DE1157433B

DE1157433B - Plant for a combined cycle containing a gas turbine and a steam turbine with a preheating boiler and reheating in the course of expansion

Info

Publication number: DE1157433B
Application number: DEST18398A
Authority: DE
Inventors: Raymond Waeselynck; Rene Francis Mirigay
Original assignee: Stein and Roubaix SA
Current assignee: Stein and Roubaix SA
Priority date: 1960-10-12
Filing date: 1961-10-03
Publication date: 1963-11-14
Also published as: GB929536A; FR1276755A

Description

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

St 18398 Ia/46hSt 18398 Ia / 46h

ANMELDETAG: 3. OKTOBER 1961REGISTRATION DATE: OCTOBER 3, 1961

BEKANNTMACHUNG DER ANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT: 14. NOVEMBER 1963NOTICE THE REGISTRATION AND ISSUE OF THE EDITORIAL: NOVEMBER 14, 1963

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anlage für einen eine Gasturbine und eine Dampfturbine enthaltenden kombinierten Kreislauf mit Vorwärmkessel und Wiedererhitzung im Lauf der Expansion.The invention relates to a system for a gas turbine and a steam turbine containing combined circuit with preheating boiler and reheating in the course of expansion.

Derartige Anlagen haben im allgemeinen eine Anordnung gemäß der schematischen Zeichnung nach Fig. 1.Such systems generally have an arrangement according to the schematic drawing according to Fig. 1.

Die atmosphärische Luft wird in einem VerdichterThe atmospheric air is in a compressor

1 verdichtet, dann in die Verbrennungskammer eines Kessels 2 unter Druck geschickt, der außerdem Brennstoff von 3 her erhält. Die Gase verlassen diesen Kessel mit einer geeigneten Temperatur, so daß sie in eine erste Expansionsturbine 4 geleitet werden können. Der durch den Überhitzer 5 und gegebenenfalls durch den Wiederüberhitzer 6 nochmals überhitzte dem Kessel 2 entnommene Dampf wird in einer Dampfturbine 7 verwendet, dessen Welle einen Hauptwechselstromgenerator 8 antreibt. Vom Ausgang der Gasturbine 4 werden die Gase in den Heizraum eines Vorwärmers 9 geschickt, bevor sie in einer zweiten Turbine 10 vollständig entspannt werden, und darauf in einem Vorwärmer 11 abgekühlt und durch den Schornstein 12 in die Atmosphäre geleitet. (Der Vorwärmer 11 ist in den Rückkreislauf des Wassers des Kondensators 13 eingeschaltet, der hinter die Dampfturbine 7 geschaltet ist, wobei der Wasserkreislauf des Vorwärmers 11 parallel zu einem Abzapfvorwärmergerät 13a des Dampfkreislaufs geschaltet ist.)1 compressed, then sent to the combustion chamber of a boiler 2 under pressure, which also Receives fuel from 3. The gases leave this boiler at a suitable temperature, see above that they can be fed into a first expansion turbine 4. The by the superheater 5 and If necessary, steam withdrawn from boiler 2 again superheated by the re-superheater 6 is used in a steam turbine 7, the shaft of which drives a main alternator 8. From the Output of the gas turbine 4, the gases are sent into the boiler room of a preheater 9 before they are completely relaxed in a second turbine 10, and then cooled in a preheater 11 and discharged through chimney 12 to the atmosphere. (The preheater 11 is in the The return circuit of the water of the condenser 13, which is connected behind the steam turbine 7, is switched on is, wherein the water circuit of the preheater 11 is parallel to a tap preheater 13a of the Steam circuit is switched.)

Die Gasturbinen 4 und 10 treiben den Verdichter 1 an. und der Rest der Energie wird durch einen Hilfswechsclstromgenerator 14 gewonnen.The gas turbines 4 and 10 drive the compressor 1. and the rest of the energy is through one Auxiliary alternating current generator 14 won.

Die vom Verdichter 1 kommende Luft enthält grundsätzlich genügend Sauerstoff, um mit einem angemessenen Überschuß die Verbrennung im KesselThe air coming from the compressor 1 basically contains enough oxygen to with a adequate excess combustion in the boiler

