DE19652349C2 - Solar and low-temperature combined heating system Solico - Google Patents
Solar and low-temperature combined heating system SolicoInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Kombi-Anlage aus Gas- und Dampfturbine zur Stromer zeugung oder gekoppelten Strom- und Wärmeerzeugung mit Einkopplung von Solar- und/oder Niedertemperaturwärme.The invention relates to a combination system of gas and steam turbines for the Stromer generation or coupled power and heat generation with coupling of solar and / or low temperature heat.
Aus dem Patent U.S. 5,417,052 ist bekannt, daß der Brennstoffverbrauch einer Kombianlage durch Einkopplung von Solarwärme vermindert werden kann. Gemäß U.S. 5,417,052 wird die Sonnenstrahlung durch ein Heliostatenfeld auf einen zentra len Kollektor auf einem Turm konzentriert, in Wärme umgewandelt und die Wärme mittels einer Salzschmelze über einen Wärmetauscher zwischen dem Kompressor und der Brennkammer der Gasturbine auf die komprimierte Luft übertragen. Da die Lufttemperatur nach dem Kompressor schon sehr hoch ist, nämlich bei modernen Anlagen ca. 400°C, ist diese starke Konzentration der Sonnenstrahlung durch ein Heliostatenfeld, die Verwendung eines zentralen Kollektors auf einem Turm und ei ner Salzschmelze als Wärmeträgermedium erforderlich, was diese Anlagen sehr teuer und unwirtschaftlich macht.From the U.S. patent 5,417,052 is known to have a fuel economy Combined system can be reduced by coupling solar heat. According to U.S. 5,417,052 the solar radiation is transmitted through a heliostat field to a zentra len collector concentrated on a tower, converted into heat and the heat by means of a molten salt via a heat exchanger between the compressor and transfer the combustion chamber of the gas turbine to the compressed air. Since the Air temperature after the compressor is already very high, namely with modern ones Plants about 400 ° C, this strong concentration of solar radiation is due to a Heliostat field, the use of a central collector on a tower and egg ner molten salt as a heat transfer medium required, which these systems very expensive and uneconomical.
Aus dem Aufsatz "Gas Turbines with Heat Exchanger and Water Injection in the Compressed Air" von N. Gasparovic und J. G. Hellemans in "Combustion", Bd. 4, Dez. 1972, S. 32-40 ist ferner bekannt, daß durch Einspritzen von Wasser in die komprimierte Luft einer Gasturbinenanlage, deren Wirkungsgrad insbesondere auch bei Teillast verbessert werden kann. Allerdings wird in diesem Aufsatz eine Gastur binenanlage mit Wärmetauscher zwischen Gasturbinenabgasen und komprimierter Luft und keine Kombianlage betrachtet, Wasser nur bis zur Sättigung der kompri mierten Luft, d. h. nur in geringem Umfang (maximal 6-8% des Massenstroms der Luft) eingespritzt, keine Einkopplung von Solar- und/oder Niedertemperaturwärme vorgesehen, weil die Wärme der Abgase der Gasturbine verwendet werden soll, und vor der Unterschreitung des Taupunktes in den Abgasen gewarnt, wodurch natürlich eine Rückgewinnung des eingespritzten Wassers durch Kondensation aus dem Ab gas entfällt.From the article "Gas Turbines with Heat Exchanger and Water Injection in the Compressed Air "by N. Gasparovic and J. G. Hellemans in" Combustion ", Vol. 4, Dec. 1972, pp. 32-40 it is also known that by injecting water into the compressed air of a gas turbine plant, its efficiency in particular can be improved at partial load. However, this essay is a gastur Line system with heat exchanger between gas turbine exhaust gases and compressed Air and no combination system considered, water only until the kompri is saturated mated air, d. H. only to a small extent (maximum 6-8% of the mass flow of the Air) injected, no coupling of solar and / or low temperature heat provided because the heat of the exhaust gases from the gas turbine is to be used, and warned against falling below the dew point in the exhaust gases, which of course a recovery of the injected water by condensation from the Ab gas is eliminated.