CN102822475A - 用于提高配备有燃气涡轮的发电设备的效率的方法以及用于执行该方法的发电设备 - Google Patents

用于提高配备有燃气涡轮的发电设备的效率的方法以及用于执行该方法的发电设备 Download PDF

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Abstract

在配备有燃气涡轮(11)的发电设备(10)中用于燃气涡轮(11)的燃料借助于太阳能来预热。预热通过应用热传递循环(37)实现。在太阳能的源(33)与第一热传递循环(37)之间的附加的、第二热传递循环的应用使能够储存太阳能。根据本发明的燃料预热尤其使能够提高发电设备(10)的效率。

Description

用于提高配备有燃气涡轮的发电设备的效率的方法以及用于执行该方法的发电设备
技术领域
本发明涉及发电站技术的领域。其涉及一种用于提高配备有燃气涡轮的发电设备(Kraftwerksanlage)的效率的方法且尤其涉及一种用于预热燃料的方法。此外，本发明涉及一种用于执行该方法的发电设备。
背景技术
通过提高燃气涡轮中的燃料温度可改善燃料-空气混合物在燃气涡轮的燃烧器中的分布，这导致NOx-排放的减少。更重要的是，在组合式发电站(Kombikraftwerk)(联合循环发电站CCCP)的情况中，如果燃料预热被集成到组合式设备的水-蒸汽循环中，燃气涡轮和由此还有组合式设备的总效率可被改善。在申请人的KA26-1型号的组合式设备(带有GT26型号的燃气涡轮)的情况中，在全负荷下，在未预热的、15℃的冷的燃料与预热到＞100℃的燃料之间的差别导致在所输出的功率略微下降的情况下组合式设备效率的提高。输出功率的下降源于此，即用于预热燃料的热水被从水-蒸汽循环中抽出。
现在，天然气作为燃料被预热到＞100℃。最大温度主要由燃料系统的设备应付较高温度的能力决定，例如对于带有非金属的密封部的调节阀。然而寻求进一步提高燃料温度。
预热燃料从现有技术中原则上已知。例如文件EP 0 095 555如此教导在油燃烧器中预热和/或蒸发燃料，以便改善燃烧过程。文件US 6,233,914公开了一种用于热地预处理燃料的方法，在其中为了改良将太阳能蒸汽(Solardampf)喷入燃料中。从文件EP 0 903 484中已知在传热器(Waermeuebertrager)中借助于来自燃气涡轮设备的热气来预热燃料。文件US 6,269,626或文件DE19512466指出用于组合式发电站的类似系统。
此外在文件GB2449181中提出在组合式发电站中利用太阳能(Solarwaerme)来加热燃烧用空气。
尽管这样的技术证明可行，仍有一些缺点：
·通常，在温度直至＞200℃的情况下的高值的热能被用于预热燃料。然而在蒸汽涡轮中该热能可被更好地用于提高设备的功率和效率。
·如果燃气涡轮本身仅在单一循环中被运行，从水-蒸汽循环中没有热量可提供用于预热燃料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于提高配备有燃气涡轮的发电设备的效率的方法，其避免已知方法的缺点且尤其对于燃气涡轮也可在单一循环中来使用，以及说明一种用于执行该方法的发电设备。
该目的通过独立权利要求的特征的总体来实现。对于本发明重要的是，使用太阳能用于预热燃料。
根据本发明的方法特征在于，太阳能在太阳能场(Solarfeld)中被产生且借助于第一传热器和第一传热介质被传递到供应给燃气涡轮的燃料上。
在本方法的一实施方案中，附加地，太阳能从太阳能场经由中间循环被传递到第一传热介质上。对此太阳能首先在中间循环(其接在太阳能场与第一传热器之间)中、在第二传热器中被传递到第二传热介质上。然后借助于第二传热介质在第一传热器中将太阳能传递到第一传热介质上。该方法借助于中间循环尤其实现在带有减少的太阳辐射的小时期间储存太阳能用于燃料的预热。
为了将太阳能传递到燃料上在本方法的一实施方案中借助于太阳能来产生热水。
在另一实施方案中为了将太阳能传递到燃料上借助于太阳能来产生蒸汽。
在本方法的另一实施方案中为了将太阳能传递到燃料上加热油。
优选地使用天然气作为燃料，其中，借助于太阳能将天然气预热到超过50℃。
如果借助于太阳能将天然气预热到超过150℃，在发电站的效率和/或NOx排放方面还更有利。
根据本发明的发电设备包括：燃气涡轮，其带有用于压缩燃烧用空气的压缩机；燃烧室，在其中通过借助于被压缩的燃烧用空气燃烧燃料来产生热气；涡轮，在其中所产生的热气在做功(Arbeitsleistung)的情况下被降压(entspannen)；以及用于预热供应给燃烧室的燃料的器件，其中，预热器件与太阳能的源处于连接中。
在本发明的一实施方案中太阳能的源是太阳能场，其尤其包括收集器。这样的集电极可包括例如抛物形槽式收集器(Parabolrinnen-Kollektor)、Fresnel元件或定日镜设备(Heliostatenanlage)。
