DE3605408A1 - Combined gas turbine/steam turbine system - Google Patents
Combined gas turbine/steam turbine systemInfo
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Abstract
Description
STEAG Aktiengesellschaft
Bismarckstraße 54STEAG Aktiengesellschaft
Bismarckstrasse 54
4300 Essen 1
Stichwort: Kombi-Anlage4300 Essen 1
Keyword: combined system
Az. 732Ref. 732
n Die Erfindung betrifft eine kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinen-Anlage, bei der der Ausgang einer mit einem Teilstrom der Einsatzkohle beschickten Kohlevergasungsanlage mit der Brennkammer eines Gasturbinen-Blocks mindestens bestehend aus einer Brennkammer,The invention n a combined gas turbine-steam turbine plant is concerned, at which the output of a charged with a partial flow of the feed coal gasification power plant to the combustion chamber of a gas turbine block at least consisting of a combustion chamber,
einer Gasturbine, einem von dieser angetriebenen Ioa gas turbine, an Io driven by this
und ausgangsseitig mit der Brennkammer und dem Eingang eines in einem mindestens mit Kohle beschickten Dampferzeuger eines Dampfturbinen-Blocks angeordneten Lufterhitzers verbundenen Luftverdichter und einem von der Gasturbine angetriebenen Generator verbunden ist, wobei der Ausgang des Lufterhitzers zumindest mit der Brennkammer des Gasturbinen-Blocks verbunden ist derart, daß der überwiegende Teil der der Brennkammer zugeführten Verbrennungsluft über den Lufterhitzer geführt ist und bei der der Ausgang der Gasturbine mit der Feuerung des Dampferzeugers des Dampfturbinen-Blocks verbunden ist, der neben dem Dampferzeuger mindestens eine Dampfturbinenbaugruppe, einen von der Dampfturbinenbaugruppe angetriebenen Generator,and on the output side with the combustion chamber and the input of a steam generator in at least one charged with coal a steam turbine block arranged air heater and a connected air compressor is connected by the gas turbine driven generator, the output of the air heater at least is connected to the combustion chamber of the gas turbine block in such a way that the majority of that of the combustion chamber supplied combustion air is passed through the air heater and at the outlet of the gas turbine is connected to the furnace of the steam generator of the steam turbine block, which is next to the steam generator at least one steam turbine assembly, a generator driven by the steam turbine assembly,
einen Kondensator und eine Speisewasserpumpe aufweist. 30has a condenser and a feed water pump. 30th
Eine solche kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinen-Anlage ist aus der US-PS 44 70 255 bekannt, bei der der der Kohlevergasungsanlage zugeführte Teilstrom einer unvollständigen Vergasung unterzogen wird und der bei der Vergasung entstehende Koks der Feuerung des Dampferzeugers zugeführt wird. Der Feuerung des .Such a combined gas turbine-steam turbine system is known from US-PS 44 70 255, in which the coal gasification plant supplied partial flow is subjected to incomplete gasification and the coke produced during gasification is fired of the steam generator is supplied. The firing of the.
Dampferzeugers wird darüber hinaus der Rest der Einsatzkohle zugeführt. Dabei muß dafür Sorge getragen werden, daß der Koks unterhalb der Zufuhr des Restes der Einsatzkohle der Feuerung des Dampferzeugers zugeführt wird. Der Dampferzeuger muß daher in der Lage sein, zwei verschiedene Brennstoffe zu verbrennen. Weiterhin liegt bei dem bekannten Dampferzeuger, dessen Feuerung als zirkulierende Wirbelschichtfeuerung mit Aschekühler ausgebildet ist, der Lufterhitzer als Feststoff-Gas-Wärmetauscher im Aschekühler der zirkulierenden Wirbelschicht.In addition, the steam generator is used for the rest of the feed coal fed. Care must be taken that the coke is below the supply of the rest the feed coal is fed to the furnace of the steam generator. The steam generator must therefore be in the Be able to burn two different fuels. Furthermore, with the well-known steam generator, The furnace is designed as a circulating fluidized bed furnace with an ash cooler, the air heater as a solid-gas heat exchanger in the ash cooler of the circulating fluidized bed.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei einer kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinen-Anlage der vorstehend genannten Art die Stromerzeugungskosten zu verringern.It is the object of the present invention in a combined gas turbine-steam turbine system of the above kind to reduce electricity generation costs.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Kohlevergasungsanlage eine Anlage zur vollständigen Vergasung des Teilstroms der Einsatzkohle ist und der Dampferzeuger ein allein mit dem Rest der Einsatzkohle beschickter Dampferzeuger ist.This object is achieved in that the coal gasification plant is a plant for complete gasification of the partial flow of the feed coal and the steam generator is charged solely with the rest of the feed coal Steam generator is.
