專利名稱：有透平單元和發(fā)電機的電廠的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種有透平單元的電廠，透平單元包括透平、與透平連接用于輸電的發(fā)電機和用于冷卻發(fā)電機的冷卻裝置。
背景技術：
已知不同電廠系統(tǒng)，其中原始能量借助發(fā)電機轉變?yōu)殡娔堋Ｔ谶@種電廠中，熱量發(fā)生器的熱量利用于驅動一種熱力機械，它與發(fā)電機機械地連接。無論在原始能量發(fā)生器例如透平中從熱能轉換為機械能的能量轉變過程中，還是在發(fā)電機中從機械能轉換為電能的能量轉變過程中，分別可供使用的能量都沒有得到充分的利用。形式上為熱量的剩余能量排入周圍環(huán)境中。在發(fā)電機中這種熱量例如在閉式循環(huán)中通常通過冷卻介質排出，以防發(fā)電機過熱。因為這種熱量以低的溫度水平存在，一般低于100°c，所以這些熱量不加利用地散放到周圍環(huán)境中，并因而成為電廠過程的一種損失。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是，提供一種有更高效率的電廠。此技術問題通過一種前言所述類型的電廠得以解決，其中，冷卻裝置按本發(fā)明設置用于將發(fā)電機的廢熱傳送給電廠的一個裝置。通過將廢熱引回電廠過程中，使它沒有脫離電廠過程并因而沒有損失。以此方式電廠效率的可以提高對應于在工作過程中引回的熱量份額。所述透平可以是燃氣輪機或蒸汽輪機。通過在例如有蒸汽輪機的電廠中利用發(fā)電機廢熱，或可以提高設計為蒸汽輪機的透平單元的最高蒸汽溫度，或可以增大通過蒸汽輪機的質量流量。對于總功率為400至 500MW的燃氣與蒸汽輪機機組，例如得到如下印象由發(fā)電機造成的損失熱在3至5MW的數量范圍內，其中約2至4MW可以回引到燃氣與蒸汽過程中或蒸汽過程中用作功率的提高。 當給水質量流量為約每秒80kg和返回3MW發(fā)電機損失功率時，使給水的溫度提高約10°C。 當總功率為400至500MW時，與之相應的功率提高約0. 5%。因此在純蒸汽動力過程時可以減少使用于給水預熱并因而不再提供用于產能的蒸汽量。按本發(fā)明一種有利的實施形式，透平單元包括燃料預熱器，它與冷卻裝置熱連接。 通過將發(fā)電機的廢熱排放給燃料預熱器，可以相應地減少要不然必須供給燃料預熱器的原始能量的量。回引的推動力是溫度差，因此熱量只能傳遞給一種比發(fā)電機廢熱的溫度低的介質。這通常涉及一種電廠的礦物燃料，它有大體上周圍環(huán)境的溫度。尤其氣態(tài)或液態(tài)燃料可以通過熱循環(huán)在技術上簡單地預熱。這些燃料尤其使用于燃氣輪機。預熱燃料可以減少為在熱力學循環(huán)過程中達到過程最高溫度所必要的燃料量，由此提高其效率。有利地，燃料預熱器具有換熱器，它與冷卻裝置的冷卻循環(huán)熱連接。出于安全的原因，燃料在換熱器內只與一種不氧化的介質組合，以避免漏泄可燃的混合物。發(fā)電機的廢熱主要通過水循環(huán)從發(fā)電機引出。通過水循環(huán)中的換熱器可以預熱燃料，此時氧化的介質漏泄時不與燃料接觸。若例如利用氫直接冷卻發(fā)電機，則可通過燃料預熱器替代外部的水循環(huán)。