CH663448A5

CH663448A5 - Verfahren zum betrieb einer kombinierten mit gas-dampfkreislauf arbeitenden turbinenanlage bei teillast.

Info

Publication number: CH663448A5
Application number: CH450/83A
Authority: CH
Inventors: Zoltan Vadas; G Bela Wenczel; Zoltan Belcsak; Geze Takacsy
Original assignee: Energiagazdalkodasi Intezet
Priority date: 1982-01-27
Filing date: 1983-01-27
Publication date: 1987-12-15
Also published as: GB2117056A; IT1158321B; NL8203867A; IT8283487A0; FR2526482B1; DE3302733C2; GB8301939D0; FR2526482A1; DE3302733A1; SU1517765A3; JPS58133407A; GB2117056B

Description

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PATENTANSPRUCH Verfahren zum Betrieb einer kombinierten, mit Gas-Dampfkreislauf arbeitenden Turbinenanlage bei Teillast, welche zum Antrieb von Arbeitsmaschinen in einem Kraftwerk oder in einer Pumpstation einer Erdgas- oder Erdölfernleitung dient, wobei die Anlage mindestens eine aus einer Dampfturbine und einer Gasturbine bestehende erste und/ oder mindestens eine aus einer Dampfturbine und zwei Gasturbinen bestehende zweite Turbinengruppe umfasst, wobei die Turbinen der bzw. jeder Gruppe wärmeseitig miteinander koppelbar sind und mit je einer Arbeitsmaschine - mit bei Vollast etwa gleicher Leistung - zu deren Antrieb verbunden sind, und der bzw. den Gasturbine(n) abgasseitig je ein Abwärmekessel mit Zusatzfeuerung nachgeschaltet ist, der zur Dampferzeugung für die zugeordnete Dampfturbine vorgesehen ist, wobei im Teillastbetrieb der Anlage eine Gasturbine abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, dass durch Aufsteuern der Zusatzfeuerung zumindest eines noch betriebenen Abwärmekessels der die abgeschaltete Gasturbine betreffenden Gruppe der Dampfdruck von 16-^60 bar auf 40-H50 bar und gleichzeitig die Dampftemperatur von 300-^-480°C auf 400-h540°C erhöht werden, derart, dass bei einer Teillastleistung der Anlage, die gleich oder grösser ist als die Leistungsabgabe der die Gruppe der abgeschalteten Gasturbine betreffenden Dampfturbine im Vollastbetrieb der Anlage, der eine erhöhte Arbeitskapazität aufweisende Dampf in dieser bei veränderlichen Dampfzuständen betreibbar ausgebildeten Dampfturbine die gegenüber Volllastbetrieb der Anlage gleiche Leistungsabgabe der Dampfturbine hervorruft.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Anspruches.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 2 924160 bekanntgeworden.

Der sogenannte kombinierte Gas-Dampf-Kreislauf liefert einen ziemlich guten Gesamtwirkungsgrad, indem die Abwärme der Gasturbinen zur Dampferzeugung für die Dampfturbinen genutzt und dadurch eine zusätzliche Antriebsleistung gewonnen wird. Ein Dampfdefizit kann mit Zusatzfeuerungen der Abwärmekessel ausgeglichen werden. Der kombinierte Kreislauf wird insbesondere bei Elektrizitätswerken verwendet; neuerdings jedoch beginnt man ihn auch als kombinierten Antrieb der Kompressoren in Pumpstationen von Erdgas-Fernleitungen einzusetzen. Die den derzeitigen Stand der Technik darstellenden Ausführungsformen richten jedoch keine entprechende Aufmerksamkeit darauf, eine Änderung der Gesamtleistung mit einem guten Wirkungsgrad durchzuführen, was jedoch wegen des Charakters des Antriebes der genannten Anlagen von ausserordentlicher Wichtigkeit ist. So ist für die Gasturbinen - bei ihren zahlreichen vorteilhaften Eigenschaften - bei Teillastantrieb ein ziemlich schlechter Wirkungsgrad charakteristisch. Hinzu kommt, dass bei geringerem Dampfdurchsatz auch der Wirkungsgrad der Dampfturbine zurückfällt, so dass eine mit Gas-Dampf-Kreislauf arbeitende Anlage bei einer den Nennwert unterschreitenden Leistung nur mit einem schlechten Wirkungsgrad betrieben werden kann. Beispielsweise beträgt der Wirkungsgrad einer 3x10 MW-Anlage 41% bei einer Leistung von 30 MW und 35% bei einer Leistung von 22,5 MW, wohingegen er bei einer Leistung von 15 MW nur 25% beträgt.

