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Wärmekraftanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmekraftanlage mit kombiniertem Gas-Dampf-Prozess. Es ist an sich bereits bekannt, einer vorzugsweise in Blockschaltung arbeitenden Dampfkraftanlage eine Gaskraftanlage mit im offenen Gleichdruckprozess arbeitender Verbrennungsgastürbine vorzùschalten. Es ist weiterhin bekannt"zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades bei einem solchen Kraftwerk die Dampfkraftanlage mit einer niederdruckseitigen und einer hochdruckseitigen Speisewasser-Regenerativvorwärmung auszurüsten. Bei einer ebenfalls bekannten Anlage ist ein rauchgasbeheizter Speisewasservorwärmer zwischen Speisewasserpumpe und Hochdruck-Regenerativvorwärmeranlage eingeschaltet, jedoch ohne Vorwärmung der Gasturbinenverbrennungsluft.
Ferner ist es aus einer weiteren Anlage ohne Regenerativvorwärmung bekannt, im Kesselabgasstrom einen Gasturbinenluftvorwärmer einem Speisewasservorwärmer vorzuschalten.
Bei den bisher bekannten zahlreichen Anlagen dieser Art pflegt man einen Kompromiss zwischen optimaler Auslegung der Dampfkraftanlage und der Gasturbinenanlage anzustreben, wobei es im allgemeinen Schwierigkeiten bereitet, die vom Gasturbinenprozess noch anfallende Restwärme wirtschaftlich
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Verwertung nicht ohne weiteres möglich ist.
Diese Schwierigkeiten werden durch die Erfindung beseitigt. Bei der Erfindung wird von einer Dampfkraftanlage ausgegangen, die eine umfangreiche Regenerativvorwärmung umfasst und bereits nahezu optimal oder zumindest hoch wirtschaftlich ausgelegt ist. Es geht bei der Erfindung nun darum, einerseits die Erhaltung eines höchstmöglichen Wirkungsgrades sicherzustellen oder in Verbindung mit der vorgeschalteten Gaskraftanlage noch eine weitere Wirkungsgradsteigerung herbeizuführen, anderseits aber auch gleichzeitig eine Leistungssteigerung zu bewerkstelligen. Im Gegensatz zu zahlreichen bekannten-Anlagen, wo es zwar gelingt, den Wirkungsgrad zu steigern, aber wo keine zusätzliche Leistung erzeugbar ist, kommt der Erfindung die Bedeutung zu, dass gleichzeitig mit der Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades die Leistung. der Anlage erhöht werden kann.
In der neuen Wärmekraftanlage mit Zwischenuberhitzung und niederdruckseitiger sowie hochdruckseitiger Speisewasservorwärmung ist einer Dampfkraftanlage eine offene Gleichdruck-Verbrennungsgasturbine vorgeschaltet, derart, dass die Abgase bei etwa Atmosphärendruck in den Feuerraum des Dampferzeugers eingeleitet werden, wobei im Kesselabgasstrom ein Gasturbinenluftvorwärmer einem Speisewasservorwärmer vorgeschaltet ist.
Dabei besteht die Erfindung darin, dass a) in an sich bekannter Weise der Speisewasservorwärmer wasserseitig im vollen Speisewasserstrom zwischen den Niederdruck- und Hochdruck-Regenerativvorwärmern angeordnet ist, b) die Gasturbinenanlage so bemessen ist, dass der Sauerstoffgehalt ihres Abgasstromes allein für die Kesselfeuerung bei voller Dampfleistung unabhängig von den jeweiligen atmosphärischen Bedingungen hinreicht, wobei die in der Kesselfeuerung nicht verwertbaren Turbinenabgase bei Teillast der Dampfkraftanlage und bei gegenüber dem der Bestlast zugeordneten Luftansaugezustand niedrigeren Luftansaugetemperaturen der Gasturbine Über einen steuer- oder regelbaren Bypass den Kesselabgasstrom vor dem Gasturbinenluftvorwärmer beigemischt werden, und dass c) die Kesselheizflächen so ausgelegt sind,
dass die Differenz der Temperatur der in dem Gasturbinenluftvor-
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der Bestlast der Dampfkraftanlage zugeordneten Luftansaugezustand der Gasturbine einen Wert von etwa 800 C nicht überschreitet.
Wenn bei der erwähnten bekannten Anlage zwar ein rauchgasseitig beheizter Speisewasservorwärmer zwischen Speisewasserpumpe und Hochdruck-Regenerativvorwärmeranlage eingeschaltet ist, so fehlt dort aber ein vorheriger Wärmeabbau der Rauchgase in einem Luftvorwärmer für die Gasturbine, dessen Notwendigkeit mit Rücksicht auf die Beibehaltung der optimal ausgestatteten Regenerativvorwärmung begründet ist. Bei dieser bekannten Anlage kann dementsprechend das Dampfkraftsystem nicht mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden, weildie Regenerativvorwärmung notwendigerweise verringert werden muss.
