CH697959A2 - Kombinierter Prozess unter Verwendung überkritischen Dampfs und Verfahren. - Google Patents
Kombinierter Prozess unter Verwendung überkritischen Dampfs und Verfahren. Download PDFInfo
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Abstract
Ein System mit kombiniertem Prozess unter Verwendung überkritischen Dampfs umfasst eine Gasturbine (16); ein überkritisches Dampfturbinensystem (18) mit einem überkritischen Abschnitt (20), einem Hochdruckabschnitt (22), einem Zwischendruckabschnitt (24) und mindestens einem Niederdruckabschnitt (26); und einen überkritischen Wärmerückgewinnungsdampferzeuger (HRSG) (30) zum Empfangen von Abgas aus der Gasturbine, um Fluid aus dem Dampfturbinensystem zu erwärmen. Der HRSG umfasst einen überkritischen Verdampfer (44), der angeordnet ist, um einem Überhitzer zwischen dem überkritischen Verdampfer und dem Eintrittsende des HRSG Dampf zuzuführen, und einen Zwischenüberhitzer (50, 52), der kalten Zwischendampf aus dem Dampfturbinensystem empfängt und zwischenüberhitzten Dampf zum Dampfturbinensystem (18) rückführt. Der Zwischenüberhitzer weist einen ersten Abschnitt (50) auf, der entlang des Abgasströmungswegs hinter dem überkritischen Verdampfer (44) angeordnet ist, und einen zweiten Abschnitt (52), der vor diesem angeordnet ist. Kalter Zwischendampf aus dem Dampfturbinensystem (18) wird vom ersten Zwischenüberhitzerabschnitt (50) empfangen, und Dampf, der aus dem ersten Zwischenüberhitzerabschnitt austritt, wird dem zweiten Zwischenüberhitzerabschnitt (52) vor dem überkritischen Verdampfer (44) zugeführt.
Description
Stand der Technik [0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmeintegration und optimalen Konfiguration für einen überkritischen Einfach- oder Mehrfachdruck-Dampfwärmerückgewinnungsdampferzeuger (HRSG) mit Zwischenüberhitzung, der in Anwendungen mit kombiniertem Prozess eingesetzt wird. [0002] Die gängigsten Dampfnachschaltprozesse für Kombikraftwerke, die gegenwärtig installiert und in Gebrauch sind, sind Zwischendampfprozesse mit unterkritischer Dampferzeugung bei Mehrfachdruck und einem einzigen Zwischenüberhitzer, der im Gasweg des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers vor dem Hochdruckverdampfer angeordnet ist. Diese kombinierte Prozesskonfiguration wurde zuerst in einem Schriftstück "GE MS7001FCombined-Cycle Power Plant" von Leroy O. Tomlinson, Roger O. Anderson und Raub W. Smith beschrieben, das im April 1987 auf der American Power Conference präsentiert und im Bericht dieser Konferenz veröffentlicht wurde. Die Irreversibilitätsverluste des aktuellen Stands der Technik belaufen sich auf ¯10% der Gasturbinen-Abgasenergie. [0003] Die Leistung von kombinierten Prozessen mit dem unterkritischen Dampfprozess zur Zwischenüberhitzung mit Dampferzeugung bei Mehrfachdruck kann verbessert werden, indem ein zweistufiger Zwischenüberhitzer integriert wird, wie im US-Patent Nr. 6 220 013 B1, "Multiple Pressure Reheat Combined Cycle with Multiple Reheaters" von Raub W. Smith beschrieben. [0004] Überkritische Dampfprozesse sind für kombinierte Prozesse mit einem einzigen Zwischenüberhitzer vor dem Dampferzeugungsabschnitt im Wärmerückgewinnungsdampferzeuger-Gasweg konzipiert worden, wie im Artikel mit dem Titel "Going Supercritical - Once-Through is the Key" beschrieben, der in Modern Power Systems, Dezember 1998, veröffentlicht