DE19832294C1 - Gas- und Dampfturbinenanlage - Google Patents

Abstract

Bei einer Gas- und Dampfturbinenanlage (1) mit einem der Gasturbine (2) rauchgasseitig nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger (30), dessen Heizflächen in den Wasser-Dampf-Kreislauf (24) der Dampfturbine (20) geschaltet sind, ist zur integrierten Vergasung eines fossilen Brennstoffs (B) der Brennkammer (6) der Gasturbine (2) eine Vergasungseinrichtung (132) vorgeschaltet. Der Vergasungseinrichtung (132) ist Sauerstoff (O¶2¶) aus einer Luftzerlegungsanlage (138) zuführbar. die ihrerseits eingangsseitig mit einem Teilstrom (T) von in einem der Gasturbine (2) zugeordneten Luftverdichter (4) verdichteter Luft beaufschlagbar ist. Bei einer derartigen Gas- und Dampfturbinenanlage (1) soll unabhängig vom zugrundegelegten Integrationskonzept bei allen Betriebszuständen eine zuverlässige Kühlung der Entnahmeluft bei besonders einfacher Bauweise gewährleistet sein. Dazu ist erfindungsgemäß zur Kühlung des Teilstroms (T) verdichteter Luft in eine den Luftverdichter (4) mit der Luftzerlegungsanlage (138) verbindende Entnahmeluftleitung (140) primärseitig ein Wärmetauscher (162) geschaltet, der sekundärseitig zur Bildung eines Verdampferumlaufs (163) für ein Strömungsmedium (S') an eine Wasser-Dampf-Trommel (164) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gas- und Dampfturbinenanlage mit einem der Gasturbine rauchgasseitig nachgeschalteten Abhitze­ dampferzeuger, dessen Heizflächen in den Wasser-Dampf- Kreislauf der Dampfturbine geschaltet sind, und mit einer der Brennkammer der Gasturbine vorgeschalteten Vergasungseinrich­ tung für Brennstoff.

Eine Gas- und Dampfturbinenanlage mit integrierter Vergasung von fossilem Brennstoff umfaßt üblicherweise eine Vergasungs­ einrichtung für den Brennstoff, die ausgangsseitig über eine Anzahl von zur Gasreinigung vorgesehenen Komponenten mit der Brennkammer der Gasturbine verbunden ist. Der Gasturbine kann dabei rauchgasseitig ein Abhitzedampferzeuger nachgeschaltet sein, dessen Heizflächen in den Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine geschaltet sind. Eine derartige Anlage ist bei­ spielsweise aus der GB-A 2 234 984 bekannt.

Weiterhin ist aus der DE 33 31 152 A1 ein Verfahren zum Betrieb einer eine Brennstoffvergasungsanlage aufweisenden Gasturbi­ nenanlage bekannt, bei dem die in einer Luftzerlegungsanlage anfallende sauerstoffarme Luft dem einer Brennstoffverga­ sungsanlage gelieferten mittelkalorischen Brenngas beige­ mischt wird und das niederkalorische Brenngas-Luft-Gemisch der Brennkammer der Gasturbinenanlage zugeführt wird. Dabei versorgt der Verdichter der Gasturbinenanlage außer der Brennkammer auch die Luftzerlegungsanlage mit Luft. Aus der US 4,677,829 und der US 4,697,415 ist es bekannt, verdichtete Luft aus einem Luftverdichter mit Hilfe von Wärmetauschern zu kühlen.

Für eine zuverlässige Reinigung des vergasten fossilen Brenn­ stoffs ist bei dieser Anlage eine Vorrichtung zur Entfernung schwefelhaltiger Bestandteile vorgesehen. Dieser Vorrichtung ist in einer in die Brennkammer mündenden Zuführungsleitung für den vergasten Brennstoff ein Sättiger nachgeschaltet, in dem der vergaste Brennstoff zur Reduktion des Schadstoffaus­ stoßes mit Wasserdampf beladen wird. Dazu durchströmt der vergaste Brennstoff den Sättiger im Gegenstrom zu einem Was­ serstrom, der in einem als Sättigerkreislauf bezeichneten Wasserkreislauf geführt ist. Für einen besonders hohen Wir­ kungsgrad ist dabei eine Einkopplung von Wärme aus dem Was­ ser-Dampf-Kreislauf in den Sättigerkreislauf vorgesehen.

Der Vergasungseinrichtung einer derartigen Gas- und Dampftur­ binenanlage ist zusätzlich zu dem fossilen Brennstoff auch der zur Vergasung des Brennstoffs erforderliche Sauerstoff zuführbar. Zur Gewinnung dieses Sauerstoffs aus Luft ist üb­ licherweise eine der Vergasungseinrichtung vorgeschaltete Luftzerlegungsanlage vorgesehen. Die Luftzerlegungsanlage kann dabei mit einem auch als Entnahmeluft bezeichneten Teil­ strom von in einem der Gasturbine zugeordneten Luftverdichter verdichteter Luft beaufschlagt sein.

