联合循环发电设备的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种联合循环发电设备，其具有燃气涡轮(4)、将压缩机(1)连接于涡轮(3)的轴(30)，以及第一发电机(22)、流体地连接于燃气涡轮(4)的排气的余热回收蒸汽发生器(20)。余热回收蒸汽发生器(20)具有至少一个顶部悬置管束(35)，其具有由管束悬架(28)连接于余热回收锅炉的支承结构的上歧管(24)、下歧管(25,26)，以及垂直地布置的换热管。为了使热蒸汽管的长度最小化，高压新鲜蒸汽管将最后下过热歧管(25)连接于高压蒸汽涡轮(6)，并且/或者中压热再热蒸汽管(11)将最后下再热歧管(26)连接于中压蒸汽涡轮(7)。除发电设备之外，公开了用以操作此类设备的方法。
【专利说明】
联合循环发电设备
技术领域
[0001]本发明涉及具有燃气涡轮余热回收蒸汽发生器和蒸汽涡轮的联合循环发电设备。
【背景技术】
[0002]联合循环发电设备的优选布置中的当前一个是单轴布置。燃气涡轮和蒸汽涡轮两者布置在同一轴上，并且驱动共同的发电机。有利于该布置的主要驱动力在于源自仅需要一个大型发电机的事实的成本益处。
[0003]未来的设备将显著大于当前的单轴动力系，并且我们将面临较高的蒸汽参数，SP，较高的压力和温度。因此，若干设计参数变化，并且最佳构造可不同于当前单轴布置。
[0004]增大尺寸的问题中的一个在于蒸汽管线，其将对应地较粗。除朝增大的循环参数的趋势之外，必须使用先进且更昂贵的钢，这再次驱使了每单位蒸汽管线长度的成本升高。使蒸汽管路的长度最小化的新构造将是有利的。
[0005]此外，在单轴布置中，轴线的高度由低压蒸汽涡轮的末级叶片的长度指示。燃气涡轮和附接的发电机的昂贵基座因此高于单独考虑燃气涡轮要求实际所需的。
[0006]此外，通常用于单轴动力系的高效空气冷却的发电机具有尺寸方面的技术限制，这暗示用于未来燃气涡轮的单轴设备将需要使用低效且更昂贵(第一成本对额定功率)的水冷发电机。因此，单轴布置的现今成本益处降低。
[0007]两个理由导致了考虑使用多轴构造用于下一代的较大燃气涡轮。常规地，蒸汽涡轮和其自身的发电机放置成以一偏移平行于燃气涡轮轴线。例如，这些布置从US5649416获知。两个涡轮定位成使得它们可利用同一个起重机工作。在单轴布置的情况下跨越相当长的轴向距离的蒸汽管线现在在多轴布置中跨越较短的轴向距离。然而，蒸汽管线需要覆盖附加的侧向距离，使得总体长度仍与单轴动力布置中的长度相当。结果，已知的单轴和多轴联合循环发电设备将面对关于布置、管路材料和成本的相当大挑战。
【发明内容】
[0008]本公开的一个方面在于提出一种新联合循环发电设备，其具有燃气祸轮和第一发电机。燃气涡轮典型地包括压缩机、燃烧器和涡轮，以及将压缩机连接于涡轮的轴。在操作中，压缩机使入口空气加压，其与燃料混合并且点燃用于在燃烧器中生成燃烧气体，涡轮，其从离开燃烧器的热气体抽取能量。此外，余热回收蒸汽发生器流体地连接于燃气涡轮的排气，以抽取剩余的有用热，以及蒸汽涡轮，其利用以下中的至少一个连接于余热回收蒸汽发生器:高压新鲜蒸汽管、中压热再热蒸汽管和低压蒸汽管。蒸汽涡轮轴连接具有高压蒸汽涡轮和/或中压蒸汽涡轮和第二发电机的蒸汽涡轮布置。
[0009]为了使管路长度最小化，高压蒸汽涡轮和/或中压蒸汽涡轮布置成直接在余热回收蒸汽发生器旁边，并且高压新鲜蒸汽管和/或中压热再热蒸汽管连接于余热回收蒸汽发生器。
[0010]余热回收蒸汽发生器典型地为高结构，并且蒸汽管线常规地从余热回收蒸汽发生器的顶部取得，并且从顶部进入蒸汽涡轮。为了减小蒸汽管路长度，高压新鲜蒸汽管将最后下过热歧管连接于高压蒸汽涡轮，并且/或者中压热再热蒸汽管将最后下再热歧管连接于中压蒸汽涡轮。最后下歧管为从管束的换热器管收集蒸汽的管束的底部处的歧管，其沿从管束的顶部至底部的垂直方向在HRSG内侧的热气体流动路径中延伸。在蒸汽离开HRSG之前，其为在蒸汽的流动方向上的最末歧管。其典型地为相应区段的歧管，该相应区段关于HRSG中的热气体的流动方向在上游最远处，S卩，最后下过热歧管为在关于过热器内的热气体流的最上游位置处从管束收集蒸汽的歧管，并且最后下再热歧管为在关于再热器内的热气体流的最上游位置处从管束收集蒸汽的歧管。最后管束为在关于HRSG内的热气体流的最上游位置处，或在HRSG的区段(S卩，再热器或过热器)的最上游位置处的管束。
