专利名称：热回收蒸汽发生器以及将其连接到联合循环发电厂的方法
热回收蒸汽发生器以及将其连接到联合循环发电厂的方法
背景技术：
发电工业中的联合循环发电厂使用一个或多个燃气涡轮机以及一个或多个蒸汽涡轮机来驱动一个或多个发电机发电。燃气涡轮机的排气用作热源以产生驱动一个或多个蒸汽涡轮机的蒸汽。一个或多个热回收蒸汽发生器从燃气涡轮机的排气中提取热能，并且产生用于蒸汽涡轮机的蒸汽。典型热回收蒸汽发生器包括用于接收燃气涡轮机的排气的入口，以及在从排气中提取热能之后排出接收自燃气涡轮机的气体的出口。位于入口与出口之间的是流路，在流路中，定位有多个热交换器装置。热交换器装置在燃气涡轮机的排气从入口流到出口时，从该排气中提取热量。热回收蒸汽发生器内的多个热交换器装置在入口与出口之间的流路内以特定方式或顺序进行组装。通常，热交换器装置包括低压蒸发器、中压蒸发器和高压蒸发器。热回收蒸汽发生器还可以包括一个或多个节热器，该节热器在水被输送到其中一个蒸发器内之前对水进行预热。此外，热回收蒸汽发生器可以包括一个或多个过热器，该过热器进一步加热其中一个蒸发器产生的蒸汽。最后，出于多种目的，还可以沿流路在多个位置处包括多种额外的热交换组件。尽管为了产生蒸汽以驱动一个或多个蒸汽涡轮机，热回收蒸汽发生器会从燃气涡轮机的排气中有效地提取热能，但是多种热交换组件布置以及连接到联合循环发电厂的其他组件的方式并未使联合循环发电厂达到最大可能的总效率。
发明内容
第一方面，本发明实施在用于联合循环发电厂的热回收蒸汽发生器中。所述热回收蒸汽发生器包括入口，其接收燃气涡轮机的排气；出口，其排出在所述入口处接收的气体；以及多个热交换器单元，其沿从所述入口延伸到所述出口的排气流路进行定位。所述热交换器单元包括高压蒸发器和中压蒸发器。另外，第一中压过热器沿所述入口与所述出口之间的所述流路定位于所述高压蒸发器下游，所述第一中压过热器接收从所述中压蒸发器输出的蒸汽。所述热回收蒸汽发生器还包括定位于所述高压蒸发器上游的第二中压过热器，其中所述第二中压过热器从所述第一中压过热器接收蒸汽。此外，第一再热器定位于所述高压蒸发器上游，所述第一再热器从高压蒸汽涡轮机接收排出蒸汽。最后，所述热回收蒸汽发生器还包括定位于所述第一再热器上游的第二再热器，其中所述第二再热器从所述第一再热器接收蒸汽。第二方面，本发明实施在一种将热回收蒸汽发生器的组件连接到联合循环发电厂的组件的方法。所述热回收蒸汽发生器包括入口，其接收燃气涡轮机的排气；出口，其排出在所述入口处接收的气体；以及多个热交换器单元，其沿从所述入口延伸到所述出口的排气流路进行定位。所述热交换器单元包括高压蒸发器和中压蒸发器。第一中压过热器定位于所述高压蒸发器下游，并且所述第一中压过热器接收从所述中压蒸发器输出的蒸汽。第二中压过热器定位于所述高压蒸发器上游，并且所述第二中压过热器从所述第一中压过热器接收蒸汽。第一再热器定位于所述高压蒸发器上游，并且第二再热器定位于所述第一再热器上游。所述第二再热器从所述第一再热器接收蒸汽。所述方法包括将所述热回收蒸汽发生器的所述入口连接到燃气涡轮机的出口 ；将高压蒸汽涡轮机的出口连接到所述第一再热器的入口 ；以及将所述第二再热器的出口和所述第二中压过热器的出口连接到中压蒸汽涡轮机的至少一个入口。
图1是图示了连接到联合循环电厂的组件的典型现有技术热回收蒸汽发生器的图解；图2是图示了实施本发明的、连接到联合循环发电厂的组件的第一热回收蒸汽发生器的图解；图3是图示了实施本发明的、连接到联合循环发电厂的组件的第二热回收蒸汽发生器的图解；图4是图示了实施本发明的、连接到联合循环发电厂的组件的第三热回收蒸汽发生器的图解；图5是图示了实施本发明的、连接到联合循环发电厂的组件的第四热回收蒸汽发生器的图解；以及图6是图示了实施本发明的、连接到联合循环发电厂的组件的第五热回收蒸汽发生器的图解。