wurde. [0005] Die Leistung der gegenwärtigen Dampfnachschaltprozess-Technologie (meist bei unterkritischem Druck) wird durch die Übergangspunkte begrenzt, die in den HRSG-Verdampfern wegen des temperaturkonstanten Phasenwechsels von Wasser zu Dampf auftreten, wobei für diesen Prozess eine Wärme benötigt wird, die der latenten Verdampfungswärme entspricht. Diese Unstetigkeit in der Temperatur bewirkt eine Fehlanpassung zwischen dem Gasturbinenabgas und der Wasser/Dampf-Erhitzung, was eine signifikante Irreversibilität im Prozess zur Folge hat. [0006] Der grundlegende Vorteil überkritischer kombinierter Prozesse hat seinen Ursprung in der Fluidphysik unter überkritischen Bedingungen. Oberhalb des überkritischen Drucks verhält sich Wasser bei Erhitzung anders. Unter überkritischen Bedingungen steigt die Wassertemperatur im Kessel stetig, ohne Unstetigkeiten, die auf den Phasenwechsel zurückzuführen sind. Dieses Verhalten erlaubt die bessere Anpassung der Gasturbinenabgase an das Wasser/den Dampf, um die Irreversibilität während der Energieübertragung zu verringern. Dieses vorteilhafte Verhalten ist früher bekannt gewesen, doch die Leistungsgewinne waren nicht gross genug, um die Zusatzkosten in Anwendungen mit kombiniertem Prozess zu rechtfertigen. Kurze Beschreibung der Erfindung [0007] Die Erfindung, die hierin offenbart wird, reduziert die Irreversibilität der Energieübertragung zudem durch optimale Anordnung von HRSG-Wärmeübertragungsabschnitten, was eine erheblich bessere kombinierte Prozessleistung aus überkritischen Prozessen erlaubt. Diese Mehrleistung wird die wirtschaftliche Machbarkeit von kombinierten Prozessen auf der Basis von überkritischen Dampfprozessen wesentlich verbessern. [0008] Die Erfindung kann in einem System mit kombiniertem Prozess unter Verwendung überkritischen Dampfs ausgeführt werden, umfassend eine Gasturbine; ein Dampfturbinensystem mit einem überkritischen Abschnitt, einem Hochdruckabschnitt, einem Zwischendruckabschnitt und mindestens einem Niederdruckabschnitt; und einen überkritischen Dampfwärmerückgewinnungsdampferzeuger zum Empfangen von Abgas aus der Gasturbine, um Fluid aus dem Dampfturbinensystem zu erwärmen, wobei dieses Gasturbinenabgas entlang eines Abgasströmungswegs von einem Eintrittsende zu einem Austrittsende des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers strömt, wobei dieser Wärmerückgewinnungsdampferzeuger einen überkritischen Verdampfer aufweist, der angeordnet ist, um einem Überhitzer zwischen dem überkritischen Verdampfer und dem Eintrittsende des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers Dampf zuzuführen, wobei der aus diesem Überhitzer austretende Dampf zum überkritischen Abschnitt der Dampfturbine rückgeführt wird und ein Zwischenüberhitzer entlang dieses Abgasströmungswegs angeordnet ist, wobei dieser Zwischenüberhitzer kalten Zwischendampf aus dem Dampfturbinensystem empfängt und zwischenüberhitzten Dampf zum Dampfturbinensystem rückführt, wobei der Zwischenüberhitzer mindestens erste und zweite Abschnitte aufweist, wobei der erste Zwischenüberhitzerabschnitt entlang des Abgasströmungswegs durch den Wärmerückgewinnungsdampferzeuger hinter dem zweiten Zwischenüberhitzerabschnitt angeordnet ist, wobei der erste Abschnitt des Zwischenüberhitzers entlang des Abgasströmungswegs hinter dem überkritischen Verdampfer angeordnet ist und der zweite