AT377592B

AT377592B - Thermisches kraftwerk

Info

Publication number: AT377592B
Application number: AT0506376A
Authority: AT
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1976-05-14
Filing date: 1976-07-09
Publication date: 1985-04-10
Also published as: ATA506376A

Description

Die Erfindung betrifft ein thermisches Kraftwerk mit einer Gasturbine und einem ihr nachge- schalteten Abhitzekessel mit wasserseitig zwei voneinander getrennten Kesselteilen, von denen der die hohen Abgastemperaturen ausnutzende Kesselteil zur Dampferzeugung für eine Dampfturbine und der zweite Kesselteil als Wärmequelle für einen Heizprozess dient.

Für den Betrieb von Anlagen zur Meerwasserentsalzung werden meistens Dampfturbinen verwendet, deren Abdampf als Wärmequelle für den Destillationsvorgang dient, indem der Konden- sator das als. Kühlmittel verwendete Meerwasser aufheizt. (Sonderheft. der Société Internationale de Dessa- lement (SIDEM), Paris : Production d'eau douce par dessalement).

Die wirtschaftlichsten Temperaturen für den Destillationsvorgang liegen bei etwa 150 bis 180 C, was einem Gegendruck der Dampfturbine von etwa 5 bis 6 bar entspricht. Bei sehr teuren
Brennstoffen sind höhere Anlagekosten noch wirtschaftlich und man kann auf einen Gegendruck von etwa 2 bis 3 bar zurückgehen ; dies entspricht einer Dampftemperatur von etwa 120 bis 130 C.

Oft ist es wirtschaftlicher, an Stelle einer Dampfturbine eine Gasturbine als Wärmequelle für die Entsalzungsanlage zu verwenden, indem die Abgase der Gasturbine in einem Wärmetauscher zur Aufheizung von Heisswasser für die Meerwasser-Destillation verwendet werden (Brown Boveri
Mitt., Bd. 54 (1967) S. 9 bis 16). Leider ist die Temperatur der Abgase sehr hoch : Sie beträgt bei den heutigen Gasturbinen normalerweise 450 bis 550 C. Eine Senkung dieser Temperatur durch ein grösseres Druckverhältnis der Gasturbine würde den thermischen Prozess stark ver- schlechtern, weil beim Überschreiten des optimalen Druckverhältnisses Leistung und Wirkungsgrad der Gasturbine stark abnehmen.

Die Abgastemperatur ist deshalb für die Entsalzungsanlage zu hoch, weil sie zu hohen Dampftemperaturen bei der Destillation und dadurch zwangsweise zu hohen Dampfdrücken führt.

Die hohen Dampfdrücke würden aber die vielstufige Kaskadenverdampfung sehr verteuern oder sogar unmöglich machen. Ferner würden die hohen Temperaturen das Verkrusten der Rohre durch die Salze des Meerwassers verursachen. Geht man aber mit der Temperatur des Heisswassers für den Destillationsvorgang auf etwa 120 bis 170 C zurück, so wird die wertvolle Wärme am Austritt aus der Gasturbine durch Entropievermehrung stark entwertet.

Die heute verwendeten Anlagen zur Meerwasserentsalzung sind daher, wirtschaftlich betrachtet, unbefriedigend.

Es ist weiters bekannt, bei kombinierten Gas/Dampfturbinenkraftwerken die im Abgaskamin der Gasturbine nach der Wärmeabgabe an eine Verdampferheizfläche einen Teil der in den Abgasen noch vorhandene Restwärme für einen weiteren Wärmetauschprozess auszunutzen, soweit dies im Hinblick auf die Korrosionsgefahr durch Taupunktsunterschreitung für den betreffenden Wärmetauscher noch zulässig ist. Beispielsweise wird in der CH-PS Nr. 420736 ein kombiniertes Gas/Dampfturbinenkraftwerk beschrieben, bei dem in der Verdampferheizfläche Arbeitsdampf für eine Dampfturbine bzw. Dampfturbinen erzeugt und in einer nachgeschalteten weiteren Wärmetauschfläche das Speisewasser für den Dampfkreislauf vorgewärmt wird. Eine Ausnutzung der nach der Verdampferheizfläche noch vorhandenen Restwärme ist damit jedoch nicht möglich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Beibehaltung des guten Wirkungsgrades einer Gasturbine, der ein Wärmetauscher zur Beheizung einer Anlage zur Meerwasserentsalzung nachgeschaltet ist, die Abwärme der Gasturbine wirtschaftlich auszunutzen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch eine dem zweiten Kesselteil zugeordnete Meerwasserentsalzungsanlage, zu deren Beheizung vom zweiten Kesselteil erzeugtes Heisswasser dient.

Durch die Kombination der Gasturbine mit einer Dampfturbine wird eine Erhöhung des thermischen Gesamtwirkungsgrades erreicht. Die Abgas-Austrittstemperaturen aus dem Kesselteil, der zur Dampferzeugung für die Dampfturbine dient, liegen bei etwa 180 bis 200 C, was eine optimale Auslegung des ganzen Dampfteils erlaubt. Der Kesselteil für die Dampferzeugung kann dadurch günstiger ausgelegt werden, was diesen Kesselteil wesentlich verbilligt. Die AnzapfdampfVorwärmung des Speisewassers kann bis auf 150 bis 170 C erhöht werden, wodurch der Dampfprozess verbessert, der Kondensator verkleinert und die Dampfnässe in der Dampfturbine verringert wird.

