DE1526897A1 - Verfahren zum gemischten Gas- und Dampfbetrieb einer Gasturbinenanlage sowie Anlage zur Ausuebung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum gemischten Gas- und Dampfbetrieb einer Gasturbinenanlage sowie Anlage zur Ausuebung des Verfahrens

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DE1526897A1 DE19661526897 DE1526897A DE1526897A1 DE 1526897 A1 DE1526897 A1 DE 1526897A1 DE 19661526897 DE19661526897 DE 19661526897 DE 1526897 A DE1526897 A DE 1526897A DE 1526897 A1 DE1526897 A1 DE 1526897A1
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Description

t26897
[Darf nicht geändert werden
Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft» Winterthur/8chweti
Verfahren sun gemischten Gas- und Dampfbetrieb einer Gasturbinenanlage sowie Anlage anr Ausübung
des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren sum geaUechten Gaβ- und Dampfbetrieb einer Gasturbinenanlage9 wobei in der Brennkammer in Heiselenenten eingespeistes Wasser bei höhere« Druck als dem Brennkamnerdruck verdampft, der Daapf überhitzt und darauf in einer Dampfturbine entspannt wirdρ
Das erfindungsgeaässe Verfahren ist dadurch gekennzeichnet) dass nach der Entspannung mindesten« ein Teil des Dampfes in einen Dampfuaformer geleitet und kondensiert wird» wobei die hier durch eine Wandung abgegebene Wärme gur Erzeugung von Dampf mit niedrigerem Druck verwendet wird, welcher Dampf mit den aus der Verbrennung entstandenen Gasen vor deren Eintritt in die Gasturbine vermischt wird»
Die Gas» Dampfturbinenanlage zur Ausübung des Verfahrenst die mit einer Brennkammer versehen ist, in dieser angeordneten Heizelementen zur Verdampfung und Ueberhitsung von Wasser,
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•Iner an die Brennkammer angeschlossenen Gasturbine sowie einer bezüglich der Dampfströmung nach den Heizelementen angeordneten Dampfturbine« 1st dadurch gekennzeichnet8 dass nach der Dampfturbine ein Wärmeübertrager als Dampfumformer angeordnet 1st, welcher einer Kondensation des in der
' Dampfturbine entspannten Dampfes an der Primärseite zwecks Erzeugung einer angenähert gleichen Menge Dampf mit niedrige» rem Druck an der Sekundärseite dient9 wobei die Sekundärseite des Wärmeübertragers mit einer zwischen dar Brennkammer und der Gasturbine angeordneten Mischstelle verbunden Ist, in welcher eine Vermischung des im Dampfumf corner eräugten Dampfes mit den Brenngasen erfolgt,
. Es ist bereits ein Verfahren zum gemischten Ga3~md
Dampfbetrieb einer Gasturbinenanlage vorgeschlagen worden,, bei
welchem in der Brennkammer iü Heizelemente eingespeistes I'asser
dem
bei höherem Druck als^rennkammerdruck v. rdempf t und überhitzt wird>.der überhitzte Dampf in einer Dampfturbine sntspannt wird s worauf der entspannte Dampf. mit äen Brennga-fon vor deren Eintritt in die Gasturbine vermischt wir?]ο Dieses vorgeschlagene Verfahren ermöglicht dia Schaffung einer Anlöge, welche,
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als Spitzenkraftwerk verwendetf ein optimale· Verhältnis zwischen Anlagekosten und Betriebskosten bietet, indes sie niedrige Anlagekosten alt einer guten BrennstoffausnUtsung verbindet« Die nach des bereite vorgeschlagenen Verfahren arbeitende Anlage ermöglicht die Erreichung hoher thermischer Wirkungsgrade bei niedrigen Alsiekosttn, da gegenüber einer Dampfturbinenanlage die bei dieser erfordefliohen grossen und daher teuren niederdrückten· entfallen· Ausserdem wird eine Zwischenliberhltsung des in der Dampfturbine entspannten Dampfes auf einfache Veise durch Vermischung des Dampfes mit den Brenngasen der Brennkammer ersielt, ohne dass dafür zusätzliche Wärmeübertragungsflachen nötig werden.
