DE19807940A1 - Pressurised, pulverised coal fired gas-turbine plant - Google Patents
Pressurised, pulverised coal fired gas-turbine plantInfo
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- F02C7/052—Air intakes for gas-turbine plants or jet-propulsion plants having provisions for obviating the penetration of damaging objects or particles with dust-separation devices
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Gasturbinenanlage mit ei ner mit Kohle als Brennstoff betreibbaren Gasturbine, der eine Brennkammer vorgeschaltet ist. Sie betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Gasturbinenanlage.The invention relates to a gas turbine system with egg ner gas turbine that can be operated with coal, the a combustion chamber is connected upstream. It continues to affect one Method for operating such a gas turbine plant.
Eine Gasturbinenanlage wird üblicherweise zur Erzeugung elek trischer Energie eingesetzt. Dabei wird der Energieinhalt ei nes Brennstoffes zur Erzeugung einer Rotationsbewegung einer Turbinenwelle genutzt, die wiederum einen Generator oder eine Arbeitsmaschine antreibt. Beim Betrieb der Gasturbinenanlage wird üblicherweise Umgebungsluft angesaugt und in einem der Gasturbine zugeordneten Verdichter auf einen hohen Druck ver dichtet. Der größte Anteil der verdichteten Luft gelangt in eine oder mehrere Brennkammern und wird dort zur Verbrennung des Brennstoffs eingesetzt. Das dort entstehende Verbren nungsgas wird sodann der Gasturbine zugeführt.A gas turbine system is usually used to generate electricity trical energy used. The energy content is Nes fuel for generating a rotational movement of a Turbine shaft used, which in turn a generator or a Machine drives. When operating the gas turbine plant ambient air is usually sucked in and in one of the Compressor assigned to the gas turbine at a high pressure seals. Most of the compressed air gets into one or more combustion chambers and is there for combustion of the fuel used. The burning there Gas is then fed to the gas turbine.
Die Gasturbine einer Gasturbinenanlage kann für den Betrieb mit Kohle ausgelegt sein. Bei einer derartigen Gasturbine kann eine Druckkohlenstaubfeuerung oder auch eine Druckwir belschichtfeuerung vorgesehen sein. Bei der Druckkohlenstaub feuerung wird als Brennstoff für die Gasturbine vorgesehene pulverisierte Kohle unter einem Druck von beispielsweise 16 bar verbrannt. Damit können Eintrittstemperaturen des Ar beitsmediums in die Gasturbine von mehr als 1300 °C erreicht werden. Bei der Druckwirbelschichtfeuerung hingegen wird Kohle in gebrochener, körniger (crushed) Form als Brennstoff für die Gasturbine eingesetzt. Hierbei ist auch eine Verwen dung minderwertiger Kohlearten möglich. Um den autarken Brennprozeß der Kohle in der Wirbelschichtfeuerung aufrecht zuerhalten, ist es hierbei erforderlich, die Temperatur auf einen Bereich, in dem die in der Kohle enthaltene Asche nicht schmelzflüssig wird, zu begrenzen. Deswegen wird aus der Brennkammer während des Verbrennungsprozesses ständig eine gewisse Wärmemenge ausgekoppelt. Mit diesem Verfahren sind Eintrittstemperaturen des Arbeitsmediums in die Gasturbine beispielsweise im Bereich von 850 bis 1000 °C möglich.The gas turbine of a gas turbine plant can be used for operation be lined with coal. With such a gas turbine can be a charcoal dust burner or a pressure wir can be provided. In the case of compressed carbon dust Firing is provided as fuel for the gas turbine pulverized coal under a pressure of e.g. 16 burned in cash. This allows the Ar beitsmediums in the gas turbine of more than 1300 ° C reached become. In contrast, in the case of pressure fluidized bed firing Coal in crushed, crushed form as fuel used for the gas turbine. There is also a use here inferior types of coal possible. To the self-sufficient Burning process of coal in the fluidized bed furnace upright to maintain, it is necessary to raise the temperature an area where the ashes contained in the coal are not becomes molten, limit. That's why the Combustion chamber constantly during the combustion process certain amount of heat is extracted. Are using this procedure Entry temperatures of the working medium in the gas turbine for example in the range of 850 to 1000 ° C possible.
Für einen langfristigen, wartungsfreundlichen und kostengün stigen Betrieb einer kohlegefeuerten Gasturbinenanlage ist eine Reinhaltung des in die Gasturbine gelangenden Arbeits mediums unabdingbar. Denn Verunreinigungen des Arbeitsmedi ums, beispielsweise Schlacke und/oder Staub sowie Alkaliver bindungen, können zu mechanischen Schäden, zu Korrosion von Anlagenteilen oder auch zu Erosion und/oder Ablagerungen in der Gasturbine führen, womit ein hoher Wartungs- und Repara turaufwand verbunden und somit die Verfügbarkeit der Gastur binenanlage eingeschränkt ist.For a long-term, maintenance-friendly and cost-effective continuous operation of a coal-fired gas turbine plant keeping the work entering the gas turbine clean mediums indispensable. Because contamination of the working medium um, for example slag and / or dust and alkali bindings, can lead to mechanical damage, to corrosion of Parts of the plant or erosion and / or deposits in of the gas turbine, which means a high maintenance and repair connected to the door and therefore the availability of the restaurant line system is restricted.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gastur binenanlage der oben genannten Art anzugeben, bei der eine besonders zuverlässige Reinigung des in die Gasturbine strö menden Arbeitsmediums von Staub und/oder Schlacke gewährlei stet ist. Zudem soll ein Verfahren zum Betreiben einer derar tigen Gasturbinenanlage angegeben werden, mit dem feste und/oder flüssige Bestandteile des Arbeitsmediums besonders zuverlässig von gasförmigen Bestandteilen des Arbeitsmediums getrennt werden.The invention is therefore based on the object of a gastur line system of the type mentioned above, in which one particularly reliable cleaning of the flow into the gas turbine guarantee working medium of dust and / or slag is steady. In addition, a method for operating a derar term gas turbine plant can be specified with the fixed and / or liquid components of the working medium especially reliable of gaseous components of the working medium be separated.
