DE102011056910A1 - System und Verfahren zur Nutzung der Wärme eines Gasturbinenzwischenkühlers in einem Bottoming-Dampfprozess - Google Patents
System und Verfahren zur Nutzung der Wärme eines Gasturbinenzwischenkühlers in einem Bottoming-Dampfprozess Download PDFInfo
- Publication number
- DE102011056910A1 DE102011056910A1 DE102011056910A DE102011056910A DE102011056910A1 DE 102011056910 A1 DE102011056910 A1 DE 102011056910A1 DE 102011056910 A DE102011056910 A DE 102011056910A DE 102011056910 A DE102011056910 A DE 102011056910A DE 102011056910 A1 DE102011056910 A1 DE 102011056910A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- steam
- turbine
- intercooler
- gas
- gas turbine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 13
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims abstract description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 27
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 4
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 56
- 239000003570 air Substances 0.000 description 21
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 description 7
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 7
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 5
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 2
- 238000009834 vaporization Methods 0.000 description 2
- 230000008016 vaporization Effects 0.000 description 2
- 239000002918 waste heat Substances 0.000 description 2
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
- F02C7/14—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel
- F02C7/141—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid
- F02C7/143—Cooling of plants of fluids in the plant, e.g. lubricant or fuel of working fluid before or between the compressor stages
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
- F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
- F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
- F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
- F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C6/00—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use
- F02C6/18—Plural gas-turbine plants; Combinations of gas-turbine plants with other apparatus; Adaptations of gas-turbine plants for special use using the waste heat of gas-turbine plants outside the plants themselves, e.g. gas-turbine power heat plants
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/70—Application in combination with
- F05D2220/72—Application in combination with a steam turbine
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/08—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being otherwise bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
- Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
Abstract
Ein Dampfzyklus-Kraftwerk (100) enthält eine Gasturbine (10), einen Gasturbinenzwischenkühler (50), eine Dampfturbine (110) und einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG) (104). Der Gasturbinenzwischenkühler (50) gewinnt über die Gasturbine (10) erzeugte ungenutzte Wärme zurück und überträgt im Wesentlichen die gesamte zurückgewonnene Wärme zum Erzeugen von zusätzlichem Dampf für den Antrieb der Dampfturbine 110.
Description
- Hintergrund
- Diese Erfindung betrifft allgemein Gasturbinenmaschinen und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Entziehen und Nutzen von Wärme aus einem Gasturbinenzwischenkühler in einem Dampfzyklus.
- Gasturbinen enthalten im Wesentlichen in serieller Strömungsbeziehung einen Hochdruckverdichter zum Verdichten von Luft, die durch die Maschine strömt, einen Brenner, in welchem Brennstoff mit der verdichteten Luft gemischt und verbrannt wird, um einen Hochtemperaturgasstrom zu erzeugen, und eine Gasturbine. Der Hochdruckverdichter, Brenner und die Hochdruckturbine werden manchmal zusammengefasst als Kernmaschine bezeichnet. Wenigstens einige bekannte Gasturbinenmaschinen enthalten auch einen Niederdruckverdichter oder Booster zur Zuführung verdichteter Luft zu dem Hochdruckverdichter.
- Gasturbinenmaschinen werden in vielen Anwendungen, die Flugzeug-, Stromerzeugungs- und Schiffsanwendungen umfassen eingesetzt. Die gewünschten Maschinenbetriebseigenschaften variieren natürlich von Anwendung zu Anwendung. Insbesondere kann in einigen Anwendungen die Gasturbinenmaschine nur einen Ringbrenner mit einem Wassereinspritzsystem enthalten, das die Reduzierung von Stickoxid-(NOx)-Emissionen ermöglicht. Alternativ kann die Gasturbinenmaschine in einer anderen bekannten Anwendung einen trocken betriebenen emissionsarmen (DLE) Brenner enthalten.
- Gasturbinen alleine haben einen eingeschränkten Wirkungsgrad und einen erheblichen Anteil von nutzbarer Energie wird verschwendet, da heißes Abgas an die Umgebung abgegeben wird. Um den Wirkungsgrad eines Gasturbinenkraftwerks zu verbessern und diese Wärme für zusätzliche Stromerzeugung zu nutzen, sind viele Gasturbinen mit einem Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator und einem Dampfzyklus ausgestattet. Dieses ist als ein Kombinationszyklus bekannt.