Abschnitt des Zwischenüberhitzers entlang dieses Abgasströmungswegs vor dem überkritischen Verdampfer angeordnet ist, und wobei der erste und zweite Abschnitt des Zwischenüberhitzers derart in Reihe angeordnet sind, dass kalter Zwischendampf aus dem Dampfturbinensystem vom ersten Abschnitt des Zwischenüberhitzers empfangen wird und Dampf, der aus dem ersten Abschnitt des Zwischenüberhitzers austritt, dem zweiten Abschnitt des Zwischenüberhitzers zugeführt wird. [0009] Die Erfindung kann ausserdem in einem Verfahren zur Zwischenüberhitzung von kaltem Dampf in einem System mit kombiniertem Prozess unter Verwendung überkritischen Dampfs ausgeführt werden, umfassend eine Gasturbine, ein Dampfturbinensystem mit einem überkritischen Abschnitt, einem Hochdruckabschnitt, einem Zwischendruckabschnitt und mindestens einem Niederdruckabschnitt; und einen überkritischen Dampfwärmerückgewinnungsdampferzeuger zum Empfangen von Abgas aus der Gasturbine, um Fluid aus dem Dampfturbinensystem zu erwärmen, wobei dieser Wärmerückgewinnungsdampferzeuger einen überkritischen Verdampfer aufweist, der angeordnet ist, um einem Überhitzer zwischen dem überkritischen Verdampfer und dem Gaseintrittsende des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers Dampf zuzuführen, wobei aus diesem Überhitzer austretender Dampf zum überkritischen Abschnitt der Dampfturbine rückgeführt wird und ein Zwischenüberhitzer entlang dieses Abgasströmungswegs angeordnet ist, wobei dieser Zwischenüberhitzer kalten Zwischendampf aus dem Dampfturbinensystem empfängt und zwischenüberhitzten Dampf zum Dampfturbinensystem rückführt, wobei der Zwischenüberhitzer mindestens einen ersten und zweiten Zwischenüberhitzerabschnitt aufweist, wobei der erste Zwischenüberhitzerabschnitt entlang des Abgasströmungswegs durch den Wärmerückgewinnungsdampferzeuger hinter dem zweiten Zwischenüberhitzerabschnitt liegt, wobei das Verfahren umfasst: das Strömen von Dampf einschliesslich eines kalten Zwischendampfstroms aus dem Dampfturbinensystem zum ersten Zwischenüberhitzerabschnitt des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers, der in Bezug auf die Strömungsrichtung des Abgases hinter dem überkritischen Verdampfer liegt, und dann das Strömen dieses Dampfes zum zweiten Zwischenüberhitzerabschnitt des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers, der in Bezug auf die Strömungsrichtung des Abgases vor dem überkritischen Verdampfer liegt, und dann das Strömen dieses Dampfs zum Dampfturbinensystem. Kurze Beschreibung der Zeichnungen [0010] <tb>Fig. 1<sep>veranschaulicht auf schematische Weise eine beispielhafte Implementierung der Erfindung; <tb>Fig. 2<sep>veranschaulicht auf schematische Weise eine andere beispielhafte Ausführungsform der Erfindung; und <tb>Fig. 3<sep>veranschaulicht auf schematische Weise eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Ausführliche Beschreibung der Erfindung [0011] Die gegenwärtige Praxis der optimalen Überhitzungskonfiguration für überkritische Einfach- oder Mehrfachdruck-Dampfprozesse ist mit dem Überhitzungsabschnitt des HRSG, der in Bezug auf den Abgasstrom vor dem Abschnitt "HP_EVA OTB" (Zwangsdurchlaufkessel des überkritischen Hochdruckverdampfers) liegt. [0012] Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht eine zweistufige Überhitzerkonfiguration vor, mit einem Überhitzerabschnitt vor und dem anderem hinter