DE102017103389A1

DE102017103389A1 - System und Verfahren zum Vorwärmen eines Abhitzedampferzeugers

Info

Publication number: DE102017103389A1
Application number: DE102017103389.0A
Authority: DE
Inventors: Remo Richard Noonan; Wesley Paul Bauver jr.
Original assignee: General Electric Technology GmbH
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2017-02-20
Publication date: 2017-08-31
Also published as: US20170248037A1; CN107120632A; US9828884B2; JP2017150807A; KR20170100439A

Abstract

Es ist ein System (10) zum Vorwärmen eines Abhitzedampferzeugers (12) geschaffen. Das System (10) enthält einen Tank (14) und einen Wärmetauscher (16). Der Tank (14) enthält ein Übertragungsmedium (22). Der Wärmetauscher (16) ist in einem Strömungspfad eines durch eine Brennkammer (20) erzeugten Rauchgases (18) angeordnet und ist mit dem Tank (14) derart strömungsmäßig verbunden, dass das Übertragungsmedium (22) durch den Wärmetauscher (16) strömt und durch das Rauchgas (18) erwärmt wird. Das Übertragungsmedium (22) wärmt eine oder mehrere Komponenten (14), (24), (26) des Abhitzedampferzeugers (12) vor.

Description

HINTERGRUND
TECHNISCHES GEBIET
Ausführungsformen der Erfindung betreffen allgemein die Energieerzeugung und insbesondere ein System und Verfahren zum Vorheizen eines Abhitzedampferzeugers.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Abhitzedampferzeuger („HRSGs“, heat recovery steam generators) sind Vorrichtungen, die Wärmeenergie aus wärmehaltigen Medien wiedergewinnen, wie bspw. aus Rauchgas, das durch die Verbrennung eines Brennstoffes erzeugt wird, oder aus irgendeinem anderen Gas und/oder Plasma, das wiedergewinnbare Wärmeenergie enthält. Viele HRSGs gewinnen Wärme aus einem wärmehaltigen Medium wieder, indem sie eine oder mehrere Komponenten, gewöhnlich druckbeaufschlagte Teile / Druckteile, wie bspw. einen Verdampfer und/oder einen Überhitzer, dem wärmehaltigen Medium aussetzen. In derartigen HRSGs erzeugt der Verdampfer Dampf durch Absorption/Wiedergewinnung eines Teils der Wärmeenergie aus dem wärmehaltigen Medium. Der Überhitzer trocknet anschließend den erzeugten Dampf durch Absorption/Wiedergewinnung von mehr von der Wärmeenergie aus dem wärmehaltigen Medium. Der getrocknete Dampf wird dann gewöhnlich zu einer Dampf verbrauchenden Vorrichtung, z.B. einer dampfbetriebenen Turbine, zur Erzeugung elektrischer Leistung verteilt.
Viele Kraftwerke, die als Kombikraftwerke bezeichnet werden, verwenden häufig HRSGs, um Wärmeenergie aus einem durch einen primären Generator erzeugten Rauchgas wiederzugewinnen. Die wiedergewonnene Wärmeenergie wird dann dazu verwendet, eine Turbine anzutreiben, die wiederum einen sekundären Generator antreibt. Derartige Kombikraftwerke weisen gewöhnlich zwei Betriebsmodi, einen Einfachzyklus- und einen Kombizyklus-Modus, auf. Während des Einfachzyklus-Modus ist der HRSG „offline“ (außer Betrieb), und er erzeugt keinen Dampf, und das durch den primären Generator erzeugte Rauchgas wird gewöhnlich über einen Bypassschacht um den HRSG derart umgeleitet, dass die druckbeaufschlagten Teile nicht dem Rauchgas ausgesetzt sind. Während eines Kombizyklus-Modus ist der HRSG „online“, das heißt, das Rauchgas wird in den HRSG geleitet, um Dampf zu erzeugen, und die druckbeaufschlagten Teile sind dem Rauchgas ausgesetzt.
In derartigen Kraftwerken tritt jedoch häufig der Fall auf, dass druckbeaufschlagte Teile des HRSGs, und insbesondere der Verdampfer und der Überhitzer, während eines Übergangs von einem Einfachzyklus-Modus zu einem Kombizyklus-Modus aufgrund von Temperaturunterschieden zwischen den durckbeaufschlagten Teilen und dem Rauchgas thermische Beanspruchungen erfahren. Derartige thermische Beanspruchungen beeinträchtigen häufig die Nutzungslebensdauern der druckbeaufschlagten Teile, insbesondere von druckbeaufschlagten Teilen, die dicke Wände aufweisen. Die thermischen Beanspruchungen, die die druckbeaufschlagten Teile erfahren, sind häufig während des Übergangs eines Kombikraftwerks von einem Einfachzyklus-Modus zu einem Kombizyklus-Modus und insbesondere dann am größten, wenn der HRSG für eine längere Zeitdauer offline gewesen ist und sich die druckbeaufschlagten Teile auf die Umgebungstemperatur abgekühlt haben.
Um thermische Beanspruchungen während eines Übergangs von einem Einfachzyklus-Betriebsmodus zu einem Kombizyklus-Betriebsmodus zu reduzieren, temperieren deshalb einige Kombikraftwerke die druckbeaufschlagten Teile durch eine allmähliche Einleitung des Rauchgases in den HRSG hinein. Eine allmähliche Einleitung des Rauchgases in den HRSG verzögert jedoch derartige Kombizyklus-Kraftwerke bei der Erreichung ihrer vollen Betriebskapazität. Außerdem weist das eingeleitete Rauchgas gewöhnlich eine Temperatur deutlich oberhalb derjenigen der druckbeaufschlagten Teile auf, womit eine allmähliche Einleitung des Rauchgases in den HRSG weiterhin eine thermische Beanspruchung in den druckbeaufschlagten Teilen hervorrufen kann.
In Anbetracht der vorstehenden Erläuterungen ist das, was benötigt wird, ein System und ein Verfahren zum Vorheizen eines Abhitzedampferzeugers.
KURZBESCHREIBUNG
In einem Aspekt ist ein System zum Vorheizen eines Abhitzedampferzeugers geschaffen. Das System enthält einen Tank und einen Wärmetauscher. Der Tank enthält ein Übertragungsmedium. Der Wärmetauscher ist in einem Strömungspfad eines Rauchgases, das durch eine Brennkammer erzeugt wird, angeordnet und ist mit dem Tank derart strömungsmäßig verbunden, dass das Übertragungsmedium durch den Wärmetauscher strömt und durch das Rauchgas erwärmt wird. Das Übertragungsmedium wärmt eine oder mehrere Komponenten des Abhitzedampferzeugers vor.
In dem zuvor erwähnten System kann das Übertragungsmedium zwischen dem Tank und dem Wärmetauscher durch entweder natürliche Konvektion und/oder erzwungene Konvektion strömen.
In jedem beliebigen vorstehend erwähnten System kann der Tank eine Verdampfertrommel sein, und das Übertragungsmedium kann Trommelwasser sein.
Zusätzlich oder als eine Alternative kann die eine oder können die mehreren Komponenten des Abhitzedampferzeugers ein oder mehrere Druckteile enthalten.
Insbesondere kann das eine oder können die mehreren Druckteile wenigstens einen von einem Verdampfer und einem Überhitzer enthalten.
In einigen Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Systems kann der Abhitzedampferzeuger eingerichtet sein, um Wärmeenergie aus dem Rauchgas wiederzugewinnen, nachdem die eine oder mehreren Komponenten durch das Übertragungsmedium vorgewärmt worden sind.
Zusätzlich kann in bevorzugten Ausführungsformen der Abhitzedampferzeuger vorzugsweise ein sekundärer Generator eines Kombikraftwerks sein, wobei die eine oder mehreren Komponenten des Abhitzedampferzeugers dem Rauchgas ausgesetzt sind, wenn sich das Kombikraftwerk in einem Kombizyklus-Betriebsmodus befindet, und wobei die eine oder mehreren Komponenten des Abhitzedampferzeugers dem Rauchgas nicht ausgesetzt sind, wenn sich das Kombikraftwerk in einem Einfachzyklus-Betriebsmodus befindet.