具体实施例方式图1描绘了连接到联合循环发电厂的组件的典型现有技术热回收蒸汽发生器100。如图所示，燃气涡轮机20包括压缩机部分22、燃烧室部分24以及涡轮部分26。来自涡轮部分26的所有排气或其中一部分被输送到热回收蒸汽发生器100的入口 101。联合循环发电厂还包括高压蒸汽涡轮机30，该高压蒸汽涡轮机在入口 32处接收来自热回收蒸汽发生器100的蒸汽。高压蒸汽涡轮机30的排出蒸汽在出口 34处离开高压蒸汽涡轮机30，并且该蒸汽被传送回热回收蒸汽发生器100。一些联合循环发电厂还包括低压和/或中压蒸汽涡轮机40。低/中压蒸汽涡轮机40的入口 43也从热回收蒸汽发生器100接收蒸汽。低/中压蒸汽涡轮机40的输出物被输送到冷凝器或收集器46，用以将蒸汽转变成水。随后，给水泵48将水泵吸回热回收蒸汽发生器100。图1图示了包括中压部分42和低压部分44的低/中压蒸汽涡轮机40。中压部分42在中压入口 43处接收中压蒸汽。低压部分44在低压蒸汽入口 45处接收低压蒸汽。在替代实施例中，仅可提供单个低压蒸汽涡轮机或单个中压蒸汽涡轮机。或者，可以同时提供低压蒸汽涡轮机和单独的中压蒸汽涡轮机。图1还图示了发电机50，该发电机连接到延伸穿过燃气涡轮机20、高压蒸汽涡轮机30以及低/中压蒸汽涡轮机40的公共轴60。在替代实施例中，燃气涡轮机20可以驱动第一发电机，并且高压和低/中压蒸汽涡轮机可以驱动第二发电机。在其他替代实施例中，高压蒸汽涡轮机可以驱动第二发电机，并且低/中压蒸汽涡轮机可以驱动第三发电机。热回收蒸汽发生器包括入口 101，该入口接收来自燃气涡轮机20的涡轮部分26的所有排气或其中一部分。排气沿流路从入口 101流到出口 150。沿流路定位的是多个不同的热交换器装置。这些热交换器装置用于从排气中提取热能，并且热能用于产生蒸汽以驱动用于进行发电的一个或多个蒸汽涡轮机。接收自燃气涡轮机20的排气在从入口 101流到出口 150时将逐渐耗散掉其热能。热交换器装置在入口 101与出口 150之间以特定顺序布置，具体取决于它们的目的或功能。用于产生最热和压强最高的蒸汽的那些热交换器组件定位于入口 101附近，此处排气的温度最高。产生温度较低和压强较低的蒸汽的那些热交换器组件定位于较为接近热回收蒸汽发生器的出口 150的位置，此处排气的温度最低。如上所述，来自低/中压蒸汽涡轮机40的冷凝水被泵吸到热回收蒸汽发生器100。该水在水加热器102处进行接收，该水加热器定位于热回收蒸汽发生器内流路的下游端。在此位置处，温度相对较低的排气用于在将水提供给蒸发器之前对水进行加热。如图1所示，来自水加热器102的经加热的水被提供给低压蒸发器104。低压蒸发器104产生低压蒸汽，该低压蒸汽被输送到低压过热器118。与低压蒸发器104相比，低压过热器118定位于排气的流路中较上游处。这样，低压过热器118就可以将低压蒸发器104所产生的蒸汽提升到更高的温度/压强。然后，低压过热器118所产生的过热低压蒸汽被提供到低/中压蒸汽涡轮机40的低压入口 45。也可以从低压蒸发器104中抽取加热的水，并且将其送往一个或多个给水泵106、108。给水泵106、108将加热的水供给第一高压节热器110。随后，将水从第一高压节热器110输送到定位于较上游处的第二高压节热器116，该第二高压节热器可以将水提升到更高的温度。然后，将水输送到定位于更远的上游处的第三高压节热器122，从而可以将水的温度提升得更高。