DE3415768A1 - Kombinierte gas-dampfkraftanlage - Google Patents

Kombinierte gas-dampfkraftanlage

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Description

ELIN-UNION Aktiengesellschaft für elektrische Industrie in Wien
"Kombinierte Gas-Dampfkraftanlage"
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Sie Erfindung betrifft eine Gas- Dampfkraftanlage bestehend aus einer offenen Gasturbine zur Verbrennung von gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen bzw. von Kohle, und einer nachgeschalteten Dampfanlage , wobei zur Wärmezufuhr von der offenen Gasturbinenanlage an die Dampfanlage der Wärmeinhalt der aus der Niederdruck-Gasturbine austretendenRauchgase herangezogen ist und weiters die Wärmeabgabe von unter Druck befindlichen Gasen, die in der Brennkammer der offenen Gasturbine mit Hilfe eines Umwälzgebläses zirkulieren.
Als Stand der Technik sind offene Gasturbinen bekannt geworden, sowie offene Gasturbinen mit Zwischenüberhitzung, bei denen die angesaugte Luft im Kompressor komprimiert wird, in der Hochdruckbrennkaaner Brennstoff zugeführt und Rauchgas erzeugt wird, dieses in der Hochdruckgasturbine entspannt wird, worauf in der Niederdruckbrennkammer neuerlich Brennstoff zugeführt und die Temperatur erhöht wird, wonach die restliche Entspannung in der Niederdruckgasturbine erfolgt, sonach die Gase ins Freie entlassen wurden.
Bekannt sind ferner Anlagen, die den Wärmeinhalt dieser Abgase in einer nachgeschalteten Dampfanlage nützen. Um eine optimale Nutzung der Abwärme zu erhalten, ist es dabei nötig, eine mehrfache Druckstufung des erzeugten Dampfes vorzunehmen, der vorzugsweise einer gemeinsamen Mehr— druckdampfturbine zur Expansion zugeführt wird. Derartige Anlagen sind die Wärmekraftmaschinen, die den bisher höchsten thermischen Wirkungsgrad erreicht haben.
Weiters sind geschlossene Gasturbinenanlagen bekannt geworden, die für die Verfeuerung von fossilen Brennstoffen in mehreren Anlagen gebaut wurden und besonders für die Anwendung der Hochtemperatur-Atomreaktoren in Aussicht genommen sind. Derartige Anlagen bestehen aus einem geschlossenen Kreislauf eines Gases, somit aus einem Kompressor, einem Wärmetauscher, einem Gaserhitzer, einer Gasturbine und einem Gaskühler, in denen Gase im geschlossenen Kreislauf zirkulieren. Als derartige Gase wurden schon Luft, Kohlendioxyd und Helium eingesetzt. Weiters ist bekannt, die abgegebene Wärme, die im Gaskühler aus dem Gaskreislauf entnommen wird, zur Fernheizung bzw. als Wärmezufuhr für
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eine nachgeschaltete Dampfanlage zu verwenden. Diese bekannten Anlagen weisen folgende Nachteile auf:
Bei'der offenen Gasturbine ist auch bei Ausnützung der bei der heutigen Schaufelkühlung möglichen Spitzengastemperaturen. der Sauerstoffanteil der angesaugten Luft bei weitem nicht ausgenützt. Das in die Atmosphäre entweichende Abgas enthält noch reichlich Sauerstoff, sodaß in Bezug auf den an der Verbrennungsreaktion teilnehmenden Sauerstoff die gesamte Abgasmenge noch zu groß ist. Daher ist auch die mit den Abgasen ins Freie entweichende Abwärme noch zu groß und kann dadurch weiter verkleinert werden, daß ein vollständiger Ausbrand der Luft und des in ihr enthaltenen Sauerstoffes erzielt wird. Dies ist jedoch bei den heute verwirklichbaren Temperaturen, wie sie auf Grund der derzeit vorhandenen Konstruktionen der Schaufelkühlung und der Materialien möglich sind, nicht durchführbar. Selbst bei Anwendung der Zwischenerhitzung ist dies nicht der Fall.