Demgegenüber nutzt aber die Erfindung die regenerative Speisewasservonlärmung weitgehend aus. Dieser an sich bekannten Anordnung der rauchgasbeheizten Speisewasservorwärmer im vollen Speisewasserstrom zwischen Regenerativstufen kommt somit im Rahmen der Erfindung eine besondere Bedeutung zu.
Alle Massnahmen der Erfindung dienen der Aufrechterhaltung einer umfangreichen Regenerativvorwärmung im Dampfkraftsystem, wie sie bei Dampfkraftanlagen ohne vorgeschaltete Gasturbinenanlage erzielbar ist. Wichtig ist dabei eine solche Bemessung der Anlage, dass das mittlere Temperaturniveau der vorgeschalteten Gasturbine bei gegebener Eintrittstemperatur in dieselbe und unabhängig von einem frei wählbaren und zweckmässig angepassten Verdichtungsdruckverhältnis möglichst hoch bleibt, gleichzeitig aber die Führung des Dampfkraftprozesses in der zuvor geschilderten Weise erfolgt.
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aus andern Gründen ausser Betrieb gesetzt wird. Beim Übergang auf Teillast kann man beispielsweise daran denken, die Gasturbinenanlage abzuschalten.
Man kann dann mit Vorteil den Dampferzeuger in an sich bekannter Weise mit einem Frischluftgebläse zur Versorgung der Dampferzeuger-Feuerung mit aus einem dampfbeheizten Luftvorwärmer vorgewärmte Frischluft ausstatten, derart, dass bei vorübergehender Stillsetzung der Gasturbinenanlage die Dampfturbinenanlage selbständig allein weiterarbeitet.
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eines Wärmeschaltbildes.
Die Dampfkraftanlage ist in Gestalt eines Zwangstromdurchlaufkessels mit Kraftmaschine in Blockschaltung ausgebildet und arbeitet als hochwertige Anlage mit Zwischenüberhitzung und sowohl niederdruckseitiger als auch hochdruckseitiger Regenerativ-Speisewasservorwärmung. An den Kessel 1 mit dem Überhitzer 2 ist die Dampfkraftmaschine angeschlossen. Mit 3 ist der Hochdruckteil, mit 4 der Mitteldruck- und mit 5 der Niederdruckteil der Dampfturbine bezeichnet. Zwischen Hochdruckteil 3 und Mitteldruckteil 4 befindet sich ein Zwischenüberhitzer 6. Aus dem Turbinenkondensator 7 fördert dieKondensatpumpe 8 das Speisewasser in die mehrstufige Niederdruck-Regenerativvorwärmanlage 9, welcher der Speisewasserbehälter 10 nachgeschaltet ist, Mit 11 ist die Speisewasserpumpe und mit 12 eine mehrstufige Hochdruck-Regenerativvorwärmung bezeichnet.
Im Dampferzeuger können verschiedene Brennstoffarten von fester, flüssiger oder gasförmiger Beschaffenheit für sich allein oder zusammen wahlweise verfeuert werden.
Die Gasturbinenanlage arbeitet nach dem Verfahren des offenen Gleichdruckprozesses, wobei gegebenenfalls eine Zwischenkühlung der verdichteten Verbrennungsluft stattfindet und auch gegebenenfalls eine Zwischenbrennkammer oder deren mehr eingeschaltet sein können. Der Verdichter 13 für die anzusaugende Verbrennungsluft fördert diese in die Brennkammer 14, der gleichzeitig über die Zufuhr 15 ein Brennstoff geeigneter Form zugeleitet wird. Die Gasturbine ist mit 16 bezeichnet, wobei es durchaus möglich ist, an Stelle einer einzigen Gasturbine auch deren mehr zu verwenden.
Das noch sauerstoffhaltige Verbrennungsabgas der Gasturbine 16 dient als zusätzliche oder gegebenenfalls alleinige Verbrennungsluft für die im Dampferzeuger zu verfeuernden Brennstoffe. Von der
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Mit 18 ist eine Bypassleitung mit verstellbarer Klappe 19 bezeichnet, die der Regelung dient und zunächst für die Wirkungsweise der Anlage nicht näher interessant ist.
