AT395635B - Kombinierte gasturbine - dampfkraftanlage - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage bestehend aus einer offenen Gasturbine zur Verbrennung von gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen bzw. von Kohle, wobei zur Verbrennung der gasförmigen Bestandteile der Kohle eine Hochdruckbrennkammer und zur Verbrennung der festen Bestandteile eine als Fließbett gestaltete Niederdruckbrennkammer vorgesehen ist und einer nachgeschalteten Dampfanlage mit 5 Kreislaufmedium Wasserdampf wobei zur Wärmezufuhr von der offenen Gasturbinenanlage an die Dampfanlage der Wäimeinhalt der aus der Niederdruckgasturbine austretenden Rauchgase herangezogen wird und weiters die Wärmeabgabe von unter Druck befindlichen Gasen, die in der Brennkammer der offenen Gasturbine zirkulieren, wobei zur Umwälzung ein Umwälzgebläse eingesetzt ist, das die gewünschten Temperaturverhältnisse am Ein- und Austritt aus der Brennkammer herstellt, an die nachgeschaltete Dampfanlage über Wärmetauscher erfolgt. 10 DerartigeGas-Dampfkraftanlagen sind beispielsweiseaus der AT-PS 345039undderFR-PS 1263 386bekannt

Ferner sind auch kombinierte Gastuibinen-Dampfturbinenanlagen mit als Fließbett gestaltete Brennkammern in der GB-PS1498 814 und der US-PS 4253 300 beschrieben.

Als weiterer Stand der Technik sind offene Gasturbinen bekannt geworden, sowie offene Gasturbinen mit Zwischenüberhitzung, bei denen die angesaugte Luft im Kompressor komprimiert wird, in der Hochdruckbrenn-15 kammer Brennstoff zugeführtundRauchgaserzeugt wird, dieses in der Hochdruckgasturbine entspannt wird, worauf in der Niederdruckbrennkammer neuerlich Brennstoff zugeführt und die Temperatur erhöht wird, wonach die restliche Entspannung in der Niederdruckgasturbine, wonach die Gase ins Freie entlassen werden.

Bekanntsindfemer Anlagen, diedenWärmeinhaltdieser Abgase in einer nachgeschaltetenDampfanlagenützen. Um eine optimale Nutzung der Abwärme zu erhalten, ist es dabei nötig, eine mehrfache Druckstufung des erzeugten 20 Dampfes vorzunehmen, der vorzugsweise einer gemeinsamen Mehrdruckdampfturbine zur Expansion zugeführt wird. Derartige Anlagen sind die Wärmekraftmaschinen, die den bisher höchsten thermischen Wirkungsgraderreicht haben.

Weiters sind geschlossene Gasturbinenanlagen bekannt geworden, die für die Verteuerung von fossilen Brennstoffen in mehreren Anlagen gebaut wurden und besonders für die Anwendung der Hochtemperatur-Atomreaktoren 25 in Aussicht genommen sind. Derartige Anlagen bestehen aus einem geschlossenen Kreislauf eines Gases, somit aus einem Kompressor, einem Wärmetauscher, einem Gaserhitzer, einer Gasturbine und einem Gaskühler, in denen Gase im geschlossenen Kreislauf zirkulieren. Als derartige Gase wurden schon Luft, Kohlendioxyd und Helium eingesetzt. Weiters ist bekannt, die abgegebene Wärme, die im Gaskühler aus dem Gaskreislauf entnommen wird, zur Fernheizung bzw. als Wärmezufuhr für eine nachgeschaltete Dampfanlage zu verwenden. Diese bekannten 30 Anlagen weisen folgende Nachteile auf:

Bei der offenen Gasturbine ist auch bei Ausnützung der bei der heutigen Schaufelkühlung möglichen Spitzengastemperaturen der Sauerstoffanteil der angesaugten Luft bei weitem nicht ausgenützt. Das in die Atmosphäre entweichende Abgas enthält noch reichlich Sauerstoff, sodaß in Bezug auf den an der Verbrennungsreaktion teilnehmenden Sauerstoff die gesamte Abgasmenge noch zu groß ist. Daher ist auch die mit den Abgasen ins Freie 35 entweichende Abwärme noch zu groß und kann dadurch weiter verkleinert werden, daß ein vollständiger Ausbrand derLuftunddes in ihr enthaltenen Sauerstoffes erzieltwird. Dies ist jedoch bei den heuteverwirklichbaren Temperaturen, wie sie auf Grund der derzeit vorhandenen Konstruktionen der Schaufelkühlung und der Materialen möglich sind, nicht durchführbar. Selbst bei Anwendung der Zwischenerhitzung ist dies nicht der Fall.