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit optimalem Wirkungsgrad in eine Kombi-Anlage aus Gas- und Dampfturbine Solarwärme ohne oder mit nur geringer Konzentration und/oder Niedertemperaturwärme in möglichst großem Umfang und auf möglichst niedrigem Temperaturniveau einzukoppeln, um den Brennstoffver brauch der Gasturbine möglichst stark zu reduzieren, die Anlagen selbst aber mög lichst preiswert zu gestalten.The invention has for its object in an optimal efficiency Combi system consisting of gas and steam turbine solar heat with little or no heat Concentration and / or low temperature heat to the greatest extent possible and to be coupled in at the lowest possible temperature level in order to reduce the fuel consumption need to reduce the gas turbine as much as possible, but the plants themselves are possible as inexpensive as possible.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch folgende Merkmale gelöst:This object is achieved according to the invention by the following features:
- a) Im Verdichter der Gasturbine wird nur geringfügig mehr Luft verdichtet als zur stöchiometrischen Verbrennung des Gasturbinenbrennstoffes erforderlich ist, was die Verdichterleistung reduziert; a) Only slightly more air is compressed in the compressor of the gas turbine than for stoichiometric combustion of the gas turbine fuel is required what reduces compressor performance;
- b) nach dieser Verdichtung und während der Zufuhr von Solarwärme z. B. in Para bolrinnenabsorbern und/oder der Zufuhr von Niedertemperaturwärme über Wär metauscher an die verdichtete Luft wird zumindest einmal, in einer vorteilhaften Ausgestaltung aber auch mehrfach hintereinander Wasser und/oder Kondensat eingespritzt, so daß eine möglichst niedrige mittlere Temperatur eingehalten wird, um möglichst viel Wärme bei niedriger Temperatur, nämlich entsprechend dem Partialdruck des Wasserdampfes in der verdichteten Luft, einkoppeln zu können;b) after this compression and during the supply of solar heat z. B. in Para gutter absorbers and / or the supply of low temperature heat via heat Meters to the compressed air will be beneficial at least once Embodiment but also water and / or condensate several times in succession injected so that the lowest possible mean temperature is maintained, to as much heat as possible at a low temperature, namely according to Partial pressure of water vapor in the compressed air to be able to couple;
- c) nachdem soviel Wasser und/oder Kondensat eingespritzt wurde, daß der Luft- Wasserdampf-Massenstrom ausreicht, bei nahezu stöchiometrischer Verbren nung die zulässige Gasturbineneintrittstemperatur einzuhalten, wird ein Tempe raturanstieg über die dem Wasserdampfpartialdruck entsprechende Sattdampf temperatur des verdichteten Luft-Wasserdampfgemisches durch Zufuhr von So lar- und/oder Niedertemperaturwärme zugelassen;c) after so much water and / or condensate has been injected that the air Water vapor mass flow is sufficient, with almost stoichiometric combustion compliance with the permissible gas turbine inlet temperature becomes a temp temperature rise above the saturated steam corresponding to the water vapor partial pressure temperature of the compressed air-water vapor mixture by adding So lar and / or low temperature heat permitted;
- d) für die Regelung der Gasturbineneintrittstemperatur bei plötzlichem vorüberge hendem Ausfall der Solarwärme, z. B. durch Wolken, und/oder Niedertempera turwärme werden die Wasser- und /oder Kondensateinspritzungen und der Luftüberschuß verwendet.d) for the regulation of the gas turbine inlet temperature in the event of a sudden passing failure of the solar heat, e.g. B. by clouds, and / or low temperature the water and / or condensate injections and the Excess air used.
Um die Verdichterleistung weiter zu reduzieren, ist es vorteilhaft, wenn die Luft in einem oder mehreren Zwischenkühlern, in denen Wärme an Wasser und/oder Kon densat übertragen wird, und/oder durch direkte Einspritzung von Wasser bzw. Kon densat über Leitschaufeln und/oder Laufschaufeln und/oder Gehäuse und/oder zwi schen den Verdichterstufen liegenden Einspritzungen gekühlt wird.In order to further reduce the compressor capacity, it is advantageous if the air is in one or more intercoolers in which heat on water and / or Kon densat is transmitted, and / or by direct injection of water or Kon densat over guide vanes and / or moving blades and / or housing and / or zwi injections located between the compressor stages is cooled.
