DE102013111635A1 - Verbundkraftwerk mit Absorptionswärmewandler - Google Patents

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Abstract

Ein Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerk verwendet einen Absorptionswärmewandler, um den Kraftwerkswirkungsgrad zu verbessern. Ein Abhitzedampferzeuger empfängt Abgas von einer Gasturbine und erzeugt Dampf zur Zuführung zu einer Dampfturbine. Der Abhitzedampferzeuger enthält einen Niederdruck-Economiser, einen Mitteldruck-Economiser und einen Hochdruck-Economiser. Der Absorptionswärmewandler steht mit dem Niederdruck-Economiser in Fluidverbindung. Der Absorptionswärmewandler enthält einen Speisewasserkreislauf, der Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser zur Erwärmung durch den Absorptionswärmewandler ansaugt und erwärmtes Wasser zu wenigstens entweder dem Mitteldruck-Economiser und/oder dem Hochdruck-Economiser leitet.

Description

  • HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft die Verbesserung des Anlagenwirkungsgrads in einem Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerk und insbesondere ein Kombikraftwerk, das einen Absorptionswärmewandler enthält.
  • In einem Kombikraftwerksystem verbrennt eine Gasturbine ein Brennstoff/Luft-Gemisch, das expandiert, um die Turbine zu drehen und einen Generator zur Erzeugung von Elektrizität anzutreiben. Die heißen Verbrennungsgase strömen in einen Abhitzedampferzeuger aus, in dem Wasser nach Art eines Kessels in Dampf umgewandelt wird. Der so erzeugte Dampf treibt eine Dampfturbine an, die gewöhnlich Hoch-, Mittel- und Niederdruckturbinen aufweist, in denen zusätzliche Arbeit extrahiert wird, um eine weitere Last, wie beispielsweise einen zweiten Generator zur Erzeugung zusätzlicher elektrischer Leistung anzutreiben. In einigen Konfigurationen treiben die Gas- und die Dampfturbine einen gemeinsamen Generator und in anderen unterschiedliche Generatoren an.
  • In einem Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerk wird die Energie in dem Niederdruck-Vorwärmer(Economiser)abschnitt, wo der Rauchgasaustrittsabschnitt eine niedrigere Temperatur aufweist, nicht hinreichend genutzt. Es wäre wünschenswert, die geringerwertige Energie zu nutzen, um den Kraftwerkswirkungsgrad zu erhöhen.
  • Absorptionswärmewandler (AWW) sind Vorrichtungen, die eine große Wärmeressource, die bei einer Temperatur zur Verfügung steht, die für eine richtige thermische Abstimmung innerhalb eines industriellen Prozesses zu niedrig ist, in eine kleinere Wärmemenge wandelt, die auf einem höheren Temperaturniveau zur Verfügung steht. Sie unterscheiden sich von herkömmlichen Wärmepumpen insofern, als sie keine elektrische Leistung oder Arbeit (oder eine sehr begrenzte Menge derselben) verwenden. Im Grunde arbeiten AWWs nach dem Prinzip eines Absorptionsumkehrprozesses: jedoch ist der Nettoeffekt derjenige der Umsetzung einer Wärmemenge (die kleiner ist als die ursprünglich verfügbare) auf ein höheres Temperaturniveau. Dies ermöglicht eine Wiedereinbringung dieser Wärme in industrielle Prozesse.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • In einer beispielhaften Ausführungsform enthält ein Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerk einen Abhitzedampferzeuger und einen Absorptionswärmewandler. Der Abhitzedampferzeuger empfängt Abgase von einer Gasturbine und erzeugt Dampf zur Einbringung in eine Dampfturbine. Der Abhitzedampferzeuger enthält einen Niederdruck-Economiser (Speisewasservorwärmer), einen Mitteldruck-Economiser und einen Hochdruck-Economiser. Der Absorptionswärmewandler steht mit dem Niederdruck-Economiser in Strömungsverbindung. Der Absorptionswärmewandler enthält einen Speisewasserkreislauf, der Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser zur Erwärmung durch den Absorptionswärmewandler saugt und erwärmtes Wasser zu wenigstens entweder dem Mitteldruck-Economiser und/oder dem Hochdruck-Economiser leitet.