Auch die geschlossene Gasturbine in der derzeit bekannten Form ist in ihrer Höchsttemperatur durch die 40 Materialien des Gaserhitzers beschränkt. Da eine große Wärmeübergangsfläche vorhanden sein muß, die aus teurem

Material zu fertigen ist und dieses Rohrmaterial außerdem hohen Spannungen unterliegt, ist es nicht möglich, die Spitzentemperatur einer geschlossenen Gasturbinenanlage auf ähnliche Werte zu heben, wie die einer offenen Gasturbinenanlage. Weiters hat die geschlossene Gasturbine in ihrer derzeitigen Form den Nachteil, daß im unteren Temperaturbereich bei der Wärmeabgabe im Gaskühler eine gewisse Temperaturdifferenz »forderlich ist, um die 45 Wärme zu übertragen, soll die Heizfläche und der Druckverlust dieses Gaskühlers nicht zu groß werden. Aus Überlegungen über die Exergie ergibt sich aber, daß Temperaturdifferenzen für den Kreisprozeß umso schädlich»1 sind, bei je tieferer Temperatur diese stattfinden.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen und einen Wärmekraftprozeß mit höchstem Wirkungsgrad zu schaffen. 50 Die Erfindung betrifft somit eine kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage der oben genannten Art, bei der erfindungsgemäß die Wärmezufuhr aus den in der Niederdruckbrennkammer befindlichen Rauchgasen nur an überhitzten und zwischenüberhitzten Dampf der nachgeschalteten Dampfanlage erfolgt und die Hochdruckbrennkammer der Gasturbine mit reinem Edelbrennstoff nur zur Erhitzung der vom Gasturbinenkompressor gelieferten Luft dient und daß die nachgeschaltete Dampfanlage aus einem Hochtemperaturkreis mit Dampfkompressor, 55 Dampfwärmetauscher, Dampferhitzer und Hochtemperatur-Dampfturbine besteht, wobei nach dem Dampfwärme tauscher, dem Dampferhitzer und der Hochtemperatur-Dampfturbine ein Teil des Dampfes über den Einspritzkühler dem Dampfkompressor direkt und der andere Teil des Dampfes der Niederdruck-Dampfturbine sodann dem -2-

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Kondensator zugeführt wird, hernach das Kondensat der Speisepumpe dem Rauchgasspeisewasservorwärmer und dem Einspritzkühler zugeführt wird, indem es als Einspritzwasser zur Kühlung des Dampfes in den Dampf kompressor eingespritzt wird.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Rauchgasspeisewasservorwärmer zwischen Speisepumpe S und Dampfkompressor vorgesehen, der zur Aufwärmung dieses Speisewassers bis in die Nähe der Sattdampf-Temperatur dient

Weiters wird erfindungsgemäß ein Teil des vorgewärmten Speisewassers einem Rauchgasverdampfer zugeführt, in dem überhitzter Dampf erzeugt wird, dessen Temperatur der Temperatur des Dampfes nach dem Dampfwärme-tauscher entspricht und der auf der Hochdruckseite in den Hochtemperatur-Dampfkreis nach dem Dampf-Wäime-10 tauscher eingespeist wird.

Gemäß einem weiteren Erfindungsvorschlag ist der Dampfkreis im Hochtemperaturteil mitZwischenüberhitzung ausgeführt, wobei nach der Expansion im ersten Teil der Hochtemperatur-Dampfturbine der Hochdruckdampf der Niederdruck-Brennkammer der offenen Gasturbine und hierauf dem Mitteldruckteil der Hochtemperatur-Dampfturbine zugeführt wird und anschließend in den Dampfwärmetauscher strömt. 15 GemäßeinemweiterenErfindungsgedankenistzurVerdampfungdesvomSpeisewasservorwärmerkommenden

Wassers ein Rauchgasverdampfer mit mehreren Druckstufen vorgesehen, wobei der erzeugte Sattdampf in geeigneter Druckstufe in den Dampfkompressor eingespeist bzw. in die Druckschiene nach dem Dampfkompressor bzw. Dampf wärmetauscher eingespeist wird.