Falls kein Wasser vorhanden ist und zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrades ist es vorteilhaft, wenn in dem nach der Gasturbine geschalteten Abhitzedampferzeuger mit einer oder mehreren Druckstufen, in denen Wasser für die Dampfturbinen vor gewärmt, verdampft und überhitzt wird, das Abgas aus der Gasturbine, das aus Wasserdampf, Stickstoff, CO2 und nur geringen Anteilen O2 und anderen Gasen wie Argon etc. besteht, soweit abgekühlt wird, daß das für die Kühlung und die Erhöhung des Luftmassenstroms benötigte Kondensat ausfällt; in dem Abhitzedampferzeuger sind dann Vorrichtungen zur Abscheidung und Sammlung des Kondensats vorzuse hen; ferner muß das Kondensat gereinigt und mittels einer Pumpe auf den erforderli chen Druck gebracht werden.If there is no water and to further increase the efficiency, it is advantageous if in the waste heat steam generator connected downstream of the gas turbine with one or more pressure stages, in which water for the steam turbines is heated, evaporated and superheated, the exhaust gas from the gas turbine, the consists of water vapor, nitrogen, CO 2 and only small amounts of O 2 and other gases such as argon etc., as far as cooling takes place so that the condensate required for cooling and increasing the air mass flow fails; Devices for separating and collecting the condensate are then to be provided in the heat recovery steam generator; furthermore, the condensate must be cleaned and brought to the required pressure by means of a pump.
Im Falle von Wärmeauskopplung für Heizzwecke ist es zweckmäßig, wenn ein Teil oder die gesamte Aufheizung des Heizwassers durch Abkühlung des Abgases nach dem Abhitzedampferzeuger insbesondere auch während des Kondensatanfalls er folgt.In the case of heat extraction for heating purposes, it is useful if a part or the entire heating of the heating water by cooling the exhaust gas after the heat recovery steam generator especially during the accumulation of condensate follows.
Für die Regelung des Abhitzedampferzeugers bei plötzlichem vorübergehendem Ausfall der Solar und/oder Niedertemperaturwärme und für Verbrauchsspitzen bei Betrieb ohne Solar- oder Niedertemperaturwärme ist es zweckmäßig, wenn eine Nachfeuerung zwischen Gasturbinenaustritt und Abhitzedampferzeugereintritt vor gesehen wird.For the regulation of the heat recovery steam generator in the event of a sudden temporary Failure of solar and / or low temperature heat and for peak consumption at Operation without solar or low temperature heat, it is useful if one Post-firing between the gas turbine outlet and the heat recovery steam generator inlet before is seen.
Falls ansonsten der Gegendruck für die Gasturbine zu hoch wird bzw. der Wirkungs grad dadurch gesteigert werden kann, ist es zweckmäßig, wenn das weitgehend trockene Abgas mit einem Saugzuggebläse zum Schornstein gefördert wird.If the back pressure for the gas turbine is otherwise too high or the effect degree can be increased by doing so, it is expedient if that largely dry exhaust gas is conveyed to the chimney using an induced draft fan.
Für die Kühlung der Gasturbine ist es vorteilhaft, einen Teilstrom des Luft/Wasser dampfgemisches unmittelbar nach der in Strömungsrichtung des Luft/Wasserdampf gemisches letzten Kondensatzeinspritzung, also vor einem Temperaturanstieg zu verwenden, weil dadurch auch möglichst viel Wasserdampf zur Kühlung genutzt wird.For cooling the gas turbine, it is advantageous to use a partial flow of air / water vapor mixture immediately after in the direction of flow of the air / water vapor mixture last condensate injection, i.e. before a temperature rise use because it also uses as much water vapor as possible for cooling becomes.
Da eine Stabilisierungsflamme Luft mit möglichst viel Sauerstoff benötigt, ist es zweckmäßig, dafür einen Teilstrom der Luft unmittelbar nach dem Verdichter abzu zweigen.Since a stabilizing flame requires air with as much oxygen as possible, it is It is advisable to cut off a partial flow of air immediately after the compressor branches.
Um ohne Solar- bzw. Niedertemperaturwärme die volle Leistung abgeben zu kön nen, ist es zweckmäßig, einen zweiten Verdichter über eine Kupplung zuzuschalten.In order to be able to deliver full power without solar or low-temperature heat NEN, it is useful to connect a second compressor via a clutch.
Wenn anderes Wasser, das auch mit brennbaren Inhaltsstoffen verschmutzt sein kann, zur Verfügung steht bzw. entsorgt werden soll, ist es zweckmäßig, einen Teil oder das Kondensat ganz zu ersetzen.If other water that is also contaminated with flammable ingredients can, is available or should be disposed of, it is advisable to dispose of a part or to replace the condensate entirely.