接着，水被输送到高压蒸发器124中。高压蒸发器124产生高压蒸汽，并且该蒸汽被提供给第一高压过热器126。随后，过热蒸汽被输送到定位于流路中更上游处的第二高压过热器134，从而可以将此蒸汽提升到更高的压强/温度。然后，第二高压过热器134所产生的过热蒸汽输送到高压蒸汽涡轮机30的入口 32。热回收蒸汽发生器100还产生中压蒸汽，用以驱动低/中压蒸汽涡轮机40或单独的中压蒸汽涡轮机。为了获得中压蒸汽，给水首先被送往朝排气流路的下游端定位的中压节热器112。然后，来自中压节热器112的水被送往中压蒸发器114。中压蒸发器114所产生的蒸汽被送往定位于流路中较上游处的中压过热器120。随后，中压过热器120所产生的蒸汽与高压蒸汽涡轮机30的出口 34排出的蒸汽混合。这种蒸汽的混合物被接收在第一再热器128中，该第一再热器定位于流路中相对较远的上游处，此处蒸汽的混合物被提升到更高的温度/压强。然后，第一再热器128所产生的蒸汽被送往定位于流路中更上游处的第二再热器132。接着，离开第二再热器132的蒸汽被输送到中压蒸汽涡轮机，或输送到组合式低/中压蒸汽涡轮机40的中压入口 43。图1还图示的是，调温器130可以沿第一高压过热器126与第二高压过热器134之间的流路定位，以及可以定位在第一再热器128与第二再热器132之间的流路中。该调温器用于控制蒸汽的温度和压强。图2图示了实施本发明的第一热回收蒸汽发生器。由于此第一实施例中的许多组件和连接与图1所示的现有技术系统相同，因此下文只讨论此第一实施例与图1所示的典型现有技术系统之间的不同之处。如上所述，在典型现有技术热回收蒸汽发生器中，由中压过热器输出的蒸汽与从高压蒸汽涡轮机的出口输出的蒸汽混合，然后将组合的蒸汽输入定位于穿过热回收蒸汽发生器的流路中相对较远的上游处的第一再热器中。发明人发现，如果将中压过热器所产生的蒸汽与高压蒸汽涡轮机的出口处所产生的蒸汽隔开，并且将中压过热器所产生的中压蒸汽输送通过定位于热回收蒸汽发生器内相对较远的上游处的第二中压过热器，那么联合循环发电厂就可获得较高的总能效。在图2所示实施例中，中压蒸发器214的输出物被输送到第一中压过热器220。然后，第一中压过热器220的输出物被输送到定位于高压蒸发器224的上游的第二中压过热器 236。从高压蒸汽涡轮机30的出口 34输出的蒸汽输出物仍被输送到第一再热器228，该第一再热器也定位于高压蒸发器224的上游。第一再热器228的输出物仍被输送通过定位于更上游处的第二再热器232。最后，第二再热器232的输出物和第二中压过热器236的输出物组合，并且被输送到组合式低/中压蒸汽涡轮机40的中压入口 43。或者，组合蒸汽可以被输送到单独的中压蒸汽涡轮机。当第二中压过热器236设在高压蒸发器的上游时，如图2所示，并且当第二中压过热器236所产生的蒸汽与第二再热器232所产生的蒸汽混合时，联合循环发电厂就可获得较高的总能效。在图2所示实施例中，第二中压过热器236定位于穿过热回收蒸汽发生器的排气流路中的第一再热器228的上游。图3描绘了替代实施例，其中第二中压过热器336定位于接收高压蒸汽涡轮机30所排出的蒸汽的第一再热器328的下游。除了第二中压过热器336与第一再热器328的位置相反之外，图3所示实施例的所有其他方面均与图2所示实施例类似。在图2和图3所示实施例中，第二中压过热器236/336所产生的蒸汽与第二过热器228/328所产生的蒸汽组合以产生中压蒸汽，该中压蒸汽会被提供到蒸汽涡轮机的中压入口。然而，鉴于第二中压过热器236/336和第二过热器228/328沿排气流路位的不同相对位置，因此这两个装置所产生的蒸汽的温度和压强可能不同。