DE1108519B - Dampfkraftanlage - Google Patents

Dampfkraftanlage

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Publication number
DE1108519B
DE1108519B DEF23977A DEF0023977A DE1108519B DE 1108519 B DE1108519 B DE 1108519B DE F23977 A DEF23977 A DE F23977A DE F0023977 A DEF0023977 A DE F0023977A DE 1108519 B DE1108519 B DE 1108519B
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DE
Germany
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boiler
turbine
lines
air
temperature
Prior art date
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Pending
Application number
DEF23977A
Other languages
English (en)
Inventor
Ernest L Daman
Robert J Zoschak
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Amec Foster Wheeler Holdings Ltd
Original Assignee
Foster Wheeler Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Foster Wheeler Ltd filed Critical Foster Wheeler Ltd
Priority to DEF23977A priority Critical patent/DE1108519B/de
Publication of DE1108519B publication Critical patent/DE1108519B/de
Pending legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants 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
    • F01K23/06Plants 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
    • F01K23/10Plants 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
    • F01K23/101Regulating means specially adapted therefor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01KSTEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02Plants 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
    • F01K23/06Plants 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
    • F01K23/08Plants 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 working fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22STEAM GENERATION
    • F22BMETHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/22Methods of steam generation characterised by form of heating method using combustion under pressure substantially exceeding atmospheric pressure

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Sustainable Energy (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

