DE102009026314A1 - System und Verfahren zur Steuerung der Schachttemperatur - Google Patents

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Prakash Narayan
Shinoj Vakkayil Chandrabose
Bhaskar Pemmi
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Abstract

Es ist ein Schachttemperatursteuersystem (34) geschaffen. Das Schachttemperatursteuersystem enthält einen ersten Wärmetauscher, der stromaufwärts in Abgasströmungsverbindung mit einem Abgaseinlass zu dem Schacht positioniert ist, einen zweiten Wärmetauscher, der stromaufwärts in Abgasströmungsverbindung mit dem ersten Wärmetauscher positioniert ist, und eine wasserseitige Leitung (21), die konfiguriert ist, um eine relativ heiße Wasserströmung von dem zweiten Wärmetauscher zu dem ersten Wärmetauscher derart zu führen, dass eine Temperatur einer Abgasströmung, die durch den ersten Wärmetauscher strömt, innerhalb eines vorbestimmten Bereiches aufrechterhalten wird.

Description

  • HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung betrifft allgemein Energieerzeugungssysteme und insbesondere ein System und Anordnungen zur Steuerung einer Temperatur von Abgasen in einem Schacht eines Kombizykluskraftwerks.
  • Wenigstens einige bekannte Kombizyklus-Energieerzeugungssysteme enthalten eine Gasturbine und eine Dampfturbine in Kombination miteinander, um Leistung zu erzeugen. Das Kraftwerk ist derart eingerichtet, dass die Gasturbine mit der Dampfturbine über einen Abhitzedampferzeuger („HRSG”, Heat Recovery Steam Generator) thermisch verbunden ist. Der HRSG ist ein kontaktloser Wärmetauscher, der Speisewasser für den Dampferzeugungsprozess ermöglicht, durch ansonsten verschwendete Abgase der Gasturbine erhitzt zu werden. Der HRSG ist ein großer Kanal mit Rohrbündeln, die darin derart eingefügt sind, dass Wasser zu Dampf erhitzt wird, wenn die Abgase durch den Kanal strömen. Der primäre Nutzeffekt der Kombizyklusanordnung ist die Nutzung der ansonsten verschwendeten Gasturbinenabgase.
  • Moderne Kombizyklen verwenden gewöhnlich zwei oder drei Dampferzeugungsdrücke, um die maximale Energie von dem Gasturbinenabgas wiederzugewinnen. Der Wärmeaustauschprozess des HRSGs ist ein Gegenstromprozess, in dem die Temperatur der heißen Abgase sich verringert, wenn diese durch den HRSG zu dem Schacht strömen, während die Temperatur des Dampf-Wasser-Gemisches in den Rohren steigt, wenn dieses zu dem Gaseinlass des HRSGs hin gegen den Strom der heißen Abgase geleitet wird.
  • Ein Schlüsselparameter bei der Optimierung des Kombizykluswirkungsgrads ist die Tatsache, dass der höchste Wirkungsgrad bei der geringsten Schachtgastemperatur an dem Auslassende des Abgasschachtes erreicht wird. Die untere Grenze für die Schachtgastemperatur ist gewöhnlich durch den Schwefelgehalt in dem Gasturbinenbrennstoff vorgegeben. Dies rührt daher, dass Schwefelverbindungen bei bestimmten relativ niedrigen Temperaturen an den Rohrbündeln kondensieren und dadurch ernsthafte Korrosion an den Rohrbündeln verursachen. Es ist ferner bekannt, dass der Taupunkt der korrosiven Schwefelverbindungen mit steigender Konzentration von Schwefel in dem Brennstoff steigt.