Auch die geschlossene Gasturbine in der derzeit bekannten Form ist in ihrer Höchsttemperatur durch die Materialien des Gaserhitzers beschränkt. Da eine große Wärmeübergangsfläche vorhanden sein muß, die aus teurem Material zu fertigen ist und dieses Rohrmaterial außerdem hohen Spannungen unterliegt, ist es nicht möglich die Spitzentemperatur einer geschlossenen Gasturbinenanlage auf ähnliche Werte zu heben, wie die einer offenen Gasturbinenanlage. Weiters hat die geschlossene.. Gasturbine in ihrer derzeitigen Form den Nachteil, daß im unteren Temperaturbereich bei der Wärmeabgabe im Gaskühler eine gewisse Temperaturdifferenz erforderlich ist, um die Wärme zu übertragen, soll die Heizfläche und der Druckverlust dieses Gaakühlers nicht zu groß werden. Aus Überlegungen über die Exergie ergibt sich aber, daß Temperaturdifferenzen für den Kreisprozeß umso schädlicher sind, bei je tieferer Temperatur diese stattfinden.
Aufgabe der Erfindung ist es,diese Nachteile zu beseitigen und einen Wärmekraftprozeß mit höchstem Wirkungsgrad zu schaffen.
Die Erfindung betrifft somit eine kombinierte Gas- Dampfkraftanlage der oben genannten Art, bei der erfindungsgemäß zur Wärmeabgabe an die nachgeschaltete Dampfanlage die Niederdruckbrennkammer der mit Zwischenerhitzung arbeitenden offenen Gasturbine verwendet ist.
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Gemäß einem weiteren BrfindungsVorschlag kann die nachgeschaltete Dampfanlage als sogenannte integrierte Dampfanlage gestaltet sein und aus einem Hochtemperaturkreis mit Dampfkompressor, Dampfwärmetauscher, Dampferhitzer und.Hochtemperatur-Dampfturbine bestehen, wobei zur Wärmeabfuhr aus diesem einer geschlossenen Gasturbinenanlage entsprechenden Kreis Wasserdampf als Kreislaufmedium verwendet ist, wobei nach dem Dampfwärmetauscher zur Wärmeabfuhr ein Teil des Dampfes der Niederdruck-Dampfturbine zugeführt ist, in dieser expandiert, sodann dem Kondensator, in dem er kondensiert, hernach der Speisepumpe zur Druckerhöhung, hernach dem Einspritzkühler, in dem er als Einspritzwasser zur Kühlung des Dampfes in den Dampfkompressor eingespritz ist. —
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann ein Rauchgasspeisewasservorwärmer zwischen Speisepumpe und Dampfkompressor vorgesehen sein, der zur Aufwärmung dieses Speisewassers bis in die Nähe der Sattdampf-Temperatur dient.
Weiters kann erfindungsgemäß ein Teil des Wassers einem Rauchgasverdampfer zugeführt sein, in dem übe-^itzter Dampf erzeugt ist, dessen Temperatur der Temperatur des Dampfes nach dem Dampf wärmetauscher entspricht und auf der Hochdruckseite in den Hochtemperatur-Dampfkreis nach dem Wärmetauscher eingespeist ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Druck- und Temperaturverhältnis des geschlossenen Teils des integrierten Dampfkreises entsprechend einer geeigneten Expansionslinie für die Niederdruckdampfturbine, die die Einhaltung der richtigen Endfeuchte ermöglicht, gewählt sein.
Gemäß einem weiteren Erfindungsvorschlag kann der integrierte Dampfkreis im Hochtemperaturteil mit Zwischenüberhitzung ausgeführt sein, wobei nach der Expansion im ersten Teil der Hochtemperatur-Dampfturbine der Hochdruckdampf wieder der Brennkammer der offenen Gasturbine zugeführt ist, zur Erhitzung auf die maximale Temperatur, worauf der Dampf dem Hitteldruckteil der Hochtemperatur-Dampfturbine zwecks Expansion zugeführt ist und weiters dem Dampfwärmetauscher.
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Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken kann zur Verdampfung des vom Speisewasservorwärmer kommendm Wassers ein Rauchgasverdampfer mit mehreren Druckstufen vorgesehen sein, wobei der erzeugte Sattdampf bzw. überhitzte Dampf in geeigneter Druckstufe in den Dampfkompressor eingespeist bzw. in die Druckschiene nach dem Dampfkompressor bzw. Dampfwärmetauscher eingespeist ist.