In den zuletzt erwähnten bevorzugten Ausführungsformen kann es vorteilhaft sein, wenn, wenn sich das Kombikraftwerk in dem Einfachzyklus-Betriebsmodus befindet, ein Bypassschacht einen Teil des Strömungspfades bildet und dem Rauchgas ermöglicht, den Abhitzedampferzeuger zu umströmen, und der Wärmetauscher ferner in dem Bypassschacht angeordnet ist.
Zusätzlich oder als eine Alternative kann der Wärmetauscher in den zuletzt erwähnten Ausführungsformen von dem Tank strömungsmäßig isoliert sein, wenn sich das Kombikraftwerk in dem Kombizyklus-Betriebsmodus befindet.
In einem weiteren Aspekt ist ein Verfahren zum Vorheizen eines Abhitzedampferzeugers geschaffen. Das Verfahren enthält ein Vorhalten eines Übertragungsmediums in einem Tank, der in dem Abhitzedampferzeuger angeordnet ist. Das Verfahren enthält ferner ein Erwärmen des Übertragungsmediums über einen Wärmetauscher, der in einem Strömungspfad eines durch eine Brennkammer erzeugten Rauchgases angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher mit dem Tank derart strömungsmäßig verbunden ist, dass das Übertragungsmedium durch den Wärmetauscher strömt. Das Verfahren enthält ferner ein Vorwärmen einer oder mehrerer Komponenten des Abhitzedampferzeugers mittels des Übertragungsmediums.
In dem zuletzt erwähnten Verfahren kann das Übertragungsmedium zwischen dem Tank und dem Wärmetauscher mittels entweder natürlicher Konvektion und/oder erzwungener Konvektion strömen.
In jedem beliebigen vorstehend erwähnten Verfahren kann der Tank eine Verdampfertrommel sein, und das Übertragungsmedium kann Trommelwasser sein.
Zusätzlich oder als eine Alternative kann die eine oder können die mehreren Komponenten des Abhitzedampferzeugers ein oder mehrere Druckteile enthalten.
Vorzugsweise kann das eine oder können die mehreren Druckteile wenigstens einen von einem Verdampfer und einem Überhitzer enthalten.
In einigen Ausführungsformen eines beliebigen vorstehend erwähnten Verfahrens kann der Abhitzedampferzeuger eingerichtet sein, um Wärmeenergie aus dem Rauchgas wiederzugewinnen.
Zusätzlich kann der Abhitzedampferzeuger in bevorzugten Ausführungsformen ein sekundärer Generator eines Kombikraftwerks sein, und das Verfahren kann ferner ein Betreiben des Kombikraftwerks in einem Kombizyklus-Betriebsmodus, in dem die eine oder mehreren Komponenten des Abhitzedampferzeugers dem Rauchgas ausgesetzt sind, und ein Betreiben des Kombikraftwerks in einem Einfachzyklus-Betriebsmodus aufweisen, in dem die eine oder mehreren Komponenten des Abhitzedampferzeugers dem Rauchgas nicht ausgesetzt sind.
In den zuletzt erwähnten bevorzugten Ausführungsformen kann es vorteilhaft sein, wenn, wenn sich das Kombikraftwerk in dem Einfachzyklus-Betriebsmodus befindet, ein Bypassschacht einen Teil des Strömungspfades bildet und dem Rauchgas ermöglicht, den Abhitzedampferzeuger zu umströmen, und der Wärmetauscher ferner in dem Bypassschacht angeordnet ist.
Zusätzlich oder als eine Alternative kann das Betreiben des Kombikraftwerks in dem Kombizyklus-Betriebsmodus ein strömungsmäßiges Isolieren des Wärmetauschers von dem Tank aufweisen.
In einem noch weiteren Aspekt ist ein System zum Vorheizen eines Abhitzedampferzeugers eines Kombikraftwerks geschaffen. Das System enthält eine Verdampfertrommel und einen Wärmetauscher. Die Verdampfertrommel ist in dem Abhitzedampferzeuger angeordnet und enthält Trommelwasser. Der Abhitzedampferzeuger ist eingerichtet, um Wärmeenergie aus einem Rauchgas wiederzugewinnen, das durch einen primären Generator des Kombikraftwerks erzeugt wird, wenn sich das Kombikraftwerk in einem Kombizyklus-Betriebsmodus befindet. Der Wärmetauscher ist in einem Bypassschacht des Kombikraftwerks angeordnet und mit der Verdampfertrommel strömungsmäßig verbunden. Wenn sich das Kombikraftwerk in einem Einfachzyklus-Betriebsmodus befindet, strömt das Trommelwasser durch den Wärmetauscher, während der Bypassschacht dem Rauchgas ermöglicht, den Abhitzedampferzeuger zu umströmen und das Trommelwasser, das durch den Wärmetauscher strömt, zu erwärmen, und ein oder mehrere Druckteile des Abhitzedampferzeugers werden mittels des Trommelwassers vorgewärmt, bevor das eine oder die mehreren Druckteile dem Rauchgas ausgesetzt werden, wenn sich das Kombikraftwerk in dem Kombizyklus-Betriebsmodus befindet.
In dem zuvor erwähnten System kann der Wärmetauscher von der Verdampfertrommel strömungsmäßig isoliert sein, wenn sich das Kombikraftwerk in dem Kombizyklus-Betriebsmodus befindet.
ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird nach dem Lesen der folgenden Beschreibung von nicht beschränkenden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen besser verstanden, worin nachstehend zeigen:
1 ein Diagramm eines Systems zum Vorheizen eines Abhitzedampferzeugers gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ein weiteres Diagramm des Systems nach 1, worin der Abhitzedampferzeuger ein sekundärer Generator eines Kombikraftwerks ist; und
3 ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zum Vorheizen eines Abhitzedampferzeugers unter Verwendung des Systems nach 1 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird nachstehend im Einzelnen auf beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht sind. Wenn es möglich ist, beziehen sich die gleichen Bezugszeichen, die überall in den Zeichnungen verwendet werden, ohne eine doppelte Beschreibung auf die gleichen oder ähnliche Teile.
In dem hierin verwendeten Sinne zeigen die Begriffe „im Wesentlichen“, „im Allgemeinen“ und „etwa“ Bedingungen innerhalb vernünftigerweise erreichbarer Herstellungs- und Montagetoleranzen, relativ zu idealen gewünschten Bedingungen, die sich zur Erreichung des funktionalen Zwecks einer Komponente oder Baugruppe eignen, an. In dem hierin verwendeten Sinne bedeuten „elektrisch gekoppelt“, „elektrisch verbunden“ und „elektrische Kommunikationsverbindung“, dass die in Bezug genommenen Elemente derart unmittelbar oder mittelbar verbunden sind, dass ein elektrischer Strom von einem zu dem anderen fließen kann. Die Verbindung kann eine direkte leitende Verbindung, d.h. ohne ein dazwischen geschaltetes kapazitives, induktives oder aktives Element, eine induktive Verbindung, eine kapazitive Verbindung und/oder jede beliebige sonstige geeignete elektrische Verbindung enthalten. Es können zwischengeschaltete Komponenten vorhanden sein. In dem hierin verwendeten Sinne bedeutet der Ausdruck „strömungsmäßig verbunden“, dass die in Bezug genommenen Elemente derart verbunden sind, dass ein Fluid (das eine Flüssigkeit, ein Gas oder ein Plasma umfassen soll) von einem zu dem anderen strömen kann. Demgemäß beschreiben die Ausdrücke „stromaufwärts“ und „stromabwärts“, wie sie hierin verwendet werden, die Position der in Bezug genommenen Elemente in Bezug auf einen Strömungspfad eines Fluids, das zwischen und/oder in der Nähe der in Bezug genommenen Elemente strömt. Wie weiter hierin verwendet, bedeutet der Ausdruck „vorwärmen“ das Erwärmen oder Erhitzen einer oder mehrerer Komponenten eines HRSGs, bevor die eine oder mehreren Komponenten einer anhaltenden Betriebslast eines wärmehaltigen Mediums ausgesetzt werden, d.h., bevor der HRSG entsprechend normalen Betriebsmodi Dampf erzeugt. Zusätzlich umfasst der Ausdruck „füllen“, wie er hierin verwendet wird, sowohl ein vollständiges als auch ein teilweises Füllen eines Aufnahmeobjektes mit einem Füllobjekt.
