DE2726971A1

DE2726971A1 - DISTRICT HEATING POWER PLANT WITH GAS TURBINE

Info

Publication number: DE2726971A1
Application number: DE19772726971
Authority: DE
Inventors: Alfred Dipl Ing Schwarzenbach
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1977-05-10
Filing date: 1977-06-15
Publication date: 1978-11-16
Also published as: NL7804895A; ATA189078A; SE7805181L; AT365302B; CH617984A5

Abstract

The district heating power station has a gas turbine, the exhaust gases of which flow through a waste heat boiler (2) and an aftercooler (3) in succession before being led to the chimney as flue gases. By means of an intermediate circuit (5) the exhaust gas heat is transmitted in a heat exchanger (7) to the energy transfer medium of a district heating network (8, 9), this energy transfer medium, with the aid of a series connection, first flowing through the aftercooler (3) and then through the heat exchanger (7). The utilisation factor E of the district heating power station can thereby be successfully improved. <IMAGE>

Description

Fernheiz-Kraftwerk mit Gasturbine District heating power plant with gas turbine

Die Erfindung betrifft ein Fernheiz-Kraftwerk, bei welchem die Rauchgase nach einer Gasturbine in einem vom Betriebsmittel eines Zwischenkreislaufs beschickten Abhitzekessel einen Teil ihrer Wärme an das Betriebsmedium eines Fernheiznetzes übertragen.The invention relates to a district heating power plant, in which the flue gases after a gas turbine in one charged by the operating medium of an intermediate circuit Waste heat boiler transfers part of its heat to the operating medium of a district heating network transfer.

Die Rauchgase der meisten handelsüblichen fossilen Brennstoffe enthalten S02 und 503. Wenn diese Gase an kalten Rohrwandungen abgekühlt werden, so kondensiert Wasserdampf und es entstehen extrem aggresive Säuren. Alle Erbauer und Betreiber von Kraftwerken setzen daher die Rauchgastemperatur und die minimale Rohrwandtemperatur genügend hoch fest, damit keine Taupunkt-Korrosion auftritt.The flue gases contain most of the commercially available fossil fuels S02 and 503. When these gases are cooled down on cold pipe walls, they condense Water vapor and extremely aggressive acids are created. All builders and operators of power plants therefore set the flue gas temperature and the minimum pipe wall temperature strong enough so that no dew point corrosion occurs.

Unter diesen Voraussetzungen wird von den Abgasen einer Gasturbine, die üb]icherweise mit Leichtöl betrieben wird, eine minimale Temperatur von ca. 160 C und eine minimale Rohrwandtemperatur von ca. 1100C verlangt. Diese Bedingungen erschweren die Verwendung von Gasturbinen in Fernheiz-Kraftwerken, da das mit 60 - 90 0C zurückfliessende Heizwasser nicht in den Abhitzekessel eintreten darf. Es ist daher ein Zwischenkreislauf mit erhöhter Temperatur notwendig.Under these conditions, the exhaust gases from a gas turbine, which is usually operated with light oil, a minimum temperature of approx. 160 C and a minimum pipe wall temperature of approx. 1100C required. These conditions make it difficult to use gas turbines in district heating power plants, as the heating water flowing back at 60 - 90 0C does not enter the waste heat boiler allowed. An intermediate circuit with an increased temperature is therefore necessary.

