具有改善的效率的联合循环发电厂.pdf

CCPP包括燃气涡轮、HRSG、蒸汽涡轮、闪蒸槽和第一和第二供应管线。燃气涡轮、HRSG和蒸汽涡轮互连以生成功率。燃气涡轮可包括空气预热系统，以预热在燃气涡轮中供应的空气，以允许其中的加速燃烧。闪蒸槽流体地连接在HRSG的冷端处，以从冷端提取废弃的热水。此外，第一供应管线构造为将闪蒸槽与蒸汽涡轮互连，以向蒸汽涡轮供应闪蒸蒸汽。此外，第二供应管线构造为将闪蒸槽与空气预热系统互连，以向其供应热的闪蒸冷凝液。

权利要求书
1.   一种联合循环发电厂(100)，包括：
至少一个燃气涡轮(110)，其构造为产生气体以生成功率并且随后释放排气，所述燃气涡轮(110)构造为从燃气涡轮空气预热系统(112)接收加热的空气，以用于允许燃料的有效燃烧以产生气体；
至少一个热回收蒸汽发生器(120)，其热连接至所述至少一个燃气涡轮(110)，以利用从所述至少一个燃气涡轮(110)的排气提取的热能来产生蒸汽；
至少一个蒸汽涡轮(130)，其热连接至所述至少一个热回收蒸汽发生器(120)，以利用由所述至少一个热回收蒸汽发生器(120)产生的蒸汽来生成功率；
至少一个闪蒸槽(140)，其流体地连接在所述至少一个热回收蒸汽发生器(120)的冷端(122)处，以从所述冷端(122)提取热水；
第一供应管线(150)，其将所述至少一个闪蒸槽(140)与所述至少一个蒸汽涡轮(130)互连，以允许闪蒸蒸汽对所述至少一个蒸汽涡轮(130)的供应；和
第二供应管线(160)，其将所述至少一个闪蒸槽(140)与所述燃气涡轮空气预热系统(112)互连，以允许热的闪蒸冷凝液对所述燃气涡轮空气预热系统(112)的供应。

2.   根据权利要求1所述的联合循环发电厂(100)，其特征在于，还包括给水预热系统(170)，所述给水预热系统(170)热联接至所述至少一个热回收蒸汽发生器(120)的冷端(122)，以维持所述冷端(122)处的给水的温度要求，其中，从所述给水预热系统(170)提取能够用作热水的给水。

3.   根据权利要求1所述的联合循环发电厂(100)，其特征在于，还包括第一旁通部件(180)，所述第一旁通部件(180)从所述第二供应管线(160)选择性地旁通所述闪蒸冷凝液的一部分或全部，以用于绕过所述燃气涡轮空气预热系统(112)。

4.   根据权利要求1所述的联合循环发电厂(100)，其特征在于，还包括第二旁通部件(190)，所述第二旁通部件(190)从所述冷端(122)选择性地旁通提取的热水的一部分或全部，以用于旁通到所述至少一个闪蒸槽(140)中的提取的热水的供应，并且用作再循环系统，以用于在所述至少一个热回收蒸汽发生器(120)处加热所述冷凝液，以达到要求的最低温度。

5.   根据权利要求1所述的联合循环发电厂(100)，其特征在于，还包括燃气预热系统(300)，所述燃气预热系统(300)构造为加热将供应至所述至少一个燃气涡轮(110)的燃料以用于有效燃烧，其中，所述燃气预热系统(300)适于构造在所述第二供应管线（160）中，以利用来自所述热的闪蒸冷凝液的热来预热将供应至所述至少一个燃气涡轮(110)的燃料。

6.   根据权利要求1所述的联合循环发电厂(100)，其特征在于，所述至少一个闪蒸槽(140)适于包括不同压力水平下的多个闪蒸槽以用于热水提取，并随后将不同压力水平的闪蒸蒸汽注入对应的蒸汽涡轮级。