  • Der Speisewasserkreislauf des Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerks kann eine Speisewasserentnahmeleitung aufweisen, die das Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser überträgt, wobei die Speisewasserentnahmeleitung in eine Wärmeleitung parallel zu einer Energieleitung aufgeteilt sein kann, wobei die Wärmeleitung und die Energieleitung dem Absorptionswärmewandler zugeführt sind.
  • Der Absorptionswärmewandler eines beliebigen vorstehend erwähnten Kombikraftwerks kann ferner einen Kondensator aufweisen, der über eine Kondensatorleitung mit dem Absorptionswärmewandler in Kommunikationsverbindung steht.
  • Der Kondensator eines beliebigen vorstehend erwähnten Kombikraftwerks kann gemeinsam von der Dampfturbine genutzt werden.
  • Der Speisewasserkreislauf eines beliebigen vorstehend erwähnten Kombikraftwerks kann ferner eine Pumpe in Reihe zu der Energieleitung aufweisen, wobei die Pumpe Speisewasser in der Energieleitung zu dem Niederdruck-Economiser zurücktreiben kann.
  • Der Abhitzedampferzeuger eines beliebigen vorstehend erwähnten Kombikraftwerks kann einen Niederdruck-Verdampfer aufweisen, und der Speisewasserkreislauf kann eine Verdampferleitung aufweisen, die Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser entnimmt.
  • Der Absorptionswärmewandler eines beliebigen vorstehend erwähnten Kombikraftwerks kann konfiguriert sein, um das Abwasser von einer niederwertigeren Energie in eine hochwertige Energie zu erwärmen.
  • Die niederwertigere Energie kann das Abwasser bei weniger als 300°F aufweisen, und die hochwertige Energie kann das Abwasser bei wenigstens 350°F aufweisen.
  • Der Abhitzedampferzeuger kann einen unabhängigen Wasserkreislauf aufweisen, der zwischen dem Niederdruck-Economiser und dem Absorptionswärmewandler eingefügt ist, wobei der Absorptionswärmewandler das Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser über den unabhängigen Wasserkreislauf beziehen kann.
  • In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform enthält ein Speisewasserkreislauf in einem Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerk eine Speisewasserentnahmeleitung, die Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser zu dem Absorptionswärmewandler überträgt. Eine Wärmeleitung ist von der Speisewasserentnahmeleitung abgezweigt, und eine Energieleitung ist von der Speisewasserentnahmeleitung parallel zu der Wärmeleitung abgezweigt. Die Wärmeleitung und die Energieleitung sind gesondert dem Absorptionswärmewandler zugeführt.
  • Der Speisewasserkreislauf kann ferner eine Kondensatorleitung in Strömungsverbindung mit einem Kondensator des Absorptionswärmewandlers aufweisen.
  • Der Speisewasserkreislauf gemäß einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart kann ferner eine Pumpe in Reihe zu der Energieleitung aufweisen, wobei die Pumpe Speisewasser in der Energieleitung zu dem Niederdruck-Economiser zurücktreibt.
  • Der Abhitzedampferzeuger eines beliebigen vorstehend erwähnten Speisewasserkreislaufes kann einen Niederdruck-Verdampfer aufweisen, und der Speisewasserkreislauf kann eine Verdampferleitung aufweisen, die Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser entnimmt.
  • Ein Speisewasserkreislauf gemäß einer beliebigen vorstehend erwähnten Bauart kann ferner einen unabhängigen Wasserkreislauf aufweisen, der zwischen dem Niederdruck-Economiser und dem Absorptionswärmewandler eingefügt ist, wobei die Speisewasserentnahmeleitung das Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser über den unabhängigen Wasserkreislauf beziehen kann.
  • In einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform enthält ein Verfahren zum Betreiben eines Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerks die Schritte: Empfangen von Abgas aus der Gasturbine mit einem Abhitzedampferzeuger und Erzeugen von Dampf zur Zuführung zu der Dampfturbine mit dem Abhitzedampferzeuger, wobei der Abhitzedampferzeuger einen Niederdruck-Economiser, einen Mitteldruck-Economiser und einen Hochdruck-Economiser enthält; Einsaugen von Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser in einen Absorptionswärmewandler; Erwärmen des Abwassers von einer niederwertigeren Energie zu einer höherwertigeren Energie mit dem Absorptionswärmewandler; und Leiten des erwärmten Wassers zu wenigstens entweder dem Mitteldruck-Economiser und/oder dem Hochdruck-Economiser.