Ferner sollte verstanden werden, dass, obwohl die hierin offenbarten Ausführungsformen in Bezug auf Abhitzedampferzeuger beschrieben sind, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in gleicher Weise auf jede beliebige Vorrichtung und/oder jeden beliebigen Prozess anwendbar sind, in der bzw. dem eine oder mehrere Komponenten dem Risiko einer Beschädigung aufgrund von thermischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, die durch Beaufschlagung der Komponenten mit einem wärmehaltigen Medium hervorgerufen werden. An sich sollte ferner verstanden werden, dass, obwohl viele der hierin offenbarten Ausführungsformen Abhitzedampferzeuger im Zusammenhang mit Kombikraftwerken beschreiben, Ausführungsformen der Erfindung in gleicher Weise auf Abhitzedampferzeuger (die Dampf umfassen können oder nicht) in anderen Anwendungen als in Kombikraftwerken anwendbar sind.
Demgemäß, und bezugnehmend auf 1, enthält ein System 10 zum Vorheizen eines Abhitzedampferzeugers 12 einen Tank 14 und einen Wärmetauscher 16, der in einem Strömungspfad eines Rauchgases 18 angeordnet ist, das durch eine Brennkammer 20 erzeugt wird. Der Tank 14 enthält ein Übertragungsmedium 22, und der Wärmetauscher 16 ist mit dem Tank 14 über eine oder mehrere Leitungen 23 derart strömungsmäßig verbunden, dass das Übertragungsmedium 22 durch den Wärmetauscher 16 strömt und durch das Rauchgas 18 erwärmt wird. Das Übertragungsmedium 22 erwärmt eine oder mehrere Komponenten 14, 24, 26 des HRSGs 12, bevor die eine oder mehreren Komponenten 14, 24, 26 einem wärmehaltigen Medium 28 ausgesetzt werden, aus dem der HRSG 12 thermische Energie wiedergewinnt. In Ausführungsformen kann das Rauchgas 18 das wärmehaltige Medium 28 sein.
Ein Erwärmen der einen oder mehreren Komponenten 14, 24, 26 über das Übertragungsmedium 22 temperiert die eine oder mehreren Komponenten 14, 24, 26 in einer derartigen Weise, dass das Ausmaß und/oder die Stärke der thermischen Beanspruchung, die in der einen oder den mehreren Komponenten 14, 24, 26 durch Beaufschlagung mit dem wärmehaltigen Medium 28 hervorgerufen wird, reduziert ist. In dem hierin verwendeten Sinne bedeutet Temperieren der Komponenten 14, 24, 26, dass die Temperaturen der Komponenten 14, 24, 26 bis auf eine bestimmte Größe / in einen bestimmten Bereich / zu einem bestimmten thermischen Abstand zu der Temperatur des wärmehaltigen Mediums 28 gebracht werden, bevor die Komponenten 14, 24, 26 dem wärmehaltigen Medium 28 ausgesetzt werden. In Ausführungsformen kann das System 10 ferner eine Steuereinrichtung 30 mit wenigstens einem Prozessor / einer CPU 32 und einer Speichervorrichtung 33 enthalten, die ein Vorwärmprogramm / eine Vorwärmanwendung speichert. Die Steuereinrichtung 30 kann in dem HRSG 12 angeordnet und/oder anderweitig positioniert sein, so dass die Steuereinrichtung 30 mit den verschiedenen Komponenten des Systems 10 in Kommunikationsverbindung steht. In Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 16 mit dem Tank 14 über ein oder mehrere Ventile 27, 29 strömungsmäßig verbunden und/oder von dem Tank 14 strömungsmäßig isoliert sein.
Die eine oder mehreren Komponenten 14, 24, 26 können den Tank 14, einen Verdampfer 24 und einen Überhitzer 26 enthalten. In Ausführungsformen kann die eine oder können die mehreren Komponenten 14, 24, 26 ein oder mehrere druckbeaufschlagte / Druckteile 14, 24, 26 sein / enthalten. In dem hierin verwendeten Sinne bedeuten die Ausdrücke „Druckteil“ und „druckbeaufschlagtes Teil“ eine beliebige Komponente des HRSGs 12 oder einer ähnlichen Vorrichtung, die ein unter Druck gesetztes Medium, z.B. Dampf, Rauchgas und/oder andere unter Druck gesetzte Medien, enthält, um das Übertragungsmedium 22 und/oder das wärmehaltige Medium 28 zu umfassen. Die druckbeaufschlagten Teile 14, 24, 26 können dicke Wände aufweisen.
In Ausführungsformen können der Verdampfer 24 und der Überhitzer 26 druckbeaufschlagte Teile sein. Zum Beispiel kann das wärmehaltige Medium 28 in derartigen Ausführungsformen durch einen Kanal 34 des HRSGs 12 derart hindurch gezwungen werden, dass der Verdampfer 24 und der Überhitzer 26 mit dem wärmehaltigen Medium 28 in erwärmenden Kontakt gelangen, z.B. die eine oder mehreren Komponenten 24, 26 dem wärmehaltigen Medium ausgesetzt sind. In dem hierin verwendeten Sinne bedeutet der Ausdruck „erwärmender Kontakt“, dass die in Bezug genommenen Objekte sich in der Nähe zueinander derart befinden, dass Wärme / thermische Energie zwischen diesen übertragen werden kann. Wenn er sich in erwärmendem Kontakt mit dem wärmehaltigen Medium 28 befindet, wandelt der Verdampfer 24 ein Arbeitsmedium 36, das gewöhnlich im Inneren des Verdampfers 24 enthalten ist, zu Gas / Dampf durch Absorption von Wärmeenergie aus dem wärmehaltigen Medium 28. Wie in 1 veranschaulicht, können in Ausführungsformen das Übertragungsmedium 22, das zum Erwärmen der einen oder mehreren Komponenten 14, 24, 26 verwendet wird, bevor die Komponenten 14, 24, 26 dem wärmehaltigen Medium 28 ausgesetzt werden, und das Arbeitsmedium 36 ein und das gleiche sein. Jedoch sollte verstanden werden, dass in anderen Ausführungsformen das Übertragungsmedium 22 von dem Arbeitsmedium 36 gesondert sein kann.
Wenn es durch den Verdampfer 24 in ein Gas umgewandelt worden ist, wird das Arbeitsmedium 36 anschließend zu dem Überhitzer 26 gesandt, der das Arbeitsmedium 36 Gas / Dampf durch Absorption von mehr Wärmeenergie aus dem wärmehaltigen Medium 28 „trocknet“. Wie durch einen Pfeil 38 veranschaulicht, wird das Arbeitsmedium 36, sobald es getrocknet ist, zu einer Wärme verbrauchenden Vorrichtung und/oder einem Wärme verbrauchenden Prozess, z.B. einem Dampfturbinengenerator, gesandt.
Der Tank 14 kann eine Verdampfertrommel sein, die in / an dem Verdampfer 24 angeordnet und/oder in diesem integriert ist. Der Wärmetauscher 16 ist eingerichtet, um mit dem Rauchgas 18 derart in Wärmekontakt zu stehen, dass der Wärmetauscher 16 das Übertragungsmedium 22 durch Absorption von Wärmeenergie aus dem Rauchgas 18 erwärmt. In Ausführungsformen kann der Wärmetauscher 16 eine relativ kleine Größe haben. Zum Beispiel kann der Wärmetauscher 16 in Ausführungsformen eine Spirale sein. In Ausführungsformen kann das Übertragungsmedium 22 zwischen dem Tank 14 und dem Wärmetauscher 16 durch natürliche Konvektion strömen. In anderen Ausführungsformen kann eine oder können mehrere Pumpten 40 verwendet werden, um das Übertragungsmedium 22 zwischen dem Tank 14 und dem Wärmetauscher 16 durch erzwungene Konvektion zirkulieren zu lassen. Zusätzlich können andere Formen der Konvektion, wie bspw. gravitationsbedingte Konvektion, verwendet werden, um das Übertragungsmedium 22 zwischen dem Tank 14 und dem Wärmetauscher 16 zirkulieren zu lassen.
