专利名称：燃气与蒸汽轮机设备的运行方法及燃气与蒸汽轮机设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种燃气与蒸汽轮机设备的运行方法，设备包括为燃气轮机起动装置 配设的变频器和为蒸汽轮机配设的发电机。本发明还涉及这种燃气与蒸汽轮机设备。
背景技术：
燃气与蒸汽轮机设备(GuD设备)一般用于发电。当代的GuD设备通常包括一至四 台燃气轮机和至少一台蒸汽轮机，其中或每台燃气轮机分别驱动一台发电机(多轴设备)， 或一台燃气轮机与在公共轴上的蒸汽轮机驱动单台发电机(单轴设备)。燃气轮机的热废 气在废热锅炉中用于产生水蒸气。接着将蒸汽供给蒸汽轮机。通常在燃气轮机上分摊电功 率的大约三分之二，以及大约三分之一分摊给蒸汽轮机。通常GuD设备的功率，每个燃气轮机/蒸汽轮机单元例如处于80丽与830MW之间 的范围内，以及一个电站设备可以由多个单元组成。与之相比，核电站的一个机组通常具有 的功率在500MW与1500MW之间。为提高GuD设备的蒸汽轮机的效率，它通常包括多个针对不同蒸汽压力设计的压 力级。在废热锅炉中借助燃气轮机废气过热的蒸汽，当其在蒸汽轮机高压级内膨胀后，重新 引回到废热锅炉并再次过热。该蒸汽然后供给连接在下游的压力级。这种所谓的中间过热， 通过提高热量供应的平均温度，提高蒸汽轮机效率。此外，由此还避免基于高的蒸汽湿度， 造成蒸汽轮机低压部分内最后几级叶片腐蚀。理论上可以设想在一台蒸汽轮机内有多个压力级，当然在这种情况下附加的投资 相对于热技术的改善而言过高。目前，蒸汽轮机具有三个压力级和有单个中间过热装置的 GuD设备，认为经济性最佳。由于其灵活性，尤其由于快速起动的可能性，当代的GuD设备往往使用于满足电 网内短时出现的高功率需求，所谓峰值负荷。这导致GuD设备中比较频繁的起动过程。为 了起动燃气轮机，通常将为燃气轮机配设的发电机用作电动机，此时，燃气轮机的转速借助 设备特有的特性线缓慢提高。为此通常可以在发电机上游连接一个带变频器的起动装置， 由电网电流可以产生具有任意频率的电流。在持续运行状态，GuD设备的涡轮通常以电网频率50Hz或60Hz旋转。但也可以 期望或需要一些运行状态，在这些运行状态下，例如在蒸汽轮机高压级蒸汽侧跨接时或在 加热过程中，尤其蒸汽轮机以低的转速旋转。但是在转速低于电网频率时，蒸汽轮机的发电机必须与电网脱耦。因此在这种运 行状态不通过发电机提取任何功率，由此使作用在蒸汽轮机上的反扭矩比较小，以及蒸汽 轮机在有些情况下不能保持为恒定的转速。但这意味着损失整个GuD设备运行方式方面的 灵活性，而且除此之外必须容忍可能出现的不利的工作点(例如处于自振频率附近的固定 转速)，它可能导致蒸汽轮机不必要的损坏和老化。
发明内容
因此本发明要解决的技术问题是，提供上述类型燃气与蒸汽轮机设备的一种运行 方法，采用这种方法可以在结构性成本特别低的同时，达到特别高的运行灵活性。此外应提 供一种特别适用于实施此方法的燃气与蒸汽轮机设备。按本发明为解决上述有关方法方面的技术问题而采取的措施是，为蒸汽轮机配设 的发电机的电功率，通过为燃气轮机起动装置配设的变频器输入用户供电网。本发明考虑问题的出发点在于，当要求合理地降低蒸汽轮机功率能采取尽可能简 单的技术措施实现时，便可以在GuD设备结构性成本特别低的同时达到运行时特别高的灵 活性。在这种情况下尤其在GuD设备中造成这种有利的状况，即，规定用于起动燃气轮机的 电动机通过变频器供电。因为在GuD设备中反正已存在变频器。此外，通常只是当燃气轮机 已经运行时才出现这种蒸汽轮机需要比较低的转速的运行状态。