Gemäß einer weiteren Erfindungsidee kann der Dampfkompressor aus mehreren Teilkompressoren bestehen und entsprechenden mehrfachen Einspritzkühlern für das Speisewasser, wobei die Einspritzungen des Kondensators zur Kühlung des Dampfes am Eintritt in den Dampfkompressor entsprechend den einzelnen Teil-Kompressoren desselben derart erfolgen, daß an keiner Stelle des Dampfkompressors eine Feuchtigkeit von 5 - 10 % überschritten ist, bzw. entsprechend der Einhaltung einer Kompressionslinie im hs-Diagramm jeweils zwischen den Grenzen der maximalen Feuchtigkeit und zwischen der Grenzkurve des Wasserdampfes.
Gemäß einem weiteren Erfindungsgedanken kann zur Kühlung der offenen Gasturbine Wasser verwendet sein, wobei der bei Kühlung entstehende Wasserdampf durch geeignete Mitte1 aus den Rotoren der Gasturbine herausgeführt und der integrierten Dampfanlage zur Verwertung zugeleitet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann das Gehäuse der Hochtemperatur—Dampfturbine durch eine innenliegende, dampfundurchdringliche Isolationsschicht, z.B. Keramik,isoliert sein.
Gemäß einem weiteren Erfindungsvorschlag kann zur Kühlung des Rotors der Hochtemperatur-Dampfturbine aus dem Dampfkompressor entnommener Anzapfdampf dienen.
Als wesentliche Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage sind zu nennen:
Die der geschlossenen Gasturbinenanlage über die in der Niederdruckbrennkammer der offenen Gasturbine angeordnete- Heizfläche zugeführte Wärmemenge ist so bemessen, daß in der Niederdruckbrennkammer der offenen Gasturbine gerade der fast
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vollständige Ausbrand, also die Ausnutzung des nahezu gesamten Sauerstoffinhaltes der Rauchgase erreicht wird· In der Hochdruckbrennkammer der .offenen Gasturbinenanlage wird die Temperatur so hoch wie möglich, also den gerade bekannten Schaufelkühlungsverfahren für die Hochdruck— gasturbine entsprechend, gewählt. Dasselbe gilt für die Niederdruckgas— turbine, wobei jedoch im Falle der Luftkühlung der Schaufeln der offenen Gasturbine die Mederdruckgasturbine vorzugsweise in ungekühlter Ausführung ausgeführt wird, also mit Temperaturen arbeitet, die kleiner als ungefähr 9000C am Eintritt in die Mederdruckgasturbine liegen. Werden als Brennstoffe für die offene Gasturbine Erdgas oder destillierte Erdölprodukte vorgesehen, so wird die Hochdruckbrennkamraer in der üblichen Weise gestaltet. Die JETiederdruckbrennkammer wird insofern ausgestaltet, als nach dem Flammrohr die entsprechenden Vorkehrungen getroffen werden, um die Heizfläche der nachfolgenden integrierten Dampfanlage zu beaufschlagen. Wird als Brennstoff Kohle vorgesehen, so wird die Hochdruckbrennkammer der offenen Gasturbine ebenfalls in konventioneller Weise mit dem Gas, das durch das Austreiben der flüchtigen Bestandteile aus der Kohle erzeugt wird, befeuert, die Niederdruckbrennkammer ist jedoch als ein Fließbett-Reaktor ^staltet, in dem die staubförmige Kohle im Rauchgasstrom schwebend verbrannt wird, wobei Wärme an die am Rande des Reaktors angeordneten Kühlrohre abgegeben wird. Diese sind wiederum die Heizflächen für die nachgeschaltete integrierte Dampfanlage. Auch hier ist der" Ausbrand so zu wählen, daß möglichst der gesamte Sauerstoffinhalt der Rauchgase aufgebraucht wird. In diesem Fall kommt nur eine Ausführung der Niederdruckgasturbine in Frage, die mit ungekühlten Schaufeln arbeitet, was wieder gerade der optimalen Temperatur des Fließbett-Reaktors entspricht. Werden die Turbinen der offenen Gasturbine mit Wasser gekühlt, so sind zwei Ausführungen möglich, entweder das gesamte Kühlwasser verdampft und der Dampf tritt durch die Austrittskanten und Spitzen der Schaufeln in den Rauchgasstrom über. In diesem Fall kann auch die Niederdruckturbine durch Wasser gekühlt werden und ihre Temperatur entsprechend höher gewählt werden. Wird der Dampf aus den gekühlten Schaufeln durch den Rotor wieder nach außen abgezogen, dann kann er im Sinne der vorliegenden Erfindung in einfacher Weise an der passenden Druckstelle in die Dampfturbine eingespeist und dort verwertet werden.