  • Der Einsaugschritt kann durch Aufteilen des Abwassers auf eine Wärmeleitung und eine zu der Wärmeleitung parallele Energieleitung umgesetzt werden, wobei die Wärmeleitung und die Energieleitung gesondert dem Absorptionswärmewandler zugeführt sein können.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerks;
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung, die den Niederdruck-Economiser des Abhitzedampferzeugers, einschließlich eines Absorptionswärmewandlers, veranschaulicht; und
  • 3 zeigt eine schematische Zeichnung, die eine alternative Version der Konstruktion veranschaulicht.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerks. Der Aufbau und Betrieb eines Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerks sind allgemein bekannt, und Details hiervon werden nicht beschrieben. In einem typischen Kombikraftwerksystem verbrennt eine Gasturbine 12 ein Brennstoff/Luft-Gemisch, das expandiert, um die Turbine zu drehen und einen Generator für die Erzeugung von Elektrizität anzutreiben. Die heißen Verbrennungsgase strömen in einen Abhitzedampferzeuger (HRSG) 14 aus, in dem Wasser in Dampf umgewandelt wird. Der so erzeugte Dampf treibt eine Dampfturbine 16 an, die gewöhnlich eine Hoch-, eine Mittel- und eine Niederdruckturbine enthält, in denen zusätzliche Arbeit extrahiert wird. Unter anderen Teilen enthält der Abhitzedampferzeuger 14 einen Niederdruckabschnitt 18 mit einem Niederdruck-Economiser 20, einen Mitteldruckabschnitt 22 mit einem Mitteldruck-Economiser 24 und einen Hochdruckabschnitt 26 mit einem Hochdruck-Economiser 28.
  • In dem System gemäß den beschriebenen Ausführungsformen ist ein Absorptionswärmewandler (AWW) 30 in Strömungsverbindung mit dem Niederdruck-Economiser 20 des Abhitzedampferzeugers 14 vorgesehen. Die Funktion und der Betrieb eines Absorptionswärmewandlers sind bekannt, und Details hiervon werden nicht beschrieben. Unter Bezugnahme auf 2 enthält der Absorptionswärmewandler 30 einen Speisewasserkreislauf 32, der Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser 20 zur Erwärmung durch den Absorptionswärmewandler 30 ansaugt und erwärmtes Wasser zu wenigstens entweder dem Mitteldruck-Economiser 24 und/oder dem Hochdruck-Economiser 28 leitet.
  • Der Speisewasserkreislauf 32 enthält eine Speisewasserentnahmeleitung 34, die das Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser 20 überträgt. Die Speisewasserentnahmeleitung 34 ist in eine Wärmeleitung 36 parallel zu einer Energieleitung 38 aufgeteilt. Wie in 2 veranschaulicht, sind die Wärmeleitung 36 und die Energieleitung 38 zu dem Absorptionswärmewandler 30 geführt. Der Kreislauf 32 enthält ferner eine Verdampferleitung 40, die Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser 20 zu einem Niederdruck-Verdampfer 42 entnimmt. Der Niederdruck-Verdampfer 42 erzeugt in Verbindung mit einer Niederdrucktrommel Niederdruckdampf für die Dampfturbine zur Stromerzeugung. Der Niederdruck beträgt 50 bis 100 psig, vorzugsweise 60 bis 80 psig.
  • Der Absorptionswärmewandler 30 enthält zusätzlich einen Kondensator 44, der mit dem Absorptionswärmewandler 30 über eine Kondensatorleitung 46 in Kommunikationsverbindung steht. Der Kondensator 44 dient dazu, das Kühlwasser für den AWW 30 zu kühlen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Kondensator 44 mit dem Dampfturbinenkondensator gemeinsam genutzt.
  • Eine Pumpe 48 ist in Reihe zu der Energieleitung 38 vorgesehen. Die Pumpe 48 treibt Speisewasser in der Energieleitung 38 zurück zu dem Niederdruck-Economiser 20.
