DE2749496C2 - Verfahren zum Betreiben einer kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinenanlage mit integriertem Brennstoff-Teilverbrennungsprozess - Google Patents

Verfahren zum Betreiben einer kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinenanlage mit integriertem Brennstoff-Teilverbrennungsprozess

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinenanlage mit integriertem Brennstoff-Teiiverbrennungsprozeß, bei dem ein Teil der verdichteten Verbrennungsluft über einen Wärmeaustauscher and einen Booster-Verdichter einem Vergasungsreaktor zugeführt wird, in welchem ein Brennstoff vergast wird, worauf das entstehende Rohgas in einem Kessel abgekühlt wird, gereinigt wird und schließlich das Leingas jer Brennkammer der Gasturbine zugeführt wird, urd bei dem ferner im Kessel erzeugter Sattdampf dem Übe. litzer eines mit dem Abgas der Gasturbine beaufschlagten Abhitze-Dampferzeugers zugeführt wird.
Derartige Verfahren werden angewendet, um Brennstoffe zu erzeugen, die gereinigt, bei Verbrennung den heutigen gültigen Vorschriften bezüglich Reinhaltung der Umgebungsluft entsprechen. Hierzu wird schwefelhaltiger Brennstoff, beispielsweise Schweröl, in einem Druckreaktor vergast, wozu ein Teil der im Verdichter der Gasturbinenanlage komprimierten Verbrennungsluft herangezogen wird, und anschließend in einer Aufbereitungsanlage auf einen hohen Reinheitsgrad gebracht. Die Vergasung ist ein eigentlicher Hochtemperaturprozeß, weshalb das Gas vor der Reinigung in mindestens einem Kessel abgekühlt wird, welcher mit vorgewärmten Speisewasser des Dampfwasserkreislaufes beaufschlagt ist, und in dem mittels der dem Gas entzogenen Wärme Sattdampf erzeugt wird, der anschließend im Abhitze-Dampfkessel auf Frischdampfzustand überhitzt und der Dampfturbine zugeführt wird.
Ein Verfahren der genannten Art ist in der Druckschrift der BBC Brown Boveri Nederland BV Nr. NL-BBN 201 N unter dem Titel »milieuvriendelijke energieopwekking onder toepassing van vergasing van sterk zwavelhoudende vaste en vloeibare brandstoffen« beschrieben und schematisch dargestellt. Die der verdichteten Verbrennungsluft im Wärmeaustauscher entzogene Wärme wird bei dieser Anlage zu einer bescheidenen Aufhci'/ung des Rcingases vor dessen Zufuhr zur Gasturbinen-Brennkammer benutzt. Von Nachteil ist hierbei, daß die relativ geringe Wärmemenge den Grad der Brenngasvorwärmung begrenzt.
Ein eingangs beschriebenes Verfahren ist auch bekanntgeworden aus der Druckschrift ASME Publication 75-GT-73 unter dem Titel »Process Systeme for Conversion of Difficult Fuels to Synthetic Fuels for Baseload Gas Turbines«. Bei diesem Verfahren wird in einem Luftkühler die zum Booster-Verdichter führende Luft rückgekühlt, wobei die anfallende Wärme nicht wieder in denK reislauf eingeführt wird und damit als Verlustenergie gilt
Bei den bekannten Lösungen besteht zudem die Möglichkeit, daß der anläßlich der Gasabkühlung erzeugte, unter hohem Druck stehende Sattdampf Feuchtigkeit
ίο enthält, die vor dem Eintritt in den Überhitzerteil des Abhitze-Dampferzeugers in einem Wasserabscheider abgesondert werden muß. Bei den herrschenden Drükken ist Sattdampftrockiiung durch Drosselung von höherem Druck auf Überhitzerdruck nicht mehr möglich; es würde dadurch nur noch die Dampffeuchtigkeit erhöht werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu vermeiden sowie den Gesamtwirkungsgrad einer kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinenanlage der eingangs genannten Art zu erhöhen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Sattdampf im Wärmeaustauscher getrocknet und vorüberhitzt wird.
Die Vorteile der Erfindung sind insbesondere darin zu sehen, daß zum einen durch die Rückkühlung der verdichteten Vergasmgsluft die Temperaturbeanspruchung aus Austritt des Booster-Verdichters auf zulässige Werte begrenzt wird und zum anderen, daß mit dem vorüberhitzten Dampf die Hochdrucktrommel des Abhitze-Dampfkessels und deren Feuchtigkeitsabscheider umgangen werden können. Dadurch, daß nur ein Teil des Dampfturbinen-Arbeitsmittels diese Apparate durchströmen muß. können dieselben mit kleineren Dimensionen und somit billiger ausgeführt werden.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes schemamch dargestellt. Nicht erfindungswesentliche Teile, wie beispielsweise der Booster-Verdichter-Antrieb. die detaillierte Brenngasaufbereitung und die diversen Steuer- und Regelapparaie.
sind nicht dargestellt. Die Strömungsrichtung der verschiedenen Arbeitsmedien ist mit Pfeilen bezeichnet.