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In der integrierten Dampfanlage wird der Dampf in der Hochtemperaturdampfturbine auf die höchstmögliche Temperatur einer geschlossenen Gasturbine erhitzt und expandiert ,um anschließend dem Dampf wärmetauscher zugeleitet zu werden, in dem er einen Teil seines Wärmeinhaltes abgibt und zwar gerade so viel, wie zu der Hiederdruckseite der Hochtemperaturdampfturbine passend, sodaß dann eine Eintrittstemperatur für die nachgeschaltete Niederdruckdampfturbine erhalten wird, die eine günstige Expansionslinie bis zum Kondensator im Sinne der Einhaltung der maximalen Feuchtigkeit ermöglicht. Ein Teil des Dampfes strömt nach dem Dampfwärmetauscher zur Niederdruckdampfturbine.Der größere Teil strömt weiter zum Dampfkompressor. Zur notwendigen Temperaturabsenkung und auch zur Herstellung des Kreislaufes wird in diesen Teilstrom des Dampfes die Kondensatormenge, die nach der Hiederdruckdampfturbine erhalten wird, wieder eingespritzt, u. zw. derart, daß am Kompressor-Eintritt Sattdampf bzw. feuchter Dampf erhalten wird, mit nicht mehr als 10 $ Feuchtigkeit. Diese Feuchtigkeit ist für Schaufelungen von Turbomaschinen verträglich. Der Dampf kann daher auch auf diese Weise dem Dampfkompressor zugeleitet werden, der den Dampf wieder auf den Druck der Hochdruckseite des geschlossenen Kreises verdichtet. V«n Dampfkompressor wird der Dampf über den Wärmetauscher in dem er erwärmt wird, dem Dampferhitzer in der Niderdruckbrennkammer zugeleitet, wobei der Hochtemperaturkreis somit geschlossen ist.
Die Tjerwertung des Wärmeinhaltes der Rauchgase erfolgt durch den Rauchgas-Verdampfer und durch den Speisewasservorwärmer in der Weise, daß das gesamte Speisewasser zunächst im Speisewasservorwärmer von den Rauchgasen vorgewärmt und hierauf zum Großteil vor dem Dampfkompressor in den Strom des geschlossenen Dampfkreises eingespritzt wird, während der restliche Teil dem Verdampfer zugeleitet, dort vorgewärmt, verdampft und überhitzt wird und in iie Hochdruckschiene nach dem Dampfkompressor bzw. Dampf-Wärmetauscher eingespeist wird.
Eine Verbesserung des integrierten Dampfkreises bringt die Aufspaltung des Dampferhitzers in der Niederdruckbrennkammer der offenen Gasturbine bzw. Einspeisung in zwei Teilturbinen der Hochtemperaturdampfturbine, also die
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Ausführung mit Zwischenerhitzung, wodurch sich eine kompliziertere Schaltung der Einspritzung des Speisewassers, bzw. der Einspeisung des von den Rauchgasen erzeugten Dampfes in den Dampfkompressor ergibt.
Die Erfindung wird am Beispiel der nachstehenden Zeichnung erläutert, in der Fig. 1 die erfindungsgemäße Schaltung des Kreisprozessesbedeutet und Fig. 2 eine weitere, verbesserte Erfindungsvariante.
In Fig. 1 bedeutet 1 die Luftansaugung der offenen Gasturbine, 2 den Kompressor derselben, 3 die Anzapfungen für Kühlluft aus dem Kompressor, die über einen Kühler der Hochdruckgasturbine zugeleitet werden, 4 die Hochdruck—Brennkammer der offenen Gasturbine, 5 die Brennstoffzufuhr zu derselben, 6 die Hochdruckgasturbine. Dieser nachgeschaltet ist die Niederdruckbrennkammer 7ι deren Brennstoffzufuhr mit 8 angedeutet ist. Um die gewünschte vollständige Verbrennung, also d. h. die vollständige Ausnützung des Sauerstoffgehaltes der Rauchgase zu erreichen, wird das Rauchgas in dieser Brennkammer durch ein Gebläse 9 rückgewälzt. Die Härmeabgabe erfolgt dabei an die Heizfläche 10. Am Austritt aus der Hiederd* uckbrennkammer wird das Rauchgas der Mederdruckgasturbine 11 zugeleitet, wobei nach der Expansion in derselben die Verwertung des Wärmeinhaltes der Rauchgase im Verdampfer 13 und im Speisewasservorwärmer 14 erfolgt. Mit 15 ist der Austritt in den Schornstein gekennzeichnet.
