DE102016204346A1

DE102016204346A1 - Generator heat usage

Info

Publication number: DE102016204346A1
Application number: DE102016204346.3A
Authority: DE
Inventors: Christoph Biela; Olga Deiss; Axel Felderer; Robert Grewe; Kevin Kampka; Dirk Müller; Gregor Schmid; Stephan Schwarz; Julian Timmermann; José Manuel Torres Gutiérrez
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2017-09-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftwerksanlage (1) mit einem Generator (2) und einer Gasturbine (3) umfassend einen Verdichter (4) sowie ein dem Verdichter (4) vorgeschaltetes Ansaughaus (5) für im Verdichter (4) zu verdichtende Luft, wobei der Generator (2) und das Ansaughaus (5) thermisch gekoppelt sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Nutzung von Generatorabwärme.The invention relates to a power plant (1) with a generator (2) and a gas turbine (3) comprising a compressor (4) and an intake (5) upstream of the compressor (4) for air to be compressed in the compressor (4) Generator (2) and the suction house (5) are thermally coupled. The invention further relates to a method for using generator waste heat.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftwerksanlage sowie ein Verfahren zur Nutzung der Generatorabwärme. The invention relates to a power plant and a method for using the generator waste heat.

Beim Betrieb einer Kraftwerksanlage mit einer Gasturbine wird üblicherweise Umgebungsluft angesaugt und in einem der Gasturbine zugeordneten Verdichter verdichtet. Der größte Anteil der verdichteten Luft gelangt in eine oder mehrere Brennkammern und wird dort mit einem Brennstoff, üblicherweise Gas, vermischt und verbrannt. Die heißen, unter Druck stehenden Abgase werden einem Turbinenteil der Gasturbine zugeführt und dort unter Leistung von Arbeit, beispielsweise dem Antreiben eines Generators, entspannt. When operating a power plant with a gas turbine, ambient air is usually drawn in and compressed in a compressor associated with the gas turbine. The largest portion of the compressed air enters one or more combustion chambers where it is mixed with a fuel, usually gas, and burned. The hot, pressurized exhaust gases are fed to a turbine part of the gas turbine and there, under the power of work, for example, the driving of a generator, relaxed.

Typischerweise ist bei Gasturbinenanlagen eine Ansaugluftvorwärmung vorgesehen, um bei vergleichsweise tiefen Außentemperaturen die Entstehung von Kondenswasser oder Eis in Luftansaugeinrichtungen zu verhindern, um insbesondere im Teillastbetrieb den Gesamt-Wirkungsgrad der Anlage zu steigern und ferner um bei niedrigen Teillasten den NOx-Ausstoß zu verringern. Durch die Vorwärmung der Ansaugluft der Gasturbine verringert sich zwar der Gesamtmassenstrom des Brennstoff-Luft-Gemischs, welcher der Gasturbine insgesamt pro Zeiteinheit zugeführt werden kann, so dass die durch die Gasturbine maximal erreichbare Leistungsabgabe geringer ist als beim Verzicht auf die Vorwärmung der Ansaugluft. Bei der Vorwärmung der Ansaugluft sinkt der Brennstoffverbrauch aber stärker als die maximal erreichbare Leistungsabgabe. Typically, in gas turbine plants an intake air preheating is provided to prevent the formation of condensation or ice in Luftansaugeinrichtungen at relatively low outdoor temperatures, especially in part-load operation to increase the overall efficiency of the system and also to reduce NOx emissions at low partial loads. By preheating the intake air of the gas turbine, although the total mass flow of the fuel-air mixture, which can be supplied to the gas turbine in total per unit time is reduced, so that the maximum achievable by the gas turbine power output is less than waiving the preheating of the intake air. When preheating the intake air, the fuel consumption drops more than the maximum achievable power output.

Davon abgesehen ist der Verdichter einer Gasturbinenanlage für einen bestimmten Betriebspunkt ausgelegt. Bei geänderten Anforderungen der Anlage ergibt sich eine Variation des Betriebspunktes, die nicht beliebig groß sein kann. Zur Einhaltung der Betriebsgrenzen kann es nötig oder zumindest hilfreich sein, zu verdichtende Luft vorzuwärmen. Apart from that, the compressor of a gas turbine plant is designed for a certain operating point. With changed requirements of the system results in a variation of the operating point, which can not be arbitrarily large. To comply with the operating limits, it may be necessary or at least helpful to preheat air to be compressed.

