DE19539756C2 - Ad / desorption cooling process to increase power plant output - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zur Erhöhung der Leistung von Gasturbinenkraftwerken und Gas- und Dampfturbinenkraftwerken (sogenannte GuD- Prozesse).The invention relates to methods and devices for increasing the performance of Gas turbine power plants and gas and steam turbine power plants (so-called combined cycle Processes).
Die zur Verfügung stehende Leistung sowie die erzeugte Strommenge sind ein wesentlicher Faktor für den wirtschaftlichen Betrieb eines Kraftwerkes. Somit tragen Maßnahmen zur Leistungssteigerung von Kraftwerksanlagen erheblich zur Wirtschaftlichkeit der Energieerzeugung bei.The available power and the amount of electricity generated are one essential factor for the economic operation of a power plant. So wear Measures to increase the performance of power plants significantly Economic efficiency of energy generation.
Die mechanische und in Folge dessen auch elektrische Leistung, sowie der Wirkungsgrad von Gasturbinenkraftwerken, sowie Gas- und Dampfturbinenkraftwerken (sogenannten GuD-Prozessen) hängen sehr stark von der Umgebungstemperatur und der Feuchte des angesaugten Luftmassenstroms der Gasturbinen ab. Je höher dieser Luftmassenstrom ist, desto höher sind Leistung und Wirkungsgrad des Kraftwerks.The mechanical and consequently also electrical performance, as well as the Efficiency of gas turbine power plants, as well as gas and steam turbine power plants (so-called combined cycle processes) depend very much on the ambient temperature and the humidity of the intake air mass flow from the gas turbines. The higher this Air mass flow, the higher the power and efficiency of the power plant.
Aus einer Vielzahl von Veröffentlichungen ist bekannt, daß eine Verringerung der Temperatur eines angesaugten Arbeitsgases in einem thermodynamischen Kreis prozeß zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades des Kreisprozesses führt.From a large number of publications it is known that a reduction in Temperature of an intake working gas in a thermodynamic circuit process leads to an increase in the efficiency of the cycle.
Mit der praktischen Anwendung dieser Erkenntnis bei der Konzeption von Gasturbinenanlagen und -Kraftwerken beschäftigt sich beispielsweise die JP 070097933 A. In dieser wird eine Vorrichtung beschrieben, die zur Vorkühlung des von einer Gasturbine angesaugten Arbeitsgases (hier: Luft) verwendet wird, und die dem Zwecke dient, eine Leistungsverminderung der Gasturbine bei hohen Umgebungstemperaturen, d. h. hohen Temperaturen des angesaugten Arbeitsgases zu vermeiden. Die Vorrichtung besteht aus einem Luftkühler, in dem die von einer Gasturbine angesaugte Luft mittels eines Wärmetauschers gekühlt wird. Der Wärmetauscher arbeitet mit Wasser als Kältemittel, wobei das Wasser mittels einer Eis-Kältemaschine gekühlt wird.With the practical application of this knowledge in the conception of Gas turbine plants and power plants, for example, deal with the JP 070097933 A. In this a device is described which is used for pre-cooling the working gas drawn in by a gas turbine (here: air) is used, and the serves the purpose of reducing the performance of the gas turbine at high Ambient temperatures, d. H. high temperatures of the sucked-in working gas avoid. The device consists of an air cooler, in which the of a Gas turbine sucked air is cooled by means of a heat exchanger. The Heat exchanger works with water as a refrigerant, the water using a Ice chiller is cooled.
Weiterhin ist auch aus der DE 19 00 815 bekannt, daß die Verringerung der Temperatur des angesaugten Arbeitsgases einer thermodynamischen Maschine zu einer Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades derselben führt. In der DE 19 00 815 wird eine Gasturbinenanlage offenbart, der zur Kühlung des von einem Verdichter angesaugten Arbeitsgases eine Kühlstufe vorgeschaltet ist. In dieser Kühlstufe wird das angesaugte Arbeitsgas über einen oder mehrere Wärmetauscher gekühlt. Das im Wärmetauscher verwendete Kältemittel wird seinerseits mit einer mechanisch angetriebenen Kältemaschine gekühlt, die vorzugsweise von der thermodynamischen Maschine selbst, hier also von der Gasturbinenanlage angetrieben wird.It is also known from DE 19 00 815 that the reduction in Temperature of the sucked-in working gas of a thermodynamic machine leads to an improvement in their overall efficiency. In DE 19 00 815 discloses a gas turbine plant which is used to cool the by a compressor sucked in working gas upstream of a cooling stage. In this cooling stage the working gas drawn in is cooled via one or more heat exchangers. That in The refrigerant used for its part is mechanical driven chiller cooled, preferably by the thermodynamic Machine itself, here is driven by the gas turbine system.
Aus der GB 2 280 224 A ist bekannt, daß sowohl eine Vorkühlung der von einer Gasturbine angesaugten Luftstroms als auch eine Kühlung des von einer Verdichtereinheit der Gasturbine komprimierten Luftstroms zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades der Gasturbine führt.From GB 2 280 224 A it is known that both a pre-cooling of one Gas turbine sucked air flow as well as cooling the one Compressor unit of the gas turbine compressed air flow to increase the Efficiency of the gas turbine leads.