- Zwischengekühlte Gasturbinenmaschinen können einen Brenner enthalten, der ein Einzelringbrenner, ein Rohr/Ring-Brenner oder ein DLE-Brenner sein kann. Obwohl die Verwendung eines Zwischenkühlers eine Steigerung des Wirkungsgrades der Maschine ermöglicht, wird die Abwärme des Zwischenkühlers von der Gasturbinenmaschine nicht genutzt und die Zwischenkühlerwärme aus einer zwischengekühlten Gasturbine oder einem Verdichter wird üblicherweise verschwendet. In einigen Anwendungen führt ein Kühlturm die Zwischenkühlerwärme an die Umgebung auf einem niedrigen Temperaturniveau ab.
- Es besteht ein Bedarf nach einem System und verfahren zum Entziehen und Nutzen von Wärme aus einem Gasturbinenzwischenkühler in einem Dampfzyklus.
- Kurzbeschreibung
- Gemäß einer Ausführungsform weist ein kombiniertes Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk auf:
eine Gasturbine;
einen Gasturbinenzwischenkühler;
eine Dampfturbine; und
einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG), der dafür eingerichtet ist, Dampf zum Antreiben der Dampfturbine in Reaktion auf erwärmtes Fluid zu erzeugen, das aus dem Gasturbinenzwischenkühler erhalten wird. - Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein kombiniertes Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk auf:
eine Gasturbine;
einen Gasturbinenzwischenkühler;
eine Dampfturbine; und
einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG) der stromabwärts von einem Niederdruck-Gasturbinenverdichter und stromaufwärts vor einem Hochdruck-Gasturbinenverdichter in einem Dampfzyklus eingefügt ist, wobei der HRSG dafür eingerichtet ist, Dampf zum Antreiben der Dampfturbine in Reaktion auf ein Wärmeübertragungsmedium zu erzeugen, das mittels des Gasturbinenzwischenkühlers erhalten wird. - Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform weist ein kombiniertes Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk auf:
eine Gasturbine;
einen Gasturbinenzwischenkühler;
eine Dampfturbine; und
einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG),
wobei der Gasturbinenzwischenkühler dafür eingerichtet ist, die Zwischenkühlungswärme zurückzugewinnen und im Wesentlichen die gesamte zurückgewonnene Wärme zum Erzeugen von heißem Wasser und Dampf zum Antreiben der Dampfturbine zu nutzen. - Zeichnungen
- Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich, wenn die nachstehende detaillierte Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche gelesen wird, in welchen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile durchgängig durch die Zeichnungen bezeichnen, in welchen:
-
1 eine Blockdarstellung einer Gasturbinenmaschine mit einem Zwischenkühlersystem ist; und -
2 ein Kombinationszyklus-Kraftwerk gemäß einer Ausführungsform darstellt. - Obwohl die vorstehend beschriebenen Figuren spezielle Ausführungsformen darstellen, werden auch weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie in der Diskussion angegeben, in Betracht gezogen. In allen Fällen präsentiert diese Offenlegung veranschaulichte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nur im Rahmen einer Darstellung und nicht einer Einschränkung. Zahlreiche weitere Modifikationen und Ausführungsformen können von dem Fachmann erdacht werden, welche in den Schutzumfang und Erfindungsgedanken der Prinzipien der Erfindung fallen.