Die vorliegende Erfindung hat die Schaffung eines Verfahrens und einer entsprechenden Anlage sum Zlelf durch welche eine weltere Senkung der Betriebskosten bei einer Anlage der erwähnten Art aöglich lit£ bei einer Beibehaltung des hohen thermischen Wirkungsgrades und bei praktisch unveränderten Anlagaltosten, und swar Insbesondere in Fällen, wo des sur Verfügung stehende Rohwaaser stark verunreinigt und/oder einen hohen Salzgehalt aufweist; so dass die Kosten für dessen Auf-
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bereitung Ins Gewicht fallen·
Bei der erfindungsgemässen Anlage wird dleaes Ziel auf die Weite erreicht, da·· dar in der Dampfturbine entspannte Dampf nicht direkt den Brenngasenbsigemischt wird, sondern nur Verdampfung von Wasser in einem als Dampfumformer wirkenden Wärmeaustauscher herangeiogen wird· Brat dieser im Dampfumformer erseugte Dampf wird in die Brenngase der Gasturbinenanlage eingeführt· Der im Dampfumformer kondensierte Dampf kann durch eine Speisepumpe in die Heiselemente der Brennkammer von neuem eingespeist werden, so dass ein ge· echloeaener Kreislauf durch diese Heiselemente entsteht·
Die erfindungsgemässe Anordnung hat den Vorteilt dass das den Heizelementen sugefUhrte Wasser, das einen hohen Reinheitsgrad aufweisen muss, nicht durch Vermischung mit den Brenngasen verloren geht. Das der Sekundärseite des Dampfumformers zugeführte Wasser, welches in diesem verdampft wird« braucht nicht einen derart hohen Reinheitsgrad aufsuweisen9 wie das in die Heiselemente eingespeiste Wasser, da im Dampfumformer keine Gefahr von Ueberhltsungen dessen Kateriales besteht; wie dies in den wasserführenden Rohren in der Brenn-
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kaaaer baft Salsablagerungen dar Fall 1st« Ausserdem kann •in Dampfuafonwr ao auagebildet warden, data ar verhältnis· massig leicht gereinigt werden kaim· Da· bat iur Folg·, daaa daa Vaaaar, valebas la dan Dempfuaforaer aftagaapaiat und in diesem verdampft wird, te dan Breimgtsen beigemischt iu warden» nor alaaa niedrigeren Reinheitsgrad aufsnwelaen braucht, dar ι·Β. durch alaa Tailastsalsmg odar aiafaeha Bntkarboai· aianuig arsialbar iat· Dadurch «ardaa dia Xoataa diaaaa WaiMrt und aoBit auch dia Batrlabakoataa dar Oaaturblnananlaga vaaaat· lieh varaladart·
Dia Brf ladung wird anhand alaaa la dar Zeichnung aeba* ■atlach dargaatalltan Auffftthruagabalaplalaa arlttutart·
In dar Zeichnung Ut «Ina Gftaturbiaananlaga alt einer Brennkajuiar 1 dirgetteilt, dia einen Brenner 2 und einen Mantel 3 aufweist« Des Brenner 2 vlrd durch eine Leitung 4 Brennetoff und durch eine Leitung 5 Luft lugeftlhrto Zn dar Brennkaeeer sind Helsalaaenta 6, 7 angeordnet, dia *.Β· dia Fora von Bohr· achlangen haben· Daa Heizelement β Iat In diaaaa Felle ein Vorwärmer und Verdampfer, daa Heilelement 7 ein Ueberhltser«
Die Brennkammer 1 lit durch eine Leitung 8 ait einer Gasturbine 9 verbunden« Dia aus dar Gasturbine 9 austretenden
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Gase gelangen durch eine Leitung 10 in «inen Wämeübertrager 11 und aus diesen durch eia Kamin 12 in die Atmosphäre»