還建議，透平的燃料供給裝置有利地為了加熱燃料被導弓I通過發(fā)電機。燃料可以承擔發(fā)電機中冷卻劑的功能，從而可以取消為了從發(fā)電機排出熱量單獨的循環(huán)，例如水循環(huán)。按本發(fā)明另一項有利的設計，透平單元包括空氣供給裝置，它與冷卻裝置熱連接。 進入燃氣輪機壓氣機的新氣進口溫度是環(huán)境溫度。因此它可以吸收來自發(fā)電機的廢熱。由此可以提高電廠的熱效率。在部分負荷范圍內，在組合式燃氣與蒸汽電廠中，若提高壓氣機進口溫度，則功率不變時總效率提高。若在此功率范圍為此目的利用發(fā)電機廢熱，則達到相應地提高電廠的熱力學效率。將廢熱供給新氣可以通過空氣供給裝置中的換熱器進行，或使空氣供給裝置導引通過發(fā)電機來實現。有利地，電廠包括控制裝置，用于控制從發(fā)電機向電廠的裝置供熱。所述裝置可例如是透平單元的空氣供給裝置。尤其規(guī)定，控制裝置根據空氣供給裝置結冰的危險控制供熱。在環(huán)境溫度接近冰點以及大的空氣濕度時，可以加熱壓氣機進口前的空氣以免結冰，否則會導致?lián)p壞部件。為此目的，通常將經過壓縮并因而加熱的空氣向壓氣機進口回引，這對于壓氣機效率是不利因素。若代之以利用發(fā)電機的廢熱，則保持不影響壓氣機的效率，并有利地可以達到高的總效率?？刂蒲b置的控制可以包括一個調節(jié)過程。作為結冰的危險可以用冰凍的概率來表征。按本發(fā)明另一種有利的實施形式，冷卻裝置具有開式冷卻循環(huán)和用于透平單元空氣供給裝置的冷卻空氣供給裝置。以此方式，在開式冷卻循環(huán)中利用于冷卻發(fā)電機的空氣， 可以直接用作透平單元的燃燒用空氣。此外建議，透平單元具有空氣預熱器，它在較冷的階段與冷卻裝置熱連接，而在較熱的階段與電廠另一個熱源，例如與煙氣換熱器熱連接。在蒸汽電廠中，燃燒用空氣在鍋爐火焰區(qū)進口前，典型地通過空氣預熱器加熱?？諝忸A熱器通常供給煙氣的熱量。當然，煙氣只允許冷卻到露點以上，因為要不然導致含硫化物的水冷凝。其結果是嚴重腐蝕。因為發(fā)電機和煙氣的熱量以不同的溫度水平存在，所以它們恰當地可以順序利用于預熱燃燒用空氣。首先燃燒用空氣通過利用發(fā)電機的廢熱或發(fā)電機的熱廢氣進行預熱，以及在第二步，燃燒用空氣可以在例如另一個換熱器內用煙氣的熱量進一步加熱。有利地，透平單元包括給水加熱器，其中冷卻裝置與給水加熱器熱連接。以此方式可以利用發(fā)電機的廢熱，預熱蒸汽過程或燃氣與蒸汽過程的給水。在發(fā)電機冷卻循環(huán)內加熱的冷卻劑例如達到溫度約80°C。預熱恰當地直接在給水泵后方進行，在那里蒸汽循環(huán)通常達到最低的溫度水平。原則上給水預熱可通過兩種方式達到在直接連接時，給水直接流過發(fā)電機處的換熱器。在間接連接時，在給水側使用另一個換熱器，以及一個單獨的循環(huán)將熱量從發(fā)電機傳給給水。對于間接連接，冷卻裝置有利地包括一個冷卻水循環(huán)，它是透平單元給水循環(huán)的組成部分。大型電廠設備通常有大規(guī)模的建筑群，它除了廠房和調度室外還包括行政管理辦公大樓。在各建筑物內必須根據類型和用途，并考慮到相關的勞動保護規(guī)則，提供適當的空調。為此在冬季需要供暖，而在夏季不僅在辦公大樓而且在廠房冷卻環(huán)境空氣是有意義的。