Infolge des Verdichtungsprozesses weist die aus dem Verdich­ ter abströmende Luft ein vergleichsweise hohes Temperaturni­ veau auf. Deshalb ist üblicherweise eine Abkühlung des auch als Entnahmeluft bezeichneten Teilstroms der verdichteten Luft vor dessen Eintritt in die Luftzerlegungsanlage erfor­ derlich. Die der Entnahmeluft dabei entzogene Wärme wird üb­ licherweise zur Wärmerückgewinnung und somit zur Erzielung eines hohen Anlagenwirkungsgrades auf den Sättigerkreislauf übertragen. Je nach Betriebszustand der Anlage ist bei einer derartigen Auslegung dann nur noch eine Restkühlung der Ent­ nahmeluft vor ihrem Eintritt in die Luftzerlegungsanlage mit­ tels Kühlwasser erforderlich.

Ein derartiges Konzept zur Kühlung der Entnahmeluft setzt je­ doch voraus, daß das Wärmeangebot bei der Luftkühlung und der Wärmebedarf im Sättigerkreislauf hinreichend gut aufeinander abgestimmt sind. Eine derartige Entnahmeluftkühlung ist somit - abhängig vom Integrationskonzept, also abhängig von der Art der Luftversorgung für die Luftzerlegungsanlage und den dabei eingesetzten Komponenten - nicht universell einsetzbar und bei manchen Betriebszuständen der Gas- und Dampfturbinenanla­ ge nur bedingt zuverlässig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Gas- und Dampfturbinenanlage der oben genannten Art anzugeben, bei der unabhängig vom zugrundegelegten Integrationskonzept bei allen Betriebszuständen eine zuverlässige Kühlung der Entnahmeluft bei besonders einfacher Bauweise gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem zur Kühlung des Teilstroms verdichteter Luft in eine den Luftverdichter mit der Luftzerlegungsanlage verbindende Entnahmeluftleitung primärseitig ein Wärmetauscher geschaltet ist, der sekundär­ seitig zur Bildung eines Verdampferumlaufs für ein Strömungs­ medium an eine Wasser-Dampf-Trommel angeschlossen ist.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß für eine unabhängig vom Integrationskonzept und vom zu vergasenden Brennstoff einsetzbare und bei allen Betriebszuständen zuver­ lässige Entnahmeluftkühlung die der Entnahmeluft entzogene Wärme unabhängig von einem fest vorgegebenen Wärmebedarf ab­ führbar sein sollte. Die Entnahmeluftkühlung sollte somit von der Wärmezufuhr in den Sättigerkreislauf entkoppelt sein. Die Kühlung der Entnahmeluft erfolgt stattdessen durch Wärme­ tausch mit einem Strömungsmedium. Für eine besonders hohe be­ triebliche Stabilität bei einfacher Bauweise und für eine günstige Einkopplung der der Entnahmeluft entzogenen Wärme in den Anlagenprozeß ist dabei eine Verdampfung des Strömungsme­ diums vorgesehen, wobei der Wärmetauscher als Mitteldruckver­ dampfer ausgebildet ist.

Für eine besonders flexible und an verschiedene Betriebszu­ stände auf einfache Weise anpaßbare Kühlung der Entnahmeluft ist dem Wärmetauscher in der Entnahmeluftleitung vorteilhaf­ terweise ein weiterer sekundärseitig als Verdampfer für ein Strömungsmedium ausgebildeter Wärmetauscher nachgeschaltet, wobei der weitere Wärmetauscher als Niederdruckverdampfer ausgebildet ist.

Der als Mitteldruckverdampfer ausgebildete Wärmetauscher ist dabei zweckmäßigerweise strömungsmediumseitig mit einer einer Mitteldruckstufe der Dampfturbine zugeordneten Heizfläche im Abhitzedampferzeuger verbunden. Der als Niederdruckverdampfer ausgebildete Wärmetauscher kann in analoger Anordnung strö­ mungsmediumseitig mit einer einer Niederdruckstufe der Dampf­ turbine zugeordneten Heizflächen im Abhitzedampferzeuger ver­ bunden sein. Zweckmäßigerweise ist der als Niederdruckver­ dampfer ausgebildete Wärmetauscher jedoch strömungsmediumsei­ tig an einen Dampf-Nebenverbraucher, beispielsweise an die Vergasungseinrichtung oder an ein dieser nachgeschaltetes Sy­ stem zur Gasaufbereitung, angeschlossen. Bei einer derartigen Anordnung ist auf besonders einfache Weise eine zuverlässige Bespeisung des Nebenverbrauchers mit Prozeßdampf oder mit Heizdampf gewährleistet.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung ist der oder jeder Wärmetauscher sekundärseitig zur Bildung eines Verdampferum­ laufs jeweils an eine Wasser-Dampf-Trommel angeschlossen.