7.   根据权利要求6所述的联合循环发电厂(100)，其特征在于，所述至少一个蒸汽涡轮(13)是多级蒸汽涡轮，其中，所述第一供应管线(150)构造为将不同压力水平的闪蒸蒸汽注入对应的蒸汽涡轮级。

8.   根据权利要求1所述的联合循环发电厂(100)，其特征在于，还包括至少一个换热器(400)，所述至少一个换热器(400)适于构造至所述第二供应管线(160)，其中，所述至少一个换热器(400)构造在去往所述燃气涡轮空气预热系统(112)的中间传热回路(420)中，以用于预热在燃气涡轮发动机(110)中供应的空气。

9.   一种联合循环发电厂(100)，包括：
至少一个燃气涡轮(110)，其构造为产生气体以生成功率并且随后释放排气；
至少一个热回收蒸汽发生器(120)，其热连接至所述至少一个燃气涡轮(110)，以利用从所述至少一个燃气涡轮(110)的排气提取的热能来产生蒸汽；
至少一个蒸汽涡轮(130)，其热连接至所述至少一个热回收蒸汽发生器(120)，以利用由所述至少一个热回收蒸汽发生器(120)产生的蒸汽来生成功率；
至少一个闪蒸槽(140)，其流体地连接在所述至少一个热回收蒸汽发生器(120)的冷端(122)处，以从所述冷端(122)提取热水；
第一供应管线(150)，其将所述至少一个闪蒸槽(140)与所述至少一个蒸汽涡轮(130)互连，以允许闪蒸蒸汽对所述至少一个蒸汽涡轮(130)的供应；和
第二供应管线(160)，其构造为将热的闪蒸冷凝液从所述至少一个闪蒸槽(140)供应至回流管线，去往所述至少一个热回收蒸汽发生器(120)。