因此，在这种运行状态下 不需要用于起动燃气轮机的电动机的变频器，并因而以一种在设备内存在的资源的方式可 供他用。因此燃气轮机起动机的变频器在列举的这些运行阶段，应当利用于蒸汽轮机-发 电机与电流电网的灵活耦合。通过变频器从蒸汽轮机的发电机提取功率并输入用户供电 网，可以稳定蒸汽轮机的转速。按有利的设计，燃气与蒸汽轮机设备设计为多轴设备。尤其在其中蒸汽轮机和燃 气轮机分别有单独配置的发电机，以及燃气轮机独立于蒸汽轮机起动的这种多轴设备中， 存在为燃气轮机配设的单独的变频器。有利地，通过变频器的功率输入，在转速低于蒸汽轮机规定的工作转速时进行。尤 其在低转速的运行状态，为了稳定转速需要附加的功率减小。也就是说，在规定的工作转 速，例如在具有电网频率50Hz或60Hz的转速时，发电机通过一个为它配设的固定频率变压 器与用户供电网接通，并因而保证转速的稳定。有利地，蒸汽轮机设计为多级的，以及在蒸汽轮机高压级蒸汽侧跨接期间或者优 选在蒸汽轮机加热过程中，通过变频器进行功率输入。也就是说，这种运行状态是蒸汽轮机 的转速应保持为一个比蒸汽轮机规定的工作转速低的转速的运行状态，但另一方面燃气轮 机已经处于运行中以及不再需要燃气轮机的变频器。因此，尤其在这种运行状态下，变频器 可以用于稳定蒸汽轮机的转速。与本发明相关联的优点尤其在于，通过为燃气轮机起动装置配设的变频器，减小 为蒸汽轮机配设的发电机的电功率，可以在总体上改善运行方式方面的灵活性，以及扩展 GuD设备允许的运行和边界条件。此外，存在这样的可能性，即，尤其在蒸汽轮机加热过程 中，更好地遵守转速禁区或保持离有潜在危险的自然振动频变较大的距离。由此提高GuD 设备部件的安全性。此外，尤其在蒸汽轮机起动过程中，向用户供电网提供附加的显著更高 的电能功率。这些优点也可以通过附加的可接通蒸汽轮机的变频器得到。但通过利用燃气 轮机起动机的变频器，达到特别节省资源地双重利用，不仅用于燃气轮机而且用于蒸汽轮 机。
下面借助附图详细说明本发明的实施例。附图示意表示多轴GuD设备。
具体实施例方式按图示的多轴GuD设备有一台燃气轮机2，它包括压气机4和涡轮6，以及通过轴8 与发电机10连接。由燃气轮机2产生的电流通过固定频率变压器11输入用户供电网。燃 气轮机2通过燃烧借助燃料输送装置12从燃料管14供给的燃料B驱动。为了提高燃气轮 机2效率，燃料B借助燃料预热器16预热。通过燃烧燃料B释放的能量在燃气轮机2内转化为机械能，并通过轴8传给发电 机10，在发电机中将机械能转换为电能。然后，在涡轮6内膨胀后的废气G，经由排气管18 供给废热锅炉20，它在那里基于其例如约650°C比较高的温度，利用于产生蒸汽。接着，废 气G输入一个没有详细表示的排气烟囱。在废热锅炉20内的加热面22中产生过热高压蒸汽HD。在这方面可以设想加热面 22不同的构型。通常由没有详细表示的水泵将水供给蒸汽加热面，水在其中部分或完全蒸 发。没有蒸发的水必要时接着可以在水分离器内与蒸汽分离，以及蒸汽供给过热加热面，在 那里增加蒸汽的热能。调节阀M与加热面22连接，高压蒸汽HD通过它最终引入高压透平级26。蒸汽在 这里膨胀并因而将热能转换为机械能，它通过轴观传给发电机30，机械能在那里转换为电 能，以及通过变频器31输入用户供电网。膨胀后的蒸汽从高压透平级沈排出，通过调节器 32进一步供给废热锅炉20中的过热加热面34。在这里，可以根据运行影响高压蒸汽的路 径按需要，高压蒸汽可以从加热面22通过阀36跨过高压透平级26。若从高压透平级沈排出的蒸汽对于继续使用而言温度过高或有过高的压力，这 种情况尤其可能发生在蒸汽轮机起动过程中，则可将部分蒸汽通过阀38直接排入凝汽器 40。