Es ist zweckmäßig, einen geringfügigen Anstieg der Temperatur des Luft-Wasser dampfgemisches über die dem Wasserdampfpartialdruck vor der nächsten Einsprit zung entsprechende Sattdampftemperatur zuzulassen und die Differenz dieser Tem peraturen zur Regelung des Einspritzstromes des Wassers und/oder Kondensates in die verdichtete Verbrennungsluft zu verwenden. It is advisable to slightly increase the temperature of the air-water vapor mixture above the water vapor partial pressure before the next injection appropriate saturated steam temperature and the difference of this tem temperatures for regulating the injection flow of water and / or condensate to use the compressed combustion air.
Erfindungsgemäß wird die Solarwärme und/oder Niedertemperaturwärme in der Art in eine Kombianlage aus Gas- und Dampfturbine eingebunden, in der diese Einbindung den An lagenwirkungsgrad am meisten erhöht; dies geschieht dadurch, daß durch die Solarwärme und/oder Niedertemperaturwärme Wasser und/oder Kondensat, das der Verbrennungsluft der Gasturbine zugemischt wird, bei einer Temperatur entsprechend dem Partialdruck des Wasserdampfes verdampft wird, wobei dieses Kondensat bei der Abkühlung der Abgase bei relativ hoher Temperatur ausfällt, weil im Abgas Wasserdampf in höherer Konzentration enthalten ist als bei üblichen Gas-Dampfturbinenkombianlagen, bei denen ein erhöhter Luftüberschuß verwendet wird, um die maximal zulässige Gasturbineneintrittstemperatur einzustellen.According to the solar heat and / or low-temperature heat in the way in one Combined system of gas and steam turbine integrated, in which this integration the An layer efficiency most increased; this happens because of the solar heat and / or low temperature heat water and / or condensate that the combustion air of the Gas turbine is admixed at a temperature corresponding to the partial pressure of the Water vapor is evaporated, this condensate when cooling the exhaust gases relatively high temperature, because water vapor in the exhaust gas in higher concentration is included than in conventional gas-steam turbine combination plants, in which an increased Excess air is used to reach the maximum allowable gas turbine inlet temperature adjust.
Durch die erfindungsgemäße Anlage werden die den bisherigen Kombianlagen anhaftenden Nachteile verringert, nämlich thermodynamisch ungünstig viel Luft verdichten zu müssen, um die zulässige Gasturbineneintrittstemperatur einzuhalten. Statt dessen wird das Wasser und/oder Kondensat auf erhöhten Druck gebracht, was mit wesentlich weniger Energie bzw. Leistung verbunden ist. Die Leistungsabgabe der erfindungsgemäßen Kombianlage wird durch die Verringerung der Luftverdichterleistung stark erhöht. Ferner wird durch die Einbin dung von Solar- und/oder Niedertemperaturwärme zum Verdampfen des Wassers und/oder Kondensats und zur Vorwärmug des Luft-Wasserdampf Gemisches zusätzlich Gasturbinen brennstoff eingespart.The system according to the invention makes the previous combination systems adhering Reduced disadvantages, namely thermodynamically unfavorably to compress a lot of air, to maintain the permissible gas turbine inlet temperature. Instead, the water and / or condensate brought to increased pressure, which with much less energy or Performance is connected. The power output of the combination system according to the invention is greatly increased by reducing the air compressor capacity. Furthermore, by the involvement formation of solar and / or low temperature heat to evaporate the water and / or Condensate and additional gas turbines for preheating the air-water vapor mixture fuel saved.