说明书具有改善的效率的联合循环发电厂
技术领域
本公开涉及联合循环发电厂，并且更具体而言，涉及用于优化联合循环发电厂效率的循环布置中的改善。
背景技术
在联合循环发电厂(CCPP)中，燃气涡轮和蒸汽涡轮结合地产生电功率。该CCPP布置为以便燃气涡轮经由热回收蒸汽发生器(HRSG)连接至蒸汽涡轮。该HRSG是换热器，其利用燃气涡轮的废弃排气来加热用于蒸汽生成过程的给水，以用于操作蒸汽涡轮。在HRSG中获得的热的最佳利用是提高CCPP效率的一个主要标准。
尽管有用于获得HRSG中的热的各种常规技术，但是还可能存在热(尤其HRSG的冷端处的热)不被利用的可能性。因此存在对最佳地利用HRSG冷端处的热以便提高CCPP效率和输出的需要。
发明内容
本公开描述了用于优化联合循环发电厂效率和输出的循环布置中的改善，其将在下面的简要总结中提出，以提供意图克服论述的缺点但包括其所有优点且又提供一些附加优点的本公开的一个或更多个方面的基本理解。该总结不是本公开的广泛综述。其意图既不确定本公开的关键或决定性元素，也不描绘本公开的范畴。相反，该总结的唯一目的为作为之后提出的更详细描述的前序，以简化形式提出本公开的一些构思，其方面和优点。
本公开的一个目的为描述改良的联合循环发电厂，其能够适用在在循环布置中改善以用于优化联合循环发电厂效率方面。此外，本公开的目的为描述一种联合循环发电厂，其方便地以有效且经济的方式地使用。本公开的其它各种目的和特征将从接下来的详细说明和权利要求而变得显而易见。
在一个方面中，上面提出的和其它目的可通过改进的联合循环发电厂而达到。该联合循环发电厂包括至少一个燃气涡轮、至少一个热回收蒸汽发生器、至少一个蒸汽涡轮、至少一个闪蒸槽、和第一和第二供应管线。该至少一个燃气涡轮构造为产生气体以生成功率，并且随后释放排气。该至少一个燃气涡轮构造为从燃气涡轮空气预热系统接收加热的空气，以用于允许燃料的有效燃烧以产生气体。此外，该至少一个热回收蒸汽发生器热连接至该至少一个燃气涡轮，以利用从该至少一个燃气涡轮的排气中提取的热能来产生蒸汽。此外，该至少一个蒸汽涡轮热连接至该至少一个热回收蒸汽发生器，以利用由该至少一个热回收蒸汽发生器产生的蒸汽来生成功率。该至少一个闪蒸槽流体地连接在该至少一个热回收蒸汽发生器的冷端处，以从冷端提取热水。对热回收蒸汽发生器的冷端的连接意指该闪蒸槽连接至换热器管或管束的出口，该出口在热回收蒸汽发生器中布置为相对于上游(热)端更接近下游(冷)端。例如，示例换热器管或管束布置在热回收蒸汽发生器的下游一半或下游三分之一。相对于热回收蒸汽发生器的延伸部在行进穿过其的废气的流动方向上，水在热回收蒸汽发生器的冷端中得到预热。此外，第一供应管线构造为将该至少一个闪蒸槽与该至少一个蒸汽涡轮互连，以允许闪蒸蒸汽对该至少一个蒸汽涡轮的供应。第二供应管线构造为将该至少一个闪蒸槽与该至少一个燃气涡轮空气预热系统互连，以允许热的闪蒸冷凝液对该燃气涡轮空气预热系统的供应。
在本公开的一个实施例中，联合循环发电厂可包括给水预热系统，给水预热系统热联接至该至少一个热回收蒸汽发生器的冷端。这维持了在热回收蒸汽发生器的冷端处的给水的温度要求。在该实施例中，可从给水预热系统提取用于闪蒸目的的热水。
在本公开的又一实施例中，联合循环发电厂可包括第一旁通部件，以从第二供应管线选择性地旁通闪蒸冷凝液的一部分或全部，以用于绕过燃气涡轮空气预热系统。
在本公开的又一实施例中，联合循环发电厂可包括第二旁通部件，以从热回收蒸汽发生器的冷端选择性地旁通提取的热水的一部分或全部，以用于使到该至少一个闪蒸槽中的提取的热水的供应旁通，并且用作再循环系统以用于在该至少一个热回收蒸汽发生器处加热冷凝液，以达到要求的最低温度。
在本公开的又一实施例中，联合循环发电厂可包括至少一个附加热源，该至少一个附加热源流体地连接该至少一个闪蒸槽，以用于将供应至该至少一个闪蒸槽的附加的热水提取。
