-
Wärmekraftanlage Bei Wärmekraftenlagen. mit kombiniertem
Gas-Dampf-Prozeß iet e$ bekannt, einer vorzugsweise in Blockachaltung
arbeitenden Dampfkraftanlage, ineüeaondere mit Zwangstromkessel, eine
mit ica offenen Gleichdruckprozeß arbeitender Verbrennungs-
gasturbane
vorzuschalten. Es ist-weiterhin bekannt, zur Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades
bei einem solchen Kraftwerk die Dampfkraftanlage mit hochwertiger Speisewasser-Regenerativvorwärmung
auszurüsten. Die vorgeschaltete Gasturbine soll dabei dem Zweck einer Wirkungsgrad-
und Leistungssteigerung im Sinne eines sogenännten Topping-Prozesses dienen.
-
Bei den bisher bekannten zahlreichen Anlagen dieser Art muD man einen
KompromiD.schließen zwischen ausreichend wirtschaftlicher Auslegung der Dampfkraftanlage
einerseits und der Gasturbinenanlage andererseits, wobei es im allgemeinen Schwierigkeiten
bereitet, die vom Gasturbinenprozeß noch anfallende Restwärme wirtschaftlich auszunutzen,
wenn.@man bereits im Dampfkraftsystem die Speisewasserregenerativvorwärmung schon
hochwertig ausgebildet hat. Es fallen dann auch im Dampfkraftsystem überschüssige
Wärmemengen an, deren Verwertung nicht ohne weiteres möglich ist.
-
Diese hichwierigkeiten werden durch die Erfindung beseitigt. Bei der
Erfindung wird von einer Dampfkraftanlage ausgegangen, die bereits eine umfangreiche
Regenerativvorwärmung aufweist und an sich schon nahezu optimal-ausgelegt ist oder
zumindest besonders wirtschaftlich arbeitet. Die Erfindung hat sich die Aufgabe
gestellt, einerseits die Erhaltung eines höchst. möglichen Wirkungsgrades sicherzustellen
oder in Verbindung mit der vorgeschalteten Gaskraftanlage noch eine weitere Wirkungsgradsteigerung
herbeizuführen, andererseits aber. auch gleichzeitig besonders hohe Leistungen der
Kraftmaschinen zu erreichen. Im Gegensatz zu zahlreichen bekannten Änlagen,bei denen
es zwar _ gelingt, den Wirkungsgrad zu steigern, bei denen aber keine , zusätzliche
Leistung mehr erzeugbar ist, kommt der Erfindung
die_.Bedeutung"zu,.,
daß gleichzeitig mit der Verbesserung des thermischen Wirkungsgrades eine wesentlich
höhere Leistung der Gesagtanlage. erzeugt werden kann.
-
Die Erfindung besteht, darin, daß,bei einer Wärmekraftanlage der beschriebenen
Art, bei der die Wärme aus dem Abgasstrom der Gasturbine.d,er .Zesselfeueru,ng zugeführt
wird, die zur Dampferzeugungnicht mehr-.verwertbere Rauchgasmenge bei geeigneter
Trenntemperatur,zur:Vorwäraung der verdichteten Verbrennungsluft.. in
einen Luftvorpärmer,der Gasturbine überführt und daß die hier nicht..mehr
verwertbare Restwärme zur Vorwärmung des Speisewasser-stromes;genutzt Wird.
Die Anlage kann dabei derart bemessen wer-' den, daß-das.mittlere
Temperaturniveau der vorgeschalteten Gas-. turbine bei gegebener Eintrittstemperatur
in dieselbe und unabhängig von einem frei, wählbaren und zweckmäßig angepaßten,Verdichtungsdruckverhältnis
so bestimmbar ist, daß gegenüber einer vergleichbaren reinen Dampfkraftanlage
neben einer Wirkungsgrad-steigerung ein Maximum-an wirtschaftlicher Mehrleistung
ermöglicht wird. An Hand, der ,Zeichnung- s01,1 die Erfindung näher erläutert werden.
Die Figuren zeigen Ausführungsbeisriele in ihren für die Er- , findung wesentlichen
Teilen in stark vereinfachter schematischer Darstellung eines Wärmeschaltbildes
und Abwandlungen desselben. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind in sämtlichen
figuren.mit,gleichen Bezugszeichen versehen. Diel,Dampfkraftanlnge ist in-Gestalt
eines Zwangstromdurctilaüf@ -kessels mit Kraftmäschne in Blockschältung ausgebildet
und ,,.i-e-,
arbeitet als wärmewirtschaftlich hochwertige Anlage
mit Zwischenüberhitzung und sowohl niederdruckseitiger als auch hochdruckseitiger
Regenerativ-Speisewasservorwärmung.