Die dem Brenner 2 lusuflihreiide Luft wird durch ein« Leitung 13 aus der Atmosphäre angesaugt und in swei Kompressorstufen 14 und 15 verdichtet, tut «eichen ti· in die Leitung 5 gelangt. Zwischen den beiden Koapressorstufen 14, 15 1st in der Luftströmung ein Luftkühler If angeordnet·
Der in den Heiseitaenten 6, 7 erseugte und über hl Ute Wasserdampf wird aus der Brennkammer 1 durch eine Rohrleitung 17 einer Dampfturbine 18 sugeftlhrt, in welcher er entspannt wird· Der entspannt« Dampf wird au» der Dampfturbine 18 durch eine Leitung 19 eine« Wärmeübertrager 20 zugeführts in welchem er kondensiert wird« Das gebildete Kondensat wird den Wärme« übertrager 20 durch eine Speisepumpe 21 entnommen und durch tint Leitung 22 tfber la Wärmeübertrager 11 befindliche HeU-fläohen 23 la dta Isiselement 6 clngctpeist.
Da« auf der etkundärseite des Wärmeübertragers 20 tu verdampfende Wasser wird über eine BelnigungasAii^e 24 einer Speisepumpe 25 sugeführt· Die Speisepumpe fördert das gereinigte Wasser Über den Luftkühler 16 und ein Heizelement 26 Im
2 δ " 0 1 S 8 8AD
Wärmeübertrager Il in den WtasaObertrager 20· 0er is Wärme-Übertrager 20 auf deeeen Sekundlraeite gebildete Dampf wird durch eine Leitung 27 einer Hisehstclle 28 Ia der Brennkammer 1 zugeführt« Von der Leitung 27 zweigt eine Leitung 29 et, die su einer Misch·teile 30Jn der nrannksmmar 1 führte In der Leitung 29 1st ein Droeselergen 31 angeordnet, welches durch einen Regler 32 in Abhängigkeit von der Temperatur in der Rohrleitung 17 gtsteuert wird.
Die Turbinen 9 und 18 sowie die KoBpressorstufen 14, 1$ sind zusammen Bit eine* elektrischen Generator 33 auf einer gemeinsamen Welle 34 angeordnet.
Die in der Brennkammer 1 angeordneten Heizelemente 6, 7 bewirken eine Kühlung der Brenngase durch eine Verdampfung des elngespeieten Walsers und Ueberhltaung des erzeugten Dampfes« Das hat den Vorteilt daae der Brenner 2 Bit nur einen geringfügigen LuftUbirschuss arbeiten kann, da keine überschüssige Luft für Kühlswecke benotigt wird, wie dies sonst bei Gasturbinen der Fall 1st. Der Luftüberschuss« de tu das Verhältnis der tatsächlich sugeftthrten Luftaenge sur stuchionetrischen Luftnenge beträgt höchstens 2P5 gegenüber 5 und
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mehr bei normalen Gasturbinenanlage. Ein· weitere Kühlung der Brenngas· erfolgt durch die Mischung alt des kühleren Dampfο Die Verhältnis·· sind b.B. so gewählt, da·· das Gemisch von Dampf mit dan Brenngasen mit einer Temperatur von ca 65O0C der Gasturbine 9 sugefUhrt vlrdo
Da durch die Heizelemente 6, 7 lamer das gleiche, äusserst reine Wasser la Kreislauf strömt, kann die Daapferzeugung unter hohen Druck stattfinden, ohne dass din Gefahr von 8altablagerungen auf der Wasserseite und soait von Ueberhitsungen der Rohre der Helseleaente entsteht <, Dadurch 1st ein hoher thermischer Wirkungsgrad dieses Teiles der Anlage erzielber. ßo kann beispielsweise der Dampf aus dem Oeberhltzerteil 7 alt 140 ata und 50O0C austreten» In der Turbine 18 trügt dabei eine Entspannung auf 9 ata* Im Wärmeaustauscher 20, der al· Dampfumformer wirkt, wird darauf gesättigter Deeipf alt 7 ata erzeugt, der in die Brenngase, die einen Druck von t ata aufweisen, eingeführt wird. Bei der Beimischung erfolgt eine Ueberhltzung des la Daapfuoforaar erzeugten Sattdaapfea auf i.Bo 6500C.
