DE19923210A1

DE19923210A1 - Kombikraftwerk

Info

Publication number: DE19923210A1
Application number: DE1999123210
Authority: DE
Inventors: Erhard Liebig
Original assignee: ABB Alstom Power Switzerland Ltd
Current assignee: General Electric Switzerland GmbH
Priority date: 1999-05-20
Filing date: 1999-05-20
Publication date: 2000-11-23

Abstract

Bei einem Kombikraftwerk (30), umfassend eine Gasturbinenanlage (11), eine Dampfturbine (12) und einen Generator (13), welche auf einem Wellenstrang (14) angeordnet sind, wird ein kompakter Anlagenaufbau mit gleichzeitig guter Zugänglichkeit der Komponenten dadurch erreicht, dass die Gasturbinenanlage (11) zwischen der Dampfturbine (12) und dem Generator (13) angeordnet ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kraftwerkstechnik. Sie betrifft ein Kombikraftwerk gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

STAND DER TECHNIK

Unter einem Kombikraftwerk versteht man eine Anlage, die im wesentlichen aus einer Gasturbinenanlage, einem Generator, einer Dampfturbine und einem Abhit zekessel besteht. Der Abhitzekessel dient zur Dampferzeugung unter Nutzung der Wärme des Abgases der Gasturbine. Der erzeugte Dampf wird über die Dampf turbine zur Stromerzeugung genutzt. Abhitzekessel und Dampfturbine sind dabei als wesentliche Bestandteile innerhalb eines Wasser-/Dampf-Kreislaufes miteinan der verbunden.

In vielen Fällen ist ein solches Kombikraftwerk als Einwellenanlage aufgebaut. Bei einer Einwellenanlage befinden sich die Gasturbinenanlage (mit einer Gasturbine und einem Kompressor), der Generator und die Dampfturbine auf einer Welle bzw. einem Wellenstrang. Die Anordnung dieser Komponenten in einer bestimmten Reihenfolge innerhalb des Wellenstranges muss dabei auf die spezifischen Eigenschaften der einzelnen Komponenten Rücksicht nehmen:
So hat die Gasturbinenanlage in der Regel ein axial geteiltes Gehäuse, d. h., der Rotor kann (z. B. zu Revisionszwecken) nach Abnahme der oberen Gehäusehälfte aus der unteren Gehäusehälfte nach oben herausgehoben werden.

Beim Generator muss der Rotor (beispielsweise bei Inspektionen) dagegen - wenn nötig - axial herausgezogen werden, was die entsprechende Handlungsfreiheit in Längsrichtung voraussetzt.

Bei der Dampfturbine wiederum ist eine bevorzugte Lösung für die Gestaltung des Abdampfes der Niederdruckdampfturbine und die Anordnungsplanung im Bereich Niederdruckdampfturbine-Kondensator-Kühlwasserleitungen die Realisierung ei nes axialen Abdampfes und eines axial angeordneten Kondensators. Analog zur Gasturbinenanlage verfügen die Niederdruckdampfturbinen über ein axial geteiltes Gehäuse zur Montage/Demontage des Rotors.

Aus dem Stand der Technik ist eine Anordnung in einem Kombikraftwerk mit Ein wellenanlage bekannt, bei dem die Dampfturbine in der Mitte des Wellenstranges, d. h. zwischen Gasturbinenanlage und Generator, angeordnet ist. Eine solche An ordnung, die z. B. in der Druckschrift US-A-5,042,246 beschrieben ist, ist schema tisch in Fig. 1 wiedergegeben. Das Kombikraftwerk 10 besteht dabei aus einer Gasturbinenanlage 11, bei der ein Kompressor 18 über eine Brennkammer 17 mit einer Gasturbine 16 in Verbindung steht, einer Dampfturbine 12 mit angeschlosse nem (radialen) Kondensator 15 und einem Generator 13, die in dieser Reihenfolge auf einem Wellenstrang 14 angeordnet sind. Der Dampf für die Dampfturbine 12 wird dabei in einem (nicht gezeigten) Abhitzekessel erzeugt, durch den die am Abgasauslass 19 der Gasturbine abgegebenen heissen Verbrennungsgase ge leitet werden. Das Heissgas für den Betrieb der Gasturbine 16 wird in der Brenn kammer 17 erzeugt, in der (mittels geeigneter Brenner) der über eine Brennstoff zufuhr 21 zugeführte (flüssige oder gasförmige) Brennstoff unter Zugabe von komprimierter Luft aus dem Kompressor 18 verbrannt wird.

Die Nachteile dieser bekannten Anordnung sind vor allem in der festen wellensei tigen Kopplung von Gasturbinenanlage, Dampfturbine und Generator zu sehen. Diese feste Kopplung führt dazu, dass die Gasturbinenanlage 11 nur im Zusam menhang mit der Dampfturbine 12 gefahren werden kann. Dies hat zur Folge, dass

- die Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit geringer und
- die (Kalt-)Startzeit länger ist,

als bei anderen Anordnungen. Insbesondere muss vor einem Anfahren der Gas turbinenanlage

11

die Dampfturbine

12

mittels Sperrdampf abgedichtet werden und bis zu einem gewissen Grad unter Unterdruck stehen, was zusätzliche Hilfs kessel und dgl. erfordert.