Erfindungsgemäß wird die Verdichterleistung durch mindestens eine Zwischenkühlung durch Aufwärmung oder Einspritzung von Wasser und/oder Kondensat weiter vermindert, was die Leistungsabgabe der Gasturbine weiter erhöht. Ferner wird das Wasser und/oder Kondensat vor der Solar- bzw. Niedertemperaturwärmeaufnahme oder in einer vorteilhaften Ausgestal tung der Erfindung auch zusätzliche auf mehrere weitere Einspritzstellen verteilt eingespritzt, so daß eine möglichst niedrige Mitteltemperatur entsprechend dem steigenden Partialdruck des Wasserdampfes entsteht und möglichst viel Solar- und/oder Niedertemperaturwärme eingebunden werden kann. Ein Temperaturanstieg über die Sattdampftemperatur entsprechend dem Wasserdampfpartialdruck wird erst zugelassen, wenn der Luft-Wasserdampf Massen strom ausreicht, daß bei nahstöchiometrischer Verbrennung die zulässige Gasturbineneintritts temperatur nicht überschritten wird.According to the invention, the compressor capacity is achieved by at least one intermediate cooling Warming up or injecting water and / or condensate further diminishes what the Power output of the gas turbine increased further. Furthermore, the water and / or condensate before solar or low-temperature heat absorption or in an advantageous embodiment device of the invention also injected distributed over several further injection points, so that the lowest possible mean temperature corresponding to the increasing partial pressure of water vapor and as much solar and / or low temperature heat as possible can be involved. A rise in temperature above the saturated steam temperature accordingly the water vapor partial pressure is only allowed when the air-water vapor masses current is sufficient that with near-stoichiometric combustion the permissible gas turbine entry temperature is not exceeded.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird das Abgas in dem nach der Gasturbine geschalteten Abhitzekessel so weit abgekühlt, daß das benötigte Kondensat ausfällt. Es kann allerdings auch anderes zur Verfügung stehendes Wasser, das auch mit brennbaren Inhaltsstoffen verschmutzt sein kann, statt des Kondensats verwendet werden. Vor teilhaft kann aus einer erfindungsgemäßen Anlage auch Wärme für Heizzwecke ausgekoppelt werden, wobei der Heizungswärmetauscher insbesondere in dem Temperaturbereich des Kondensatanfalls vorzusehen ist. Die erfindungsgemäße Anlage hat dann Einrichtungen zur Kondensatabscheidung aus dem Abgas und zum Sammeln, Aufbereiten und zur Druck erhöhung des Kondensates.In a further advantageous embodiment of the invention, the exhaust gas in the after Gas turbine switched waste heat boiler cooled so far that the required condensate fails. However, there can also be other available water that also with flammable ingredients may be dirty instead of the condensate. Before Heat for heating purposes can also be partially extracted from a system according to the invention be, the heating heat exchanger in particular in the temperature range of Condensate must be provided. The system according to the invention then has facilities for Separation of condensate from the exhaust gas and for collection, processing and pressure increase in condensate.
Bei üblichen solarthermischen Anlagen oder Anlagen, bei denen Niedertemperaturwärme eingekoppelt wird, verursachen vorüberziehende Wolkenfelder bzw. der Ausfall der Nieder temperaturwärme große Störungen. Bei der erfindungsgemäßen Anlage können diese Störun gen ohne große Probleme durch Veränderung der Wasser- und/oder Kondensateinspritzung, des Luftstromes, Zu- bzw. Abschalten und Regelung einer Nachfeuerung und eines zweiten Verdichters ausgeglichen werden. Auch bei Verbrauchsspitzen und bei Betrieb ohne So larwärme (nachts) und/oder Niedertemperaturwärme werden die oben genannten Regelmög lichkeiten verwendet.In conventional solar thermal systems or systems in which low temperature heat is coupled in, cause passing cloud fields or the failure of the Nieder large temperature disturbances. In the system according to the invention, these disturbances can without major problems by changing the water and / or condensate injection, of the air flow, switching on and off and regulation of an afterfire and a second one Compressor to be compensated. Even during peak consumption and when operating without a sun Lar heat (at night) and / or low temperature heat are the above-mentioned control possibilities used.
Ferner kann es vorteilhaft sein, das trockene Abgas mit einem Saugzuggebläse zum Schorn stein zu fördern, um den Gegendruck der Gasturbine zu vermindern und ihre Leistungs abgabe um mehr als den Leistungsbedarf des Saugzuggebläses zu erhöhen.It may also be advantageous to chimney the dry exhaust gas with an induced draft fan stone to reduce the back pressure of the gas turbine and its performance delivery to increase more than the power requirement of the induced draft fan.
