专利名称：用于联合循环动力装置的热交换器的制作方法
用于联合循环动力装置的热交换器技术领域
本文中公开的主题涉及联合循环动力装置的领域，并且更具体而言，涉及用于联合循环动力装置的热交换器。
背景技术：
在联合循环动力装置(CCPP)中，燃气轮机驱动产生电力的发电机。来自燃气轮机的废热用来在热回收蒸汽发生器(HRSG)中产生蒸汽，该蒸汽又通过蒸汽轮机而用来产生额外的电力。更具体而言，联合循环的特征在于采用不止一个热动力循环的动力产生发动机或装置。诸如燃气轮机的热力发动机仅能够使用它们的燃料所产生的能量的一部分(通常少于50%)。燃烧所产生的任何余热(例如热的废烟气)一般都被浪费。联合两个或更多个“循环”(例如布雷顿循环(燃气)和朗肯循环(蒸汽))会导致有改进的输出效率。
传统上，燃气轮机包括供应典型地呈水的形式的冷却剂的涡轮机系统冷却系统， 以降低润滑温度，将冷却剂提供给发电机和其它构件。使用诸如翅扇式冷却器的冷却模块来将携带在冷却剂中的热排到大气。冷却剂在涡轮机和翅扇式冷却器之间的闭环中流动， 以捕捉和除去热。发明内容
根据本发明的一方面，一种联合循环动力装置包括燃气轮机、操作性地连接到燃气轮机上的蒸汽轮机、操作性地连接到燃气轮机和蒸汽轮机上的热回收蒸汽发生器 (HRSG)，以及流体地(即以流体连通的方式)连接到燃气轮机上的冷却系统。冷却系统构造成和设置成将冷却剂传送通过燃气轮机以吸收热。冷凝系统流体地连接到蒸汽涡轮和 HRSG上。冷凝系统构造成和设置成将来自蒸汽涡轮的蒸汽冷凝物输送到HRSG。热交换部件流体地连接到冷却系统和冷凝系统上。热交换部件构造成和设置成将携带在冷却剂中的热传递给蒸汽冷凝物。
根据本发明的另一方面，一种运行联合循环动力装置的方法包括通过冷却系统而将冷却剂传送到联合循环动力装置(CCPP)的燃气轮机部分中；将来自燃气轮机的热吸收到冷却剂中；引导冷却剂通过热交换部件；引导蒸汽冷凝物通过流体地连接到CCPP的蒸汽轮机部分上的蒸汽冷凝系统；将蒸汽冷凝物传送通过热交换部件；将携带在冷却剂中的热传递给热交换部件中的蒸汽冷凝物，以形成经加热的蒸汽冷凝物；以及将经加热的蒸汽冷凝物传送给热回收蒸汽发生器(HRSG)。
根据结合附图得到的以下描述，这些和其它优点和特征将变得更加显而易见。
在说明书的结论处的权利要求书中特别指出和清楚地要求保护被视为本发明的主题。根据结合附图得到的以下详细描述，本发明的前述和其它特征和优点是显而易见的， 其中图1是示出了根据一个示例性实施例的联合循环动力装置的示意图；以及图2是示出了根据该示例性实施例的另一方面的联合循环动力装置的示意图, 详细描述以参照附图的实例的方式阐述了本发明的实施例以及优点和特征。 部件列表2联合循环动力装置(CCPP) 3涡轮机系统 4燃气轮机(GT) 6蒸汽轮机 8发电机(G)10热回收蒸汽发生器(HRSG) 16压缩机区段 18涡轮区段 20压缩机/涡轮轴燃烧器HP蒸汽涡轮区段 IP蒸汽涡轮系统 LP蒸汽涡轮区段222728 2931HP-IP 轴32IP-LP 轴 36 HP区段 38 IP区段40 LP区段蒸发器 41管道 42阀44脱气器(DA)46HP出口端口47IP出口端口 50排气烟囱60冷凝系统(C) 63冷凝器65冷却(冷)水系统(CW)67 LP节热器68冷凝物抽取泵72管道80热交换器85冷却系统(水)87供应管道88返回管道110旁路系统
112控制器
113传感器
118、119、120 多个阀
123翅扇式冷却器
125风扇
130旁路回路
133LP再循环泵
135温度控制模块具体实施方式
参照图1，在2处大体指示了根据一个示例性实施例的联合循环动力装置(CCPP)。 CCPP 2包括涡轮机系统3，涡轮机系统3具有通过发电机8来操作性地连接到蒸汽轮机6 上的燃气轮机4。燃气轮机4和蒸汽轮机6还连接到热回收蒸汽发生器10上。燃气轮机4 包括通过共同的压缩机/涡轮轴20来操作性地连接到涡轮区段18上的压缩机区段16。压缩机区段16和涡轮区段18还由燃烧器22连接。空气在压缩机区段16中被压缩且被引导到燃烧器22，以便与燃料混合并形成可燃混合物。可燃混合物被点燃而形成燃烧气体，燃烧气体被传送到涡轮区段18中。来自燃烧气体的热能和动能在涡轮区段18中转化成机械旋转能。机械能用来驱动发电机8和蒸汽轮机6。