Die Gasturbogruppe des kombinierten Gas-/Dampfturbinen-Kraftwerkes besteht im wesentlichen aus der Gasturbine 1. dem Verdichter 2 und dem Generator 3.
Brennluft wird im Verdichter 2 komprimiert und tritt in die Brennkammer 4 ein, die mit Reingas als Brennstoff beaufschlagt ist. Die beim Verbrennungsprozeß anfallenden heißen Gaue werden in der Gasturbine 1 unter Abgabe ihrer Energie expandiert: die Abgase geben ihre Wärme im Abhitze-Damp erzeuger 5 ab. welcher im gezeigten Beispiel ein Zweidruck-Darnpfer?euger ist.
Ein Teil der verdichteten Luft wird vor dem Eintritt in die Brennkammer 4 abgezweigt, in einem Wärmeaus· tauscher 6 rückgekühlt. anschließend in einem Booster-Verdichter 7 auf höheren Druck verdichtet und einem Vergasungsreaktor 8 zugeführt. Die Rückkühlung der verdichteten Luft wird vorgenommen, urr lie zulässige Matena'.beanspruchung an den Austrius-Schaufclrei·
6ö hen des Booster-Verdiehters nicht 2u überschreiten.
Im Vergasungsreaktor 8 wird mit Hilfe der nunmehr durch die Nachvcrdichlung heißen Luft ein Brennstoff mil in der Regel hohem Schwcfelgehalt, beispielsweise Schweröl oder Kohle, vergast Nach Durchlaufen dieses Hochtemperaturprozesses gibt das erzeugte Rohgas einen Teil seiner Wärme in einen Kessel 9 ab, einen weiteren Teil in einem Reir.gasvorwärmer resp. Rohgaskühler 10. In an sich bekannter Art wird in einer Rohgas-Be-
handlungsanlage 11 das Rohgas auf einen hohen Reinheitsgrad gebracht, d. h. es wird insbesondere entrußt und entschwefelL Das Reingas wird anschließend im Vorwärmer 10 erneut aufgeheizt und der Gasturbinen-Brennkammer 4 zugeführt.
Die stark vereinfacht dargestellte Dampfturbogruppe besteht im wesentlichen aus der Dampfturbine 12 und dem mit ihr gekuppelten Generator 13. Im Kondensator 14 wird der i.i der Dampfturbine 12 entspannte Dampf kondensiert Das gebildete Wasser wird von der Kondensatpumpe 15 in den Speisewasserbehälter 16 und von dort aus von der Niederdruck-Speisepumpe 17 in den Niederdruck vorwärmer 18 des Abhitze-Dampferzeugers 5 gefördert Anschließend gelangt es in die Niederdruck-Trommel 19. Ein erster Teil des vorgewärmten Speisewassers wird im Niederdruck-Verdampfer 20 umgewandelt und als Sattdampf über die Niederdruck-Trommel 19 teilweise dem Speisewasserbehälter 16 zur Vorwärmung und Entgasung des Speisewassers zugeleitet teilweise der Rohgas-Behandlungsanlage 11 zügeführt in letzterer wird der Saitdampf unter anderem zur Entrußung und Entschwefelung des Rohg^-jes verwendet. Das dabei anfallende Kondensat wird über eine Rückführpumpe 21 wieder in die Niederdruck-Trommel 19 gefördert Ein zweiter Teil des vorgewärmten Speisewassers wird über die Hochdruck-Speisepumpe 22 in den Hochdruck-Vorwärmer 23 des Abhitze-Dampferzeugers 5 und von dort in die Hochdruck-Trommel 24 gefördert Im Hochdruck-Verdampfer 25 wird diese Menge im Zwangsumlauf verdampft Sie wird in dem der Hochdruck-Trommel 24 nachgeschalteten Überhitzer 26 auf Frischdampfzustand gebracht und dann der Dampfturbine 12 zugeführt, in welcher der Dampf unter Abgabe seiner Energie entspannt wird.