Der Verdampferumlauf kann dabei als Zwangsumlauf ausgebildet sein. In besonders vorteilhafter Ausgestaltung ist der jewei­ lige Verdampferumlauf jedoch als Naturumlauf ausgebildet, wo­ bei ein Umlauf des Strömungsmediums durch sich beim Verdamp­ fungsprozeß einstellende Druckdifferenzen und/oder durch die geodätische Anordnung von Verdampfer und Wasser-Dampf-Trommel gewährleistet ist. Bei einer derartigen Anordnung ist ledig­ lich eine vergleichsweise gering dimensionierte Umwälzpumpe zum Anfahren des Verdampferumlaufs erforderlich. Die jeweili­ ge Wasser-Dampf-Trommel ist dabei zweckmäßigerweise mit einer Anzahl der im Abhitzedampferzeuger angeordneten Heizflächen verbunden.

Dem Wärmetauscher ist in der Entnahmeluftleitung vorteilhaf­ terweise ein zusätzlicher Wärmetauscher nachgeschaltet, der sekundärseitig an einen dem Abhitzedampferzeuger zugeordneten Speisewasserbehälter angeschlossen ist. Mit einer derartigen Anordnung ist eine besonders günstige und vom Integrations­ konzept unabhängige Wärmeeinkopplung in den Sättigerkreislauf erreichbar. Die Wärmeeinkopplung in den Sättigerkreislauf kann dabei nämlich über einen Wärmetauscher erfolgen, der primärseitig von aus dem Speisewasserbehälter entnommenem vorgewärmtem Speisewasser durchströmbar ist. Das diesen Wär­ metauscher verlassende, durch die Wärmeeinkopplung in den Sättigerkreislauf abgekühlte Speisewasser ist dann dem in die Entnahmeluftleitung geschalteten zusätzlichen Wärmetauscher zuführbar, wo es sich durch die weitere Kühlung der Entnahme­ luft wieder aufwärmt. Eine Wärmeeinkopplung in den Sättiger­ kreislauf ist somit ohne größere Wärmeverluste im Speisewas­ ser erreichbar.

Für eine zuverlässige Schaufelkühlung der Gasturbine zweigt in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung von der Entnahmeluft­ leitung in Strömungsrichtung des Teilstroms gesehen nach dem Wärmetauscher bzw. nach den Wärmetauschern eine Kühlluftlei­ tung ab, über die der Gasturbine eine Teilmenge des gekühlten Teilstroms als Kühlluft zur Schaufelkühlung zuführbar ist.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesonde­ re darin, daß durch die Kühlung der Entnahmeluft in einer An­ zahl von als Verdampfer für ein Strömungsmedium ausgebildeten Wärmetauschern eine flexible Anpassung der Gas- und Dampftur­ binenanlage an unterschiedliche Integrationskonzepte bei Er­ zielung eines besonders hohen Anlagenwirkungsgrades ermög­ licht ist. Die Wärmeentnahme aus der Entnahmeluft über den als Verdampfer ausgebildeten Wärmetauscher ist dabei unabhän­ gig vom Wärmeeintrag in den Sättigerkreislauf. Die Gas- und Dampfturbinenanlage ist somit auch bei verschiedenen Be­ triebszuständen besonders zuverlässig einsetzbar. Weiterhin ermöglicht die Ausbildung der jeweiligen Wärmetauscher als Verdampfer eine besonders einfache Versorgung von Nebenver­ brauchern mit Prozeßdampf oder mit Heizdampf. Als ein derar­ tiger Nebenverbraucher kommt insbesondere die Vergasungsein­ richtung oder eine dieser nachgeschaltete Komponente zur Gas­ aufbereitung in Betracht. Aufgrund der vergleichsweise hohen Speicherkapazität des jeweiligen Verdampferumlaufs führen da­ bei auch schwankende Abnahmemengen an Prozeßdampf oder Heizdampf durch die jeweiligen Nebenverbraucher nicht zu be­ trieblichen Störungen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur schematisch eine Gas- und Dampfturbinenanlage.

Die Gas- und Dampfturbinenanlage 1 gemäß der Figur umfaßt ei­ ne Gasturbinenanlage 1a und eine Dampfturbinenanlage 1b. Die Gasturbinenanlage 1a umfaßt eine Gasturbine 2 mit angekoppel­ tem Luftverdichter 4 und eine der Gasturbine 2 vorgeschaltete Brennkammer 6, die an eine Druckluftleitung 8 des Verdichters 4 angeschlossen ist. Die Gasturbine 2 und der Luftverdichter 4 sowie ein Generator 10 sitzen auf einer gemeinsamen Welle 12.