dem Phasenwechselpunkt (Wasser-Dampf-Übergang bei kritischer Dampftemperatur) des Hochdruck (überkritischen)-HRSG-Abschnitts. [0013] Das erfindungsgemässe Konzept kann in einen überkritischen Dampfprozess mit Einfach- oder Mehrfachdruck integriert werden. Eine schematische Darstellung eines Stromerzeugungssystems mit überkritischem Zweidruck-Dampfprozess nach einer Ausführungsform der Erfindung wird in Fig. 1 gezeigt. [0014] Dieses Beispiel weist ein Gasturbinensystem 10 auf, umfassend einen Verdichter 12, ein Verbrennungssystem 14, eine Gasturbine 16 und ein Dampfturbinensystem 18 mit einem überkritischen Abschnitt 20, einem Hochdruckabschnitt 22, an Zwischendruckabschnitt 24 und einem oder mehreren Niederdruckabschnitt(en) 26 mit mehrfachen Dampfeinlasspunkten bei verschiedenen Drücken. Der Niederdruck tritt in einen Verflüssiger 28 aus. Die Gasturbine 10 und die Dampfturbine 18 treiben einen Generator (nicht gezeigt) an und können auf einer Einzelwelle hintereinander angeordnet sein, oder in einer Mehrwellenkonfiguration, in der die Gasturbine und die Dampfturbine getrennte Lasten antreiben. [0015] Das Dampfturbinensystem 18 ist mit einem Zweidruck-HRSG 30 verbunden, der jeweils Niederdruck (LP)- und Hochdruck (HP)-Vorwärmer 32, 34, einen LP-Verdampfer 36, einen weiteren HP-Vorwärmer 38, LP-Überhitzer 40, 42, einen überkritischen HP-Verdampfer OTB (Zwangsdurchlaufkessel mit überkritischem Verdampfer) 44, einen HP-Überhitzerabschnitt 46 und einen letzten HP-Überhitzerabschnitt 48 einschliesst. Es ist anzumerken, dass der "überkritische Verdampfer"-Abschnitt des HRSG hierin als eine Wärmeübertragungsfläche definiert wird, die das überkritische Fluid von unter der kritischen Temperatur auf über die kritische Temperatur erwärmt. Es findet keine Verdampfung (Phasenwechsel) statt, da das Fluid über dem kritischen Druck liegt. [0016] Einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung entsprechend werden zwei Überhitzerstufen implementiert. Der erste Zwischenüberhitzerabschnitt 50 (RH2) liegt hinter dem Hochdruck-HRSG-Phasenwechselabschnitt "HP_EVA OTB" 44. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform ist der erste Zwischenüberhitzerabschnitt 50 (RH2) parallel zum HP ECO 1 angeordnet, der als Element 38 angegeben ist. Auch wenn in dieser Zeichnung eine parallele Anordnung gezeigt wird, können ähnliche thermodynamische Vorteile auch durch eine verflochtene Anordnung mit abwechselnden Zwischenüberhitzer- und Vorwärmer-Rohrzeilen in Reihe erreicht werden. In diesen HRSG-Abschnitt 50 wird der kalte Zwischendampfström eingelassen, der bei 2 aus der HP-Turbine 22 austritt. Der aus diesem Abschnitt austretende Dampf wird im HRSG-Abschnitt 50 (RH2) unter der kritischen Temperatur (Tcrit) erwärmt. Als Nächstes wird der Dampf zum zweiten Zwischenüberhitzerabschnitt 52 (RH1) geleitet, der vor "HP_EVA OTB" liegt. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform liegt der zweite Zwischenüberhitzerabschnitt 52 zwischen den HP-Überhitzern 48 und 46. Die Erfindung ist aber nicht auf diese Anordnung des zweiten Zwischenüberhitzerabschnitts 52 beschränkt. [0017] Kondensat aus dem Verflüssiger 28 wird dem HRSG 30 über die Leitung 54 mithilfe der Kondensatpumpe 56 zugeführt. Das Kondensat läuft dann durch den Niederdruck (LP)-Vorwärmer 32 und in den LP-Verdampfer 36. Dampf aus dem LP-Verdampfer 36 wird über die