Die Kühlluft für die Gasturbine wird zweckmäßiger Weise nach der letzten Wasser- und/oder Kondensateinspritzung entnommen, weil an dieser Stelle der Wasserdampfgehalt schon maximal ist. Luft für eine eventuell nötige Stabilisierungsflamme wird hingegen zweckmäßi ger Weise unmittelbar nach der letzten Verdichterstufe abgezweigt, weil diese Luft den höchsten Sauerstoffgehalt hat.The cooling air for the gas turbine is expediently after the last water and / or Condensate injection removed because the water vapor content already exists at this point is maximum. However, air for a stabilizing flame that may be necessary is expedient ger branched immediately after the last compressor stage, because this air the has the highest oxygen content.
In der Zeichnung 1 ist eine als Beispiel dienende Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Statt der Parabolrinnen mit Absorberrohren wären beim Einkoppeln von Niedertemperatur wärme Wärmeübertrager vorzusehen. Es zeigen:An exemplary embodiment of the invention is shown in the drawing. Instead of the parabolic troughs with absorber tubes would be when coupling in low temperature provide heat exchangers. Show it:
Fig. 1 eine Solar- und Niedertemperaturwärme-Kombianlage als Blockdiagramm und Fig. 1 is a solar and low temperature heat combination system as a block diagram and
Fig. 2 ein Temperaturdiagramm. Fig. 2 is a temperature diagram.
Über eine erste Verdichterstufe (1) wird Luft aus der Umgebung angesaugt, verdichtet und über mindest einen Zwischenkühler (2) einer zweiten Verdichterstufe (3) zugeführt. In der zweiten Verdichterstufe (3) wird die Luft weiter verdichtet und den Parabolrinnen (4) mit den Absorberrohren (5) zugeführt. Ein Teil der Luft kann auch über eine Leitung (29) und ein Ventil (30) einer Stabilisierungsflamme der Gasturbinenbrennkammer (7) zugeführt werden.Air is drawn in from the environment via a first compressor stage ( 1 ), compressed and fed to a second compressor stage ( 3 ) via at least one intermediate cooler ( 2 ). In the second compressor stage ( 3 ), the air is compressed further and fed to the parabolic troughs ( 4 ) with the absorber tubes ( 5 ). Part of the air can also be supplied to a stabilizing flame of the gas turbine combustion chamber ( 7 ) via a line ( 29 ) and a valve ( 30 ).
Falls das Parabolrinnenfeld nicht in Betrieb ist, kann über ein Bypassventil (6) die Luft aus der zweiten Verdichterstufe (3) direkt der Gasturbinenbrennkammer (7) zugeführt werden. Vor den und zwischen oder in den die Absorberrohren (5) wird mehrfach über Kondensat einspritzregelventile (26) im Wärmetauscher (2) vorgewärmtes Kondensat eingespritzt, um die Temperatur sägezahnförmig auf einem niedrigen Niveau zu halten (siehe Fig. 2). Aus den Parabolrinnen strömt das Luft-Wasserdampfgemisch zur Brennkammer (7). In die Brenn kammer (7) wird über ein Brennstoffregelventil (8) Gasturbinenbrennstoff zugeführt. Aus der Brennkammer (7) strömen die heißen Verbrennungsgase in die Gasturbine (9), wo sie entspannt werden und Leistung für den Antrieb der Verdichterstufen (1 und 3), ferner über eine Kupplung (31) gegebenenfalls auch für einen 2. Verdichter (32) und natürlich für den Generator (10) abgeben. Der 2. Verdichter (32) wird zugeschaltet, wenn trotz ausgefallener Solar- oder Niedertemperaturwärme volle Leistung gefahren werden soll. Die Luft des 2. Verdichters (32) wird über ein Absperrventil (33) der Gasturbinenbrennkammer (7) zugeführt. Die Abgase der Gasturbine (9) strömen über eine Nachbrennkammer (11), in die bei Bedarf über ein Nachfeuerungsbrennstoffregelventil (12) Brennstoff (gasförmig, flüssig oder staubfö mig) und Verbrennungsluft über ein Verbrennungsluftgebläse zugegeben wird, in den Abhitzekessel (14), der Bestandteil einer konventionellen Dampfturbinenanlage (13) mit ein oder mehreren Druckstufen und eventuell Zwischenüberhitzern ist, die