- Detaillierte Beschreibung
-
1 ist eine Blockdarstellung einer Gasturbinenmaschine10 , die ein Zwischenkühlersystem12 enthält. Die Gasturbinenmaschine10 enthält in serieller Strömungsbeziehung einen Niederdruckverdichter oder Booster14 , einen Hochdruckverdichter16 , einen Rohr/Ring-Brenner18 , eine Hochdruckturbine20 , eine Zwischendruckturbine22 und eine Leistungsturbine oder freie Turbine24 . Der Niederdruckverdichter oder Booster14 hat einen Einlass26 und einen Auslass28 , und der Hochdruckverdichter16 enthält einen Einlass30 und einen Auslass32 . Jedes Brennerrohr18 hat einen Einlass34 , der im Wesentlichen mit dem Hochdruck-Verdichtereauslass32 zusammenfällt, und einen Auslass36 . In einer weiteren Ausführungsform ist der Brenner ein Ringbrenner. In einer weiteren Ausführungsform ist der Brenner18 ein trockenbetriebener emissionsarmer (DLE)-Brenner. - Die Hochdruckturbine
20 ist mit einem Hochdruckverdichter16 über eine erste Rotorwelle40 verbunden und die Zwischenturbine22 ist mit dem Niederdruckverdichter14 über eine zweite Rotorwelle42 verbunden. Die Rotorwellen40 und42 sind jeweils im Wesentlichen in Bezug auf eine Längsmittelachse43 der Maschine10 koaxial ausgerichtet. Die Maschine10 kann zum Antreiben einer (nicht dargestellten) Last verwendet werden, welche mit einer Leistungsturbinenwelle44 verbunden sein kann. Alternativ kann die Last mit einer (nicht dargestellten) vorderen Verlängerung einer Rotorwelle42 verbunden sein. - Im Betrieb wird in den Niederdruck-Verdichtereinlass
26 gesaugte Umgebungsluft verdichtet und stromabwärts einem Hochdruckverdichter16 zugeführt. Der Hochdruckverdichter16 verdichtet die Luft weiter und liefert Hochdruckluft an den Brenner18 , wo sie mit Brennstoff vermischt wird und das Gemisch zum Erzeugen von Hochtemperaturverbrennungsgasen verbrannt wird. Die Verbrennungsgase werden aus dem Brenner18 geleitet, um eine oder mehrere Turbinen20 ,22 und24 anzutreiben. - Die Ausgangsleistung der Maschine
10 steht wenigstens teilweise zu Betriebstemperaturen des Gasstroms an verschiedenen Stellen entlang des Gasstrompfades in Beziehung. Insbesondere wird in der exemplarischen Ausführungsform eine Betriebstemperatur des Gasstroms an dem Hochdruck-Verdichtereauslass32 während des Betriebs der Maschine10 genau überwacht. Die Verringerung einer Betriebstemperatur des in den Hochdruckverdichter16 eintretenden Gasstroms ermöglicht eine Verringerung der von dem Hochdruckverdichter16 benötigten Eingangsleistung. - Um eine Verringerung der Betriebstemperatur eines in den Hochdruckverdichter
16 eintretenden Gasstroms zu ermöglichen, enthält ein Zwischenkühlersystem12 einen Zwischenkühler50 , der mit einem Niederdruckverdichter14 in Strömungsverbindung verbunden ist. Ein Luftstrom53 aus dem Niederdruckverdichter14 zum Zwischenkühler50 zum Kühlen geleitet, bevor die abgekühlte Luft55 an den Hochdruckverdichter16 zurückgeführt wird. - Während des Betriebs hat der Zwischenkühler
50 ein dadurch strömendes Kühlfluid58 zum Abführen der aus dem Gasstrompfad entzogenen Wärme. In einer Ausführungsform ist das Kühlfluid58 Luft und der Zwischenkühler50 ist ein Luft/Luft-Wärmetauscher. In einer weiteren Ausführungsform ist das Kühlfluid58 Wasser und der Zwischenkühler50 ist ein Luft/Wasser-Wärmetauscher. Der Zwischenkühler50 entzieht dem verdichteten Luftstrompfad53 Wärmeenergie und führt die gekühlte verdichtete Luft55 einem Hochdruckverdichter16 zu. Insbesondere enthält der Zwischenkühler50 in der exemplarischen Ausführungsform mehrere (nicht dargestellte) Rohre, durch welche das Kühlfluid58 zirkuliert. Wärme wird aus der verdichteten Luft53 durch mehrere (nicht dargestellte) Rohrwände an das Kühlfluid58 übertragen, das über einen Einlass60 dem Zwischenkühler50 zugeführt wird. Demzufolge ermöglicht der