若冷卻裝置與電廠的建筑物供暖設備熱連接，則在冷卻循環(huán)中附帶產生的發(fā)電機熱量可以提供用于建筑物供暖設備。按另一種方案，發(fā)電機廢熱可使用于運行建筑物空調系統(tǒng)的吸收式制冷機。由此， 發(fā)電機廢熱也可以引入制冷機中。電廠的總能量供應平衡通過減輕自用電網的負荷得以改善。發(fā)電機的再冷卻循環(huán)可以減荷，由此通過提升電廠有效功率有助于進一步減少電廠自
用里。


下面借助附圖表示的實施例詳細說明本發(fā)明。其中圖1示意表示電廠，包括透平單元和發(fā)電機，它的廢熱用于燃料的預熱；圖2表示與圖1類示的示意圖，其中燃料作為冷卻劑被導引通過發(fā)電機導引；圖3示意表示電廠，其中發(fā)電機廢熱傳入壓氣機進氣流中；圖4示意表示電廠，其中蒸汽輪機的給水為了加熱被導引通過發(fā)電機；圖5表示蒸汽輪機給水循環(huán)，它通過換熱器與發(fā)電機冷卻劑循環(huán)熱連接；圖6表示給水循環(huán)，其中給水作為冷卻劑被導引通過發(fā)電機的中間冷卻循環(huán)；圖7示意表示發(fā)電機，它的廢熱在鍋爐的空氣預熱器前輸入空氣供給裝置；以及圖8表示與圖7類示的示意圖，其中去空氣預熱器的空氣流作為冷卻劑流被導引通過發(fā)電機。
具體實施例方式圖1示意表示有一個透平單元4的電廠2結構，透平單元4通過軸6與發(fā)電機單元8的發(fā)電機M連接。透平單元4包括透平10，它設計為燃氣輪機以及通過軸6驅動在空氣供給裝置14中的通向透平單元4燃燒室16的壓氣機12。在燃燒室16內來自燃料管 18的燃料與壓縮空氣混合并燃燒。為了驅動透平10將高溫排氣供給透平10。此外，透平單元4在燃氣管18內還包括燃料預熱器20，用于預熱氣態(tài)燃料。在電廠2運行期間，透平10通過軸6驅動壓氣機12以及通過離合器22驅動發(fā)電機對。在運行時發(fā)電機M生熱，熱量通過冷卻循環(huán)沈從發(fā)電機M排出。冷卻循環(huán)沈和換熱器觀是發(fā)電機單元8的冷卻裝置30的組成部分，用于冷卻發(fā)電機M。冷卻循環(huán)沈的冷卻劑，例如水，將從發(fā)電機M吸收的熱量在換熱器觀內傳入加熱循環(huán)32中，通過它再將熱量在燃料預燃器20中，傳給燃料管18中的燃料。由此將發(fā)電機廢熱利用于燃料預熱。其結果是減小為達到透平單元4內過程最高溫度所必要的燃料量，以及提高電廠2的熱力學效率。取代將發(fā)電機M的廢熱通過燃料預燃器20傳給燃料管18中的燃料，發(fā)電機M 的廢熱也可以類似于圖1所示的實施例利用于建筑物采暖。為此取代燃料預燃器20使用一個換熱器，它將廢熱在加熱循環(huán)32中，傳給建筑物供暖循環(huán)。同樣可以設想，加熱循環(huán)32 直接導引通過建筑物以及通過例如用于建筑物加熱的相應加熱體。圖2示意表示電廠2，它有另外一種可選用的冷卻裝置36。下面的說明主要限于與前面各種實施例的區(qū)別，涉及保持相同的那些特征和功能，可以參見前面的各種實施例。 基本上保持相同的構件原則上用同樣的附圖標記表示，沒有提及的特征包含在后面的那些實施例中，不重新說明。與圖1的區(qū)別在于燃料管18設計有穿過發(fā)電機M的分路。