Der dritte Teil des vorgewärmten Speisewassers wird von der Druckerhöhungspumpe 27 in den Kessel 9 der Rohgasanlage gefördert. Die Druckerhöhung geschieht in dem Maße, daß der im Kessel erzeugte Hochdruck-Sattdampf unter Berücksichtigung aller anschließenden Druckverluste einen Druck aufweist, der zumindest annähernd dem Dampfdruck nach dem Hochdruck-Verdampfer 25 entspricht. Aus der Sattdampftrommel 28 des Kessels 9 gelangt der Dampf in den Überhitzer 26 des Zweidruck-Dampferzeugers, in dem er. zusammen mit der Dampfmenge aus der Hochdruck Trommel 24. auf Frischdampfzustand überhitzt wird.
Soweit sind Anlagen und Verfahren /u deren Betrieb bekannt. Hochdruck-Sattdampf aus einer Dampftrommel enthält jedoch Feuchte. Diese muß in einem Wasserabscheider vor dem Eintritt in den Überhitzer 26 entfernt werden, was in der Regel in einem Abscheider, eingebaut in der Hochdruck-Trommel 24 geschielit.
F.rfindungsgemäß durchström: nun der Hochdruck-Sattdampf zunächst den Wärmeaustauscher 6 und wird dort durch die der verdichteten Verbrennungsluft entzogene Wärme getrocknet und leicht überhitzt Der Wärmeaustauscher 6 erfüllt de.nnach die Funknonen eines Luftkühlers und eines Dampftrockner«, und -Vorüberhitzers. Der leicht überhitzte Dampf gelangt anschließend direkt in den Überhitzer 26, Ein beträchtlieher Teil des Dampfturbinen-Arbeitsmittels durchströmt demnach nicht die Hochdruck-Trommel 24, wodurch diese wesentlich kleiner dimensioniert werden kann, d. h. sie muß lediglich für die Aufnahme des Hochdruck-Speisewasstfs und den im Hochdruck-Verdampfer 25 erzeugten Dampf ausgelegt sein. Dies ist insbesondere günstig, wenn die ganze Anlage nur mit Teillast betrieben wird, sowie im Fall, daß der Kessel 9 außer Betrieb ist und die Gasturbinenanlagen mit Fremdbrennstoff gefahren wird.
Zum besseren Verständnis wird das Verfahren anhand eines Zahlenbeispiels erläutert. Es versteht sich, daß im vorliegenden Rahmen auf die Bekanntgabe von allen, den Berechnungen zugrundeliegenden Absolutwerten verzichtet wird, da diese wegen ihrer Abhängigkeit von allzu zahlreichen Parametern ohnehin ungenügende Aussagekraft besitzen.
Unter der Annahme, daß im Verdichter 2 der Gasturbogruppe Umgebungsluft von 15° C angesaugt wird und die Anlage mit Vollast betrieben wird, beträgt die Lufttemperatur nach Verdichter ungefähr 3350C. Zwischen 16 und 20% dieser verdichteten Luft werden abgezweigt und im Wärmeaustauscher 6 auf 300° C rückgekühlt. Diese Temperatur erlaubt einen ungefährdeten Betrieb des Booster-Verdichters 7. Stebi der im Kessel 9 erzeugte Sattdampf unter einem Druck von 50 bar mit der entsprechenden Sattdampftemperatur, so ist bei den gegebenen Luft- und Dampfinen,-·..η eine Überhitzung des Saüdäffipies im Wärmeaustauscher 6 von 7°C erzielbar.
Diese Werte gelten für den Fall, daß das Mengenverhältnis Kesseldampf zu gesamtem Frischdampf etwa 0,6 beträft und daß die Gasturbinen- und die Dampfturbinenanlage etwa die gleiche Leistung erbringen.
Die erzielbare Verbesserung des Anlagenwirkungsgrades läßt sich selbstverständlich nicht ohne weiteres zahlenmäßig ausdrucken, doch dürfte es dem Fachmann unschwer sein, die Verbesserung gegenüber den bekannten Methoden nachzurechnen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Verfahren zum Betreiben einer kombinierten Gasxurbinen-Dampfturbinenanlage mit integriertem Brennstoff-Teilverbrennungsprozeß, bei dem ein Teil der verdichteten Verbrennungsluft über einen Wärmeaustauscher und einen Booster-Verdichter einem Verbrennungsreaktor zugeführt wird, in welchem ein Brennstoff vergast wird, worauf das entstehende Rohgas in einem Kessel abgekühlt wird, gereinigt wird und schließlich das Reingas der Brennkammer der Gasturbine zugeführt wird, und bei dem femer im Kessel erzeugter Sattdampf dem Überhitzer eines vom Abgas der Gasturbine beaufschlagten Abhitze-Dampferzeugers zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Sattdampf im Wärmeaustauscher (6) getrocknet und voniberhitzt wird.
DE2749496A 1977-10-04 1977-11-04 Verfahren zum Betreiben einer kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinenanlage mit integriertem Brennstoff-Teilverbrennungsprozess Expired DE2749496C2 (de)

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