  • Dampfkraftanlage Die Erfindung betrifft eine Dampfkraftanlage mit druckbeheiztem Kessel, dessen Abgase in einer Turbine ausgenutzt werden.
  • Der im Kessel erzeugte Dampf wird bei solchen Anlagen beispielsweise zum Erzeugen elektrischer Energie benutzt, während die Abgasturbine etwa den Kompressor antreibt, der die Verbrennungsluft für den Kessel liefert. Die Gasturbine kann auch zusätzlich noch zum Erzeugen elektrischer Energie dienen.
  • Bei diesen Anlagen besteht eine Schwierigkeit darin, die Temperatur der Abgase vor der Gasturbine auf einem vorgeschriebenen Wert zu halten, damit immer die optimale Turbinenleistung gewährleistet ist. Der Kessel muß nämlich mit verschiedener Dampfleistung arbeiten, denn diese ist davon abhängig, welche elektrische Leistung von dem mittels Dampfturbine angetriebenen Generator verlangt wird. Ist der Kessel nicht voll belastet, so sinkt die Temperatur der Abgase vor der Turbine, und die Turbinenleistung fällt ab.
  • Es ist daher bereits bekannt, außer der Kesselfeuerung parallel zu ihr eine sekundäre Feuerung vorzusehen. Diese sekundäre Feuerung wird so geregelt, daß die Temperatur der Abgase vor der Gasturbine immer konstant bleibt.
  • Gemäß der Erfindung ist die sekundäre Feuerung zwischen dem Gasauslaß des Kessels und dem Einlaß der Turbine vorgesehen, d. h., Kesselfeuerung und sekundäre Feuerung sind hintereinandergeschaltet.
  • Dies hat gegenüber einer parallelen Einschaltung der sekundären Feuerung zur Kesselfeuerung den Vorteil, daß die zusätzliche Feuerung bzw. deren Brenner mit einer erheblich geringeren Temperatur arbeiten kann, denn diese Feuerung braucht nur die aus der Kesselfeuerung kommenden, bereits heißen Abgase auf die für die Abgasturbine erforderliche Temperatur zu bringen. Wenn dagegen die sekundäre Feuerung parallel zur Kesselfeuerung geschaltet ist, so muß sie so eingerichtet sein, daß sie Abgase von einer Temperatur erzeugt, die wesentlich höher ist als die Temperatur der aus der Kesselfeuerung kommenden Abgase, damit durch das Mischen der Abgase aus beiden Feuerungen die für die Turbine gewünschte Temperatur erreicht wird.
  • Bei der Hintereinanderschaltung gemäß der Erfindung können daher die Brenner und sonstigen Teile der sekundären Feuerung aus Werkstoffen hergestellt werden, die keine allzu hohen Temperaturen aushalten, bzw. wird durch die geringste Hitzebeanspruchung eine längere Lebensdauer der sekundären Feuerung erreicht.
  • Hinzu kommt, daß durch die Hintereinander-Schaltung, wobei die sekundäre Feuerung praktisch in die Abgasleitung vom Kessel eingebaut wird, auch eine bauliche Vereinfachung und ein geringerer Platzbedarf entsteht.
  • Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Es zeigt Fig. 1 eine Aufsicht auf den Kessel, die sekundäre Feuerung, die Gasturbine, den Luftkompressor und den zweiten Wechselstromgenerator der Anlage, Fig. 2 eine Seitenansicht zu Fig. 1, Fig. 3 eine sekundäre Feuerung, Fig. 4 ein Schema der Gesamtanlage.
  • Die in Fig. 1, 2 und 4 dargestellte Anlage enthält einen Dampferzeuger 11, der aus dem eigentlichen Kessel 12 und einer äußeren Dampf-Wasser-Trommel 13 mit Fallrohren 14 und Steigrohren 15 besteht. Der Kessel 12 hat einen senkrechten zylindrischen Mantel 16 und oben einen Dom 17, von dem aus die durch Brenner erzeugten Flammen nach unten in die Verbrennungskammer gehen. Die Brenner werden durch eine Brennstoffleitung 18 gespeist. Die Verbrennungsluft wird mit überdruck durch Leitungen 19 und 20 in den Kessel 12 eingeführt, die mit dem Auslaß eines Axialkompressors 22 verbunden sind. Zum Starten der Anlage kann mit dem Kompressor 22 ein Elektromotor gekuppelt werden.
  • Der aus der Trommel 13 kommende Dampf wird innerhalb des Kessels 12 überhitzt und dient zum Antrieb einer Turbine mit Wechselstromgenerator (nicht dargestellt).
  • Ein Paar Abgasleitungen 24 und 25 führen die Verbrennungsgase vom Mantel 16 zu den Einlässen einer Gasturbine 27. Die Enden der Leitungen 24 und 25 an der Turbine 27 haben je drei Zweige 24A bzw. 25A, so daß eine Verteilung der Gase über den Umfang der Gasturbine gegeben ist. Die Turbine 27 hat zwei Stufen 27A und 27B, die durch eine Leitung 28 verbunden sind (Fig. 4). Die Abgase der Turbine 27 strömen durch eine Leitung 29 ab und gelangen in einen Speisewasservorwärmer oder eine andere Vorrichtung zur Ausnutzung ihres Wärmeinhalts.