Eine andere Anordnung aus dem Stand der Technik, die z. B. aus den Druck schriften US-A-4,519,207 oder US-A-4,793,132 bekannt ist, ist schematisch in Fig. 2 dargestellt. Das Kombikraftwerk 20 umfasst auch hier die Komponenten Gastur binenanlage 11, Dampfturbine 12 und Generator 13 auf einem Wellenstrang 14. Jedoch ist in diesem Fall der Generator 13 in der Mitte des Wellenstranges 14, d. h. zwischen Gasturbinenanlage 11 und Dampfturbine 12, angeordnet. Die Dampfturbine 12, an die entweder ein radialer Kondensator 15 oder ein axialer Kondensator 15' angeschlossen ist, ist hier innerhalb des Wellenstranges 14 über eine (vorteilhafterweise selbstsynchronisierende) Kupplung 22 mit dem Generator 13 verbunden. Zur Drehzahlanpassung kann zusätzlich ein Getriebe 23 zum Ein satz gelangen, so dass die Gasturbinenanlage 11 und der Generator 13 unabhän gig von der Dampfturbine 12 betrieben werden können. Nachteilig bei dieser An ordnung ist, dass für den Fall des Rotorziehens beim Generator 13 der Generator 13 zunächst als Ganzes entweder mittels eines für grosse Massen ausgelegten Kranes oder mittels einer Schublade aus dem Wellenstrang 14 herausgehoben bzw. herausgezogen werden muss. Da - speziell im Falle eines axialen Abgaska nals der Gasturbine 16 und einer damit verbundenen Aufstellung des Abhitzekes sels in Verlängerung des Wellenstranges 14 - Abhitzekessel und Dampfturbine 12 sehr weit auseinander stehen, ergeben sich für den Wasser-/Dampf-Kreislauf un günstig grosse Rohrlängen.

DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Kombikraftwerk in Form einer Einwellen anlage zu schaffen, welches die Nachteile der bekannten Lösungen vermeidet und insbesondere einen kompakten Aufbau ermöglicht sowie sicherstellt, dass der Rotor des Generators ohne aufwendige Massnahmen gezogen werden kann.

Die Aufgabe wird durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Der Kern der Erfindung besteht darin, innerhalb der Einwellenanlage die Gasturbi nenanlage zwischen der Dampfturbine und dem Generator zu positionieren. Der Generator ist dann durch seine Lage am Ende des Wellenstranges für das Rotor ziehen ohne zusätzliche Hilfsmittel gut zugänglich, während die benachbarte An ordnung von Dampfturbine und Gasturbine bzw. Abhitzekessel kurze Leitungs wege innerhalb des Wasser-/Dampf-Kreislaufes ermöglicht. Gleichzeitig lässt sich durch Lage der Dampfturbine am anderen Ende des Wellenstranges ein vorzugs weise axialer Abdampf realisieren.

Besonders kompakt wird der Wasser-/Dampf-Kreislauf, wenn gemäss einer be vorzugten Ausführungsform die Gasturbinenanlage eine Gasturbine und einen Kompressor umfasst, und die Gasturbine innerhalb der Gasturbinenanlage zur Seite der Dampfturbine hin angeordnet ist.

Vorzugsweise ist auf dem Wellenstrang die Gasturbinenanlage mit dem Generator fest verbunden, und zwischen der Dampfturbine und der Gasturbinenanlage eine Kupplung angeordnet. Hierdurch lassen sich die Gasturbine und der Generator weitgehend unabhängig von der Dampfturbine betreiben. Weiterhin kann es zur eventuellen Drehzahlanpassung vorteilhaft sein, gemäss einer weiteren Ausfüh rungsform der Erfindung auf dem Wellenstrang zwischen der Dampfturbine und der Gasturbinenanlage ein Getriebe vorzusehen.

Eine besonders kompakte Gesamtanlage ergibt sich schliesslich, wenn die Gas turbine einen radialen Abgasauslass aufweist, wenn zur Erzeugung von Dampf aus den heissen Abgasen der Gasturbine ein Abhitzekessel vorgesehen ist, und wenn der Abhitzekessel seitlich neben dem Wellenstrang angeordnet ist. Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusam menhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines ersten bekannten Kom bikraftwerkes mit Einwellenanlage, bei welcher die Dampfturbine zwischen der Gasturbinenanlage und dem Generator angeordnet ist;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines zweiten bekannten Kom bikraftwerkes mit Einwellenanlage, bei welcher der Generator zwi schen der Gasturbinenanlage und der Dampfturbine angeordnet ist; und

Fig. 3 eine zu Fig. 1 und 2 vergleichbare Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.

WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG

In Fig. 3 ist in einer zu Fig. 1 und 2 vergleichbaren Darstellung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Einwellenanlage nach der Erfindung dargestellt. Das Kombikraftwerk 30 umfasst eine Dampfturbine 12, eine Gasturbinenanlage 11 und einen Generator 13, die in dieser Reihenfolge hintereinander auf dem Wel lenstrang 14 angeordnet sind. Die Gasturbinenanlage 11 ihrerseits umfasst einen Kompressor 18, der Verbrennungsluft ansaugt, verdichtet und an eine Brennkam mer 17 abgibt, wo sie zum Verbrennen eines über die Brennstoffzufuhr 21 zuge führten Brennstoffes verwendet wird. Die Gasturbinenanlage 11 umfasst weiterhin eine Gasturbine 16, die mit den heissen Verbrennungsgasen aus der Brennkam mer 17 angetrieben wird. Nach dem Durchströmen der Gasturbine 16 werden die heissen Gase über einen Abgasauslass 19 zu einem angeschlossenen Abhitze kessel 24 weitergeleitet, wo diese zur Dampferzeugung innerhalb eines Wasser-/Dampf-Kreislaufes 25 eingesetzt werden. Der erzeugte Dampf wird in der Dampfturbine 12 unter Arbeitsleistung entspannt und ausgangsseitig einem Kon densator zugeführt, der als radialer Kondensator 15, oder vorzugsweise als axialer Kondensator 15' ausgebildet sein kann. Auf dem Wellenstrang 14 ist zwischen der Dampfturbine 12 und der Gasturbinenanlage 11 bzw. der Gasturbine 16 eine Kupplung 22 und ein Getriebe 23 angeordnet, während Gasturbinenanlage 11 und Generator 13 fest miteinander verbunden sind.

Durch diese Anordnung wird erreicht, dass der Rotor des Generators 13 - wegen der Anordnung am einen Ende des Wellenstranges 14 - ohne aufwendige Massnahmen gezogen werden kann. Gleichzeitig lässt sich an der Dampfturbine 12 - wegen der Anordnung am anderen Ende des Wellenstranges 14 - ein vorzugs weise axialer Abdampf (axialer Kondensator 15') realisieren. Die Gasturbine ist bei dieser Anordnungslösung mit einem radialen Abgasauslass 19 zu realisieren. Der Abhitzekessel 24 wird seitlich neben dem Wellenstrang 14 angeordnet. Dies führt wiederum zu kurzen Rohrleitungsverbindungen innerhalb des Wasser-/Dampf- Kreislaufes 25.

Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung ein kompaktes Kombikraftwerk, bei dem alle Komponenten zu Montage- und/oder Wartungszwecken besonders einfach zugänglich sind.

BEZUGSZEICHENLISTE

10

,

20

,

30

Kombikraftwerk

11

Gasturbinenanlage

12

Dampfturbine

13

Generator

14

Wellenstrang

15

Kondensator (radial)

15

' Kondensator (axial)

16

Gasturbine

17

Brennkammer

18

Kompressor

19

Abgasauslass

21

Brennstoffzufuhr

22

Kupplung

23

Getriebe

24

Abhitzekessel

25

Wasser-/Dampf-Kreislauf

Claims

1. Kombikraftwerk (30), umfassend eine Gasturbinenanlage (11), eine Dampfturbine (12) und einen Generator (13), welche auf einem Wellenstrang (14) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasturbinenanlage (11) zwi schen der Dampfturbine (12) und dem Generator (13) angeordnet ist.

2. Kombikraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasturbinenanlage (11) eine Gasturbine (16) und einen Kompressor (18) umfasst, und dass die Gasturbine (16) innerhalb der Gasturbinenanlage (11) zur Seite der Dampfturbine (12) hin angeordnet ist.

3. Kombikraftwerk nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, dass auf dem Wellenstrang (14) die Gasturbinenanlage (11) mit dem Generator (13) fest verbunden ist, und zwischen der Dampfturbine (12) und der Gasturbinenanlage (11) eine Kupplung (22) angeordnet ist.

4. Kombikraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, dass auf dem Wellenstrang (14) zwischen der Dampfturbine (12) und der Gasturbinenanlage (11) ein Getriebe (23) angeordnet ist.

5. Kombikraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, dass die Gasturbine (16) einen radialen Abgasauslass (19) aufweist, dass zur Erzeugung von Dampf aus den heissen Abgasen der Gasturbine (16) ein Abhitzekessel (24) vorgesehen ist, und dass der Abhitzekessel (24) seitlich neben dem Wellenstrang (14) angeordnet ist.

6. Kombikraftwerk nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, dass der Abdampf der Dampfturbine (12) axial ausgeführt ist und das der Abdampf einem axial angeordneten Kondensator (15') zugeführt wird.