借助閥38可以通過控制裝置34調節(jié)流過發(fā)電機M或燃料預熱器40的燃料量。與前面的實施例相反，燃料預熱器40供給的不是發(fā)電機M的廢熱，而是另一個熱源的熱量。通過給流過燃料預熱器40 和冷卻裝置36的燃料這種組合式傳熱，在燃料管18內的燃料也可以加熱到期望的溫度，而與在發(fā)電機M中同時產生的熱量無關。當然，在圖18所示的燃料管18內附加地配置燃料預熱器40也是可能和有利的。 例如它可以沿燃料流設置在燃料預熱器20的下游，作為用于加熱燃料的附加熱源。在圖3所示的實施例中，發(fā)電機M的廢熱通過冷卻循環(huán)沈和冷卻裝置30的換熱器觀，借助換熱器42傳給空氣供給裝置14中的燃燒用空氣。因為尤其在部分負荷范圍內，在功率固定時，提高燃燒用空氣的壓氣機進口溫度，可以提高組合式燃氣與蒸汽電廠的總效率，所以預熱燃燒用空氣對于提高電廠2的效率有重要意義。為此目的尤其在部分負荷范圍內利用發(fā)電機廢熱，達到相應地提高熱力學效率。加熱燃燒用空氣的另一個優(yōu)點在于，可以抵御空氣過濾器、壓氣機擴壓器和壓氣機前幾級結冰的危險。通過這種所謂的防冰，恰當地，在壓氣機進氣的溫度在冰點附近時， 亦即例如在+5°C與_5°C之間時，以及存在的空氣濕度超過80%時，加熱壓氣機進氣。適當加熱壓氣機進氣，由控制裝置34和沒有表示的冷卻裝置30排熱用的裝置控制。圖4示意表示有透平單元46的電廠44，透平單元46包括蒸氣輪機48。蒸汽輪機 48通過透平單元46的給水循環(huán)50供給驅動蒸汽輪機48的新汽。膨脹后的蒸汽在凝汽器 52中冷凝，并借助給水泵M導向發(fā)電機單元8，以便帶走發(fā)電機單元8冷卻裝置中的熱量， 用于預熱給水。在鍋爐56中，用發(fā)電機廢熱預熱的給水處于其最高的溫度和壓力水平，接著作為新汽導向蒸汽輪機48。為了能附加地冷卻發(fā)電機單元8，冷卻裝置30包括一個二次冷卻循環(huán)58，它有一個二次冷卻器60和一個冷卻水泵62。通過二次冷卻循環(huán)58，可以借助控制裝置34和閥64 附加地從發(fā)電機對排熱，即使暫時不需要加熱給水以及通過關閉閥66使給水循環(huán)停頓時。發(fā)電機M有用耐腐蝕的鋼，例如V2A制造的用水冷卻的定子和一些冷卻通道，所以給水可直接流動通過定子并因而可使用于冷卻定子繞組。與純蒸汽動力過程相比，可以減少通常使用于預熱給水并因而不再提供用于產能的蒸汽量。在圖5和圖6所示的實施例中，給水循環(huán)50的給水同樣用發(fā)電機廢熱加熱。按圖 5所示的結構，給水直接在發(fā)電機M換熱器72中加熱。相比之下，在圖6所示的實施例中實現一種間接的連接，其中，在給水一側置入另一個換熱器74，以及發(fā)電機M的廢熱在單獨的循環(huán)76中傳給給水。圖7和圖8表示類似于圖1和圖2的電廠結構的局部，其中，發(fā)電機廢熱借助加熱循環(huán)32(圖7)或直接加熱用于燃燒礦物燃料的電廠2的新氣(圖8)。為此在例如電廠2 的蒸汽發(fā)生器或鍋爐的空氣供給裝置14內設置換熱器42，用發(fā)電機廢熱加熱環(huán)境空氣。為了附加地加熱燃燒用空氣，提供另一個供給煙氣熱量的換熱器68。在圖8所示的實施例中，燃燒用空氣借助壓氣機70作為冷卻劑直接流過發(fā)電機M，并因而將發(fā)電機M的廢熱直接帶出。 因為發(fā)電機M并因而加熱循環(huán)32的溫度水平低于煙氣并因而低于換熱器68的溫度水平，所以發(fā)電機單元8的廢熱使用于第一次預熱燃燒用空氣。后續(xù)第二次預熱到較高的溫度水平在換熱器68中實現。