Diese Aufgabe wird für eine Gasturbinenanlage der oben ge nannten Art erfindungsgemäß gelöst, indem zwischen die Brenn kammer und die Gasturbine eine Abscheideeinrichtung mit einem Rotor geschaltet ist, der mit Mitteln zum Übertragen seiner Rotationsbewegung auf ein ihn umströmendes Medium versehen ist.This task is for a gas turbine plant of the above ge named type solved according to the invention by between the focal chamber and the gas turbine with a separator Rotor is connected, which has means for transmitting its Provide rotational movement on a medium flowing around it is.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß eine mit Kohle als Brennstoff betreibbare Gasturbinenanlage eine be sonders zuverlässige Reinigung des in die Gasturbine strömen den Arbeitsmediums gewährleistet, indem der Eintritt fester und/oder flüssiger Bestandteile des Arbeitsmediums in die Gasturbine besonders zuverlässig vermieden ist. Dies ist ge geben, wenn zwischen die Gasturbine und die Brennkammer eine Abscheideeinrichtung geschaltet ist. Dabei sollte ein beson ders hoher Wirkungsgrad der Gasturbinenanlage gewährleistet sein. Deswegen sollte die Abscheideeinrichtung so ausgelegt sein, daß mit der Reinigung des Arbeitsmediums ein möglichst geringer Wärmeverlust des Arbeitsmediums verbunden ist. Dazu ist eine Abscheidung nach dem Zentrifugalprinzip besonders geeignet. Die Abscheideeinrichtung umfaßt daher einen Rotor. Der Rotor ist dabei so ausgebildet, daß durch seine Rotati onsbewegung feste und/oder flüssige Bestandteile des Arbeits mediums durch die Zentrifugalwirkung an die Innenwand des Ge häuses der Abscheideeinrichtung geschleudert werden. Dort können sie dann durch Öffnungen in der Wand des Gehäuses der Abscheideeinrichtung aus dem Arbeitsmedium abgezogen werden.The invention is based on the consideration that one with Coal fuel-operated gas turbine plant a be particularly reliable cleaning of the flow into the gas turbine the working medium ensured by making the entry firmer and / or liquid components of the working medium in the Gas turbine is avoided particularly reliably. This is ge give if between the gas turbine and the combustion chamber Separator is switched. A special ensures high efficiency of the gas turbine system be. That is why the separator should be designed in this way be that with the cleaning of the working medium as possible low heat loss of the working medium is connected. To separation based on the centrifugal principle is special suitable. The separator therefore comprises a rotor. The rotor is designed so that its Rotati Solid and / or liquid components of the work medium due to the centrifugal effect on the inner wall of the Ge be thrown out of the separator. There you can then through openings in the wall of the housing Separation device are withdrawn from the working medium.
Vorteilhafterweise weist dabei die Oberfläche des Rotors als Mittel zum Übertragen der Rotationsbewegung eine Anzahl von Kanälen auf. Bei einer derartigen Ausgestaltung wird letzt endlich die Rotationsbewegung auf das Arbeitsmedium übertra gen. Dadurch ist eine besonders zuverlässige Trennung flüssi ger und/oder fester Bestandteile von gasförmigen Bestandtei len des Arbeitsmediums möglich. In einer weiteren oder alter nativen vorteilhaften Ausgestaltung umfaßt der Rotor zum Übertragen der Rotationsbewegung eine Anzahl von radial nach außen verlaufenden Rippen und/oder Umlenkschaufeln.The surface of the rotor advantageously has the Means for transmitting the rotational movement a number of Channels. With such a configuration, the last finally transfer the rotational movement to the working medium This makes a particularly reliable separation fluid ger and / or solid components of gaseous constituents len of the working medium possible. In another or old native advantageous embodiment includes the rotor for Transfer the rotational movement a number of times radially outside ribs and / or deflection blades.
Der Rotor der Abscheideeinrichtung ist vorteilhafterweise ro tationssymmetrisch ausgebildet und verjüngt sich entlang sei ner Rotationsachse. Der Rotor ist in der Abscheideeinrichtung dabei derart angeordnet, daß er sich entgegen der Hauptströ mungsrichtung des Arbeitsmediums verjüngt. Dadurch ist der Beitrag des Rotors zum Strömungswiderstand für das Arbeitsme dium besonders gering. The rotor of the separator is advantageously ro formed symmetrically and tapered along a rotation axis. The rotor is in the separator arranged in such a way that it opposes the main streams direction of the working medium tapers. This is the Contribution of the rotor to the flow resistance for the working dium particularly low.