  • Der Absorptionswärmewandler 30 dient dazu, die unzureichend genutzte niederwertigere Energie von dem Niederdruck-Economiser in eine hochwertige Energie umzuwandeln. In einer beispielhaften Konstruktion kann Speisewasser, das aus dem Niederdruck-Economiser 20 entnommen wird, 300°F haben. Es ist wünschenswert, die Temperatur des Abwassers zu einer hochwertigen Energie zu erhöhen, was Wassertemperaturen von wenigstens 350°F umfasst. Unter Verwendung des Absorptionswärmewandlers 30 kann Energie aus der Energieleitung 38 extrahiert werden, um das Speisewasser in der Wärmeleitung 36 auf wenigstens 350°F zu erwärmen. Das erwärmte Wasser wird anschließend zu einer Kesselspeisewasserpumpe 50 geleitet, um dem Mitteldruck-Economiser 24 und/oder dem Hochdruck-Economiser 28 zugeführt zu werden.
  • 3 zeigt eine alternative Ausführungsform, in der ein unabhängiger Wasserkreislauf 52 zwischen dem Niederdruck-Economiser 20 und dem Absorptionswärmewandler 30 eingefügt ist. In dieser Ausführungsform saugt der Absorptionswärmewandler 30 das Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser 20 über den unabhängigen Wasserkreislauf 52 an. Der unabhängige Wasserkreislauf 52 bietet Vorteile einer optimalen Wärmeübertragung zwischen dem Gasturbinenrauchgas und dem Niederdruck-(ND-)Economiser. Der unabhängige Kreislauf 52 für den AWW in dem Ausgang kann eine andere Wasserzufuhrtemperatur für den AWW als diejenige der in 2 veranschaulichten Ausführungsform ergeben. Ein Entkoppeln der Wasserzufuhr zu dem ND-Verdampfer und dem AWW ermöglicht eine zusätzliche Optimierung zur Maximierung der Wirkungsgradsteigerungen.
  • Durch Aufnahme des Absorptionswärmewandlers in das Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerk kann der gesamte Kraftwerkswirkungsgrad erhöht werden. Das System reduziert die Abwärme in einem Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerk durch Umwandlung der niederwertigen Energie in der letzten Stufe des HRSGs zu einer hochwertigen Energie, wodurch der Kraftwerkswirkungsgrad verbessert wird.
  • Während die Erfindung in Verbindung mit Ausführungsformen beschrieben worden ist, die momentan als die praktikabelsten und bevorzugten Ausführungsformen angesehen werden, sollte verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegensatz verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen umfassen soll, die in dem Rahmen und Umfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind.
  • Ein Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerk verwendet einen Absorptionswärmewandler, um den Kraftwerkswirkungsgrad zu verbessern. Ein Abhitzedampferzeuger empfängt Abgas von einer Gasturbine und erzeugt Dampf zur Zuführung zu einer Dampfturbine. Der Abhitzedampferzeuger enthält einen Niederdruck-Economiser, einen Mitteldruck-Economiser und einen Hochdruck-Economiser. Der Absorptionswärmewandler steht mit dem Niederdruck-Economiser in Fluidverbindung. Der Absorptionswärmewandler enthält einen Speisewasserkreislauf, der Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser zur Erwärmung durch den Absorptionswärmewandler ansaugt und erwärmtes Wasser zu wenigstens entweder dem Mitteldruck-Economiser und/oder dem Hochdruck-Economiser leitet.
  • Bezugszeichenliste
    • 12
    Gasturbine
    14
    Abhitzedampferzeuger
    16
    Dampfturbine
    18
    Niederdruckabschnitt
    20
    Niederdruck-Economiser/Speisewasservorwärmer
    22
    Mitteldruckabschnitt
    24
    Mitteldruck-Economiser/Speisewasservorwärmer
    26
    Hochdruckabschnitt
    28
    Hochdruck-Economiser/Speisewasservorwärmer
    30
    Absorptionswärmewandler
    32
    Speisewasserkreislauf
    34
    Speisewasserentnahmeleitung
    36
    Wärmeleitung
    38
    Energieleitung
    40
    Verdampferleitung
    42
    Niederdruck-Verdampfer
    44
    Kondensator
    46
    Kondensatorleitung
    48
    Pumpe
    50
    Kesselspeisewasserpumpe
    52
    unabhängiger Wasserkreislauf

Claims (10)

  1. Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerk, das eine Gasturbine und eine Dampfturbine enthält, wobei das Kombikraftwerk aufweist: einen Abhitzedampferzeuger, der Abgas von der Gasturbine empfängt und Dampf zur Zuführung zu der Dampfturbine erzeugt, wobei der Abhitzedampferzeuger einen Niederdruck-Economiser, einen Mitteldruck-Economiser und einen Hochdruck-Economiser enthält; und einen Abhitzewärmewandler in Strömungsverbindung mit dem Niederdruck-Economiser, wobei der Absorptionswärmewandler einen Speisewasserkreislauf enthält, der Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser zur Erwärmung durch den Absorptionswärmewandler bezieht und erwärmtes Wasser zu wenigstens entweder dem Mitteldruck-Economiser und/oder dem Hochdruck-Economiser leitet.