图4图示了利用此因素的实施例。在图4所示实施例中，第二中压过热器436从第一中压过热器420接收蒸汽，该第一中压过热器连接到中压蒸发器414的输出端。第二中压过热器436产生处于第一温度和第一压强的中压蒸汽。另外，如在先前所述实施例中那样，第一再热器428接收从高压蒸汽涡轮机30输出的蒸汽。第一再热器428的输出物被提供给第二再热器432。并且，第二再热器432产生处于第二温度和第二压强的中压蒸汽。由于第二再热器432定位于穿过热回收蒸汽发生器400的排气流路中的更上游处，因此第二再热器432能够产生比第二中压过热器436所产生的中压蒸汽处于更高温度和/或压强的中压蒸汽。在图4所示实施例中，第二再热器432所产生的中压蒸汽被提供到低/中压蒸汽涡轮机40的第一中压入口 43。另外，第二中压过热器436所产生的中压蒸汽被提供到低/中压蒸汽涡轮机40的第二入口 47。尽管相对于图1所示现有技术系统，图2到4所示实施例可以提供更高的总能效，但是也可以通过提供第三中压过热器实现更高的总效率。图5即图示了一个这样的实施例。如图5所示，中压蒸发器514所产生的中压蒸汽被输送到第一中压过热器520。由第一中压过热器520输出的蒸汽被输送到第二中压过热器540，该第二中压过热器定位于高压蒸发器524的下游，但定位于第一中压过热器520的上游。随后，由第二中压过热器540输出的蒸汽被输送到定位于高压蒸发器524的上游的第三中压过热器542。图5所示的一个实施例包括三个中压过热器，与先前所述的只包括两个中压过热器的实施例相比，该实施例可以为联合循环发电厂提供更高的总效率。图6图示了包括三个中压过热器的另一个实施例。然而，在此实施例中，第三中压过热器642定位于第一再热器628的下游，该第一再热器接收从高压蒸汽涡轮机30输出的蒸汽。除了此变化之外，图6所示实施例均与图5所示实施例类似。在图5和6所示实施例中，第三中压过热器542/642所产生的蒸汽与第二再热器532/632的输出物混合，并且组合的中压蒸汽供给低/中压蒸汽涡轮机40的中压入口 43。然而，在替代实施例中，第三中压过热器542/642所产生的蒸汽可以与第二再热器532/632所产生的蒸汽隔开，并且各个单独的中压蒸汽流可以提供到中压蒸汽涡轮机的不同入口，如在图4所示实施例中那样。虽然已结合目前被认为是最具实用性和较佳的实施例说明了本发明，但应了解本发明不限于已公开的实施例，相反，而是旨在涵盖所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等效配置。
权利要求
1.一种用于联合循环发电厂的热回收蒸汽发生器，其中所述热回收蒸汽发生器包括A 口，其接收燃气涡轮机的排气；出口，其排出在所述入口处接收的气体；以及多个热交换器单元，其沿从所述入口延伸到所述出口的排气流路定位，其中所述热交换器单元包括 高压蒸发器； 中压蒸发器； 第一中压过热器，其沿所述入口与所述出口之间的所述流路定位于所述高压蒸发器下游，其中所述第一中压过热器接收从所述中压蒸发器输出的蒸汽； 第二中压过热器，其定位于所述高压蒸发器上游，其中所述第二中压过热器从所述第一中压过热器接收蒸汽； 第一再热器，其定位于所述高压蒸发器上游，其中所述第一再热器从高压蒸汽涡轮机接收排出蒸汽；以及 第二再热器，其定位于所述第一再热器上游，其中所述第二再热器从所述第一再热器接收蒸汽。
2.根据权利要求1所述的热回收蒸汽发生器，其中来自所述第二中压过热器的蒸汽以及来自所述第二再热器的蒸汽进行混合并且在中压出口处提供。
3.根据权利要求1所述的热回收蒸汽发生器，其中所述第二中压过热器定位于所述第一再热器上游。