Der Strömungspfad 18 verläuft von der Brennkammer 20 durch den Wärmetauscher 16 hindurch und kann durch eine oder mehrere Leitungen, Rohre und/oder andere Vorrichtungen gebildet sein, die in der Lage sind, die Strömung des Rauchgases 18 zu leiten. In Ausführungsformen kann der Strömungspfad 18 in mehrere und/oder gesonderte Pfade 42, 44 aufgeteilt sein, wobei wenigstens einer der Pfade 42 zu dem Wärmetauscher 16 führt, während ein weiterer Pfad 44 zu dem Kanal 34 des HRSGs 12 führt.
Die Brennkammer 20 erzeugt / generiert das Rauchgas 18. In Ausführungsformen kann die Brennkammer 20 das Rauchgas durch eine Verbrennung des Brennstoffes erzeugen. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die Brennkammer 20 das Rauchgas 18 durch andere chemische Prozesse, wie z.B. Elektrolyse, und/oder andere chemische Mittel zur Erzeugung eines erhitzten Gases erzeugen kann. In Ausführungsformen kann die Brennkammer 20 zusätzlich zu der Bereitstellung des Rauchgases 18 zur Erwärmung des Übertragungsmediums 22 Wärme für einen Prozess, z.B. zur Energieerzeugung, Stoffkonditionierung und/oder für andere industrielle, medizinische und/oder häusliche Anwendungen, bereitstellen. In derartigen Ausführungsformen kann das Rauchgas 18 Abgas sein. Zum Beispiel kann die Brennkammer 20 Wärme für einen Generator und/oder anderen industriellen Prozess liefern. Durch Verwendung des Rauchgases 18 einer Brennkammer 20, die einem anderen Zweck dient, als einfach das Rauchgas 18 und/oder Wärme zur Erwärmung des Übertragungsmediums 22 zu liefern, über den Wärmetauscher erhöht das System 10 den gesamten Wirkungsgrad des HRSGs 12. Der Wirkungsgrad des HRSGs 12 wird insbesondere dann erhöht, wenn das Rauchgas 28 das wärmehaltige Medium 28 ist, aus dem der HRSG 12 Wärmeenergie wiedergewinnt.
Zum Beispiel kann, wie in 2 veranschaulicht, der HRSG 12 ein sekundärer Generator eines Kombikraftwerks 46 sein. In derartigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 20 Wärme und/oder Leistung für einen primären Generator 48 des Kombikraftwerks 46 erzeugen, wobei die Brennkammer 20 z.B. eine gasbefeuerte Turbine 48 sein kann, die elektrische Leistung erzeugt, und der HRSG 12 kann eingerichtet sein, um durch Auffangen eines Teils und/oder eines Großteils der Wärmeenergie in dem durch die gasbefeuerte Turbine 48 erzeugten Rauchgas 18 den Gesamtwirkungsgrad des Kombikraftwerks zu erhöhen.
In Ausführungsformen kann das Kombikraftwerk 46 in zwei Betriebsmodi arbeiten: einem Einfachzyklus-Betriebsmodus (wie in 1 veranschaulicht) und einem Kombizyklus-Betriebsmodus (wie in 2 veranschaulicht). In dem Kombizyklus-Betriebsmodus befindet sich der HRSG 12 „online“, so dass das durch die Brennkammer 20 erzeugte Rauchgas 18 über den Kanal 34 in den HRSG 12 eingespeist wird, der über die eine oder mehreren Komponenten 14, 24, 26 einen Teil und/oder einen Großteil der in dem Rauchgas 18 enthaltenen Wärmeenergie wiedergewinnt, d.h. das Rauchgas 18 ist das wärmehaltige Medium 28. In dem Einfachzyklus-Betriebsmodus befindet sich der HRSG 12 „offline“, und er gewinnt keine Wärmeenergie über die eine oder mehreren Komponenten 14, 24, 26 aus dem Rauchgas 18 wieder, d.h. das Rauchgas 18 bleibt das wärmehaltige Medium 28, wobei jedoch der Verdampfer 24 und der Überhitzer 26 nicht verwendet werden, um Dampf zu erzeugen.
In derartigen Ausführungsformen kann, wenn das Kombikraftwerk 46 sich in dem Einfachzyklus-Betriebsmodus befindet, das Rauchgas 18 jedoch von der einen oder den mehreren Komponenten 14, 24, 26 des HRSGs 12 derart weggeleitet werden, dass die eine oder mehreren Komponenten 14, 24, 26 nicht dem Rauchgas 18 ausgesetzt sind, d.h., in dem Einfachzyklus-Betriebsmodus folgt das Rauchgas 18 der durchgezogenen Linie / dem Pfad 42 und nicht der gestrichelten Linie / dem Pfad 44, wie in 1 veranschaulicht; und in dem Kombizyklus-Betriebsmodus folgt das Rauchgas 18 der durchgezogenen Linie / dem Pfad 44 und nicht der gestrichelten Linie / dem Pfad 42, wie in 2 veranschaulicht. In derartigen Ausführungsformen kann das Kombikraftwerk 46 einen Bypassschacht 50 enthalten, der einen Teil des Strömungspfades 18 bildet und dem Rauchgas 18 gestattet, den HRSG 12 zu umgehen, d.h. um diesen herum zu strömen. In Ausführungsformen, in denen das Kombikraftwerk 46 einen Bypassschacht 50 aufweist, kann ein oder können mehrere Ventile (52, 54 in 2) den Strömungspfad 18 derart verändern, dass der Bypassschacht 50 einen Teil des Strömungspfades 18 in dem Einfachzyklus-Betriebsmodus bildet, jedoch in dem Kombizyklus-Betriebsmodus keinen Teil des Strömungspfades 18 bildet. Wie erkannt wird, können die Ventile 52, 54 variabel sein, d.h. die Menge des in den Bypassschacht 50 abgeleiteten Rauchgases 18 gegenüber der Menge des Rauchgases 18 / des wärmehaltigen Mediums 28, die zu dem HRSG 12 gesandt wird, kann variiert werden, und/oder digital sein, d.h., die Ventile 52, 54 können nur das gesamte Rauchgas 18 entweder zu dem Bypassschacht 50 oder zu dem HRSG 12 leiten.
Indem nun auf 3 Bezug genommen wird, ist ein Verfahren 56 zum Vorheizen des HRSGs 12 mittels des Systems 10 veranschaulicht. Wie erkannt wird, kann in Ausführungsformen die in der Speichervorrichtung 33 gespeicherte Vorwärmanwendung in den wenigstens einen Prozessor / die CPU 32 derart geladen werden, dass die Steuereinrichtung 30 durch die Vorwärmanwendung angepasst ist, um das gesamte oder einen Teil des Verfahrens 56 durchzuführen. Wie in 3 gesehen werden kann, enthält das Verfahren 56 ein Vorhalten 58 des Übertragungsmediums 22 in dem Tank 14, Erwärmen 60 des Übertragungsmediums 22 mittels des Wärmetauschers 16 und Vorwärmen 62 der einen oder mehreren Komponenten 14, 24, 26 des HRSGs 12 mittels des Übertragungsmediums 22, bevor die eine oder mehreren Komponenten 14, 24, 26 dem wärmehaltigen Medium 28 ausgesetzt werden, aus dem der HRSG 12 Wärmeenergie wiedergewinnt.