Der Rotor der Abscheideeinrichtung ist vorteilhafterweise be heizbar. Dadurch ist beim Anfahren der Gasturbinenanlage eine Verklebung des noch kalten Filters mit Schlacke vermeidbar. Dies empfiehlt sich insbesondere beim Verfahren der Druckkoh lenstaubfeuerung, da flüssige Schlacke, die beispielsweise Temperaturen von über 1300 °C aufweist, den kalten Rotor der Abscheideeinrichtung verkleben kann.The rotor of the separator is advantageously be heated. This is a when starting the gas turbine plant Avoid sticking the still cold filter with slag. This is particularly recommended for the Druckkoh process Oil dust combustion, since liquid slag, for example Has temperatures of over 1300 ° C, the cold rotor of the Separator can stick.
Vorteilhafterweise ist der Rotor der Abscheideeinrichtung über die Turbinenwelle der Gasturbine antreibbar. Auf diese Weise ist die Drehbewegung der Gasturbine für die Drehbewe gung des Rotors nutzbar und ein zusätzlicher Antrieb kann entfallen.The rotor of the separating device is advantageously drivable via the turbine shaft of the gas turbine. To this Wise is the rotary motion of the gas turbine for the rotary motion tion of the rotor can be used and an additional drive can omitted.
Zusätzlich zu dem Filter mit dem Rotor ist vorteilhafterweise ein Alkali-Abscheider zwischen die Gasturbine und die Brenn kammer geschaltet. Denn Alkali-Anteile des Arbeitsmediums können Korrosionen der Gasturbinenanlage hervorrufen. Dies empfiehlt sich besonders bei Verbrennungstemperaturen der Kohle von über 1000 °C, also beim Verfahren der Druckkohlen staubbefeuerung.In addition to the filter with the rotor is advantageous an alkali separator between the gas turbine and the kiln chamber switched. Because alkali portions of the working medium can cause corrosion of the gas turbine system. This is particularly recommended at combustion temperatures of Coal of over 1000 ° C, i.e. when moving the pressure coal dust firing.
Die Gasturbinenanlage ist in vorteilhafter Weise besonders zum Einsatz in einer Gas- und Dampfturbinenanlage geeignet.The gas turbine plant is advantageously special suitable for use in a gas and steam turbine plant.
Bezüglich des Verfahrens zum Betreiben der Gasturbinenanlage wird die genannte Aufgabe gelöst, indem das der Gasturbine zuströmende Arbeitsmedium zur Abscheidung von festen und/oder flüssigen Bestandteilen im Abscheider in eine Rotationsbewe gung versetzt wird.Regarding the method for operating the gas turbine plant the stated task is solved by that of the gas turbine incoming working medium for the separation of solid and / or liquid components in the separator into a rotational movement supply is transferred.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson dere darin, daß durch die Zwischenschaltung einer einen Rotor aufweisenden Abscheideeinrichtung zwischen die Gasturbine und die Brennkammer die Gasturbinenanlage einen besonders gerin gen Wartungs- und Reparaturaufwand aufweist und eine beson ders hohe Reinheit des in die Gasturbine eintretenden Ar beitsmediums gewährleistet ist. Da das beschriebene Reini gungsprinzip nur mit geringen Wärmeverlusten des Arbeitsme diums verbunden ist, weist die Gasturbinenanlage einen beson ders hohen Wirkungsgrad auf.The advantages achieved with the invention are in particular the fact that through the interposition of a rotor having separator between the gas turbine and the combustion chamber the gas turbine plant a particularly low has maintenance and repair costs and a particular the high purity of the Ar entering the gas turbine beitsmediums is guaranteed. Since the described Reini principle with only low heat losses in the working area diums is connected, the gas turbine system has a special high efficiency.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeich nung näher erläutert. Darin zeigen:Embodiments of the invention are based on a drawing tion explained in more detail. In it show:
Fig. 1 schematisch eine Gas- und Dampfturbinenanlage mit einer Druckkohlenstaubfeuerung der Gasturbine, Fig. 1 shows schematically a combined cycle power plant with a pressurized pulverized coal combustion of the gas turbine,
Fig. 2 schematisch eine Abscheideeinrichtung mit einem Ro tor gemäß Fig. 1, Fig. 2 schematically shows a deposition apparatus with a Ro gate shown in FIG. 1,
Fig. 3 schematisch eine Dampfturbinenanlage, bei der nach dem Verfahren der Druckwirbelschichtfeuerung er zeugte Wärme für den Wasser-Dampf-Kreislauf ein setzbar ist. Fig. 3 schematically shows a steam turbine system in which he generated heat for the water-steam cycle can be set by the process of pressure fluidized bed combustion.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den selben Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are in all figures with the provided with the same reference numerals.