  • Wenigstens einige bekannte Verfahren zur Optimierung des Wirkungsgrads eines Kombikraftwerks enthalten eine Auslegung des HRSG- und Dampfsystems, um bei einer Schachtgastemperatur zu arbeiten, die eine Wärmeübertragungsflächenkorrosion bei geringer Temperatur entsprechend dem höchsten erwarteten Wert des Schwefelgehalts in dem Brennstoff, der in der speziellen Anwendung verbrannt werden soll, vermeiden würde. Wenn Brennstoff mit einem geringen Brennstoffschwefelgehalt verbrannt wird, kann die HRSG-Schachtgastemperatur nicht verringert werden, um den Wirkungsgrad zu verbessern, obwohl die Konzentration der Schwefelverbindung dies ermöglichen würde. Wenn umgekehrt der HRSG mit einer Schachtgastemperatur entsprechend dem geringsten zu erwarteten Brennstoffschwefelgehalt ausgelegt würde, würde der Kraftwerkswirkungsgrad verbessert sein, jedoch würde die Wärmeübertragungsfläche des HRSG eine Korrosion erfahren, wenn ein Brennstoff mit höherem Schwefelgehalt verbrannt werden würde. Ein derartiges Verfahren schränkt jedoch den Schwefelgehalt des Brennstoffs eng ein und beschränkt folglich die Art des Brennstoffs, der verbrannt werden kann.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In einer Ausführungsform enthält ein System zur Steuerung einer Temperatur eines Abgasschachtes einen ersten Wärmetauscher, der stromaufwärts in Abgasströmungsverbindung mit einem Abgaseinlass zu dem Schacht angeordnet ist, einen zweiten Wärmetauscher, der stromaufwärts in Abgasströmungsverbindung mit dem ersten Wärmetauscher angeordnet ist, und eine wasserseitige Leitung, die konfiguriert ist, um eine Strömung relativ heißen Wassers von dem zweiten Wärmetauscher zu dem ersten Wärmetauscher derart zu leiten, dass eine Temperatur einer durch den ersten Wärmetauscher strömenden Abgasströmung innerhalb eines vorbestimmten Bereiches aufrechterhalten wird.
  • In einer weiteren Ausführungsform enthält ein Verfahren zur Steuerung einer Temperatur eines Abgasschachtes ein Übertragen von Wärme von einer Abgasströmung auf eine Wasserströmung in einem ersten Wärmetauscher und ein Übertragen von Wärme von der Wasserströmung auf die Abgasströmung unter Verwendung eines zweiten Wärmetauschers stromabwärts von dem ersten Wärmetauscher in einer Richtung der Abgasströmung.
  • In einer noch weiteren Ausführungsform enthält ein Kombizyklus-Kraftwerksystem wenigstens eine Gasturbine und wenigstens eine Dampfturbine, die über wenigstens einen Abhitzedampferzeuger thermisch miteinander verbunden sind. Das Kombizyklus-Kraftwerksystem enthält ferner einen ersten Wärmetauscher, der stromaufwärts in Abgasströmungsverbindung mit einem Abgasauslass des Abhitzedampferzeugers angeordnet ist, einen zweiten Wärmetauscher, der stromaufwärts in Abgasströmungsverbindung mit dem ersten Wärmetauscher angeordnet ist, und eine wasserseitige Leitung, die konfiguriert ist, um eine Strömung relativ heißen Wassers von dem zweiten Wärmetauscher zu dem ersten Wärmetauscher zu leiten, so dass eine Erhöhung der Tem peratur einer Abgasströmung, die durch den ersten Wärmetauscher strömt, ermöglicht wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 14 zeigen beispielhafte Ausführungsformen der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren.