Zwischenkühler50 die Rückweisung von Wärme zwischen dem Niederdruckverdichter14 und dem Hochdruckverdichter16 . Die Verringerung einer Temperatur von in den Hochdruckverdichter16 eintretender Luft ermöglicht die Verringerung der von dem Hochdruckverdichter16 zum Verdichten der Luft auf die gewünschten Betriebsdrücke verbrauchten Energie und ermöglicht es daher einem Konstrukteur, das Druckverhältnis der Gasturbinenmaschine zu erhöhen, was zu einer Erhöhung der aus der Gasturbinenmaschine10 entnommenen Energie und einem hohen Nettobetriebswirkungsgrad der Gasturbine10 führt. - In einer exemplarischen Ausführungsform strömt Speisewasser durch den Zwischenkühler
50 zum Abführen der aus dem Gasstrompfad entzogenen Energie und hat die Funktion des Kühlfluids58 . Das Speisewasser wird erhitzt oder in Niederdruck-(LP)-Dampf oder eine Kombination davon umgewandelt, wie es hierin weiter im Detail beschrieben wird. Auf diese Weise kann die entzogene Wärme, wenn sie bei einer höheren Temperatur entzogen wird, die sich idealerweise der der heißen verdichteten Einlassluft annähert, ein nützlicher Beitrag für einen Elektrizität erzeugenden Nachschaltzyklus sein. - Ob das Speisewasser nur heizt oder Dampf erzeugt hängt bevorzugt von der Ausgestaltung des Nachschaltzyklusses, dem benötigten Speisewassermassenströmen und den Zwischenkühlertemperaturen ab. Exergiebetrachtungen legen nahe, dass Zwischendruck- oder Hochdruckspeisewasserheizung die höchste verfügbare Arbeit aus der Zwischenkühlerwärme ergeben kann; wobei jedoch die Menge des zu erwärmenden Speisewassers größer als die vom Nachschaltzyklus benötigte sein kann und mit HRSG-Vorwärmern konkurrieren kann. Niederdruckvorwärmung und Dampferzeugung ist die Alternative. Der Exergieanteil kann unter typischen Bedingungen mehr als 20% der verfügbaren Zwischenkühlerwärme sein.
- Der Zwischenkühler
50 kann einen hocheffizienten Gegenstrom- oder Kreuzgegenstrom-Wärmetauscher aufweisen, um Nutzwärme aus der Zwischenkühlungsluft mit Speisewasseranwendungen zu gewinnen. Eine geeignete Ausgestaltung kann beispielsweise einen in einem Druckgehäuse eingeschlossenen Rippenrohrschlangen-Wärmetauscher enthalten. - Gemäß einem Aspekt kann der Zwischenkühler
50 zum Erzeugen von heißem Speisewasser oder gesättigtem Dampf verwendet werden, indem ein erheblicher Anteil der verfügbaren Wärme aus der heißen Luft in einem geeigneten Wärmetauscher genutzt wird. Dieses heiße Speisewasser oder gesättigter Dampf, bei Niederdruck, um die Verdampfung bei Temperaturen bis zu ca. 100°C zu ermöglichen, wird in einen Verdampfer (falls es heißes Speisewasser ist) oder in einen Zwischenüberhitzer (wenn es gesättigter Dampf ist) in einem Wärmerückgewinnungsgenerator (HRSG) geführt, der hierin weiter im Detail unter Bezugnahme auf2 beschrieben wird, und einer Niederdruckturbine zugeführt, welche ebenfalls hierin detaillierter beschrieben wird. Der zusätzliche Dampf erzeugt dann zusätzliche Elektrizität. -
2 stellt ein Kombinationszyklus-Kraftwerk100 gemäß einer Ausführungsform dar. Das Kraftwerk100 weist ein Hochdruckgasturbinensystem10 mit einem Verbrennungssystem18 und einer Turbine20 auf. Das die Turbine20 verlassende Gas kann sich bei einer speziellen Anwendung auf einen Druck von beispielsweise ca. 3,1 bar (45 psi) befinden. Das Kraftwerk100 weist ferner ein Dampfturbinensystem110 auf. Das Dampfturbinensystem110 weist einen Hochdruckabschnitt112 , einen Zwischendruckabschnitt114 und einen oder mehrere Niederdruckabschnitte116 auf. Der Niederdruckabschnitt116 bläst an einen Kondensator120 aus. - Das Dampfturbinensystem