蒸汽轮机6包括高压(HP)蒸汽区段27、中压(IP)蒸汽区段观和低压(LP)区段 29。HP区段27通过第一轴31来操作性地联接到IP蒸汽区段观上，而IP蒸汽区段28通过第二轴32来操作性地联接到LP蒸汽区段四上。根据该示例性实施例，蒸汽轮机6流体地连接到HRSGlO上。更具体而言，HP蒸汽区段27通过管道(未显示)来流体地连接到HRSG 10的HP区段36上。同样地，IP蒸汽区段28通过另一个管道(也未显示)来流体地连接到HRSG 10的IP区段38上，而LP蒸汽区段四通过管道41来流体地连接到HRSG的LP蒸发器区段40上。阀42将LP蒸发器40流体地连接到脱气器44上。脱气器44包括HP出口端口 46和IP出口端口 47。脱气器44构造成从传送到HRSG 10中的给水中移除空气和其它溶解的气体。最后，显示了 HRSG 10包括排气烟囱50。在这点上，应当理解，虽然是结合三压HRSG系统来显示该示例性实施例，但是也可采用其它HRSG系统，包括两压HRSG系统。而且，应当理解，可采用再热和非再热HRSG系统两者。
进一步显示了 CCPP 2包括流体地连接到蒸汽轮机6的LP蒸汽区段四上的冷凝系统60。冷凝系统60使来自LP蒸汽区段四的LP蒸汽冷凝，以将给水提供给HRSG 10。冷凝系统60包括接收来自LP蒸汽涡轮四的蒸汽的冷凝器63，以及冷水系统65。冷水系统 65将冷水传送到LP蒸汽的附近，以形成冷凝物。然后冷凝物抽取泵68通过管道72而将冷凝物传送给LP节热器67。
根据该示例性实施例，管道72穿过热交换器80。热交换器80使传送到LP节热器67的冷凝物的温度升高。使冷凝物的温度升高有助于确保排气烟@ 50处的温度保持在酸露点温度以上。根据该示例性实施例的一方面，离开热交换器80的冷凝物的温度在约 95° F(36°C )至约155° F(68. 3°C )的范围中。当然应当理解，温度范围可取决于各种各样的内部和外部运行状况而有所不同。用来使冷凝物的温度升高的经加热介质从涡轮机系统3的涡轮机系统冷却系统85获得。
冷却系统85将诸如水的冷却剂传送通过涡轮机系统3的多个部分，以降低温度。 冷却系统85可包括一个或多个构件，例如润滑剂冷却器、发电机冷却器、雾化空气冷却器、 涡轮支腿冷却器等等。冷却剂吸收来自各种构件的热。冷却剂然后通过供应管道87而传送给热交换器80，并且通过返回管道88而返回到涡轮机系统冷却系统85。根据该示例性实施例的一方面，流过供应管道87的冷却剂处于约110° F(43. 30C )至约170° F(76. 6°C )的范围中的温度。从热交换器80返回的冷却剂处于约90° F(32.2°C)至约150° F(65.5°C) 的范围中的温度。当然应当理解，上述温度可有所不同。流过热交换器80的冷却剂对冷凝物放热。这样，进入HRSG 10的冷凝物就被预热，以确保排气烟囱50中的烟道气温度保持在酸露点以上。此外，通过利用冷却来提供预热，就不需要专用的加热器或使给水在LP节热器67内再循环的LP再循环泵。因此，该示例性实施例不仅增强了 CCPP 2的运行，而且还消除了对用以进一步提高运行效率的各种各样的昂贵构件的需要。
在某些运行状况下、在特定的季节期间、在某些环境中或在启动期间，冷凝器排出温度太低，以致于无法受益于包括冷却的热交换。也就是说，冷却剂的温度不足以使冷凝物 /给水的温度升高来确保排气烟 中的烟道气保持在酸露点温度以上。在这样的情况下，可能更加需要冷凝物的专用加热。因此，涡轮机系统3包括旁路系统110。
旁路系统110包括控制器112，以及构造成和设置成感测传送自热交换器80的冷凝物的温度的传感器113。在冷凝物的温度低于期望温度(其程度可取决于各种内部和外部状况而有所不同)的情况下，控制器112激活多个阀118-120，该多个阀118-120起动热交换器80的旁路。更具体而言，阀118起动涡轮机系统冷却系统85的旁路。也就是说，不是将冷却剂传送给热交换器80，而是将冷却剂传送给热交换装置，例如翅扇式冷却器123。 当然应当理解，热交换装置可采取各种各样的形式，包括冷却塔、湿表面空气冷却器等等。 通过将风扇125产生的空气流传送经过翅扇式冷却器123来从冷却剂中移除热。阀119通过引导冷凝物通过旁路回路130来起动热交换器80的旁路。最后，阀120将来自LP节热器67的冷凝物引导到LP再循环泵133和温度控制模块135。温度控制模块135代替热交换器80，并且被激活，以提高冷凝物的温度。LP再循环泵133将冷凝物传送通过LP节热器， 以确保排气烟囱50内的烟道气保持在酸露点温度以上。
