DE1476903B2 - Gas-dampfturbinenanlage - Google Patents

Description

der Strömung der aus der Gas-Dampfturbine aus- Stufen 2 und 3 eines zweistufigen Kompressors an

tretenden Abgase ein Vorwärmer für das den Heiz- 60 einer Welle angeordnet. Gleichzeitig ist mit der Welle

elementen der Brennkammer zugeführte Wasser ge- der Gasturbine 1 auch ein elektrischer Generator 4

schaltet ist. gekuppelt. Die Gasturbine 1 erhält durch eine Rohr-

Es hat sich nämlich herausgestellt, daß es ein Vor- leitung 5 eine Mischung von Brenngasen und Dampf

wärmer erlaubt, das Temperaturniveau am Eingang aus einer Brennkammer 6. Die Brennkammer weist

wie auch am Ausgang der Gasturbine bedeutend an- 65 einen Brenner 7 auf, dem durch eine Leitung 8

zuheben, wodurch die Leistung der Gasturbine we- Brennstoff und durch eine Leitung 9 komprimierte

sentlich erhöht wird. Luft aus der zweiten Kompressorstufe 3 zugeführt

Da die Wellenleistung der Gasturbinengruppe sich wird. Die Brennkammer ist mit einer Rohrausklei-

dung versehen, welche einen Verdampferteil 10 und einen Überhitzerteil 11 bildet. Die Wasserzufuhr in dem Verdampferteil 10 erfolgt über eine Anlage 12 zur Entsalzung des Speisewassers, eine Speisepumpe 13, einen ersten Vorwärmer 14 und einen zweiten Vorwärmer 15. Der erste Vorwärmer 14 dient gleichzeitig als Kühler für die komprimierte Luft bei ihrem Übertritt aus dem Kompressorteil 2 in den Kompressorteil 3. Dem zweiten Vorwärmer 15 werden durch eine Leitung 16 Abgase der Gasturbine 1 zugeführt, die diesen durch eine Leitung 17 und einen nicht dargestellten Kamin ins Freie verlassen.

Aus dem Verdampfer 10 gelangt der erzeugte Wasserdampf in den Überhitzer 11 und wird aus diesem einer Dampfturbine 18 zugeführt, welche einen Generator 20 antreibt. Aus der Dampfturbine 18 gelangt der entspannte Dampf zu einer Mischstelle 21 am Austrittsende der Brennkammer.

Wie aus der Figur ersichtlich ist, kann in der Speiseleitung für Wasser ein Vorwärmer 30 angeordnet sein, welcher durch eine Leitung 31 an den Ausgang der Turbine 18 angeschlossen ist. Der Vorwärmer 30 ist vorzugsweise ein an sich bekannter Kaskadenvorwärmer, in welchem der entspannte Dampf aus der Leitung 31 mit dem Speisewasser vermischt wird. Das Speisewasser wird dem Vorwärmer 30 durch eine Speisepumpe 32 entnommen.

Weiter ist in der Figur noch eine Mischstelle 33 vorgesehen, welche durch eine Leitung 34 ebenfalls an den Austritt der Turbine 18 angeschlossen ist. In der Leitung 34 ist ein thermostatisch gesteuertes Drosselorgan 35 angeordnet, welches von der Temperatur des aus dem Überhitzer austretenden Dampfes beeinflußt wird und der Regelung dieser Temperatur dient.

Die für die Verbrennung bestimmte Luft wird beispielsweise im Kompressor 2, 3 auf einen Druck von 6 atü komprimiert. Das Speisewasser kann hingegen dem Verdampfer und Überhitzer mit einem Druck von z. B. 100 atü eingespeist werden. Es kann dann in der Dampfturbine eine Entspannung des erzeugten Dampfes von angenähert 100 atü auf ca. 7 atü erfol- y gen, da ein Drucküberschuß des Dampfes für dessen Vermischung erforderlich ist. Die Temperaturverhaltnisse sind dabei so gewählt, daß die Temperatur der Brenngase vor der Mischstelle bedeutend höher ist als die Temperatur des der Mischstelle zugeführten Dampfes. So kann, entsprechend einem vorgeschlagenen Beispiel, die Temperatur der Brenngase vor der Mischstelle, also nach dem Überhitzer 11, ca. 1300° C betragen, die Temperatur des der Mischstelle zugeführten Dampfes hingegen 170° C. Dabei wird nach der Vermischung eine gemeinsame Temperatur der Brenngase und des Dampfes von ca. 600° C angestrebt. Auf diese Weise wird mit einfachen Mitteln, ohne Heizflächen, eine Zwischenüberhitzung des in der Dampfturbine entspannten Dampfes herbeigeführt.