100 ist einem Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG)104 zugeordnet. Gemäß einer Ausführungsform ist der HRSG104 ein Gegenstromwärmetauscher dergestalt, dass, wenn Speisewasser durchfließt, das Wasser erwärmt wird, während Abgas aus der Turbine16 Wärme abgibt und kühler wird. Der HRSG104 hat drei unterschiedliche Betriebsdrücke (hoch, mittel und niedrig) mit Mitteln zum Erzeugen von Dampf bei den verschiedenen Drücken und Temperaturen als Dampfzufuhr zu den entsprechenden Stufen des Dampfturbinensystems110 . Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht diesbezüglich beschränkt; und man kann erkennen, dass weitere Ausführungsformen wie zum Beispiel solche Ausführungsformen, die einen 2-Druck-HRSG aufweisen, ebenfalls unter Anwendungen der hierin beschriebenen Prinzipien arbeiten. Jeder Abschnitt des HRSG104 weist im Wesentlichen einen oder mehrere Vorwärmer, Verdampfer und Zwischenüberhitzer auf. - Der HRSG
104 nutzt die Wärme des Abgases der Turbine20 , um drei Dampfströme, einen Hochdruckdampfstrom180 , einen Zwischendruckdampfstrom130 und einen Niederdruckdampfstrom132 zu erzeugen. Diese drei Dampfströme treten in die Hoch-, Zwischen- und Niederdruck-Dampfturbinen112 ,114 ,116 zum Erzeugen von Strom ein. Ein aus der Hochdruckdampfturbine112 entzogener Hochdruckstrom wird in den Gasturbinenbrenner18 eingespritzt. - Anschließend an das Verlassen der Niederdruckdampfturbine
116 tritt der Dampfstrom in den Kondensator120 ein, wo der Dampf zu flüssigem Wasser kondensiert wird. Das den Kondensator120 zusammen mit Speisewasser122 verlassende flüssige Wasser und das Restwasser aus dem HRSG104 tritt in einen Wassersammler124 ein. - Eine geeignete Menge des Wassers wird aus dem Wassersammler
124 zu dem HRSG104 gepumpt, wo das Wasser die Wärme aus dem Abgas der Hochdruckgasturbine absorbiert, um die erforderlichen Dampfströme zu erzeugen. Die drei Dampfströme treten in die Dampfturbinen112 ,114 ,166 ein, um den Nachschaltzyklus zu vervollständigen. - Gemäß einer Ausführungsform weist das Kombinationszyklus-Kraftwerk
100 ferner einen Gasturbinenzwischenkühler50 auf, der wie hierin vorstehend unter Bezugnahme auf1 beschrieben arbeitet. Der Zwischenkühler50 kann beispielsweise einen hocheffizienten Gegenstrom- oder Kreuzgegenstrom-Wärmetauscher, wie hierin festgestellt, aufweisen, um heißes Speisewasser oder gesättigten Dampf126 durch Nutzung eines erheblichen Anteils der aus dem heißen Luftstrom53 zur Verfügung stehenden Wärme zu erzeugen. Dieses heiße Speisewasser oder gesättigter Dampf, bei Niederdruck, um die Verdampfung bei Temperaturen bis zu ca. 100°C zu ermöglichen, wird in einen Verdampfer (falls es heißes Speisewasser ist) oder in einen Zwischenüberhitzer (wenn es gesättigter Dampf ist) in den Wärmerückgewinnungsgenerator (HRSG)104 geführt, und anschließend einer Niederdruckturbine zugeführt. Der zusätzliche Dampf erzeugt dann, wie hierin festgestellt, zusätzliche Elektrizität. Auf diese Weise wird der Systemwirkungsgrad vorteilhaft erhöht, während gleichzeitig die Größe des Kühlsystems verringert wird. - Zusammengefasst wurden hierin ein System und ein Verfahren zum Gewinnen einer erheblichen Menge von Zwischenkühlerwärme und zum Erzeugen von zusätzlicher Elektrizität daraus in einem Gasturbinen-Nachschaltzyklus beschrieben, um somit erheblich Abwärme zu vermeiden. Da die Wärme in den Nachschaltzyklus in der Form von Dampf oder heißem Speisewasser einbezogen ist, ist keine größere zusätzliche Investition erforderlich. Die vorliegenden Erfinder erkannten die vorgenannten Vorteile, obwohl Zwischenkühlerwärme nur selten aufgrund der entsprechenden niedrigen Temperatur(en) und unabhängig von der geringen Anzahl großer Gasturbinen, die Zischenkühler verwenden, eingesetzt wurde.
- Obwohl die Erfindung in Form spezieller Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass die Erfindung mit Modifikationen innerhalb des Erfindungsgedankens und des Schutzumfangs der Ansprüche praktisch ausgeführt werden kann.