Die Dampfturbinenanlage 1b umfaßt eine Dampfturbine 20 mit angekoppeltem Generator 22 und in einem Wasser-Dampf- Kreislauf 24 einen der Dampfturbine 20 nachgeschalteten Kon­ densator 26 sowie einen Abhitzedampferzeuger 30. Die Dampf­ turbine 20 besteht aus einer ersten Druckstufe oder einem Hochdruckteil 20a und einer zweiten Druckstufe oder einem Mitteldruckteil 20b sowie einer dritten Druckstufe oder einem Niederdruckteil 20c, die über eine gemeinsame Welle 32 den Generator 22 antreiben.

Zum Zuführen von in der Gasturbine 2 entspanntem Arbeitsmit­ tel AM oder Rauchgas in den Abhitzedampferzeuger 30 ist eine Abgasleitung 34 an einen Eingang 30a des Abhitzedampferzeu­ gers 30 angeschlossen. Das entspannte Arbeitsmittel AM aus der Gasturbine 2 verläßt den Abhitzedampferzeuger 30 über dessen Ausgang 30b in Richtung auf einen nicht näher darge­ stellten Kamin.

Der Abhitzedampferzeuger 30 umfaßt einen Kondensatvorwärmer 40, der eingangsseitig über eine Kondensatleitung 42, in die eine Kondensatpumpeneinheit 44 geschaltet ist, mit Kondensat K aus dem Kondensator 26 bespeisbar ist. Der Kondensatvorwär­ mer 40 ist ausgangsseitig über eine Leitung 45 an einen Spei­ sewasserbehälter 46 angeschlossen. Zur bedarfsweisen Umfüh­ rung des Kondensatvorwärmers 40 kann zudem die Kondensatlei­ tung 42 über eine nicht dargestellte Umführungsleitung direkt mit dem Speisewasserbehälter 46 verbunden sein. Der Speise­ wasserbehälter 46 ist über eine Leitung 47 an eine Hochdruck­ speisepumpe 48 mit Mitteldruckentnahme angeschlossen.

Die Hochdruckspeisepumpe 48 bringt das aus dem Speisewasser­ behälter 46 abströmende Speisewasser S auf ein für eine dem Hochdruckteil der Dampfturbine 20 zugeordnete Hochdruckstufe 50 des Wasser-Dampf-Kreislaufs 24 geeignetes Druckniveau. Das unter hohem Druck stehende Speisewasser S ist der Hochdruck­ stufe 50 über einen Speisewasservorwärmer 52 zuführbar, der ausgangsseitig über eine mit einem Ventil 54 absperrbare Speisewasserleitung 56 an eine Hochdrucktrommel 58 ange­ schlossen ist. Die Hochdrucktrommel 58 ist mit einem im Ab­ hitzedampferzeuger 30 angeordneten Hochdruckverdampfer 60 zur Bildung eines Wasser-Dampf-Umlaufs 62 verbunden. Zum Abführen von Frischdampf F ist die Hochdrucktrommel 58 an einen im Ab­ hitzedampferzeuger 30 angeordneten Hochdrucküberhitzer 64 an­ geschlossen, der ausgangsseitig mit dem Dampfeinlaß 66 des Hochdruckteils 20a der Dampfturbine 20 verbunden ist.

Der Dampfauslaß 68 des Hochdruckteils 20a der Dampfturbine 20 ist über einen Zwischenüberhitzer 70 an den Dampfeinlaß 72 des Mitteldruckteils 20b der Dampfturbine 20 angeschlossen. Dessen Dampfauslaß 74 ist über eine Überströmleitung 76 mit dem Dampfeinlaß 78 des Niederdruckteil 20c der Dampfturbine 20 verbunden. Der Dampfauslaß 80 des Niederdruckteils 20c der Dampfturbine 20 ist über eine Dampfleitung 82 an den Konden­ sator 26 angeschlossen, so daß ein geschlossener Wasser- Dampf-Kreislauf 24 entsteht.