4.根据权利要求1所述的热回收蒸汽发生器，其中所述第二中压过热器定位于所述第一再热器下游。
5.根据权利要求1所述的热回收蒸汽发生器，其中来自所述第二中压过热器的蒸汽在第一中压出口处提供，并且其中来自所述第二再热器的蒸汽在第二中压出口处提供。
6.根据权利要求5所述的热回收蒸汽发生器，其中与在所述第一中压出口处提供的所述蒸汽相比，在所述第二中压出口处提供的所述蒸汽具有更高的温度或压强。
7.根据权利要求1所述的热回收蒸汽发生器，进一步包括第三中压过热器，所述第三中压过热器定位于所述第一中压过热器上游以及所述高压蒸发器下游，其中所述第三中压过热器从所述第一中压过热器接收蒸汽，并且其中所述第二中压过热器从所述第三中压过热器接收蒸汽。
8.根据权利要求7所述的热回收蒸汽发生器，其中来自所述第二中压过热器的蒸汽以及来自所述第二再热器的蒸汽进行混合并且在中压出口处提供。
9.根据权利要求7所述的热回收蒸汽发生器，其中所述第二中压过热器定位于所述第一再热器上游。
10.根据权利要求7所述的热回收蒸汽发生器，其中所述第二中压过热器定位于所述第一再热器下游。
11.根据权利要求7所述的热回收蒸汽发生器，其中来自所述第二中压过热器的蒸汽在第一中压出口处提供，并且其中来自所述第二再热器的蒸汽在第二中压出口处提供。
12.根据权利要求11所述的热回收蒸汽发生器，其中与在所述第一中压出口处提供的所述蒸汽相比，在所述第二中压出口处提供的所述蒸汽具有更高的温度或压强。
13.一种将热回收蒸汽发生器的组件连接到联合循环发电厂的组件的方法，所述热回收蒸汽发生器包括入口，其接收燃气涡轮机的排气；出口，其排出在所述入口处接收的气体；以及多个热交换器单元，其沿从所述入口延伸到所述出口的排气流路定位，所述热交换器单元包括高压蒸发器；中压蒸发器；第一中压过热器，其定位于所述高压蒸发器下游，其中所述第一中压过热器接收从所述中压蒸发器输出的蒸汽；第二中压过热器，其定位于所述高压蒸发器上游，其中所述第二中压过热器从所述第一中压过热器接收蒸汽；第一再热器，其定位于所述高压蒸发器上游；以及第二再热器，其定位于所述第一再热器上游，其中所述第二再热器从所述第一再热器接收蒸汽，所述方法包括 将所述热回收蒸汽发生器的所述入口连接到燃气涡轮机的出口； 将高压蒸汽涡轮机的出口连接到所述第一再热器的入口 ；以及将所述第二再热器的出口和所述第二中压过热器的出口连接到中压蒸汽涡轮机的至少一个入口。
14.根据权利要求13所述的方法，其中将所述第二再热器的出口和所述第二中压过热器的出口连接到中压蒸汽涡轮机的至少一个入口的步骤包括 将所述第二再热器的出口连接到所述中压蒸汽涡轮机的第一入口 ；以及 将所述第二中压过热器的出口连接到所述中压蒸汽涡轮机的第二入口。
全文摘要
本发明涉及并公开一种热回收蒸汽发生器。所述热回收蒸汽发生器使用从燃气涡轮机的排气中提取的热能来产生蒸汽。所述蒸汽提供给联合循环发电厂的蒸汽涡轮机。由中压蒸发器生成的中压蒸汽输送到第一和第二中压过热器。另外，从联合循环发电厂的高压蒸汽涡轮机排出的蒸汽在所述热回收蒸汽发生器内由第一和第二再热器进行再热。由所述中压过热器输出的蒸汽提供给中压蒸汽涡轮机的级间进气口，并且由所述第一和第二再热器输出的蒸汽作为主要输入蒸汽提供给所述联合循环发电厂的所述中压蒸汽涡轮机。
文档编号F22B31/08GK103062744SQ201210400909
公开日2013年4月24日 申请日期2012年10月19日 优先权日2011年10月19日
发明者H.拉贾, K.蒙德拉, J.斯霍尔斯, V.姆 申请人:通用电气公司