DE2403712B1

DE2403712B1 - Kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage

Info

Publication number: DE2403712B1
Application number: DE2403712A
Authority: DE
Inventors: Emile Dipl.-Ing. Winterthur Aguet (Schweiz)
Original assignee: Gebrueder Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1974-01-10
Filing date: 1974-01-26
Publication date: 1975-04-24
Also published as: JPS50100450A; NL7401573A; CH558470A; FR2257778B3; BE824188A; FR2257778A1; US3969891A; DE2403712C2; SE7500080L

Description

Die Erfindung betrifft eine kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage mit einem Luftverdichter, einem von diesem aufgeladenen Dampferzeuger, der in einem Druckgefäß Verdampfer- und Überhitzerheizflächen aufweist, und einer Gasturbine, die eintrittsseitig an das Druckgefäß angeschlossen ist und in deren Abgasstrom eine Überhitzerheizfläche und Speisewasservorwärmerheizflächen angeordnet sind.

Eine Anlage dieser Art ist aus der DT-OS 20 41 183 bekannt.

Die im Abgasstrom angeordnete Überhitzerheizfläche bildet bei der bekannten Anlage einen Zwischenüberhitzer für teilweise entspannten Dampf, wogegen die Überhitzerheizfläche für den Hochdruckdampf ganz im Druckgefäß untergebracht ist. Bei Anlagen dieser Art ergibt sich der Nachteil, daß von einer bestimmten Leistung der Anlage an das Druckgefäß so groß wird, daß es nicht mehr in der Werkstatt hergestellt und dann als Ganzes zum Aufstellungsort der Anlage transportiert werden kann. Ein Zusammenbau des Gefäßes am Aufstellungsort soll möglichst vermieden werden, da dort die Arbeitsbedingungen wesentlich ungünstiger sind als in der Werkstatt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß die Grenzleistung der Anlage, bei der eine Herstellung des Druckgefäßes in der Werkstatt noch möglich ist, wesentlich erhöht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Anlage der eingangs angegebenen Art dadurch gelöst, daß die im Abgasstrom angeordnete Überhitzerheizfläche im Hochdruckdampfstrom zwischen die Verdampferheizfläche und die im Druckgefäß befindliche Überhitzerheizfläche geschaltet ist.

Dadurch, daß nunmehr ein wesentlicher Teil der gesamten Überhitzerheizfläche für den Hochdruckdampf aus dem Druckgefäß in den Abgasstrom der Gasturbine verlegt ist, kann das Druckgefäß die durch die Transportierbarkeit bedingte Größe beibehalten. Der im Abgasstrom der Gasturbine liegende Teil der Überhitzerheizfläche wird für den Hochdruckdampf zwar wesentlich größer, als wenn dieser Teil im Druckgefäß

untergebracht würde. Dieser Vergrößerung des Überhitzerteils steht jedoch der wesentliche Vorteil gegenüber, daß das Druckgefäß — auf die Leistung der Anlage bezogen — kleiner und leichter ist. Überdies bringt die Anordnung der Überhitzerheizfläche für den Hochdruckdampf im Abgasstrom den überraschenden Vorteil, daß der Leistungsanteil der Gasturbine steigt und deren Wirkungsgrad verbessert wird, weil die Gasturbine mit Rauchgas höherer Temperatur und mit höherem, für kombinierte Anlagen ganz ungewöhnlichem Luftüberschuß (A = 1,5 ... 2) gefahren werden kann. Weiter ergibt sich der konstruktive Vorteil, daß zwischen den beiden Überhitzerheizflächen für den Hochdruckdampf eine Wassereinspritzung zur Frischdampftemperaturregelung angeordnet werden kann, ohne daß zusätzlich Durchdringungen am Druckgefäß vorgesehen werden müßten. Die erfindungsgemäße Anordnung der Überhitzerheizflächen ist auch bei kombinierten Anlagen möglich, deren Leistung kleiner als die obenerwähnte Grenzleistung ist. In diesem Fall ergibt sich der Vorteil, daß das Druckgefäß kleiner und leichter gebaut werden kann.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zwischen Austritt der Gasturbine und der im Abgasstrom angeordneten Überhitzerheizfläche ein Zusatzbrenner vorgesehen. Dieser Zusatzbrenner kann beim Anfahren und bei kleiner Teillast in Betrieb genommen werden, um Kondensation von Dampf in der im Abgasstrom angeordneten Überhitzerheizfläche zu vermeiden. Aus der US-PS 35 05 811 ist die Anordnung eines Zusatzbrenners im Abgasstrom einer Gasturbine vor einem Dampferzeuger zwecks Vergrößerung der in diesem erzeugten Dampfmenge bekannt.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung erläutert. Es zeigt schematisch vereinfacht