[0011]为了实现蒸汽涡轮与余热回收蒸汽发生器的此类连接，提出了余热回收蒸汽发生器的修改的设计，其能够吸收或减少由余热回收蒸汽发生器(HRSG)结构内的热扩张引起的移动，特别是减少至热蒸汽管的连接点的移动。
[0012]根据一个实施例，高压新鲜蒸汽管和/或中压热再热蒸汽管没有扩张环。
[0013]根据实施例，联合循环发电设备的余热回收蒸汽发生器具有用于烟道气体的水平流动路径，以及用于高压蒸汽的至少一个顶部悬置管的管束，和/或用于中压蒸汽的一个顶部悬置管的管束，它们均包括具有并行蒸汽流的若干管排。管束中的管典型地布置成一组直且平行的换热器管，其在顶部和底部处连接于歧管。蒸汽从顶部通过上歧管进入最后过热或再热管束，从该上歧管处，蒸汽分送至换热器管。加热的蒸汽通过公共下歧管离开管束。将热蒸汽引导至相应的蒸汽涡轮的至少一个蒸汽管线是相应下歧管的基本上直的轴向延伸部。
[0014]最后过热或再热管束的管系统和其支承结构以如下方式设计成使得不可避免的热位移可容纳或至少部分地容纳在HRSG内。
[0015]沿轴向方向(平行于烟道气体流)的水平移动可由换热器管容易地吸收，该换热器管为长且柔性的。此类移动的必要扩展还可通过使HRSG中和/或蒸汽涡轮结构中/处的相应固定点对准来有效减小。HRSG中和/或蒸汽涡轮结构中/处的相应固定点可在一个平面中。例如，固定点可在正交于HRSG中的烟道气体的流动方向的平面中。
[0016]固定点是其中管、管束或歧管机械地固定或支承的位置。固定点可具有所有三个维度上、平面中或仅一个方向上的机械固定。
[0017]根据联合循环发电设备的实施例，蒸汽管与HRSG在相应的下歧管处的连接不是固定的，而是可在蒸汽管和管束热膨胀时改变其位置。在该实施例中，上歧管的悬置的锚定是固定的。
[0018]根据设备的另一个实施例，高压新鲜蒸汽管至最后下过热歧管的连接和最后下过热歧管没有固定点。作为备选或组合地，中压热再热蒸汽管至最后下再热歧管的连接和最后下再热歧管没有固定点。
[0019]在该上下文中，没有固定点意味着歧管和管并未在它们的移动上机械地受限，SP，不存在机械约束。
[0020]在又一备选方案中，没有固定点可意味着不存在一个平面中的移动的机械约束，即，高压新鲜蒸汽管至最后下过热歧管的连接和最后下过热歧管能够在正交于HRSG中的热气体的流动方向的平面中自由移动，但引导件或支承件可限制或缓冲管束在流动方向上的移动。类似地，中压热再热蒸汽管至最后下再热歧管的连接和最后下再热歧管可能够在正交于流动方向的平面中自由移动。
[0021]在联合循环发电设备的又一个实施例中，用于高压蒸汽的顶部悬置管束的管束悬架具有沿高压新鲜蒸汽管的方向的固定点。作为备选或组合地，用于中压热再热的顶部悬置管束的管束悬架具有沿中压热再热蒸汽管的方向的固定点。相应的管的方向为在HRSG的对接部处(例如，在至下歧管的连接处)的管的轴向延伸。
[0022]用于再热蒸汽管的固定点可在至中压蒸汽涡轮的连接处，并且在用于中压热再热蒸汽的顶部悬置管束的管束悬架处。用于新鲜高压蒸汽管的固定点可在至高压蒸汽涡轮的连接处，并且在用于高压蒸汽的顶部悬置管束的管束悬架处。
[0023]沿侧向方向(正交于烟道气体流)的水平移动基本上由蒸汽管线的热膨胀引起。蒸汽涡轮的轴线的位置由其真实性质固定。因此，蒸汽管线的热膨胀导致了下歧管的侧向位移。此类位移取决于蒸汽管的长度，并且可例如为大约20cm。鉴于直换热器管的相当大长度(例如，大约20m)，如果下歧管沿水平方向移位，同时上歧管保持在实际上不变的水平位置处，则产生相当小的力。得到的小力可由蒸汽管线传递并且由其支承结构吸收。
[0024]下歧管的垂直移动应当减小，以限制蒸汽管线中的弯矩。为了实现这一切，过热管束或再热管束的悬架设计成使得上歧管可改变其垂直位置，即，能够沿垂直方向移动，以补偿管束的管的热扩张的至少部分。
[0025]换言之，余热回收蒸汽发生器包括管束悬架，其能够沿垂直方向移动来至少部分地补偿管束的热膨胀。