Alle heute erhältlichen Gasturbinen haben im Bereich einer Lufteintrittstemperatur von mehr als 10°C einen Leistungsverlust, der ca. 0.5%/°C bis hin zu 0.75%/°C bei neuesten Anlagen oder mehr der auf 15°C bezogenen Nennleistung beträgt.All gas turbines available today have an air inlet temperature of more than 10 ° C a loss of power that approx. 0.5% / ° C up to 0.75% / ° C latest systems or more of the nominal power based on 15 ° C.
Der Trend bei der Gasturbinenkonstruktion geht deutlich zu höheren Turbineneintrittstemperaturen (Brennkammertemperaturen) und zu höheren Drücken sowie zu einer Zwischenüberhitzung, um den Wirkungsgrad zu erhöhen. Damit einher geht eine Verringerung der Luftleistung pro erzeugter Leistungseinheit oder eine Erhöhung der erzeugten elektrischen Leistung pro Lufteinheit. Während bis vor kurzem dieses Verhältnis bei 0.2-0.3 MW/(kgLuft/s) lag, entwickelt sich dieses Verhältnis nun auf deutlich über 0.35 MW/(kg/s) bis hin zu 0.45 MW/(kg/s) und wird sich in den nächsten Jahren aufgrund der schon heute absehbar weiter steigenden Brennkammer temperaturen auf über 0.5 MW/(kg/s) steigern. Aufgrund dieser Tatsache wird eine Kühlung der Eintrittsluft in die Turbine immer attraktiver, da die Auswirkungen bezüglich Leistung und Wirkungsgrad sich erhöhen.The trend in gas turbine design is clearly towards higher turbine inlet temperatures (combustion chamber temperatures) and higher pressures, as well as reheating in order to increase the efficiency. This is accompanied by a reduction in the air output per unit of power generated or an increase in the electrical output generated per unit of air. Until recently this ratio was 0.2-0.3 MW / (kg air / s), this ratio is now developing to well above 0.35 MW / (kg / s) up to 0.45 MW / (kg / s) increase to over 0.5 MW / (kg / s) in the coming years due to the foreseeable further increase in combustion chamber temperatures. Due to this fact, cooling the inlet air into the turbine is becoming more and more attractive as the effects in terms of performance and efficiency increase.
"P. Maier-Laxhuber et al. in Kälte, Klima, Heizung, 1/1985, S. 23-26" berichten über die Verwendung von periodisch arbeitenden Sorptionsverfahren zur Kälteerzeugung. Insbesondere wird die Arbeitsweise einer periodisch arbeitenden Sorptions- Kältemaschine unter Verwendung eines festen Sorptionsstoffs beschrieben. Als Sorptionsstoffpaar wird unter anderem die Verwendung des Paars Wasser/Zeolith vorgeschlagen."P. Maier-Laxhuber et al. In refrigeration, air conditioning, heating, 1/1985, pp. 23-26" report on the Use of periodically working sorption processes for refrigeration. In particular, the mode of operation of a periodically operating sorption Chiller described using a solid sorbent. As The pair of sorbents will include the use of the water / zeolite pair suggested.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, den Gesamtwirkungsgrad und/oder die elektrische Leistung von Gasturbinenkraftwerken oder Gas- und Dampfturbinenkraftwerken durch entsprechende Konditionierung, insbesondere Vorkühlung der von den Gasturbinen angesaugten Luft zu verbessern.The invention is therefore based on the object, the overall efficiency and / or the electrical output of gas turbine power plants or gas and Steam turbine power plants through appropriate conditioning, in particular To improve pre-cooling of the air drawn in by the gas turbines.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zunächst innerhalb der Rohre eines Rohrwärmetauschers, welcher zur Vorkühlung des von einer Gasturbine angesaugten Luftstroms verwendet wird, vorzugsweise mittels einer Vakuumpumpe ein sehr niedriger Druck erzeugt wird, daß dann Kondensat aus einem Kondensator in die Rohre, vorzugsweise mittels Pumpen gebracht wird, daß dann das Kondensat in den Rohren unter Temperaturerniedrigung verdampft, daß dann der Dampf über Ventile einem ersten Kieselgelbehälter zugeführt wird, so daß das darin befindliche noch ungesättigte Kieselgel diesen Dampf aufnimmt und als Flüssigkeit speichert, daß dann nach einer bestimmten Zeit eine Sättigung des Kieselgesls in dem ersten Kieselgelbehälter eintritt, worauf sich hierin die Temperatur erhöht und der Massenstrom des Dampfes geringer wird.The object is achieved in that initially within the tubes a tubular heat exchanger, which is used for pre-cooling of a gas turbine sucked air stream is used, preferably by means of a vacuum pump very low pressure is generated that then condensate from a condenser in the Pipes, preferably by means of pumps, that then the condensate in the Pipes evaporated under low temperature, then the steam through valves a first silica gel container is supplied so that the contained therein unsaturated silica gel absorbs this vapor and stores that as a liquid then after a certain time the Kieselsgesls saturates in the first Silica gel container occurs, whereupon the temperature increases and the Mass flow of the steam is lower.
