DE2041183C

DE2041183C - Gas Dampfturbinenanlage

Info

Publication number: DE2041183C
Application number: DE19702041183
Authority: DE
Inventors: Emile Dipl Ing Winterthur Aguet (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1970-08-12
Filing date: 1970-08-19
Publication date: 1973-06-20

Description

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Die Erfindung betrifft eine Gas-Dampfturbinenanlage mit einer von Heizflächen ausgekleideten Brennkammer, die zwischen einen Luftverdichter und eine Gasturbine geschaltet ist, wobei die Heizflächen an eine Speisevorrichtung angeschlossen sind, die ihnen Speisewasser mit höherem als dem Brennkammerdruck zuführt und wobei der Ausgang der Heizflächen an den Eingang einer Dampfturbine angeschlossen ist, von der eine Ausgangsleitung in den, den Luftverdichter mit der Gasturbine verbindenden Strömungspfad mündet, mit einer der Dampfturbine über eine Überströmleitung nachgeschalteten weiteren Kondensationsturbine.

Eine Gas-Dampfturbinenanlage dieser Art, allerding.) ohne eine der Dampfturbine über eine Überstromleitung nachgeschaltete weitere Kondensationsturbine, ist aus der schweizerischen Patentschrift 456 250 bekannt. Die bekannte Anlage ist insbesondere für die Erzeugung von Spitzenstrom geeignet und vereinigt einen hohen Wirkungsgrad, welcher sich dem Wirkungsgrad von klassischen Dampfkraftanlagen nähert, mit wesentlich geringeren Anlagekosten.

Eine einer Dampfturbine über eine Überströmleitung nachgeschaltete weitere Kondensationsturbine ist z. B. aus der schweizerischen Patentschrift 280009 bekannt. Diese Anordnung ist hei einer Anlage nach der schweizerischen Patentschrift 456250 zwar nicht vorgesehen, wird jedoch in Verbindung mit dieser Patentschrift nicht als erfinderisch betrachtet.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Weiterentwicklung der bekannten Anlage und hat zur Aufgabe, bei dieser Anlage ohne eine Vergrößerung der Brennkammer und der in ihr befindlichen Heizflächen die Anlagcleistung weiter zu steigern und den thermischen Wirkungsgrad der Anlage zu verbessern. Diese Verbesserung soll insbesondere bei der Verwendung sauberer, d. h. an Verunreinigungen wie z. B. Schwefel oder Vanadium armer Brennstoffe, möglich sein.

Diese Aufgabe wird bei einer Anlage der eingangs aneegebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß In der Ausgangsleitung oder der Überströmleitung ein Drosselorgan angeordnet ist, das durch einen in der Zuleitung zur Gasturbine angeordneten Temperaturfühler derart beeinflußbar ist, daß bei siegender Temperatur des Arbeitsmittels am Eingang der Gasturbine der Dampfstrom in der Ausganesleitung erhöht wird, und umgekehrt.

Die erfindungsgemäße Maßnahme gestattet einen Betneb der Gas-Dampfturbinenanlage mit einer Temperatur am Eintritt der Gas-Dampfturbine, die ganz nahe um höchst zulässigen Wert liegt. Dadurch wird der thermische Wirkungsgrad der Anlage be deutend verbessert und gleichzeitig eine Anpassuni: dieser Temperatur an die bei verschiedenen Brenn stoffen bestehenden Betriebsbedingungen ermöglicht Die Anlage läßt >ic'i daher bei jedem Brennstoff mn dem höchstmöglichen Wirkungsgrad betreiben.

Es ist dabei mög'ich, als weitere Ausbildung der Erfindung in bekannter Weise (vgl. die schwcizeri sehe Patentschrift 28ÜÜO9) in der Überströmleitung der Dampfturbine einen Zwischenüberhitzer an zuordnen, der durch die Abgase der Gasturbine beheizbar ist. Eine derartige Maßnahme gestaltet eine besonders gute Ausnutzung der Wärmeenergie der Abgase der Gasturbine.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung schematisch dargestellt.

