DE19532081A1 - Verfahren zum Betrieb einer Kombianlage - Google Patents

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Ober­ begriff des Anspruchs.

Stand der Technik

Um bei Kombianlagen mit hoher Turbinenaustrittstemperatur eine möglichst gute exergetische Nutzung der Abgase zu erzie­ len, wird dem der Gasturbogruppe nachgeschalteten Dampfpro­ zeß eine Rekuperation vorgeschaltet. Diese Schaltung wird vorzugsweise immer dann angewendet, wenn die Gasturbogruppe auf einer sequentiellen Verbrennung beruht; hier weisen die Abgase aus der Niederdruckturbine noch relativ hohe Tempera­ turen auf, welche sich für eine unmittelbare Dampferzeugung nicht eignen, da der Dampf hievon zu heiß für die Beauf­ schlagung einer konventionellen Dampfturbine wäre. Die ge­ nannte Rekuperation erfüllt somit die Aufgabe, möglichst viel Wärme aus den Abgasen auf die verdichtete Luft vor deren Ein­ leitung in die Brennkammer zu übertragen. Dieser Vorgang soll soweit einwirken, bis das erforderliche Temperaturniveau für die Erzeugung eines Dampf es entsteht, welcher für die nachge­ schaltete Dampfturbine ein zulässiges Temperaturniveau auf­ weist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Schau­ feln der Dampfturbine keine Kühlung beanspruchen. Durch diese Rekuperation wird dann sichergestellt, daß die verdichtete Luft bis zu einem maximierten Temperaturniveau vor Eintritt in die Brennkammer vorgewärmt wird, was eine Einsparung an Brennstoff gleichkommt. Indessen, diese Art der Rekuperation ist an sich sehr aufwendig, weil ein vom Abhitzedampferzeuger getrennter Abgas/Luft-Rekuperator infolge sehr niedriger Wär­ meübergangskoeffizienten sehr groß ausfällt. Mit anderen Worten, insbesondere bei Gasturbinen mit Zwischenüberhitzung der Expansion ergeben sich bei optimaler Auslegung relativ hohe Turbinenaustrittstemperaturen, welche bei der Anwendung zukünftiger, sehr hoher Heißgastemperaturen durch einen nachgeschalteten Wasserdampfprozeß exergetisch nicht mehr befriedigend abgearbeitet werden können.

Darstellung der Erfindung

Hier will die Erfindung Abhilfe schaffen. Der Erfindung, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist, liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art eine Rekuperation der Wärme aus den Abgasen auf die verdichtete Luft vor deren Einleitung in die Brennkammer mit minimiertem Aufwand vorzuschlagen.

Zu diesem Zweck wird der bei einer Kombianlageanlage ohnehin vorhandene Abhitzedampferzeuger mit dem Einschub eines Reku­ perators erweitert, dergestalt, daß damit die hohen Tempera­ turen der Abgase exergetisch aufgefangen werden können.

Der bauliche Aufwand für die erforderliche Vergrößerung der Überhitzerfläche im Abhitzedampferzeuger und der Bauaufwand des sehr kompakten Wärmetauschers zwischen hier erzeugtem Dampf und der verdichteten Luft fällt gering aus, auf alle Fälle weit geringer als ein separater Vorwärmer für Rauch­ gas/verdichtete Luft.

Der wesentliche Vorteil der Erfindung ist damit darin zu se­ hen, daß der hochüberhitzte Hochdruckdampf gute Transportei­ genschaften und auch einen kleinen Volumenstrom aufweist, so daß er sich vorzüglich für eine Wärmeübertragung an die ver­ dichtete Luft eignet. Durch diese Vorkehrung wird die Dampf­ turbine mit einem optimalen Dampf beaufschlagt, dergestalt, daß Aufwand und Ertrag aus dieser Strömungsmaschine maxi­ miert sind.

Vorteilhafte und zweckmäßige Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Aufgabenlösung sind in den weiteren abhängigen An­ sprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird anhand der Zeichnung ein Ausführungsbei­ spiel der Erfindung dargestellt und näher erläutert. Alle für das unmittelbare Verständnis der Erfindung nicht erforderli­ chen Merkmale sind weggelassen worden. Die Strömungsrichtung der Medien ist mit Pfeilen angegeben.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die einzige Figur zeigt eine Schaltung im Bereich des Abhit­ zedampferzeugers mit entsprechender Wirkung auf die verdich­ tete Luft.