Wie vorstehend erläutert, kann der HRSG 12 der sekundäre Generator eines Kombikraftwerks 46 sein. In derartigen Ausführungsformen kann das Verfahren 56 ferner ein Betreiben 64 des Kombikraftwerks 46 in einem Einfachzyklus-Betriebsmodus und Betreiben 66 des Kombikraftwerks 46 in einem Kombizyklus-Betriebsmodus enthalten. In anderen Ausführungsformen kann das Verfahren 56 ferner ein Überführen 68 des Kombikraftwerks 46 von dem Einfachzyklus-Betriebsmodus zu dem Kombizyklus-Betriebsmodus enthalten. In derartigen Ausführungsformen kann das Überführen 68 des Kombikraftwerks 46 von dem Einfachzyklus-Betriebsmodus zu dem Kombizyklus-Betriebsmodus ein Füllen 70 des Tanks 14 mit dem Übertragungsmedium 22, Vorhalten 58 des Übertragungsmediums 22 in dem Tank 14, strömungsmäßiges Verbinden 72 des Wärmetauschers 16 mit dem Tank 14, Gestatten 74, dass das Übertragungsmedium 22 aus dem Tank 14 und durch den Wärmetauscher 16 strömt, Erwärmen 60 des Übertragungsmediums 22 mittels des Wärmetauschers 16, Vorwärmen 62 der einen oder mehreren Komponenten 14, 24, 26 des HRSGs 12 mittels des Übertragungsmediums 22, bevor die eine oder mehreren Komponenten 14, 24, 26 dem wärmehaltigen Medium 28 ausgesetzt werden, aus dem der HRSG 12 Wärmeenergie wiedergewinnt, strömungsmäßiges Isolieren 76 des Wärmetauschers 16 von dem Tank 14 und/oder strömungsmäßiges Verbinden 78 des HRSGs 12 mit dem primären Generator 48, d.h., Zuführen des durch die Brennkammer 20 des primären Generators 48 erzeugten Rauchgases 18 zu dem HRSG 12 für Wärmewiedergewinnungsoperationen / zur Dampferzeugung enthalten.
Demgemäß kann das Kombikraftwerk 46 in einer Ausführungsform zunächst einen Betrieb 64 in einem Einfachzyklus-Betriebsmodus beginnen, wobei die Ventile 52, 54 das Abgas 18 / das wärmehaltige Medium 28 von der einen oder den mehreren Komponenten 14, 24, 26 des HRSGs 12 weg über den Bypassschacht 50 leiten / umleiten. An sich kann die Temperatur der einen oder mehreren Komponenten 14, 24, 26 niedriger sein als die Temperatur des Rauchgases 18 / des wärmehaltigen Mediums 28, das durch den primären Generator 48 erzeugt wird. Das Kombikraftwerk 46 kann anschließend mit dem Übergang 68 zu dem Kombizyklus-Betriebsmodus durch Füllen 70 des Tanks 14 mit dem Übertragungsmedium 22, z.B. Trommelwasser, beginnen, so dass der Tank 14 das Übertragungsmedium 22 enthält, 58. Während einige Ausführungsformen, die hierin offenbart sind, ein Füllen des Tanks 14 während des Übergangs 68 von dem Einfachzyklus- zu dem Kombizyklus-Betriebsmodus enthalten, sollte verstanden werden, dass der Tank 14 mit dem Übertragungsmedium 22 gefüllt werden kann, deutlich bevor der Übergang 68 beginnt und/oder bevor der primäre Generator 48 beginnt, das Rauchgas 18 zu erzeugen.
Sobald der Tank 14 gefüllt worden ist, 70, wird der Wärmetauscher 16 anschließend mit dem Tank 14 derart strömungsmäßig verbunden, 72, dass dem Übertragungsmedium 22 gestattet ist, 74, durch den Wärmetauscher 16 zu strömen. Während das Übertragungsmedium 22 durch den Wärmetauscher 16 strömt, wird dieses erwärmt 60 / steigt dessen Temperatur, indem es Wärmeenergie aus dem Rauchgas 18 absorbiert. Das Übertragungsmedium 22 wird anschließend durch die Komponenten 14, 24, 26 derart umgewälzt, dass die Komponenten 14, 24, 26 vorgewärmt 62 / temperiert werden. In Ausführungsformen reduziert das Vorwärmen 62 / Temperieren der Komponenten 14, 24, 26 das Maß / die Stärke der thermischen Beanspruchung, die in den Komponenten 14, 24, 26 durch Beaufschlagung mit dem wärmehaltigen Medium 28 hervorgerufen wird. Wie erkannt wird, kann das Erwärmen 60 des Übertragungsmediums 22 und das Vorwärmen 62 der einen oder mehreren Komponenten 14, 24, 26 zur gleichen Zeit erfolgen. Zum Beispiel kann das Übertragungsmedium 22 in Ausführungsformen durch den Tank 14, den Wärmetauscher 16, den Verdampfer 24, den Überhitzer 26 und/oder andere Komponenten des HRSG 12 mehrere Male umgewälzt werden, bis das Übertragungsmedium 22 genug Wärmeenergie aus dem Rauchgas 18 auf die Komponenten 14, 24, 26 übertragen hat, so dass die Komponenten 14, 24, 26 eine gewünschte Temperatur, d.h. die Temperatur erreicht haben, bei der das Risiko einer Beschädigung aufgrund einer thermischen Beanspruchung, die in den Komponenten 14, 24, 26 durch Beaufschlagung mit dem wärmehaltigen Medium 28 hervorgerufen wird, in einem zulässigen/reduzierten Bereich/Maß liegt.
Sobald die Komponenten 14, 24, 26 durch das Übertragungsmedium 22 hinreichend temperiert/vorgewärmt 62 geworden sind, kann der Wärmetauscher 16 von dem Tank 14 strömungsmäßig isoliert werden, 76. In Ausführungsformen kann das strömungsmäßige Isolieren 76 des Wärmetauschers 16 von dem Tank 14 dazu führen, dass der Wärmetauscher 16 trockenläuft, d.h. das gesamte Übertragungsmedium 22 aus dem Wärmetauscher 16 abgeführt worden ist. Nach der strömungsmäßigen Isolation 76 des Wärmetauschers 16 wird der HRSG 12 mit dem primären Generator 48 strömungsmäßig verbunden, 78, und/oder wieder verbunden, wodurch die Komponenten 14, 24, 26 mit dem Rauchgas 18 / dem wärmehaltigen Medium 28 beaufschlagt werden. Sobald dies eintritt, wird der HRSG 12 online gebracht, und das Kombikraftwerk 46 beginnt, in dem Kombizyklus-Betriebsmodus zu arbeiten, 66.
Es sollte ferner verstanden werden, dass das System 10 die benötigte Elektronik, Software, das Memory, den Speicher, die Datenbanken, Firmware, Logik-/Zustandsmaschinen, Mikroprozessoren, Kommunikationsverbindungen, Anzeigen oder andere optische oder akustische Benutzerschnittstellen, Druckvorrichtungen und jegliche andere Eingabe-/Ausgabeschnittstellen zur Durchführung der hierin beschriebenen Funktionen und/oder zur Erreichung der hierin beschriebenen Resultate enthalten kann. Zum Beispiel kann das System 10, wie vorstehend erwähnt, wenigstens einen Prozessor 62 und den Systemspeicher 33 enthalten, der einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und einen Nur-Lese-Speicher (ROM) enthalten kann. Das System 10 kann ferner einen Eingabe/Ausgabe-Controller und eine oder mehrere Datenspeicherstrukturen enthalten. All diese letzteren Elemente können mit dem wenigstens einen Prozessor 62 in Kommunikationsverbindung stehen, um den Betrieb des Systems 10, wie vorstehend erläutert, zu unterstützen. Ein geeigneter Computerprogrammcode kann zur Ausführung zahlreicher Funktionen, einschließlich derjenigen, die vorstehend in Verbindung mit dem System 10 und dem Verfahren 56, wie hierin offenbart, erläutert sind, vorgesehen sein. Der Computerprogrammcode kann ferner Programmelemente, wie bspw. ein Betriebssystem, ein Datenbankverwaltungssystem und „Vorrichtungstreiber“ enthalten, die dem System 10 ermöglichen, mit Computerperipherievorrichtungen, z.B. Sensoren, einer Videoanzeige, einer Tastatur, einer Computermaus, etc., verbunden zu werden.
Der wenigstens eine Prozessor 32 des Systems 10 kann einen oder mehrere herkömmliche Mikroprozessoren und einen oder mehrere ergänzende Co-Prozessoren, wie bspw. mathematische Co-Prozessoren oder dergleichen, enthalten. Elemente, die miteinander in Kommunikationsverbindung stehen, müssen nicht kontinuierlich zueinander signalisieren oder übertragen. Im Gegensatz können derartige Elemente, wenn erforderlich, zueinander übertragen, können zu bestimmten Zeiten davon absehen, Daten auszutauschen, und können bewirken, dass verschiedene Schritte durchgeführt werden, um eine Kommunikationsverbindung zwischen diesen herzustellen.