  • 1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines beispielhaften Kombizyklus-Kraftwerksystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 2 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Kombizyklus-Kraftwerksystems mit integrierter Vergasung (IGCC-Kraftwerksystems) entsprechend einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 zeigt eine schematisierte Darstellung eines erdgasgefeuerten Kombizyklus-Kraftwerksystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Steuerung einer Temperatur eines Abgasschachtes.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Die folgende detaillierte Beschreibung veranschaulicht Ausführungsformen der Erfindung als ein Beispiel und nicht zu Zwecken einer Beschränkung. Es ist vorgesehen, dass die Erfindung eine allgemeine Anwendung zur Verbesserung des Wirkungsgrades der Verbrennung und der Energieerzeugungssysteme durch Nutzung von Wärme zunehmend höherer Temperatur bzw. höheren Wärmegrades, um einen Brennstoffzufluss zu einem Brenner vorzuheizen, in industriellen, kommerziellen und wohnungsbezogenen Anwendungen findet. In dem hierin verwendeten Sinne bezieht sich Wärme hohen Grades bzw. hoher Temperatur auf eine Wärme bei einer relativ hohen Temperatur, während sich Wärme geringeren Grades bzw. geringerer Temperatur auf eine Wärme bei einer verhältnismäßig geringen Temperatur bezieht und sich Wärme mittleren Grades bzw. mittlerer Temperatur auf eine Wärme bei einer Temperatur zwischen derjenigen der Wärme geringeren Grades und der Wärme hohen Grades bezieht.
  • In dem hier verwendeten Sinne sollte ein Element oder Schritt, das bzw. der in der Einzahl angegeben und dem das Wort „ein” oder „eine” vorangestellt ist, nicht derart verstanden werden, als würde dies mehrere Elemente oder Schritte ausschließen, wenn ein derartiger Ausschluss nicht explizit angegeben ist. Ferner sollen Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform” der vorliegenden Erfindung nicht derart interpretiert werden, als würden sie die Existenz weiterer Ausführungsformen ausschließen, die ebenfalls die angegebenen Merkmale enthalten.
  • 1 zeigt eine schematisierte Darstellung eines beispielhaften Kombizyklus-Kraftwerksystems bzw. -Energieerzeugungssystems 5 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Kraftwerksystem 5 enthält eine Gasturbinenanordnung 7, die einen Verdichter 10, eine Brennkammer 12 und eine Turbine 13 enthält, die durch expandierende heiße Gase angetrieben ist, die in der Brennkammer 12 erzeugt werden, um einen elektrischen Generator 14 anzutreiben. Abgase aus der Gasturbine 13 werden durch eine Leitung 15 zu einem Abhitzedampferzeuger (HRSG, Heat Recovery Steam Generator) 16 geliefert, um aus den Abgasen Abhitze wiederzugewinnen. In der beispielhaften Ausführungsform enthält der HRSG 16 einen Hochdruckabschnitt (HD-Abschnitt) 24, einen Mitteldruckabschnitt (MD-Abschnitt) 26 und einen Niederdruck(ND)-Abschnitt 30. Jedoch ist der HRSG 16 in anderen Ausführungsformen in eine andere Anzahl von Abschnitten und andere Druckbereiche unterteilt. Der HRSG 16 ist konfiguriert, um Wärme zunehmend geringerer Temperatur bzw. geringeren Grades von den Abgasen auf Wasser zu übertragen, das durch jeden Abschnitt mit zunehmend geringerem Druck zirkuliert. Jeder der HD-, MD- und ND-Abschnitte 24, 26 und 30 kann einen Ekonomiser bzw. Vorwärmer, einen Verdampfer, einen Zwischen- oder Überhitzer und/oder Speisewasservorwärmer oder sonstige Vorwärmeeinrichtungen enthalten, die dem jeweiligen Abschnitt zugeordnet sind, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, einen Hochdruckabschnittsvorwärmer, der in mehrere Wärmetauscher aufgeteilt sein kann, die dann in einem oder mehreren der Abschnitte (HD, MD, ND) positioniert sind. Der Abschnitts-Ekonomiser dient gewöhnlich zum Vorwärmen von Wasser, bevor dieses beispielsweise in dem Verdampfer zu Dampf gewandelt wird.