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche Verwendbarkeit

Die Figur zeigt den Aufbau eines Abhitzedampferzeugers 1, der einer nicht gezeigten Gasturbogruppe mit sequentieller Ver­ brennung nachgeschaltet ist. Dieser Abhitzedampferzeuger 1 ist als Eindruckkessel dargestellt. Selbstverständlich kann ein Mehrdruckkessel zum Einsatz gelangen. Der Aufbau des hier gezeigten Abhitzedampferzeugers 1, der mit Abgasen 2 aus der letzten Turbine der genannten Gasturbogruppe durchströmt wird, ist gekennzeichnet durch einen Economizer 16, einen Verdampfer 15 und einen Überhitzer 5, wobei die genannten dampfbildenden Elemente entsprechend mit einer Trommel 11 und mit mindestens einer Umwälzpumpe 14 geschaltet sind resp. in Wirkverbindung stehen. Zunächst betrifft die Durchströmung der Abgase 2, vor der eigentlichen Dampfbildung zum Betreiben einer Dampfturbine, ein Rekuperatorsystem, das stromauf des Überhitzers 5 plaziert ist und auf die hohen Temperaturen der Abgase 2 gerichtet ist. Dieses Rekuperatorsystem wird durch einen ersten Überhitzerstrang 3 gebildet, dessen Durchflußmedium vorüberhitzter Dampf aus dem in Strömungs­ richtung der Abgase 2 nachgeschalteten Überhitzer 5 ist. Der aus diesem Wärmetausch resultierende hochüberhitzte Dampf 12a, im Gegensatz zum überhitzten Dampf aus dem vorgenannten Überhitzer 5, durchströmt einen ersten Luftvorwärmer 8. Nach diesem Wärmetausch strömt der kalorisch verbrauchte Dampf 12b zurück in den Abhitzedampferzeuger 1; hier durchläuft er einen weiteren Überhitzerstrang 4, der dieselbe Funktion wie der erste Überhitzerstrang 3 erfüllt. Aus diesem zweiten Wärmetausch resultiert sonach ein weiterer Fluß eines hoch­ überhitzen Dampfes 13, der anschließend einen zweiten Luft­ vorwärmer 7 durchströmt. Sind keine weiteren Überhitzerstränge vonnöten, so wird der kalorisch teilverbrauchte Dampf 13a aus dem letzten Luftvorwärmer 7 einer nicht gezeigten Dampfturbine zugeführt, wobei der hier vorhandene Druck klei­ ner als der vorherrschenden Druck des vorüberhitzten Dampfes 12 im Überhitzerstrang 3 ist. Die beiden genannten Luftvor­ wärmer 7, 8 sind parallel geschaltet: Die verdichtete Luft 6 aus einem nicht gezeigten Kompressor wird stromauf der ge­ nannten Luftvorwärmer in zwei Ströme 6a und 6b aufgeteilt, die mengenmäßig nicht notwendigerweise gleich groß zu sein brauchen. Nach Durchströmung der einzelnen Luftvorwärmer 7, 8 vereinigen sich die aufgeheizten Luftströme 7a, 8a wieder zu einem einzigen Luftstrom 9, der dann in eine nicht näher ge­ zeigte Brennkammer 10 zur Verbrennung strömt.

Bezugszeichenliste

1 Abhitzedampferzeuger
2 Abgase aus einer Gasturbine
3 Überhitzerstrang für hochüberhitzten Dampf
4 Überhitzerstrang für hochüberhitzten Dampf
5 Überhitzer stromab der Überhitzerstränge 3, 4
6 Verdichtete Luft
6a Teilstrom der verdichteten Luft
6b Teilstrom der verdichteten Luft
7 Luftvorwärmer
7a Aufgeheizte verdichtete Luft
8 Luftvorwärmer
8a Aufgeheizte verdichtete Luft
9 Gesamte aufgeheizte verdichtete Luft
10 Brennkammer
11 Trommel
12 Vorüberhitzter Dampf aus Überhitzer 5
12a Hochüberhitzter Dampf aus Überhitzerstrang 3
12b Kalorisch verbrauchter Dampf aus Luftvorwärmer 8
13 Hochüberhitzter Dampf aus Überhitzerstrang 4
13a Dampf aus dem Luftvorwärmer 7 zur Beaufschlagung einer Dampfturbine

Claims (3)

1. Verfahren zum Betrieb einer Kombianlage, im wesentlichen be­ stehend aus einer Gasturbogruppe, einem der Gasturbogruppe nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger und einem dem Abhitze­ dampferzeuger nachgeschalteten Dampfkreislauf, wobei die Gasturbogruppe aus mindestens einem Verdichter, mindestens einer Brennkammer, mindestens einer Turbine und mindestens einer elektrischen Maschine besteht, dadurch gekennzeichnet, daß Abgase (2) aus einer zur Gasturbogruppe gehörigen Tur­ bine anfänglich durch mindestens einen in den Abhitzedampfer­ zeuger (1) integrierten zusätzlichen Überhitzerstrang (3, 4) geleitet werden, daß ein hierin erzeugter Dampf (12a, 13) in mindestens einem Luftvorwärmer (7, 8) verdichtete Luft (6) aus der Gasturbogruppe aufheizt, und daß die verdichtete, aufgeheizte Luft (9) anschließend in eine zur Gasturbogruppe gehörige Brennkammer geleitet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Überhitzerstrang (3, 4) ein Dampf eingeleitet wird, der vorgängig in mindestens einer dampferzeugenden Stufe (5, 15, 16) des Abhitzedampferzeugers (1) aufbereitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, daß bei einer Aufheizung der ver­ dichteten Luft (6) über mehrere Luftvorwärmer (7, 8) eine nachgeschaltete Zwischenüberhitzung des durch den jeweiligen Luftvorwärmer geleiteten Dampfes (12a, 13) in einer zum Überhitzerstrang gehörigen Stufe (3, 4) vorgenommen wird.