在本公开的又一实施例中，联合循环发电厂也可包括燃气预热的提供。在这种实施例中，联合循环发电厂可包括燃气预热系统，该燃气预热系统构造为加热将供应至该至少一个燃气涡轮的燃料以用于有效燃烧。在这种构造中，燃气预热系统适于构造在第二供应管线中，以利用来自热的闪蒸冷凝液的热来预热将供应至该至少一个燃气涡轮的燃料。
在又一实施例中，联合循环发电厂提供多个闪蒸槽而不是一个闪蒸槽。该多个闪蒸槽构造为用于热水提取并且随后将变化的压力水平的闪蒸蒸汽注入对应的蒸汽涡轮级。
在又一实施例中，联合循环发电厂还可包括至少一个换热器，该至少一个换热器适于构造至第二供应管线。在这种实施例中，该至少一个换热器与燃气涡轮空气预热系统构造在一起，以用于预热在燃气涡轮发动机中供应的空气。
在联合循环发电厂的又一实施例中，该至少一个燃气涡轮可排除燃气涡轮空气预热系统，其中不要求加热。而在该实施例中，第二供应管线构造为将热的闪蒸冷凝液从该至少一个闪蒸槽供应至回流管线，去往至少一个热回收蒸汽发生器120或去往给水预热系统。
在本公开中具体地指出了本公开的这些与其它方面，连同描述本公开的各种新颖特征。为了更好地理解本公开、其操作优点及其用途，应参照在其中存在本公开的示例示范实施例的附图和描述性的事项。
附图说明
本公开的优点和特征将参照结合附图进行的下列的详细描述和权利要求而更好地理解，在附图中，相似的元件用相似的标号表示，并且其中：
图1示出了根据本公开的示范实施例的绘出并入在其中的本发明的联合循环发电厂(CCPP)的实例线路图；
图2示出了绘出图1的CCPP的第一变型的另一实例图；
图3示出了绘出图1的CCPP的第二变型的另一实例图；
图4示出了绘出图1的CCPP的第三变型的另一实例图；
图5示出了绘出图1的CCPP的第四变型的另一实例图；
图6示出了绘出图1的CCPP的第五变型的另一实例图；
图7示出了绘出图1的CCPP的第六变型的另一实例图；且
图8示出了绘出燃气涡轮排除空气预热系统的CCPP的第七变型的又一实例图。
贯穿附图的数个视图的描述，类似的参考数字指示类似的部分。
参考标号列表
100 联合循环发电厂(CCPP)
110 燃气涡轮；
112 燃气涡轮空气预热系统
120 热回收蒸汽发生器(HRSG)
122 HRSG的冷端
126 低压(LP)滚筒
130 蒸汽涡轮、LP蒸汽涡轮
135 冷凝器
136 回流管线
137 泵
140 闪蒸槽
141 闪蒸阀
142 供应管线
150 第一供应管线
160 第二供应管线
162 泵
170 给水预热系统
172 再循环系统
180 第一旁通部件
190 第二旁通部件
200 附加热源
300 燃气预热系统
310、320 换热器
400 换热器
420 中间传热回路。
具体实施方式
为了对本公开的透彻理解，将结合上述附图参照下面详细描述，包括所附权利要求。在下列说明中，为了说明，陈述了许多具体细节，以便提供本公开的透彻理解。但是，对于本领域专业人员是显而易见的是，本公开可在没有这些具体细节的情况下实施。在其它的条件下，仅以框图的形式显示结构和装置，以便避免使本公开不明显。在该说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“另一实施例”、“各种实施例”的引用指的是结合实施例描述的具体特征、结构或特性包括在本公开的至少一个实施例中。说明书中的各种位置中的短语“在一个实施例中”的出现不一定全部指相同的实施例，也不是其它的实施例的互不相交的不同或备选实施例。此外，各种特征描述为可通过一些实施例展示且不可通过其它实施例展示。相似地，各种要求描述为对于一些实施例可能是要求但可能不是其他实施例的要求。
尽管下列说明包含用于例示的许多细节，但是任何本领域技术人员将理解的是，对于这些细节的变型和/或更改在本公开的范围内。相似地，尽管本公开的特征中的许多关于彼此或结合彼此而描述，但是本领域专业人员将理解的是，这些特征中的许多可与其它特征独立地提供。因此，本公开的该说明是不存在对本公开的一般性的任何损失的情况下，并且在不对本公开施加限制的情况下阐述的。此外，相对的术语，诸如“第一”和“第二”等在本文中不表示任何顺序、上升或重要性，而是用于将一个元件与另一个元件区分。此外，本文中的术语“一个”和“一种”不表示量的限制，而是表示提及项目中的至少一个的存在。