  • Zur Erzeugung von Dampf wird Wasser zu dem HRSG 16 über eine Leitung 21 befördert. Aus den Abgasen, die dem HRSG 16 zugeführt werden, wiedergewonnene Wärme wird auf Wasser/Dampf in dem HRSG 16 übertragen, um Dampf zu erzeugen, der über eine Leitung 17 zu einer Dampfturbine 18 zum Antreiben eines Generators 19 geliefert wird. Die Leitung 17 repräsentiert mehrere Dampfleitungen zwischen dem HRSG 16 und der Dampfturbine 18 für den bei unterschiedlichen Druckstufen erzeugten Dampf. Abgekühlte Gase von dem HRSG 16 werden über einen Austrittskanal 31 und einen (nicht veranschaulichten) Schacht in die Atmosphäre entlassen.
  • In der beispielhaften Ausführungsform enthält das Kombizykluskraftwerk 5 ferner ein Schachttemperatursteuerungssystem 34, das als eine von dem HRSG 16 gesonderte, eigenständige Vorrichtung positioniert ist. In einer alternativen Ausführungsform ist das Schachtemperatursteuersystem 34 innerhalb des HRSGs 16 positioniert. Aus einem oder mehreren Abschnitten des HRSGs wird Wasser und/oder Dampf entnommen, das bzw. der zu dem Schachttemperatursteuersystem 34 geleitet wird. Eine Strömung von Brennstoff-Heizwasser 36 wird von einem Wärmetauscher in dem HD-Abschnitt 24 durch einen Brennstofferhitzer 38 hindurch geleitet, wo die Temperatur einer durch den Brennstofferhitzer 38 strömenden Brennstoffströmung erhöht wird und diejenige der Wasserströmung von dem Wärmetauscher in dem HD-Abschnitt 24 verringert wird. Eine Brennstoffströmung 40 wird durch den Brennstofferhitzer 38 geführt, in dem die Brennstoffströmung 40 von der Brennstoff-Heizwasserströmung 36 übertragene Wärme empfängt. Der erwärmte Brennstoff wird zu der Brennkammer 12 geleitet. Die abgekühlte Strömung des Brennstoff-Heizwassers 36 wird zu dem Schachttemperatursteuersystem 34 geführt.
  • 2 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Kombizyklus-Kraftwerksystems 200 mit integrierter Vergasung (IGCC-Kraftwerksystems) gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der beispielhaften Ausführungsform wird eine Synthesegasströmung 202 von einem Vergaser 203 unter Verwendung einer Strömung von Wasser 204 eines Hochdruck(HD)-Ekonomisers, die einem Brennstofferhitzer 206 zugeführt wird, von einer Temperatur von etwa 360°F auf etwa 570°F erwärmt. Das Wasser stromabwärts von dem Brennstofferhitzer 206 ist auf eine Temperatur von etwa 310°F und bei relativ hohem Druck abgekühlt. Während eines Teillastbetriebs wird das gekühlte Wasser von dem Brennstofferhitzer 206 durch ein Druckreduzierventil 208 hindurch zu einem Niederdruck(ND)-Ekonomiser 210 an einem Auslass des HRSGs 16 geleitet, um eine Temperatur der Strömung der Abgase, die einem (nicht veranschaulichten) Abgasschacht zugeführt werden, zu regulieren bzw. zu beeinflussen. Zur Steuerung eines Durchsatzes des dem Ekonomiser zugeführten Wassers ermöglichen eine Durchflussbypassleitung 212 und ein Durchflussregelventil einer Strömung, den Ekonomiser 210 zu umströmen und dabei die Menge der für den Ekonomiser 210 verfügbaren Wärme und des den HRSG 16 verlassenden Gases zu beeinflussen. Durch Steuerung der Bypassströmung und/oder der Temperatur der Wasserströmung, die zu dem Ekonomiser 210 geleitet wird, kann die Schachttemperatur über einen weiten Betriebsbereich des Systems 200 kontrolliert bzw. gesteuert werden. Beispielsweise kann bei geringen Lasten Wärme dem Ekonomiser 210 hinzugefügt werden, um die Auslasstemperatur des HRSGs 16 zu erhöhen. Bei relativ hohen Lasten kann Wärme um den Ekonomiser 210 herum zu anderen Wärmetauschern in dem HRSG 16 umgeleitet werden, um die Effizienz des Systems 200 zu verbessern. Eine Steuerung der Schachttemperatur auf die minimale Temperatur, die zur Erfüllung von Gesichtspunkten hinsichtlich des Gastaupunkts erforderlich ist, ermöglicht einen effizienteren Betrieb des Systems 200.