Weiteres ergibt die zulässige minimale Rauchgastemperatur einen unangenehm hohen Rauchgasverlust, da der Massenstrom wegen der hohen Luftüberschusszahl hoch ist. Der Ausnützungsfaktor - elektrische und genutzte Wärmeleistung durch Wärmeleistung des Brennstoffs - bleibt tief. Ferner erfordert das Erreichen der minimalen Rauchgastemperatur viel Wärmetauschfläche, weil, wie oben gesagt, die Temperatur des Zwischenkreislaufs erhöht ist und daher die Temperaturdifferenz am Kesselaustritt nur mehr verhältnismässig klein ist.Furthermore, the permissible minimum flue gas temperature results in an uncomfortably high flue gas loss, since the mass flow rate is due to the high air excess figure is high. The utilization factor - electrical and used heat output due to the heat output of the fuel - remains low. Furthermore, reaching the minimum flue gas temperature requires a lot of heat exchange surface because, as stated above, the temperature of the intermediate circuit is increased and therefore the temperature difference at the boiler outlet is only relatively small.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Ausnützungsfaktor des Fernheiz-Kraftwerkes zu verbessern. Dabei sind die Abgase der Gasturbine möglichst tief abzukühlen, ohne dass unangenehme Korrosionsprobleme auftreten.The invention is based on the object of the utilization factor to improve the district heating power plant. The exhaust gases from the gas turbine must be cooled as deeply as possible without unpleasant corrosion problems occurring.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch einen Nachkühler zur weiteren Abkühlung der Rauchgase der Gasturbine gelöst, der zumindest von einem Teil des Betriebsmediums des Fernheiznetzes direkt durchströmt ist.According to the invention, this object is further achieved by an aftercooler Cooling of the flue gases from the gas turbine released, at least from part of the Operating medium of the district heating network is flowed through directly.

Die Differenz zwischen der Rücklauftemperatur des Betriebsmediums und der Abgastemperatur im Nachkühler ist verhältnismässig gross, auch werden nur ca. 6 % der zu übertragenden Wärme im Nachkühler übertragen. Wenn noch hinzukommt, dass der Nachkühler in einen Nebenstrom des Betriebsmediums geschaltet ist - es genügt ein Teilstrom von ca. 5 % -, so ergibt sich aus den genannten Gründen, dass der Nachkühler entsprechend klein und daher billig sein kann. Es ist daher wirtschaftlich vertretbar, dass er aus einem korrosionsbeständigen Stahl, oder sonst aus Glas, Kunststoff oder Keramik hergestellt ist. Die durch Abkühlung sich bildende schwefelige Säure kondensiert im Nachkühler, wo sie dank dem korrosionsbeständigen Material keinen Schaden anrichtet und daraus entfernt werden kann. Der Druck des Betriebsmediums des Fernheiznetzes ist tief, jedenfalls viel tiefer als z.B. jener des Betriebsmittels des Zwischenkreislaufs, was ebenfalls zu einer wesentlichen Verbilligung des Nachkühlers beiträgt.The difference between the return temperature of the operating medium and the exhaust gas temperature in the aftercooler is relatively high, also only transfer approx. 6% of the heat to be transferred in the aftercooler. If there is also that the aftercooler is switched to a bypass flow of the operating medium - it If a partial flow of approx. 5% is sufficient, then, for the reasons mentioned, it follows that the aftercooler can be correspondingly small and therefore cheap. It is therefore economical justifiable that it is made of a corrosion-resistant steel, or otherwise made of glass, Plastic or ceramic is made. The sulphurous that is formed by cooling Acid condenses in the aftercooler, where it is thanks to the corrosion-resistant material does not cause damage and can be removed from it. The pressure of the operating medium of the district heating network is deep, at least much deeper than that of the equipment, for example of the intermediate circuit, which also makes the aftercooler much cheaper contributes.

Der Nachkühler kann vom gesamten Betriebsmedium des Fernheiznetzes oder nur von einem Nebenstrom desselben durchflossen sein. Im ersteren Falle ist es vorteilhaft, wenn das Betriebsmedium zuerst den Nachkühler und erst anschliessend den Abhitzekessel durchströmt. Der Ausnützungsgrad lässt sich von ca. 0,81 auf 0,85 steigern. Eine regelmässige Waschung des Nachkühlers mit warmem Wasser oder mit absorbierenden Laugen nach dem Hölter-Verfahren ist einfach durchzuführen.The aftercooler can be traversed by the entire operating medium of the district heating network or only by a side stream of the same. In the former case it is advantageous if the operating medium flows through the aftercooler first and only then flows through the waste heat boiler. The degree of utilization can be increased from approx. 0.81 to 0.85. Regular washing of the aftercooler with warm water or with absorbent alkalis using the Hölter method is easy to carry out.