Hierauf werden die beiden folgenden mit A und B bezeichneten Verfahrensschritte parallel zueinander, d. h. gleichzeitig nebenläufig ausgeführt: This is followed by the two following process steps, designated A and B. parallel to each other, d. H. executed concurrently:
A: Heißes Wasser oder Dampf (z. B. < 70°C), welches vorzugsweise durch einen zusätzlichen Wärmetauscher (zusätzliche Rohrreihen) im Abgaskessel einer GuD Anlage oder einer Gasturbinenanlage erzeugt wird, wird durch einen ersten Wärmetauscher in den ersten Kieselgelbehälter geleitet, worauf dies zu einer Desorption des Kondensats vom Kieselgel führt, und worauf der Druck in dem ersten Kieselgelbehälter ansteigt, sodann die Ventile zwischen den Rohren des Rohrwärmetauschers und dem ersten Kieselgelbehälter geschlossen werden und sich eine erste Klappe zum Kondensator hin öffnet, durch die der Dampf vom ersten Kieselgelbehälter hin zum Kondensator hinübertritt, welcher mit Kühlwasser beaufschlagt wird, alsdann der Dampf am Kondensator kondensiert und als Wasser wiederum mittels Pumpen in die Rohre des Rohrwärmetauschers verbracht wird.A: Hot water or steam (e.g. <70 ° C), which is preferably replaced by a additional heat exchanger (additional rows of pipes) in the flue gas boiler of a CCGT Plant or a gas turbine plant is generated by a first Heat exchanger passed into the first silica gel container, whereupon this becomes a Desorption of the condensate from the silica gel leads, and then the pressure in the first Silica gel container rises, then the valves between the tubes of the Tube heat exchanger and the first silica gel container are closed and themselves a first flap opens towards the condenser, through which the steam from the first Silica gel container over to the condenser, which with cooling water is applied, then the steam condenses on the condenser and as water in turn is pumped into the tubes of the tube heat exchanger.
B: Daß kaltes Wasser durch einen zweiten Wärmetauscher in einen zweiten Kieselgelbehälter geleitet wird, worauf in diesem zweiten Kieselgelbehälter ein evtl. dort noch zu diesem Zeitpunkt ablaufender Desorptionsvorgang des Kondensats vom Kieselgel gestoppt wird und somit der Druck in dem zweiten Kieselgelbehälter absinkt, worauf die Ventile zwischen den Rohren des Rohrwärmetauschers und dem zweiten Kieselgelbehälter geöffnet werden und der Dampf aus den Rohren des Rohrwärmetauschers strömt, das in den Rohren des Rohrwärmetauschers befindliche Kondensat unter vermindertem Druck verdampft, womit eine Kühlung der Rohre des Rohrwärmetauschers erfolgt und das Kieselgel in dem zweiten Kieselgelbehälter diesen überströmenden Dampf aufnimmt und als Flüssigkeit speichert, was dann nach einer bestimmten Zeit zu einer Sättigung des Kieselgels in dem zweiten Kieselgelbehälter führt, worauf sich hierin die Temperatur erhöht und der Massenstrom des Dampfes geringer wird.B: That cold water through a second heat exchanger into a second Silica gel container is passed, whereupon in this second silica gel container a possibly Desorption process of the condensate from there that is still running at this time Silica gel is stopped and thus the pressure in the second silica gel container drops, whereupon the valves between the tubes of the tube heat exchanger and the second Silica gel containers are opened and the steam from the tubes of the Pipe heat exchanger flows, which is in the tubes of the pipe heat exchanger Condensate evaporates under reduced pressure, thus cooling the pipes of the Tube heat exchanger and the silica gel in the second silica gel container absorbs this overflowing vapor and stores it as a liquid, which then follows a certain time to saturate the silica gel in the second Silica gel container leads, whereupon the temperature increases and the mass flow of the steam is reduced.
Nach der parallelen Ausführung der Verfahrensschritte A und B wird das Verfahren mit den beiden folgenden C und D bezeichneten Schritten parallel zueinander, d. h. gleichzeitig nebenläufig fortgesetzt:After the parallel execution of process steps A and B, the process is carried out with the two following C and D steps parallel to each other, i. H. continued concurrently:
C: Heißes Wasser oder Dampf wird durch den zweiten Wärmetauscher in den zweiten Kieselgelbehälter geleitet, was zu einer Desorption des Kondensats vom Kieselgel führt und worauf der Druck in dem zweiten Kieselgelbehälter ansteigt und die Ventile zwischen den Rohren des Rohrwärmetauschers und dem zweiten Kieselgelbehälter geschlossen werden, worauf sich eine zweite Klappe zum Kondensator hin öffnet, durch die der Dampf vom zweiten Kieselgelbehälter hin zum Kondensator hinübertritt, welcher mit Kühlwasser beaufschlagt wird, wodurch der Dampf am Kondensator kondensiert und als Wasser wiederum mittels Pumpen in die Rohre des Rohrwärmetauschers verbracht wird.C: Hot water or steam is passed through the second heat exchanger into the second Silica gel container passed, which leads to a desorption of the condensate from the silica gel leads and whereupon the pressure in the second silica gel container and the valves between the tubes of the tube heat exchanger and the second silica gel container closed, whereupon a second flap opens towards the condenser, through which the steam passes from the second silica gel container to the condenser, which is supplied with cooling water, which causes the steam on the condenser condensed and as water again by means of pumps into the pipes of the Pipe heat exchanger is spent.