Die hierin beschriebenen Datenspeicherstrukturen, wie bspw. Memory-Speicher, können eine geeignete Kombination aus magnetischem, optischem und/oder Halbleiterspeicher enthalten und können z.B. RAM, ROM, ein Flashlaufwerk, eine optische Scheibe, wie bspw. eine Compactdisc, und/oder eine Festplatte oder ein Festplattenlaufwerk enthalten. Die Datenspeicherstrukturen können z.B. Informationen speichern, die von dem System 10 und/oder einem oder mehreren Programmen, z.B. einem Computerprogrammcode, wie bspw. der Vorwärmanwendung und/oder einem anderen Computerprogrammprodukt, das eingerichtet ist, um das System 10 zu leiten, speichern. Die Programme können zum Beispiel in einem komprimierten, einem unkompilierten und/oder einem verschlüsselten Format gespeichert werden und können einen Computerprogrammcode enthalten. Die Instruktionen des Computerprogrammcodes können von einem computerlesbaren Medium aus in einen Hauptspeicher eines Prozessors eingelesen werden. Während die Ausführung von Instruktionsfolgen in dem Programm den Prozessor veranlasst, die hierin beschriebenen Prozessschritte durchzuführen, kann eine festverdrahtete Schaltungsanordnung anstelle von oder in Kombination mit Softwareinstruktionen zur Implementierung der Prozesse gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Somit sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nicht auf irgendeine spezielle Kombination aus Hardware und Software beschränkt.
Das Programm kann auch in programmierbaren Hardware-Vorrichtungen, wie bspw. im Feld programmierbaren Gatter-Anordnungen, einer programmierbaren Array-Logik, programmierbaren Logik-Vorrichtungen oder dergleichen, implementiert werden. Die Programme können auch in Software zur Durchführung durch verschiedene Arten von Computerprozessoren implementiert werden. Ein Programm eines ausführbaren Codes kann z.B. einen oder mehrere physikalische oder logische Blöcke von Computerinstruktionen enthalten, die z.B. als ein Objekt, eine Prozedur, ein Prozess oder eine Funktion organisiert sein können. Nichtsdestoweniger brauchen die ausführbaren Programme eines identifizierten Programms nicht physikalisch gemeinsam angeordnet zu sein, sondern können gesonderte Instruktionen enthalten, die an verschiedenen Stellen gespeichert sind, die, wenn sie logisch miteinander verknüpft werden, das Programm bilden und den angegebenen Zweck für die Programme, z.B. Wahrung der Privatsphäre, durch Ausführung der mehreren zufälligen Operationen erreichen. In einer Ausführungsform kann eine Anwendung eines ausführbaren Codes eine Kompilierung von vielen Instruktionen sein und kann sogar über mehrere verschiedene Codepartitionierungen oder -segmente auf verschiedene Programme und über verschiedene Vorrichtungen verteilt werden.
Der Ausdruck „computerlesbares Medium“, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich auf jedes beliebige Medium, das Instruktionen zu wenigstens einem Prozessor 32 des Systems 10 (oder irgendeinem anderen Prozessor einer hierin beschriebenen Vorrichtung) zur Ausführung bereitstellt oder daran beteiligt ist, diese Instruktionen bereitzustellen. Ein derartiges Medium kann vielfältige Formen einnehmen, zu denen einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, nicht flüchtige Medien und flüchtige Medien gehören. Nicht flüchtige Medien umfassen z.B. optische, magnetische oder optomagnetische Scheiben, wie bspw. Memory-Speicher. Flüchtige Medien umfassen einen dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM), der gewöhnlich den Hauptspeicher bildet. Zu üblichen Formen von computerlesbaren Medien gehören z.B. eine Diskette, eine flexible Scheibe, eine Festplatte, ein Magnetband, ein beliebiges sonstiges magnetisches Medium, eine CD-ROM, eine DVD, ein beliebiges sonstiges optisches Medium, ein RAM, ein PROM, ein EPROM, oder ein EEPROM (electronically erasable programmable read-only memory, elektronisch löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher), ein Flash-EEPROM, ein beliebiger sonstiger Speicherchip oder eine Speicherkassette, oder ein beliebiges sonstiges Medium, von dem ein Computer lesen kann.
Es können verschiedene Formen von computerlesbaren Medien bei der Übertragung einer oder mehrerer Sequenzen eine oder mehrere Instruktionen zu wenigstens einem Prozessor zur Ausführung umfasst sein. Zum Beispiel können die Instruktionen zunächst auf einer magnetischen Platte eines (nicht veranschaulichten) Ferncomputers getragen sein. Der Ferncomputer kann die Instruktionen in seinen dynamischen Speicher laden und die Instruktionen über eine Internet-Verbindung, eine Kabelleitung oder eine Telefonleitung unter Verwendung eines Modems senden. Eine für eine Rechenvorrichtung lokale Kommunikationsvorrichtung, z.B. ein Server, kann die Daten auf der jeweiligen Kommunikationsleitung empfangen und die Daten auf einem Systembus für wenigstens einen Prozessor platzieren. Der Systembus führt die Daten zu dem Hauptspeicher, von dem der wenigstens eine Prozessor die Instruktionen abruft und ausführt. Die durch den Hauptspeicher empfangenen Instruktionen können optional in einem Memory-Speicher entweder vor oder nach der Ausführung durch den wenigstens einen Prozessor gespeichert werden. Zusätzlich können die Instruktionen über einen Kommunikationsanschluss als elektrische, elektromagnetische oder optische Signale empfangen werden, die beispielhafte Formen für drahtlose Übertragungen oder Datenströme sind, die verschiedene Arten von Informationen führen.
Es sollte ferner verstanden werden, dass die vorstehende Beschreibung dazu gedacht ist, veranschaulichend und nicht restriktiv zu sein. Zum Beispiel können die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen und/oder Aspekte von diesen in Kombination miteinander verwendet werden. Außerdem können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von deren Umfang abzuweichen.
Zum Beispiel ist in einer Ausführungsform ein System zum Vorwärmen eines Abhitzedampferzeugers geschaffen. Das System enthält einen Tank und einen Wärmetauscher. Der Tank enthält ein Übertragungsmedium. Der Wärmetauscher ist in einem Strömungspfad eines durch eine Brennkammer erzeugten Rauchgases angeordnet und ist mit dem Tank derart strömungsmäßig verbunden, dass das Übertragungsmedium durch den Wärmetauscher strömt und durch das Rauchgas erwärmt wird. Das Übertragungsmedium wärmt eine oder mehrere Komponenten des Abhitzedampferzeugers vor. In manchen Ausführungsformen strömt das Übertragungsmedium zwischen dem Tank und dem Wärmetauscher über wenigstens entweder eine natürliche Konvektion und/oder eine erzwungene Konvektion. In manchen Ausführungsformen ist der Tank eine Verdampfertrommel, und das Übertragungsmedium ist Trommelwasser. In manchen Ausführungsformen enthält die eine oder enthalten die mehreren Komponenten des Abhitzedampferzeugers ein oder mehrere Druckteile. In manchen Ausführungsformen enthalten das eine oder die mehreren Druckteile wenigstens entweder einen Verdampfer und/oder einen Überhitzer. In manchen Ausführungsformen ist der Abhitzedampferzeuger eingerichtet, um Wärmeenergie aus dem Rauchgas wiederzugewinnen, nachdem die eine oder mehreren Komponenten mittels des Übertragungsmediums vorgewärmt worden sind. In manchen Ausführungsformen ist der Abhitzedampferzeugers ein sekundärer Generator eines Kombikraftwerks, bei dem die eine oder mehreren Komponenten des Abhitzedampferzeugers dem Rauchgas ausgesetzt sind, wenn sich das Kombikraftwerk in einem Kombizyklus-Betriebsmodus befindet, und bei dem die eine oder mehreren Komponenten des Abhitzedampferzeugers nicht dem Rauchgas ausgesetzt sind, wenn sich das Kombikraftwerk in einem Einfachzyklus-Betriebsmodus befindet. In manchen Ausführungsformen bildet ein Bypassschacht, wenn sich das Kombikraftwerk in dem Einfachzyklus-Betriebsmodus befindet, einen Teil des Strömungspfades und ermöglicht dem Rauchgas, den Abhitzedampferzeuger zu umströmen, und der Wärmetauscher ist weiter in dem Bypassschacht angeordnet. In manchen Ausführungsformen wird der Wärmetauscher von dem Tank strömungsmäßig isoliert, wenn sich das Kombikraftwerk in dem Kombizyklus-Betriebsmodus befindet.