Gemäß einer weiteren Erfindungsidee besteht der Dampfkompressor aus mehreren Teilkompressoren und 20 entsprechenden mehrfachen Einspritzkühlem für das Speisewasser, wobei die Einspritzungen entsprechend den einzelnen Teil-Kompressoren des Dampf kompressors derart »folgen, daß an keiner Stelle des Dampfkompressor eine Feuchtigkeit von 5-10 % überschritten ist, bzw. entsprechend der Einhaltung einer Kompressionslinie im hs-Diagramm jeweils zwischen den Grenzen der maximalen Feuchtigkeit und zwischen der Grenzkurve des Wasserdampfes liegt 25 Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken wird bei Kühlung der offenen Gasturbine durch Wasser oder Dampf der bei der Verdampfung des Kühlwassers entstehende Dampf aus dem Rotor der Gasturbine herausgeführt und der Hochdruck- oder Niederdruckdampfturbine zugeführt

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird Speisewasser des Dampf kreises in den Rotor der Gasturbine zur Kühlung eingespeist. 30 Entsprechend einem besonderen Merkmal der Erfindung dient Speisewasser oder Dampf von niedriger

Temperatur in die Gasturbine eingespeist zur Kühlung der Schaufeln, wobei dieses Speisewasser bzw. dieser Dampf dem integrierten Dampfkreis entnehmbar ist

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse der Hochtemperatur-Dampfturbine durch eine innenliegende, dampfundurchdringliche Isolationsschicht, z. B. Keramik isoliert. 35 Gemäß einem weiteren Erfindungsvorschlag wird bei Kühlung des Rotors der Hochdruckdampfturbine aus oder nach dem Dampfkompressor entnommener Dampf hohen Druckes und niedriger Temperatur in den Rotor der Hochdruckdampfturbine eingespeist

Als wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage sind zu nennen:

Die der geschlossenen Gasturbinenanlage über die in der Niederdruckbrennkammer der offenen Gasturbine 40 angeordnete Heizfläche zugeführte Wärmemenge ist so bemessen, daß in der Niederdruckbrennkammer der offenen

Gasturbine gerade der fast vollständige Ausbrand, also die Ausnutzung des nahezu gesamten Sauerstoffinhaltes der Rauchgase erreicht wird. In der Hochdruckbrennkammer der offenen Gasturbinenanlage wird die Temperatur so hoch wie möglich, also den gerade bekannten Schaufelkühlungsverfahren für die Hochdruckgasturbine entsprechend, gewählt Dasselbe gilt für die Niederdruckgasturbine, wobei jedoch im Falle der Luftkühlung der Schaufeln 45 der offenen Gasturbine die Niederdruckgasturbine vorzugsweise in ungekühlter Ausführung ausgeführt wird, also mit Temperaturen arbeitet die kleiner als ungefähr900 °C am Eintritt in die Niederdruckgasturbine liegen. Werden als Brennstoffe für die offene Gasturbine Erdgas oder destillierte Erdölprodukte vorgesehen, so wird die Hochdruckbrennkammer in der üblichen Weise gestaltet Die Niederdruckbrennkammer wird insofern ausgestaltet, als nach dem Flammrohr die entsprechenden Vorkehrungen getroffen werden, um die Heizfläche der nachfolgenden 50 integrierten Dampfanlage zu beaufschlagen. Wird als Brennstoff Kohle vorgesehen, so wird die Hochdruckbrenn kammer der offenen Gasturbine ebenfalls in konventioneller Weise mit dem Gas, das durch das Austreiben der flüchtigen Bestandteile aus der Kohle erzeugt wird, befeuert, die Niederdruckbrennkammer ist jedoch als ein Fließbett-Reaktor gestaltet in dem die staubförmige Kohle im Rauchgasstrom schwebend verbrannt wird, wobei Wärme an die am Rande des Reaktors angeordneten Kühlrohre abgegeben wird. Diese sind wiederum die 55 Heizflächen für die nachgeschaltete integrierte Dampfanlage. Auch hier ist der Ausbrand so zu wählen, daß möglichst der gesamte Sauerstoffinhalt der Rauchgase aufgebraucht wird. In diesem Fall kommt nur eine Ausführung der Niederdruckgasturbine in Frage, die mit ungekühlten Schaufeln arbeitet, was wieder gerade der optimalen -3-

