DE19651965A1

DE19651965A1 - Kombinierte Gas-Dampf-Kraftwerksanlage mit Zwangsdurchlaufdampferzeuger

Info

Publication number: DE19651965A1
Application number: DE1996151965
Authority: DE
Inventors: Erhard Dr Liebig
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: Alstom SA
Priority date: 1996-12-13
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 1998-06-18
Anticipated expiration: 2016-12-14
Also published as: DE19651965B4

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Gas-Dampf-Kraftwerks anlage, welche einen Gasturbinenkreislauf und einen Dampftur binenkreislauf aufweist, wobei die Abgase einer Gasturbine ihre Restwärme über das in einem Zwangsdurchlaufdampferzeuger strömende Arbeitsmittel an eine Dampfturbine abgeben.

Stand der Technik

Der Wasserdampfkreislauf der derzeitigen Kombianlagen wird ausnahmslos mit unterkritischen Parametern gefahren. Der Abhitzekessel zur Nutzung der Abwärme der Gasturbinen wird in der Regel mit Trommelkessel, mit Zwangdurchlaufkessel oder mit Kombinationen davon ausgeführt. Bei großen hocheffizien ten Anlagen gelangen zum Teil Mehrdruckanlagen mit Zwischen überhitzung zur Anwendung. Gegenüber konventionell gefeuerten Kesseln ist indes die Rauchgastemperatur bei Abhitzekesseln begrenzt. Insbesondere die Verdampfung, welche bei konstanter Temperatur vor sich geht, führt zu thermodynamischen und technischen Auslegungszwängen. Zum einen infolge der großen Temperaturdifferenz zwischen dem Heizmedium und dem aufzuhei zenden, d. h. dem zu verdampfenden Medium, welche zu Exergie verlusten führt, zum anderen bezüglich des "Pinch-Point" und der Notwendigkeit zu Mehrdrucksystemen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die auf die thermodyna misch erforderlichen Elemente des Wasser-Dampf-Kreisprozesses beschränkt ist und damit zu einer beträchtlichen Kostenredu zierung führt.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Wasser- Dampfkreislauf für überkritische Parameter ausgelegt ist.

Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, daß durch den Wegfall der Verdampfungsgebiete mit nur einer Druckstufe die Thermodynamik der Dampferzeugung verbessert wird. Durch Vermeidung dickwandiger Bauteile wie Trommeln u. dgl. und großer Wasservolumina im Kesselbereich wird das dynamische Verhalten verbessert. Die Reduzierung der Anzahl Komponenten führt zu einer extremen Systemvereinfachung, wodurch eine Verbesserung der Zuverlässigkeit und der Verfüg barkeit zu erwarten ist.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in ihrer einfachsten Form dargestellt. Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen darge stellt.

Es zeigen:

Fig. 1 das Schema einer kombinierten Gas-Dampf- Kraftwerksanlage;

Fig. 2 ein Temperatur-Wärmeleistungs-Diagramm.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Gemäß Fig. 1 wird im Gasturbinensystem über eine Leitung 1 angesaugte Frischluft in einem Verdichter 2 auf den Arbeits druck verdichtet. Die verdichtete Luft wird in einer bei spielsweise mit Erdgas befeuerten Brennkammer 3 stark erhitzt und das so entstandene Brenngas wird in einer Gasturbine 4 arbeitsleistend entspannt. Die dabei gewonnene Energie wird an einen Generator 5 bzw. den Verdichter 2 abgegeben. Das noch heiße Abgas der Gasturbine wird über eine Leitung 6 vom Ausgang der Gasturbine einer Abhitzedampferzeugungsanlage 7 zugeführt und daraus nach Abgabe seiner Wärme über eine Lei tung 8 und einen nicht dargestellten Kamin ins Freie gelei tet.

Im Wasser-Dampfkreislauf ist eine Dampfturbine 9,10 auf der gleichen Welle mit der Gasturbine angeordnet. Der im Nieder druckteil 10 der Dampfturbine entspannte Arbeitsdampf konden siert in einem Kondensator 11. Das Kondensat wird mittels einer Speisewasserpumpe 12 direkt in den Dampferzeuger 7 gefördert.