旁路系统的结合允许该示例性实施例在各种各样的运行状况下使用涡轮机系统冷却系统来加热冷凝物。如上面提到的那样，通过消除对专用的加热的需要和LP再循环泵的运行，使用涡轮机系统冷却来加热冷凝物降低了运行成本。但是，在涡轮机系统冷却不足以使烟道气温度保持在酸露点以上的某些情况下，旁路系统被激活。旁路系统确保冷凝物温度保持在硫露点温度或酸露点温度以上。合乎需要的是将烟道气保持在硫露点温度处或硫露点温度以上，以避免硫酸的形成，这会出现在烟道气中的S02/S03与排气中的水分反应时。避免硫酸的形成防止了腐蚀和其它有害作用。
在其它运行状况下、在特定的季节期间，以及/或者在某些其它环境中，冷凝器排出温度足够高，使得不需要旁路系统。在这样的情况下，CCPP 2采用诸如图2中显示的构造。在图2中显示的布置中，冷却系统85直接流体地连接到热交换器80上，而管道72直接流体地连接到脱气器44上。消除对旁路系统的需要降低了 CCPP的总成本，并且消除了各种维护问题。
虽然结合了仅有限数量的实施例来详细描述本发明，但是应当容易地理解，本发明不限于这样的公开的实施例。相反，可修改本发明，以结合此前未描述但与本发明的精神和范围相当的任何数量的变型、改变、替代或等效布置。另外，虽然描述了本发明的多种实施例，但是应当理解，本发明的各方面可包括所描述的实施例中的仅一些。因此，本发明不应看作由前面的描述限制，而是仅由所附权利要求的范围限制。
权利要求
1.一种联合循环动力装置0)，包括燃气轮机⑷；操作性地连接到所述燃气轮机(4)上的蒸汽轮机(6)；操作性地连接到所述燃气轮机(4)和所述蒸汽轮机(6)上的热回收蒸汽发生器(HRSG) (10)；流体地连接到所述燃气轮机(4)上的冷却系统(85)，所述冷却系统(85)构造成和设置成将冷却剂传送通过所述燃气轮机以吸收热；流体地连接到蒸汽涡轮07二8，29)和所述HRSG(IO)上的冷凝系统(60)，所述冷凝系统(60)构造成和设置成将来自所述蒸汽轮机(6)的蒸汽冷凝物(6 输送到所述 HRSG(IO)；以及流体地连接到所述冷却系统(邪)和所述冷凝系统(60)上的热交换部件(80)，所述热交换部件(80)构造成和设置成将携带在所述冷却剂中的热传递给所述蒸汽冷凝物(63)。
2.根据权利要求1所述的联合循环动力装置O)，其特征在于，所述联合循环动力装置 (2)进一步包括翅扇式冷却器(123)；以及选择性地将所述翅扇式冷却器(12 流体地连接到所述冷却系统(8 上的旁路系统 (110)。
3.根据权利要求2所述的联合循环动力装置O)，其特征在于，所述联合循环动力装置( 进一步包括操作性地连接到所述旁路系统(Iio)上的控制器(112)，所述控制器 (112)构造成和设置成基于所述冷却剂和所述蒸汽冷凝物(6 之间的温差(13 而选择性地流体地连接所述翅扇式冷却器(12 和断开所述热交换部件(80)。
4.根据权利要求3所述的联合循环动力装置O)，其特征在于，所述联合循环动力装置( 进一步包括流体地连接在所述冷凝系统(60)和所述HRSG(IO)之间的再循环泵 (133)，所述控制器(11 构造成和设置成在所述翅扇式冷却器(12 连接到所述冷却系统 (85)上时，选择性地将所述再循环泵(13 连接到所述HRSG(IO)和所述冷凝系统(60)上。
全文摘要
本发明涉及用于联合循环动力装置的热交换器。一种联合循环动力装置包括燃气轮机、操作性地连接到燃气轮机上的蒸汽轮机、操作性地连接到燃气轮机和蒸汽轮机上的热回收蒸汽发生器(HRSG)，以及流体地连接到燃气轮机上的冷却系统。冷却系统构造成和设置成将冷却剂传送通过燃气轮机以吸收热。冷凝系统流体地连接到蒸汽涡轮和HRSG上。冷凝系统构造成和设置成将来自蒸汽涡轮的蒸汽冷凝物输送到HRSG。热交换部件流体地连接到冷却系统和冷凝系统上。热交换部件构造成和设置成将携带在冷却剂中的热传递给蒸汽冷凝物。
文档编号F02C6/00GK102536464SQ201110348359
公开日2012年7月4日 申请日期2011年10月28日 优先权日2010年10月28日
发明者E·纳冈安, H·克汉沃瓦拉, I·马朱姆德, R·斯瓦桑卡兰, T·R·比顿 申请人:通用电气公司