[0026]根据一个实施例，管束悬架包括弹簧以允许垂直移动。弹簧可设计成承载管束和歧管的重量。当管束由于温度变化而膨胀时，弹簧收缩，并且仅重量的一小部分(例如，比悬置重量小一个或两个数量级)将依靠在相应最末下歧管至蒸汽涡轮的蒸汽管连接上。因此，小的可接受的力(即，仅导致弹性变形的力)将施加于蒸汽管，这可导致管和最末下歧管的弯曲和小位移。
[0027]根据又一个实施例，用于高压蒸汽的最后下歧管和高压新鲜蒸汽管可沿直线布置。作为备选或组合地，用于中压蒸汽的最后下歧管和热再热蒸汽管可沿直线布置。该直线可优选为水平的。实际上，其可构造有如排放所需的小倾斜。
[0028]此外，高压新鲜蒸汽管可具有单个管路固定点，其可为高压新鲜蒸汽管至高压蒸汽涡轮的连接部。类似地，热再热蒸汽管可具有热再热蒸汽管至中压蒸汽涡轮的连接部处的单个管路固定点。
[0029]根据联合循环发电设备的又一个实施例，高压新鲜蒸汽管连接于高压蒸汽涡轮的底部半部。作为备选或组合地，热再热蒸汽管连接于中压蒸汽涡轮的底部半部。作为优选，蒸汽管可利用弯头从下方垂直地连接。相比于该布置，高压和热再热蒸汽管在常规联合循环发电设备中连接于对应蒸汽涡轮的顶部，因为蒸汽供应管线源自余热回收蒸汽发生器的顶部。蒸汽涡轮的轴的高度典型地由末级叶片的长度和冷凝器的选择布置指示。这导致蒸汽涡轮布置的高度，其在高压蒸汽涡轮和中压蒸汽涡轮的入口下方留下足够空间，以从相应涡轮下方以蒸汽管线进入。
[0030]为了使热蒸汽管路的长度最小化，蒸汽涡轮布置成尽可能接近余热回收蒸汽发生器。典型地需要最小距离来建造或收纳蒸汽涡轮，并且允许至蒸汽涡轮的良好可接近性。HRSG与高压或中压蒸汽涡轮之间的距离可例如减小为蒸汽涡轮壳的直径的3倍以下。根据一个实施例，蒸汽涡轮布置轴线之间的距离可减小至低压蒸汽涡轮的外壳的直径的一倍以下。
[0031]余热回收蒸汽发生器具有与燃气涡轮的热烟道气体的主流动方向对准的纵向方向。根据又一个实施例，轴或燃气涡轮与余热回收蒸汽发生器的纵向方向沿轴向对准。此夕卜，高压蒸汽涡轮和/或中压蒸汽涡轮的轴可布置成平行于余热回收蒸汽发生器的纵向方向。
[0032]根据备选实施例，高压蒸汽涡轮和/或中压蒸汽涡轮的轴布置成与余热回收蒸汽发生器的纵向方向成直角。
[0033]常规余热回收蒸汽发生器可包括减热器，其典型地布置在余热回收蒸汽发生器的顶部上。离开余热回收蒸汽发生器的热端的蒸汽在其进入蒸汽管路之前穿过减热器。水喷雾可喷射到减热器中，以控制蒸汽参数，特别是控制蒸汽温度。为了允许喷射的液滴的完全蒸发，蒸汽中的液滴的最小停留时间必须在蒸汽到达蒸汽涡轮之前确保。在具有长蒸汽管路的常规设备中，蒸汽管线中的停留时间足以确保喷射的水的完全蒸发。
[0034]此类构造是适当的，只要GT排出气体的温度在所有操作情况下足够低，使得不需要保护锅炉内部换热器管免受过高温度。特别是在本申请开头处的先进蒸汽参数下，此类保护可为所需的。在此类情况下，有利的是将减热器站安装在最后过热器上游(即，在冷侧上)，并且消除锅炉出口处的减热器站。
[0035]此外，利用提出的新布置，在蒸汽进入蒸汽涡轮之前，如果水喷射在余热回收蒸汽发生器下游，则管可对于完全蒸发而言太短。为此提出了余热回收蒸汽发生器内的新减热器位置，使得喷射的水将在管束内完全蒸发。
[0036]对于高过程温度而言，该新布置还具有的优点在于，最末管束的最高温度可利用减热器控制，因此允许保护管束免于过热。
[0037]除发电设备之外，一种用于操作联合循环发电设备的方法是本公开的目的。该方法涉及操作联合循环发电设备，其具有联接于第一发电机的燃气涡轮、流体地连接于燃气涡轮的排气器的余热回收蒸汽发生器，以及包括高压蒸汽涡轮和/或中压蒸汽涡轮和第二发电机的蒸汽涡轮布置，其中高压蒸汽涡轮和/或中压蒸汽涡轮布置在余热回收蒸汽发生器旁边。余热回收蒸汽发生器具有水平流动路径和用于高压蒸汽的至少一个顶部悬置管束，其包括由管束悬架连接于余热回收蒸汽发生器的支承结构的上歧管、下过热歧管，以及垂直地布置的换热管，和/或用于中压蒸汽的至少一个顶部悬置管束，其包括由管束悬架连接于余热回收蒸汽发生器的支承结构的上歧管、下再热歧管，以及垂直地布置的换热管。设备还至少包括将最后下过热歧管连接于高压蒸汽涡轮的高压新鲜蒸汽管，和/或将最后下再热歧管连接于中压蒸汽涡轮的中压热再热蒸汽管。