- Ein Dampfzyklus-Kraftwerk
100 enthält eine Gasturbine10 , einen Gasturbinenzwischenkühler50 , eine Dampfturbine110 und einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG)104 . Der Gasturbinenzwischenkühler50 gewinnt über die Gasturbine10 erzeugte ungenutzte Wärme zurück und überträgt im Wesentlichen die gesamte zurückgewonnene Wärme zum Erzeugen von zusätzlichem Dampf für den Antrieb der Dampfturbine110 . - Bezugszeichenliste
-
- 10
- Gasturbinenmaschine
- 12
- Zwischenkühlersystem
- 14
- Niederdruckverdichter
- 16
- Hochdruckverdichter
- 18
- Brenner
- 20
- Hochdruckturbine
- 22
- Zwischenturbine
- 24
- Leistungsturbine
- 26
- Niederdruck-Verdichtereinlass
- 28
- Niederdruck-Verdichtereauslass
- 30
- Hochdruck-Verdichtereinlass
- 32
- Hochdruck-Verdichtereauslass
- 34
- Brennereinlass
- 36
- Brennerauslass
- 40
- erste Rotorwelle
- 42
- zweite Rotorwelle
- 43
- Längsmittellinienachse
- 44
- Leistungsturbinenwelle
- 50
- Zwischenkühler
- 53
- Luftstrompfad
- 55
- gekühlte verdichtete Luft
- 58
- Kühlfluid
- 80
- Zwischenkühlereinlass
- 62
- Zwischenkühlerauslass
- 100
- kombiniertes Dampfzyklus-Kraftwerk
- 104
- Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG)
- 110
- Dampfturbine
- 112
- Dampfturbinen-Hochdruckabschnitt
- 114
- Dampfturbinen-Zwischendruckabschnitt
- 116
- Dampfturbinen-Niederdruckabschnitt
- 120
- Kondensator
- 122
- Speisewasser
- 124
- Wassersammler
- 126
- heißes Speisewasser oder gesättigter Dampf
- 128
- Hochdruckdampfstrom
- 130
- Zwischendruckdampfstrom
- 132
- Niederdruckdampfstrom
Claims (10)
- Kombiniertes Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk (
100 ), aufweisend: eine Gasturbine (10 ); einen Gasturbinenzwischenkühler (50 ); eine Dampfturbine (110 ); und einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (104 ), der dafür eingerichtet ist, Dampf zum Antreiben der Dampfturbine (110 ) in Reaktion auf erwärmtes Fluid (126 ) zu erzeugen, das von dem Gasturbinenzwischenkühler (50 ) erhalten wird. - Kombiniertes Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk (
100 ) nach Anspruch 1, wobei das erwärmte Fluid (126 ) Wasser aufweist. - Kombiniertes Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk (
100 ) nach Anspruch 1, wobei das erwärmte Fluid (126 ) Dampf aufweist. - Kombiniertes Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk (
100 ), aufweisend: eine Gasturbine (10 ); einen Gasturbinenzwischenkühler (50 ); eine Dampfturbine (110 ); und einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG) (104 ) der stromabwärts von einem Niederdruck-Gasturbinenverdichter (14 ) und stromaufwärts vor einem Hochdruck-Gasturbinenverdichter (16 ) in einem Dampfzyklus eingefügt ist, wobei der HRSG (104 ) dafür eingerichtet ist, Dampf zum Antreiben der Dampfturbine (110 ) in Reaktion auf ein Wärmeübertragungsmedium zu erzeugen, das mittels des Gasturbinenzwischenkühlers (50 ) erhalten wird. - Kombiniertes Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk (
100 ) nach Anspruch 4, wobei Wärmeübertragungsmedium (126 ) Wasser aufweist. - Kombiniertes Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk (
100 ) nach Anspruch 4, wobei Wärmeübertragungsmedium (126 ) Dampf aufweist. - Kombiniertes Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk (
100 ) nach Anspruch 4, wobei der Gasturbinenzwischenkühler (50 ) einen Gegenstrom- oder Kreuzgegenstromwärmetauscher aufweist. - Kombiniertes Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk (
100 ) nach Anspruch 4, wobei der Gasturbinenzwischenkühler (50 ) einen in einem Druckgehäuse eingeschlossenen Rippenrohrschlangen-Wärmetauscher aufweist. - Kombiniertes Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk (
100 ) aufweisend: eine Gasturbine (10 ); einen Gasturbinenzwischenkühler (50 ); eine Dampfturbine (110 ); und einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG) (104 ), wobei der Gasturbinenzwischenkühler (50 ) dafür eingerichtet ist, die Wärme zurückzugewinnen und im Wesentlichen die gesamte zurückgewonnene Wärme zum Erzeugen von heißem Wasser und Dampf zum Antreiben der Dampfturbine (110 ) zu nutzen. - Kombiniertes Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerk (
100 ) nach Anspruch 9, wobei das Wärmeübertragungsmedium (126 ) Wasser oder Dampf ist.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US12/977,169 US20120159923A1 (en) | 2010-12-23 | 2010-12-23 | System and method for using gas turbine intercooler heat in a bottoming steam cycle |
US12/977,169 | 2010-12-23 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102011056910A1 true DE102011056910A1 (de) | 2012-06-28 |
Family
ID=46210526
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102011056910A Withdrawn DE102011056910A1 (de) | 2010-12-23 | 2011-12-22 | System und Verfahren zur Nutzung der Wärme eines Gasturbinenzwischenkühlers in einem Bottoming-Dampfprozess |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20120159923A1 (de) |
JP (1) | JP2012132454A (de) |
CN (1) | CN102628381A (de) |
DE (1) | DE102011056910A1 (de) |
FR (1) | FR2969693A1 (de) |
Families Citing this family (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2971737B1 (de) | 2013-03-14 | 2020-11-11 | Rolls-Royce North American Technologies, Inc. | Zwischengekühlte gasturbine mit einem geschlossenen kombinierten arbeitszyklus |
US20140331686A1 (en) * | 2013-05-08 | 2014-11-13 | Bechtel Power Corporation | Gas turbine combined cycle system |
US10330017B2 (en) | 2013-07-12 | 2019-06-25 | United Technologies Corporation | Three spool geared turbofan with low pressure compressor drive gear system |
CN103711587B (zh) * | 2013-12-24 | 2016-03-23 | 国电新能源技术研究院 | 一种高压再热燃气-蒸汽联合循环发电系统及发电方法 |
US10118108B2 (en) | 2014-04-22 | 2018-11-06 | General Electric Company | System and method of distillation process and turbine engine intercooler |
JP6342755B2 (ja) | 2014-09-05 | 2018-06-13 | 株式会社神戸製鋼所 | 圧縮装置 |
US20160115867A1 (en) * | 2014-10-27 | 2016-04-28 | General Electric Company | Water delivery system for gas turbine compressor |
US10024195B2 (en) | 2015-02-19 | 2018-07-17 | General Electric Company | System and method for heating make-up working fluid of a steam system with engine fluid waste heat |
US10487695B2 (en) * | 2015-10-23 | 2019-11-26 | General Electric Company | System and method of interfacing intercooled gas turbine engine with distillation process |
US10677164B2 (en) * | 2016-11-15 | 2020-06-09 | General Electric Company | Cooling system for a turbine engine |
Family Cites Families (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR1060268A (de) * | 1954-03-31 | |||
US4896499A (en) * | 1978-10-26 | 1990-01-30 | Rice Ivan G | Compression intercooled gas turbine combined cycle |
US4509324A (en) * | 1983-05-09 | 1985-04-09 | Urbach Herman B | Direct open loop Rankine engine system and method of operating same |
US4841721A (en) * | 1985-02-14 | 1989-06-27 | Patton John T | Very high efficiency hybrid steam/gas turbine power plant wiht bottoming vapor rankine cycle |
DE4237665A1 (de) * | 1992-11-07 | 1994-05-11 | Asea Brown Boveri | Verfahren zum Betrieb einer Kombianlage |
US6167706B1 (en) * | 1996-01-31 | 2001-01-02 | Ormat Industries Ltd. | Externally fired combined cycle gas turbine |
JPH11247669A (ja) * | 1998-03-04 | 1999-09-14 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | ガスタービンコンバインドサイクル |