Die in Fig. 1 schematisch dargestellte Gas- und Dampfturbi nenanlage 2 umfaßt eine Gasturbinenanlage 2a und eine Dampf turbinenanlage 2b. Die Gasturbinenanlage 2a umfaßt eine Gasturbine 4 mit angekoppeltem Luftverdichter 6. Der Luftver dichter 6 ist eingangsseitig an eine Ansaugluftleitung 8 an geschlossen. Der Gasturbine 4 ist über eine Zufuhrleitung 9 eine Brennkammer 10 vorgeschaltet, die an eine Frischluftlei tung 12 des Luftverdichters 6 angeschlossen ist. In die Brennkammer 10 der Gasturbine 4 mündet eine für pulverisierte Kohle PK vorgesehene Brennstoffleitung 14. Die Gasturbine 4 und der Luftverdichter 6 sowie ein Generator 16 sitzen auf einer gemeinsamen Turbinenwelle 18. The gas and steam turbine system 2 shown schematically in FIG. 1 comprises a gas turbine system 2 a and a steam turbine system 2 b. The gas turbine plant 2 a comprises a gas turbine 4 with a coupled air compressor 6. The air compressor 6 is closed on the inlet side to an intake air line 8 . The gas turbine 4 is connected via a feed line 9 to a combustion chamber 10 , which is connected to a fresh air line 12 of the air compressor 6 . A fuel line 14 provided for pulverized coal PK opens into the combustion chamber 10 of the gas turbine 4. The gas turbine 4 and the air compressor 6 as well as a generator 16 sit on a common turbine shaft 18.
Die Dampfturbinenanlage 2b umfaßt eine Dampfturbine 20 mit angekoppeltem Generator 22 und in einem Wasser-Dampf-Kreis lauf 24 einen der Dampfturbine 20 nachgeschalteten Kondensa tor 26 sowie einen Abhitzedampferzeuger 28. Die Dampftur bine 20 besteht aus einer ersten Druckstufe oder einem Hoch druckteil 20a und einer zweiten Druckstufe oder einem Nieder druckteil 20b, die über eine gemeinsame Welle 30 den Genera tor 22 antreiben. Der Generator 22 ist derart ausgelegt, daß im Vollastbetrieb seine Leistung im Verhältnis von etwa 1 : 2 zu der Leistung des Generators 16 der Gasturbinenanlage 2a steht.The steam turbine system 2 b comprises a steam turbine 20 with a coupled generator 22 and in a water-steam circuit 24 one of the steam turbine 20 downstream capacitor 26 and a heat recovery steam generator 28. The steam door 20 consists of a first pressure stage or a high pressure part 20 a and a second pressure stage or a low pressure part 20 b, which drive the generator 22 via a common shaft 30 . The generator 22 is designed such that its power is at a ratio of about 1: 2 to the power of the generator 16 of the gas turbine system 2 a in full load operation.
Zum Zuführen von in der Gasturbine 4 entspanntem Arbeitsmit tel AM' oder Rauchgas in den Abhitzedampferzeuger 28 ist eine Abgasleitung 32 an einen Eingang 28a des Abhitzedampferzeu gers 28 angeschlossen. Das entspannte Arbeitsmittel AM' aus der Gasturbine 4 verläßt den Abhitzedampferzeuger 28 über dessen Ausgang 28b in Richtung auf einen nicht näher darge stellten Kamin.For supplying relaxed in the gas turbine 4 Arbeitsmit tel AM 'or flue gas in the heat recovery steam generator 28 , an exhaust pipe 32 is connected to an input 28 a of the heat recovery steam generator 28 . The relaxed working fluid AM 'from the gas turbine 4 leaves the heat recovery steam generator 28 via the outlet 28 b in the direction of a fireplace not shown Darge.
Der Abhitzedampferzeuger 28 umfaßt in einer ersten Druckstufe oder Hochdruckstufe des Wasser-Dampf-Kreislaufs 24 einen Hochdruckvorwärmer oder Economizer 34, der über eine Lei tung 38 an eine Hochdrucktrommel 40 angeschlossen ist. Die Hochdrucktrommel 40 ist mit einem im Abhitzedampferzeuger 28 angeordneten Hochdruckverdampfer 42 zur Bildung eines Wasser- Dampf-Umlaufs 44 verbunden. Zum Abführen von Frischdampf F ist die Hochdrucktrommel 40 an einen im Abhitzedampferzeu ger 28 angeordneten Hochdrucküberhitzer 46 angeschlossen. Dieser ist ausgangsseitig mit dem Dampfeinlaß 48 des Hoch druckteils 20a der Dampfturbine 20 verbunden.The heat recovery steam generator 28 comprises in a first pressure stage or high pressure stage of the water-steam circuit 24 a high pressure preheater or economizer 34 , the device 38 is connected via a line 38 to a high pressure drum 40 . The high-pressure drum 40 is connected to a high-pressure evaporator 42 arranged in the waste heat steam generator 28 to form a water-steam cycle 44 . To discharge live steam F, the high-pressure drum 40 is connected to a high-pressure superheater 46 arranged in the Abhitzedampferzeu ger 28 . This is connected on the output side to the steam inlet 48 of the high pressure part 20 a of the steam turbine 20 .