  • 3 zeigt eine schematisierte Darstellung eines Erdgas gefeuerten Kombizyklus-Kraftwerksystems 300 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der beispielhaften Ausführungsform wird ein Wasserkreislauf 302 dazu verwendet, Wärme von einem Wärmetauscher relativ höheren Grades bzw. relativ höherer Temperatur, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, einem Mitteldruck-Ekonomiser 304, zu einem Wärmetauscher relativ niedrigeren Grades bzw. relativ niedrigerer Temperatur, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, einem Niederdruck-Ekonomiser 306 zu übertragen. Der Wasserkreislauf 302 enthält den Niederdruck-Ekonomiser 306, eine Umwälzpumpe 308, einen Wasser-Wasser-Wärmetauscher 310 oder eine Kondensatsammler- bzw. Entspanner-Mischvorrichtung, ein Druckreduzierventil 312 und eine Bypassleitung 314.
  • Im Betrieb wird Wasser des ND-Ekonomisers auf einen höheren Druck in der Umwälzpumpe 308 gepumpt und in dem Wasser-Wasser-Wärmetauscher 310 mit dem MD-Ekonomiser-Wasser erwärmt. Das MD-Wasser an einem ersten Auslass 316 des Wasser-Wasser-Wärmetauschers 310 wird zu einem Brennstofferhitzer 310 zum Erwärmen von Brennstoff geleitet. Das MD-Wasser an einem zweiten Auslass 318 des Wasser-Wasser-Wärmetauschers 310 liegt bei einer Temperatur von etwa 310°F und einem Druck von etwa 750 psig vor und wird zu dem Einlass des ND-Ekonomisers 306 geleitet, um die Abgasschachttemperatur zu regeln. Eine Brennstoffströmung 322, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, Erdgas, wird in einem Brennstofferhitzer 304 unter Verwendung von Wasser von dem Mitteldruck-Ekonomiser 304 von einer Temperatur von etwa 80°F auf etwa 365°F erwärmt.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zur Steuerung einer Temperatur eines Abgasschachtes. In der beispielhaften Ausführungsform enthält das Verfahren 400 ein Übertragen 402 von Wärme von einer Abgasströmung auf eine Wasserströmung in einem ersten Wärmetauscher und ein Übertragen 404 von Wärme von der Wasserströmung auf die Abgasströmung unter Verwendung eines zweiten Wärmetauschers stromabwärts des ersten Wärmetauschers in einer Richtung der Abgasströmung.
  • In dem hier verwendeten Sinne bezieht sich ein Kondensatsammler- bzw. Entspannermischbehälter auf einen Behälter, der konfiguriert ist, um Fluidströmungen mit unterschiedlichen Wärmegraden bzw. unterschiedlichen Temperaturen der Wärme zu empfangen und die Strömungen zu vereinigen, so dass eine Strömung von einem Auslass des Kondensatsammler- bzw. Entspannermischbehälters eine Temperatur und einen Druck aufweist, die sich aus der Kombination und Vermischung der empfangenen Strömungen ergeben. Demgemäß enthält in der beispielhaften Ausführungsform das System 300 eine Steuerungseinrichtung 324, die konfiguriert ist, um die Schachttemperatur unter Verwendung einer beliebigen Kombination der Einlassströmungen zu steuern/regeln, und sie kann die Auslasstemperatur und den Auslassdruck auf der Basis eines Betriebsmodus des Systems 300 steuern bzw. regeln. In dem hier verwendeten Sinne bezieht sich ein Betriebsmodus auf eine bestimmte Zusammenstellung und Einrichtung der Ausrüstung und/oder eine bestimmte Leistungsstufe und -abgabe der Gasturbine 13 und/oder Dampfturbine 18. In der beispielhaften Ausführungsform enthält die Steuerungseinrichtung 324 einen Prozessor 326, der programmierbar ist, um Anweisungen zum Durchführen der hierin beschriebenen Aktionen zu enthalten. In einer Ausführungsform ist die Steuerungseinrichtung 324 eine eigenständige, allein operierende Steuerung. In einer alternativen Ausführungsform bildet die Steuerungseinrichtung 324 einen Teil oder ein Modul eines größeren Steuerungssystems, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, eines verteilten Steuersystems (DCS, Distributed Control System).