Aus der Brennkammer gelangt das Gemisch von Brenngasen mit dem überhitzten Wasserdampf mit einem Druck von 6 atü und 600° C in die Gasturbine 1, in welcher das Gemisch auf einen kleinen Wert über dem Atmosphärendruck entspannt wird. Im Vorwärmer 15 wird darauf noch ein Teil der Wärme der Abgase ausgenützt.

Bei der erf intruHgsgemäßen · Anlage hat man grundsätzlich die Möglichkeit, den in der Brennkammer herrschenden Verbrennungsdruck nach freiem Ermessen festzulegen. Um die Verwendung von Gasturbinen der handelsüblichen Bauart zu ermöglichen, kann man z. B. diesen Verbrennungsdruck auch gleich hoch wählen, wie es im Gasturbinenbau normal ist, d. h. zwischen 5 und 8 Atmosphären. Im Hinblick auf die spezifischen Kosten der Anlage ist es jedoch von Vorteil, diesen Druck noch höher zu wählen, z. B. in der Größenordnung von 20 atü. Dadurch wird das Entspannungsgefälle in der Gasturbine größer, und das Dampf-Gasgemisch kann eine größere Arbeit liefern, bevor es in die Atmosphäre entweicht.

Es versteht sich, daß die beschriebene Anlage im Rahmen der Erfindung vereinfacht werden kann. So kann z. B. ein einstufiger Turbokompressor ohne Zwischenkühler vorgesehen werden. Ebenso kann bei einfachen Anlagen auf den Vorwärmer 30 oder auf die Mischstelle 33 verzichtet werden. Auch kann der Betriebsdruck in der Brennkammer, wie bereits erwähnt, bedeutend höher gewählt werden als 6 atü, welcher Wert im Zusammenhang mit dem beschriebenen Beispiel genannt wurde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 als Differenz der Leistung der Gasturbine und der Patentansprüche: anteilmäßig hohen, unveränderten Leistung des Kompressors ergibt, wird durch das erfindungsgemäße

1. Gas-Dampfturbinenanlage mit einer Brenn- Konzept die Leistung der Gasturbinengruppe erhebkammer in der Form eines aufgeladenen Kessels, 5 lieh erhöht, während die Leistung der Dampfturbine in diesem angeordneten Heizelementen zur Ver- nicht im selben Maße absinkt, so daß sich ein Leidampfung und Überhitzung von Wasser, einer an stungsgewinn und ein Anstieg des Wirkungsgrades den Kessel angeschlossenen Gasturbine, einer be- ergeben.

züglich der Dampfströmung nach den Heiz- Die Erhöhung der Eintrittstemperatur der Gaselementen angeordneten Dampfturbine sowie io turbine kommt dadurch zustande, daß die Konvekeiner vor der Gasturbine befindlichen Misch- tionsheizflächen im Druckbehälter verkleinert werstelle, in welcher eine Vermischung des in der den. Die Rauchgastemperatur am Ende der Konvek-Dampfturbine entspannten Dampfes mit den tionsheizflächen steigt damit so hoch an, daß es not-Brenngasen erfolgt, dadurch gekenn- wendig wird, die Mischung mit dem in der Dampfzeichnet, daß sich die Mischstelle im Kessel 15 turbine expandierten Dampf noch im Druckbehälter befindet und daß in der Strömung der aus der vorzunehmen, wobei nach dieser Mischung die für Gas-Dampfturbine (1) austretenden Abgase ein die Gasturbine eben noch zulässige Temperatur erVorwärmer (15) für das den Heizelementen (10) reicht wird.