[0038]该方法特征在于，高压新鲜蒸汽管的热膨胀通过使管束的换热器管在正交于余热回收蒸汽发生器中的烟道气体流的方向的平面中沿水平方向弯曲来补偿，并且/或者中压热再热蒸汽管的热膨胀通过使管束的换热器管在正交于余热回收蒸汽发生器中的热气体流的方向的平面中沿水平方向弯曲来补偿。此外，管束的换热器管的热膨胀通过管束悬架的收缩来至少部分地补偿。
[0039]实现联合发电设备和用于操作以上描述的联合发电设备的方法的重要元素是将管束用作补偿器。根据一个实施例，HRSG的过热器的最末管束可用作用于连接于管束的下过热歧管的高压新鲜蒸汽管的热延伸的补偿器。具体而言，管束可用于补偿蒸汽管的轴向延伸。该膨胀典型地在正交于HRSG中的烟道气体的流动方向和正交于管束的换热管的轴向延伸的平面中。类似地，HRSG的再热器的最末管束可用于补偿连接于管束的下再热歧管的中压热再热蒸汽管的热延伸。
[0040]所有这些实施例都可单独或组合使用。以上描述的联合循环发电设备可包括如例如从EP0620363 BI或EP0718470 A2获知的单个燃烧燃气涡轮或连续燃烧燃气涡轮。
【附图说明】
[0041]将在下面借助于附图更详细描述本发明、其性质以及其优点。参照附图:
图1示意性地示出了具有单轴动力系的联合循环发电设备的实例，
图2a和b示意性地示出了从现有技术获知的联合循环发电设备布置，
图2c到2g示意性地示出了公开的联合循环发电设备布置的实例，
图3a和3c示意性地示出了提出的新余热回收蒸汽发生器布置的实例，
图3b和3d示意性地示出了在其中管束和蒸汽管热膨胀的热操作状态中的、图3a或3c的提出的新余热回收蒸汽发生器布置的实例，
图4示意性地示出了具有减热器的提出的新余热回收蒸汽发生器布置的实例的侧视图。
【具体实施方式】
[0042]相同或功能同样的元件在下面设有相同的标记。指示的值和大小规格仅为示例性的值，并且并未构成对此类大小而言的本发明的任何限制。
[0043]图1中示出了具有单轴动力系的现有技术的联合循环发电设备的示例性布置。燃气涡轮4供应有压缩机入口气体19和燃料。压缩机入口气体19(例如空气)在压缩机I中压缩。压缩的气体用于燃料在燃烧器2中的燃烧，并且加压热气体在涡轮3中膨胀。在涡轮3中的膨胀期间，加压热燃烧气体驱动涡轮输送机械功率。压缩机和涡轮布置在一个轴30上。第一发电机22还机械地联接于轴30。
[0044]燃气涡轮的热烟道气体17(也称为排出气体)在它们作为烟道气体29释放至环境之前，穿过生成用于蒸汽涡轮6，7，8的新鲜蒸汽的余热回收蒸汽发生器20。蒸汽涡轮6，7，8以关于燃气涡轮4和第一发电机22的单轴构造布置。离开低压蒸汽涡轮8的蒸汽发送至冷凝器16，并且作为给水21返回至余热回收蒸汽发生器20。蒸汽循环简化并且示意性地示出为没有给水栗、滚筒等，因为这些不是本发明的主题。
[0045]在该实例中，示出了具有三个压力水平的余热回收蒸汽发生器20，该三个压力水平包括高压蒸汽、中压蒸汽和低压蒸汽。高压新鲜蒸汽管9提供成将高压蒸汽输送至高压蒸汽涡轮6。中压热再热蒸汽管11提供成将热再热中压蒸汽输送至中压蒸汽涡轮7。来自高压蒸汽涡轮6的蒸汽在冷再热管线10中返回至余热回收蒸汽发生器20，并且蒸汽在余热回收蒸汽发生器20中再热。来自中压蒸汽涡轮7的蒸汽穿过回流管12(也称为交叉管线)，并且与来自HRSG的LP蒸汽13结合，并且进入LP蒸汽涡轮8，来自低压蒸汽涡轮8的蒸汽穿过冷凝器颈部14到冷凝器16中。离开冷凝器的冷凝物作为给水21经过回到余热回收蒸汽发生器20。
[0046]高压/中压蒸汽管9，11中的各个具有两个固定点5:—个在最后过热/再热管束的支承部处，而另一个在与高压/中压涡轮的连接部处。蒸汽管9，11，13以及蒸汽回流管10，12，14的路线包括扩张环15，其吸收管路的热膨胀。
[0047]图2a示出了具有如从现有技术获知的多轴布置的联合循环发电设备布置。燃气涡轮4和第一发电机22对准并且由轴30连接。余热回收蒸汽发生器20布置在燃气涡轮4下游。入口气体19提供至燃气涡轮4，并且烟道气体29释放至环境。
[0048]在该实例中，蒸汽涡轮包括高压蒸汽涡轮6、中压蒸汽涡轮7和低压蒸汽涡轮8，它们沿轴31布置并且驱动第二发电机23。蒸汽涡轮6，7，8和燃气涡轮4布置成平行于彼此，使得共同的起重机(未示出)可用于包括第一发电机22的燃气涡轮4，以及具有第二发电机23的蒸汽涡轮6，7，8两者。
