DE19523062A1

DE19523062A1 - Verbundkraftwerk mit einem Gasturbinenkraftwerk und einem Dampfkraftwerk

Info

Publication number: DE19523062A1
Application number: DE1995123062
Authority: DE
Inventors: Burkhard Floetgen; Bernd Gericke
Original assignee: STANDARD KESSEL GES LENTJES FA
Current assignee: STANDARD KESSEL GES LENTJES FA
Priority date: 1995-06-24
Filing date: 1995-06-24
Publication date: 1997-01-02
Anticipated expiration: 2015-06-25
Also published as: DE19523062C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verbundkraftwerk, bestehend aus einem Gasturbinenkraftwerk und einem Dampfkraftwerk, wobei eine Dampfturbinenanlage mit dem Dampf eines mit einer Feuerung versehenen Dampferzeugers und/oder dem Dampf eines vom Abgas der Gasturbine durchströmten Abhitzekessels be trieben wird und für eine regelbare Vorwärmung der verdich teten Verbrennungsluft der Gasturbinenanlage ein Wärmetau scher vorgesehen ist.

Bei Gasturbinenanlagen ist eine regelbare Vorwärmung der verdichteten Verbrennungsluft vor Einleiten in den Gasbren ner bekannt. Dabei kann die Verbrennungsluft entweder durch einen vom Abgas der Gasturbine durchströmten Wärmeaustau scher geführt und unmittelbar aufgeheizt werden, oder es ist nach DE 41 38 522 C2 eine Wärmerückgewinnung mittels eines geschlossenen Flüssigmetallkreislaufs vorgesehen, wo bei ein Wärmeaustauscher die Abgaswärme an den Flüssigme tallkreislauf abgibt und ein weiterer Wärmeaustauscher die vom Flüssigmetallkreislauf auf genommene Wärme auf die Ver brennungsluft überträgt. Die Verwendung der Abgaswärme von der Gasturbine hat zunächst den Nachteil, daß der Tempera turabfall des Abgases das Nachschalten eines Abhitzekessels zur Dampferzeugung erschwert oder in der Regel unmöglich macht. Für Verbundkraftwerke mit einem Gasturbinenkraftwerk und einem Dampfkraftwerk der dem Oberbegriff des Anspruchs 1 entsprechenden Art ist eine solche Luftvorwärmung daher völlig ungeeignet. Der bekannte Flüssigmetallkreislauf zur Luftvorwärmung bedarf neben dem erhöhten Aufwand für zwei oder mehrere Wärmeaustauscher auch außerordentlich kost spielige Maßnahmen für die Sicherheit der Anlage, die eine wirtschaftliche Anwendung nicht zuläßt.

Eine rekuperative Luftvorwärmung war bislang nur bei älte ren, mit relativ niedrigen Luftdruck arbeitenden Gasturbi nenanlagen möglich. Hingegen erfordern Rekuperatoren in der üblichen Anordnung bei den hohen Luftdrücken moderner Gasturbinenanlagen entsprechend groß dimensionierte Druck behälter. Häufig auftretende Schäden an den Wärmetauschern gaben Anlaß, von einer rekuperativen Luftvorwärmung mit Rauchgasen von Dampferzeugern o. dgl. Abstand zu nehmen.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einem Verbundkraftwerk der gattungsgemäßen Art die Verbren nungsluft für ein Gasturbinenwerk mit hohen Druckverhält nissen vorzuwärmen, ohne daß hierfür Abwärme der Gasturbi nenanlage verwendet wird.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die Ausbildung des Wärmeaustauschers zur Vorwärmung der Verbrennungsluft der Gasturbinenanlage als Rekuperator und dessen Anordnung im Rauchgaskanal des Dampferzeugers hat zunächst den Vorteil, daß die Abwärme der Gasturbinenanlage im Abhitzekessel voll für die Dampferzeugung nutzbar ist und die Gasturbinenanlage optimal gefahren werden kann. Ein weiterer und ganz bedeutsamer Vorteil besteht darin, daß bei einem geringeren Strombedarf die Dampfturbinenanlage heruntergefahren werden kann, ohne daß die Brennstoffzufuhr des Dampferzeugers verringert zu werden braucht, da die für die Dampferzeugung nicht mehr benötigte Wärme zur Vorwär mung der Verbrennungsluft der Gasturbinenanlage verwendet wird. Diese Wärme wird hierbei gewissermaßen vom Dampfer zeuger in die Gasturbinenanlage verschoben. Auch wenn der z. B. mit Braunkohlestaub befeuerte Dampferzeuger mit sehr kleiner Teillast gefahren wird, entstehen aufgrund der Wär meaufnahme des Rekuperators hohe Rauchgasmengen und damit hohe Heißdampftemperaturen. Da anderseits durch das Abgas der Gasturbine im Abhitzekessel ebenfalls eine volle Über hitzung des Dampfes erzielt wird, kann auch eine getrennte Dampferzeugung durch den Dampferzeuger oder den der Gastur binenanlage zugeordneten Abhitzekessel mit jeweils hohem elektrischen Wirkungsgrad erfolgen.