Der integrierte Dampfkreis besteht aus der Heizfläche 10, die, wie erwähnt, in der Häederdruckbrennkammer 7t der offenen Gasturbine angeordnet ist und durch das Gebläse 9 beaufschlagt wird. In dieser erfolgt die Erhitzung des Dampfes im Hochtemperaturkreis. Dieser Dampf strömt der Hochtemperaturdampf turbine 16 zu, wird in dieser expandiert und kommt von dieser in den Dampf wärmetauscher 17JTaCh Abkühlung in demselben ist der Dampf im geeigneten Zustand, der Niederdruckdampfturbine 20 zugeleitet zu werden. In dieser erfolgt die Expansion über mehrere Stufen bis auf das Druckniveau des Kondensators 22, sodaß die gewünschte maximale Endfeuchte in der letzten Schaufelreihe der Dampfturbine eingehalten werden kann.
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Die erzeugte mechanische Leistung wird an den Generator 21 im Falle der Dampfturbine, und an den Generator 12 im Falle der offenen Gasturbine abgegeben. Über die Kondensatpumpe 23 und die Speisewasser— anzapfvorwärmer 24* sowie über den Entgaser 23 und über die Speisepumpe 26 wird das Kondensat wieder auf das erforderliche Druckniveau gebracht, um im Einspritzkühler 18 dem restlichen Dampf strom des Hochtemperaturdampfkreises eingespritzt zu werden, womit richtiger Dampfzustand und Menge vor dem Dampfkompressor 19 hergestellt wird. In diesem Schaltschema sind außerdem mit den Knoten 27 die Abzweigung des Ein— spritzwassers vom Wasserstrom in den Verdampfer, mit 28 die Einspeisung des Einspritzwassers in den Dampfstrom des Hochtemperaturkreises, mit 30 die Einspeisung des im Rauchgasverdampfer erzeugten Dampfes in den Hochtemperaturkreis, mit 29 die Abzweigung des Dampfes zur Hiederdruck-Dampfturbine bezeichnet..
Die erfindungsgemäße Schaltung hat folgende Vorteile:
Durch die Wärmeabgabe an den integrierten Dampfkreis in der Niederdruckbrennkammer der Gasturbine *st es möglich,einen vollständigen Ausbrand der Rauchgase, d.h. also eine vollständige Ausnutzung des Sauerstoffinhaltes zu erzielen. Damit wird im Bezug auf die Wärmeumsetzung des Kreises eine minimale Abgasmei®8 und damit ein minimaler Abgasverlust erreicht.
Durch die Ausnutzung der Spitzentemperatur der offenen Gasturbinenanlage kann die höchstmögliche Temperatur, die in solchen Kreisprozessen bisher erreicht wurde, in den Prozeß eingebunden werden. Durch Anwendung geeigneter Kühlungsma3; ahmen können sowohl Hochdruck- als auch Niederdruckturbine auf diese Spitzsr.temperaturen gebracht werden.
Durch die Schaltung des integrierten Dampfkreises, die eine Kombination einer geschlossenen Gasturbine mit einer Dampfanlage darstellt, mit dem gemeinsamen Betriebsmedium Wasserdampf betrieben, ergeben sich große Vorteile durch die Wärmezufuhr bei hoher Temperatur in den Hochtemperaturkreis und die Vermeidung von Temperaturdifferenzen bei der Wärmeabgabe aus dem Hochtemperaturkreis. In der vorliegenden Schaltung ist hiefür keine eigene Heizfläche notwendig.
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Es entstehen daher kein· Druckverluste und es sind keine Temperatur- differenzen erforderlich, sondern dies geschieht dadurch, daß Dampf für. die Niederdruckdampfturbine abgezogen wird und deren Kondensat wieder in den Dampfkreis eingespritzt wird, was in der Dampfströmung mit minimalen Druckverlusten vor sich geht.