[0049]图2b示出了具有用于提出的新多轴布置的实例的联合循环发电设备布置。如图2a中，燃气涡轮4和第一发电机22对准并且由轴30连接。余热回收蒸汽发生器20布置在燃气涡轮4下游。管路和燃气涡轮构件与图1中所示的相同，但是为了清楚起见极大地简化或省略。
[0050]在该实例中，蒸汽涡轮6，7，8也包括高压蒸汽涡轮6、中压蒸汽涡轮7和低压蒸汽涡轮8，它们沿轴31布置并且驱动第二发电机23。此外，在该实例中，蒸汽涡轮6，7，8和燃气涡轮4布置成在90°的角之下，其中第一发电机22和第二发电机23在彼此旁边。另外关于该布置，共同的起重机(未示出)可用于如下两者:包括第一发电机22的燃气涡轮4，以及具有第二发电机23的蒸汽涡轮6，7，8。
[0051]由于余热回收蒸汽发生器典型地不在收纳涡轮的建筑物中，并且将对于起重机桥而言过高，故图2a和2b中所示的涡轮布置在余热回收蒸汽发生器上游的区域中。
[0052]图2c到2g均示出了根据本发明的联合循环发电设备布置的实例。它们包括与图2a和2b中所示的布置相同的元件。此处，蒸汽涡轮6，7，8不布置在燃气涡轮4旁边，而是在余热回收蒸汽发生器20旁边。
[0053]在图2c中，连接蒸汽涡轮6，7，8和第二发电机23的轴31布置成平行于余热回收蒸汽发生器的纵向方向。高压蒸汽涡轮6和中压蒸汽涡轮7布置成平行于余热回收蒸汽发生器20的上游区段(例如，上游半部)，以最小化从余热回收蒸汽发生器到蒸汽涡轮6，7的所需管路长度。
[0054]为了最小化蒸汽管长度，高压蒸汽涡轮6的入口在与最后过热器管束36的出口歧管相同的轴向位置处，并且中压蒸汽涡轮7的入口在与最后再热器管束37的出口歧管相同的轴向位置处。过热器36在余热回收蒸汽发生器20中布置在再热器37上游。高压蒸汽涡轮6具有带余热回收蒸汽发生器20中的热气流的逆流的轴向延伸，并且中压蒸汽涡轮7具有与余热回收蒸汽发生器20中的热气流重合的轴向延伸。第二发电机23在其下游端处联接于高压蒸汽涡轮，并且低压蒸汽涡轮8在中压蒸汽涡轮的出口端处经由轴31连接于中压蒸汽涡轮。低压蒸汽涡轮7具有与余热回收蒸汽发生器20中的热气流重合的轴向延伸;蒸汽在关于第二发电机23的远端处，在具有足够空间来容易地连接和布置冷凝器(未示出)的位置处离开低压蒸汽涡轮。
[0055]在图2d中，连接蒸汽涡轮6，7，8和第二发电机23的轴31布置成与余热回收蒸汽发生器的纵向方向成直角。高压蒸汽涡轮6布置有在余热回收蒸汽发生器20旁边的其前面和入口。中压蒸汽涡轮7沿指离余热回收蒸汽发生器20的方向布置在高压蒸汽涡轮6旁边。在该布置中，至高压蒸汽涡轮6的所需管路长度最小化。为此，高压蒸汽涡轮6的入口在与过热器36的管束和最后歧管相同的轴向位置处。高压蒸汽管9可作为直线从最末歧管延伸至高压蒸汽涡轮6的入口。
[0056]至高压蒸汽涡轮6的管路长度可保持较短。相比于其它布置，第二发电机23在低压蒸汽涡轮8的端部处连接于蒸汽涡轮6，7，8。
[0057]图2e的实施例基于图2c。为了使蒸汽涡轮6，7，8的推力更好地平衡，中压蒸汽涡轮7的流动方向为相反的，并且定向成与余热回收蒸汽发生器20中的烟道气体17流成逆流。由于中压蒸汽祸轮7的轴向延伸，故入口并未在与再热器37的管束和最末歧管相同的轴向平面中。因此，中压热再热蒸汽管11具有沿轴向方向的弯曲，后接平行于烟道气体17流动方向的管区段，以及用于连接于中压蒸汽涡轮7的第二弯曲部。
[0058]图2f的实施例也基于图2c。在该实施例中，高压蒸汽涡轮6和中压蒸汽涡轮7的定向和位置转换。对应地，再热器37位于过热器36上游的余热回收蒸汽发生器20的进口处。
[0059]再次为了最小化蒸汽管长度，高压蒸汽涡轮6的入口在与过热器36的管束和最后歧管25相同的轴向位置处，并且中压蒸汽涡轮7的入口在与再热器37的管束和最后歧管26相同的轴向位置处。在各个情况中，直蒸汽管9，11将相应的蒸汽涡轮6，7连接于相应的最后歧管25,26。
[0060]图2g的实施例基于图2f。为了使蒸汽涡轮6，7，8的轴向推力平衡，高压蒸汽涡轮6布置在中压蒸汽涡轮7与第二发电机23之间，并且沿与中压蒸汽涡轮7相同的方向定向。对应地，再热器37位于过热器36上游的余热回收蒸汽发生器20的进口处。