Die im Kessel nicht zur Dampferzeugung im Anschluss an die regenerative Speisewasservorwärmung austauschbare Rauchgaswärme wird bei geeigneter Temperatur zu einem Vorwärmer 20 für die Verbrennungsluft der Gasturbinenanlage überführt. Die dann hier nicht austauschbare Wärme gelangt schliesslich auf dem Wege 21 zu dem rauchgasbeheizten Speisewasservorwärmer 22, der zwischen Niederdruck- und Hochdruck-Regenerativsystem des Dampferzeugers angeordnet ist, und der vom vollen Speisewasserstrom beaufschlagt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist es bedeutsam, dass dieser Vorwärmer in den Fluss des gesamten Speisewassers eingeschaltet ist und nicht im Bypass hiezu liegt.
Das Durchsatzvolumen der Gasturbine ist auf die Belange der dem Feuerraum des Dampferzeugers
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zuzuführenden Luftmenge abgestimmt, so dass jeweils nach der im Feuerraum des Dampferzeugers zur Verfeuerung kommenden Brennstoffart die bei Bestlast der Anlage notwendige, gegebenenfalls etwas erhöhte Sauerstoffmenge zur Erreichung einer gegebenenfalls vorgesehenen dampfseitigen Überlast zur Verfügung steht.
Wie bereits mehrfach erwähnt, wird bei der Dampfkraftanlage von einem System ausgegangen, dessen Bemessung hinsichtlich Frischdampfzustand, Zwischenüberhitzertemperatur, Vakuum im Kondensator, Austrittstemperatur des Rauchgase aus dem Prozess usw., möglichst hochwertig ausgelegt ist. Nach Vorschaltung des Verbrennungsgasturbinenprozesses nach der Arbeitsweise des offenen Gleichdruckprozesses können diese Daten unverändert beibehalten werden.
Es kommt nun darauf an, dass dem vorgeschalteten Gasturbinenprozess eine möglichst hohe mittlere Temperatur der Wärmezufuhr durch Brennstoff mittels RauchgaswärmerUckfUhrung aus dem Dampferzeuger zum Vorwärmen der verdichteten Verbrennungsluft erhalten bleibt, während gleichzeitig der Regenerativdampfentnahmestrom ausderTurbine, bezogen auf die erzeugteFrischdampfnenge, zumindestbeibehalten wird, so dass damit auch der Verlust durch die im Kühlwasser abzuführenden Kondensatwarmemengen bei gleichem Vakuum nahezu unverändert bleibt gegenüber dem reinen Dampfkraftprozess.
Diese für eine Kopplung zwischen Gasturbine und Dampfkraftprozess zur Erzielung höchstmöglicher Wirkungsgrade bei gleichzeitiger Leistungssteigerung wichtigen Wirkungen werden durch die Erfindung erzielt, bei der im Gegensatz zu den bisher bekannten Anlagen ähnlicher Art im einzelnen eine Abstimmung folgender Parameter ermöglicht wird :
Die Austrittstemperatur des Rauchgases aus dem Dampferzeuger, d. h. die Übertrittstemperatur'zum Turbinenluftvorwärmer, kann unabhängig von einem gegebenen oder zweckmässig zu wählenden Druckverhältnis und gegebener Verbrennungsgaseintrittstemperatur in die Gasturbine gleich oder kleiner als die Verbrennungsgasaustrittstemperatur aus der Gasturbine gewählt werden.
Gleichzeitig kann die Temperaturdifferenz zwischen Speisewasserendvorwärmung und Rf, uchgasaustrittstemperatur aus dem Dampferzeuger in einem für den Heizflächenaufwand des Endeconomisers wirtschaftlichen Abstand gewählt werden.
Hiemit lässt sich gleichzeitig eine derartige Bemessung der regenerativen Endvorwärmung des Speisewassers wählen, dass die Summe der Dampfentnahmemengen der Turbine, bezogen auf die erzeugte Frischdampfmenge, - und bei Einschaltung des rauchgasbeheizten Speisewasservorwärmers - mindestens die gleiche Grösse als die des reinen Dampfkraftprozesses ohne vorgeschalteten Gasturbinenprozess aufweist.
Im Gegensatz zu den bekannten Anlagen, bei denen Kompromisse zwischen Wirtschaftlichkeit einerseits und Bauaufwand für die Dimensionierung der Vorwärmer und Wärmeaustauscher anderseits entweder zum Inkaufnehmen höherer Verluste oder zu sehr aufwendigen Anlagen fUhren, erhalten bei der Anlage nach der Erfindung die Abmessungen der Heizflächen für den Dampferzeuger, den Luftvorwärmer und den rauchgasbeheizten Speisewasservorwärmer eine dem jeweiligen Objekt angepasste wirtschaftliche Grösse.
Bei dem dargestellten AusfUhrungsbeispiel sind für einen bestimmten Betriebszustand, für den die Anlage günstig ausgelegt ist, Betriebswerte angegeben, ohne dass jedoch damit die Anlage auf diese Bemessungen beschränkt sein muss.
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