  • Der Ausdruck Prozessor, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf zentrale Verarbeitungseinheiten, Mikroprozessoren, Mikrocontroller, Schaltungen zum Rechnen mit reduziertem Befehlssatz (RISC, Reduced Instruction Set Circuits), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC, Application Specific Integrated Circuits), Logikschaltungen und jede beliebige sonstige Schaltung oder jeden beliebigen sonstigen Prozessor, die bzw. der in der Lage ist, die hierin beschriebenen Funktionen auszuführen.
  • In dem hierin verwendeten Sinne sind die Ausdrücke „Software” und „Firmware” gegeneinander austauschbar und enthalten jedes beliebige Computerprogramm, das in einem Speicher zur Ausführung durch den Prozessor 242, einschließlich eines RAM-Speichers, ROM-Speichers, EPROM-Speichers, EEPROM-Speichers und eines nicht flüchtigen RAM-Speichers (NVRAM-Speichers), gespeichert ist. Die obigen Speicherarten sind lediglich beispielhafter Natur und somit hinsichtlich der Arten von Speichern, die zur Speicherung eines Computerprogramms verwendet werden können, nicht beschränkend.
  • Wie auf der Basis der vorstehenden Beschreibung verständlich wird, können die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung unter Verwendung von Computerprogrammier- oder Ingenieurtechniken implementiert werden, wozu Computersoftware, Firmware, Hardware und jede beliebige Kombination oder Untermenge von diesen gehören, wobei der technische Effekt in einer Steuerung bzw. Regelung des Brennstofferhitzerwassers zur Regulierung bzw. Einstellung der Abgasschachttemperatur liegt. Jedes derartige resultierende Programm, das Computer lesbare Codemittel aufweist, kann innerhalb eines oder mehrerer Computer lesbarer Medien enthalten oder bereitgestellt sein, wodurch ein Computerprogrammprodukt, d. h. ein Herstellungsgegenstand, gemäß den hierin erläuterten Ausführungsformen der Erfindung geschaffen wird. Das Computer lesbare Medium kann beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, eine Festplatte bzw. ein Festplattenlaufwerk, eine Diskette, eine optische Disk, ein Magnetband, ein Halbleiterspeicher, wie beispielsweise ein Festwertspeicher (ROM), und/oder jedes beliebige Sende-/Empfangsmedium, wie beispielsweise das Internet oder ein sonstiges Kommunikationsnetzwerk oder eine sonstige Kommunikationsverbindung, sein. Der Herstellungsgegenstand, der den Computercode enthält, kann durch Ausführung des Codes unmittelbar von einem Medium aus, durch Kopieren des Codes von einem Medium zu einem anderen Medium oder durch Übertragung des Codes über ein Netzwerk geschaffen und/oder verwendet werden.
  • Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen eines Systems und Verfahrens zur Steuerung/Regelung des HRSG-Wärmetauscherwassers zur Einstellung der Abgasschachttemperatur ergeben eine kostengünstige und zuverlässige Einrichtung zur Verbesserung des Wirkungsgrads des Kraftwerksystems durch Übertragung von Wärme von einem Wärmetauscher relativ höheren Grades bzw. relativ höherer Temperatur auf einen Wärmetauscher relativ geringeren Grades bzw. relativ geringerer Temperatur während Betriebszeiträume des Kombizyklus-Kraftwerksystems mit relativ geringer Last. Infolgedessen ermöglichen die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren eine Steigerung des Wirkungsgrads des Kraftwerksystems auf eine kostengünstige und zuverlässige Weise.