Die Abhitzedampferzeugungsanlage 7 ist als stehender Kessel ausgeführt und arbeitet mit nur einer Druckstufe. Das System ist als Zwangsdurchlaufsystem ausgeführt und für überkriti sche Parameter ausgelegt. Es besteht im Rauchgasweg des Kessels im wesentlichen aus dem Hochdruckeconomiser 13 und dem Hochdruckverdampfer 14 und dem Hochdrucküberhitzer 15. Diese Unterteilung ist rein virtuell, da bei überkritischen Parametern das für unterkritische Anlagen typische Verdamp fungsgebiet bei konstanter Temperatur nicht auftritt. Der Übergang von Wasser in Dampf erfolgt kontinuierlich. Die obige Unterteilung der insgesamt nur einen Heizfläche ist indessen sinnvoll, weil beim Betrieb der Anlage im unterkri tischen Bereich, beispielsweise beim An- und Abfahren oder bei Teillast, den unterschiedlichen Phasen "Wasser - Wasser/Dampf - Dampf" konstruktiv Rechnung zu tragen ist.

Der überhitzte Dampf wird über eine Frischdampfleitung 16 in den Hochdruckteil 9 der Dampfturbine überführt.

Als Systemdruck eignet sich ein Druck von ca. 260-300 bar. Die Eintrittstemperatur in den Kessel entspricht im gezeigten Fall der Kondensattemperatur, da kein Speisewasserbehälter- /Entgaser vorgesehen ist. Mit Vorteil wird die Materialwahl für die sogenannten Vorwärmflächen des Zwangsdurchlaufdampf erzeugers in Abhängigkeit des Brennstoffes und insbesondere dessen Schwefelgehaltes sowie in Abhängigkeit der Kondensat temperatur getroffen, um Taupunktkorrosion vorzubeugen. Mit sinkender wasserseitiger Eintrittstemperatur einerseits und/oder zunehmendem Schwefelgehalt andererseits wird von einfachem Kohlenstoffstahl über niedriglegierten Stahl zu rostfreiem Stahl übergegangen.

Im Diagramm in Fig. 2 ist auf der Ordinate die Temperatur T in [°C], auf der Abzisse die Wärmeleistung in MW aufgetragen. Zugrundegelegt werden moderne Gasturbinen großer Leistung mit einer Austrittstemperatur von ca. 650°C.

Dargestellt ist zum einen der Temperaturverlauf bei einer klassischen Zweidruckanlage mit Niederdruck/Hochdruck vorwärmung a (zwei getrennte Heizflächen), Niederdruck verdampfung b, Hochdruckvorwärmung c, Hochdruckverdampfung d und Hochdrucküberhitzung e. Erkennbar ist, daß insbesondere in den beiden Verdampfungsbereichen große Exergieverluste in Kauf genommen werden müssen. Demgegenüber ist bei der erfindungsgemäßen Anlage die Temperaturdifferenz zwischen dem Heizmedium und dem aufzuheizenden Medium viel geringer. Bei einem Betrieb im überkritischen Bereich läßt sich demnach die Wasser-Dampflinie D nahezu ideal an die Abgasli nie A anlegen.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die gezeigte und beschriebene Anlage beschränkt. Die Anwendung eines Ein druckkessels mit überkritischen Parametern ist unabhängig vom Typ und der Bauweise des Abhitzekessels und der Dampfturbi nenanlage, vom Kondensationssystem, vom Vorhandensein einer Zwischenüberhitzung, von der Gasturbinenanlage, vom Vorhan densein eines Speisewasserbehälters/Entgasers sowie vom gewählten Anfahrprozeß. In Abweichung zur gezeigten und beschriebenen Anordnung ist ein liegender Kessel anwendbar.

Bezugszeichenliste

1

Leitung (angesaugte Frischluft)

2

Verdichter

3

Brennkammer

4

Gasturbine

5

Generator

6

Leitung (Abgas)

7

Abhitzedampferzeugungsanlage

8

Leitung (zum Kamin)

9

Hochdruckturbine

10

Niederdruckturbine

11

Kondensator

12

Speisewasserpumpe

13

Hochdruckeconomiser

14

,

15

Hochdruckverdampfer/überhitzer

16

Frischdampfleitung

Claims

1. Kombinierte Gas-Dampf-Kraftwerksanlage, welche einen Gasturbinenkreislauf und einen Dampfturbinenkreislauf aufweist, wobei die Abgase einer Gasturbine ihre Rest wärme über das in einem Zwangsdurchlaufdampferzeuger strömende Arbeitsmittel an eine Dampfturbine abgeben, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasser-Dampfkreislauf für überkritische Parameter ausgelegt ist.

2. Kraftwerksanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Vorwärmflächen des Zwangsdurchlaufdampf erzeugers in Abhängigkeit vom eingesetzten Brennstoff und der Kondensattemperatur durch geeignete Werkstoff wahl vor Korrosion geschützt werden.