D: Kaltes Wasser wird durch den ersten Wärmetauscher in den ersten Kieselgelbehälter geleitet, worauf in diesem ersten Kieselgelbehälter ein evtl. dort noch zu diesem Zeitpunkt ablaufender Desorptionsvorgang des Kondensats vom Kieselgel gestoppt wird, hierauf der Druck in dem ersten Kieselgelbehälter absinkt und die Ventile zwischen den Rohren des Rohrwärmetauschers und dem ersten Kieselgelbehälter geöffnet werden, worauf der Dampf aus den Rohren des Rohrwärmetauschers strömt, das in den Rohren des Rohrwärmetauschers befindliche Kondensat unter vermindertem Druck verdampft, womit eine Kühlung der Rohre des Rohrwärmetauschers erfolgt, und das Kieselgel in dem ersten Kieselgelbehälter diesen überströmenden Dampf aufnimmt und als Flüssigkeit speichert, hiernach dann nach einer bestimmten Zeit eine Sättigung des Kieselgels in dem ersten Kieselgelbehälter eintritt, worauf sich hierin die Temperatur erhöht und der Massenstrom des Dampfes geringer wird.D: Cold water passes through the first heat exchanger into the first Silica gel container passed, whereupon there may still be in this first silica gel container Desorption process of the condensate from the silica gel taking place at this time is stopped, then the pressure in the first silica gel container drops and the Valves between the tubes of the tube heat exchanger and the first one Silica gel containers are opened, whereupon the steam from the tubes of the Pipe heat exchanger flows, which is in the tubes of the pipe heat exchanger Condensate evaporates under reduced pressure, thus cooling the pipes of the Tube heat exchanger takes place, and the silica gel in the first silica gel container this absorbs overflowing steam and stores it as liquid, then afterwards a saturation of the silica gel in the first silica gel container at a certain time occurs, whereupon the temperature increases and the mass flow of the steam becomes lower.
Hierauf werden wiederum die beiden oben mit A und B bezeichneten Verfahrensschritte parallel zueinander, d. h. gleichzeitig nebenläufig ausgeführt und hierauf wieder die oben mit C und D bezeichneten Verfahrensschritte parallel zueinander und immer so weiter fort.Thereupon the two are again designated A and B above Process steps parallel to each other, i. H. run concurrently and then again the process steps designated C and D in parallel to each other and so on.
Eine Ausführungsform des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ventile zwischen den Rohren (des Rohrwärmetauschers und dem ersten Kieselgelbehälter bzw. dem zweiten Kieselgelbehälter) in den jeweiligen Verfahrensschritten automatisch öffnen bzw. schließen. One embodiment of the method according to the present invention is according to the invention, characterized in that the valves between the tubes (of the tubular heat exchanger and the first silica gel container or the second Open silica gel container) automatically in the respective process steps or conclude.
Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß evtl. überschüssiges Wasser, welches in dem ersten Kieselgelbehälter oder dem zweiten Kieselgelbehälter anfällt am Boden des jeweiligen Kieselgelbehälters gesammelt wird und von dort mittels weiterer Pumpen dem Kondensator zugeführt wird.Another embodiment of the method according to the present invention is according to the invention, characterized in that any excess water which in the first silica gel container or the second silica gel container occurs on the bottom of the respective silica gel container is collected and from there by means of further Pumping the condenser is supplied.
Zur Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet ist, daß ein erster Kieselgelbehälter mit darin befindlichem Kieselgel, mit einer ersten Klappe oder mehreren ersten Klappen und einem ersten Wärmetauscher, sowie mindestens ein weiterer, ein zweiter Kieselgelbehälter mit darin befindlichem Kieselgel, mit einer zweiten Klappe oder mehreren zweiten Klappen und einem zweiten Wärmetauscher, und ein Wärmetauscher, vorzugsweise ein Rohrwärmetauscher mit Rohren, vor oder hinter der Gasturbine, ein Kondensator und Ventile, die zwischen den Rohren des Rohrwärmetauschers und den Kieselgelbehältern liegen und vorzugsweise dampf- und/oder luftdicht ausgeführt sind, vorgesehen sind.An apparatus for performing the method according to the present invention is provided that the invention is characterized in that a first Silica gel container with silica gel inside, with a first flap or several first flaps and a first heat exchanger, and at least one another, a second silica gel container with silica gel inside, with a second flap or several second flaps and a second heat exchanger, and a heat exchanger, preferably a tube heat exchanger with tubes, before or behind the gas turbine, a condenser and valves between the pipes of the Tube heat exchanger and the silica gel containers and are preferably steam and / or airtight are provided.
Vorzugsweise sind die Ventile zwischen den Rohren des Rohrwärmetauschers und den Kieselgelbehältern als ein oder mehrere Lochbleche, vorzugsweise als Schieber, ausgeführt, welche über die jeweils mit einer Dichtung versehenen Rohrmündungen der Rohre des Rohrwärmetauschers so verschoben werden, daß im geöffneten Zustand die Löcher des jeweiligen Lochblechs über die Rohröffnungen zu stehen kommen.Preferably, the valves between the tubes of the tube heat exchanger and the Silica gel containers as one or more perforated sheets, preferably as a slide, executed, which over the pipe mouths provided with a seal the tubes of the tube heat exchanger are moved so that in the open Condition of the holes of the respective perforated plate to stand over the pipe openings come.
Eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile zwischen den Rohren des Rohrwärmetauschers und den Kieselgelbehältern als eine oder mehrere Klappen ausgeführt sind, die die Druckdifferenz zwischen dem jeweiligen Kieselgelbehälter und den Rohren des Rohrwärmetauschers zum automatischen Öffnen bzw. Schließen und/oder zur Dichtung ausnutzen. An embodiment of the device for performing the method according to the The present invention is characterized in that the valves between the tubes of the tube heat exchanger and the silica gel containers as one or several flaps are designed, which show the pressure difference between the respective Silica gel container and the tubes of the tube heat exchanger for automatic Open or close and / or use for sealing.
Eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß weitere Pumpen vorgesehen sind, die evtl. sich am Boden der Kieselgelbehälter sammelndes überschüssiges Wasser wieder dem Kondensator zuführen.Another embodiment of an apparatus for performing the method according to the present invention is characterized in that additional pumps are provided, which may be at the bottom of the silica gel container Return excess water to the condenser.
Das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung und die Vorrichtung zu seiner Durchführung erlauben es mit geringen Aufwand die Ansauglufttemperaturen der Gasturbinen so zu senken, daß nach der vorliegenden Erfindung ein erheblicher Zugewinn an Energieerzeugung und an zur Verfügung stehender Leistung erzielt werden kann.The method according to the present invention and the device for its Implementation allow the intake air temperatures of the Lower gas turbines so that according to the present invention a significant one Gain in energy generation and available performance can be.
Dies gilt vor allem in den Ländern, in denen hohe Umgebungstemperaturen herrschen. Ein ganz besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere in der Tatsache begründet, daß hier Stoff- und Energieströme, welche ohnehin unterhalten werden müssen aber nicht vollständig genutzt werden, zur Leistungssteigerung ausgenutzt werden.This is especially true in the countries where the ambient temperature is high. A very special advantage of the present invention lies in particular in The fact justifies that here material and energy flows, which entertain anyway but do not have to be fully used to increase performance be exploited.
Insbesondere ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Nutzung der im Abgaskessel der Gasturbine oder der GuD-Anlage anfallenden Abwärme zur Vorkühlung der von der Gasturbine angesaugten Luft. Diese Abwärme ist mit den vorbekannten Vorrichtung nicht oder nur in kleinem Umfang zur Vorkühlung der von der Gasturbine angesaugten Luft verwendet worden. Daher stellt das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Möglichkeit dar, mit geringerem Energieeinsatz als bisher die von der Gasturbine angesaugte Luft vorzukühlen und somit eine Steigerung des Gesamtwirkungsgrads und/oder der Leistung der Gasturbine oder GuD-Anlage gegenüber den vorbekannten Verfahren und Vorrichtungen zu erzielen.In particular, the method according to the invention and the one according to the invention Device for use in the exhaust gas boiler of the gas turbine or the combined cycle plant generated waste heat for pre-cooling the air sucked in by the gas turbine. This Waste heat is not or only to a small extent with the known device Pre-cooling of the air drawn in by the gas turbine has been used. Therefore poses the inventive method and the inventive device Possibility, with less energy than previously that of the gas turbine pre-cool the sucked-in air and thus an increase in the overall efficiency and / or the performance of the gas turbine or CCGT system compared to the known ones To achieve methods and devices.
Darüber hinaus liegen die zur Vorkühlung der Luft benötigten Anlagen in ihren Investitionskosten, bezogen auf die durch die vorliegende Erfindung zusätzlich mögliche Leistung, weit unter den spezifischen Investitionskosten sonstiger heutiger Kraftwerke. In addition, the systems required for pre-cooling the air are in yours Investment costs, based on the additional by the present invention possible performance, far below the specific investment costs of other today's Power plants.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel besprochen und anhand der beigefügten Zeichnung erläutert. In dieser zeigt:In the following an embodiment is discussed and with reference to the attached Drawing explained. In this shows:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Kühlvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a cooling device according to the present invention.