  • Vorstehend sind beispielhafte Systeme und Verfahren zur Steuerung des Brennstofferhitzerwassers zur Regulierung der Abgasschachttemperatur in Einzelheiten beschrieben. Die veranschaulichten Systeme sind nicht auf die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsformen beschränkt; vielmehr können Komponenten von jedem unabhängig und gesondert von anderen hierin beschriebenen Komponenten eingesetzt werden. Jede Systemkomponente kann auch in Kombination mit anderen Systemkomponenten eingesetzt werden.
  • Während die Erfindung anhand verschiedener spezieller Ausführungsformen beschrieben worden ist, wird ohne weiteres erkannt, dass die Erfindung innerhalb des Rahmens und Schutzumfangs der Ansprüche mit Modifikationen ausgeführt werden kann.
  • Es ist ein Schachttemperatursteuersystem 34 geschaffen. Das Schachttemperatursteuersystem enthält einen ersten Wärmetauscher, der stromaufwärts in Abgasströmungsverbindung mit einem Abgaseinlass zu dem Schacht positioniert ist, einen zweiten Wärmetauscher, der stromaufwärts in Abgasströmungsverbindung mit dem ersten Wärmetauscher positioniert ist, und eine wasserseitige Leitung 21, die konfiguriert ist, um eine relativ heiße Wasserströmung von dem zweiten Wärmetauscher zu dem ersten Wärmetauscher derart zu führen, dass eine Temperatur einer Abgasströmung, die durch den ersten Wärmetauscher strömt, innerhalb eines vorbestimmten Bereiches aufrechterhalten wird.
  • 5
    Kombizyklus-Kraftwerksystem, -Energieerzeugungssystem
    7
    Gasturbinenanordnung
    10
    Verdichter
    12
    Brennkammer
    13
    Gasturbine
    14
    Elektrischer Generator
    15
    Leitung
    16
    Abhitzedampferzeuger (HRSG)
    17
    Leitung
    18
    Dampfturbine
    19
    Generator
    20
    Kondensator
    21
    Leitung
    24
    Hochdruck(HD)-Abschnitt
    26
    Mitteldruck(MD)-Abschnitt
    30
    Niederdruck(ND)-Abschnitt
    31
    Austrittskanal
    34
    Schachttemperatursteuersystem
    36
    Heizwasser für Brennstoff
    38
    Brennstofferhitzer
    40
    Brennstoff
    200
    Kraftwerksystem, Energieerzeugungssystem
    202
    Synthesegas
    203
    Vergaser
    204
    Ekonomiserwasser
    206
    Brennstofferhitzer
    208
    Druckreduzierventil
    210
    (ND-)Ekonomiser
    212
    Durchflussbypassleitung
    242
    Prozessor
    300
    Kombizyklus-Kraftwerksystem
    302
    Wasserkreislauf
    304
    Mitteldruck-Ekonomiser
    306
    ND-Ekonomiser
    308
    Umwälzpumpe
    310
    Wasser-Wasser-Wärmetauscher
    312
    Druckreduzierventil
    314
    Bypassleitung
    316
    Erster Auslass
    318
    Zweiter Auslass
    322
    Brennstoff
    324
    Steuerungseinrichtung
    326
    Prozessor
    400
    Verfahren
    402
    Wärmeübertragung von einer Abgasströmung auf eine Wasserströmung in einem ersten Wärmetauscher
    404
    Wärmeübertragung von der Wasserströmung auf die Abgasströmung unter Verwendung eines zweiten Wärmetauschers stromabwärts des ersten Wärmetauschers in einer Richtung der Abgasströmung

Claims (10)

  1. Schachttemperatursteuersystem (34), das aufweist: einen ersten Wärmetauscher, der stromaufwärts in Abgasströmungsverbindung mit einem Abgaseinlass zu dem Schacht angeordnet ist; einen zweiten Wärmetauscher, der stromaufwärts in Abgasströmungsverbindung mit dem ersten Wärmetauscher angeordnet ist; und eine wasserseitige Leitung (21), die eingerichtet ist, um eine Strömung relativ heißen Wassers von dem zweiten Wärmetauscher zu dem ersten Wärmetauscher zu führen, so dass eine Temperatur einer Abgasströmung, die durch den ersten Wärmetauscher strömt, innerhalb eines vorbestimmten Bereiches gehalten wird.