在本发明的另一实施方案中太阳能的源是面型的太阳能设备，例如布置在房顶或类似合适的面上的太阳能设备。这些尤其适合于传热介质、例如水成本有利地加热到直至130℃。
但是太阳能的源也可包括用于太阳能的蓄热器。如果夜间或在缺乏日照的小时期间也应实现燃料预热，那么尤其是这种情况。
按照根据独立权利要求的本发明的发电设备的一设计方案特征在于，传热器件包括接到燃料供给管路中的第一传热器，其在初级侧(Primaerseite)上由运输太阳能的传热介质流过。
尤其地，运输太阳能的介质在此是水或者蒸汽或者油。
优选地，在太阳能源与第一传热器之间可布置有带有第二传热器的中间循环。该第二传热器尤其可被用于储存热量，以便确保在缺乏日照或无日照的小时期间燃料的预热。
另一设计方案特征在于，燃气涡轮构造为带有两个燃烧室和两个涡轮的带有连续燃烧的燃气涡轮，并且用于两个燃烧室的燃料借助于太阳能来预热。
尤其地，燃气涡轮可以是包括水-蒸汽循环的组合式发电站的部分。
附图说明
接下来应根据与附图相联系的实施例详细说明本发明。其中：
图1显示了根据本发明的一实施例的带有通过太阳能场的燃料预热的组合式发电设备的原理图；以及
图2显示了图1中的负责太阳能的燃料预热的设备部件的一设计方案。
具体实施方式
在本发明的范围中提出，借助于太阳能预热用于燃气涡轮的燃料不取决于燃气涡轮本身是否单独来运行或者是否是带有水-蒸汽循环的组合式设备的部分。太阳能来源于合适的太阳能热力设备，其选择性地产生热水或蒸汽。那么供使用的、免费的太阳能在传热器中被传递到待预热的燃料上。设备的效率由此可被提高超过0.6%，而输出功率不减少。如果燃料通过太阳能例如被预热到＞150℃的温度、理想地到直至250℃，还产生更大的优点。
在图1中复述了根据本发明的一实施例的组合式发电站的极其简化的设备示意图。图1的带有太阳能燃料预热的组合式发电站10包括燃气涡轮11、带有蒸汽涡轮21(带有连续燃烧)的水-蒸汽循环20和带有太阳能场33的太阳能循环30。蒸汽涡轮11在当前的示例中由两个串联的压缩机13a、13b构成，其压缩经由进气口12抽吸的燃烧用空气且为了燃料的燃烧将其发出到第一燃烧室14中。产生的热气在第一涡轮15中在做工的情况下被降压、在第二燃烧室16中再次被加热且被导引通过第二涡轮17。压缩机13a、13b和涡轮15、17经由轴18与发电机19相连接。
从第二涡轮17离开的、总还热的废气被引导通过废热蒸汽发生器(热回收蒸汽发生器HRSG)26，其在那里产生用于水-蒸汽循环20(废热蒸汽发生器26被结合到其中)的蒸汽。在流过废热蒸汽发生器26之后，废气经由排气管29通过废气烟囱27排出。
水-蒸汽循环20主要由与发电机25相连接的蒸汽涡轮21、冷凝器22、给水壶(Speisewasserkessel)24、给水泵23和废热蒸汽发生器26形成。
用于例如15℃的温度的气态燃料、例如天然气的燃料供给管路34通向传热器32且从那里通向燃烧室14或在连续燃烧的情况中两个燃烧室14、16。经由传热器32将来自太阳能循环30(其由太阳能场33、多个抛物形槽式收集器28、泵31和传热器32的初级侧形成)的热能供应给燃料用于预热。当然，太阳能循环30附加地可关联有用于存储用于在无日照或缺乏日照的时间中(例如在夜间)的运行的太阳能的存储器件(图2中的蓄热器37)。同样可考虑，代替抛物形槽式收集器28，使用配备Fresnel元件(例如Fresnel镜)的收集器或者定日镜设备(例如带有太阳塔)。无收集器的太阳能设备(其面型地来布置)尤其也适合于将传热介质加热到110℃-130℃。
原则上，来自太阳能场33的太阳能(如在图1中所示)可直接经由传热器32被发出。如果在太阳能循环30中使用导热油(Thermooel)作为传热介质，传热器32在初级侧由导热油流过。但是也可考虑根据图2将中间循环36(其包含另一传热器37和专用的泵35)接入太阳能场33与处于燃料供给管路34中的传热器32之间。在中间循环36中可利用水或蒸汽作为传热介质。如果在太阳辐射缺乏或较小的时间将来自太阳能场33的太阳能储存和保持在所关联的蓄热器(例如盐存储器(Salzspeicher))37中(图2中的虚线圈)，借助于太阳能可连续维持燃料预热。
附图标记清单
10 组合式发电站
11 燃气涡轮(例如带有连续燃烧)
12 进气口
13a,13b 压缩机
14,16 燃烧室
15,17 涡轮
18 轴
19,25 发电机
20 水-蒸汽循环
21 蒸汽涡轮
22 冷凝器
23 给水泵
24 给水壶
26 废热蒸汽发生器(HRSG)
27 废气烟囱
28 抛物形槽式收集器
29 排气管
30 太阳能循环
31,35 泵
32,37 传热器
33 太阳能场
34 燃料供给管路
36 中间循环
37 蓄热器。