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Temperatur des Fließbett-Reaktors entspricht. Werden die Turbinen der offenen Gasturbine mit Wasser gekühlt, so sind zwei Ausführungen möglich, entweder das gesamte Kühlwasser verdampft und der Dampf tritt durch die Austrittskanten und Spitzen der Schaufeln in den Rauchgasstrom über. In diesem Fall kann auch die Niederdruckturbine durch Wasser gekühlt werden und ihre Temperatur entsprechend höher gewählt werden. Wird der Dampf aus 5 den gekühlten Schaufeln durch den Rotor wieder nach außen abgezogen, dann kann er im Sinne der vorliegenden

Erfindung in einfacher Weise an der passenden Druckstelle in die Dampfturbine eingespeist und dort verwertet werden.

In der integrierten Dampfanlage wird der Dampf in der Hochtemperaturdampfturbine auf die höchstmögliche Temperatur einer geschlossenen Gasturbine erhitzt und expandiert, um anschließend dem Dampfwärmetauscher 10 zugeleitet zu werden, in dem er einen Teil seines Wärmeinhaltes abgibt und zwar gerade so viel, wie zu der Nieder- druckseite der Hochtemperaturdampfturbine passend, sodaß dann eine Eintrittstemperatur für die nachgeschaltete Niederdruckdampfturbine erhalten wird, die eine günstige Expansionslinie bis zum Kondensator im Sinne der Einhaltung der maximalen Feuchtigkeit ermöglicht Ein Teil des Dampfes strömt nach dem Dampf wärmetauscher zurNiederdruckdampfturbine. Der größereTeil strömt weiter zum Dampfkompressor. Zur notwendigen Temperatur-15 absenkung und auch zur Herstellung des Kreislaufes wird in diesen Teilstrom des Dampfes die Kondensatmenge, die nach der Niederdruckdampfturbine erhalten wird, wieder eingespritzt u. zw. derart, daß am Kompressor-Eintritt . Sattdampf bzw. feuchter Dampf erhalten wird, mit nicht mehr als 10% Feuchtigkeit Diese Feuchtigkeit ist für Schaufelungen von Turbomaschinen verträglich. Der Dampf kann daher auch auf diese Weise dem Dampf kompressor zugeleitet werden, der den Dampf wieder auf den Druck der Hochdruckseite des geschlossenen Kreises verdich-20 tet. Vom Dampfkompressor wird der Dampf über den Wärmetauscher in dem er erwärmt wird, dem Dampferhitzer in der Niederdruckbrennkammer zugeleitet wobei der Hochtemperaturkreis somit geschlossen ist

Die Verwertung des Wärmeinhaltes der Rauchgase erfolgt durch den Rauchgas-Verdampfer und durch den Speisewasservorwärmer in der Weise, daß das gesamte Speisewasser zunächst im Speisewasservorwärmer von den Rauchgasen vorgewännt und hierauf zum Großteil vor dem Dampfkompressor in den Strom des geschlossenen 25 Dampfkreises eingespritzt wird, während derrestliche Teil dem Verdampfer zugeleitet dort vorgewärmt verdampft und überhitzt wird und in die Hochdruckschiene nach dem Dampfkompressor bzw. Dampf-Wärmetauscher eingespeist wird.

Eine Verbesserung des integrierten Dampf kreises bringt die Aufspaltung des Dampferhitzers in der Niederdruckbrennkammer der offenen Gasturbine bzw. Einspeisungin zwei Teil turbinen der Hochtemperaturdampfturbine, also 30 die Ausführung mit Zwischenerhitzung, wodurch sich eine kompliziertere Schaltung der Einspritzung des Speise wassers, bzw. der Einspeisung des von den Rauchgasen erzeugten Dampfes in den Dampfkompressor ergibt.