Weiters hat das Arbeitsmedium Wasserdampf für den Teil des Kreises, der der geschlossenen Gasturbinenanlage entspricht,den Vorteil, daß die Kompressionsarbeit verringert wird, u. zw. durch die thermodynamisehen Eigenschaften des Wasserdampfes, in der Nähe der Grenzkurve weniger Wärmegefälle zur Kompression zu erfordern, als ein Gas, das sich im Ideal-Gaszustand befindet. Hiedurch wird ein wesentlicher Teil der Kompressionsarbeit eingespart.
Im Vergleich zur geschlossenen Gasturbine wird außerdem ein weiterer Teil der Kompressionsarbeit und des Wärmetauscherumsatzes eingespart, da Dampf aus dem Rauchgasverdampfer zur Verfügung steht und auf der Hochdruckseite des Dampfkreises eingespeist wird, wodurch einerseits Kompressionsarbeit im Kompressor erspart wird und andererseits Wärmemenge im Dampfwärmetauscher eingespart wird, wodurch sich infolge der Temperatureigenschaften des Wasserda-pfes besonders günstige Wärmeübergangsverhältnisse und Temperaturdifferenzen für den Dampfwärmetauscher ergeben.
Fig. 2 zeigt eine Variante der erfindungsgemäßen Schaltung im Sinne einer weiteren Verbesserung,indem eine Zwischenüberhitzung in der Hochtemperaturdampfturbine wahrgenommen wird. Es bedeutet dabei analog der Fig. 1 wieder die Luftansaugung, 2 den Kompressor der offenen Gasturbine, 3 die Kühlluftleitungen und den Kühler für die Kühlluft, 4 die Hochdruckbrennkammer, 5 die Brennstoffzufuhr zu derselben, 6 die Hochdruckgasturbine, J die Niederdruckbrennkammer, 8 die Brennstoffzufuhr in der Niederdruckbrennkammer, 9 das Umwälzgebläse, 10 die Hochdruckerhitzer-Heizfläche, 10 a die Mitteldruckerhitzer-Heizfläche, 11 kennzeichnet die Niederdruckgasturbine,
12 den Generator der offenen Gasturbine. Der Rauchgasdampferzeuger ist mit
13 a bezeichnet, der Rauchgasspeisewasservorwärmer mit 14 und die Rauchgasabfuhr in den Schornstein mit 15 bezeichnet. Der integrierte Dampfkrei3 besteht aus der Hochtemperatur-Hochdruck-Dampfturbine 16 und der Hochtemperatur-Mitteldrudc-Dampfturbine 16 a, geschaltet nach dein Mitteldruckerhitzer 10 a. Am Austritt aus dieser (IO a) gelangt der Dampf in den Dampf wärmetauscher 17
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niederdruckseitig und wird in der Folge dtsrch den Dampfkompressor 19 a, der in diesem Fall aus mehreren Abschnitten besteht, verdichtet und wird über den Dampf Wärmetauscher 17 hochdruckseitig wieder dem Dampferhitzer (Hochdruckerhitzer-Heizflache) 10 zugeführt. Am Austritt aus dem Dampfwärmetauscher 17, am Knoten 39 wird der Dampf zur ITiederdruckdampfturbine abgezweigt, die erzeugte Leistung des gesamten Dampfturbosatzes wird.im Generator 21 umgesetzt. Aus der Niederdruckdampfturbine 20 gelangt entsprechend einer geeigneten Expansionslinie, die die richtige Endfeuchte herstellt, der Dampf in den Kondensator 22 ,von dort über Kondensatpumpe 23, Anzapfvorwärmer 24, Entgaser 25 und Speisepumpe 26 in den Rauchgasvorwärmer 14,in dem die Erwärmung auf die geeignete Einspritztemperatur erfolgt. Die Einspritzung erfolgt an den Knoten 33» 34» 35» 36 zur Herstellung des richtigen Dampfzustandes an den einzelnen Abschnitten des Dampfkompressors 19 a,und zw. in der Weise, daß eine Feuchtigkeit von 5 - 10 % am Eintritt in eine Kompressorstufe nicht überschritten wird. Über die Speisepumpen 31 und 32 gelangt über zwei weitere Druckstufen Speisewasser in die beiden oberen Sektionen 40 und 41 des Rauchgasver— dampfers 13 a, in denen Sattdampf 40 und überhitzter Dampf 41 erzeugt wird, der in den Dampfkompressor 19 a eingespeist bzw. in die Schiene nach dem Kompressor eingespeist wird. Die entsprechenden Knoten sind mit 38 und 30 bezeichnet. Der Druck der Speisepumpe 26 entspricht einer Verdampfung im Rauchgasverdampfer, der erzeugte Sattdampf wird von dem Eintritt in den Dampfkompressor am Knoten 37 in denselben eingespeist. Der Vorteil dieser verbesserten Schaltung liegt in einer Verringerung der Kompressionsarbeit des Dampfkompressors 19 a und in einer Erhöhung der Arbeit der Hochdrucktemperatur-Dampfturbine. Eine deutliche Verbesserung des Wirkungsgrades des Gesamtkreisprozeasesist die'Folge .