Der Dampfauslaß 50 des Hochdruckteils 20a der Dampfturbine 20 ist über eine Überströmleitung 52 mit dem Dampfeinlaß 54 des Niederdruckteils 20b der Dampfturbine 20 verbunden. Der Dampfauslaß 56 des Niederdruckteils 20b der Dampfturbine 20 ist über eine Dampfleitung 58 an den Kondensator 26 ange schlossen. Dieser ist über eine Speisewasserleitung 60, in die eine Speisewasserpumpe 62 und ein Speisewasserbehälter 64 geschaltet sind, mit dem Economizer 34 so verbunden, daß ein geschlossener Wasser-Dampf-Kreislauf 24 entsteht.The steam outlet 50 of the high pressure part 20 a of the steam turbine 20 is connected via an overflow line 52 to the steam inlet 54 of the low pressure part 20 b of the steam turbine 20 . The steam outlet 56 of the low pressure part 20 b of the steam turbine 20 is connected via a steam line 58 to the condenser 26 . This is connected to the economizer 34 via a feed water line 60 , into which a feed water pump 62 and a feed water container 64 are connected, so that a closed water-steam circuit 24 is formed.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 1 ist somit ledig lich die erste Druckstufe des Wasser-Dampf-Kreislaufs 24 de tailliert dargestellt. Im Abhitzedampferzeuger 28 können je doch noch weitere, nicht näher dargestellte Heizflächen ange ordnet sein, die jeweils einer Mittel- oder einer Nieder druckstufe des Wasser-Dampf-Kreislaufs 24 zugeordnet sind. Diese Heizflächen sind in geeigneter Weise mit dem Dampfein laß 54 des Niederdruckteils 20b der Dampfturbine 20 verbun den.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, the first pressure stage of the water-steam circuit 24 is shown in detail only in detail. In the heat recovery steam generator 28 may still further, not shown, heating surfaces are arranged, which are each assigned a medium or a low pressure level of the water-steam circuit 24 . These heating surfaces are in a suitable manner with the Dampfein let 54 of the low pressure part 20 b of the steam turbine 20 verbun.
Die Gasturbine 4 der Gas- und Dampfturbinenanlage 2 wird nach dem Verfahren der Druckkohlenstaubfeuerung (Pressurized Pulverized Coal Combustion) betrieben. Bei der Druckkohlen staubfeuerung wird Kohle unter Druck, beispielsweise 16 bar, verbrannt. Dies bedeutet, daß das die Brennkammer 10 verlas sende Arbeitsmedium AM Temperaturen von mehr als 1300 °C auf weist. Bei Temperaturen oberhalb von 1000 °C ist die in dem Arbeitsmedium AM enthaltene Asche meist schmelzflüssig und muß, bevor das Arbeitsmedium AM in die Gasturbine 4 gelangt, abgeschieden werden, um unerwünschte Ablagerungen und/oder Schäden an der Gasturbine 4 zu vermeiden. Auch weist das Ar beitsmedium aufgrund der hohen Verbrennungstemperaturen der Kohle Alkali-Anteile auf, die Korrosionen in der Gasturbine 4 verursachen können und somit nicht in die Gasturbine 4 gelan gen dürfen.The gas turbine 4 of the gas and steam turbine system 2 is operated according to the process of compressed coal dust combustion (Pressurized Pulverized Coal Combustion). In the case of compressed coal dust combustion, coal is burned under pressure, for example 16 bar. This means that the working medium AM leaving the combustion chamber 10 has temperatures of more than 1300 ° C. At temperatures above 1000 ° C, the ash contained in the working medium AM is usually molten and must, before the working medium AM enters the gas turbine 4 can be deposited to undesirable deposits and / or to prevent damage to the gas turbine. 4 Also, the Ar beitsmedium due to the high combustion temperatures of the coal alkali components, which can cause corrosion in the gas turbine 4 and thus must not gelan conditions in the gas turbine 4 .
Die Gasturbinenanlage 2a ist daher für eine besonders zuver lässige Reinigung des der Gasturbine 4 zuzuführenden Arbeits mediums AM ausgelegt. Dazu ist in die die Brennkammer 10 und die Gasturbine 4 verbindende Zufuhrleitung 9 eine Abscheide einrichtung 68 geschaltet.The gas turbine system 2 a is therefore designed for a particularly reliable cleaning of the working medium AM to be supplied to the gas turbine 4 . For this purpose, a separating device 68 is connected to the supply line 9 connecting the combustion chamber 10 and the gas turbine 4 .
Die Abscheideeinrichtung 68 ist schematisch im Schnitt in Fig. 2 dargestellt und umfaßt ein Gehäuse 70, das sich trich terförmig nach unten hin verjüngt. In dem Gehäuse 70 ist ein Rotor 72 angeordnet, der in nicht näher dargestellter Weise über die Turbinenwelle 18 der Gasturbinenanlage 2a antreibbar ist. Der Rotor 72 ist rotationssymmetrisch zu seiner Rotati onsachse 74 ausgebildet und ist derart angeordnet, daß er sich entgegen der Hauptströmungsrichtung 76 des Arbeitsmedi ums AM verjüngt. Zum Übertragen der Rotationsbewegung auf das ihn umströmende Arbeitsmedium AM weist der Rotor 72 an seiner Oberfläche 78 eine Anzahl von Kanälen 80 auf. Alternativ kann als Mittel zum Übertragen der Rotationsbewegung auch eine An zahl von am Rotor 72 radial nach außen verlaufenden angeord neten Rippen und/oder Umlenkschaufeln vorgesehen sein.The separating device 68 is shown schematically in section in FIG. 2 and comprises a housing 70 which tapers downwards in the shape of a funnel. A rotor 72 is arranged in the housing 70 and can be driven in a manner not shown via the turbine shaft 18 of the gas turbine system 2 a. The rotor 72 is rotationally symmetrical to its rotation axis 74 and is arranged such that it tapers against the main flow direction 76 of the working medium around the AM. To transmit the rotational movement to the working medium AM flowing around it, the rotor 72 has a number of channels 80 on its surface 78 . Alternatively, a number of radially outwardly extending ribs and / or deflection vanes on the rotor 72 can also be provided as a means for transmitting the rotational movement.