Die Erfindung wird am Beispiel der nachstehenden Zeichnung erläutert, in der Fig. 1 die erfindungsgemäße Schaltung des Kreisprozesses darstellt und Fig. 2 eine weitere, verbesserte Erfindungsvariante.

In Fig. 1 bedeutet (1) die Luftansaugung der offenen Gasturbine, (2) den Kompressor derselben, (3) die 35 Anzapfungen für Kühlluft aus dem Kompressor, die über einen Kühler der Hochdruckgasturbine zugeleitet werden, (4) die Hochdruck-Brennkammer der offenen Gasturbine, (5) die Brennstoffzufuhr zu derselben, (6) die Hochdruckgasturbine. Dieser nachgeschaltet ist die Niederdruckbrennkammer (7), deren Brennstoffzufuhr mit (8) angedeutet ist. Um die gewünschte vollständige Verbrennung, also d. h. die vollständige Ausnützung des Sauerstoffgehaltes der Rauchgase zu erreichen, wird das Rauchgas in dieser Brennkammer durch ein Gebläse (9) rückgewälzt. Die Wärme-40 abgabe erfolgt dabei an die Heizfläche (10).

Am Austritt aus der Niederdruckbrennkammer wird das Rauchgas der Niederdruckgasturbine (11) zugeleitet, wobei nach der Expansion in derselben die Verwertung des Wärmeinhaltes der Rauchgase im Verdampfer (13) und im Speisewasservorwärmer (14) erfolgt Mit (15) ist der Austritt in den Schornstein gekennzeicheL

Der integrierte Dampfkreis besteht aus der Heizfläche (10), die, wie erwähnt, in der Niederdruckbrennkammer 45 (7), der offenen Gasturbine angeordnet ist und durch das Gebläse (9) beaufschlagt wird. In dieser erfolgt die Erhitzung des Dampfes im Hochtemperaturkreis. Dieser Dampf strömt der Hochtemperaturdampfturbine (16) zu, wird in dieser expandiert und kommt von dieser in den Dampf wärmetauscher (17). Nach Abkühlung in demselben ist der Dampf im geeigneten Zustand, der Niederdruckdampfturbine (20) zugeleitet zu werden. In dieser erfolgt dieExpansion über mehrere Stufen bis auf das Druckniveau des Kondensators (22), sodaß die gewünschte maximale Endfeuchte in der 50 letzten Schaufelreihe der Dampfturbine eingehalten werden kann.

Die erzeugte mechanische Leistung wird an den Generator (21) im Falle der Dampfturbine, und an den Generator (12) im Falle der offenen Gasturbine abgegeben. Über die Kondensatpumpe (23) und die Speisewasseranzapfvor-wärmer (24), sowie über den Entgaser (25) und über die Speisepumpe (26) wird das Kondensat wieder auf das erforderliche Druckniveau gebracht, um im Einspritzkühler (18) dem restlichen Dampfstrom des Hochtemperatur-55 dampfkreises eingespritzt zu werden, womit richtiger Dampfzustand und Menge vor dem Dampfkompressor (19) hergestellt wird. In diesem Schaltschema sind außerdem mit den Knoten (27) die Abzweigung des Einspritzwassers vom Wassersnom in den Verdampfer, mit (28) die Einspeisung des Einspritzwassers in den Dampfsnom des -4-

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Hochtemperaturkreises, mit (30) die Einspeisung des im Rauchgasverdampfer erzeugten Dampfes in den Hochtemperaturkreis, mit (29) die Abzweigung des Dampfes zur Niederdruck-Dampfturbine bezeichnet.

Die erfmdungsgemäße Schaltung hat folgende Vorteile:

Durch die Wärmeabgabe an den integrierten Dampf kreis in der Niederdruckbrennkammer der Gasturbine ist es S möglich, einen vollständigen Ausbrand der Rauchgase, d. h. also eine vollständige Ausnutzung des Sauerstoff-inhaltes zu erzielen. Damit wird im Bezug auf die Wärmeumsetzung des Kreises eine minimale Abgasmenge und damit ein minimaler Abgasverlust erreicht.