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Claims (11)

  1. Patentansprüche
    Gas-Dampfkraftanlage, bestehend aus einer offenen Gasturbine zur Verbrennung von gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen bzw. von Kohle, wobei zur Verbrennung der gasförmigen Bestandteile der Kohle die Hochdruckbrennkammer verwendet ist und zur Verbrennung der festen Bestandteile eine als Fließbett gestaltete Niederdruckbrennkammer, und einer nachgeschalteten Dampf anlage mit Kreislaufmedium Wasserdampf, wobei zur Wärmezufuhr von der offenen Gasturbinenanlage an die Dampfanlage der Wärmeinhalt der aus der Niederdruck-Gasturbine austretenden Rauchgase herangezogen ist und weiters die Wärmeabgabo von unter Druck befindlichen Gasen, die in der Brennkammer der offenen Gasturbine zirkulieren, wobei ■ zur umwälzung ein Umwälzgebläse eingesetzt ist, das die gewünschten Temperaturverhältnisse am Ein— und Austritt aus der Brennkammer herstellt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Wärmeabgabe an die nachgeschaltete Dampfanlage die Niederdruckbrennkammer der mit Zwischener— hitzung arbeitenden offenen Gasturbine verwendet ist.
  2. 2. Gas-Dampfkraftanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nachgeschaltete Dampfanlage als sog. integrierte Dampfanlage gestaltet ist und aus einem Hochtemperaturkreis mit Dampfkompressor (19» 19 &)> Dampfwärmetauscher (17)» Dampferhitzer (10. 10 a) und Hochtemperatur-Dampfturbine (16, 16 a) besteht, wobei zur Wärmeabfuhr aus diesem einer geschlossenen Gasturbinenanlage entsprechenden Kreis Wasserdampf als Kreislaufmedium verwendet ist,wobei nach dem Dampfwärmetaus eher (17) zur Wärmeabfuhr ein Teil des Dampfes der Niederdruck-Dampfturbine (20) zugeführt ist, in dieser expandiert, sodarm dem Kondensator (22), in dem er kondensiert ,hernach der Speisepumpe (26) zur Druckerhöhung, hernach dem Einspritzkühler (18), in dem er als Einspritzwasser zur Kühlung des Dampfes in den Dampfkompressor (I9) eingespritzt ist.
  3. 3.Gas-Dampfkraftanlage nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Rauchgasspeisewasservorwärmer (14) zwischen Speisepumpe (26) und Dampfkompressor (19, 19 a) vorgesehen ist, der zur Aufwärmung dieses Speisewassers bis in die Nähe der Sattdampf-Temperatur dient«
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  4. 4. Gas-Dampfkraft anlage nach den Ansprüchen 1-3» dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des Wassers (Knoten 27) einem Rauchgasverdampfer (13t 13 ») züge« führt ist, in dem überhitzter Dampf-erzeugt ist, dessen Temperatur der Temperatur des Dampfes nach dem Dampf wärmetauscher (17» 17 a) entspricht und auf der Hochdruckseite in den Hochtemperatur-Dampfkreis nach dem Wärmetauscher (Knoten 30) eingespeist ist.
  5. 5. Gas-Dampfkraftanlage nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß Druckverhältnis und Temperaturverhältnis des geschlossenen Teils des integrierten Dampfkreises (19, 19 a, 17, 10, 10 a, 16, 16 a, 20, 22, I4) entsprechend einer geeigneten Expansionslinie für die ITiederdruckdampfturbine, die die Einhaltung der richtigen Endfeuchte ermöglicht, gewählt sind.