Von der Hochdruckspeisepumpe 48 zweigt zudem an einer Entnah­ mestelle, an der das Kondensat K einen mittleren Druck er­ reicht hat, eine Zweigleitung 84 ab. Diese ist über einen weiteren Speisewasservorwärmer 86 oder Mitteldruck-Economizer mit einer dem Mitteldruckteil 20b der Dampfturbine 20 zuge­ ordneten Mitteldruckstufe 90 des Wasser-Dampf-Kreislaufs ver­ bunden. Der zweite Speisewasservorwärmer 86 ist dazu aus­ gangsseitig über eine mit einem Ventil 92 absperrbare Speise­ wasserleitung 94 an eine Mitteldrucktrommel 96 der Mittel­ druckstufe 90 angeschlossen. Die Mitteldrucktrommel 96 ist mit einer im Abhitzedampferzeuger 30 angeordneten, als Mit­ teldruckverdampfer ausgebildeten Heizfläche 98 zur Bildung eines Wasser-Dampf-Umlaufs 100 verbunden. Zum Abführen von Mitteldruck-Frischdampf F' ist die Mitteldrucktrommel 96 über eine Dampfleitung 102 an den Zwischenüberhitzer 70 und somit an den Dampfeinlaß 72 des Mitteldruckteils 20b der Dampftur­ bine 20 angeschlossen.

Von der Leitung 47 zweigt eine weitere, mit einer Nieder­ druckspeisepumpe 107 versehene und mit einem Ventil 108 ab­ sperrbare Leitung 110 ab, die an eine dem Niederdruckteil 20c der Dampfturbine 20 zugeordnete Niederdruckstufe 120 des Was­ ser-Dampf-Kreislaufs 24 angeschlossen ist. Die Niederdruck­ stufe 120 umfaßt eine Niederdrucktrommel 122, die mit einer im Abhitzedampferzeuger 30 angeordneten, als Niederdruckver­ dampfer ausgebildeten Heizfläche 124 zur Bildung eines Was­ ser-Dampf-Umlaufs 126 verbunden ist. Zum Abführen von Nieder­ druck-Frischdampf F" ist die Niederdrucktrommel 122 über ei­ ne Dampfleitung 128, in die ein Niederdrucküberhitzer 129 ge­ schaltet ist, an die Überströmleitung 76 angeschlossen. Der Wasser-Dampf-Kreislauf 24 der Gas- und Dampfturbinenanlage 1 umfaßt im Ausführungsbeispiel somit drei Druckstufen 50, 90, 120. Alternativ können aber auch weniger, insbesondere zwei, Druckstufen vorgesehen sein.

Die Gasturbinenanlage 1a ist für den Betrieb mit einem verga­ sten Synthesegas SG, das durch die Vergasung eines fossilen Brennstoffs B erzeugt wird, ausgelegt. Als Synthesegas kann beispielsweise vergaste Kohle oder vergastes Öl vorgesehen sein. Dazu ist die Brennkammer 6 der Gasturbine 2 eingangs­ seitig über eine Brennstoffleitung 130 an eine Vergasungsein­ richtung 132 angeschlossen. Der Vergasungseinrichtung 132 ist über ein Eintragssystem 134 Kohle oder Öl als fossiler Brenn­ stoff B zuführbar.

Zur Bereitstellung des für die Vergasung des fossilen Brenn­ stoffs B benötigten Sauerstoffs O₂ ist der Vergasungseinrich­ tung 132 über eine Sauerstoffleitung 136 eine Luftzerlegungs­ anlage 138 vorgeschaltet. Die Luftzerlegungsanlage 138 ist eingangsseitig mit einem Teilstrom T der im Luftverdichter 4 verdichteten Luft beaufschlagbar. Dazu ist die Luftzerle­ gungsanlage 138 eingangsseitig an eine Entnahmeluftleitung 140 angeschlossen, die an einer Zweigstelle 142 von der Druckluftleitung 8 abzweigt. In die Entnahmeluftleitung 140 mündet zudem eine weitere Luftleitung 143, in die ein zusätz­ licher Luftverdichter 144 geschaltet ist. Im Ausführungsbei­ spiel setzt sich somit der der Luftzerlegungsanlage 138 zu­ strömende gesamte Luftstrom L zusammen aus dem von der Druck­ luftleitung 8 abgezweigten Teilstrom T und aus dem vom zu­ sätzlichen Luftverdichter 144 geförderten Luftstrom. Ein der­ artiges Schaltungskonzept wird auch als teilintegriertes An­ lagenkonzept bezeichnet. In einer alternativen Ausgestaltung, dem sogenannten vollintegrierten Anlagenkonzept, kann die weitere Luftleitung 143 mitsamt dem zusätzlichen Luftverdich­ ter 144 auch entfallen, so daß die Bespeisung der Luftzerle­ gungsanlage 138 mit Luft vollständig über den der Druckluft­ leitung 8 entnommenen Teilstrom T erfolgt.

Der in der Luftzerlegungsanlage 138 bei der Zerlegung des Luftstroms L zusätzlich zum Sauerstoff O₂ gewonnene Stick­ stoff N₂ wird über eine an die Luftzerlegungsanlage 138 ange­ schlossene Stickstoffleitung 145 einer Mischvorrichtung 146 zugeführt und dort dem Synthesegas SG zugemischt. Die Misch­ vorrichtung 146 ist dabei für eine besonders gleichförmige und strähnenfreie Vermischung des Stickstoffs N₂ mit dem Syn­ thesegas SG ausgebildet.