Durch die Ausnützung der Spitzentemperatur der offenen Gasturbinenanlage kann die höchstmögliche Temperatur, die in solchen Kreisprozessen bisher erreicht wurde, in den Prozeß eingebunden werden. Durch Anwendung 10 geeigneter Kühlungsmaßnahmen können sowohl Hochdruck- als auch Niederdruckturbine auf diese Spitzentemperaturen gebracht werden.

Durch die Schaltung des integrierten Dampfkreises, die eine Kombination einer geschlossenen Gasturbine mit einer Dampfanlage darstellt, mit dem gemeinsamen Betriebsmedium Wasserdampf betrieben, ergeben sich große Vorteile durch die Wärmezufuhr bei hoher Temperatur in den Hochtemperaturkreis und die Vermeidung von 15 Temperaturdiffenrenzen bei der Wärmeabgabe aus dem Hochtemperaturkreis.

In der vorliegenden Schaltung ist hiefür keine eigene Heizfläche notwendig.

Es entstehen daher keine Druckverluste und es sind keine Temperaturdifferenzen erforderlich, sondern dies geschieht dadurch, daß Dampf für die Niederdruckdampfturbine abgezogen wird und deren Kondensat wieder in den Dampfkreis eingespritzt wird, was in der Dampfströmung mit minimalen Druckverlusten vor sich geht. 20 Weiters hat das Arbeitsmedium Wasserdampf für den Teil des Kreises, der der geschlossenen Gasturbinenanlage entspricht, den Vorteil, daß die Kompressionsarbeit verringert wird, u. zw. durch die thermodynamischen Eigenschaften des Wasserdampfes, in der Nähe der Grenzkurve weniger Wärmegefälle zur Kompression zu erfordern, als ein Gas, das sich im Ideal-Gaszustand befindet. Hiedurch wird ein wesentlicher Teil der Kompressionsarbeit eingespart. 25 Im Vergleich zur geschlossenen Gasturbine wird außerdem ein weiterer Teil der Kompressionsarbeit und des Wärmetauscherumsatzeseingespart, da Dampf ausdem Rauchgasverdampfer zurVerfügung steht und auf der Hochdruckseite des Dampf kreises eingespeist wird, wodurch einerseits Kompressionsarbeit im Kompressor erspart wird und andererseits Wärmemenge im Dampfwärmetauscher eingespart wird, wodurch sich infolge der Temperatureigenschaften des Wasserdampfes besonders günstige Wärmeübergangsverhältnisse und Temperaturdifferenzen für 30 den Dampfwärmetauscher ergeben.

Fig. 2 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Schaltung im Sinne einer weiteren Verbesserung, indem eine Zwischenüberhitzung in der Hochtemperaturdampfturbine wahrgenommen wird. Es bedeutet dabei analog der Fig. 1 wieder (1) die Luftansaugung, (2) den Kompressor der offenen Gasturbine, (3) die Kühlluftleitungen und den Kühler für die Kühlluft, (4) die Hochdruckbiennkammer, (5) die Brennstoffzufuhr zu derselben, (6) die Hochdruck-35 gasturbine, (7) die Niederdruckbrennkammer, (8) die Brennstoffzufuhr in der Niederdruckbrennkammer, (9) das Umwälzgebläse, (10) die Hochdruckerhitzer-Heizfläche, (10a) die Mitteldruckerhitzer-Heizfläche, (11) kennzeichnet die Niederdruckgasturbine, (12) den Generator der offenen Gasturbine. Der Rauchgasdampferzeuger ist mit (13a) bezeichnet, der Rauchgasspeisewasservorwärmer mit (14) und die Rauchgasabfuhr in den Schornstein mit (15) bezeichnet Der integrierte Dampfkreis besteht aus der Hochtemperatur-Hochdruck-Dampfturbine (16) und der 40 Hochtemperatur-Mitteldruck-Dampfturbine (16a), geschaltet nach dem Mitteldruckerhitzer (10a). Am Austritt aus diesem (10a) gelangt der Dampf in den Dampfwärmetauscher (17) niederdruckseitig und wird in der Folge durch den Dampfkompressor (19a), der in diesem Fall aus mehreren Abschnitten besteht, verdichtet und wird über den Dampfwärmetauscher (17) hochdruckseitig wieder dem Dampferhitzer (Hochdruckerhitzer-Heizfläche) (10) zugeführt. Am Austritt aus dem Dampfwärmetauscher (17), am Knoten (39) wird der Dampf zurNiederdruckdampfturbine 45 (20) abgezweigt, die erzeugte Leistung des gesamten Dampfturbosatzes wird im Generator (21) umgesetzt. Aus der