Die niedrigen Abgastemperaturen nach dem ersten Kesselteil passen aber auch ausgezeichnet für den zweiten Kesselteil, der zur Erzeugung von Heisswasser für die Entsalzungsanlage oder zur

direkten Beheizung des Meerwassers dient. Die Gesamtanordnung ergibt eine nahezu optimale Ausnutzung des Brennstoffes. Wirtschaftlich ist die kombinierte Anlage mit Meerwasserentsalzung sowohl der reinen Gasturbinen- als auch der reinen Dampfturbinenanlage mit Meerwasserentsalzung überlegen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachstehend näher beschrieben. Es zeigen : Fig. 1 ein Kraftwerk mit Erzeugung von Heisswasser für die Beheizung der Anlage zur Meerwasserentsalzung, Fig. 2 ein ähnliches Kraftwerk wie nach Fig. l, jedoch mit direkter Beheizung des Meerwassers.

In den Zeichnungen sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Nach Fig. 1 besteht die Gasturbinengruppe aus dem Axialverdichter --1--, der Brennkammer - -2--, der Gasturbine --3-- und dem Generator --4--. Der nachgeschaltete Abhitzekessel --5-besteht wasserseitig aus zwei Teilen. Der erste Kesselteil --6-- ist der Dampferzeuger, welcher Hochdruckdampf für die Dampfturbinengruppe liefert, die, soweit sie in ihren wesentlichsten Bauteilen dargestellt ist, aus der Dampfturbine --7--, dem Generator --8--, dem Kondensator --9--, der Speisewasserpumpe --10-- und dem Speisewasservorwärmer --11-- besteht.

Der zweite Kesselteil --12-- dient der Aufheizung von Heisswasser, das im geschlossenen Kreislauf --13-- geführt ist und im Wärmetauscher --14-- einen Teil seiner Wärme an das zu erwärmende Meerwasser abgibt.

Das Meerwasser strömt bei --15-- der Entsalzungsanlage --16-- zu, die für eine Kaskadenverdampfung eingerichtet ist. Die Pumpe --17-- drückt das Meerwasser durch eine Anzahl in
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temperatur aufgeheizt wird, und anschliessend die Ausdampfer --19--, die ebenfalls in Serie geschaltet sind und von denen ebensoviele vorhanden sind wie Kondensatoren. Die am Schluss verbleibende Salzlauge wird bei --20-- abgeleitet.

Die Wirkungsweise einer solchen Anlage ist bekannt ; das im Wärmetauscher --14-- aufge- heizte und unter Druck stehende Meerwasser kann sich von einem Ausdampfer --19-- zum nächsten etwas entspannen, dadurch dampft an der freien Wasseroberfläche reines Wasser aus. Dieser Dampf steigt durch die Verbindungsleitungen --21-- in den zu dieser Stufe gehörigen Kondensator - -18--, in welchem Vakuum herrscht und wo der Dampf an den kalten, das Meerwasser führenden Rohren kondensiert. Gleichzeitig wird durch den Kondensationsvorgang das Meerwasser in den Rohren etwas erwärmt, so dass ihm im Wärmetauscher-14-- nurmehr eine kleinere Wärmemenge zugeführt werden muss.

Das Kondensat fliesst in Pfeilrichtung durch die Leitung --22-- zur nächsten Stufe, gelangt mit dem Dampf dieses Ausdampfers in den zugehörigen Kondensator, fliesst wieder ab usf. Das derart gewonnene, von Stufe zu Stufe an Menge zunehmende Kondensat ist als Trinkwasser verwendbar und wird bei --23-- abgeleitet.

Der Kessel --5-- kann ein reiner Abhitzekessel sein, welcher ausschliesslich die in den Abgasen der Gasturbine noch enthaltene Wärme verwertet ; es kann aber auch ein Zusatzbrenner - vorgesehen sein. Dies hat den Vorteil, dass die Dampfturbinengruppe für eine grössere Leistung ausgelegt werden kann, wenn der Zusatzbrenner ständig in Betrieb ist. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Zusatzbrenner nur für den Notfall vorzusehen, um bei einem Stillstand der Gasturbinengruppe, beispielsweise wegen einer Havarie, einen Notbetrieb der Dampfturbine und der Entsalzungsanlage aufrechterhalten zu können.

Fig. 2 zeigt ein ähnliches Kraftwerk wie Fig. 1, doch wird das Meerwasser nicht über einen zwischengeschalteten Wasserkreislauf in einem eigenen Wärmetauscher, sondern direkt im Abhitze- kessel --5-- erwärmt, indem der zweite Kesselteil --12-- in den Strömungsweg des Meerwassers eingeschaltet ist. Diese Anordnung ist besonders dann von Vorteil, wenn die Temperatur der Abgase nach dem zweiten Kesselteil schon relativ tief ist und ein Verkrusten der Rohre nicht mehr zu befürchten ist.

Claims

PATENTANSPRÜCHE : 1. Thermisches Kraftwerk mit einer Gasturbine und einem ihr nachgeschalteten Abhitzekessel mit wasserseitig zwei voneinander getrennten Kesselteilen, von denen der die hohen Abgastemperaturen ausnutzende Kesselteil zur Dampferzeugung für eine Dampfturbine und der zweite Kesselteil als Wärmequelle für einen Heizprozess dient, gekennzeichnet durch eine dem zweiten Kesselteil (12) zugeordnete Meerwasserentsalzungsanlage (16), zu deren Beheizung vom zweiten Kesselteil (12) erzeugtes Heisswasser dient.

2. Kraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kesselteil (12) unmittelbar im Heizkreislauf der Meerwasserentsalzungsanlage (16) liegt.

3. Kraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem zweiten Kesselteil (12) und dem Heizkreislauf der Meerwasserentsalzungsanlage (16) ein Wärmetauscher (14) vorgesehen ist.