Durch die vollständige Vergasung eines Kohleteilstroms und die Erhitzung der Gasturbinen-Prozeßluft in dem mit dem anderen Teilstrom alleine gefeuerten Dampferzeuger, der vorzugsweise eine mit Kohlenstaub beschickte Feuerung, wiederum bevorzugt atmosphärische Feuerung aufweist, wird ermöglicht, den zu vergasenden Teilstrom wesentlich zu verringern, z. B. um mehr als die Hälfte. Der bezogen auf die geforderte Gesamtleistung erforderliche andere Teilstrom wird der Feuerung des Dampferzeugers zugeführt. Die Umsetzung der Einsatzkohle in dem Dampferzeuger durch Verbrennung ist mit geringen Umsetzungsverlusten behaftet als die Umsetzung in der Vergasungsanlage, so daß der Netto-Wirkungsgrad der Anlage ansteigt.Through the complete gasification of a coal partial flow and the heating of the gas turbine process air in the with the other partial flow alone-fired steam generator, which preferably charged one with coal dust Firing, in turn preferably having atmospheric firing, is made possible for the gas to be gasified Substantially reduce partial flow, z. B. by more than half. The related to the required Total output required other partial flow is fed to the furnace of the steam generator. The implementation the feed coal in the steam generator is by combustion with low conversion losses tainted than the implementation in the gasification plant, so that the net efficiency of the plant increases.
Darüber hinaus sind die Investitionskosten für eine Vergasungsanlage pro Brennstoffmengeneinheit höher als bei einem Dampferzeuger mit Lufterhitzer. Auch entfallen die Anlagen zur Ausschleusung des Koks aus der Kohlevergasungsanlage sowie die Transporteinrichtung zum Dampferzeuger und die Einrichtungen zum Einbringen des Koks in den Dampferzeuger.In addition, the investment costs for a gasification plant per unit of fuel quantity are higher than with a steam generator with an air heater. The systems for discharging the coke are also omitted from the coal gasification plant as well as the transport device to the steam generator and the facilities for introducing the coke into the steam generator.
Aus der DE-Z.: VGB Kraftwerkstechnik, Jahrgang 61, Heft 2, Februar 1981, Seiten 75 - 82 ist zwar eine kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinen-Anlage mit Sauerstoff-Kohledruckvergasung und nachgefeuertem Dampferzeuger bekannt, bei der ein Teil der Einsatzkohle einer sauerstoffgeblasenen Kohledruckvergasung unterzogen wird und der Rest der Einsatzkohle in den Dampferzeuger eingebracht wird. Aus Bild 9 ist aber ersichtlich, daß der der Gasturbine vorgeschalteten Brennkammer Luft zugeführt wird, die nur von dem von der Gasturbine angetriebenen Luftverdichter verdichtet wird, jedoch nicht mittels der dem Dampferzeuger freigesetzten Wärme vorgewärmt wird. Es lag also für den Fachmann nicht nahe, den aus der DE-Z. bekannten Vergaser bei der kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinen-Anlage gemäß der US-PS 44 70 255 einzusetzen, da dort die Beaufschlagung der Brennkammer nur mit verdichteter, jedoch nicht erhitzter Luft erfolgt.From DE-Z .: VGB Kraftwerkstechnik, Volume 61, Issue 2, February 1981, Pages 75 - 82 is one Combined gas turbine-steam turbine system with oxygen-coal pressure gasification and post-fired Known steam generator in which part of the feed coal is an oxygen-blown coal pressure gasification is subjected and the remainder of the feed coal is introduced into the steam generator. From picture 9 is but it can be seen that the combustion chamber upstream of the gas turbine is supplied with air that is only supplied by is compressed by the air compressor driven by the gas turbine, but not by means of the steam generator released heat is preheated. It was therefore not obvious for the expert to use the DE-Z. known carburetor to use in the combined gas turbine-steam turbine system according to US-PS 44 70 255, because there the combustion chamber is only exposed to compressed, but not heated air.