Niederdruckdampfturbine (20) gelangt entsprechend einer geeigneten Expansionslinie, die die richtige Endfeuchte herstellt, der Dampf in den Kondensator (22), von dort über Kondensatpumpe (23), Anzapfvorwärmer (24), Entgaser (25) und Speisepumpe (26) in den Rauchgasvorwärmer (14), in dem die Erwärmung auf die geeignete Einspritztemperatur erfolgt. Die Einspritzung erfolgt an den Knoten (33,34,35,36) zur Herstellung des richtigen Dampfzu-50 Standes an den einzelnen Abschnitten des Dampf kompressors (19a), und zw. in der Weise, daß eine Feuchtigkeit von 5 -10% am Eintritt in eine Konpressorstufe nicht überschritten wird. Über die Speisepumpen (31) und (32) gelangt über zwei weitere Druckstufen Speisewasser in die beiden oberen Sektionen (40) und (41) des Rauchgasverdampfers (13a), in denen Sattdampf (40) und überhitzter Dampf (41) erzeugt wird, der in den Dampfkompressor (19a) eingespeist bzw. in die Schiene nach dem Kompressor eingespeist wird. Die entsprechenden Knoten sind mit (38) 55 und (30) bezeichnet Der Druck der Speisepumpe (26) entspricht einer Verdampfung im Rauchgasverdampfer, der erzeugte Sattdampf wird von dem Eintritt in den Dampfkompressor am Knoten (37) in denselben eingespeist

Der Vorteil dieser verbesserten Schaltung liegt in einer Verringerung der Kompressionsarbeit des Dampf- -5-

Claims (11)