Bei zahlreichen Anwendungsfällen (Kraftwerke mit Inselbetrieb, Pumpstationen) kommt ein Teillastbetrieb häufig vor und so tritt die Verwirklichung eines elastischen und gleichzeitig mit gutem Wirkungsgrad arbeitenden System als eine tatsächliche Forderung in Erscheinung.

Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, dass eine definierte Teillastleistung der Kraftmaschinen erhalten wird.

Dies wird gemäss der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches erreicht.

Für den Teillastbetrieb wird mit Hilfe der auch den 02-Gehalt des Rauchgases verwertenden Zusatzfeuerung beispielsweise der bei einem Verhältnis gleichzeitig arbeitenden Gasturbinen und Dampfturbinen von 2:1 günstige Dampfdruckwert von 16-60 bar auf den bei einem Gasturbinen-Dampfturbinen-Verhältnis von 1:1 günstigen Wert von 40-150 bar erhöht, bei gleichzeitiger Erhöhung der Überhit-zungstemperatur des Dampfes von vorzugsweise 300-480°C auf 400-540°C. Mit dem auf diese Weise eine erhöhte Arbeitskapazität aufweisenden Dampf wird in einer für einen Dampfbetrieb mit veränderlichen (gleitenden) Parametern geeigneten Dampfturbine die gleichbleibende Leistungsabgabe der Dampfturbine erzeugt.

Ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens wird anhand der Fig. 1 und 2 erläutert.

Die kombinierte Gas-Dampf turbinenanlage weist drei Einheiten I, II, III auf. Die Einheiten I und II bestehen aus je einer Gasturbine 1, Abwärmekessel 4, Zusatzfeuerung 5 und Arbeitsmaschine 2, während die Einheit III eine von einer Dampfturbine 34 angetriebene Arbeitsmaschine 2 aufweist. Im Vollastbetrieb produziert die Anlage mit den beiden Gasturbinen 1 aus dem Rauchgas der Gasturbinen ohne Verwendung der Zusatzfeuerung 5 oder mit deren geringfügigem Einsatz zusammen soviel Dampf, wie zum Betreiben der von der Dampfturbine 3 angetriebenen Arbeitsmaschine 2 mit der vollen Nennleistung ausreicht.