  2. System (34) nach Anspruch 1, wobei die Abgasströmung, die durch den ersten Wärmetauscher strömt, auf einer Temperatur gehalten wird, die größer ist als wenigstens entweder eine Schwefeltaupunkttemperatur und/oder eine Säuretaupunkttemperatur.
  3. System (34) nach Anspruch 1, wobei der zweite Wärmetauscher einen Hochdruck-Ekonomiser eines Abhitzedampferzeugers (16) aufweist.
  4. System (34) nach Anspruch 3, wobei die wasserseitige Leitung (21) einen Brennstofferhitzer (206) und ein Druckreduzierventil (208) aufweist.
  5. System (34) nach Anspruch 1, wobei der zweite Wärmetauscher einen Mitteldruck-Ekonomiser (304) eines Abhitzedampferzeugers (16) aufweist.
  6. System (34) nach Anspruch 5, wobei die wasserseitige Leitung (21) ein Druckreduzierventil (208) und wenigstens entweder einen Wasser-Wasser-Wärmetauscher (310) und/oder einen Entspannermischbehälter aufweist.
  7. System (34) nach Anspruch 5, wobei die wasserseitige Leitung (21) einen Bypass aufweist, der verwendet wird, um einen Massendurchfluss von Wasser durch den ersten Wärmetauscher zu steuern.
  8. Kombizyklus-Kraftwerksystem (5), das wenigstens eine Gasturbine (13) und wenigstens eine Dampfturbine (18) enthält, die über wenigstens einen Abhitzedampferzeuger (16) thermisch miteinander verbunden sind, wobei das Kombizyklus-Kraftwerksystem aufweist: einen ersten Wärmetauscher, der stromaufwärts in Abgasströmungsverbindung mit einem Abgasauslass des Abhitzedampferzeugers positioniert ist; einen zweiten Wärmetauscher, der stromaufwärts in Abgasströmungsverbindung mit dem ersten Wärmetauscher positioniert ist; und eine wasserseitige Leitung (21), die eingerichtet ist, um eine Strömung relativ heißen Wassers von dem zweiten Wärmetauscher zu dem ersten Wärmetauscher zu leiten, so dass eine Steigerung der Temperatur einer Abgasströmung, die durch den ersten Wärmetauscher strömt, ermöglicht wird.
  9. System (5) nach Anspruch 8, das ferner eine Steuerungseinrichtung (324) aufweist, die eingerichtet ist, um: einen Temperaturwert der Abgase in der Nähe des Abgasauslasses des Abhitzedampferzeugers (16) zu empfangen; den empfangenen Temperaturwert mit einem vorbestimmten zulässigen Wertebereich zu vergleichen; und wenigstens entweder eine Durchflussrate der Strömung relativ heißen Wassers und/oder eine Temperatur der Strömung relativ heißen Wassers derart zu steuern, dass eine aus dem Abgasauslass des Abhitzedampferzeugers austretende Abgasströmung innerhalb des vorbestimmten zulässigen Wertebereiches aufrechterhalten wird.
  10. System (5) nach Anspruch 8, wobei die Steuerungseinrichtung (324) eingerichtet ist, um eine Bypassströmung um den ersten Wärmetauscher herum zu steuern, um einen Massendurchsatz von Wasser durch den ersten Wärmetauscher zu steuern.
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