1. AT 395 635 B kompressors (19a) und in einer Erhöhung der Arbeit der Hochdrucktemperatur-Dampfturbine. Eine deutliche Verbesserung des Wirkungsgrades des Gesamtkreisprozesses ist die Folge. PATENTANSPRÜCHE 1. Kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage, bestehend aus einer offenen Gasturbine zur Verbrennung von gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen bzw. von Kohle, wobei zur Verbrennung der gasförmigen Bestandteile der Kohle eine Hochdruckbrennkammer und zur Verbrennung der festen Bestandteile eine als Fließbett gestaltete Niederdruckbrennkammer vorgesehen ist und einer nachgeschalteten Dampfanlage mit Kreislaufmedium Wasserdampf, wobei zur Wärmezufuhr von der offenen Gasturbinenanlage an die Dampf anlage der Wärmeinhalt der aus der Niederdruckgasturbine austretenden Rauchgase herangezogen wird und weiters die Wärmeabgabe von unter Druck befindlichen Gasen die in der Brennkammer der offenen Gasturbine zirkulieren, wobei zur Umwälzung ein Umwälzgebläse eingesetzt ist, das die gewünschten Temperaturverhältnisse am Ein- und Austritt aus der Brennkammer herstellt, an die nachgeschaltete Dampfanlage über Wärmetauscher »folgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmezufuhr aus den in der Niederdruckbrennkammer (10) befindlichen Rauchgasen nur an überhitzten und zwischenüberhitzten Dampf der nachgeschalteten Dampfanlage »folgt und die Hochdruckbrennkammer (4) der Gasturbine mit reinem Edelbrennstoff nur zur Erhitzung der vom Gasturbinenkompressor (2) gelieferten Luft dient und daß die nachgeschaltete Dampfanlage aus einem Hochtemperaturkreis mit Dampfkompressor (19,19a), Dampfwärmetauscher (17), Dampferhitzer (10,10a) und Hochtemperatur-Dampfturbine (16,16a) besteht, wob» nach dem Dampfwärmetauscher (17), dem Dampferhitzer (10, 10a) und der Hochtemperatur-Dampfturbine (16,16a) ein Teil des Dampfes über den Einspritzkühler (18) dem Dampf kompressor (19) direkt und der andere Teil des Dampfes der Niederdruck-Dampfturbine (20) sodann dem Kondensator (22) zugeführt wird, hernach das Kondensat der Speisepumpe (26) dem Rauchgasspeisewasservorwärmer (14) und dem Einspritzkühler (18) zugeführt wird, indem es als Einspritzwasser zur Kühlung des Dampfes in den Dampf kompressor (19) eingespritzt wird.
2. 2. Kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rauchgasspeisewasservorwärmer (14) zwischen Speisepumpe (26) und Dampf kompressor (19,19a) vorgesehen ist, der zur Aufwärmung dieses Speisewassers bis in die Nähe der Sattdampf-Temperatur dient
3. 3. Kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des vorgewäimten Speisewassers (Knoten (27)) einem Rauchgasverdampf»' (13,13a) zugeführt wird, in dem üb»hitzter Dampf erzeugt wird, dessen Temperatur der Temperatur des Dampfes nach dem Dampfwärmetausch» (17, 17a) entspricht und der auf d» Hochdruckseite in den Hochtemperatur-Dampfkreis nach dem Dampf-Wärmetauscher (17,17a) (Knoten (30)) eingespeist wird.
4. 4. Kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß d» Dampf kreis im Hochtemperaturteil mit Zwischenüberhitzung ausgeführt ist, wobei nach d» Expansion im ersten Teil (16) der Hochtemperatur-Dampfturbine der Hochdruckdampf der Niederdruck-Brennkammer (7) der offenen Gasturbine und hi»auf dem Mitteldruckteil (16a) der Hochtemperatur-Dampfiurbine zugeführt wird und anschließend in den Dampfwärmetauscher (17) strömt (Fig. 2).
5. 5. Kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur V»dampfung des vom Speisewasservorwärmer (14) kommenden Wassers ein Rauchgasverdampf» (13a) mit mehreren Druckstufen (40, 41, 42) vorgesehen ist, wobei der erzeugte Sattdampf (40, 41) in geeigneter Druckstufe in den Dampfkompressor (19a) (Knoten (38)) eingespeist bzw. in die Druckschiene (Knoten (30)) nach dem Dampfkompressor bzw. Dampfwärmetausch» (17) eingespeist wird.
6. 6. Kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampf kompressor (19a) aus mehreren Teilkompressoren besteht und entsprechenden mehrfachen Einspritzkühl»n (34 bis 38) für das Speisewasser, wobei die Einspritzungen entsprechend den einzeln»! Teil-Kompressoren des -6- AT 395 635 B Dampfkompressors (19a) derart erfolgen, daß an keiner Stelle des Dampfkompressors (19a) eine Feuchtigkeit von 5 bis 10 % überschritten ist, bzw. entsprechend der Einhaltung einer Kompressionslinie im hs-Diagramm jeweils zwischen den Grenzen der maximalen Feuchtigkeit und zwischen der Grenzkurve des Wasserdampfes liegt.
7. 7. Kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kühlung der offenen Gasturbine durch Wasser oder Dampf der bei der Verdampfung des Kühlwassers entstehende Dampf aus dem Rotor der Gasturbine herausgeführt und der Hochdruck- oder Niederdruckdampfturbine zugeführt wird.
8. 8. Kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Speisewasser des Dampf kreises in den Rotor der Gasturbine zur Kühlung eingespeist wird.
9. 9. Kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Speisewasser oder Dampf von niedrig«: Temperatur in die Gasturbine eingespeist zur Kühlung der Schaufeln dient, wobei dieses IS Speisewasser bzw. dies«1 Dampf dem integrierten Dampfkreis entnehmbar ist.
10. 10. Kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage nach den Ansprüchen l bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse derHochtemperatur-Dampfturbine (16,16a) durch eine innenliegende, dampfundurchdringliche Isolationsschicht, z. B. Keramik isoliert ist. 20
11. 11. Kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei Kühlung des Rotors der Hochdruckdampfturbine aus oder nach dem Dampfkompressor (19,19a) entnommener Dampf hohen Druckes und niedriger Temperatur in den Rotor der Hochdruckdampfturbine (16,16a) eingespeist wird. 25 Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 30 35 40 45 50 -7- 55