Leitung 58 den LP-Überhitzern 40, 42 zugeführt und dann bei 4 über die Leitung 60 und entsprechende LP-Einlass-Absperr/Regelventil (e) (nicht gezeigt) zum Niederdruckabschnitt 26 der Dampfturbine 18 rückgeführt. [0018] Speisewasser läuft mithilfe von Speisewasserpumpe(n) über die Leitungen 64, 66 durch die HP-Vorwärmer 34,38. Kondensat im HP-Vorwärmer 38 wird über die Leitung 68 zum überkritischen HP-Verdampfer 44 geleitet. Dampf, der aus dem überkritischen HP-Verdampfer austritt, läuft über die Leitung 70 durch die HP-Überhitzerabschnitte 46,48 und wird bei 1 über entsprechende Absperr-/Regelventile (falls erforderlich, nicht gezeigt) zum überkritischen Abschnitt 20 der Dampfturbine 18 rückgeführt. Kalter Zwischendampf, der bei 2 aus dem HP-Abschnitt 22 der Dampfturbine 18 austritt, wird durch Zwischenüberhitzer 50 und 52 geleitet, wie oben beschrieben. Der zwischenüberhitzte Dampf wird bei 3 (über entsprechende Absperr/Regelventile, nicht gezeigt) zum IP (Zwischendruck)-Abschnitt der Dampfturbine rückgeführt. [0019] Wärme wird dem HRSG durch die Abgase aus der Gasturbine zugeführt, die über die Leitung 72 in den HRSG eingeleitet werden und über die Leitung 74 aus dem HRSG in einen Schornstein (nicht gezeigt) austreten. Das heisst, das Abgas aus der Gasturbine tritt in den HRSG 30 ein, wo es auf den Hochdrucküberhitzer 48, den Zwischenüberhitzerabschnitt 52 (RHl) und Hochdrucküberhitzer 46 trifft, die in Bezug auf die Richtung des Gasstroms alle vor dem überkritischen HP-Verdampfer 44 angeordnet sind. Der kälteste Zwischenüberhitzerabschnitt 50 (RH2) liegt hinter dem überkritischen HP-Verdampfer 44. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform wird das Abgas 2 aus dem HP-Abschnitt 22 der Dampfturbine 18 dem Zwischenüberhitzerabschnitt 50 zugeführt, wie oben erwähnt. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform ist der Niederdrucküberhitzer 42 zwischen dem Zwischenüberhitzerabschnitt 50 und dem überkritischen HP-Verdampfer 44 angeordnet. [0020] Wie durch das folgende Beispiel gezeigt, ergibt der überkritische Zweidruck-Prozess (bei überkritischem Hochdruck) mit Zwischenüberhitzung unter der kritischen Temperatur eine bessere Leistung als der traditionelle unterkritische Dreidruck-Zwischenüberhitzungsprozess oder ein überkritischer Prozess ohne einen Zwischenüberhitzerabschnitt im Gasweg hinter dem überkritischen Verdampferabschnitt. Der HP-HRSG wird bei überkritischem Druck betrieben, wobei der Einlassventildruck der überkritischen Dampfturbine 4300 psia (Pfund pro Quadratzoll absolut) beträgt. Dampf aus der überkritischen Dampfturbine wird in die HP-Dampfturbine eingelassen (die überkritische und HP-Dampfturbine können eine Einzelturbine sein, obwohl hier zwei Turbinen gezeigt werden). Die Auslasstemperatur der HP-Dampfturbine beträgt 460 F. Die Auslasstemperatur des ersten Zwischenüberhitzerabschnitts 50 (RH2) war auf 655 F eingestellt. Die Einlass- und Auslasstemperaturen des RH2 und des HP Econ 1 wurden angeglichen. Die Auslasstemperatur des RH1 war auf 1050 F eingestellt. [0021] Die vorgeschlagene Anordnung führt zur Erhöhung des Gesamtwirkungsgrads des kombinierten Prozesses um +0,63%-Punkte bei einer Nettoleistungserhöhung von +0.97% im Vergleich zu einem unterkritischen kombinierten Dreidruck (3 Druck)-Prozess mit Zwischenüberhitzung. Die Zunahme der HRSG-Fläche wird auf ¯35% geschätzt. Die