现参照图1-7，联合循环发电厂(CCPP)100的实例绘出了并入其中的本发明的各种示范实施例。在尽可能多的CCPP 100的构造和布置中，各种相关的元件对本领域专业人员可能是公知的，不认为需要在本文中叙述其所有结构细节和说明以用于获得本公开的理解。而是认为足以简单地注意到，如图1至7所示，该CCPP 100仅显示了与本公开的各种实施例的说明有关的那些构件。
现参照图1，CCPP 100为了优化其效率和输出而包括至少一个燃气涡轮100、至少一个热回收蒸汽发生器(HRSG)120、至少一个蒸汽涡轮130、至少一个闪蒸槽140和第一和第二供应管线150、160。通常，该至少一个燃气涡轮110经由HRSG 120与该至少一个蒸汽涡轮130热连结，以产生功率输出。如根据公开那样完善地，该燃气涡轮110构造为产生气体以生成功率并且随后释放排气。该燃气涡轮110可包括燃气涡轮空气预热系统112，以用于预热空气并且供应加热的空气，以用于实现燃料的有效燃烧，以在燃气涡轮110中产生气体。此外，该HRSG 120热连接至该至少一个燃气涡轮110，以利用从该至少一个燃气涡轮110的排气中提取的热能来产生蒸汽。此外，该至少一个蒸汽涡轮130热连接至HRSG 120，以利用蒸汽生成功率输出。
如所述，HRSG 120是换热器，其利用燃气涡轮110的废弃排气来产生蒸汽以用于操作蒸汽涡轮。在HRSG 120中获得的热的最佳利用是提高CCPP 100效率的一个主要标准。但是，不论获得HRSG 120中的热的各种常规技术，都可能存在热(尤其是HRSG 120的冷端122处的热)得不到利用的可能性，本发明的CCPP 100因此包括至少一个闪蒸槽140以最佳地利用HRSG 120的冷端122处的热，以便改善CCPP 100效率和功率输出。在尽可能多的HRSG 120的构造和布置中，各种相关的元件对本领域专业人员可能是公知的，并且认为足以注意，如图1至7所示，在该HRSG 120中仅显示了与本公开的各种实施例的说明有关的那些构件。
如图1所示，闪蒸槽140经由供应管线142流体连接在HRSG 120的冷端122处，以从冷端122提取未利用的热水。可包括闪蒸阀141以控制提取。在本公开的一个实施例中，CCPP 100可包括热联接到HRSG 120冷端122的给水预热系统170，以维持冷端120处的给水的温度要求。还是在这种实施例中，闪蒸槽140通过给水预热系统170流体连接在HRSG 120冷端122处，以便经由给水预热系统170提取冷端122的未利用的热水。可将再循环系统172赋予给水预热系统170以用于与其协作。此外，低压(LP)汽包(drum)126也可操作地结合至给水预热系统170。
闪蒸槽140具有提取的热水，该提取的热水可从其引导以用于以最优化的方式利用，以便提高CCPP 100的效率。为了所述目的，该CCPP 100包括第一和第二供应管线150、160。
第一供应管线150构造为将闪蒸槽140与蒸汽涡轮130互连，以实现闪蒸蒸汽对其的供应。来自第一供应管线150的闪蒸蒸汽可向蒸汽涡轮130注入，更具体地，向低压(LP)蒸汽涡轮注入，以产生在常规CCPP循环中产生的功率之外的附加的功率，以便提高CCPP 100的效率和输出，且之后经由回流管线136借助泵137通过行进穿过冷凝器135而供应回HRSG 120。