Der Rekuperator ist vorzugsweise über ein Dreiwegeventil und eine Nebenleitung an die vom Verdichter zum Gasbrenner der Gasturbinenanlage führenden Verbrennungsluftleitung an geschlossen. Weitere vorteilhafte Ausbildungen des Rekupe rators sind in den weiteren Unteransprüchen angegeben.

In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäß ausgebildetes Ver bundkraftwerk schematisch dargestellt. Es besteht im we sentlichen aus einem in der rechten Hälfte der Zeichnung dargestellten Gasturbinenkraftwerk und einem auf der linken Hälfte gezeigten Dampfkraftwerk.

Zum Gasturbinenkraftwerk gehören im wesentlichen eine Gasturbine 1, ein Gasbrenner 2, ein Verdichter 3 für Ver brennungsluft 5 und ein Generator 4 zur Stromerzeugung. Die im Verdichter 3 komprimierte Verbrennungsluft 5 wird über eine Luftleitung 6 dem mit Brenngas 7 beheizten Gasbrenner 2 zugeführt. Die Verbrennungsgase gelangen über eine Heiß gasleitung 8 in die Gasturbine, welche den Verdichter 3 und den Generator 4 antreibt. Das die Gasturbine 1 verlassende Abgas 9 wird durch einen der Erzeugung von überhitzten Dampf dienenden Abhitzekessel 10 geführt. Es versteht sich von selbst, daß dem Gasturbinenkraftwerk mehrere dieser Ma schinen und Einrichtungen zugeordnet werden können.

Bestandteil des Dampfkraftwerks ist vor allem eine Dampf turbine 11 mit Generator 12 und ein Dampferzeuger 13, der mit einer Feuerung 14 und der Bildung von überhitztem Dampf dienenden Wärmetauschern 15 ausgerüstet ist. Der Dampfer zeuger 13 kann insbesondere zur Befeuerung mit Braunkohle staub ausgebildet sein. Doch ist auch eine Befeuerung mit anderen Brennstoffen oder verbrennbaren Abfallstoffen mög lich. Der überhitzte Heißdampf wird über eine Heißdampflei tung 16 der Dampfturbine 11 zugeführt. Der Abdampf kann über nicht dargestellte Einrichtungen zur Erzeugung von Fernwärme o. dgl. verwertet, kondensiert und in einen Spei sewasserbehälter 18 rückgeführt werden, aus dem das Speise wasser mittels einer Pumpe 19 im Kreislauf dem Dampferzeu ger 13 wieder zugeführt wird.

Für einen Verbundbetrieb kann die Dampfturbine 11, von der selbstverständlich mehrere vorgesehen sein können, sowohl vom Dampferzeuger 13 als auch vom Abhitzekessel 10 des Gasturbinenkraftwerks mit überhitztem Dampf betrieben wer den. Hierfür wird dem Abhitzekessel 10 mittels einer Pumpe 20 Speisewasser zugeführt. Die Heißdampfleitung 17 ist ebenfalls an die Dampfturbine 11 angeschlossen, wobei in den Heißdampfleitungen 16, 17 je ein Ventil 21 bzw. 22 ange ordnet ist, mit denen die anteilige Dampfmenge einstellbar ist.