DE102004020753A1 (de) * | 2004-04-27 | 2005-12-29 | Man Turbo Ag | Vorrichtung zur Ausnutzung der Abwärme von Verdichtern |
US8356466B2 (en) * | 2008-12-11 | 2013-01-22 | General Electric Company | Low grade heat recovery system for turbine air inlet |
US20120017597A1 (en) * | 2010-07-23 | 2012-01-26 | General Electric Company | Hybrid power generation system and a method thereof |
-
2010
- 2010-12-23 US US12/977,169 patent/US20120159923A1/en not_active Abandoned
-
2011
- 2011-12-21 JP JP2011279313A patent/JP2012132454A/ja active Pending
- 2011-12-22 FR FR1162305A patent/FR2969693A1/fr active Pending
- 2011-12-22 DE DE102011056910A patent/DE102011056910A1/de not_active Withdrawn
- 2011-12-23 CN CN2011104604011A patent/CN102628381A/zh active Pending
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN102628381A (zh) | 2012-08-08 |
JP2012132454A (ja) | 2012-07-12 |
US20120159923A1 (en) | 2012-06-28 |
FR2969693A1 (fr) | 2012-06-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102011056910A1 (de) | System und Verfahren zur Nutzung der Wärme eines Gasturbinenzwischenkühlers in einem Bottoming-Dampfprozess | |
DE102007018420B4 (de) | System und Verfahren zur Konditionierung einer Gasturbinenzuluft | |
EP1753940B1 (de) | Verfahren zum betrieb einer kraftwerksanlage, und kraftwerksanlage | |
DE102009025932A1 (de) | System zur Rückgewinnung der durch ein Zusatzsystem einer Turbomaschine erzeugten Abwärme | |
CH698466A2 (de) | Verbrennungssystem mit Gasturbine und Sauerstoffquelle. | |
DD149251A5 (de) | Verfahren und vorrichtung zur rueckgewinnung der waermeenergie in einer aufgeladenen brennkraftmaschine | |
EP0674099A1 (de) | Verfahren zur Kühlung von thermische belasteten Komponenten einer Gasturbogruppe | |
DE102009044073A1 (de) | Integrierter Gasturbinen-Abgasdiffusor und Wärmerückgewinnungs-Dampferzeugungssystem | |
DE102009003425A1 (de) | Vorrichtung und Verfahren zum Starten eines Kraftwerkes | |
DE102010037861A1 (de) | Gasturbine mit Zwischenüberhitzung | |
DE69930026T2 (de) | Kombikraftwerk | |
DE19732091A1 (de) | Verfahren zum Betreiben einer Gasturbine, Gasturbine und Leistungserzeugungseinrichtung | |
DE102009044088A1 (de) | Spitzenlastmanagement durch Kombinationszyklus-Energieaufstockung unter Nutzung von Spitzenzyklus-Abgaswärmerückgewinnung | |
DE102010016548A1 (de) | System und Verfahren zur Brennstofferwärmung für eine Gasturbine | |
DE102009024772A1 (de) | Fluidenergiemaschinenanordnung für ein Fahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Fluidenergiemaschinenanordnung | |
DE102011052933A1 (de) | Steigerung der Leistung eines Kombikraftwerks durch effiziente Nutzung der Energie von Zerstäuberluft | |
DE10055202A1 (de) | Dampfkraft-/Arbeitsprozeß mit erhöhtem mechanischen Wirkungsgrad für die Elektroenergiegewinnung im Kreisprozeß sowie Anordnung zu seiner Durchführung | |
EP0158629B1 (de) | Dampfkreislauf für Dampfkraftanlagen | |
EP1482131A1 (de) | Dampfkraft-/Arbeitsprozess mit indirekter Energiezufuhr für die Elektroenergiegewinnung im Kreisprozess sowie Anordnung zu seiner Durchführung | |
WO2011000548A2 (de) | Verfahren zum betrieb eines kraftwerks mit einer gasturbinenanlage | |
DE4015104A1 (de) | Kombinierte waermekraftanlage | |
EP2559867A1 (de) | Verfahren zum Erzeugen von elektrischer Energie mittels eines Kombikraftwerkes sowie Kombikraftwerk zur Durchführung des Verfahrens | |
WO2018072897A1 (de) | Abwärme-kraftanlage mit stufenweiser wärmezufuhr | |
WO2017081248A1 (de) | Anordnung und verfahren zur rückgewinnung von energie aus der abwärme mindestens einer brennkraftmaschine | |
DE102013202111B4 (de) | Abwärmenutzung und Leistungserhöhung von Gasturbinenanlagen |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |
Effective date: 20140701 |