權利要求
1.一種具有透平單元(4)的電廠(2、44)，透平單元(4)包括透平(10)、與透平(10)連接用于輸電的發(fā)電機04)和用于冷卻發(fā)電機04)的冷卻裝置(30、36)，其特征為冷卻裝置(30、36)設置用于將發(fā)電機04)的廢熱傳送給電廠0、44)的一個裝置。
2.按照權利要求1所述的電廠O)，其特征為，透平單元(4)包括與冷卻裝置(30)熱連接的燃料預熱器OO)。
3.按照權利要求2所述的電廠O)，其特征為，燃料預熱器OO)具有與冷卻裝置(30) 的冷卻循環(huán)(26)熱連接的換熱器。
4.按照前列諸權利要求之一所述的電廠O)，其特征為，透平(10)的燃料供給裝置 (18)為了加熱燃料而導引通過發(fā)電機04)。
5.按照前列諸權利要求之一所述的電廠(2、44)，其特征為，透平單元(4)具有空氣供給裝置(14)，它與冷卻裝置(30、36)熱連接。
6.按照前列諸權利要求之一所述的電廠(2、44)，其特征在于控制裝置(34)，用于根據空氣供給裝置(14)結冰的危險來控制從發(fā)電機04)向透平單元(4)得到空氣供給裝置 (14)的供熱。
7.按照前列諸權利要求之一所述的電廠(2、44)，其特征為，冷卻裝置(30、36)具有開式冷卻循環(huán)和用于透平單元(4)空氣供給裝置(14)的冷卻空氣供給裝置。
8.按照前列諸權利要求之一所述的電廠(2)，其特征為，透平單元(4)具有空氣預熱器，它在較冷的階段與冷卻裝置(30)熱連接，而在較熱的階段與煙氣供給裝置連接。
9.按照前列諸權利要求之一所述的電廠(44)，其特征為，冷卻裝置(36)與透平單元 (4)的給水循環(huán)(50)熱連接。
10.按照前列諸權利要求之一所述的電廠(44)，其特征為，冷卻裝置(36)包括冷卻水循環(huán)，它是透平單元(4)給水循環(huán)(50)的組成部分。
11.按照前列諸權利要求之一所述的電廠O)，其特征為，冷卻裝置(30、36)與電廠(2) 的建筑物供暖設備熱連接。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種具有透平單元(4)的電廠(2、44)，透平單元(4)包括透平(10)、與透平(10)連接用于輸電的發(fā)電機(24)和用于冷卻發(fā)電機(24)的冷卻裝置(30、36)。本發(fā)明建議，冷卻裝置(30、36)設置用于將發(fā)電機(24)的廢熱傳送給電廠(2、44)的一個裝置。廢熱可以在電廠過程中利用，從而達到更高的效率。
文檔編號F01D15/10GK102245861SQ200980150394
公開日2011年11月16日 申請日期2009年11月18日 優(yōu)先權日2008年12月15日
發(fā)明者亨德里克.海特菲爾德, 卡斯滕.考夫曼, 埃伯哈德.德克, 斯蒂芬.沃爾克, 林德羅.克拉維羅, 梅諾爾夫.克洛克, 沃爾克.阿梅迪克, 馬爾特.布羅邁耶 申請人:西門子公司