[0061]为了将高压蒸汽涡轮6连接于过热器36的最末歧管，高压新鲜蒸汽管9具有沿轴向方向的上游弯曲，后接与热气体流动方向平行且成逆流的管区段，以及用于连接于高压蒸汽祸轮6的第二弯曲部。
[0062]LP蒸汽涡轮在所有图2.1到2.g中示为具有轴向蒸汽排气的单流动涡轮。其也可为具有侧向蒸汽排气的双流动涡轮。
[0063]为了完全利用公开的设备布置，提出了具有新公开的余热回收蒸汽发生器20和蒸汽管9，11的布置。图3a示出了近地板安装的蒸汽涡轮的情形。
[0064]提出的余热回收蒸汽发生器20具有水平流动路径，并且包括至少一个顶部悬置管束35 ο管束35包括上歧管24，其由管束悬架28连接于余热回收蒸汽发生器20的支承结构、下歧管25，26和垂直地布置的换热管。余热回收蒸汽发生器20包括用于高压蒸汽的至少一个此类管束35，或用于再热中压蒸汽的一个管束35。余热回收蒸汽发生器20的其它构件从现有技术获知并且不在此处示出。
[0065]换热管典型地布置为上和下歧管24，25，26(也称为上集管和下集管)之间的管排或管组。用于供给蒸汽的入口 27在顶部处布置成通向上歧管24。
[0066]在各个情况中，最后下歧管25，26直接地连接于蒸汽管9，11，其将余热回收蒸汽发生器20连接于相应的蒸汽涡轮6，7。对应地，用于高压蒸汽的下歧管25由高压新鲜蒸汽管9连接于高压蒸汽涡轮6，并且用于中压蒸汽的下歧管25由中压热再热蒸汽管11连接于中压蒸汽涡轮7。蒸汽管9,11在对应的蒸汽涡轮6，7处固定于管路固定点5。
[0067]在直换热管为在操作期间加热或冷却的各个管束35时，上歧管和下歧管24，25，26之间的距离变化。例如，直换热器管可为大约20m长，由于操作温度变化而导致大约20cm的长度变化。管束悬架28可吸收得到的移动的至少部分。图3a的实例在图3b中示为在热操作状态中。在所示实例中，管束悬架28为弹簧加载的，并且垂直地向上拉上歧管24。由于管束35的热膨胀，故弹簧的长度减小，因此减小了弹簧力。因此，小力将施加于蒸汽管9，11，蒸汽管9,11在固定点5处固定于蒸汽涡轮6，7。由于该力，故蒸汽管9,11可弯曲。该弯曲可导致蒸汽管垂直位置，以及最后下过热歧管25或最后下再热歧管26的位置和定向的偏差，其与至固定点5的水平距离成比例。在远端处，最后下歧管25，26将降低第一位移Ay1，并且在较接近固定点5的端部处，其将降低第二位移△ y2。第一位移△ 71可大于第二位移Δ y2。
[0068]对应于第一位移Δ yi和第二位移Δ y2，上歧管24由管束悬架28升高第三位移Δ y3和第四位移△ y4。最后下歧管25,26的远端上方的上歧管的远端的第三位移△ y3等于由热膨胀引起的管束35的伸长减去第一位移Ay1。较接近固定点5的最后下歧管25，26的端部上方的上歧管的端部的第四位移A y4等于由热膨胀引起的管束35的伸长减去第二位移Δ y2。
[0069]蒸汽涡轮的固定点5具有至蒸汽管9，11至最后下歧管25，26的连接部的距离d。距离d导致由操作期间的蒸汽管9，11的热膨胀引起的最后下歧管的水平方向上的位移△ X。由于换热器管为长且柔性的，故该位移可由管束35容易地吸收。
[0070]关于如何利用公开的设备布置(具有新公开的余热回收蒸汽发生器20和蒸汽管9，11的布置)的第二实例在图3c中示出。
[0071]图3c的实例基于图3a的实例。其与图3a的实例的差别在于，蒸汽涡轮6，7提升到地面上方(所谓的台安装的蒸汽涡轮)。在该实例中，蒸汽涡轮6，7安装在蒸汽涡轮台39上。在该上下文中，台安装可包括安装在高基座上，例如，该高基座可延伸到支承的蒸汽涡轮的壳的半径的至少一半或更多的、地面上方的高度。
[0072]由于蒸汽涡轮6，7的提升的安装，故蒸汽管9，11包括附加区段，该附加区段在其弯曲至沿水平方向延伸至最后下歧管25，26的区段之前从固定点5沿垂直方向向下延伸。
[0073]由于由蒸汽管9，11的垂直区段的热膨胀引起的伸长，故蒸汽管9，11的水平区段将沿垂直方向向下移动位移△ y5。该垂直位移A y5至少部分地补偿管束的延伸，并且叠加在由蒸汽管9，11的弯曲引起的位移△ yi，△ 72上。管束悬架28的所需补偿△ y3，△ y4对应地减小。