In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Kühlvorrichtung zur Kühlung der Turbinenansaugluft in Kraftwerken nach der vorliegenden Erfindung zu sehen. Im einzelnen sind hier vorgesehen: ein erster Kieselgelbehälter (2) mit darin befindlichem Kieselgel (9), mit einer ersten Klappe (4) oder mehreren ersten Klappen und einem ersten Wärmetauscher (10), ein zweiter Kieselgelbehälter (5) mit darin befindlichem Kieselgel (9), mit einer zweiten Klappe (7) oder mehreren zweiten Klappen und einem zweiten Wärmetauscher (11), ein Wärmetauscher, vorzugsweise ein Rohrwärmetauscher mit Rohren (1), zur Vorkühlung des von der Gasturbine angesaugten oder von der Verdichtereinheit der Gasturbine komprimierten Luftstroms vor oder hinter der Gasturbine, ein Kondensator (8), Ventile (3, 6), die zwischen den Rohren (1) des Rohrwärmetauschers und den Kieselgelbehältern (2, 5) liegen und vorzugsweise dampf- und/oder luftdicht ausgeführt sind. Die Ventile (6) zwischen den Rohren (1) des Rohrwärmetauschers und dem zweiten Kieselgelbehälter (5) sind als Lochblech, vorzugsweise als Schieber (6), ausgeführt, welcher über die jeweils mit einer Dichtung versehenen Rohrmündungen der Rohre (1) des Rohrwärmetauschers so verschoben wird, daß im geöffneten Zustand die Löcher des jeweiligen Lochblechs über die Rohröffnungen zu stehen kommen. Die Ventile (3) zwischen den Rohren (1) des Rohrwärmetauschers und dem ersten Kieselgelbehälter (2) sind als Klappen ausgeführt, die die Druckdifferenz zwischen dem ersten Kieselgelbehälter (2) und den Rohren (1) des Rohrwärmetauschers zum automatischen Öffnen bzw. Schließen und/oder zur Dichtung ausnutzen. Zusätzlich sind weitere Pumpen (13) vorgesehen, die evtl. sich am Boden der Kieselgelbehälter (2, 5) sammelndes überschüssiges Wasser wieder dem Kondensator (8) zuführen.In Fig. 1 is seen a cooler for cooling the Turbinenansaugluft in power plants according to the present invention, a schematic representation of an embodiment. The following are provided in detail: a first silica gel container ( 2 ) with a silica gel ( 9 ) located therein, with a first flap ( 4 ) or several first flaps and a first heat exchanger ( 10 ), a second silica gel container ( 5 ) with a silica gel located therein ( 9 ), with a second flap ( 7 ) or a plurality of second flaps and a second heat exchanger ( 11 ), a heat exchanger, preferably a tube heat exchanger with tubes ( 1 ), for pre-cooling the air stream sucked in by the gas turbine or compressed by the compressor unit of the gas turbine or behind the gas turbine, a condenser ( 8 ), valves ( 3 , 6 ) which lie between the tubes ( 1 ) of the tube heat exchanger and the silica gel containers ( 2 , 5 ) and are preferably made vapor and / or airtight. The valves ( 6 ) between the tubes ( 1 ) of the tube heat exchanger and the second silica gel container ( 5 ) are designed as a perforated plate, preferably as a slide ( 6 ), which, via the tube mouths of the tubes ( 1 ) of the tube heat exchanger, each provided with a seal is moved that in the open state the holes of the respective perforated plate come to rest on the pipe openings. The valves ( 3 ) between the tubes ( 1 ) of the tube heat exchanger and the first silica gel container ( 2 ) are designed as flaps, which the pressure difference between the first silica gel container ( 2 ) and the tubes ( 1 ) of the tube heat exchanger for automatic opening or closing and / or use for sealing. In addition, further pumps ( 13 ) are provided, which feed excess water which possibly collects at the bottom of the silica gel containers ( 2 , 5 ) back to the condenser ( 8 ).
Claims (7)
- a) daß zunächst innerhalb der Rohre (1) des Rohrwärmetauschers, vorzugsweise mittels einer Vakuumpumpe ein sehr niedriger Druck erzeugt wird,
- b) daß dann Kondensat aus einem Kondensator (8) in die Rohre (1), vorzugsweise mittels Pumpen (12) gebracht wird,
- c) daß dann das Kondensat in den Rohren (1) bei niedriger Temperatur verdampft,
- d) daß dann der Dampf über Ventile (3) einem ersten Kieselgelbehälter (2) zugeführt wird, so daß das darin befindliche noch ungesättigte Kieselgel (9) diesen Dampf aufnimmt und als Flüssigkeit speichert.
- e) daß dann nach einer bestimmten Zeit eine Sättigung des Kieselgels (9) in dem ersten Kieselgelbehälter (2) eintritt, worauf sich hierin die Temperatur erhöht und der Massenstrom des Dampfes geringer wird.
- f) daß dann die beiden folgenden mit f1) und f2) bezeichneten Verfahrensschritte
parallel zueinander, d. h. gleichzeitig nebenläufig ausgeführt werden:
- 1. daß dann heißes Wasser oder Dampf (z. B. < 70°C), welches vorzugsweise durch
einen zusätzlichen Wärmetauscher (zusätzliche Rohrreihen) im Abgaskessel einer
GuD Anlage oder einer Gasturbinenanlage erzeugt wird, durch einen ersten
Wärmetauscher (10) in den ersten Kieselgelbehälter (2) geleitet werden,
worauf dies zu einer Desorption des Kondensats vom Kieselgels (9) führt,
worauf der Druck in dem ersten Kieselgelbehälter (2) ansteigt,
worauf die Ventile (3) zwischen den Rohren (1) des Rohrwärmetauschers und dem ersten Kieselgelbehälter (2) geschlossen werden,
worauf sich eine erste Klappe (4) zum Kondensator (8) hin öffnet, durch die der Dampf vom ersten Kieselgelbehälter (2) hin zum Kondensator (8) hinübertritt, welcher mit Kühlwasser beaufschlagt wird,
worauf der Dampf am Kondensator (8) kondensiert und als Wasser wiederum mittels Pumpen (12) in die Rohre (1) des Rohrwärmetauschers verbracht wird. - 2. daß dann kaltes Wasser durch einen zweiten Wärmetauscher (11) in einen zweiten
Kieselgelbehälter (5) geleitet wird,
worauf in diesem zweiten Kieselgelbehälter (5) ein evtl. dort noch zu diesem Zeitpunkt ablaufender Desorptionsvorgang des Kondensats vom Kieselgel (9) gestoppt wird,
worauf der Druck in dem zweiten Kieselgelbehälter (5) absinkt,
worauf die Ventile (6) zwischen den Rohren (1) des Rohrwärmetauschers und dem zweiten Kieselgelbehälter (5) geöffnet werden,
worauf der Dampf aus den Rohren (1) des Rohrwärmetauschers strömt und das Kieselgel (9) in dem zweiten Kieselgelbehälter (5) diesen Dampf aufnimmt und als Flüssigkeit speichert,
worauf dann nach einer bestimmten Zeit eine Sättigung des Kieselgels (9) in dem zweiten Kieselgelbehälter (5) eintritt, worauf sich hierin die Temperatur erhöht und der Massenstrom des Dampfes geringer wird.
