[发明专利]超临界蒸汽联合循环和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于联合循环应用中的带有再热的单或多压力水平超 临界蒸汽热回收蒸汽发生器(HRSG)的热整合和优化构造的方法。

背景技术

当前安装和运行的联合循环动力装置的最通常应用的蒸汽底部循 环是带有处于多个压力的亚临界蒸汽发生和单个再热器的再热蒸汽循 环，所述单个再热器位于高压蒸发器上游的热回收蒸汽发生器气体路径 中。该联合循环构造首先在由Leroy O.Tomlinson，Roger O.Anderson和 Raub W.Smith于1987年4月发表于American Power Conference并在该 会议论文集中发表的“GE MS7001F Combined-Cycle Power Plant”中描 述。现有技术不可逆性损失为～10％GT排气能量。

带有在多个压力下蒸汽产生的再热亚临界蒸汽循环的联合循环的 性能可以通过引入由Raub W.Smith的美国专利No.6,220,013B1 “Multiple Pressure Reheat Combined Cycle with Multiple Reheater”中所 述的两级再热器改进。

超临界蒸汽循环设计用于带有位于蒸汽发生部分上游的热回收蒸 汽发生器气体路径中的单个再热器的联合循环，如于1998年12年在 Modern Power Systems中发表的题为“Going Supercritical-Once-Through is the Key”的文章中所述。

当前底部循环技术(大多数为亚临界压力)的性能受在HRSG蒸发 器中发生的窄点限制，这是由于从水到蒸汽的恒温相变，其中热等于该 过程需要的蒸发的潜热。温度中的这种不连续性引起燃气涡轮排气气体 和水/蒸汽加热之间的失配，导致循环中的显著不可逆性。

超临界联合循环的基本优势源于流体在超临界条件下的物理性质。 当加热时，高于超临界压力的水不同地运转。在超临界条件时，锅炉中 的水温连续地增加而没有由于相变引起的不连续性。该行为允许燃气涡 轮排气气体与水/蒸汽更好地匹配，以在能量传递期间具有较少的不可逆 性。该行为和益处在过去已经知道，但是性能增益不足够大以补偿联合 循环应用中的附加成本。

发明内容

在此所公开的发明还用HRSG传热部分的最优设置降低能量传递的 不可逆性，从而允许从超临界循环得到显著更好的联合循环性能。该附 加性能将显著地提高基于超临界蒸汽循环的联合循环的经济可行性。

因而，本发明实施于超临界联合循环系统中，所述超临界联合循环 系统包括燃气涡轮；蒸汽涡轮系统，所述蒸汽涡轮系统包括超临界部分、 高压部分、中压部分和至少一个低压部分；和用于从燃气涡轮接收排气 气体的超临界蒸汽热回收蒸汽发生器，以加热来自蒸汽涡轮系统的流 体，所述燃气涡轮排气气体沿排气气体流动路径从热回收蒸汽发生器的 进口端流到出口端，其中，所述热回收蒸汽发生器包括超临界蒸发器和 再热器，所述超临界蒸发器布置为在超临界蒸发器和热回收蒸汽发生器 的进口端之间提供蒸汽给过热器，离开所述过热器的蒸汽返回到蒸汽涡 轮的超临界部分，所述再热器沿所述排气气体流动路径布置，所述再热 器从蒸汽涡轮系统接收冷再热蒸汽且将再热后的蒸汽返回到蒸汽涡轮 系统，其中，所述再热器包括至少第一和第二部分，所述第一再热器部 分沿通过所述热回收蒸汽发生器的所述排气气体流动路径布置在所述 第二再热器部分下游，其中，所述再热器的所述第一部分沿所述排气气 体流动路径布置在所述超临界蒸发器的下游，所述再热器的所述第二部 分沿所述排气气体流动路径布置在所述超临界蒸发器的上游，且其中， 所述再热器的所述第一和第二部分以串联流动布置，使得来自蒸汽涡轮 系统的冷再热蒸汽由所述再热器的所述第一部分接收，且离开再热器的 第一部分的蒸汽供应给所述再热器的所述第二部分。