F i g. 1 eine kombinierte Anlage nach der Erfindung und

F i g. 2 einen abgewandelten Teil der Anlage nach Fig. K

Gemäß F i g. 1 weist die Anlage einen Luftverdichter 2 auf, der über eine Durckluftleitung 3 mit einem Brenner 5 verbunden ist, der am oberen Ende eines zylindrischen Druckgefäßes 4 angebracht ist. Im Druckgefäß 4 sind eine Verdampferheizfläche 6 und eine Überhitzerheizfläche 24 für Hochdruckdampf vorgesehen, wobei die Verdampferheizfläche 6 eine dichte Rohrwand bildet, die sich koaxial im Druckgefäß 4 erstreckt und dieses gegen Flammenstrahlung schützt. Innerhalb der Rohrwand verlaufen die Verdampferrohre geradlinig zwischen einem unteren Verteiler 38 und einem oberen Sammler 20. Die Überhitzerheizfläche 24 ist als Rohrbündel im unteren Abschnitt des von der Verdampferheizfläche 6 begrenzten Raumes angeordnet. Der obere Abschnitt dieses Raumes bildet die für den Dampferzeuger und die Gasturbine gemeinsame Brennkammer, die im Querschnitt rund oder eckig ausgebildet sein kann. Am unteren Verteiler 38 der Verdampferheizfläche 6 schließt ein trichterartiges Blech 39 an, das in eine Rauchgasleitung 7 übergeht, die zum Eintritt einer Gasturbine 8 führt. Die Gasturbine 8 und der Luftverdichter 2 sind auf einer gemeinsamen Welle angeordnet, mit der ein elektrischer Generator 10 gekuppelt ist. Am Austritt der Gasturbine 8 ist ein Gehäuse

12 angeschlossen, in dem — in Strömungsrichtung des Abgases gesehen — eine Überhitzerheizfläche 13 für Hochdruckdampf, ein Hockdruckspeisewasservorwärmer 14 und ein Niederdruckspeisewasservorwärmer 15 angeordnet sind. An das Gehäuse 12 schließt eine Abgasleitung 60 an, die zu einem nicht dargestellten Kamin führt.

Weiter weist die Anlage eine Dampfturbine 27 auf, die einen elektrischen Generator 28 antreibt. Die Dampfturbine 27 ist eintrittsseitig über eine Frischdampfleitung 25 mit der im Druckgefäß 4 angeordneten Überhitzerheizfläche 24 verbunden. Austrittsseitig ist an die Dampfturbine 27 ein Kondensator 30 angeschlossen, der über eine Kondensatpumpe 31 und einen anzapfdampfbeheizten Vorwärmer 32 mit dem im Abgasstrom der Gasturbine 8 liegenden Niederdruckspeisewasservorwärmer 15 verbunden ist. Dieser Niederdruckspeisewasservorwärmer 15 ist mit einem Speisewasserbehälter 16 verbunden, der über eine Speisepumpe 17 mit dem im Abgasstrom liegenden Hochdruckspeisewasservorwärmer 14 in Verbindung steht. Dieser Hochdruckspeisewasservorwärmer 14 ist über eine Leitung 18 an den Verteiler 38 der Verdampferheizfläche 6 angeschlossen, deren Sammler 20 über eine Leitung 21 mit der im Abgasstrom der Gasturbine 8 liegenden Überhitzerheizfläche 13 verbunden ist. In die Leitung 21 kann ein Wasserabscheider eingebaut sein. Eine Verbindungsleitung 22 verbindet die Überhitzerheizfläche 13 mit der Überhitzerheizfläche 24 im Druckgefäß.

An der Frischdampfleitung 25 ist ein Temperaturfühler 35 vorgesehen, der über einen nicht dargestellten Regler ein Wassereinspritzventil 36 beeinflußt, das in einer hinter der Speisepumpe 17 abzweigenden und in die Verbindungsleitung 22 mündenden Leitung 26 angeordnet ist.