Das von der Vergasungseinrichtung 132 abströmende Synthesegas SG gelangt über die Brennstoffleitung 130 zunächst in einen Rohgas-Abhitzedampferzeuger 147, in dem durch Wärmetausch mit einem Strömungsmedium eine Abkühlung des Synthesegases SG er­ folgt. Bei diesem Wärmetausch erzeugter Hochdruckdampf wird in nicht näher dargestellter Weise der Hochdruckstufe 50 des Wasser-Dampf-Kreislaufs 24 zugeführt.

In Strömungsrichtung des Synthesegases SG gesehen hinter dem Rohgas-Abhitzedampferzeuger 147 und vor der Mischvorrichtung 146 sind in die Brennstoffleitung 130 eine Entstaubungsein­ richtung 148 für das Synthesegas SG sowie eine Entschwefe­ lungsanlage 149 geschaltet. In alternativer Ausgestaltung kann anstelle der Enstaubungseinrichtung 148, insbesondere bei Vergasung von Öl als Brennstoff, auch eine Rußwäschevor­ richtung vorgesehen sein.

Für einen besonders geringen Schadstoffausstoß bei der Ver­ brennung des vergasten Brennstoffs in der Brennkammer 6 ist eine Beladung des vergasten Brennstoffs mit Wasserdampf vor Eintritt in die Brennkammer 6 vorgesehen. Diese kann in wär­ metechnisch besonders vorteilhafter Weise in einem Sättiger­ system erfolgen. Dazu ist in die Brennstoffleitung 130 ein Sättiger 150 geschaltet, in dem der vergaste Brennstoff im Gegenstrom zu aufgeheiztem Sättigerwasser geführt ist. Das Sättigerwasser zirkuliert dabei in einem an den Sättiger 150 angeschlossenen Sättigerkreislauf 152, in den eine Umwälzpum­ pe 154 sowie zur Vorheizung des Sättigerwassers ein Wärmetau­ scher 156 geschaltet sind. Der Wärmetauscher 156 ist dabei primärseitig mit vorgewärmtem Speisewasser aus der Mittel­ druckstufe 90 des Wasser-Dampf-Kreislaufs 24 beaufschlagt. Zum Ausgleich der bei der Sättigung des vergasten Brennstoffs auftretenden Verluste an Sättigerwasser ist an den Sättiger­ kreislauf 152 eine Einspeiseleitung 158 angeschlossen.

In Strömungsrichtung des Synthesegases SG gesehen hinter dem Sättiger 150 ist in die Brennstoffleitung 130 sekundärseitig ein als Rohgas-Reingas-Wärmetauscher wirkender Wärmetauscher 159 geschaltet. Der Wärmetauscher 159 ist dabei primärseitig an einer Stelle vor der Entstaubungsanlage 148 ebenfalls in die Brennstoffleitung 130 geschaltet, so daß das der Entstau­ bungsanlage 148 zuströmende Synthesegas SG einen Teil seiner Wärme auf das aus dem Sättiger 150 abströmende Synthesegas SG überträgt. Die Führung des Synthesegases SG über den Wärme­ tauscher 159 vor Eintritt in die Entschwefelungsanlage 149 kann dabei auch bei einem hinsichtlich der anderen Komponen­ ten abgeänderten Schaltungskonzept vorgesehen sein.

Zwischen den Sättiger 150 und den Wärmetauscher 159 ist in die Brennstoffleitung 130 sekundärseitig ein weiterer Wärme­ tauscher 160 geschaltet, der primärseitig speisewasserbeheizt oder auch dampfbeheizt sein kann. Durch den als Rohgas- Reingas-Wärmetauscher ausgebildeten Wärmetauscher 159 und den Wärmetauscher 160 ist dabei eine besonders zuverlässige Vor­ wärmung des der Brennkammer 6 der Gasturbine 2 zuströmenden Synthesegases SG auch bei verschiedenen Betriebszuständen der Gas- und Dampturbinenanlage 1 gewährleistet.

Zur bedarfsweisen Beaufschlagung des der Brennkammer 6 zu­ strömenden Synthesegases SG mit Dampf ist in die Brenn­ stoffleitung 130 zudem eine weitere Mischvorrichtung 161 ge­ schaltet, der Mitteldruck-Dampf über eine nicht näher darge­ stellte Dampfleitung zuführbar ist, insbesondere zur Siche­ rung eines zuverlässigen Gasturbinenbetriebs bei betriebli­ chen Störfällen.