Wesentlicher Bestandteil der Erfindung ist ein Rekuperator 23, der im Rauchgaskanal des Dampferzeugers 13 angeordnet ist und eine Vorwärmung der verdichteten Verbrennungsluft für die Gasturbinenanlage ermöglicht. Hierfür ist in der vom Verdichter 3 zum Gasbrenner 2 führenden Luftleitung 6 ein Dreiwegeventil 25 vorgesehen, an welches eine mit dem Rekuperator 23 verbundene Nebenleitung 24 anschließt, die zwischen Dreiwegeventil 25 und Gasbrenner 2 wieder in die Luftleitung 6 mündet. Mit Hilfe des Dreiwegeventils 25 kann die verdichtete Verbrennungsluft 5 dem Gasbrenner 2 entwe der unmittelbar oder ganz oder teilweise über den Rekupera tor 23 zuströmen. Der Rekuperator 23 ist so an die Neben leitung 24 angeschlossen, daß die verdichtete Verbrennungs luft durch die Rekuperatorrohre strömt und die Rauchgase diese Rohre von außen anströmen. Mit einer Regelvorrichtung läßt sich die über den Rekuperator 23 gelenkte Luftmasse in Abhängigkeit von der Belastung der Dampfturbine 11 derart regeln daß bei verringertem Strombedarf und entsprechend gedrosseltem Dampfverbrauch der Dampferzeuger weiter ent sprechend seinem optimalen Wirkungsgrad befeuert wird und die nicht für die Dampferzeugung verbrauchte Wärmemenge zur Vorwärmung der Verbrennungsluft für die Gasturbinenanlage genutzt wird. Dabei wird der massenmäßig reduzierte Heiß dampf im Dampferzeuger nach wie vor auf die optimale Tempe ratur überhitzt.

Der Rekuperator 23 kann an verschiedenen Stellen im Rauch gaskessel des Dampferzeugers 13 angeordnet sein. Eine gün stige Stelle liegt z. B. zwischen den Überhitzungsflächen und einem Economizer. Die Rekuperatorrohre können mit Ein bauelementen zur Erhöhung der Wärmeübertragung versehen sein. Zum Ausgleich von Wärmeausdehnungen sind die Rohre des Rekuperators vorzugsweise an gekühlten Tragelementen oder in Rohrplatten aufgehängt.

Bezugszeichenliste

1 Gasturbine
2 Gasbrenner
3 Verdichter
4 Generator
5 Verbrennungsluft
6 Luftleitung
7 Brenngas
8 Heißgasleitung
9 Abgas
10 Abhitzekessel
11 Dampfturbine
12 Generator
13 Dampferzeuger
14 Feuerung
15 Wärmetauscher
16 Heißdampfleitung
17 Heißdampfleitung
18 Speisewasserbehälter
19 Pumpe
20 Pumpe
21 Ventil
22 Ventil
23 Rekuperator
24 Nebenleitung
25 Dreiwegeventil

Claims

1. Verbundkraftwerk, bestehend aus einem Gasturbinen kraftwerk und einem Dampfkraftwerk, wobei eine Dampf turbinenanlage mit dem Dampf eines mit einer Feuerung versehenen Dampferzeugers und/oder dem Dampf eines vom Abgas der Gasturbine durchströmten Abhitzekessels be trieben wird und für eine regelbare Vorwärmung der verdichteten Verbrennungsluft der Gasturbinenanlage ein Wärmeaustauscher vorgesehen ist, dadurch gekenn zeichnet, daß der Wärmeaustauscher für die Verbren nungsluft der Gasturbinenanlage im Rauchgaskanal des Dampferzeugers (13) angeordnet und als Rekuperator (23) ausgebildet ist, wobei das Rauchgas um und die Verbrennungsluft durch die Rohre des Rekuperators (23) geführt wird.

2. Verbundkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Rekuperator (23) über ein Dreiwegeventil (25) und eine Nebenleitung (24) an die vom Verdichter (3) zum Gasbrenner (2) der Gasturbinenanlage führende Verbrennungsluftleitung (6) angeschlossen ist.

3. Verbundkraftwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß im Inneren der Rekuperatorrohre die Wärmeübertragung erhöhende Einbauelemente angeordnet sind.

4. Verbundkraftwerke nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre des Rekuperators (23) an gekühlten Tragelementen oder in Rohrplatten auf gehängt sind.