2 und im Wiedererhitzer 9 zu sichern. Die bei 3 in den Kessel 2 eingeführte Brennstoffmenge muß nicht nur die Wiedererhitzung der Luft auf eine zum Einführen in die Gasturbine 4 geeignete Temperatur sichern, sondern auch die Verdampfung, Überhitzung im Überhitzer 5 und gegebenenfalls auch die Wiederüberhitzung des Wassers des zugehörigen Dampfkreislaufes. Diese Brennstoffmenge ist daher viel größer als die in den Vorwärmer 9 geschickte Brennstoffmenge, die nur zum Wiedererwärmen der Gase bis auf eine Temperatur dient, die zur Speisung der Turbine 10 nötig ist. Die aus dem Kessel 2 kommenden Gase sind daher schon stark mit Verbrennungsprodukten geladen, und selbst wenn sie für den Heizraum 9 genügend Sauerstoff enthalten, so ist doch dieser Sauerstoff in den Abgasen verdünnt enthalten. Außer wenn ein im Ganzen sehr bedeutender Luft-Anlage für einen eine Gasturbine2 and in the reheater 9 to secure. The amount of fuel introduced into boiler 2 at 3 does not have to be only the reheating of the air to a temperature suitable for introduction into the gas turbine 4 secure, but also the evaporation, overheating in the superheater 5 and possibly also the re-superheating of the water of the associated steam cycle. This amount of fuel is therefore much larger than the amount of fuel sent into the preheater 9, which is only used to reheat the gases is used except for a temperature that is necessary to feed the turbine 10. The ones coming out of boiler 2 Gases are therefore already heavily loaded with products of combustion, and even if they are for the boiler room 9 contain enough oxygen, this oxygen is contained in the exhaust gases in diluted form. Unless a very important air system for a gas turbine on the whole

und eine Dampfturbine enthaltendenand containing a steam turbine

kombinierten Kreislauf mit Vorwärmkessel und Wiedererhitzung im Lauf der Expansioncombined circuit with preheating boiler and reheating during expansion

Anmelder:
Stein & Roubaix S.A., ParisApplicant:
Stein & Roubaix SA, Paris

Vertreter: Dr.-Ing. W. Müller, Patentanwalt,
Berlin 20, Borkumer Str. 2Representative: Dr.-Ing. W. Müller, patent attorney,
Berlin 20, Borkumer Str. 2

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 12. Oktober 1960 (Nr. 840 974)Claimed priority:
France of October 12, 1960 (No. 840 974)

Raymond Waeselynck, Paris,
und Rene Francis Mirigay, Ville d'Avray,Raymond Waeselynck, Paris,
and Rene Francis Mirigay, Ville d'Avray,

Seine-et-Oise (Frankreich),
sind als Erfinder genannt wordenSeine-et-Oise (France),
have been named as inventors

Überschuß vorgesehen wird, was wiederum zu einer übertriebenen Vergrößerung der umlaufenden Maschinen und des Vorwärmers 11 führt, sind diese Gase ungeeignet, die Verbrennung im Brennraum 9 zu sichern.Excess is provided, which in turn leads to an exaggerated enlargement of the rotating machines and the preheater 11 leads, these gases are unsuitable for combustion in the combustion chamber 9 to back up.

Die allgemein angewandte Lösung dieses Problems besteht darin, daß aus dem Verdichter 1 eine geeignete Menge reiner Luft unter einem Zwischendruck bei 15 abgezapft und in eine Vorfeuerung 9' geschickt wird, in die bei 16 Brennstoff eingeführt wird. Die aus der Vorfeuerung 9' kommenden Rauchgase werden im Wiedererhitzer 9 mit den von der Turbine 4 kommenden Abgasen gemischt, so daß dadurch die Wiedererhitzung gewährleistet wird.The generally applied solution to this problem is that from the compressor 1 a appropriate amount of pure air drawn off under an intermediate pressure at 15 and fed into a pre-firing 9 ' is sent into which fuel is introduced at 16. The ones coming from the pre-firing 9 ' Flue gases are mixed in the reheater 9 with the exhaust gases coming from the turbine 4, so that this ensures re-heating.

Der Nachteil einer solchen Einrichtung besteht in der Tatsache, daß die bei 15 abgezapfte Luft zur Speisung der Vorfeuerung 9' in einem Kreislauf mit einfacher Erhitzung arbeitet, nicht aber in einem Kreislauf mit Wiedererhitzung im Lauf der Entspannung. Hieraus ergibt sich eine Verminderung des Wirkungsgrades der ganzen Gas-Dampf-Kraftanlage. Die Erfindung ermöglicht eine Beseitigung dieses Nachteils. Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung die Vorfeuerung des Wiedererhitzers nicht durch in einer Zwischenstufe des Verdichters abgezapfte Luft, sondern durch vom Auslaß desThe disadvantage of such a device is the fact that the air drawn off at 15 to Feeding the pre-firing 9 'works in a circuit with simple heating, but not in one Circulation with reheating in the course of relaxation. This results in a reduction in the Efficiency of the whole gas-steam power plant. The invention enables this to be eliminated Disadvantage. For this purpose, according to the invention, the pre-firing of the reheater is not used by air drawn off in an intermediate stage of the compressor, but by air from the outlet of the

^; 309 748/110 ^; 309 748/110

Verdichters entnommene Luft gespeist, die nach Vorwärmung in einer Hilfsturbine entspannt ist.Compressor extracted air fed after preheating is relaxed in an auxiliary turbine.

Auf diese Weise wird der Kreislauf mit Wiedererhitzung im Lauf der Entspannung vollständig wieder hergestellt.In this way, the circulation becomes complete with re-heating in the course of relaxation restored.

