DE1526897B2 - Gas-Dampfturbinenanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gas-Dampfturbinenanlage mit einer Brennkammer in der Form eines aufgeladenen Kessels, in diesem angeordneten Heizelementen zur Verdampfung und Überhitzung von Wasser, einer an den Kessel angeschlossenen Gasturbine, einer bezüglich der Dampfströmung nach den Heizelementen angeordneten Dampfturbine sowie einer vor der Gasturbine befindlichen Mischstelle, in welcher eine Vermischung von Dampf mit den Brenngasen erfolgt, wobei sich die Mischstelle im Kessel befindet, und in der Strömung der aus der Gas-Dampfturbine austretenden Abgase ein Vorwärmer für das den Heizelementen der Brennkammer zu^eführte Wasser geschaltet ist, nach Hauptpatent 1 476 903.

Die Gas-Dampfturbinenanlage nach dem Hauptpatent ist insbesondere als Spitzenkraftwerk geeignet, wobei sie ein optimales Verhältnis zwischen Anlagekosten und Betriebskosten vereinigt. Es werden dabei hohe thermische Wirkungsgrade bei niedrigen Anlagekosten erreicht, da die teuren Nieder-

ίο druckteile entfallen, und eine Zwischenüberhitzung des in der Dampfturbine entspannten Dampfes ohne Wärmeübertragungsflächen auf einfache Weise durch Vermischen des Dampfes mit den Brenngasen erfolgt.

Die vorliegende Erfindung hat eine Weiterentwicklung der Gas-Dampfturbinenanlage nach dem Hauptpatent zum Ziel, durch welche bei praktisch unveränderten Anlagekosten, unter Beibehaltung des hohen thermischen Wirkungsgrades, eine weitere Senkung der Betriebskosten der Anlage in Fällen ermöglicht wird, wo das zur Verfügung stehende Roh wasser stark verunreinigt ist und/oder einen hohen Salzgehalt aufweist.

Die erfindungsgemäße Gas-Dampfturbinenanlage, durch welche dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß nach der Dampfturbine ein Wärmeübertrager als Dampfumformer angeordnet ist, auf dessen Primärseite der in der Dampfturbine entspannte Dampf kondensiert, um auf der Sekundärseite eine angenähert gleiche Menge Dampf mit niedrigerem Druck zu erzeugen, wobei die Sekundärseite des Dampfumformers mit der Mischstelle verbunden ist, in welcher eine Vermischung des im Dampfumformer erzeugten Dampfes mit den Brenngasen erfolgt.

Die erfindungsgemäße Anlage hat den Vorteil, daß "35 das den Heizelementen zugeführte Wasser, das einen hohen Reinheitsgrad aufweisen muß, nicht durch Vermischung mit den Brenngasen verlorengeht. Das der Sekundärseite des Dampfumformers zugeführte Wasser, welches in diesem verdampft wird, braucht nicht einen derart hohen Reinheitsgrad aufzuweisen, wie das in die Heizelemente eingespeiste Wasser, da im Dampfumformer keine Gefahr von Überhitzungen dessen Materials besteht, wie dies in den wasserführenden Rohren in der Brennkammer bei Salzablagerangen der Fall ist. Außerdem kann ein Dampfumformer so ausgebildet werden, daß er verhältnismäßig leicht gereinigt werden kann. Das hat zur Folge, daß das Wasser, welches in den Dampfumformer eingespeist und in diesem verdampft wird, um den Brenngasen beigemischt zu werden, nur einen niedrigeren Reinheitsgrad aufzuweisen braucht, der z. B. durch eine Teilentsalzung oder einfache Entkarbonisierung erzielbar ist. Dadurch werden die Kosten dieses Wassers und somit auch die Betriebskosten der Gasturbinenanlage wesentlich vermindert.

Dabei kann eine Speisepumpe vorgesehen sein,

welche zur Förderung von Kondensat aus dem Dampfumformer zurück in die Heizelemente der Brennkammer dient.

Weiter kann bei einer Anlage mit mehrstufigem Kompressor für die Brennluft und mindestens einem Luftkühler zur Zwischenkühlung der komprimierten Luft der Luftkühler in den Strom des dem Dampfumformer zugeführten Speisewassers geschaltet sein, wobei das Speisewasser als Kühlmittel dient. Dadurch wird der Wirkungsgrad der Anlage weiter erhöht.