  • Die Turbinenstufe 27A treibt über eine Welle 30 den Luftkompressor 22 an, während die Stufe 27B über eine Welle 32 einen Wechselstromgenerator 31 (Fig. 4) antreibt. Der von diesem Generator 31 erzeugte Strom bildet einen Teil der elektrischen Gesamtleistung der Anlage, deren größerer Teil von dem durch die Dampfturbine angetriebenen Wechselstromgenerator geliefert wird.
  • Arbeitet der Kessel mit voller Leistung, so ist die Stärke der Feuerung ausreichend, um die der Gasturbine 27 zugeführten Gase auf der bestimmten Temperatur zu halten, die für das Arbeiten mit bestem Nutzeffekt erforderlich ist. Fällt die Belastung der Dampfturbine, so vermindert sich die Stärke der Feuerung, und demgemäß erniedrigt sich die Temperatur der aus dem Kessel 12 kommenden Abgase. Dies verursacht eine Verminderung des Wirkungsgrads der Gasturbine 27 und damit der Gesamtanlage.
  • Um die bestimmte, für den besten Wirkungsgrad der Gasturbine 27 erforderliche Gastemperatur zu halten, sind gemäß der Erfindung in den Gasleitungen 24 und 25 ein Paar sekundäre Brenner 34 bzw. 35 vorgesehen. Diese Brenner 34 und 35 bilden Teile der Abgasleitungen 24 und 25 und sind mit Luftzweig-Leitungen 36 bzw. 37 sowie mit Brennstoffleitungen 38 bzw. 39 verbunden. Der Brennstoff gelangt aus den Brennstoffleitungen durch eine Düse 40 (Fig. 3) in eine Verbrennungskammer 41, die durch eine Anzahl zylindrischer, koaxialer Einsätze 42 gebildet wird. Infolge stufenförmig steigender Größe der Einsätze 42 sind ringförmige Einlässe 43 vorhanden, durch die Verbrennungsgase und Luft in die Verbrennungskammer gelangen. Die Luftleitungen 36 und 37 sind je an einen Luftverteiler 44 angeschlossen, der konzentrische Verteilerbleche 45 und ein sich erweiterndes Mundstück 46 hat. Die Verbrennungsgase aus dem Kessel 12 und etwas Luft aus dem Verteiler 44 treten in die Verbrennungskammer 41 durch die Einlässe 43 ein und dienen beim Arbeiten der Brenner zur Kühlung der Einsätze 42, da sie eine verhältnismäßig niedrige Temperatur haben. Die ganzen Verbrennungsgase verlassen dann die Verbrennungskammer 41 und strömen zur Turbine.
  • Die Steuerung des Arbeitens der Brenner bei verschiedener Belastung des Kessels 12 ist in Fig. 4 dargestellt. Temperaturfühler 50 und 51 messen die Temperatur der Verbrennungsgase in den Leitungen 24 bzw. 25 und sind mit den Brennstoffsteuerventilen 52 und 53 in den Brennnstoffleitungen 38 und 39 verbunden. Meßblenden 54 und 55 sind in den Brennstoffleitungen 38 und 39 vorgesehen und wirken mit Fernsteuergeräten 56 und 57 zusammen, um die Stärke des Brennstoffstroms durch die Leitungen zu messen und entsprechend dieser Stärke einen Steuerimpuls auf die Steuerventile 58 und 59 in den Zweig-Luftleitungen 36 und 37 zu übertragen. Die Steuerventile 58 und 59 steuern also die Stärke der Luftzufuhr entsprechend der Stärke des Brennstoffstroms in den Brennstoffleitungen 38 und 39. Arbeitet der Kessel 12 unter Vollast, so hat die Temperatur der Verbrennungsgase bei ihrem Eintritt in die Turbine den erforderlichen Wert, und die Temperaturfühler 50 und 51 befinden sich in ihrer Nullage. Die Steuerventile 52, 53 und 58, 59 sind geschlossen, und die Brenner 34 und 35 arbeiten nicht. Im praktischen Betrieb kann es jedoch erwünscht sein, die den Kessel verlassenden Gase auf einer etwas niedrigeren Temperatur als der bestimmten optimalen Temperatur zu halten, so daß die Brenner 34 und 35 auch bei Vollast des Kessels arbeiten, um die kleine besondere Wärmemenge zu liefern, die dann erforderlich ist, um die in die Turbine 27 eintretenden Gase auf die vorgeschriebene Temperatur zu bringen. Dies kann erwünscht sein, um den Zeitverlust beim Anfeuern der Brenner 34 und 35 zu vermeiden.