Einlassdrücke der IP und LP-Dampfturbinen waren die gleichen wie im Bezugsbeispiel; deshalb waren keine Änderungen an den IP- und LP-Dampfturbinen notwendig. Die HP-Dampfturbine kann in eine überkritische Dampfturbine mit einem Einlassventildruck von 4300 psia und einem HP-Abschnitt mit einem Einlassventildruck im Bereich einer konventionellen HP-Dampfturbine aufgeteilt werden, wie in Fig. 1 gezeigt. Eine zweite Option besteht darin, die überkritische und die HP-Dampfturbine zu einem einzigen Ausrüstungsstück (SC-HP-Dampfturbine) zu integrieren. Zusätzliche Hilfsbetriebsleistung, die von Zusatzeinrichtungen (z.B. SC-Druckpumpen) benötigt wird, wurde in den Berechnungen berücksichtigt. Die Schornstein-Gastemperatur beträgt 177.2 F. [0022] Fig. 2 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, in der wieder die zweifache Zwischenüberhitzung implementiert ist. In dieser Ausführungsform wird das Abgas 7 aus der überkritischen Dampfturbine 20 in einem HRSG-Abschnitt 153 parallel zum zweiten Zwischenüberhitzerabschnitt 152 zwischenüberhitzt und tritt dann bei 6 in die HP-Dampfturbine 22 ein. In dieser Ausführungsform ist das zweite Zwischenüberhitzungssystem 152 wie in der Ausführungsform von Fig. 1 zwischen den HP-Überhitzern 48, 46 angeordnet, auch wenn die Erfindung nicht auf eine solche Anordnung dieses Abschnitts beschränkt ist. Für diesen zweifachen Zwischenüberhitzungsprozess ist, wie erwähnt, eine parallele Anordnung des Hochdruck-Zwischenüberhitzers 153 mit der zweiten Stufe 152 des Niederdruck-Zwischenüberhitzers gezeigt. Ähnliche thermodynamische Vorteile können aber auch mit einer verflochtenen Anordnung mit abwechselnden Hochdruck-Zwischenüberhitzer- und Niederdruck-Zwischenüberhitzer-Rohrzeilen der zweiten Stufen in Reihe erreicht werden. Ansonsten entspricht die Ausführungsform von Fig. 2 der Ausführungsform von Fig. 1, und entsprechende Teile sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen, werden aber Bezug nehmend auf Fig. 2 nicht erneut beschrieben. [0023] Fig. 3 veranschaulicht eine weitere Implementierung der Erfindung. In der Ausführungsform von Fig. 3 ist hinter "HP_EVA OTB" 44 und vor dem Zwischenüberhitzer der ersten Stufe 50 (RH2) ein HRSG-Vorwärmerabschnitt 78 zur Erhitzung von Wasser vorgesehen, das zum Erwärmen des Gasturbinen-Brennstoffgases benutzt wird. Dies erlaubt die effiziente Erwärmung des Brennstoffgases bis auf den 600 F-Bereich. In der dargestellten Ausführungsform ist hinter dem Zwischenüberhitzer der ersten Stufe (RH2) ein zweiter HRSG-Vorwärmerabschnitt 76 vorgesehen. Die Hochdruck-Speisewasserpumpe 62 leitet folglich Wasser zur Brennstofferwärmung zum FH2-Abschnitt 76, von dem aus es vor den FH1-Abschnitt 78 und dann weiter zum Wärmeaustauscher 80 geleitet wird, um die Brennstoffzuleitung zur Brennkammer 14 zu beheizen. Ansonsten entspricht die Ausführungsform von Fig. 3 der Ausführungsform von Fig. 1, und entsprechende Teile sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen, werden aber Bezug nehmend auf Fig. 3 nicht erneut beschrieben. [0024] Auch wenn die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was gegenwärtig als die praktischste und bevorzugte Ausführungsform betrachtet wird, versteht es sich, dass die Erfindung sich nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdecken soll, die im Geist und Umfang der beiliegenden Ansprüche liegen.