Die Nischstelle 30, die in der Strömung der Brenn-
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gase vor de· üeberhltsereleaent 7 angeordnet iit9 dient iusammen alt de« Drosselorgan 31 und de« Regler 32 einer Regelung der Temperatur dta au« de· Heizelement 7 aultretenden ttberhltsten Dampfes«
Wie aus der Figur eralchtllch Ist, sind dl« Bei«· elemente 23 und 26 la Wärmeübertrager 11 derart angeordnete dass sich da· Heiselement 23 dee Kreislaufes alt dem höheren Druck in der Strdeung der Abgas« vor dea Element 26 befindet, durch velchea Wasser alt niedrigere» Druck strömt» Dadurch wird eine Staffelung der Teaperaturen in den Heiselementen des Wärmeübertragers ersielt, die eine gut· AusnUtsung der Abgaswärme ermöglicht.
Ea versteht sich» daas verschiedene Aenderungen der als Beispiel beschriebenen Ausführung möglich sind· So sind insbesondere Vereinfachungen, wie SoB. ein Weglassen der Heizfläche 23 oder 26 oder des Zwischenkühlers 16, möglich» Be 1st hauptsächlich von der vorgesehenen Betriebsdauer der Anlage abhängig» ob die damit verbundene Verminderung des Gesamtwirkungegrades von den geringen Anlagekosten aufgewogen wird ο
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Claims (1)

  1. Belegexemplar
    Dirt nicht giintot warf«
    - ίο -
    Patentansprüche
    Io Verfahren sum gemischten Gas- und Dampfbetrieb einer Gasturbinenanlage, wobei In dar Brennkammer in Halselementen eingespeistes Wasser bei höherem Druck ale dem Brennkanmerdruck verdampft, der Dampf Uberhltst und darauf in einer Dampfturbine entspannt wird, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Entspannung mindestens ein Teil das Dampfes in einen Dampfumformer geleitet uid kondensiert wird, wobei die hier durch eine Wandung abgegebene W&rme sur Erzeugung von Dampf mit niedrigerem Druck verwandet wird9 welcher Dampf mit den aus der Verbrennung entstandenen Gasen vor deren Eintritt in die Gasturbine vermischt wirdο
    2ο Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das aus der Kondensation im Dampfumformer das in der Dampfturbine entspannten Dampfes entstandene Kondensat sur Speisung der in der Brennkammer angeordneten Heiselemente verwendet wird» derart, dass das für die Dampferzeugung in dar Brennkammer verwendete Wasser einen im wesentlichen geschlossenen Prozess durchlaufto
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    3o Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das aus dar Kondensation das in dar Dampfturbine entspannten Dampfes is Dampfumformer entstandene Kondansat durch dia Wärme der dia Gasturbine verlassenden Abgase vorgewärmt vlrd, bevor aa in dia Reizelemente dar Brennkammer geleitet wird.
    4« Verfahren nach Anspruch I9 dadurch gekennzeichnet, dass das fttr dia Erzeugung von Dampf mit niadrlgaram Druck la Dampfumforaer verwendete Speisewasser durch Kompresslonswärme dar Brennluft vorgewärmt wird.