  • Wird die Belastung des Kessels 12 geringer, so vermindert sich die Feuerstärke der Kesselbrenner, und damit fällt die Temperatur der zur Turbine 27 strömenden Abgase. Dadurch kommen die Temperaturfühler 50 und 51 zum Ansprechen, die somit die Brennstoffsteuerventile 52 und 53 öffnen. In entsprechender Weise geben die auf den Brennstoffstrom ansprechenden Fernsteuergeräte 56 und 57 einen Steuerimpuls ab, durch den die zugehörigen Steuerventile 58 und 59 in den Zweigleitungen 36 und 37 betätigt werden, um den Brennern Luft zuzuführen. Die Steuerung ist so eingestellt, daß den Brennern 34 und 35 das Brenngemisch im richtigen Mischungsverhältnis von Brennstoff zu Luft zugeführt wird und die in den Brennern 34 und 35 gebildeten Verbrennungsgase die Temperatur der ganzen, in die Turbine 27 einströmenden Gase gegebenenfalls auf den bestimmten optimalen Wert erhöhen und diesen Wert aufrechterhalten. Weitere Änderungen der Kesselbelastung bewirken ein entsprechendes Arbeiten der Steuerung, um die bestimmte Temperatur der Verbrennungsgase zu halten.
  • Die Gasturbine 27 kann gemäß der vorliegenden Erfindung auch unabhängig vom Kessel betrieben werden, wenn dieser angefahren wird oder eine Störung hat. Beim Anfahren des Kessels wird der Motor 23 mit dem Luftkompressor 22 gekuppelt, und es strömt damit Luft zum Kessel 12, selbst wenn die Kesselbrenner zu diesem Zeitpunkt noch nicht gezündet sind. Brennstoff und Luft strömen durch die Brennstoffleitungen 38 und 39 bzw. durch die Luftzweigleitungen 36 und 37 zu und gelangen dann in die Brenner 34 und 35 zusammen mit der aus dem Kessel durch die Abgasleitungen 24 und 25 kommenden Luft. Das Brennstoff-Luft-Gemisch wird in den Brennern 34 und 35 gezündet, und die entstehenden Verbrennungsgase strömen zur Turbine 27. Erreicht die Temperatur der Gase den vorgeschriebenen Wert und kommt die Turbine auf die vorgeschriebene Drehzahl, so wird der Motor 23 vom Luftkompressor 22 abgekuppelt. Die Brenner im Kessel 12 werden gezündet, und die normale Betriebsweise der Anlage beginnt.
  • Damit die Gasturbine 27 so laufen kann, daß die Leistung des Generators 31 bei Ausfall des Kessels benutzt werden kann, ist ein Paar Luftnebenleitungen 60 und 61 vorgesehen, um die Luftleitungen 19 bzw. 20 mit den Abgasleitungen 24 und 25 zu verbinden. In den Leitungen 60 und 61 befinden sich Steuerventile 62 bzw. 63 Sperrmittel in Form von Blindflanschen oder Absperrventilen (nicht dargestellt) werden in den Luftleitungen 19 und 20 in Kesselnähe vorgesehen, um zu verhindern, daß Druckluft aus den Leitungen 19 und 20 zum Kessel strömt.
  • Arbeitet der Kessel 12 nicht, so wird der Motor 23 zum Antrieb des Luftkompressors 22 benutzt, und die Ventile 62 und 63 werden geöffnet, um die normalerweise durch die Leitungen 19 und 20 zum Kessel strömende Luft in die Gasleitungen 24 und 25 umzuleiten. Brennstoff und Luft strömen dann durch die Brennstoffleitungen 38 und 39 bzw. die Luftzweigleitungen 36 und 37 und gelangen in die Brenner 34 und 35 zusammen mit der durch die Nebenleitungen 60 und 61 umgeleiteten Luft. Sobald die Temperatur der die Brenner 34 und 35 verlassenden Gase den festgelegten Wert erreicht hat, wird der Motor 23 abgekuppelt, und die Gasturbine 27 übernimmt den Antrieb des Kompressors.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRUCH: Dampfkraftanlage mit druckbeheiztem Kessel, dessen Abgase in einer Turbine ausgenutzt werden, wobei außer der Kesselfeuerung noch eine sekundäre Feuerung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die sekundäre Feuerung (Brenner 34, 35) zwischen dem Gasauslaß des Kessels (12) und dem Einlaß der Turbine (27) vorgesehen ist, um die Temperatur der die Turbine (27) zugeführten Gase auf einem vorgeschriebenen Wert zu halten, auch wenn der Kessel (12) nicht voll belastet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 953 755, 869 449.
DEF23977A 1957-09-18 1957-09-18 Dampfkraftanlage Pending DE1108519B (de)

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DEF23977A DE1108519B (de) 1957-09-18 1957-09-18 Dampfkraftanlage

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1228108B (de) * 1962-12-28 1966-11-03 Soc D Forges Et Ateliers Du Cr Verbund-Krafterzeugungsanlage mit einer Dampf- und zumindest einer Gasturbine fuer die Leistungslieferung

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE869449C (de) * 1948-10-06 1953-03-05 Anxionnaz Rene Waermekraftanlage mit Dampf- und Gasturbinen und einem Dampferzeuger mit Druckfeuerung
DE953755C (de) * 1955-04-22 1956-12-06 Bbc Brown Boveri & Cie Einrichtung zur Regelung einer Waermekraftanlage mit aufgeladenem Dampferzeuger

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