Weitere Ausführungsformen sorgen für ein Verfahren zum Vorwärme eines Abhitzedampferzeugers. Das Verfahren enthält ein Aufnehmen eines Übertragungsmediums in einem Tank, der in dem Abhitzedampferzeuger angeordnet ist. Das Verfahren enthält ferner ein Erwärmen des Übertragungsmediums mittels eines Wärmetauschers, der in einem Strömungspfad eines durch eine Brennkammer erzeugten Rauchgases angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher mit dem Tank derart strömungsmäßig verbunden ist, dass das Übertragungsmedium durch den Wärmetauscher strömt. Das Verfahren enthält ferner ein Vorwärmen einer oder mehrerer Komponenten des Abhitzedampferzeugers mittels des Übertragungsmediums. In manchen Ausführungsformen strömt das Übertragungsmedium zwischen dem Tank und dem Wärmetauscher durch entweder natürliche Konvektion und/oder erzwungene Konvektion. In manchen Ausführungsformen ist der Tank eine Verdampfertrommel, und das Übertragungsmedium ist Trommelwasser. In manchen Ausführungsformen enthält die eine oder enthalten die mehreren Komponenten des Abhitzedampferzeugers ein oder mehrere Druckteile. In manchen Ausführungsformen enthält das eine oder enthalten die mehreren Druckteile wenigstens entweder einen Verdampfer und/oder einen Überhitzer. In manchen Ausführungsformen ist der Abhitzedampferzeuger eingerichtet, um Wärmeenergie aus dem Rauchgas wiederzugewinnen. In manchen Ausführungsformen ist der Abhitzedampferzeuger ein sekundärer Generator eines Kombikraftwerks. In derartigen Ausführungsformen enthält das Verfahren ferner: Betreiben des Kombikraftwerks in einem Kombizyklus-Betriebsmodus, in dem die eine oder mehreren Komponenten des Abhitzedampferzeugers dem Rauchgas ausgesetzt sind; und Betreiben des Kombikraftwerks in einem Einfachzyklus-Betriebsmodus, in dem die eine oder mehreren Komponenten des Abhitzedampferzeugers nicht dem Rauchgas ausgesetzt sind. In manchen Ausführungsformen bildet ein Bypassschacht, wenn sich das Kombikraftwerk in dem Einfachzyklus-Betriebsmodus befindet, einen Teil des Strömungspfades, und er gestattet dem Rauchgas, den Abhitzedampferzeuger zu umströmen, und der Wärmetauscher ist weiter in dem Bypassschacht angeordnet. In manchen Ausführungsformen enthält das Betreiben des Kombikraftwerks in dem Kombizyklus-Betriebsmodus ein strömungsmäßiges Isolieren des Wärmetauschers von dem Tank.
Noch weitere Ausführungsformen sorgen für ein System zum Vorwärmen eines Abhitzedampferzeugers eines Kombikraftwerks. Das System enthält eine Verdampfertrommel und einen Wärmetauscher. Die Verdampfertrommel ist in dem Abhitzedampferzeuger angeordnet und enthält Trommelwasser. Der Abhitzedampferzeuger ist eingerichtet, um Wärmeenergie aus einem Rauchgas wiederzugewinnen, das durch einen primären Generator des Kombikraftwerks erzeugt wird, wenn sich das Kombikraftwerk in einem Kombizyklus-Betriebsmodus befindet. Der Wärmetauscher ist in einem Bypassschacht des Kombikraftwerks angeordnet und mit der Verdampfertrommel strömungsmäßig verbunden. Wenn sich das Kombikraftwerk in einem Einfachzyklus-Betriebsmodus befindet, strömt das Trommelwasser durch den Wärmetauscher, wobei der Bypassschacht dem Rauchgas ermöglicht, den Abhitzedampferzeuger zu umströmen und das durch den Wärmetauscher strömende Trommelwasser zu erwärmen, und ein oder mehrere Druckteile des Abhitzedampferzeugers werden über das Trommelwasser vorgewärmt, bevor das eine oder die mehreren Druckteile dem Rauchgas ausgesetzt werden, wenn sich das Kombikraftwerk in dem Kombizyklus-Betriebsmodus befindet. In manchen Ausführungsformen wird der Wärmetauscher von der Verdampfertrommel strömungsmäßig isoliert, wenn sich das Kombikraftwerk in dem Kombizyklus-Betriebsmodus befindet.
Demgemäß ergeben Ausführungsformen der Erfindung, wie sie hierin offenbart sind, viele Vorteile. Zum Beispiel reduzieren einige Ausführungsformen die Stärke der thermischen Beanspruchung, die in den Komponenten 14, 24, 26 hervorgerufen wird, wenn diese dem wärmehaltigen Medium 28 ausgesetzt werden, durch Vorwärmen der einen oder mehreren Komponenten 14, 24, 26 eines HRSGs 12, bevor die Komponenten 14, 24, 26 dem wärmehaltigen Medium 28 ausgesetzt werden. Demgemäß können einige Ausführungsformen durch Reduktion der Stärke der thermischen Beanspruchung, die in den Komponenten 14, 24, 26 hervorgerufen wird, wenn diese dem wärmehaltigen Medium 28 ausgesetzt werden, die Nutzungslebensdauern der einen oder mehreren Komponenten 14, 24, 26 verlängern. Ferner kann in einigen Ausführungsformen, in denen der HRSG 12 der sekundäre Generator eines Kombikraftwerks 46 ist, ein Vorwärmen der einen oder mehreren Komponenten 14, 24, 26 entsprechend dem hierin offenbarten System 10 und Verfahren 56 schnellere Übergänge zwischen dem Einfachzyklus-Betriebsmodus und dem Kombizyklus-Betriebsmodus ermöglichen. Außerdem können in einigen Ausführungsformen der Wärmetauscher 16 und die zugehörigen Leitungen/Rohrleitungen 23 zur Umwälzung des Übertragungsmediums 22 aus kostengünstigen Materialien hergestellt werden. Somit bieten derartige Ausführungsformen eine höchst ökonomische Lösung, um die eine oder mehreren Komponenten 14, 24, 26 eines HRSGs 12 gegen Beschädigung aufgrund thermischer Beanspruchung zu schützen.
Während die Abmessungen und Materialtypen, die hierin beschrieben sind, dazu gedacht sind, die Parameter der Erfindung zu definieren, sind sie außerdem keineswegs beschränkend, und sie stellen beispielhafte Ausführungsformen dar. Es werden sich viele weitere Ausführungsformen Fachleuten auf dem Gebiet bei einer Durchsicht der vorstehenden Beschreibung erschließen. Der Umfang der Erfindung sollte folglich unter Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche, gemeinsam mit dem vollen Umfang von Äquivalenten, zu denen derartige Ansprüche berechtigt sind, bestimmt werden. In den beigefügten Ansprüchen werden die Begriffe „enthalten“ und „in der/dem/denen“ als die sprachlichen Äquivalente der jeweiligen Begriffe „aufweisen“ und „worin“ verwendet. Außerdem werden in den folgenden Ansprüchen Begriffe wie bspw. „erste“, „zweite“, „dritte“, „obere“, „untere“, „unter-“, „ober-“, etc. lediglich als Bezeichnungen verwendet, und sie sind nicht dazu bestimmt, ihren Objekten numerische oder positionsmäßige Anforderungen aufzuerlegen. Ferner sind die Merkmale der folgenden Ansprüche nicht in dem Format Mittel-plus-Funktion geschrieben, und sie sind nicht dazu gedacht, auf der Basis von 35 U.S.C. § 112(f) interpretiert zu werden, sofern und bis derartige Anspruchsmerkmale nicht ausdrücklich die Formulierung „Mittel zur“, gefolgt von einer Angabe der Funktion ohne eine weitere Struktur, verwenden.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um verschiedene Ausführungsformen der Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um einen Fachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Ausführungsformen der Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die einem Fachmann auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche enthalten.