der Brennkammer (6) zugeführte Wasser geschal- An sich wäre zu erwarten gewesen, daß durch die

tet ist., . 20 Verlagerung von Heizflächen aus dem Druckbehäl-

_

2. Anlag"e nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ter, wo wegen des-.ho.hen Gasdruckes sehr günstige

zeichnet, daß im Gasstrom vor.den Überhitzer- Wärmeübergangsverhältnisse herrschen, in den atmo-

elementen (11) eine zusätzliche Mischstelle (33) sphärischen Bereich stromunterhalb der Gasturbine

angeordnet ist. eine merkliche Verteuerung der Anlage eintreten

25 würde. Überraschenderweise ist dies nicht der Fall. Da durch das neue Konzept eine bedeutende Lei-

stungsverlagerung von der Dampfturbine auf die

Gasturbine eintritt, muß nämlich weniger Wärme

vom Gaskreislauf an den Wasserkreislauf übertragen

30 werden, was die Heizflächengröße reduziert. Weitere

Die Erfindung betrifft eine Gas-Dampfturbinenan- Einsparungen ergeben sich durch die Verkleinerunlage mit einer Brennkammer in der Form eines auf- gen des Druckgefäßes und der Wasseraufbereitungsgeladenen Kessels, in diesem angeordneten Heiz- anlage, so daß — gesamthaft gesehen — die Anlageelementen zur Verdampfung und Überhitzung von kosten eher verringert werden.

Wasser, einer an den Kessel angeschlossenen Gas- 35 Darüber hinaus ergeben sich zusätzliche Vorteile turbine, einer bezüglich der Dampfströmung nach in Form der erwähnten Leistungs- und Wirkungsden Heizelementen angeordneten Dampfturbine so- graderhöhung der Anlage wie auch einer durch ge-' wie einer vor der Gasturbine befindlichen Mischr ringeren Wasserkonsum verringerten Umweltsbestelle, in welcher eine Vermischung des in der lastung.

Dampfturbine entspannten Dampfes mit den Brenn- 40 In diesem Zusammenhang muß festgestellt werden, gasen erfolgt. daß die Anordnung eines Vorwärmers für einzu-Eine derartige Anlage ist aus der französischen spritzendes Wasser in der Abgasleitung einer Tur-Patentschrift 1 234 402 bekannt. bine, ζ. B. aus der USA.-Patentschrift 2 186 706, be-Die bekannte Anlage, welche an sich als Spitzen- kannt ist. Dabei wurde jedoch nicht die erfindungskraftwerk vorteilhaft wäre, hat den Nachteil eines 45 gemäße Wirkung erzielt.

verhältnismäßig schlechten thermischen Wirkungs- Vorzugsweise ist es möglich, im Gasstrom vor den

grades und dadurch erhöhter Betriebskosten. Aus Uberhitzerelementen eine zusätzliche Mischstelle an-

diesem Grunde hat sich diese Anlage bisher nicht zuordnen. Dadurch wird es ermöglicht, die Tempe-

durchsetzen können. ratur des überhitzten Dampfes zu beeinflussen und

Die Erfindung hat eine Verbesserung der bekann- 50 gleichzeitig die Temperatur des mit den Heizflächen

ten Anlage zum Ziel, welche zu einer wesentlichen in Berührung kommenden Gasgemisches herabzu-

Erhöhung des Wirkungsgrades und zu einer entspre- setzen, was von Vorteil sein kann, um eine Hochtem-

chenden Senkung der Betriebskosten führt, so daß peraturkorrosion an den thermisch besonders stark

die Gas-Dampfturbinenanlage wirtschaftlich mit den belasteten Teilen des Kanales zu vermeiden,

bekannten Kraftwerken konkurrenzfähig wird. 55 Die Erfindung wird an Hand einer in der Zeich-

Die erfindungsgemäße Anlage, durch welche dieses nung schematisch dargestellten Ausführung erläutert.

Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß In der erfindungsgemäßen Anlage ist in an sich

sich die Mischstelle im Kessel befindet und daß in bekannter Weise eine Gasturbine 1 mit den zwei