Es ist auch möglich, in den aus der Gas-Dampfturbine austretenden Abgasstrom einen Vorwärmer

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für das dem Dampfumformer zugeführte Wasser zu Generator 33 auf einer gemeinsamen Welle 34 angeschalten. Dabei ist es möglich, bezüglich der Strö- ordnet.

mung der Abgase den Vorwärmer für das Speise- Die in der Brennkammer 1 angeordneten Heizwasser der Heizelemente in der Brennkammer vor elemente 6, 7 bewirken eine Kühlung der Brenngase den Vorwärmer für das Speisewasser des Dampf- 5 durch eine Verdampfung des eingespeisten Wassers Umformers zu schalten. Auch durch diese beiden und Überhitzung des erzeugten Dampfes. Das hat Maßnahmen wird der Wirkungsgrad der Anlage den Vorteil, daß der Brenner 2 mit nur einem geringweiter erhöht. fügigen Luftüberschuß arbeiten kann, da keine über-

Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeich- schüssige Luft für Kühlzwecke benötigt wird, wie dies

nung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels io sonst bei Gasturbinen der Fall ist. Der Luftüber-

erläutert. schuß, d. h. das Verhältnis der tatsächlich zugeführ-

In der Zeichnung ist eine Gasturbinenanlage mit ten Luftmenge zur stöchiometrischen Luftmenge be-

einer Brennkammer 1 dargestellt, die einen Brenner 2 trägt höchstens 2,5 gegenüber 5 und mehr bei nor-

und einen Mantel 3 aufweist. Dem Brenner 2 wird malen Gasturbinenanlagen. Eine weitere Kühlung der

durch eine Leitung 4 Brennstoff und durch eine Lei- 13 Brenngase erfolgt durch die Mischung mit dem küh-

tung 5 Luft zugeführt. In der Brennkammer sind leren Dampf. Die Verhältnisse sind z. B. so gewählt,

Heizelemente 6, 7 angeordnet, die z. B. die Form von daß das Gemisch von Dampf mit den Brenngasen mit

Rohrschlangen haben. Das Heizelement 6 ist in die- einer Temperatur von etwa 650° C der Gasturbine 9

sem Fall ein Vorwärmer und Verdampfer, das Heiz- zugeführt wird,
element 7 ein Überhitzer. ao Da durch die Heizelemente 6, 7 immer das gleiche,

Die Brennkammer 1 ist durch eine Leitung 8 mit äußerst reine Wasser im Kreislauf strömt, kann die

einer Gasturbine 9 verbunden. Die aus der Gas- Dampferzeugung unter hohem Druck stattfinden,

turbine 9 austretenden Gase gelangen durch eine ohne daß die Gefahr von Salzablagerungen auf der

Leitung 10 in einen Wärmeübertrager 11 und aus die- Wasserseite und somit von Überhitzungen der Rohre

sem durch einen Kamin 12 in die Atmosphäre. 35 der Heizelemente entsteht. Dadurch ist ein hoher

Die dem Brenner 2 zuzuführende Luft wird durch thermischer Wirkungsgrad dieses Teils der Anlage

eine Leitung 13 aus der Atmosphäre angesaugt und erzielbar. So kann beispielsweise der Dampf aus dem

in zwei Kompressorstufen 14 und 15 verdichtet, aus Überhitzerteil 7 mit 140 ata und 500° C austreten. In

welchen sie in die Leitung 5 gelangt. Zwischen den der Turbine 18 erfolgt dabei eine Entspannung auf

beiden Kompressorstufen 14,15 ist in der Luftstrom 30 9 ata. Im Wärmeaustauscher 20, der als Dampf-

mung ein Luftkühler 16 angeordnet. * umformer wirkt, wird darauf gesätttigter Dampf mit

Der in den Heizelementen 6, 7 erzeugte und über- 7 ata erzeugt, der in die Brenngase, die einen Druck hitzte Wasserdampf wird aus der Brennkammer 1 von 6 ata aufweisen, eingeführt wird. Bei der Beidurch eine Rohrleitung 17 einer Dampfturbine 18 zu- 5*mischung erfolgt eine Überhitzung des im Dampfgeführt, in welcher er entspannt wird. Der entspannte 35 umformer erzeugten Sattdampfes auf z. B. 650° C. Dampf wird aus der Dampfturbine 18 durch eine Lei- Die Mischstelle 30, die in der Strömung der Brenntung 19 einem Wärmeübertrager 20 zugeführt, in gase vor dem Uberhitzerelement 7 angeordnet ist, welchem er kondensiert wird. Das gebildete Konden- dient zusammen mit dem Drosselorgan 31 und dem sat wird dem Wärmeübertrager 20 durch eine Speise- Regler 32 einer Regelung der Temperatur des aus pumpe 21 entnommen und durch eine Leitung 22 40 dem Heizelement 7 austretenden überhitzten Dampfes, über im Wärmeübertrager 11 befindliche Heizflächen Wie aus der Figur ersichtlich ist, sind die Heiz-23 in das Heizelement 6 eingespeist. elemente 23 und 26 im Wärmeübertrager 11 derart