Sollte durch den Nachkühler die Temperatur der Abgase zu tief werden und die Gefahr von Korrosion im Kamin entstehen, so kann durch eine Bypassleitung heisses oder erst teilweise gekühltes Abgas in den Kamin geleitet werden. Es genügt ein heisser Abgasschleier entlang der Kaminwandung, um Korrosion zu vermeiden.Should the temperature of the exhaust gases become too low due to the aftercooler and the risk of corrosion in the chimney can arise through a bypass line hot or partially cooled flue gas can be fed into the chimney. It is sufficient a hot exhaust gas curtain along the chimney wall to prevent corrosion.

Ist dem Abhitzekessel noch ein Kessel zur Deckung von Lastspitzen nachgeschaltet, was gelegentlich ausgeführt wird, so ist auch dafür die erfindungsgemässe Anordnung des Nachkühlers möglich. Durch den Spitzenkessel wird normalerweise nur ein Teil der Rauchgase der Gasturbine geschickt, so dass gerade noch genügend Sauerstoff für eine Nachverbrennung vorhanden ist. Der übrige Teil der Abgase wird direkt in den Kamin geleitet und in diesen Abgasstrom wird der Nachkühler eingeschaltet. Ein Nachkühler nach dem Spitzenkessel ist unwirtschaftlich, da der Spitzenkessel selten verwendet wird und daher wenig Energie umsetzt.Is the waste heat boiler still a boiler to cover load peaks downstream, which is occasionally carried out, is also the one according to the invention for this purpose Arrangement of the aftercooler possible. The peak boiler is usually only some of the flue gases are sent to the gas turbine, leaving just enough oxygen is available for post-combustion. The remaining part of the exhaust is directly in the chimney and the aftercooler is switched on in this exhaust gas flow. A Aftercooler after the top boiler is uneconomical because the top boiler is rare is used and therefore converts little energy.

In der beigefügten Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Schaltung des Nachkühlers in den Hauptstrom des Betriebsmediums des Fernheiznetzes, Fig. 2 eine Schaltung des Nachkühlers in einen Nebenstrom des Betriebsmediums des Fernheiznetzes.In the accompanying drawing are two embodiments of the invention shown schematically. They show: FIG. 1 a circuit of the aftercooler in FIG Main flow of the operating medium of the district heating network, FIG. 2 shows a circuit of the aftercooler in a side stream the operating medium of the district heating network.

In beiden Figuren sind gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In both figures, the same components have the same reference numerals Mistake.

Nach Fig. 1 kommen die Rauchgase der (nicht gezeichneten) Gasturbine durch die Leitung 1, durchströmen nacheinander den Abhitzekessel 2 und den Nachkühler 3 und strömen als Abgase durch die Leitung 4 zum (nicht gezeichneten) Kamin.According to Fig. 1, the flue gases come from the gas turbine (not shown) through the line 1, flow through the waste heat boiler 2 and the aftercooler one after the other 3 and flow as exhaust gases through line 4 to the chimney (not shown).

Mit Hilfe des Zwischenkreislaufs 5, dessen Betriebsmittel von der Pumpe 6 umgewälzt wird, erfolgt im Wärmetauscher 7 die Uebertragung der Rauchgaswärme auf das Betriebsmedium des Fernheiznetzes, von dem die Rücklaufleitung 8, die Vorlaufleitung 9 und die Umwälzpumpe 10 gezeigt sind. Der Nachkühler 3 und der Wärmetauscher 7 sind bezüglich des Fernheiznetzes in Serie geschaltet, und zwar derart, dass das Betriebsmedium zuerst den Nachkühler 3 und anschliessend den Wärmetauscher 7 durchströmt.With the help of the intermediate circuit 5, whose resources of the Pump 6 is circulated, the transfer of the flue gas heat takes place in the heat exchanger 7 on the operating medium of the district heating network, from which the return line 8, the flow line 9 and the circulation pump 10 are shown. The aftercooler 3 and the heat exchanger 7 are connected in series with respect to the district heating network in such a way that the Operating medium first flows through the aftercooler 3 and then the heat exchanger 7.