[0074]图4示意性地示出了提出的新余热回收蒸汽发生器20的实例的侧视图，其中悬置的过热或再热管束35布置成接近热烟道气体17的入口(在该示意图中省略了热烟道气体17流中进一步下游的热传递元件)。悬置管束35由管束悬架28从余热回收蒸汽发生器的顶部固持在它们的适当位置。它们包括由连结管34连接的下歧管25，26和上歧管24。减热器32沿穿过余热回收蒸汽发生器20的烟道气体17的流动方向以第一(最后)与第二管束35之间的连结布置。
[0075]水喷雾33可喷射到减热器32中，以控制通过蒸汽管9，11离开第一管束35的下歧管25，26(沿烟道气体17的流动方向)的蒸汽参数(温度)。此外，由于减热器布置在暴露于热烟道气体17的最后悬置管束35上游(相对于蒸汽流)，故管束35的最大材料温度可利用减热器32控制。
[0076]本领域技术人员将认识到，本发明可以以其它特定形式实施，而不脱离其精神或基本特征。当前公开的实施例因此在所有方面都认作是示范性而非限制性的。
[0077]部件列表 I压缩机2燃烧器3涡轮
4燃气涡轮GT5管路固定点
6HP蒸汽涡轮(高压)
7MP蒸汽涡轮(中压)
8LP蒸汽涡轮(低压)
9高压新鲜蒸汽管10高压回流管
11中压热再热蒸汽管12中压回流管13低压蒸汽管14低压回流管15膨胀接头16冷凝器
17热烟道气体(至余热回收蒸汽发生器)18锅炉附件(滚筒、栗)
19压缩机入口气体
20 HRSG(余热回收蒸汽发生器)
21给水22第一发电机23第二发电机24上歧管25下过热歧管26下再热歧管27入口28管束悬架29烟道气体(至环境)
30轴
31蒸汽涡轮轴
32减热器33水喷射24连结管35管束36过热器37再热器38缓冲器39蒸汽涡轮台h高度d距离r半径
Ax沿水平方向的热扩张Ay沿垂直方向的热扩张。
【主权项】
1.一种联合循环发电设备，其具有联接于第一发电机(22)的燃气涡轮(4)、流体地连接于所述燃气涡轮(4)的排气的余热回收蒸汽发生器(20)，以及蒸汽涡轮布置(6，7，8)，所述蒸汽涡轮布置(6，7，8)包括利用以下中的至少一个连接于所述余热回收蒸汽发生器(20)的高压蒸汽涡轮(6)和/或中压蒸汽涡轮(7)和/或低压蒸汽涡轮(8):高压新鲜蒸汽管(9)、中压热再热蒸汽管(11)和低压蒸汽管(13)，以及连接所述蒸汽涡轮布置(6，7，8)和第二发电机(23)的蒸汽涡轮轴(31)，其特征在于，所述高压蒸汽涡轮(6)和/或中压蒸汽涡轮(7)布置在所述余热回收蒸汽发生器旁边，其中所述高压新鲜蒸汽管(9)将最后下过热歧管(25)连接于所述高压蒸汽涡轮(6)，并且/或者所述中压热过热蒸汽管(11)将最后下再热歧管(26)连接于所述中压蒸汽涡轮(7)。2.根据权利要求1所述的联合循环发电设备，其特征在于，所述高压新鲜蒸汽管(9)和/或所述中压热再热蒸汽管(11)没有扩张环(15)。3.根据权利要求1或权利要求2所述的联合循环发电设备，其特征在于，所述余热回收蒸汽发生器(20)具有水平流动路径，和用于高压蒸汽的至少一个顶部悬置管束(35)，其包括由管束悬架(28)连接于所述余热回收锅炉的支承结构的上歧管(24)、下过热歧管(25)，以及垂直地布置的换热管，和/或用于中压蒸汽的至少一个顶部悬置管束(35)，其包括由管束悬架(28)连接于所述余热回收锅炉的支承结构的上歧管(24)、下再热歧管(26)，以及垂直地布置的换热管，其中所述余热回收蒸汽发生器(20)包括管束悬架(28)，其能够沿垂直方向移动来至少部分地补偿所述管束(35)的热膨胀。4.根据权利要求3所述的联合循环发电设备，其特征在于，所述管束悬架(28)包括弹 O5.根据权利要求1至权利要求4中的一项所述的联合循环发电设备，其特征在于，用于高压的所述最后下过热歧管(25)和所述高压新鲜蒸汽管(9)，和/或用于中压的所述最后下再热歧管(26)和所述中压热再热蒸汽管(11)沿直线布置。6.根据权利要求1至权利要求5中的一项所述的联合循环发电设备，其特征在于，所述高压新鲜蒸汽管(9)和/或所述中压再热蒸汽管(11)由水平区段和弯头构成，或者由水平区段、弯头和垂直区段构成。7.根据权利要求1至权利要求6中的一项所述的联合循环发电设备，其特征在于，所述高压新鲜蒸汽管(9)具有所述高压新鲜蒸汽管(9)至所述高压蒸汽涡轮(6)的连接部处的单个管路固定点， 并且/或者所述热再热蒸汽管(11)具有所述热再热蒸汽管(11)至所述中压蒸汽涡轮(7)的连接部处的单个管路固定点。