Bei der erfindungsgemäßen Anlage erfolgt somit eine Senkung der Stromkosten durch einen höheren Wirkungsgrad des Kreisprozesses und niedrigere Investitionskosten. In the system according to the invention, there is thus a reduction in electricity costs due to a higher degree of efficiency of the cycle and lower investment costs.
Es ist besonders zweckmäßig, wenn der Lufterhitzer ein in einem Rauchgaszug des Dampferzeugers angeordneter Gas-Gas-Wärmetauscher ist, da auf diese WeiseIt is particularly useful if the air heater is arranged in a flue gas duct of the steam generator Gas-to-gas heat exchanger is there that way
Wärme aus dem Rauchgas konvektiv auf die Luft übertra- - gen werden kann.Heat from the flue gas can be convectively transferred to the air.
Aus VGB Kraftwerkstechnik 62, Heft 5 (1982), Seiten 370 - 379, insbesondere Bild 7 ist eine weitere kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinen-Anlage bekannt, bei der die gesamte Einsatzkohle in der Kohlevergasungsanlage einer Teilvergasung unterworfen wird, so daß zwei verschiedene Brennstoffe in Form von Gasen und Koks entstehen. Das Gas wird in der Brennkammer des Gasturbinen-Blocks verbrannt, während der in Staubform vorliegende Koks dem Feuerraum des Dampferzeugers des Dampfturbinen-Blocks zugeführt wird. Hierbei ist eine Einbindung der Rohgaskühlung der Kohledruckvergasungsanlage in den Wasser-Dampf-Kreislauf des Turbinenblockes hinsichtlich einer Verdampfung von vorgewärmtem Speisewasser vorgesehen (vgl. Bild 7 auf Seite 371 a. a. 0.). Im Falle der vorliegenden Anmeldung wird bevorzugt, daß die Kohlevergasunganlage entweder einer Erwärmung von Kondensat dient. Selbstverständlich wäre es auch möglich, daß in an sich bekannter Weise die Kohlevergasungsanlage einer Verdampfung von vorgewärmtem Speisewasser dient. From VGB Kraftwerkstechnik 62, Issue 5 (1982), pages 370 - 379, in particular Figure 7 is a further combined one Gas turbine-steam turbine system known, in which the entire feed coal in the coal gasification system is subjected to partial gasification, so that two different fuels in the form of Gases and coke are produced. The gas is burned in the combustion chamber of the gas turbine block while the coke present in dust form is fed to the furnace of the steam generator of the steam turbine block will. This involves integrating the raw gas cooling of the coal pressure gasification system into the water-steam cycle of the turbine block is provided with regard to an evaporation of preheated feed water (see Fig. 7 on page 371 a. a. 0.). In the case of the present application, it is preferred that the coal gasification plant either serves to heat the condensate. Of course it would also be possible that in a manner known per se, the coal gasification plant is used to evaporate preheated feed water.
Weitere Unteransprüche betreffen vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gasturbinen-Dampfturbinen-Anlage. Further subclaims relate to advantageous configurations of the gas turbine / steam turbine system according to the invention.
Unter Bezugnahme auf die beigefügte Schaltung soll eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinen-Anlage näher erläutert werden.With reference to the attached circuit, an embodiment of the combined according to the invention Gas turbine steam turbine system are explained in more detail.
Eine sauerstoffbetriebene Kohlevergasungsanlage 1, die vorzugsweise nach dem bekannten Texaco-Verfahren arbeitet, wird mit einem Kohleteilstrom Kl beschickt, der in der Anlage vollständig vergast wird. Das im wesentlichen aus Kohlenmonoxid CO und Wasserstoff H bestehende Kohlegas wird einer Brennkammer 2 eines Gasturbinenblocks zur mindestens stöchiometrischen Verbrennung zugeführt. Der Ausgang der Brennkammer 2 ist _mit dem Eingang einer Hochtemperaturgasturbine 3 verbunden. Je höher die Eintrittstemperatur der Gasturbine ist, desto höher ist deren Wirkungsgrad. Die Eintrittstemperatur an der Turbine und die Austrittstemperatur betragen vorzugsweise ca. 1.1OO°C bzw. 55O°C.An oxygen-powered coal gasification plant 1, which preferably works according to the known Texaco process, is fed with a partial coal flow Kl, which is completely gasified in the plant. This essentially consists of carbon monoxide, CO and hydrogen H existing coal gas is a combustion chamber 2 of a gas turbine block for at least stoichiometric Incineration fed. The exit of the combustion chamber 2 is _with the entrance of a high temperature gas turbine 3 connected. The higher the inlet temperature of the gas turbine, the higher its efficiency. The inlet temperature at the turbine and the outlet temperature are preferably approx. 1,100 ° C or 550 ° C.
