃气轮机发电的电效率的一个提高，同时燃气轮机高的废气温度使热蒸汽的温度比较高和因而附加地提高了蒸汽轮机方面的效率，-由热转换装置的强谐振的蒸汽量的较高的蒸汽率(例如处理条件下变动的废气温度或者废气量)通过蒸汽发生系统输入到燃气轮机的废气一侧。
-对于这样的电厂过程使用的多轴燃气轮机的排气特性和高的转子动态特性也使燃气轮机在负荷变化大时，使用相应的调节器，使蒸汽轮机允许的蒸汽温度在很窄的界限内保持为常数，-当过程方面中断或停止时通过燃气轮机-余热锅炉的一个自给自足的发电是可能的，-通过使用多轴-燃气轮机与过热总蒸汽功率相匹配的电功率柔性地发电，-通过在燃气轮机上使用Dry-Low-Nox-燃烧器达到低的NOx氧化氮x值(例如混合燃烧器NOx为13ppm)，-特殊垃圾热处理应用领域的扩展，此时一般主要是在高的有害成分负荷下(钒，氯和碱)使用高的过程温度和低的废气排放量。由于材料原因在热转换装置的烟气方面的一个高过热是不可能的，因此将过热转移到燃气轮机-废气方面，-对于过程废气数据的蒸汽参数没有限制，-发电时的效率大约为60％，-因为来自热转换装置的一个过程控制的余热始终是存在的，可以将它看作为赠送来的热能，它带来一个经济效益。
本发明借助于一个方法简图被进一步详细地叙述，在其中用燃气轮机(1)的发电机(28)和蒸汽轮机(6)的发电机(29)进行发电。
从一种未被表示设备中，例如石灰岩的一个焙烧设备，一个矿石烧结设备，一个钢生产设备以及一个垃圾焚烧设备中，来自热转换装置的低温余热被送入过程气体-余热锅炉(10)。一个高的热效益是通过按装一个HD-汽化器(16)和一个ND-汽化器系统(17)完成的。
为了避免冷凝两个蒸汽流通过各自的汽化器系统(16)和(17)的支撑管(13)和(14)被轻度过热。这个过热的HD-蒸汽经过连接管路(21)与在燃气轮机-余热锅炉(2)中产生的蒸汽通过HD-汽化器(22)和HD-烘筒(5)被混合。
两个蒸汽量在两个过热器(23)和(24)中被过热到希望的蒸汽温度。经过连接管路(20)被过热的蒸汽到达蒸汽轮机(6)。
在过程-余热锅炉(10)中产生的低压蒸汽经过ND-烘筒(12)和经过连接管路(25)到达供水容器(9)，在那里进行热除气。余下的ND-蒸汽经过连接管路(19)到达蒸汽轮机(6)。
克服过程-余热锅炉(10)烟气方面的压力损失是由已存在的，集成在热转换装置上的抽气机(15)来承担，因为在余热运行时对于抽气机只有很小的运行温度。
供水预热是与在燃气轮机-废气方面(2)的燃料节省器(3)共同完成的。经过三通阀(26)供水量被分配给各自的HD-烘筒(5)和(11)。
通过位于外面的水-水-换热器(8)供水通过来自冷凝器(7)的冷凝液被冷却到，用它随后在HD-燃料节省器(3)中出现的低的水入口温度使在燃气轮-机余热锅炉(2)一个很高的余热利用成为可能。
-如已经叙述过的-发电是由燃气轮机(1)的一个发电机(28)以及蒸汽轮机(6)的发电机(29)完成的。当燃气轮机(1)停止时余热锅炉(2)是在所谓的模拟余热运行情况下操作的。一个新鲜空气鼓风机(4)将燃气轮机运行时同样的空气量经过管路(42)送入余热锅炉(2)。此时一个附加燃烧器(27)将冷空气用天然气(43)加热并且加热到，使之达到对于一个有效的发电所希望的蒸汽状态。
不仅两个HD-供水泵(31)而且两个ND-供水泵(32)用管路(38)和(39)为在余热锅炉(2)和(10)中的两个HD-汽化器(16)和(22)和在余热锅炉(10)中的ND-汽化器(17)供水。
在蒸汽轮机(6)中消耗的蒸汽作为冷凝液落下，它在一个冷凝器(7)中被冷却和借助于一个冷凝液泵(33)通过冷凝液管路(34)被送回供水容器(9)。
相关数字表1燃气轮机2余热锅炉(燃气轮机-排气边)3用于供水预热的燃料节省器4新鲜空气鼓风机5HD-蒸汽烘筒6蒸汽轮机7冷凝器8水-水-换热器9供水容器
10 热转换装置后面的余热锅炉11 HD-蒸汽烘筒12 ND-蒸汽烘筒13 支撑管，HD-系统14 支撑管，ND-系统15 抽气机16 高压(HD)-汽化器17 低压(ND)-汽化器18 连接9的ND-蒸汽管路19 连接6的ND-蒸汽管路20 HD-蒸汽管路21 HD-蒸汽管路22 HD-汽化器23 第一个HD-蒸汽过热器24 第二个HD-蒸汽过热器25 连接18和19的ND-蒸汽管路26 三通阀27 附加燃烧器28 1上的发电机29 6上的发电机30 4上的电动机31 HD-供水泵32 ND-供水泵33 冷凝器泵34 冷凝器管路35 烟汽管路36 过滤器37 排气烟囱38 HD-供水管路39 ND-供水管路40 HD-蒸汽管路41 1上的排气管路