Im Teillastbetrieb (Fig. 2) hingegen, wenn z.B. lediglich zwei Drittel der möglichen Gesamtleistung benötigt wird, wird die eine Gasturbine 1 der Einheit I mit der von ihr angetriebenen Arbeitsmaschine 2 abgestellt. Die weiterarbeitende Gasturbine 1 der Einheit II wird mit voller Belastung und gutem Wirkungsgrad auf die Weise gefahren, dass die an den noch betriebenen Abwärmekessel 4 angeschlossene Zusatzfeuerung 5 der Einheit II mit voller Kapazität (bei ca. 100% zusätzlicher Kesselleistung) in Gang gesetzt wird. Dies bedeutet jedoch nicht eine Erhöhung des Dampfdurchsatzes auf das Doppelte, denn eine normale Durchsatzerhöhung bei im übrigen gleichbleibenden sonstigen Dampfparametern würde unter Umständen zu einer Verringerung des Wirkungsgrades der Dampfturbine bzw. des Gesamtwirkungsgrades führen, sondern die entsprechende Erhöhung des nutzbaren Energieinhaltes des erzeugten Dampfes durch eine variable entsprechende Änderung der Dampfparameter wie Druck, Temperatur, Enthalpie, Volumen und Durchsatz. Durch die variable Einstellung der Parameter wird der Wirkungsgrad verbessert. Da die Änderung der Dampfparameter durch Wärmezufuhr mittels der Zusatzfeuerung 5 hinter der Gasturbine 1 erfolgt, wird durch die Änderung der Dampfenergie keine weitere Leistungsforderung in der Gasturbine 1 erzeugt und gleichwohl wird ein besserer Wirkungsgrad erhalten. Auf diese Weise liefert mit dem auf einem höheren energetischen Potential erzeugten Dampf die die Dampfmaschine enthaltende Maschineneinheit III infolge der für einen Betrieb mit veränderlichen Parametern geeigneten Konstruktion der Dampfturbine die gleiche Leistung wie im Vollastbetrieb bei praktisch unverändert gutem Gesamtwirkungsgrad der Anlage.

In der beschriebenen Weise wird sowohl eine spezielle Dampfturbine als auch eine spezielle Zusatzfeuerung einge2

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setzt, die beide für die Lieferung bzw. Verarbeitung von Dampfarten unterschiedlicher Parameter ausgelegt sind. Die mit veränderlichen Parametern betreibbare Dampfturbine, ausgelegt auf die durch zwei unterschiedliche Dampfarten bestimmten Betriebszustände, besteht aus zwei Teilen, nämlich aus einem Hochdruck- und einem Niederdruckteil. Sowohl der Hochdruckteil wie auch der Niederdruckteil verfügen bei einer durchschnittlichen Ausführung über selbständige Einlassorgane (Haupt- und Regelventil). Die freie Durchströmung zwischen dem Hochdruckteil und dem Niederdruckteil ist aber jeweils sichergestellt und/oder es ist ein Bypasskanal vorgesehen, welcher den Hochdruckteil mit dem Niederdruckteil verbindet. Die Einlass- und Regelorgane können in einer Baueinheit ausgeführt werden.

Das Dampfvolumen, das in dem Hochdruckteil maximal verdichtet werden kann (Teillastbetrieb) ergibt eine Auslastung des Niederdruckteils von etwa 50%. Die Parameter des Abhitzekessels sind in diesem Fall gegenüber dem Vollastbetrieb der Anlage höher. Bei Vollast der Anlage wird der Niederdruckteil auf 100% ausgelastet, während in diesem

Fall der Hochdruckteil nur eine Kühldampfzuführung aufweist (zum Zwecke der Kühlung). Die grössere Dampfmenge im Vergleich zum Betriebsfall 1:1 bei Teillast der Anlage ermöglicht die Verkleinerung (Herabsetzung) der Frisch-5 dampfparameter des Abhitzekessels. Der Übergang von einem Betriebszustand in den anderen erfolgt durch kontinuierliche Veränderung der Frischdampfparameter (gleitende Parameter).

Anstelle einer Anlage mit drei, d.h. ihrer Zahl nach unpaa-lo rigen Kraftmaschinen bzw. neben derselben kann auch eine Anlage mit zwei, d.h. ihrer Zahl nach paarigen Kraftmaschinen errichtet werden. Eine Anlage mit vier Kraftmaschinen kann aus je zwei Gasturbinen und Dampfturbinen, eine Anlage mit fünf Kraftmaschinen aus drei Gasturbinen 15 und zwei Dampfturbinen aufgebaut werden. Um die Betriebsbereitschaft einer Anlage mit Koppelung zweier Kraftmaschinen (eine Gasturbine, eine Dampfturbine) zu erhöhen, muss der Abwärmekessel mit einer Feuerungseinrichtung versehen werden, die auch ohne Betrieb der Gastur-20 bine in der Lage ist, die Dampfturbine in Betrieb zu halten.

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1 Blatt Zeichnungen