Im Bereich von dem der Gasturbine 4 zugewandten Ende 72a des Rotors 72 sind oberhalb und unterhalb des Gehäuses 70 jeweils ein Schlacke- und/oder Staubabzug 82, 84 angeordnet. Die Schlacke- und/oder Staubabzüge 82, 84 sind dabei mit dem In nenraum 85 des Gehäuses 70 über Öffnungen 86 in der Wand des Gehäuses 70 verbunden.In the area of the end 72 a of the rotor 72 facing the gas turbine 4 , a slag and / or dust extraction device 82 , 84 is arranged above and below the housing 70 . The slag and / or dust deductions 82 , 84 are connected to the inner space 85 of the housing 70 via openings 86 in the wall of the housing 70 .
Der Rotor 72 ist beheizbar über eine Heizung, die in Fig. 2 nicht näher dargestellt ist. Durch die Beheizung des Ro tors 72 kann ein Verkleben der kalten Abscheideeinrichtung beim Anfahren der Gasturbinenanlage 2a verhindert werden. Beim Verfahren der Druckkohlenstaubfeuerung ist nämlich im Arbeitsmedium AM flüssige Schlacke enthalten, die eine Tempe ratur von mehr als 1300 °C aufweisen kann.The rotor 72 can be heated by a heater, which is not shown in FIG. 2. By heating the rotor 72 , the cold separating device can be prevented from sticking together when the gas turbine system 2 a is started up. In the process of compressed coal dust combustion, liquid slag is contained in the working medium AM, which can have a temperature of more than 1300 ° C.
Die Abscheideeinrichtung 68 der Gas- und Dampfturbinenan lage 2 hat die Aufgabe, die festen und/oder flüssigen Be standteile des Arbeitsmediums AM von den gasförmigen Bestand teilen des Arbeitsmediums AM zu trennen. Beim Betrieb der Ab scheideeinrichtung 68 führt der Rotor 72 eine Rotationsbewe gung aus. Diese Rotationsbewegung überträgt sich auf das den Rotor 72 umströmende Arbeitsmedium AM. Dabei werden aufgrund der Zentrifugalwirkung die flüssigen und/oder festen Bestand teile des Arbeitsmediums AM an die Innenwand des Gehäuses 70 der Abscheideeinrichtung 68 gelenkt. Von dort gelangen sie durch Öffnungen 86 in der Wand des Gehäuses 70 in den Schlacke- und/oder Staubabzug 82. Flüssige und feste Bestand teile des Arbeitsmediums AM können auch an der Innenwand des Gehäuses 70 zum Boden des Gehäuses fließen, wo sie dann durch eine Öffnung 86 in der Wand des Gehäuses 70 in den Schlacke- und/oder Staubabzug 84 gelangen. Der gasförmige Bestandteil des Arbeitsmediums AM gelangt zuverlässig gereinigt in die Gasturbine 4. Durch die Abscheideeinrichtung 68 ist somit si chergestellt, daß das der Gasturbine 4 zuströmende Arbeitsme dium AM besonders hohe Anforderungen an die Reinheit erfüllt.The separator 68 of the gas and steam turbine plant 2 has the task of separating the solid and / or liquid components of the working medium AM from the gaseous components of the working medium AM. During operation of the separator 68 , the rotor 72 performs a rotational movement. This rotational movement is transferred to the working medium AM flowing around the rotor 72 . Due to the centrifugal action, the liquid and / or solid components of the working medium AM are directed to the inner wall of the housing 70 of the separating device 68 . From there they get through openings 86 in the wall of the housing 70 in the slag and / or dust extraction 82. Liquid and solid components of the working medium AM can also flow on the inner wall of the housing 70 to the bottom of the housing, where they then through a Open opening 86 in the wall of the housing 70 in the slag and / or dust extraction 84 . The gaseous component of the working medium AM reaches the gas turbine 4 in a reliably cleaned manner. The separating device 68 thus ensures that the working medium AM flowing into the gas turbine 4 fulfills particularly high purity requirements.
Für die spezifischen Anforderungen der Gas- und Dampfturbi nenanlage 2 gemäß Fig. 1 ist der Abscheideeinrichtung 68 zu dem noch ein Alkaliabscheider 87 nachgeschaltet, der eine na hezu vollständige Entfernung von Alkali-Bestandteilen aus dem Arbeitsmedium AM bewirkt. Aufgrund der hohen Verbrennungstem peraturen der Kohle beim Verfahren der Druckkohlenstaubfeue rung weist nämlich das Arbeitsmedium AM Alkali-Bestandteile auf. Diese können Korrosionen in der Gasturbine 4 verursachen und dürfen somit nicht in die Gasturbine 4 gelangen.For the specific requirements of the gas and steam turbine plant 2 according to FIG. 1, the separating device 68 is followed by an alkali separator 87 , which brings about an almost complete removal of alkali constituents from the working medium AM. Because of the high combustion temperatures of the coal in the process of compressed coal dust combustion, the working medium AM contains alkali components. These can cause corrosion in the gas turbine 4 and therefore must not get into the gas turbine 4 .