- 1. daß dann heißes Wasser oder Dampf (z. B. < 70°C), welches vorzugsweise durch
einen zusätzlichen Wärmetauscher (zusätzliche Rohrreihen) im Abgaskessel einer
GuD Anlage oder einer Gasturbinenanlage erzeugt wird, durch einen ersten
Wärmetauscher (10) in den ersten Kieselgelbehälter (2) geleitet werden,
- g) daß dann nach der Ausführung des Verfahrensschrittes f) bestehend aus der
parallelen Ausführung der Verfahrensschritte f1) und f2), das Verfahren mit den beiden
folgenden mit g1) und g2) bezeichneten Verfahrensschritten parallel zueinander, d. h.
gleichzeitig nebenläufig fortgesetzt wird:
- 1. daß dann heißes Wasser oder Dampf durch den zweiten Wärmetauscher (11) in
den zweiten Kieselgelbehälter (5) geleitet werden,
worauf dies zu einer Desorption des Kondensats vom Kieselgel (9) führt,
worauf der Druck in dem zweiten Kieselgelbehälter (5) ansteigt,
worauf die Ventile (6) zwischen den Rohren (1) des Rohrwärmetauschers und dem zweiten Kieselgelbehälter (5) geschlossen werden,
worauf sich eine zweite Klappe (7) zum Kondensator (8) hin öffnet, durch die der Dampf vom zweiten Kieselgelbehälter (5) hin zum Kondensator (8) hinübertritt, welcher mit Kühlwasser beaufschlagt wird,
worauf der Dampf am Kondensator (8) kondensiert und als Wasser wiederum mittels Pumpen (12) in die Rohre (1) des Rohrwärmetauschers verbracht wird. - 2. daß dann kaltes Wasser durch den ersten Wärmetauscher (10) in den ersten
Kieselgelbehälter (2) geleitet wird,
worauf in diesem ersten Kieselgelbehälter (2) ein evtl. dort noch zu diesem Zeitpunkt ablaufender Desorptionsvorgang des Kondensats vom Kieselgel (9) gestoppt wird,
worauf der Druck in dem ersten Kieselgelbehälter (2) absinkt,
worauf die Ventile (3) zwischen den Rohren (1) des Rohrwärmetauschers und dem ersten Kieselgelbehälter (2) geöffnet werden,
worauf der Dampf aus den Rohren (1) des Rohrwärmetauschers strömt und das Kieselgel (9) in dem ersten Kieselgelbehälter (2) diesen Dampf aufnimmt und als Flüssigkeit speichert,
worauf dann nach einer bestimmten Zeit eine Sättigung des Kieselgels (9) in dem ersten Kieselgelbehälter (2) eintritt, worauf sich hierin die Temperatur erhöht und der Massenstrom des Dampfes geringer wird.
- 1. daß dann heißes Wasser oder Dampf durch den zweiten Wärmetauscher (11) in
den zweiten Kieselgelbehälter (5) geleitet werden,
- h) daß dann nach der Ausführung des Verfahrensschrittes g) bestehend aus der parallelen Ausführung der Verfahrensschritte g1) und g2) das Verfahren mit dem Verfahrensschritt f), wie bereits oben angeführt fortgesetzt wird.
- a) that a very low pressure is first generated inside the tubes ( 1 ) of the tube heat exchanger, preferably by means of a vacuum pump,
- b) that condensate is then brought from a condenser ( 8 ) into the pipes ( 1 ), preferably by means of pumps ( 12 ),
- c) then the condensate in the tubes ( 1 ) evaporates at low temperature,
- d) that the steam is then fed via valves ( 3 ) to a first silica gel container ( 2 ) so that the still unsaturated silica gel ( 9 ) contained therein absorbs this vapor and stores it as a liquid.
- e) that after a certain time the silica gel ( 9 ) saturates in the first silica gel container ( 2 ), whereupon the temperature rises and the mass flow of the steam decreases.