vereinfacht aus dem Abhitzekessel (14) einer bzw. mehreren Dampfturbinen (15) mit Dampfturbinengeneratoren (16), einem Kondensator (17), einer Kühlwasserpumpe (18), einem Kühlturm (19) und einer Speise wasserpumpe (20) besteht. Im Abhitzekessel erfolgt die Abscheidung und Sammlung von Kondensat, das in der Kondensatreinigung (21) aufbereitet wird und von der Kondensatpum pe (22) über die Kondensatleitung (25) zum Wärmetauscher (2) gefördert wird, um letztlich, wie bereits geschildert, in die Verbrennungsluft eingedüst zu werden.If the parabolic trough field is not in operation, the air from the second compressor stage ( 3 ) can be fed directly to the gas turbine combustion chamber ( 7 ) via a bypass valve ( 6 ). In front of and between or in which the absorber tubes ( 5 ), preheated condensate is injected several times via condensate injection control valves ( 26 ) in the heat exchanger ( 2 ) in order to keep the temperature in a sawtooth shape at a low level (see FIG. 2). The air-water vapor mixture flows from the parabolic troughs to the combustion chamber ( 7 ). In the combustion chamber ( 7 ) gas turbine fuel is supplied via a fuel control valve ( 8 ). The hot combustion gases flow from the combustion chamber ( 7 ) into the gas turbine ( 9 ), where they are expanded and power for driving the compressor stages ( 1 and 3 ), and also via a clutch ( 31 ), optionally also for a second compressor ( 32 ) and of course for the generator ( 10 ). The second compressor ( 32 ) is switched on if full performance is to be achieved despite the failure of solar or low-temperature heat. The air of the second compressor ( 32 ) is fed to the gas turbine combustion chamber ( 7 ) via a shut-off valve ( 33 ). The exhaust gases of the gas turbine (9) to flow through a secondary combustion chamber (11) into which it through an Nachfeuerungsbrennstoffregelventil (12) fuel (gas, liquid or staubfö mig) and combustion air is added via a combustion air blower, in the waste heat boiler (14) Part of a conventional steam turbine system ( 13 ) with one or more pressure stages and possibly reheaters, which is simplified from the waste heat boiler ( 14 ) of one or more steam turbines ( 15 ) with steam turbine generators ( 16 ), a condenser ( 17 ), a cooling water pump ( 18 ) , A cooling tower ( 19 ) and a feed water pump ( 20 ). In the waste heat boiler, the separation and collection of condensate takes place, which is processed in the condensate cleaning system ( 21 ) and conveyed from the condensate pump ( 22 ) via the condensate line ( 25 ) to the heat exchanger ( 2 ), and ultimately, as already described, into Combustion air to be injected.
Das weitgehend trockene Abgas verläßt den Abhitzekessel (14) und wird, wenn dies den Wirkungsgrad erhöht, von einem Saugzuggebläse (23) zum Schornstein (24) gefördert.The largely dry exhaust gas leaves the waste heat boiler ( 14 ) and, if this increases the efficiency, is conveyed to the chimney ( 24 ) by an induced draft fan ( 23 ).
Für die Gasturbine wird nach dem in Strömungsrichtung des Luft-Wasserdampfgemisches letzten Kondensateinspritzventil (26) ein Gemisch von Luft- und Wasserdampf zur Kühlung entnommen und über eine Gasturbinenkühlluftleitung (27) und ein Gasturbinenkühlluftventil (28) der Gasturbine zugeführt. Ist das Parabolrinnenfeld außer Betrieb, wird die Kühlluft direkt über das Bypaßventil (6) und das Gasturbinenkühlluftventil (28) zugeführt.For the gas turbine, after the last condensate injection valve ( 26 ) in the flow direction of the air-water vapor mixture, a mixture of air and water vapor is removed for cooling and fed to the gas turbine via a gas turbine cooling air line ( 27 ) and a gas turbine cooling air valve ( 28 ). If the parabolic trough field is out of operation, the cooling air is fed directly via the bypass valve ( 6 ) and the gas turbine cooling air valve ( 28 ).