Bei der dargestellten Gas-Dampfturbinenanlage fördert ein Luftverdichter 1 verdichtete Luft in einen Verteiler 3, aus welchem ein Teil der Luft durch eine Leitung 6 einem Brenner 7 im Boden einer Brennkammer 8 zugeführt wird. Die Brennkammer ist seitlich mit Wänden 9 aus dicht miteinander verschweißten Rohren versehen und Nat unten einen isolierenden Boden 10. Im oberen Ί eil der Brennkammer befindet sich in der Strömung der Rauchgase des Brenners 7 ein Überhitzer 11. Die Brennkammer ist von '_inem Druckbehälter 12 umgeben. Zwischen den Wänden 9 der Brennkammer und dem Boden 10 sowie der Wand des Druckbehälters 12 ist ein oben offener Mantel 13 aus Blech angeordnet. Im Boden des Mantels !3 ist eine Zuleitung 20 angeschlossen, die zum Eingang einer Gasturbine 21 führt, welche mit dem Luftverdichter 1 unH einem elektrischen Generator 22 eine gemeinsame Welle 23 aufweist. Der Ausgang der Gasturbine 21 ist durch eine Leitung 30 mit einem Wärmeübertrager 31 verbunden, in welchem ein Zwischenüberhitzer 32 und ein Speisewasservorwärmer 33 angeordnet sind. Aus dem Wärmeübertrager 31 gelangt das gekühlte Abgas mit dem ihm beigemischten Dampf über eine Leitung 34 in einen nicht dargestellten Kamin. Die Zuleitung 20 ist von einer Luftleitung 40 umgeben, die den Verteiler 3 mit dem Innenraum des Druckbehälters 12 verbindet. Die Rohre der Brennkammerwände 9 bilden Vorwärmer- und Verdampferheizflächen, denen aus einem Speisewasserbchälter 50 durch eine Speisepumpe 51 Speisewasser zugeführt wird. Am oberen

Ende der Brennkammerwändc9 münden die Wandrohre in einen Sammler 53, aus welchem sie durch die Rohre des Überhitzers 11 und eine Frischdarnpfleilung 54 mil einem Frischdampf* entil 55 einer Dampfturbine 56. die eine Hochdruckturbine ist, zugeführt werden.

Die Dampfturbine 56 weist zwei Ausgange auf, von denen der erste über eine Ausgangsleilung 60 mit dem Verteiler 3 verbunden ist. An den zweiten Ausgang ist eine Überströmleitung 61 mit einem Drosselorgan 62 angeschlossen, die zum Zwischenüberhitzer 32 führt. Aus dem Zwischenüberhitzer 32 gelangt der überhitzte Dampf durch eine Leitung 65 in eine Kondensationsturbine 66, aus welcher der Dampf einem Kondensator 67 zugeführt wird. Aus dem Kondensator 67 wird das Kondensat durch eine Kondensatpumpe 68 dem Speisewasservorwärmer 33 zugeführt.

Aus dem Vorwärmer 33 strömt das Kondensat durch eine Leitung 75 dem Speisewasserbehälter 50 zu. In der Zuleitung 20 ist ein Temperaturfühler 82 angeordnet, dessen Signal durch eine Signalleitung 83 einem Regler 84 zugcfül..: wird, der über eine Leitung 85 ein Sollwertsignal erhäh, das z.B. vop. der Art des verwendeten Brennstoffes abhängig isi. Der Regler 84 dient zur Betätigung des Drosselorgans 62.