Zur Kühlung des der Luftzerlegungsanlage 138 zuzuführenden, auch als Entnahmeluft bezeichneten Teilstroms T verdichteter Luft ist in die Entnahmeluftleitung 140 primärseitig ein Wär­ metauscher 162 geschaltet, der sekundärseitig als Mittel­ druckverdampfer für ein Strömungsmedium S' ausgebildet ist. Der Wärmetauscher 162 ist zur Bildung eines Verdampferumlaufs 163 mit einer als Mitteldrucktrommel ausgebildeten Wasser- Dampf-Trommel 164 verbunden. Die Wasser-Dampf-Trommel 164 ist über Leitungen 166, 168 mit der dem Wasser-Dampf-Umlauf 100 zugeordneten Mitteldrucktrommel 96 verbunden. Alternativ kann der Wärmetauscher 162 sekundärseitig aber auch direkt an die Mitteldrucktrommel 96 angeschlossen sein. Im Ausführungsbei­ spiel ist die Wasser-Dampf-Trommel 164 also mittelbar an die als Mitteldruckverdampfer ausgebildete Heizfläche 98 ange­ schlossen. Zur Nachspeisung von verdampftem Strömungsmedium S' ist an die Wasser-Dampf-Trommel 164 zudem eine Speisewas­ serleitung 170 angeschlossen.

In Strömungsrichtung des Teilstroms T verdichteter Luft gese­ hen nach dem Wärmetauscher 162 ist in die Entnahmeluftleitung 140 ein weiterer Wärmetauscher 172 geschaltet, der sekundär­ seitig als Niederdruckverdampfer für ein Strömungsmedium S" ausgebildet ist. Der Wärmetauscher 172 ist dabei zur Bildung eines Verdampferumlaufs 174 an eine als Niederdrucktrommel ausgebildete Wasser-Dampf-Trommel 176 angeschlossen. Im Aus­ führungsbeispiel ist die Wasser-Dampf-Trommel 176 über Lei­ tungen 178, 180 an die dem Wasser-Dampf-Umlauf 126 zugeordne­ te Niederdrucktrommel 122 angeschlossen und somit mittelbar mit der als Niederdruckverdampfer ausgebildeten Heizfläche 124 verbunden. Alternativ kann die Wasser-Dampf-Trommel 176 aber auch in anderer geeigneter Weise geschaltet sein, wobei der Wasser-Dampf-Trommel 176 entnommener Dampf einem Neben­ verbraucher als Prozeßdampf und/oder als Heizdampf zuführbar ist. In weiterer alternativer Ausgestaltung kann der Wärme­ tauscher 172 sekundärseitig auch direkt an die Niederdruck­ trommel 122 angeschlossen sein. Die Wasser-Dampf-Trommel 176 ist zudem an eine Speisewasserleitung 182 angeschlossen.

Die Verdampferumläufe 163, 174 können jeweils als Zwangumlauf ausgebildet sein, wobei der Umlauf des Strömungsmedium S' bzw. S" durch eine Umwälzpumpe gewährleistet ist, und wobei das Strömungsmedium S', S" im als Verdampfer ausgebildeten Wärmetauscher 162 bzw. 172 mindestens teilweise verdampft. Im Ausführungsbeispiel sind jedoch sowohl der Verdampferumlauf 163 als auch der Verdampferumlauf 174 jeweils als Naturumlauf ausgebildet, wobei der Umlauf des Strömungsmediums S' bzw. S" durch die sich beim Verdampfungsprozeß einstellenden Druckdifferenzen und/oder durch die geodätische Anordnung des jeweiligen Wärmetauschers 162 bzw. 172 und der jeweiligen Wasser-Dampf-Trommel 164 bzw. 176 gewährleistet ist. Bei die­ ser Ausgestaltung ist in den Verdampferumlauf 163 bzw. in den Verdampferumlauf 174 jeweils lediglich eine (nicht darge­ stellte) vergleichsweise gering dimensionierte Umwälzpumpe zum Anfahren des Systems geschaltet.

Zur Wärmeeinkopplung in den Sättigerkreislauf 152 ist zusätz­ lich zum Wärmetauscher 156, der mit aufgeheiztem, nach dem Speisewasservorwärmer 86 abgezweigtem Speisewasser beauf­ schlagbar ist, ein Sättigerwasser-Wärmetauscher 184 vorgese­ hen, der primärseitig mit Speisewasser S aus dem Speisewas­ serbehälter 46 beaufschlagbar ist. Dazu ist der Sättigerwas­ ser-Wärmetauscher 184 primärseitig eingangsseitig über eine Leitung 186 an die Zweigleitung 84 und ausgangsseitig über eine Leitung 188 an den Speisewasserbehälter 46 angeschlos­ sen. Zur Wiederaufheizung des aus dem Sättigerwasser- Wärmetauscher 184 abströmenden gekühlten Speisewassers S ist in die Leitung 188 ein zusätzlicher Wärmetauscher 190 ge­ schaltet, der primärseitig dem Wärmetauscher 172 in der Ent­ nahmeluftleitung 140 nachgeschaltet ist. Durch eine derartige Anordnung ist eine besonders hohe Wärmerückgewinnung aus der Entnahmeluft und somit ein besonders hoher Wirkungsgrad der Gas- und Dampfturbinenanlage 1 erreichbar.