Die folgende Beschreibung und Zeichnung gibt ein Ausführungsbeispiel, wie die Erfindung in der Praxis verwirklicht wird.The following description and drawings give an embodiment of how the invention is put into practice is realized.

Fig. 1 zeigt ein Schema einer aus einer Dampfturbine und einer Gasturbinengruppe kombinierten Anlage, die schon in der Einleitung behandelt ist;Fig. 1 shows a diagram of a combined of a steam turbine and a gas turbine group Appendix, which is already dealt with in the introduction;

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Anlage gemäß Fig. 1 im Schema.Fig. 2 shows an embodiment of the invention for a system according to FIG. 1 in the scheme.

In Rücksicht auf die Klarheit ist in dieser Figur der Dampfturbinenkreislauf nicht dargestellt.For the sake of clarity, the steam turbine cycle is not shown in this figure.

Wie oben erklärt, ist der Heizraum 9' nicht durch aus einer Zwischenstufe des Verdichters 1 abgezapfte Luft, sondern durch Luft gespeist, die in einer Hilfsturbine 17 gearbeitet hat. Die Abzapfung der Luft geschieht bei 18 am Ausgang des Verdichters 1. Diese Luft wird in einem Erhitzer 19 erhitzt und dann in der Hilfsturbine 17 entspannt. Vom Auslaß der Turbine 17 wird die entspannte Luft in den Vorheizraum 9' geschickt, um für die Verbrennung von Brennstoff zur Wiedererhitzung der Gase des Hauptkreislaufes im Erhitzer 9 zu dienen.As explained above, the heating space 9 'is not drawn off from an intermediate stage of the compressor 1 Air, but fed by air that has worked in an auxiliary turbine 17. The tapping of the Air happens at 18 at the outlet of the compressor 1. This air is heated in a heater 19 and then relaxed in the auxiliary turbine 17. From the outlet of the turbine 17, the expanded air is in the Preheater 9 'sent in order for the combustion of fuel to reheat the gases of the Main circuit in the heater 9 to serve.

Die Erhitzung im Erhitzer 19 kann durch einen Wärmeaustauscher z. B. mittels der Gase des Kessels 2 oder durch Verbrennung einer geringen Menge von Heizöl geschehen. Im ersten Fall ist die zum Erhitzer 9' geführte Luft frei von Brennstoffprodukten. Im zweiten Fall enthält die Luft sehr wenig Brennstoffprodukte, denn es genügt zur Beschickung des Erhitzers 19 eine nur geringe Menge Heizöl, um die Erhitzung der Luft zu gewährleisten. In diesem Falle kann der Erhitzer 19 aus einer bei Gasturbinen üblichen Verbrennungskammer bestehen.The heating in the heater 19 can be carried out by a heat exchanger, for. B. by means of the gases from the boiler 2 or by burning a small amount of fuel oil. In the first case it is to the heater 9 'directed air free of fuel products. In the second case, the air contains very little fuel products, because it is sufficient to charge the heater 19 only a small amount of fuel oil to the Ensure heating of the air. In this case, the heater 19 can be from a gas turbine usual combustion chamber exist.

Die Anlage gemäß der Erfindung ermöglicht eine befriedigende Verbrennung im Erhitzer 9', ohne daß die Abzapfung von Zwischenluft aus dem Verdichter nötig ist. Sie ermöglicht infolgedessen auch für die Gesamtmenge der Luft die Wiederherstellung eines Kreislaufs mit hohem Wirkungsgrad im Laufe der Entspannung, wobei der allgemeine Wirkungsgrad des kombinierten Gas-Dampf-Kreislaufs wesentlich verbessert wird.The system according to the invention enables satisfactory combustion in the heater 9 'without the extraction of intermediate air from the compressor is necessary. As a result, it also enables Total amount of air restoring a cycle with high efficiency over the course of the Relaxation, whereby the general efficiency of the combined gas-steam cycle is essential is improved.

Claims

PATENT CLAIMS:

1. System for a combined cycle containing a gas turbine and a steam turbine, in which the air coming from the compressor of a group of gas turbines is sent to a steam boiler to generate steam used in a steam turbine and the gases heated by the steam boiler are expanded in a first turbine , are then heated again before they are completely expanded in a second turbine, and then cooled and discharged into the atmosphere, and wherein the heater arranged between the two gas turbines takes up warm gases from a pre-firing, characterized in that the pre-firing (9 ') is fed with air taken from the compressor (1), which is heated in a heater (19) and then expanded in an auxiliary turbine (17).

2. Plant according to claim 1, characterized in that the heating of the output Air taken from the compressor before expansion in an auxiliary turbine through heat exchange happens with the gases of the steam boiler.

3. Plant according to claim 1, characterized in that the heating of the output of the Air taken from the compressor before expansion in an auxiliary turbine by combustion a small amount of fuel happens in a gas turbine combustor.

1 sheet of drawings