-
An den Kessel 1 mit dem Überhitzer 2 ist die Dampfkraftmaschine angeschlossen,
deren Hochdruckteil mit 3, deren Mitteldruckteilmit 4 und deren Niederdruckteil
mit 5 bezeichnet ist. Zwischen Hochdruckteil 3 und Mitteldruckteil 4 befindet sich
ein Zwischenüberhitzer 6. Aus dem Turbinenkondensator 7 fördert die Kondensatpumpe
8 das Opeisewasser in die mehrstufige Niederdruck-Regenerativvorwärmanlage G_" welcher
der Speisewasserbehälter-10 nachgeschaltet ist. Mit 12 ist eine mehrstufige Hochdruck-Regenerativvorwärmung
hinter der Speisewasserpumpe 11 bezeichnet.
-
Im Dampferzeuger können verschiedene Brennstoffarten von fester, flüssiger
oder gasförmiger Beschaffenheit für sich allein oder zusammen wahlweise verfeuert
werden. Die Gasturbinenanlage $rbeitet nach dem Verfahren des offenen Gleichdruckprozesses,
wobei gegebenenfalls eine Zwischenkühlung der verdichteten Verbrennungsluft stattfindet
und such möglicherweise eine Zwischenbrennkammer oder deren mehr eingeschaltet sein
können.@Der Verdichter 13 für die anzusaugende Verbrennungsluft fördert diese in
die Brennkammer 14, welcher gleichzeitig über die Zufuhr 15 ein Brennstoff geeigneter
Form zugeleitet wird.
-
Die Gasturbine ist mit 16-bezeichnet,-wobei es durchaus möglich ist,
an Stelle einer einzigen Gasturbine auch deren mehr zu verwenden.
-
Das noch nsuerstoffhaltige Verbrennungeabgaa der Genturbine 16 mit
beispielsweise 18 96 Sauerstoffgehalt dient als zusätsliche
oder*gegebenenfall$
alleinige Verbrennungsluft für die im Dampf--erzeuger zu verfeuernden Brennstoffe.
Von der Gasturbine 16 gelangen die Verbrennungsabgase auf dem Weg 17 zur Feuerung
des Kessels 1. Mit 18 ist eine Bypaßleitung mit verstellbarer Klappe 19 bezeichnet,
die der Regelung dient und zunächst für die Wirkungsweise der Anlage nicht näher
interessant ist. _ Die im Kessel nicht zur Dampferzeugung im Anschluß an die vorangegangene-regenerative
Speisewasservörwärmung austauschbare Rauchgaswärme wird bei geeigneter Trenntemperatur
dem Kessel 1 entnommen und zu einem Vorwärmer 20 für die Verbrennungsluft
der Gasturbinenanlage überführt. Die dann hier nicht weiter austauschbare
wärme gelangt schließlich auf dem Wege 21 zu einem 3peisewaseervorwärmer.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der rauchgasbeheizte
Speisewasservorwärmer 22 zwischen Niederdruck- und Hochdruck-hegenerativvorwärmsystem
des Dampf-erzeugers. Daä in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel läßt
erkennen, daß dieser Vorwärmer in den Fluß des gesamten Speisewassers eingeschaltet
ist, also vom vollen Speisewasser-strom beaufsahlagt wird und nicht im Bypaß
hierzu liegt.
-
Bei dem in Figur .2 darges#.ellten Ausführungsbeispiel ist
der rauchgaebehelzte Upeisewasaervorwärmer 22 parallel zu einem Teil der
Hochdruckspeisewasservorwärmanlage 12 geschaltet. Auch hierbei kann unter Anstreben
einer möglichst hohen Vorwärmung der Verbrennungsluft die Trenntemperatur,des
aus dem Dampf= rrzeuger fiuetretenden Rauchgaaes in bezug auf die Temperatur -des
eintretenden regenerativ vorgewärmten äpeiaewassers derart
bemessen
werden, daß die mumme des Dampfentnahmestromes aus. der.-Dämpfturbine, bezogen auf
die erzeugte Frischdampfmenge so bestimmbar ist, daß gegenüber einer vergleichbaren
reinen Dampfkraftanlage neben einer Wirkungsgradsteigerung ein Maximum an wirtschaftlicher
Mehrleistung ermöglicht wird.
-
In den Figuren 3 bis 5 sind weitere Abwandlungen für die Ochaltung
von rauchgasbeheizten Speisewasservorwärmern in Zuordnung zur regenerativen Speisewasservorwärmanlage
veranschaulicht. So zeigt Figur 3 die Möglighkeit. den rauchgarbeheizten Speisewasservorwärmer
22 parallel zur gesamtenfIochdruck-Speisewasservorwärmung 12 zu legen.
-
Figur 4 zeigt eineAusführungsmöglichkeit unter Aufteilung des
rauchgasbeheizten .Speisewasservorwärmers in einen vorgeschalteten Vorwärmerteil
23 und einen nachgeschalteten Teil 24. Hierbei liegt der Vorwärmerteil 23..parallel
zu einem Teil der Hochdruckvorwärmanlage 12, während-der Vorwärmteil 24 einem -Teil
der Niederdruckvorwärmung 9 parallel geschaltet ist.