In Strömungsrichtung des Teilstroms T gesehen zwischen dem Wärmetauscher 172 und dem Wärmetauscher 190 zweigt von der Entnahmeluftleitung 140 eine Kühlluftleitung 192 ab, über die der Gasturbine 2 eine Teilmenge T' des gekühlten Teilstroms T als Kühlluft zur Schaufelkühlung zuführbar ist.

Durch die Ausbildung der Wärmetauscher 162 und 172 als Mit­ teldruckverdampfer bzw. als Niederdruckverdampfer ist eine zuverlässige Kühlung der Entnahmeluft auch bei verschiedenen Betriebszuständen der Gas- und Dampfturbinenanlage 1 und auch bei unterschiedlichen Integrationskonzepten für die Vergasung des fossilen Brennstoffs B gewährleistet. Das Konzept der Entnahmeluftkühlung durch die Einschaltung der als Verdamp­ fungskühler ausgebildeten Wärmetauscher 162 und 172 in die Entnahmeluftleitung 140 ist somit auch für verschiedenartige fossile Brennstoffe B besonders geeignet. Insbesondere auf­ grund der Vielzahl einstellbarer Dampfparameter in den Ver­ dampferumläufen 163 und 174 ist eine derartige Entnahmeluft­ kühlung besonders flexibel an verschiedenartige Anforderungen beim Betrieb der Gas- und Dampfturbinenanlage 1 anpaßbar.

Claims (6)

1. Gas- und Dampfturbinenanlage (1) mit einem der Gasturbine rauchgasseitig nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger (30), dessen Heizflächen in den Wasser-Dampf-Kreislauf (24) der Dampfturbine (20) geschaltet sind, und mit einer der Brenn­ kammer (6) der Gasturbine (2) vorgeschalteten Vergasungsein­ richtung (132) für Brennstoff (B), der Sauerstoff (O₂) aus einer Luftzerlegungsanlage (138) zuführbar ist, die ihrer­ seits eingangsseitig mit einem Teilstrom (T) von in einem der Gasturbine (2) zugeordneten Luftverdichter (4) verdichteter Luft beaufschlagbar ist, wobei zur Kühlung des Teilstroms (T) verdichteter Luft in eine den Luftverdichter (4) mit der Luftzerlegungsanlage (138) verbindende Entnahmeluftleitung (140) primärseitig ein Wärmetauscher (162) geschaltet ist, der sekundärseitig zur Bildung eines Verdampferumlaufs (163) für ein Strömungsmedium (S') an eine Wasser-Dampf- Trommel (164) angeschlossen ist.

2. Gas- und Dampfturbinenanlage (1) nach Anspruch 1, bei der dem Wärmetauscher (162) in der Entnahmeluftleitung (140) ein weiterer sekundärseitig als Verdampfer für ein Strömungsmedi­ um (S") ausgebildeter Wärmetauscher (172) nachgeschaltet ist, wobei der Wärmetauscher (162) als Mitteldruckverdampfer und der weitere Wärmetauscher (172) als Niederdruckverdampfer ausgebildet ist.

3. Gas- und Dampfturbinenanlage (1) nach Anspruch 2, bei der der weitere Wärmetauscher (172) sekundärseitig zur Bildung eines Verdampferumlaufs (174) an eine Wasser-Dampf-Trommel (176) angeschlossen ist.

4. Gas- und Dampfturbinenanlage (1) nach Anspruch 3, bei der die oder jede Wasser-Dampf-Trommel (164, 176) mit einer An­ zahl der im Abhitzedampferzeuger (30) angeordneten Heizflä­ chen (98, 124) verbunden ist.

5. Gas- und Dampfturbinenanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der dem Wärmetauscher (162) in der Entnahmeluft­ leitung (140) ein zusätzlicher Wärmetauscher (190) nachge­ schaltet ist, der sekundärseitig an einen dem Abhitzedampfer­ zeuger (30) zugeordneten Speisewasserbehälter (46) ange­ schlossen ist.

6. Gas- und Dampfturbinenanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der von der Entnahmeluftleitung (140) in Strö­ mungsrichtung des Teilstroms (T) gesehen nach dem Wärmetau­ scher (162) bzw. nach den Wärmetauschern (162, 172) eine Kühlluftleitung (192) abzweigt, über die der Gasturbine eine Teilmenge (T') des gekühlten Teilstroms (T) als Kühlluft zur Schaufelkühlung zuführbar ist.