Bei Gas- und Dampfturbinenanlagen kann eine solche Ansaugluftvorwärmung bei niedrigen Außentemperaturen und bei Teillasten beispielsweise durch die Verwendung von Niederdruckdampf erfolgen. Allerdings verringert sich dadurch der Wirkungsgrad insbesondere bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen. Weiterhin kann es bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen sein, dass die Ansaugluft nicht auf eine optimale Temperatur aufgeheizt wird, da nicht genügend Niederdruckdampf zur Verfügung steht. In gas and steam turbine plants such Ansaugluftvorwärmung can be done at low outdoor temperatures and partial loads, for example, by the use of low-pressure steam. However, this reduces the efficiency, especially at very low ambient temperatures. Furthermore, it may be at very low ambient temperatures that the intake air is not heated to an optimum temperature, since not enough low-pressure steam is available.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kraftwerksanlage mit einem verbesserten Ansaugluftvorwärmsystem anzugeben, das auch bei vergleichsweise tiefen Umgebungstemperaturen ausreichend Wärme zur Luftvorwärmung zur Verfügung stellt und dabei den Wirkungsgrad der Gesamtanlage steigert. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zum Vorwärmen der Ansaugluft einer Gasturbine für eine Kraftwerksanlage. Object of the present invention is therefore to provide a power plant with an improved Ansaugluftvorwärmsystem that provides sufficient heat for air preheating even at relatively low ambient temperatures and thereby increases the efficiency of the entire system. Another object of the invention is to provide a method for preheating the intake air of a gas turbine for a power plant.

Die Erfindung löst die auf eine Kraftwerksanlage gerichtete Aufgabe, indem sie vorsieht, dass bei einer derartigen Kraftwerksanlage mit einem Generator und einer Gasturbine umfassend einen Verdichter sowie ein dem Verdichter vorgeschaltetes Ansaughaus für im Verdichter zu verdichtende Luft, der Generator und das Ansaughaus thermisch gekoppelt sind. The invention solves the task directed to a power plant by providing that in such a power plant with a generator and a gas turbine comprising a compressor and a compressor inlet upstream Ansaughaus be thermally coupled in the compressor to be compressed air, the generator and the suction.

Dadurch kann die Wärme, die am Generator anfällt, im Ansaughaus genutzt werden. Diese Anwendung ist insbesondere für Cold-Ambient-Anlagen von Interesse. Zusätzliche Luftvorwärmer und Enteiser können entfallen. This allows the heat generated by the generator to be used in the intake house. This application is of particular interest for cold ambient systems. Additional air preheaters and deicers can be omitted.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zur Wärmeaufnahme eine erste Rohrleitung um den Generator herum angeordnet. Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine zweite, isolierte Rohrleitung mit der ersten Rohrleitung verbunden ist und zur Wärmeabgabe an im Verdichter zu verdichtende Luft in das Ansaughaus mündet. In an advantageous embodiment of the invention, a first pipeline is arranged around the generator for absorbing heat. Furthermore, it is advantageous if a second, insulated pipeline is connected to the first pipeline and opens into the intake house for heat dissipation to be compressed in the compressor.

Die Umsetzung der Erfindung mittels Rohrleitungen ist technisch einfach umsetzbar. Die Isolierung hilft Verluste auf dem Übertragungsweg auf ein Minimum einzuschränken. The implementation of the invention by means of pipes is technically easy to implement. The insulation helps minimize losses in the transmission path.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist ein Wärmeübertrager primärseitig mit einem Kühlmedium für die Generatorkühlung beaufschlagbar und sekundärseitig in das Ansaughaus geschaltet. In an alternative embodiment of the invention, a heat exchanger can be acted upon on the primary side with a cooling medium for the generator cooling and switched on the secondary side into the intake housing.

Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Nutzung von Generatorabwärme, bei dem Wärme von einem Generator abgeführt und einem Ansaughaus zur Vorwärmung von in einem Verdichter zu verdichtender Luft zugeführt wird. The object directed to a method is achieved by a method for utilizing waste heat generator, in which heat is removed from a generator and fed to an intake manifold for preheating air to be compressed in a compressor.

Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Wärme durch eine um den Generator herum angeordnete erste Rohrleitung und eine zweite, isolierte Rohrleitung, die mit der ersten Rohrleitung verbunden ist und in das Ansaughaus mündet, vom Generator in das Ansaughaus übertragen wird. It is expedient if the heat is transmitted from the generator into the intake housing by a first pipeline arranged around the generator and a second, insulated pipeline which is connected to the first pipeline and leads into the intake house.

Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich: The invention will be explained in more detail by way of example with reference to the drawings. Shown schematically and not to scale:

1 eine Kraftwerksanlage nach der Erfindung und 1 a power plant according to the invention and

2 eine alternative Ausführungsform der Kraftwerksanlage nach der Erfindung. 2 an alternative embodiment of the power plant according to the invention.

Die 1 zeigt schematisch und beispielhaft eine Kraftwerksanlage 1 mit einer Gasturbine 3, umfassend einen Verdichter 4, eine Brennkammer 8 und eine Turbine 9. Die Turbine 9 ist über eine Welle 10 mit einem Generator 2 gekoppelt. Dem Verdichter 4 vorgeschaltet ist ein Ansaughaus 5. Zur Ansaugluftvorwärmung ist eine erste Rohrleitung 6 um den Generator 2 herum angeordnet, die mit einer zweiten Rohrleitung 7 verbunden ist. Die zweite Rohrleitung 7 ist thermisch isoliert und mündet in das Ansaughaus 5. Eine dritte Rohrleitung 11 führt das Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasser, nachdem es seine Wärme an die Luft im Ansaughaus 5 übertragen hat, wieder zum Generator 2 zurück. The 1 shows schematically and by way of example a power plant 1 with a gas turbine 3 comprising a compressor 4 , a combustion chamber 8th and a turbine 9 , The turbine 9 is about a wave 10 with a generator 2 coupled. The compressor 4 upstream is an intake 5 , For intake air preheating is a first pipeline 6 around the generator 2 arranged around, with a second pipeline 7 connected is. The second pipeline 7 is thermally insulated and flows into the intake 5 , A third pipeline 11 It carries the heat transfer medium, for example water, after it transfers its heat to the air in the intake house 5 has transferred again to the generator 2 back.

In 2 ist eine alternative Ausführungsform der erfinderischen Kraftwerksanlage 1 dargestellt, bei der ein Wärmeübertrager 12 primärseitig in eine Einhausung 13 des Generators 2 geschaltet und dort mit einem Kühlmedium für die Generatorkühlung beaufschlagbar ist und sekundärseitig in das Ansaughaus 5 geschaltet ist. Alternativ könnte auch das vom Generator 2 erwärmte Kühlmedium aus der Einhausung 13 heraus- und einem außerhalb der Einhausung 13 angeordneten Wärmeübertrager, genauer dessen Primärseite, zugeführt werden. In 2 is an alternative embodiment of the inventive power plant 1 shown in which a heat exchanger 12 on the primary side in an enclosure 13 of the generator 2 switched and there can be acted upon with a cooling medium for the generator cooling and secondary side into the suction house 5 is switched. Alternatively, this could also be done by the generator 2 heated cooling medium from the enclosure 13 out and one outside the enclosure 13 arranged heat exchanger, more precisely, the primary side, are supplied.

Claims

Power plant ( 1 ) with a generator ( 2 ) and a gas turbine ( 3 ) comprising a compressor ( 4 ) and a compressor ( 4 ) upstream intake ( 5 ) for in the compressor ( 4 ) to be compressed, characterized in that the generator ( 2 ) and the intake ( 5 ) are thermally coupled.

Power plant ( 1 ) according to claim 1, wherein for receiving heat a first pipeline ( 6 ) around the generator ( 2 ) is arranged around.

Power plant ( 1 ) according to one of claims 1 or 2, wherein a second, insulated pipeline ( 7 ) with the first pipeline ( 6 ) and for heat dissipation in the compressor ( 4 ) to be compressed air in the suction house ( 5 ) opens.

Power plant ( 1 ) according to claim 1, wherein a heat exchanger ( 12 ) can be acted upon on the primary side with a cooling medium for the generator cooling and secondary side in the intake house ( 5 ) is switched.

Method for using waste heat from a generator, characterized in that heat from a generator ( 2 ) and a Ansaughaus ( 5 ) for preheating in a compressor ( 4 ) is supplied to compressed air.

A method according to claim 5, wherein the heat is transmitted through one around the generator ( 2 ) around arranged first pipeline ( 6 ) and a second, insulated pipeline ( 7 ) connected to the first pipeline ( 6 ) and into the intake ( 5 ), from the generator ( 2 ) into the intake house ( 5 ) is transmitted.