Das auf der Sekundärseite des Wärmeübertragers angeordnet, daß sich das Heizelement 23 des Kreis-

20 zu verdampfende Wasser wird über eine Reini- laufes mit dem höheren Druck in der Strömung der

gungsanlage 24 einer Speisepumpe 25 zugeführt. Die 30 Abgase vor dem Element 26 befindet, durch welches

Speisepumpe fördert das gereinigte Wasser über den Wasser mit niedrigerem Druck strömt. Dadurch wird

Luftkühler 16 und ein Heizelement 26 im Wärme- eine Staffelung der Temperaturen in den Heizelemen-

übertrager 11 in den Wärmeübertrager 20. Der im ten des Wärmeübertragers erzielt, die eine gute Aus-.-

Wärmeübertrager 20 auf dessen Sekundärseite gebil- nützung der Abgaswärme ermöglicht,
dete Dampf wird durch eine Leitung 27 einer Misch- 43 Es versteht sich, daß verschiedene Änderungen der

stelle 28 in der Brennkammer 1 zugeführt. Von der als Beispiel beschriebenen Ausführung möglich sind.

Leitung 27 zweigt eine Leitung 29 ab, die zu einer So sind insbesondere Vereinfachungen, wie z. B. ein

Mischstelle 30 in der Brennkammer 1 führt. In der Weglassen der Heizfläche 23 oder 26 oder des Zwi-

Leitung 29 ist ein Drosselorgan 31 angeordnet, wel- schenkühlers 16, möglich. Es ist hauptsächlich von

ches durch einen Regler 32 in Abhängigkeit von der 35 der vorgesehenen Betriebsdauer der Anlage abhängig,

Temperatur in der Rohrleitung 17 gesteuert wird. ob die damit verbundene Verminderung des Gesamt-

Die Turbinen 9 und 18 sowie die Kompressor- Wirkungsgrades von den geringen Anlagekosten aufstufen 14,15 sind zusammen mit einem elektrischen gewogen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Gas-Dampfturbinenanlage mit einer Brennkammer in der Form eines aufgeladenen Kessels, in diesem angeordneten Heizelementen zur Verdampfung und Überhitzung von Wasser, einer an den Kessel angeschlossenen Gasturbine, einer bezüglich der Dampfströmung nach den Heizelementen angeordneten Dampfturbine sowie einer vor der Gasturbine befindlichen Mischstelle, in welcher eine Vermischung von Dampf mit den Brenngasen erfolgt, wobei sich die Mischstelle im Kessel befindet und in der Strömung der aus der Gas-Dampfturbine austretenden Abgase ein Vorwärmer für das den Heizelementen der Brennkammer zugeführte Wasser geschaltet ist, nach Hauptpatent 1476 903, .dadurch gekennzeichnet, daß nach der Dampfturbine (18) ein Wärmeübertrager als Dampfumformer (20) angeordnet ist, auf dessen Primärseite der in der Dampfturbine (18) entspannte Dampf kondensiert, um auf der Sekundärseite eine angenähert gleiche Menge Dampf mit niedrigerem Druck zu erzeugen, wobei die Sekundärseite des Dampfumformers (20) mit der Mischstelle (28) verbunden ist, in welcher eine Vermischung des im Dampfumformer (20) erzeugten Dampfes mit den Brenngasen erfolgt.

2. Anlage nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Speisepumpe (21), welche zur Förderung von Kondensat aus dem Dampfumforrner (20) zurück in die Heizelemente (6) der Brennkammer (1) dient.

3. Anlage nach Anspruch 1, mit mehrstufigem Kompressor für die Brennluft und mindestens einem Luffkühler zur Zwischenkühlung der komprimierten Luft, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftkühler (16) in den Strom des dem Dampfumformer (20) zugeführten Speisewassers geschaltet ist, wobei das Speisewasser als Kühlmittel dient.

4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den aus der Gas-Dampfturbine (9) austretenden Abgasstrom ein Vorwärmer (11) für das dem Dampfumformer (20) zugeführte Wasser geschaltet ist.

5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bezüglich der Strömung der Abgase der Vorwärmer (23) für das Speisewasser der Heizelemente (6) in der Brennkammer (1) vor dem Vorwärmer (11) für das Speisewasser des Dampfumformers (20) geschaltet ist.