Claims (17)

1. 一种用于提高配备有燃气涡轮(11)的发电设备(10)的效率的方法，在所述方法中预热供应给所述燃气涡轮(11)的燃料，其特征在于，使用太阳能用于所述燃料的预热。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述太阳能在太阳能场(33)中被产生且借助于第一传热器(32)和第一传热介质被传递到供应给所述燃气涡轮(11)的所述燃料上。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述太阳能从所述太阳能场(33)经由中间循环(36)被传递到所述第一传热介质上。
4. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，为了将所述太阳能传递到所述燃料上借助于所述太阳能来加热水。
5. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，为了将所述太阳能传递到所述燃料上借助于所述太阳能来产生蒸汽。
6. 根据权利要求3所述的方法，其特征在于，为了将所述太阳能传递到所述燃料上借助于所述太阳能来加热油。
7. 根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，使用天然气作为燃料，并且借助于所述太阳能将所述天然气预热到超过50℃。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，借助于所述太阳能将所述天然气预热到超过150℃。
9. 一种用于执行所述方法的发电设备(10)，其包括：燃气涡轮(11)，其带有用于压缩燃烧用空气的压缩机(13a, 13b)；燃烧室(14, 16)，在其中通过借助于被压缩的所述燃烧用空气燃烧燃料来产生热气；涡轮(15, 17)，在其中所产生的所述热气在做功的情况下被降压；以及用于预热供应给所述燃烧室(14, 16)的所述燃料的器件(32, 34)，其特征在于，所述预热器件(32, 34)与太阳能的源(33, 37)处于连接中。
10. 根据权利要求9所述的发电设备，其特征在于，所述太阳能的源是太阳能场(33)。
11. 根据权利要求10所述的发电设备，其特征在于，所述太阳能场(33)包括抛物形槽式收集器(28)、Fresnel元件或定日镜设备。
12. 根据权利要求8所述的发电设备，其特征在于，所述太阳能的源包括用于太阳能的蓄热器(37)。
13. 根据权利要求9至12中任一项所述的发电设备，其特征在于，所述预热器件包括第一传热器(32)，其接到燃料供给管路(34)中且在初级侧上由运输太阳能的介质流过。
14. 根据权利要求13所述的发电设备，其特征在于，运输太阳能的所述介质是水或者蒸汽或者油。
15. 根据权利要求13或14所述的发电设备，其特征在于，在所述太阳能源(33, 37)与所述第一传热器(32)之间布置有带有第二传热器(37)的中间循环(36)。
16. 根据权利要求9至15中任一项所述的发电设备，其特征在于，所述燃气涡轮(11)构造为带有两个燃烧室(14, 16)和两个涡轮(15, 17)的带有连续燃烧的燃气涡轮，且用于两个燃烧室(14, 16)的所述燃料借助于太阳能来预热。
17. 根据权利要求9至16中任一项所述的发电设备，其特征在于，所述燃气涡轮(11)是包括水-蒸汽循环(20)的组合式发电站(10)的部分。
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