Claims (10)
1. System mit kombiniertem Prozess unter Verwendung überkritischen Dampfs, umfassend:
eine Gasturbine (16);
ein überkritisches Dampfturbinensystem (18) mit einem überkritischen Abschnitt (20), einem Hochdruckabschnitt (22), einem Zwischendruckabschnitt (24 und mindestens einem Niederdruckabschnitt (26);
und
einen überkritischen Dampfwärmerückgewinnungsdampferzeuger (30) zum Empfangen von Abgas (72) aus der Gasturbine (16), um Fluid aus dem Dampfturbinensystem (18) zu erwärmen, wobei dieses Gasturbinenabgas entlang eines Abgasströmungswegs von einem Eintrittsende zu einem Austrittsende des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers strömt,
wobei dieser Wärmerückgewinnungsdampferzeuger einen überkritischen Verdampfer (44) aufweist, der angeordnet ist, um einem Überhitzer (46, 48) zwischen dem überkritischen Verdampfer (44) und dem Eintrittsende des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers Dampf zuzuführen, wobei der aus diesem Überhitzer austretende Dampf zum überkritischen Abschnitt (20) der Dampfturbine rückgeführt wird und ein Zwischenüberhitzer (50, 52) entlang dieses Abgasströmungswegs angeordnet ist,
wobei dieser Zwischenüberhitzer kalten Zwischendampf aus dem Dampfturbinensystem empfängt und zwischenüberhitzten Dampf zum Dampfturbinensystem rückführt,
wobei der Zwischenüberhitzer mindestens einen ersten (50) und zweiten (52) Abschnitt aufweist, wobei der erste Zwischenüberhitzerabschnitt (50) entlang des Abgasströmungswegs durch den Wärmerückgewinnungsdampferzeuger hinter dem zweiten Zwischenüberhitzerabschnitt (52) angeordnet ist,
wobei der erste Abschnitt (50) des Zwischenüberhitzers entlang des Abgasströmungswegs hinter dem überkritischen Verdampfer (44) angeordnet ist und der zweite Abschnitt (52) des Zwischenüberhitzers entlang dieses Abgasströmungswegs vor dem überkritischen Verdampfer (44) angeordnet ist, und
wobei der erste und zweite Abschnitt (50, 52) des Zwischenüberhitzers derart in Reihe angeordnet ist,
dass kalter Zwischendampf aus dem Dampfturbinensystem vom ersten Abschnitt (50) des Zwischenüberhitzers empfangen wird und Dampf, der aus dem ersten Abschnitt des Zwischenüberhitzers austritt, dem zweiten Abschnitt (52) des Zwischenüberhitzers zugeführt wird.
2. System mit kombiniertem Prozess nach Anspruch 1, wobei der überkritische Verdampfer (44) als die Wärmeübertragungsfläche definiert wird, die das überkritische Fluid von unter der kritischen Temperatur auf über die kritische Temperatur erwärmt, und ausserdem hinter dem überkritischen Hochdruckverdampfer entlang dieses Abgasströmungswegs einen Niederdruckverdampfer (36) umfasst, und wobei der Überhitzer ein Hochdrucküberhitzer ist und ausserdem einen Niederdrucküberhitzer (40, 42) umfasst, wobei der Dampf aus dem Niederdruckverdampfer zum Niederdrucküberhitzer strömt.
3. System mit kombiniertem Prozess nach Anspruch 2, wobei Dampf aus dem Niederdrucküberhitzer in einen Niederdruckabschnitt (26) des Dampfturbinensystems eingelassen wird.
4. System mit kombiniertem Prozess nach Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt (50) des Zwischenüberhitzers kalten Zwischendampfström aus dem Hochdruckabschnitt (22) des Dampfturbinensystems empfängt und der zweite Abschnitt (52) des Zwischenüberhitzers zwischenüberhitzten Dampf zum Zwischendruckabschnitt (24) des Dampfturbinensystems rückführt.
5. System mit kombiniertem Prozess nach Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt (50) des Zwischenüberhitzers parallel zu einem Hochdruckvorwärmer (38) angeordnet ist, wobei Kondensat aus diesem Hochdruckvorwärmer zum überkritischen Verdampfer (44) geleitet wird (68).
6. System mit kombiniertem Prozess nach Anspruch 1, wobei der zweiten Abschnitt (152) des Zwischenüberhitzers parallel zu einem Hochdruck-Überhitzerabschnitt (153) angeordnet ist, der Zwischendampf aus dem überkritischen Abschnitt (20) des Dampfturbinensystems empfängt und den zwischenüberhitzten Dampf zum Hochdruckabschnitt (22) des Dampfturbinensystems rückführt.