11
1. Verdichterstufe des 1. Verdichters
1st compressor stage of the 1st compressor
22nd
Zwischenkühler
Intercooler
33rd
2. Verdichterstufe des 1. Verdichters
2nd compressor stage of the 1st compressor
44th
Solarparabolrinne
Solar parabolic trough
55
Absorberrohr
Absorber tube
66
Bypassventil für verdichtete Luft
Bypass valve for compressed air
77
Gasturbinenbrennkammer
Gas turbine combustion chamber
88th
Brennstoffregelventil
Fuel control valve
99
Gasturbine
Gas turbine
1010th
Gasturbinengenerator
Gas turbine generator
1111
Nachfeuerung
Re-firing
1212th
Nachfeuerungsbrennstoffregelventil
Refueling fuel control valve
1313
Wasser-Dampfkreislauf (vereinfacht)
Water-steam cycle (simplified)
1414
Abhitzedampferzeuger
Heat recovery steam generator
1515
Dampfturbine (stellvertretend für mehrere Dampfturbinen auf verschiedenen
Druckstufen)
Steam turbine (representative of several steam turbines at different pressure levels)
1616
Dampfturbinengenerator
Steam turbine generator
1717th
Kondensator
capacitor
1818th
Kühlwasserpumpe
Cooling water pump
1919th
Kühlturm
Cooling tower
2020th
Speisewasserpumpe(n)
Feed water pump (s)
2121
Kondensatreinigung
Condensate cleaning
2222
Kondensatpumpe
Condensate pump
2323
Saugzuggebläse
Induced draft fan
2424th
Schornstein
chimney
2525th
Kondensatleitung
Condensate line
2626
Kondensateinspritzregelventil
Condensate injection control valve
2727
Gasturbinenkühlluftleitung
Gas turbine cooling air line
2828
Gasturbinenkühlluftregelventil
Gas turbine cooling air control valve
2929
Luft für Stabilisierungsflamme
Air for stabilizing flame
3030th
Regelventil für Luft für Stabilisierungsflamme
Air control valve for stabilizing flame
3131
Kupplung für 2. Verdichter
Coupling for 2nd compressor
3232
2. Verdichter
2. Compressor
3333
Absperrventil
Shut-off valve
Claims (13)
- a) Es wird nur geringfügig mehr Verbrennungsluft verdichtet, als zur stöchio metrischen Verbrennung des Gasturbinenbrennstoffes erforderlich ist;
- b) nach dieser Verdichtung und/oder während der Zufuhr von Solar- und/oder Niedertemperaturwärme wird Kondensat und/oder Wasser in die verdichtete Verbrennungsluft eingespritzt und verdampft, so daß das Luft-Wasserdampf Gemisch einen möglichst niedrigen Temperaturverlauf annimmt, der durch die Sattdampftemperatur entsprechend dem zunehmenden Partialdruck des Wasser dampfes in der verdichteten Luft bestimmt wird, und so einen möglichst hohen Wärmeeintrag bei niedriger Temperatur ermöglicht;
- c) nachdem soviel Wasser und/oder Kondensat eingespritzt wurde, daß der Luft- Wasserdampf Massenstrom ausreicht, bei nahezu stöchiometrischer Verbren nung die zulässige Gasturbineneintrittstemperatur einzuhalten, erfolgt eine Vorwärmung des Gemisches aus verdichteter Verbrennungsluft und Wasser dampf durch Solarwärme und/oder Niedertemperaturwärme auf eine Tempera tur über die dem Wasserdampfpartialdruck entsprechende Sattdampftemperatur;
- d) bei plötzlichem Ausfall der Wärmezufuhr in den Verfahrensschritten b) und c) wird die Gasturbineneintrittstemperatur durch Verminderung der Ein spritzung von Kondensat und/oder Wasser und Erhöhung der Luftzufuhr und damit des Luftüberschusses geregelt.
- a) Only slightly more combustion air is compressed than is required for the stoichiometric combustion of the gas turbine fuel;
- b) after this compression and / or during the supply of solar and / or low-temperature heat, condensate and / or water is injected and evaporated into the compressed combustion air, so that the air-water vapor mixture assumes the lowest possible temperature profile, which corresponds to the saturated steam temperature the increasing partial pressure of the water vapor in the compressed air is determined, thus allowing the highest possible heat input at low temperature;
- c) after so much water and / or condensate has been injected that the air-water vapor mass flow is sufficient to adhere to the permissible gas turbine inlet temperature at almost stoichiometric combustion, the mixture of compressed combustion air and water vapor is preheated by solar heat and / or low-temperature heat to a tempera tur over the saturated steam temperature corresponding to the water vapor partial pressure;
- d) in the event of sudden loss of heat in process steps b) and c) the gas turbine inlet temperature is regulated by reducing the injection of condensate and / or water and increasing the air supply and thus the excess air.
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