Die mit der Abscheideeinrichtung 68 ausgerüstete Gasturbinen anlage 2a eignet sich besonders zum Einsatz in der Gas- und Dampfturbinenanlage 2. Sie kann aber auch, wie in Fig. 3 dargestellt, in einer Dampfturbinenanlage 88 eingesetzt wer den, bei der nach dem Verfahren der Druckwirbelschichtfeue rung erzeugte Wärme für den Wasser-Dampf-Kreislauf einsetzbar ist.The gas turbine plant 2 a equipped with the separating device 68 is particularly suitable for use in the gas and steam turbine plant 2. However, as shown in FIG. 3, it can also be used in a steam turbine plant 88 in which the fluidized bed fire method is used heat generated for the water-steam cycle can be used.
Der Dampfturbinenanlage 88 ist eine Gasturbinenanlage 90 in der Weise zugeordnet, daß aus einer nach dem Verfahren der Druckwirbelschichtfeuerung gefeuerten Brennkammer 91 der Gasturbinenanlage 90 Wärme für den Wasser-Dampf-Kreislauf auskoppelbar ist. Die Dampfturbinenanlage 88 umfaßt eine Dampfturbine 92 mit angekoppeltem Generator 94 und in einem Wasser-Dampf-Kreislauf 96 einen der Dampfturbine 92 nachge schalteten Kondensator 98. Die Dampfturbine 92 besteht aus einer ersten Druckstufe oder einem Hochdruckteil 92a und ei ner weiteren Stufe mit einem Mitteldruck- und einem Nieder druckteil 92b, die über eine gemeinsame Welle 100 den Genera tor 94 antreiben.The steam turbine system 88 is associated with a gas turbine system 90 in such a way that heat for the water-steam cycle can be extracted from a combustion chamber 91 of the gas turbine system 90 which is fired by the pressure fluidized bed combustion method. The steam turbine system 88 comprises a steam turbine 92 with a coupled generator 94 and in a water-steam circuit 96 one of the steam turbine 92 downstream capacitor 98. The steam turbine 92 consists of a first pressure stage or a high-pressure part 92 a and egg ner stage with a medium pressure - And a low pressure part 92 b, the generator 94 drive a common shaft 100 .
Der Dampfauslaß 102 des Hochdruckteils 92a der Dampftur bine 92 ist über eine Überströmleitung 104 mit dem Dampfein laß 106 des Mittel- und Niederdruckteils 92b der Dampftur bine 92 verbunden. Der Dampfauslaß 108 des Mittel- und Nie derdruckteils 92b der Dampfturbine 92 ist über eine Dampflei tung 110 an den Kondensator 98 angeschlossen. Dieser ist über eine Speisewasserleitung 112, in die ein Speisewasserbehäl ter 114 und eine Speisewasserpumpe 116 geschaltet sind, mit einem Wärmetauscher 118 verbunden. Der Wärmetauscher 118 ist ausgangsseitig über eine Leitung 120 mit dem Dampfeinlaß 122 des Hochdruckteils 92a der Dampfturbine 92 verbunden. In die Leitung 120 ist sekundärseitig als Verdampfer ein in der Brennkammer 91 angeordneter Wärmetauscher 123 geschaltet, so daß ein geschlossener Wasser-Dampf-Kreislauf 96 entsteht.The steam outlet 102 of the high pressure part 92 a of the steam door bine 92 is connected via an overflow line 104 with the Dampfein let 106 of the medium and low pressure part 92 b of the steam door bine 92 . The steam outlet 108 of the medium and low pressure part 92 b of the steam turbine 92 is connected via a steam line 110 to the condenser 98 . This is connected to a heat exchanger 118 via a feed water line 112 , into which a feed water container 114 and a feed water pump 116 are connected. The heat exchanger 118 is connected on the outlet side via a line 120 to the steam inlet 122 of the high-pressure part 92 a of the steam turbine 92 . A heat exchanger 123 arranged in the combustion chamber 91 is connected in the line 120 on the secondary side as an evaporator, so that a closed water-steam circuit 96 is formed.
Die Gasturbinenanlage 90 umfaßt eine Gasturbine 124 mit ange koppeltem Luftverdichter 126. Der Luftverdichter 126 ist ein gangsseitig an eine Ansaugluftleitung 128 angeschlossen. Über eine Frischluftleitung 130 ist die Brennkammer 91 an den Luftverdichter 126 angeschlossen. In die Brennkammer 91 mün det eine für gebrochene, körnige Kohle GK vorgesehene Brenn stoffleitung 134. Die Gasturbine 124 und der Luftverdich ter 126 sowie ein Generator 136 sitzen auf einer gemeinsamen Turbinenwelle 138. Der Generator 136 ist derart ausgelegt, daß im Vollastbetrieb seine Leistung in einem Verhältnis von etwa 1 : 4 zu der Leistung des Generators 94 der Dampfturbinen anlage steht.The gas turbine system 90 comprises a gas turbine 124 with an attached air compressor 126. The air compressor 126 is connected on the inlet side to an intake air line 128 . The combustion chamber 91 is connected to the air compressor 126 via a fresh air line 130 . In the combustion chamber 91 mün det provided for broken, granular coal GK fuel line 134. The gas turbine 124 and the air compressor 126 and a generator 136 sit on a common turbine shaft 138. The generator 136 is designed such that its performance in full load a ratio of about 1: 4 to the power of the generator 94 of the steam turbine system.