  2. Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerk nach Anspruch 1, wobei der Speisewasserkreislauf eine Speisewasserentnahmeleitung aufweist, die das Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser überträgt, wobei die Speisewasserentnahmeleitung in eine Wärmeleitung parallel zu einer Energieleitung aufgeteilt ist, wobei die Wärmeleitung und die Energieleitung dem Absorptionswärmewandler zugeführt sind.
  3. Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerk nach Anspruch 2, wobei der Absorptionswärmwandler ferner einen Kondensator aufweist, der mit dem Absorptionswärmewandler über eine Kondensatorleitung in Kommunikationsverbindung steht.
  4. Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerk nach Anspruch 3, wobei der Kondensator gemeinsam von der Dampfturbine genutzt wird.
  5. Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerk nach Anspruch 2, wobei der Speisewasserkreislauf ferner eine Pumpe in Reihe zu der Energieleitung aufweist, wobei die Pumpe Speisewasser in der Energieleitung zu dem Niederdruck-Economiser zurücktreibt.
  6. Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerk nach Anspruch 5, wobei der Abhitzedampferzeuger einen Niederdruck-Verdampfer aufweist und wobei der Speisewasserkreislauf eine Verdampferleitung aufweist, die Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser entnimmt.
  7. Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerk nach Anspruch 1, wobei der Absorptionswärmewandler konfiguriert ist, um das Abwasser von niederwertigerer Energie in hochwertige Energie zu erwärmen, wobei die niederwertigere Energie vorzugsweise das Abwasser bei weniger als 300°F aufweist und wobei die hochwertige Energie das erwärmte Wasser bei wenigstens 350°F aufweist.
  8. Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerk nach Anspruch 1, wobei der Abhitzedampferzeuger einen unabhängigen Wasserkreislauf aufweist, der zwischen dem Niederdruck-Economiser und dem Absorptionswärmewandler eingefügt ist, wobei der Absorptionswärmewandler das Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser über den unabhängigen Wasserkreislauf bezieht.
  9. Speisewasserkreislauf in einem Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerk, das einen Abhitzedampferzeuger, der Abgas von einer Gasturbine empfängt und Dampf zur Zuführung zu einer Dampfturbine erzeugt, und einen Absorptionswärmewandler in Strömungsverbindung mit einem Niederdruck-Economiser in dem Abhitzedampferzeuger enthält, wobei der Speisewasserkreislauf aufweist: eine Speisewasserentnahmeleitung, die Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser zu dem Absorptionswärmewandler überträgt; eine Wärmeleitung, die von der Speisewasserentnahmeleitung abgezweigt ist; und eine Energieleitung, die von der Speisewasserentnahmeleitung parallel zu der Wärmeleitung abgezweigt ist, wobei die Wärmeleitung und die Energieleitung gesondert dem Absorptionswärmewandler zugeführt sind.
  10. Verfahren zum Betreiben eines Gas- und Dampfturbinen-Kombikraftwerks, das eine Gasturbine und eine Dampfturbine enthält, wobei das Verfahren aufweist: Empfangen von Abgas aus der Gasturbine mit einem Abhitzedampferzeuger und Erzeugen von Dampf zur Zuführung zu der Dampfturbine mit dem Abhitzedampferzeuger, wobei der Abhitzedampferzeuger einen Niederdruck-Economiser, einen Mitteldruck-Economiser und einen Hochdruck-Economiser enthält; Einsaugen von Abwasser aus dem Niederdruck-Economiser in einen Absorptionswärmewandler; Erwärmen des Abwassers mit dem Absorptionswärmewandler von niederwertigerer Energie zu höherwertigeren Energie; und Leiten des erwärmten Wassers zu wenigstens entweder dem Mitteldruck-Economiser und/oder dem Hochdruck-Economiser.
DE102013111635.3A 2012-11-05 2013-10-22 Verbundkraftwerk mit Absorptionswärmewandler Active DE102013111635B4 (de)

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