In dem hierin 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, dass es mehrere derartige Elemente oder Schritte ausschließt, sofern ein derartiger Ausschluss nicht explizit angegeben ist. Außerdem sollen Bezugnahmen auf „eine Ausführungsform“ gemäß der vorliegenden Erfindung nicht derart interpretiert werden, als würden sie die Existenz weiterer Ausführungsformen ausschließen, die die angegebenen Merkmale ebenfalls enthalten. Darüber hinaus können, sofern nicht explizit das Gegenteil angegeben ist, Ausführungsformen, die ein Element oder mehrere Elemente mit einer bestimmten Eigenschaft „aufweisen“, „enthalten“ oder „haben“, zusätzlich derartige Elemente enthalten, die diese Eigenschaft nicht haben.
Da bestimmte Veränderungen an der vorstehend beschriebenen Erfindung vorgenommen werden können, ohne dass von dem Rahmen und Umfang der hierin umfassten Erfindung abgewichen wird, besteht die Absicht, dass der gesamte Gegenstand der vorstehenden Beschreibung, wie er in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht ist, lediglich als Beispiele interpretiert werden sollte, die das erfindungsgemäße Konzept hierin veranschaulichen, und nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden sollte.
Es ist ein System 10 zum Vorwärmen eines Abhitzedampferzeugers 12 geschaffen. Das System 10 enthält einen Tank 14 und einen Wärmetauscher 16. Der Tank 14 enthält ein Übertragungsmedium 22. Der Wärmetauscher 16 ist in einem Strömungspfad eines durch eine Brennkammer 20 erzeugten Rauchgases 18 angeordnet und ist mit dem Tank 14 derart strömungsmäßig verbunden, dass das Übertragungsmedium 22 durch den Wärmetauscher 16 strömt und durch das Rauchgas 18 erwärmt wird. Das Übertragungsmedium 22 wärmt eine oder mehrere Komponenten 14, 24, 26 des Abhitzedampferzeugers 12 vor.

Claims

System (10) zum Vorwärmen eines Abhitzedampferzeugers 12, wobei das System aufweist: einen Tank (14), der ein Übertragungsmedium (22) enthält; einen Wärmetauscher (16), der in einem Strömungspfad eines durch eine Brennkammer (20) erzeugten Rauchgases (18) angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher (16) mit dem Tank (14) derart strömungsmäßig verbunden ist, dass das Übertragungsmedium (22) durch den Wärmetauscher (16) strömt und durch das Rauchgas (18) erwärmt wird; und wobei das Übertragungsmedium (22) eine oder mehrere Komponenten (14, 24, 26) des Abhitzedampferzeugers (12) vorwärmt.
System (10) nach Anspruch 1, wobei das Übertragungsmedium (22) zwischen dem Tank (14) und dem Wärmetauscher (16) durch entweder natürliche Konvektion und/oder erzwungene Konvektion strömt.
System (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Tank (14) eine Verdampfertrommel ist und das Übertragungsmedium (22) Trommelwasser ist; und/oder wobei die eine oder mehreren Komponenten (14, 24, 26) des Abhitzedampferzeugers (12) ein oder mehrere Druckteile enthalten.
System (10) nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abhitzedampferzeuger (12) eingerichtet ist, um Wärmeenergie aus dem Rauchgas (18) wiederzugewinnen, nachdem die eine oder mehreren Komponenten (14, 24, 26) mittels des Übertragungsmediums (22) vorgewärmt worden sind.
System (10) nach Anspruch 4, wobei der Abhitzedampferzeuger (12) ein sekundärer Generator eines Kombikraftwerks (46) ist, wobei die eine oder mehreren Komponenten (14, 24, 26) des Abhitzedampferzeugers (12) dem Rauchgas (18) ausgesetzt sind, wenn sich das Kombikraftwerk (45) in einem Kombizyklus-Betriebsmodus befindet, und wobei die eine oder mehreren Komponenten (14, 24, 26) des Abhitzedampferzeugers (12) dem Rauchgas (18) nicht ausgesetzt sind, wenn sich das Kombikraftwerk (46) in einem Einfachzyklus-Betriebsmodus befindet.
System (10) nach Anspruch 5, wobei, wenn sich das Kombikraftwerk (46) in dem Einfachzyklus-Betriebsmodus befindet, ein Bypassschacht (50) einen Teil des Strömungspfades bildet und dem Rauchgas (18) ermöglicht, den Abhitzedampferzeuger (12) zu umströmen, und der Wärmetauscher (16) weiter in dem Bypassschacht (50) angeordnet ist.
Verfahren (56) zum Vorwärmen eines Abhitzedampferzeugers (12), wobei das Verfahren (56) aufweist: Aufnehmen (58) eines Übertragungsmediums (22) in einen Tank (14), der in dem Abhitzedampferzeuger (12) angeordnet ist; Erwärmen (60) des Übertragungsmediums (22) mittels eines Wärmetauschers (16), der in einem Strömungspfad eines durch eine Brennkammer (20) erzeugten Rauchgases (18) angeordnet ist, wobei der Wärmetauscher (16) mit dem Tank (14) derart strömungsmäßig verbunden ist, dass das Übertragungsmedium (22) durch den Wärmetauscher (16) strömt; Vorwärmen (62) einer oder mehrerer Komponenten (14, 24, 26) des Abhitzedampferzeugers (12) mittels des Übertragungsmediums (22).
Verfahren (56) nach Anspruch 7, wobei der Abhitzedampferzeuger (12) eingerichtet ist, um Wärmeenergie aus dem Rauchgas (18) wiederzugewinnen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Abhitzedampferzeuger (12) ein sekundärer Generator eines Kombikraftwerks (46) ist und das Verfahren (56) ferner aufweist: Betreiben (66) des Kombikraftwerks (46) in einem Kombizyklus-Betriebsmodus, in dem die eine oder mehreren Komponenten (14, 24, 26) des Abhitzedampferzeugers (12) dem Rauchgas (18) ausgesetzt sind; und Betreiben (64) des Kombikraftwerks (46) in einem Einfachzyklus-Betriebsmodus, in dem die eine oder mehreren Komponenten (14, 24, 26) des Abhitzedampferzeugers (12) dem Rauchgas (18) nicht ausgesetzt sind.
System (10) zum Vorwärmen eines Abhitzedampferzeugers (12) eines Kombikraftwerks (46), wobei das System aufweist: eine in dem Abhitzedampferzeuger (12) angeordnete Verdampfertrommel (14), die Trommelwasser (22) enthält, wobei der Abhitzedampferzeuger (12) eingerichtet ist, um Wärmeenergie aus einem durch einen primären Generator (48) des Kombikraftwerks (46) erzeugten Rauchgases (18) wiederzugewinnen, wenn sich das Kombikraftwerk (46) in einem Kombizyklus-Betriebsmodus befindet; einen Wärmetauscher (16), der in einem Bypassschacht (50) des Kombikraftwerks (46) angeordnet und mit der Verdampfertrommel (14) strömungsmäßig verbunden ist; und wobei, wenn sich das Kombikraftwerk (46) in einem Einfachzyklus-Betriebsmodus befindet, das Trommelwasser (22) durch den Wärmetauscher (16) strömt, der Bypassschacht (50) dem Rauchgas (18) ermöglicht, den Abhitzedampferzeuger (12) zu umströmen, und das Trommelwasser (22) erwärmt, das durch den Wärmetauscher (16) strömt, und ein oder mehrere Druckteile (14, 24, 26) des Abhitzedampferzeugers (12) mittels des Trommelwassers (22) vorgewärmt werden, bevor das eine oder die mehreren Druckteile (14, 24, 26) dem Rauchgas (18) ausgesetzt werden, wenn sich das Kombikraftwerk (46) in dem Kombizyklus-Betriebsmodus befindet.