Das aus der Gasturbine 124 abströmende entspannte Arbeitsmit tel AM' oder Rauchgas ist zur Speisewasservorwärmung für die Dampfturbinenanlage 88 nutzbar. Dazu ist der Wärmetau scher 118 über aus der Gasturbine 124 abströmendes entspann tes Arbeitsmittel AM' beheizbar. Hierfür ist die Gastur bine 124 ausgangsseitig über eine Abgasleitung 140 mit dem Wärmetauscher 118 verbunden.The relaxed Arbeitsmit tel AM 'or flue gas flowing out of the gas turbine 124 can be used for preheating the steam turbine 88 . For this purpose, the heat exchanger 118 can be heated via relaxed working medium AM ′ flowing out of the gas turbine 124 . For this purpose, the gas turbine 124 is connected on the output side to the heat exchanger 118 via an exhaust line 140 .
Die Gasturbine 124 wird nach dem Verfahren der Druckwirbel schichtfeuerung (Pressurized Fluidized Bed Combustion) be trieben. Bei dieser Art von Befeuerung wird Kohle in gebro chener, körniger Form eingesetzt. Auf diese Weise sind auch niederwertige Brennstoffe verwendbar. Der autonome Verbren nungsprozeß der Kohle in der Wirbelschichtfeuerung kann nur dann aufrechterhalten werden, wenn im Verbrennungsraum Tempe raturen unter dem Ascheerweichungspunkt (850-1000 °C) herr schen. Deshalb wird mit einem Teil der Verbrennungswärme im Wärmetauscher 123 Dampf erzeugt, der der Dampfturbinenan lage 88 zugeführt wird.The gas turbine 124 is operated using the pressurized fluidized bed combustion method. This type of firing uses coal in broken, granular form. In this way, low-quality fuels can also be used. The autonomous combustion process of the coal in the fluidized bed furnace can only be maintained if temperatures in the combustion chamber are below the ash softening point (850-1000 ° C). Therefore, steam is generated with part of the heat of combustion in the heat exchanger 123 , which is supplied to the steam turbine system 88 .
Das bei der Ascheverbrennung entstehende Arbeitsmedium AM weist Staub und Kleinstpartikel auf, die nicht in die Gastur bine 124 gelangen sollen, da sie sonst dort Erosion und/oder funktionsstörende Ablagerungen verursachen können. Damit in die Gasturbine 124 von Staub besonders zuverlässig gereinig tes Arbeitsmedium AM gelangt, ist in die die Brennkammer 91 mit der Gasturbine 124 verbindende Leitung 144 - analog zur Ausgestaltung der Gasturbinenanlage 2a - eine Abscheideein richtung 146 geschaltet, die in ihrem Aufbau der Abscheide einrichtung 68 gleicht.The working medium AM created during the ashes combustion has dust and small particles that should not get into the gas turbine 124 , since otherwise they can cause erosion and / or functional disturbances. So that in the gas turbine 124 from dust cleans particularly reliable working medium AM, in the combustion chamber 91 with the gas turbine 124 connecting line 144 - analogous to the design of the gas turbine system 2 a - a separator device 146 is switched, the device in its construction of the separator 68 is like.
Eine besonders zuverlässige Reinigung des in die Gasturbine 4 bzw. 124 strömenden Arbeitsmediums AM ist jeweils durch die einen Rotor aufweisende Abscheideeinrichtung 68 bzw. 146 ge währleistet. Außerdem weisen aufgrund der besonders zuverläs sigen Reinigung des Arbeitsmediums AM jeweils die Gas- und Dampfturbinenanlage 2 und die Gasturbinenanlage 90 einen be sonders geringen Wartungs- und Reparaturaufwand auf.A particularly reliable cleaning of the working medium AM flowing into the gas turbine 4 or 124 is ensured in each case by the separating device 68 or 146 having a rotor. In addition, due to the particularly reliable cleaning of the working medium AM, the gas and steam turbine system 2 and the gas turbine system 90 each have a particularly low maintenance and repair effort.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE1998107940 DE19807940A1 (en) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | Pressurised, pulverised coal fired gas-turbine plant |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE1998107940 DE19807940A1 (en) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | Pressurised, pulverised coal fired gas-turbine plant |
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|---|---|
| DE19807940A1 true DE19807940A1 (en) | 1999-06-10 |
Family
ID=7858885
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE1998107940 Ceased DE19807940A1 (en) | 1998-02-25 | 1998-02-25 | Pressurised, pulverised coal fired gas-turbine plant |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19807940A1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2514704B2 (en) * | 1974-04-29 | 1978-12-07 | Carrier Corp., Syracuse, N.Y. (V.St.A.) | Centrifugal dust extractors |
| DE3144675A1 (en) * | 1981-11-10 | 1983-05-19 | MTU Motoren- und Turbinen-Union München GmbH, 8000 München | Method and device for the operation of a gas turbine |
-
1998
- 1998-02-25 DE DE1998107940 patent/DE19807940A1/en not_active Ceased
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE2514704B2 (en) * | 1974-04-29 | 1978-12-07 | Carrier Corp., Syracuse, N.Y. (V.St.A.) | Centrifugal dust extractors |
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