-
Figur 5 veranschaulicht schließlich noch eine Ausführungsform, bei
der der Vorwärmerteil 23 der gesamten Hochdruck-Vorwärmanlage 12 parallel geschaltet
ist, während der Vorwärmteil 24 entweder nur einem Teil oder gegebenenfalls auch
der gesamten Nieder-, druck-Vorwärmanlage 9 parallel geschaltet sein Scann. .
-
Das Durchaatzvolumen der Gasturbine ist auf die Belange der dem Feuerraum
des Dampferzeugers zuzuführenden Luftmenge abgestimmt" sodaß jeweils nach der im
Feuerraum des Dampf-
| erzeugers-zur Verfeuerung kommenden Brennstoffart die bei |
| Bestlast der-Anlage notwendige, gegebenenfalls etwas erhöhte |
| zur'Erreichung einer gegebenenfalls vorgesehenen. |
| dampfseitigen -Überlast zur'Verfägung steht. |
| Wie bereits mehrfach Erwähnt, wird bei der Dampfkraftanlage |
| von einem jystem ausgegangen-, dessen Bemessung hinsichtlich |
| Frischdampfzustend, Zwischenübe_rhitzertemptratur, Vakuum |
| im Kondensator-,.-Austrittstemperatur des Rauchgases aus dem |
| Prozeß möglichst hochwertig ausgelegt ist. Nach Vor- |
| schaltung -äea .V.e-rbrennungsgasturbinenprozesse,s nach der
Arbeit's-, |
| ,.eise des offenen Gleichdruckprozesses können diese Daten |
| unverändert beibehalten werden. - |
| Es kommt @nün 'darauf an,- daß dem vorgeschalteten Gasturbinen- |
| prozeß -eine `möglichst 'höhe mittlere-Temperatur der Wärmezufuhr |
| durch Brennstoff mittels Rauchgaswärmerückführung aus dem |
| Dampferzeuger z>üm'Vorwärmen der verdichteten Verbrennungsluft |
| erhalten-bleibt, während gleichzeitig der Regenerativdampf- |
| entnahmestrom aus der Turbine, bezogen auf die erzeugte F:#I'sch- |
| dampf@e ßte';` zumindest beibehalten wird, sodaß damit auch
der |
| re-ri-äst- durch die--im Kühlwasser abzuführE-nden Kondensat- |
| wäfinemeiigen-bei gleichem Vakuum nahezu unverändert bleibt |
| gegenüber d;em reinen.Dampfkraftprozeß. . |
| Diese für eine Kopplung zwiuchen Gasturbine und Dampfkraft- |
| prozeB, zur-Erzieiunghbchstmöglicher Wirkungsgrade bei |
| Leiettüngesteigerung wichtigen Wirkungen werden durch |
| die Erfindüng°@ erzieht= bei, der im Gegensatz zu den bisher |
| 'bekannten Anlagen ähnlicher Art im einzelnen eine Abstimmung |
| folgender,Parameter.ermöglicht wird: |
Die Austrittstemperatur des Rauchgases aus dem Dampferzeuger, d:h.
die Übertrittstemperatur zum Turbinenluftvorwärmer, kann unabhängig von einem gegebenen
oder zweckmäßig zu wählenden Druckverhältnis und gegebener Verbrennungsgaseintrittstemperatur@
in die Geoturbine gleich oder kleiner als die Verbrennungs- .-gasaustrJttstemperatur
aus der Gasturbine gewählt-werden. Gleichzeitig kann die Temperaturdifferenz zwischen
Speisewasserendvorwärmung und Rauchgasaustrittst.emperatur aus dem Dampferzeuger
in einem für den Heizflächenaufwand- des Endeconomisers wirtschuf tlichen Abstand
gewählt werden. Hiermit läßt sich . gleichzeitig eine derartige Bemessung der regenerativen
Endvorwärmung des Speisewassers wählen, daß die Summe der Dampfentnahmemengen der
Turbine, bezogen auf die erzeugte Frischdampfmenge, - und bei Einschaltung des rauchgasbeheizten
Speisewasservorwärmers - mindestens die gleiche Größe als die des reinen Dampfkraftprozesses
ohne vorgeschalteten Gasturbinenprozeß aufweist. Im Gegensatz zu den bekannten Anlagen,
bei denen Kompromisse zwischen Wirtschaftlichkeit einerseits und Bauaufwand-für
die Dimensionierung der Vorwärmer und Wärmeaustauscher
anderer-
seits entweder
zum Inkaufnahmen höherer Verluste oder zu sehr aufwendigen Anlagen führen, erhalten
bei der Anlage nach der Erfindung die Abmessungen der Heizflächen für den Dampferzeuger,
den Luftvorwärmer und den rauchgasbeheiz,ten Speieewaseervorwärmer eine dem jeweiligen
Objekt angepaßte
wirtschaftliche
Größe. Bei dem in Fig.' 1 dargestellten eusführungsbeiepiel
sind
für einen bestimmten Betriebszustand, für den
die Anlage günstig
'
ausgelegt ist, Betriebswerte angegeben, ohne daß jedoch damit die Anlage
auf diese Bemessungen beschränkt sein muß.