此外，第二供应管线160构造为将闪蒸槽140与燃气涡轮空气预热系统112互连，以实现闪蒸槽140中的热的闪蒸冷凝液对燃气涡轮空气预热系统112的供应，以预热空气，以对燃气涡轮110供应预热空气，以用于实现加速燃烧。泵162可构造在第二供应管线160中以实现目标。此外，来自其的冷的冷凝液可返回至回流管线136并再次供应至HRSG 120以用于再次操作。第二供应管线160允许提供在燃气涡轮110中供应的空气的预热，从而取代预热燃料空气的外部源的要求，转而提高提高了CCPP 100的效率。此外，本发明的空气预热的所述提供排除了如在常规CCPP中要求的复杂的管道系统和换热器布置，从而使本系统简单且成本效果合算。
根据各种实施例，在图1中绘出的CCPP 100可修改成不同的工厂构造。图2至7绘出了CCPP 100的各种此类变型，并且将在本文中结合图1描述。在图2至7中，仅与对应的构件一起的那些参考标号插入在绘出变型处，并且其余部件没有标号，以便突出各种变型，并且所有未标号的构件应从图1阅读或参照。
依照在图2中显示的第一变型，CCPP 100可包括第一旁通部件180以从第二供应管线160选择性地旁通闪蒸冷凝液的一部分或全部，以用于绕开燃气涡轮空气预热系统112。
依照在图3中显示的第二变型，CCPP 100可包括第二旁通部件190以从冷端122选择性地旁通提取的热水的一部分或全部，以用于旁通去往闪蒸槽140中的提取的热水的供应。这用作再循环系统，以用于加热去往HRSG 120的冷凝液，以达到要求的最低HRSG入口温度。如图3所示，在这种布置中，可排除循环系统172。
依照在图4中显示的第三变型，CCPP 100可包括至少一个附加热源200，其流体地连接闪蒸槽140，以利用于将供应至闪蒸槽140的附加的热水提取。该附加热源200可包括从碳捕集单元或区域供热单元返回的冷凝液。但是，在不脱离本公开的范围的情况下，附加热源可为在本领域中已知的其它任意附加热源。
依照在图5中显示的第四变型，CCPP 100可包括燃气预热系统300，其构造为加热将供应至燃气涡轮110的燃料，以用于有效燃烧。燃气预热系统300适于构造在第二供应管线160中，以利用来自热的闪蒸冷凝液的热来预热将供应至燃气涡轮110的燃料。例如，至少一个换热器(诸如310)可构造为与第二供应管线160的换热器320串联，以用于在要求的全温(通常为150-300℃)未由第二供应管线160的热的闪蒸冷凝液产生时，允许供应热以在燃气预热系统300处预热燃气。
在另一变型中，如图6所示，CCPP 100可相对一个闪蒸槽140包括多个闪蒸槽140。该多个闪蒸槽140适于以级联构造工作，用作来自HRSG 120冷端122的热水的热源，在不同压力下闪蒸并且随后将不同压力水平的闪蒸蒸汽注入对应的蒸汽涡轮级。
在又一变型中，如图7中显示的第六个，至少一个换热器400适于构造到第二供应管线160。如所示，该至少一个换热器400与燃气涡轮空气预热系统112一起构造在中间传热回路420，以用于预热在燃气涡轮110中供应的空气。
在CCPP 100的又一变型中，如图8显示的第七个，该至少一个燃气涡轮110可排除如在前述实施例中提供的燃气涡轮空气预热系统112。而在该实施例中，第二供应管线160构造为将来自该至少一个闪蒸槽140的热的闪蒸冷凝液向回流管线136供应至该至少一个热回收蒸汽发生器120或供给至给水预热系统170。阀141可构造为控制热水和冷凝液的各自的供应。
本公开的发明在各种范围中是有利的。其提供了改良的CCPP，其可以以最优方式捕集HRSG中的热，尤其是可能得不到利用的HRSG冷端处的热，以便改善CCPP效率和输出。此外，带有这种变型的CCPP方便使用并且经济。本公开的各种其它的优点和特征从上面的详细说明和所附权利要求而变得显而易见。
已提出本公开的具体实施例的前述描述以用于说明和描述。它们不意图是穷举的，或将本公开限制为公开的精确形式，并且明显地，按照以上教导，许多修改和变型是可能的。选择和描述实施例，以便最好地解释本公开的原理及其实际应用，以从而使其它的本领域技术人员能够最好地利用本公开和具有适合设想的具体用途的各种修改的各种实施例。应当理解的是，在环境可暗示或提供便利时，设想各种省略和等同物的置换，但是这些意图覆盖应用或实现方式而不脱离本公开的权利要求的精神或范围。