7. System mit kombiniertem Prozess nach Anspruch 1, ausserdem umfassend einen Vorwärmerabschnitt (76, 78) zum Erwärmen von Wasser, das zur Beheizung von Gasturbinenbrennstoffgas in einem Wärmeaustauscher (80) verwendet wird, wobei dieser Vorwärmerabschnitt hinter dem überkritischen Verdampfer (44) vorgesehen ist, und wobei der Vorwärmerabschnitt einen Vorwärmerabschnitt (78) aufweist, der hinter dem überkritischen Verdampfer (44) und vor dem ersten Zwischenüberhitzerabschnitt (50) angeordnet ist, und einen zweiten Vorwärmerabschnitt (76), der hinter dem ersten Zwischenüberhitzerabschnitt (50) angeordnet ist, und wobei der zwischenüberhitzte Dampf aus dem ersten Zwischenüberhitzer (50) zum zweiten Zwischenüberhitzer (52) vor dem überkritischen Verdampfer (44) geleitet wird und dann zu einem Zwischendruckabschnitt des Dampfturbinensystems rückgeführt wird.
8. Verfahren zur Zwischenüberhitzung von kaltem Dampf in einem System mit kombiniertem Prozess unter Verwendung überkritischen Dampfs, umfassend eine Gasturbine (16), ein überkritisches Dampfturbinensystem (18) mit einem überkritischen Abschnitt (20), einem Hochdruckabschnitt (22), einem Zwischendruckabschnitt (24) und mindestens einem Niederdruckabschnitt (26);
und einen überkritischen Dampfwärmerückgewinnungsdampferzeuger (30) zum Empfangen von Abgas (72) aus der Gasturbine, um Fluid aus dem Dampfturbinensystem zu erwärmen, wobei dieser Wärmerückgewinnungsdampferzeuger einen überkritischen Verdampfer (44) aufweist, der angeordnet ist, um einem Überhitzer (46, 48)zwischen dem überkritischen Verdampfer (44) und dem Eintrittsende des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers Dampf zuzuführen, wobei der aus diesem Überhitzer austretende Dampf zum überkritischen Abschnitt (20) der Dampfturbine rückgeführt wird und ein Zwischenüberhitzer (50,52) entlang dieses Abgasströmungswegs angeordnet ist, wobei dieser Zwischenüberhitzer kalten Zwischendampf aus dem Dampfturbinensystem empfängt und zwischenüberhitzten Dampf zum Dampfturbinensystem rückführt, wobei der Zwischenüberhitzer mindestens einen ersten (50) und zweiten (52)
Zwischenüberhitzerabschnitt aufweist, wobei der erste Zwischenüberhitzerabschnitt (50) entlang des Abgasströmungswegs durch den Wärmerückgewinnungsdampferzeuger hinter dem zweiten Zwischenüberhitzerabschnitt (52) liegt, wobei das Verfahren umfasst:
das Strömen von Dampf einschliesslich eines kalten Zwischendampfstroms aus dem Dampfturbinensystem (18) zum ersten Zwischenüberhitzerabschnitt (50) des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers (30), der in Bezug auf die Strömungsrichtung des Abgases hinter dem überkritischen Verdampfer (44) liegt, danach das Strömen dieses Dampfes zum zweiten Zwischenüberhitzerabschnitt (52) des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers, der in Bezug auf die Strömungsrichtung des Abgases vor dem überkritischen Verdampfer (44) liegt, und dann das Strömen dieses Dampfs zum Dampfturbinensystem (18).
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der überkritische Verdampfer (44) als die Wärmeübertragungsfläche definiert wird, die das überkritische Fluid von unter der kritischen Temperatur auf über die kritische Temperatur erwärmt und ausserdem hinter dem überkritischen Hochdruckverdampfer entlang des Abgasströmungswegs einen Niederdruckverdampfer umfasst, und wobei der Überhitzer ein Hochdrucküberhitzer ist und ausserdem einen Niederdrucküberhitzer (40, 42) umfasst, wobei Dampf aus dem Niederdruckverdampfer zum Niederdrucküberhitzer strömt.
10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erste Abschnitt (50) des Zwischenüberhitzers kalten Zwischendampf aus dem Hochdruckabschnitt (22) des Dampfturbinensystems empfängt und der zweite Abschnitt (52) des Zwischenüberhitzers zwischenüberhitzten Dampf zum Zwischendruckabschnitt (24) des Dampfturbinensystems rückführt.
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US11/905,846 US7874162B2 (en) | 2007-10-04 | 2007-10-04 | Supercritical steam combined cycle and method |
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