Das Turbinenabgas wird in die Staubfeuerung 4 eines Dampferzeugers 5 eines Dampfturbinenblockes geleitet und dient dort wegen seines hohen Restsauerstoffgehaltes als Verbrennungsgas für einen weiteren Kohleteilstrom K2, der der Feuerung 4 in Staubform zugeführt wird. (Anstelle eines Dampferzeugers mit atmosphärischer Staubfeuerung kann auch eine Wirbelschichtfeuerung, bevorzugt eine atmosphärische Wirbelschichtfeuerung eingesetzt werden; jedoch erscheint eine staubfeuerung zweckmäßiger.) Der dem Dampferzeuger zugeführte Kohlestrom K2 ist größer als der Kohlestrom Kl, diese verhalten sich z. B. wie 4:3. Die Verbrennung erfolgt bei hohem Luftüberschuß und somit bei niedriger Feuerraumtemperatur; die Rauchgase weisen einen hohen Restsauerstoffgehalt von z. B. 12 % auf.The turbine exhaust gas is fed into the dust furnace 4 of a steam generator 5 of a steam turbine block and serves there because of its high residual oxygen content as combustion gas for a further coal substream K2, which is fed to the furnace 4 in the form of dust will. (Instead of a steam generator with atmospheric dust combustion, a fluidized bed combustion, atmospheric fluidized bed combustion is preferred; however, one appears Dust firing more appropriate.) The steam generator supplied coal flow K2 is greater than the coal flow Kl, these behave z. B. like 4: 3. The burn occurs with a high excess of air and thus with a low combustion chamber temperature; the smoke gases have a high residual oxygen content of z. B. 12%.
Die Rauchgase der Staubfeuerung strömen durch hintereinandergeschaltete Speisewasservorwärmer (Eco) 6 und 7 und verlassen diese mit einer Temperatur von z. B. 125°C.The flue gases from the dust furnace flow through series-connected Feed water preheater (Eco) 6 and 7 and leave them with a temperature of z. B. 125 ° C.
Die Gasturbine 3 treibt einen Luftverdichter 8 und einen Generator 9 an. Ein Teilstrom Ll der verdichteten und z. B. auf 363°C erwärmte Luft wird direkt der Brennkammer 2 zugeführt, während ein größerer Teilstrom L2 über einen in einem Rauchgaszug 5a des im Dampferzeuger 5 angeordneten Lufterhitzer 10 in Form eines Gas-Gas-Wärmetauschers der Brennkammer 2 zugeführt wird. Das Verhältnis von Teilstrom Ll : L2 liegt z. B. bei 1:8. Der Teilstrom L2 wird im Lufterhitzer 10 beispielsweise von ca. 360 C auf ca. 830 C erwärmt. Es ist u. ü. auch möglich, die gesamte Verbrennungsluft für die Brennkammer 2 über den Lufterhitzer 10 zu führen. Als Lufterhitzer wird vorzugsweise ein Röhrenwärmetauscher eingesetzt.The gas turbine 3 drives an air compressor 8 and a generator 9. A partial flow Ll of the compressed and Z. B. to 363 ° C heated air is fed directly to the combustion chamber 2, while a larger one Partial flow L2 via a in a flue gas duct 5a of the air heater 10 arranged in the steam generator 5 in The combustion chamber 2 is supplied in the form of a gas-gas heat exchanger. The ratio of partial flow Ll: L2 lies z. B. at 1: 8. The partial flow L2 is in the air heater 10 heated from approx. 360 C to approx. 830 C, for example. It is u. also possible, the entire combustion air for the combustion chamber 2 via the air heater 10. The preferred air heater is a tubular heat exchanger is used.