42 空气入口43 天然气管路44 11的HD-供水管路45 5的HD-供水管路46 在5内的表面冷却器
权利要求
1.具有一个含有一个发电机的燃气轮机并且具有一个用于含有发电机的多压力-蒸汽轮机的蒸汽发生器的联合电厂，其中燃气轮机的废气被传送给一个第一个具有加热面的余热锅炉用作为供水预热、蒸汽发生和蒸汽过热，并且一个热转换装置的烟气被传送给一个第二个余热锅炉，其特征为，-在烟气通过的第二个余热锅炉(10)中一方面安排具有一个支撑管系统(13)和HD-蒸汽烘筒(11)的高压(HD)-汽化器(16)，另一方面安排具有一个支撑管系统(14)和ND-蒸汽烘筒(12)的低压(ND)-汽化器(17)，-HD-汽化器(16)通过一个蒸汽管路(21)与在第一个余热锅炉(2)中安装的第一个(23)和第二个HD-蒸汽过热器(24)相连接，-第二个HD-蒸汽过热器(24)通过一个HD-蒸汽管路(20)与蒸汽轮机(6)相连接，和-ND-汽化器(17)通过一个ND-蒸汽管路(25)同样与蒸汽轮机(6)相连接。
2.按照权利要求1的联合电厂，其特征为，在第一个(23)和第二个HD-蒸汽过热器(24)之间安排具有一个表面冷却器(46)的一个HD-蒸汽烘筒(5)。
3.按照权利要求1的联合电厂，其特征为，在余热锅炉(2)的散热部分中安装有一个燃料节省器(3)作为两个余热锅炉(2)和(10)的供水预热。
4.按照权利要求3的联合电厂，其特征为，一个供水容器(9)通过一个供水管路(38)与HD-供水泵(31)和燃料节省器(3)相连接。
5.按照权利要求3和4的联合电厂，其特征为，燃料节省器(3)通过供水管路(44)与余热锅炉(10)的HD-蒸汽烘筒(11)并且通过供水管路(45)与HD-蒸汽烘筒(5)相连接，其中对于余热锅炉(2)和(10)的各自的供水量是由一个三通阀(26)完成的。
6.按照权利要求3-5的联合电厂，其特征为，供水容器(9)是通过一个ND-供水管路(39)与ND-供水泵(32)和余热锅炉(10)的ND-蒸汽烘筒(12)相连接的。
7.按照权利要求3-6的联合电厂，其特征为，蒸汽轮机(6)和供水容器(9)通过一个冷凝器管路(34)与冷凝器(7)和冷凝器泵(33)相连接。
8.按照权利要求7的联合电厂，其特征为，在冷凝管路(34)上安排了一个水-水-换热器(8)，通过它HD-供水管路(38)被连接上。
9.按照权利要求1的联合电厂，其特征为，在余热锅炉(10)后面的烟气管路(35)上安排了一个烟气清洁器(36)和一个抽风机(15)。
10.按照权利要求9的联合电厂，其特征为，在余热锅炉(2)和(10)之间的烟气管路(35)上安排了一个排气烟囱(37)。
11.按照权利要求1的联合电厂，其特征为，在燃气轮机(1)的废气管路(41)上在余热锅炉(2)的入口处安排了一个附加燃烧器(27)。
12.按照权利要求11的联合电厂，其特征为，附加燃烧器(27)通过一个管路(42)与新鲜空气鼓风机(4，30)相连接。
13.按照权利要求11和12的联合电厂，其特征为，燃气轮机(1)和附加燃烧器(27)根据情况各自与一个天然气管路(43)或油管路相连接。
全文摘要
本发明涉及具有一个含有发电机的燃气轮机并且具有用于含有发电机的多压力—蒸汽轮机的蒸汽发生器的联合电厂,其中燃气轮机的废气被传送给第一具有过热器、节省器和HD蒸发器的余热锅炉,并且一个热转换装置的烟气被传送给第二余热锅炉。在烟气通过的第二个余热锅炉中一方面安排具有一个支撑管系统和HD－蒸汽烘筒的高压—汽化器,另一方面安排具有一个支撑管系统和ND－蒸汽烘筒的低压—汽化器。
文档编号F01K9/00GK1243913SQ9911011
公开日2000年2月9日 申请日期1999年6月30日 优先权日1998年6月30日
发明者B·格里克, N·福斯特曼, O·汉森, H·O·杰斯克 申请人:Ghh博西格涡轮机股份有限公司