- f) that the following two process steps, designated f1) and f2), are then carried out in parallel with one another, ie simultaneously:
- 1. that then hot water or steam (z. B. <70 ° C), which is preferably generated by an additional heat exchanger (additional rows of pipes) in the exhaust gas boiler of a combined cycle plant or a gas turbine system, by a first heat exchanger ( 10 ) in the first Silica gel containers ( 2 ) are passed,
whereupon this leads to desorption of the condensate from the silica gel ( 9 ),
whereupon the pressure in the first silica gel container ( 2 ) increases,
whereupon the valves ( 3 ) between the tubes ( 1 ) of the tube heat exchanger and the first silica gel container ( 2 ) are closed,
whereupon a first flap ( 4 ) opens towards the condenser ( 8 ) through which the steam passes from the first silica gel container ( 2 ) to the condenser ( 8 ), which is acted upon by cooling water,
whereupon the steam condenses on the condenser ( 8 ) and is again brought into the tubes ( 1 ) of the tube heat exchanger by means of pumps ( 12 ) as water. - 2. that cold water is then passed through a second heat exchanger ( 11 ) into a second silica gel container ( 5 ),
whereupon in this second silica gel container ( 5 ) any desorption process of the condensate from the silica gel ( 9 ) that is still running at this point in time is stopped,
whereupon the pressure in the second silica gel container ( 5 ) drops,
whereupon the valves ( 6 ) between the tubes ( 1 ) of the tube heat exchanger and the second silica gel container ( 5 ) are opened,
whereupon the steam flows out of the tubes ( 1 ) of the tube heat exchanger and the silica gel ( 9 ) in the second silica gel container ( 5 ) absorbs this vapor and stores it as a liquid,
whereupon after a certain time the silica gel ( 9 ) becomes saturated in the second silica gel container ( 5 ), whereupon the temperature rises and the mass flow of the steam decreases.
- 1. that then hot water or steam (z. B. <70 ° C), which is preferably generated by an additional heat exchanger (additional rows of pipes) in the exhaust gas boiler of a combined cycle plant or a gas turbine system, by a first heat exchanger ( 10 ) in the first Silica gel containers ( 2 ) are passed,
- g) that after the execution of process step f) consisting of the parallel execution of process steps f1) and f2), the process with the following two process steps designated g1) and g2) is continued in parallel to one another, ie simultaneously:
- 1. that hot water or steam are then passed through the second heat exchanger ( 11 ) into the second silica gel container ( 5 ),
whereupon this leads to desorption of the condensate from the silica gel ( 9 ),
whereupon the pressure in the second silica gel container ( 5 ) increases,
whereupon the valves ( 6 ) between the tubes ( 1 ) of the tube heat exchanger and the second silica gel container ( 5 ) are closed,
whereupon a second flap ( 7 ) opens towards the condenser ( 8 ) through which the steam passes from the second silica gel container ( 5 ) to the condenser ( 8 ), which is acted upon by cooling water,
whereupon the steam condenses on the condenser ( 8 ) and is again brought into the tubes ( 1 ) of the tube heat exchanger by means of pumps ( 12 ) as water. - 2. that cold water is then passed through the first heat exchanger ( 10 ) into the first silica gel container ( 2 ),
whereupon in this first silica gel container ( 2 ) any desorption process of the condensate from the silica gel ( 9 ) that is still running at this point in time is stopped,
whereupon the pressure in the first silica gel container ( 2 ) drops,
whereupon the valves ( 3 ) between the tubes ( 1 ) of the tube heat exchanger and the first silica gel container ( 2 ) are opened,
whereupon the steam flows out of the tubes ( 1 ) of the tube heat exchanger and the silica gel ( 9 ) in the first silica gel container ( 2 ) absorbs this vapor and stores it as a liquid,
then, after a certain time, the silica gel ( 9 ) becomes saturated in the first silica gel container ( 2 ), whereupon the temperature rises and the mass flow of the steam decreases.
- 1. that hot water or steam are then passed through the second heat exchanger ( 11 ) into the second silica gel container ( 5 ),
- h) that after the execution of process step g) consisting of the parallel execution of process steps g1) and g2), the process with process step f) is continued, as already mentioned above.
- a) ein erster Kieselgelbehälter (2) mit darin befindlichem Kieselgel (9), mit einer ersten Klappe (4) oder mehreren ersten Klappen und einem ersten Wärmetauscher (10),
- b) ein zweiter Kieselgelbehälter (5) mit darin befindlichem Kieselgel (9), mit einer zweiten Klappe (7) oder mehreren zweiten Klappen und einem zweiten Wärmetauscher (11),
- c) ein Wärmetauscher, vorzugsweise ein Rohrwärmetauscher mit Rohren (1), vor oder hinter der Gasturbine,
- d) ein Kondensator (8),
- e) Ventile (3, 6), die zwischen den Rohren (1) des Rohrwärmetauschers und den Kieselgelbehältern (2, 5) liegen und vorzugsweise dampf- und/oder luftdicht ausgeführt sind,
- a) a first silica gel container ( 2 ) with silica gel ( 9 ) therein, with a first flap ( 4 ) or several first flaps and a first heat exchanger ( 10 ),
- b) a second silica gel container ( 5 ) with silica gel ( 9 ) therein, with a second flap ( 7 ) or several second flaps and a second heat exchanger ( 11 ),
- c) a heat exchanger, preferably a tube heat exchanger with tubes ( 1 ), in front of or behind the gas turbine,
- d) a capacitor ( 8 ),
- e) valves ( 3 , 6 ) which are located between the tubes ( 1 ) of the tube heat exchanger and the silica gel containers ( 2 , 5 ) and are preferably made vapor and / or airtight,
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|---|---|---|---|
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- 1995-10-26 DE DE19539756A patent/DE19539756C2/en not_active Expired - Fee Related
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