Die dargestellte Anlage arbeitet wie folgt. Die Welle 23 läuft mit konstanter Drehzahl, so daß der Luftverdichter 1 unabhängig von der Belastung der Anlage eine im wesentlichen konstante Luftmenge liefert. Nahezu proportional zur Last wird ein Teil der Luft durch die Leitung 6 dem Brenner 7 zugeführt, während der Rest durch die Luftleitung 40 in den Druckbehälter 12 strömt, zusammen mit dem durch die Leitung 60 zugeführten Teil des in der Dampfturbine 56 expandierten Dampfes, dessen zeitliche Strömungsmenge mit fallender Last sinkt. Das im Verteiler 3 gebildete Dampf-Luftgemisch kühlt die Wand des Druckbehälters 12 und vermischt sich am oberen Ende des Druckbehälters mit den aus der Brennkammer 8 austretenden Brenngasen, worauf das Gemisch durch den Zwischenraum wischen der Wand 9 und dem Mantel 13 nach unten sirnmt. Durch die Zuleitii.m 20 wird die Mischung der C.asturbine 21 zugeführt, leistet in dieser Arbeit gelangt darauf in den Wärmeübertrager 31 und schhebhch durch die Leitung 34 in den Kamin.

Bei Verwenduni von »sauberen« Brennstoffen, wie ζ B Leichtöl und Gas. kann die Temperatur .im ίο Ein-ane der Gasturbine 21 verhältiusmaßig lu-di sein" und ζ B 850 C betragen. In einem solch.cn Falle wird der Sollwert für den Re_Sler 84 auf HM) (/ einnestcllt. was /ur Folge hat. daß das Drosseln r.,-.m (,■> viel Dampf abströmen läßt, wodurch der Cies; ·.■;■,-druck im Verteiler 3 herabgesetzt wird. Der Luft, rdichterl liefert, seiner Charakteristik entspreche :. etwas mehr Luft, was gostattet. in der Brcnnk, umer8 mehr Brennstoff zu verbrennen. Die Anlag= , stune wird dadurch erhöht.

Der Regler 84 ist so a gebildet, daß er bei ei; ι durch den"Temperaturfühler 82 gemessenen An ^ der Temperatur am Hingang der Gasturbine 21 Strömungsquerschi.itt des Drosselorgans 62 v,· eert und umgekehrt. Dadurch wird der fur K- .-_as zwecke verwendete Anteil des Dampfes derart \r dert daß die Temperatur des Arbeitsmittels am ! gang der Gasturbine 21 konstant gehalten wird. Rest des Dampfes wird in der KondensationsUi, ^: 66 verarbeitet.

Durch das Konstanthalten der Eingangstempcr des Arbeitsmittels der Gasturbine 21 bei sinke: Last wird verhindert, daß der Wirkungsgrad Gasturbine 21 bei Teillast absinkt. Da gleich/ mit sinkender Last die für die Gaskühlung bcnöe Dampfmenge nicht nur absolut, sondern auch re' zur Last sinkt, steigt der Anteil der der Kond, tionsturbine 66 zugeführten Dampimenge. Dadi; ^: wird erreicht, daß der Wirkungsgrad der Konder tionsturbine 66 ebenfalls nur geringfügig mit der Ϊ sinkt. Die Anlage hat daher einen guten Gesamtv kungsgrad bei Teillast.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gas-Dampfturbincnanlage mit einer von Heizflächen ausgekleideten Brennkammer, die zwischen einen Luftverdichter und eine Gasturbine geschaltet ist, wobei die Heizflächen an eine Speisevorrichtung angeschlossen sind, die ihnen Speisewasser mit höherem als dem Brennkammerdruek zuführi und wobei der Ausgang der Heizfluchen an den Eingang einer Dampfturbine angeschlossen ist, von der eine Ausgangsleitung in den, den Luftverdichter mit der Gasturbine verbindenden Strömungspfad mündet, mit einer der Dampfturbine über eine Überströmleitung nachgeschalteten weiteren Kondensationsturbine, dadurch gekennzeichnet, daß in der Ausgangsleitung (60) oder der Überströmleitung (61) ein Drosselorgan (62) angeordnet ist, das lurch einen in der Zuleitung (20) zur Gasturbine (21) angeordneten Temperaturfühler (82) derart beeinflußbar ist, daß bei steigender Temperatur des Arbeitsmittels am Eingang der Gasturbine (21) der Damofstrom in der \usgangsleitung (60) erhöht wird, und umgekehrt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise in der Überströmleitung (61) der Dampfturbine ein Zwischenüberhitzer (32) angeordnet ist, der durch die Abgase der Gasturbine (21) beheizbar ist.