Die zum Eintritt der Gasturbine 8 führende Rauchgasleitung 7 ist von einer Leitung 41 umgeben, die über eine Zweigleitung 40 an der Druckluftleitung 3 angeschlossen ist. Die Leitung 41 wird somit von einem Teil der vom Luftverdichter 2 erzeugten Druckluft durchströmt, die dann den Raum zwischen dem Druckgefäß 4 und dem Rohrzylinder 6 nach oben durchströmt. Danach wird sie im Bereich des Brenners 5 um 180° umgelenkt und gelangt in den von der Rohrwand der Verdampfungsheizfläche 6 begrenzten Raum. Beim Durchströmen der Leitung 41 und des Raumes zwischen dem Druckgefäß 4 und der Verdampfungsheizfläche 6 kühlt die Luft die Rauchgasleitung 7 und die Wand des Druckgefäßes 4.

Beim Anfahren und beim Betrieb mit kleiner Teillast kann die Gastemperatur am Austritt der Gasturbine 8 so weit absinken, daß bei der Anordnung nach F i g. 1 in der Überhitzerheizfläche 13 Kondensation auftreten würde, wenn der Dampferzeuger nicht mit abnehmender Last mit geringerem Dampfdruck, d. h. Gleitdruck, betrieben wird. Um eine solche Kondensation zu vermeiden, ist gemäß Fig.2 zwischen dem Austritt der Gasturbine 8 und der Überhitzerheizfläche 13 ein Zusatzbrenner 50 vorgesehen, der also in Betrieb genommen wird, wenn die Abgastemperatur der Gasturbine 8 unter einen bestimmten Wert sinkt

Eine weitere Möglichkeit, um Kondensation in der Überhitzerheizfläche 13 zu vermeiden, besteht darin, die Überhitzerheizfläche 13 mittels einer Umgehungsleitung 52 mit Ventil 53 zu überbrücken und die Überhitzerheizfläche 13 durch Ventile 54 und 55 in der Leitung 21 bzw. 22 absperrbar zu machen. Diese Möglichkeit kann zusätzlich oder an Stelle des Zusatzbrenners 50 vorgesehen sein.

Wie F i g. 2 weiter zeigt, ist an die Leitung 21 zwischen dem Ventil 54 und der Überhitzerheizfläche 13 eine Leitung 56 mit Ventil 57 angeschlossen, um die Überhitzerheizfläche 13 nach einem Abstellen der Anlage entwässern zu können. Außerdem ist in der Leitung 22 zwischen der Überhitzerheizfläche 13 und dem Ventil 55 eine Leitung 58 mit Ventil 59 angeschlossen, über die die Überhitzerheizfläche 13, ebenfalls nach dem Abstellen der Anlage, mit Stickstoff gefüllt werden kann.

Das Ventil 53 in der Umgehungsleitung 52 kann auch zur Regelung der Frischdampftemperatur verwendet werden, indem — was in F i g. 2 nicht näher dargestellt ist — es dem Einfluß des Temperaturfühlers 35 unterstellt wird. Diese Beeinflussung kann an Stelle der Beeinflussung des Wassereinspritzventils 36 erfolgen oder auch zusätzlich dazu, wobei im letztgenannten Falle eine wechselweise Beeinflussung der Ventile 36 und 53 zweckmäßig ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage mit einem Luftverdichter, einem von diesem aufgeladenen Dampferzeuger, der in einem Druckgefäß Verdampfer- und Überhitzerheizflächen aufweist, und einer Gasturbine, die eintritsseitig an das Druckgefäß angeschlossen ist und in deren Abgasstrom eine Überhitzerheizfläche und Speisewasservorwärmerheizflächen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die im Abgasstrom angeordnete Überhitzerheizfläche (13) im Hochdruckdampfstrom zwischen die Verdampferheizfläche (6) und die im Druckgefäß (4) befindliche Überhitzerheizfläche (24) geschaltet ist.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Austritt der Gasturbine (8) und der im Abgasstrom angeordneten Überhitzerheizfläche (13) ein Zusatzbrenner (50) vorgesehen ist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur arbeitsmittelseitigen Überbrückung der im Abgasstrom angeordneten Überhitzerheizfläche (13) eine ein Ventil (53) aufweisende Umgebungsleitung (52) vorgesehen ist.