Von der Rauchgasleitung 1 zweigt die Bypassleitung 11 ab, deren Durchfluss vom Drosselventil 12 geregelt wird und die nach dem Nachkühler 3 in die Leitung 4, am besten direkt in den Kamin einmündet. Durch diese leichte Aufheizung der abgekühlten Abgase wird eine Kondensation und damit Korrosion der Wände des Kamins verhindert. Die Leitung 11 kann auch von der Rauchgasleitung zwischen dem Abhitzekessel 2 und dem Nachkühler 3 abzweigen, was thermodynamisch günstiger ist und ein kleineres Durchströmvolumen für den Nachkühler ergibt.The bypass line 11 branches off from the flue gas line 1, the flow of which is controlled by the throttle valve 12 and after the aftercooler 3 in the line 4, ideally opens directly into the chimney. This slight heating of the cooled Flue gases prevent condensation and thus corrosion of the walls of the chimney. The line 11 can also from the flue gas line between the waste heat boiler 2 and to the Aftercooler 3 branch off, which is thermodynamically more favorable and results in a smaller flow volume for the aftercooler.

Die Fig. 2 zeigt im Prinzip eine ähnliche Schaltung wie die Fig. 1, doch ist der Nachkühler 3 in einen Nebenstrom des Betriebsmedius llS des Fernheiznetzes geschaltet. Im Punkte 13 der Rücklaufleitung 8 zweigt die Nebenleitung 14 ab, die nach dem Durchströmen des Nachkühlers 3 im Punkte 15 in die Vorlaufleitung 9 einmündet. Auf diese Weise sind die Wärmetauscher 7 und der Nachkühler 3 parallel geschaltet. Der Vorteil dieser Schaltung liegt vor allem darin, dass der Nachkühler nur mit einer Teilmenge des Betriebsmediums beschickt wird und dem Wärmetauscher 7 (unterschiedlich zur Anlage nach Fig. 1) das Betriebsmedium nicht vorgewärmt, sondern mit der Rücklauftemperatur zugeführt wird, was bei günstiger Auslegung für beide Aggregate kleinere Abmessungen ergeben kann.In principle, FIG. 2 shows a circuit similar to that of FIG. 1, but the aftercooler 3 is in a bypass flow of the operating medium IIS of the district heating network switched. At point 13 of the return line 8, the secondary line 14 branches off, the after flowing through the aftercooler 3 opens into the flow line 9 at point 15. In this way, the heat exchanger 7 and the aftercooler 3 are connected in parallel. The main advantage of this circuit is that the aftercooler only comes with a portion of the operating medium is charged and the heat exchanger 7 (different for the system according to Fig. 1) the operating medium is not preheated, but with the return temperature is supplied, which with a favorable design for both units smaller dimensions can result.

Es sei noch vermerkt, dass der in den beiden Figuren gezeigte Wärmetauscher 7 nicht unbedingt notwendig ist. Der Zwischenkreislauf 5 mit erhöhter Temperatur kann mit dem Fernheiznetz auch durch ein Rücklauf-Beimischsystem direkt verbunden sein.It should also be noted that the heat exchanger shown in the two figures 7 is not absolutely necessary. The intermediate circuit 5 with an increased temperature can also be directly connected to the district heating network through a return admixing system be.

Claims

Claims district heating power plant, in which the flue gases after a gas turbine in one charged by the operating medium of an intermediate circuit Waste heat boiler transfers part of its heat to the operating medium of a district heating network transferred, characterized by an aftercooler (3) for further cooling the Flue gases from the gas turbine, at least from part of the operating medium of the district heating network is flowed through directly.

2. District heating power plant according to claim 1, characterized in that the operating medium of the district heating network first the aftercooler (3) and then flows through the heat exchanger (7).

3. District heating power plant according to claim 1, characterized in that the aftercooler (3) is connected to a bypass flow of the operating medium of the district heating network is.

4. District heating power plant according to one of claims 1 to 3, characterized in that that on the flue gas side a bypass line controlled by a throttle element (12) (11) leads around the aftercooler (3).