  6. 6. Gas-Dampfkraftanlage nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierte Dampfkreis im Hochtemperaturteil mit Zwischenüberhitzung (16, 16 a) ausgeführt ist, wobei nach der Expansion im ersten Teil (16) der Hochtemperatur-Dampfturbine der Hochdruckdampf wieder der Brennkammer (7) der offenen Gasturbine zugeführt ist, zur Erhitzung auf die maximale Temperatur (10 a), worauf der Dampf dem Mitteldruckteil (16 a) der Hochtemperatur-Dampfturbine zwecks Expansion zugeführt ist und weiters dem Dampf wärmetauscher (17)·
  7. 7. Gas-Dampfkraftanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verdampfur des vom Speisewasservorwärmer (I4) kommenden Wassers ein Rauchgasverdampfer (13 a) mit mehreren Druckstufen (40, 41 42) vorgesehen ist, wobei der erzeugte Sattdampf bzw. überhitzte Dampf (40, 41) in geeigneter Druckstufe in den Dampfkompressor (Knoten 38) eingespeist bzw. in die Druckschiene (Knoten 30) nach dem Dampfkompressor (19 a) bzw. Dampf wärmetauscher (I7) eingespeist ist.
  8. 8. G as-Dampf kraft anlage nach den Ansprüchen 6-7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfkompreseor (19 a) aus mehreren Teilkompressoren besteht und entsprechenden mehrfachen Einspritzkühlern für das Speisewasser ,wobei die Einspritzungen des Kondensators zur Kühlung des Dampfes am Eintritt in den Dampfkompressor (19 a) entsprechend den einzelnen Teil-Kompressoren desselben derart er—
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    erfolgen» > daß an keiner Stelle des Dampfkompressors (19 a) eine Feuchtig- >^ keit von 5 - 10 $ überschritten ist ,bzw. entsprechend„der Einhaltung einer Kompreeeionslinie im hs-Diagramm jeweils zwischen den Grenzen der maximalen Feuchtigkeit und zwischen der Grenzkurve des Wasserdampfes·
  9. 9· Gas-Dampfkraftanlage nach den Ansprüchen 1-θ, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung der offenen Gasturbine Wasser verwendet ist j wobei der bei Kühlung entstehende Wasserdampf durch geeignete Mittel aus den Rotoren der Gasturbine herausgeführt und der integrierten Dampf anlage zur Verwertung zugeleitet ist. - _
  10. 10. Gas-Dampfkraft anlage nach den Ansprüchen 1-9, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse der Hochtemperatur-Dampfturbine (16, 16 a) durch eine innenliegende, dampfundurchdringliche Isolationsschicht, z.B. Keramik, isoliert ist.
  11. 11. Gas-Dampfkraftanlage nach den Ansprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kühlung des Rotors der Hochtemperatur-Dampfturbine (16, 16 a) aus dem Dampfkompressor (19, 19 a) entnommener Anzapfdampf dient.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990010785A1 (de) * 1989-03-07 1990-09-20 L. & C. Steinmüller Gmbh Verfahren zum betreiben eines kombinierten gasturbinen-/dampfturbinen-prozesses
EP2604821B1 (de) * 2011-12-16 2019-03-27 General Electric Company System und Verfahren zur Wärmeregelung in einem Gasturbinenmotor

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1626151A1 (de) * 1967-02-22 1971-01-14 Aeg Kanis Turbinen Waermekraftanlage mit einer Dampfturbine mit Zwischenueberhitzer und mit einer Gasturbine

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1626151A1 (de) * 1967-02-22 1971-01-14 Aeg Kanis Turbinen Waermekraftanlage mit einer Dampfturbine mit Zwischenueberhitzer und mit einer Gasturbine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1990010785A1 (de) * 1989-03-07 1990-09-20 L. & C. Steinmüller Gmbh Verfahren zum betreiben eines kombinierten gasturbinen-/dampfturbinen-prozesses
US5212941A (en) * 1989-03-07 1993-05-25 L. & C. Steinmuller Gmbh Method for operating a combined gas turbine/steam turbine process
EP2604821B1 (de) * 2011-12-16 2019-03-27 General Electric Company System und Verfahren zur Wärmeregelung in einem Gasturbinenmotor

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