8.根据权利要求1至权利要求7中的一项所述的联合循环发电设备，其特征在于，所述高压新鲜蒸汽管(9)至所述最后下过热歧管(25)的连接部没有固定点，并且/或者所述中压热再热蒸汽管(11)至所述最后下再热歧管(26)的连接部没有固定点。9.根据权利要求1至权利要求8中的一项所述的联合循环发电设备，其特征在于，用于高压蒸汽的所述顶部悬置管束(35)的所述管束悬架(28)具有沿所述高压新鲜蒸汽管(9)的轴向延伸的方向的固定点，并且/或者用于中压热再热的所述顶部悬置管束(35)的所述管束悬架(28)具有沿所述中压热再热蒸汽管(11)的轴向延伸的方向的固定点。10.根据权利要求1至权利要求9中的一项所述的联合循环发电设备，其特征在于，所述高压新鲜蒸汽管(9)从下方连接于所述高压蒸汽涡轮(6)，并且/或者所述热再热蒸汽管(11)从下方连接于所述中压蒸汽涡轮(7)。11.根据权利要求1至权利要求10中的一项所述的联合循环发电设备，其特征在于，所述高压新鲜蒸汽管(9)利用管弯头连接于所述高压蒸汽涡轮(6)，并且/或者所述热再热蒸汽管(11)利用管弯头连接于所述中压蒸汽涡轮(7)，并且所述管弯头的平均半径(r)与管直径之比大于2。12.根据权利要求1至权利要求11中的一项所述的联合循环发电设备，其特征在于，余热回收蒸汽发生器(20)具有与所述主流动方向对准的纵向方向，并且所述高压蒸汽涡轮(6)和/或所述中压蒸汽涡轮(7)的所述轴(30)布置成平行于所述余热回收蒸汽发生器(20)的纵向方向。13.根据权利要求1至权利要求12中的一项所述的联合循环发电设备，其特征在于，所述中压蒸汽涡轮(7)和所述高压蒸汽涡轮(6)中的至少一个为台安装的，并且所述高压新鲜蒸汽管(9)具有沿垂直方向的延伸，并且/或者所述中压热再热蒸汽管(11)具有沿垂直方向的延伸，使得由于在操作期间的所述管的热膨胀，故补偿所述管束(35)的热膨胀的至少部分。14.一种用于操作联合循环发电设备的方法，所述联合循环发电设备具有联接于第一发电机(22)的燃气涡轮(4)、流体地连接于所述燃气涡轮(4)的排气的余热回收蒸汽发生器(20)，以及蒸汽涡轮布置(6，7，8)，其包括高压蒸汽涡轮(6)和/或中压蒸汽涡轮(7)和第二发电机(23)，其中所述高压蒸汽涡轮(6)和/或中压蒸汽涡轮(7)布置在所述余热回收蒸汽发生器(20)旁边， 其中所述余热回收蒸汽发生器(20)具有水平流动路径，和用于高压蒸汽的至少一个顶部悬置管束(35)，其包括由管束悬架(28)连接于所述余热回收蒸汽发生器(20)的支承结构的上歧管(24)、下过热歧管(25)，以及垂直地布置的换热管，和/或用于中压蒸汽的至少一个顶部悬置管束(35)，其包括由管束悬架(28)连接于所述余热回收蒸汽发生器(20)的支承结构的上歧管(24)，以及下再热歧管(26)，以及垂直地布置的换热管， 并且其中，至少一个高压新鲜蒸汽管(9)将最后下过热歧管(25)连接于所述高压蒸汽涡轮(6)，并且/或者中压热再热蒸汽管(11)将最后下再热歧管(26)连接于所述中压蒸汽涡轮⑴， 其特征在于，所述高压新鲜蒸汽管(9)的热膨胀通过使所述管束(35)的换热器管在正交于所述余热回收蒸汽发生器(20)中的烟道气体(17)流的方向的平面中沿水平方向弯曲来补偿，并且/或者中压热再热蒸汽管(11)的热膨胀通过使所述管束(35)的所述换热器管在正交于所述余热回收蒸汽发生器(20)中的热气体流的方向的平面中沿水平方向弯曲来补偿，并且所述管束(35)的所述换热器管的热膨胀由所述管束悬架(28)的收缩至少部分地补偿。15.HRSG(20)的管束(35)作为连接于所述管束(35)的下过热歧管(25)的高压新鲜蒸汽管(9)和/或连接于所述管束(35)的下再热歧管(26)的中压热再热蒸汽管(11)的热膨胀的补偿器的用途。
【文档编号】F22B37/20GK105992912SQ201480076028
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2014年12月18日
【发明人】C.鲁奇蒂, G.T.塞拜, R.阿诺德
【申请人】阿尔斯通技术有限公司