    5« Verfahren nach Anspruch I9 dadurch gekennzeichnet dass daa für die Erzeugung von Dampf mit niedrigerem Druck im Dampfumforser verwendete Speisewasser durch die Wärme der die Gasturbine verlassenden Abgase vorgewärmt wirdο
    6ο Verfahren nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet g dass sit der Wärme der die Gasturbine verlassen« den Abgase, in der Strömungsrichtung der Abgase betrachtets . zunächst das für die Dampferzeugung in den Heizelementen der Brennkammer bestimmte, unter hohem Druck stehende Speisewasser, und nachhert bei einer niedrigeren Temperaturstufe,
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    das für die Dampferzeugung im Dampfumformer bestimmte, unter niedrigerem Druck stehende Speisewasser, vorgewärmt wird« .
    7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennung in der Brennkammer bei einem Luftüberschuss erfolgt, der kleiner 1st als 2,5.
    8« Gas-Dampfturbinenanlage sur Ausübung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Brennkammer, in dieser angeordneten Heiselementen sur Verdampfung und üeber· hitzung von Wasser, einer an die Brennkammer angeschlossenen Gasturbine sowie einer bezüglich der Dampfatrömung nach den Heizelementen angeordneten Dampfturbine! dadurch gekennzeichnet, dass nach der Dampfturbine ein Wärmeübertrager (20) als Dampf· umformer angeordnet ist, welcher einer Kondensation des in der Dampfturbine entspannten Dampfes an der Primärseite zwecke Erzeugung einer angenähert gleichen Menge Dampf mit niedrigerem Druck an der Sekundärseite dient, wobei die Sekundärseite des Wärmeübertragers (20) mit einer zwischen der Brennkammer (1) und der Gasturbine (9) angeordneten Miachstelle (28) verbunden istη in welcher eine Vermischung des im Dampfumformer erzeugten
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    Dampfes mit den Brenngasen erfolgt«
    9ο Anlage nach Anspruch 8,gekennzeichnet durch eine Speisepumpe, welche der Förderung von Kondensat aus des Dampfumformer (20) zurück In dl· HeI«elementβ (6) der Brennkammer (1) dient·
    1Oo Anlage nach Anspruch 8» Bit mehrstufigem Kompressor (14, 15) fur die Brennluft und mindestens einem Luftkühler (16) zur Zwischenkühlung der komprimierten Luft» dadurch ge- kennzelehnet 9 dass der Luftkühler (16) in der Strömung des dem Dampfumformer (20) zugeführten Speisewassere gescheitet 1st, wobei das Speisewasser als Kühlmittel dient.
    Ho Anlage nach Anspruch 8, gedadurch gekennzeichnet, dass in der Strömung der aus der Gaa-Dampfturbine (9) austretenden Abgase ein Vorwärmer (23) für das den Heizelementen (6) der Brennkammer (1) zugeführte Wasser und/oder ein Vorwärmer (11) für das dem Dampfumformer (20) zugeführte Wasser geschaltet ist,
    12ο Anlage nach Anspruch H0 dadurch gekennzeichnet, dass bezüglich der Strömung der Abgase der Vorwärmer (23) für das Speisewasser der Heizelemente (6) in der Brennkammer (1)
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    vor dem Vorwärmer (11) für das Speisewasser dat Daepfueformera (20) geschaltet ist,
    13. Anlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischstelle (28) bezüglich dar Strömung dar Brenngase nach den Heizelenenten (6) der Braimkaier (1) angeordnet 1st·
    14ο Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine zusätzliche Miachstelle (30) vor dee Ueberhltzer (7) angeordnet ist«,
    15ο Anlage nach Anspruch 12» dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung der Zufuhr des Dampfes zur zusätzlichen Mischstelle (30) in Abhängigkeit von dar Auatrittstevperatur des überhitzten Dtupfes erfolgt (3I9 32).
    009838/0168 w o**»m.
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DE1526897B2 DE1526897B2 (de) 1974-08-22
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