蒸汽在那里冷却并重新转变为液态水，它可以重新供给废热锅炉20加热面22内的蒸 发过程。当然在这种情况下舍弃蒸汽的全部蓄能量。在过热加热面34内，从高压透平级沈排出的蒸汽再次过热并通过另一个调节阀 42供给中压透平级44。中压透平级44如高压透平级沈那样装在同一根轴观上。按需要， 蒸汽也可以通过阀46排入凝汽器40。在中压透平级44内膨胀后，部分蒸汽供给低压透平级48，它仍与中压透平级44和 高压透平级沈一样装在同一根轴观上。蒸汽在低压透平级48内膨胀后，它最终通过排出 管50输入凝汽器40，蒸汽在那里冷却并重新转变为液态水，它可以重新供给废热锅炉20加 热面22内的蒸发过程。冷凝水从中压透平级44导入废热锅炉20，它在那里蒸发和在加热面52内加热。 接着，蒸汽通过蒸汽鼓54引入燃料预热器16，在那里利用于预热燃料B，由此通过提高燃料B 温度并因而提高在燃气轮机2燃烧室内燃气混合物的温度，在总体上提高燃气轮机2的效率。为了起动燃气轮机2，为它配设起动装置58。起动装置包括将它用作电动机的发 电机10以及变频器60，变频器60可以通过开关62接通，以及可以借助来自电网和发电机 10的电能将燃气轮机2调整为任意转速。燃气与蒸汽轮机设备1涉及一种多轴设备；因为用于蒸汽轮机的蒸汽借助燃气轮 机2的废气G产生，所以要在燃气轮机2已经起动时蒸汽轮机才投入运行。此时燃气轮机 2不再需要起动装置58的变频器60。通过坚定地利用所述认识，通过将变频器60设计为 用于双重功能，将燃气与蒸汽轮机设备1设计为在保持结构性费用特别低的同时，有特别
5高的运行灵活性。为此变频器通过导线66与蒸汽轮机的发电机30连接。因此在一些需要 比蒸汽轮机规定的工作转速低的运行状态，例如在加热时，通过变频器60减小蒸汽轮机发 电机30的功率，从而稳定蒸汽轮机的转速。由此，采用简单的技术措施，达到GuD设备安全 性的显著提升。
权利要求
1.一种用于燃气与蒸汽轮机设备(1)的运行方法，该燃气与蒸汽轮机设备包括为燃气 轮机⑵起动装置(58)配设的变频器(60)和为蒸汽轮机配设的发电机(30)，其中，发电机 (30)的电功率通过变频器(60)输入用户供电网。
2.按照权利要求1所述的方法，其中，所述燃气与蒸汽轮机设备(1)设计为多轴设备。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其中，通过变频器(60)的功率输入，在转速低于蒸 汽轮机规定的工作转速时进行。
4.按照权利要求1至3之一所述的方法，其中，蒸汽轮机设计为多级的，以及在蒸汽轮 机高压级06)蒸汽侧跨接期间通过变频器(60)进行功率输入。
5.按照权利要求1至4之一所述的方法，其中，在蒸汽轮机加热过程中通过变频器 (60)进行功率输入。
6.一种燃气与蒸汽轮机设备(1)，其中，在为蒸汽轮机配设的发电机(30)的电流输出 侧，可接通为所述燃气轮机( 起动装置(58)配设的变频器(60)。
7.按照权利要求6所述的燃气与蒸汽轮机设备(1)，它设计为多轴设备。
全文摘要
本发明涉及一种用于燃气与蒸汽轮机设备(1)的运行方法，设备包括为燃气轮机(2)起动装置(58)配设的变频器(60)和为蒸汽轮机配设的发电机(30)，应当在结构性成本特别低的同时，能达到特别高的运行灵活性。为此，发电机(30)的电功率通过变频器(60)输入用户供电网。
文档编号F01K23/10GK102066694SQ200980122796
公开日2011年5月18日 申请日期2009年4月20日 优先权日2008年6月16日
发明者乌尔里克·比尔, 哈特穆特·波佩拉, 托马斯·霍夫鲍尔, 阿明·德拉泽, 马塞厄斯·霍伊 申请人:西门子公司