Der Dampfturbinenblock ist in der Figur zur Vereinfachung der Darstellung nur in Form einer Mitteldruckdampfturbinenbaugruppe 11 mit zugeordnetem Generator 12 und Zwischenüberhitzungsheizflache 13 am Dampferzeuger 5 dargestellt. Die Dampfturbinenbaugruppe kann selbstverständlich auch eine Hochdruckturbine, eine Mitteldruckturbine und/oder eine Niederdruckturbine aufweisen.The steam turbine block is in the figure for simplicity shown in the form of a medium pressure steam turbine assembly only 11 with associated generator 12 and reheating heating surface 13 on the steam generator 5 shown. The steam turbine assembly can of course also be a high pressure turbine, have a medium-pressure turbine and / or a low-pressure turbine.
Der Turbine 11 ist ein Kondensator 14 und diesem eine Speisewasserpumpe 15 nachgeschaltet, die das Speisewasser über die Speisewasservorwärmer 7 und 6 dem Dampferzeuger zufördert. (Die erfindungsgemäße Anlage ist selbstverständlich nicht auf eine Anordnung mit zwei Speisewasservorwärmern beschränkt.)The turbine 11 is a condenser 14 and this is followed by a feed water pump 15, which the Feed water is fed to the steam generator via the feed water preheaters 7 and 6. (The inventive The system is of course not limited to an arrangement with two feed water preheaters.)
Wie die gestrichelten Linien W zwischen Speisewasserpumpe 15 und Speisewasservorwärmer 7 andeuten, kann Speisewasser vor Eintritt in die Speisewasservorwärmer über die Vergasungsanlage 1 geleitet werden und in dieser über Kühlflächen von z. B. 33°C auf 75°C erwärmt werden.As the dashed lines W between feed water pump 15 and feed water preheater 7 can indicate Feed water are passed through the gasification plant 1 before entering the feed water preheater and into this over cooling surfaces of z. B. 33 ° C to 75 ° C are heated.
Wie die beiden durchgezogenen Verbindungslinien D andeuten sollen, ist vorgesehen, aus dem Dampfturbinenblock vorgewärmtes Wasser nach dem Vorwärmen abzuziehen und dieses der Kohlevergasungsanlage zuzuführen, den in dieser erzeugten Dampf dem Dampferzeuger zuzuleiten und in ihm für den Betrieb der Dampfturbine zu überhitzen. Über die gestrichelt gezeichneten Leitungen W und die durchgezogenen Leitungen D ist somit-ein Einbinden der Kohlevergasungsanlage 1 in den Wasser-Dampfkreislauf des Dampfturbinenblockes möglich.As the two solid connecting lines D are intended to indicate, provision is made for the steam turbine block Remove preheated water after preheating and feed it to the coal gasification plant, to feed the steam generated in this to the steam generator and in it for the operation of the steam turbine to overheat. About the dashed lines W and the solid lines D is thus integrating the coal gasification plant 1 into the water-steam circuit of the steam turbine block possible.
Unter Umständen kann es zweckmäßig sein, zusätzlich zu den Speisewasservorwärmern 6 und 7 zusätzlich mit Anzapfdampf beaufschlagte Vorwärmer vorzusehen. Zur Vereinfachung der Darstellung sind derartige Speisewasservorwärmer und Anzapfungen an der Turbine 11 nicht mitdargestellt. Des weiteren sind zur Vereinfachung der Darstellung die üblicherweise in einem Dampfturbinenblock vorhandenen Speisewasserbehälter, Sammler, Überhitzer und dgl. nicht mitdargestellt.Under certain circumstances, it can be useful in addition to the feed water preheaters 6 and 7 preheaters with bleeding steam are to be provided. To simplify the illustration, such feedwater preheaters and taps are on the turbine 11 not shown. Furthermore, in order to simplify the representation, the Steam turbine block existing feed water tank, collector, superheater and the like. Not shown.
Durch die vollständige Vergasung des kleineren Teilstroms Kl und durch die Verbrennung des größeren Teilstroms K2 infolge der Lufterhitzung der Verbrennungsluft für die Brennkammer der Gasturbine im Rauchgas der Verbrennung des TeilStroms K2 kann ein höherer Wirkungsgrad als bei dem bekannten Kombi-Prozeß erreicht werden. Da der größere Teil der im Prozeß verbrannten Kohle nicht in einer komplizierteren Vergasungsanlage vergast, sondern in einer einfacheren Feuerung, insbesondere einer einfachen Staubfeuerung, verbrannt wird, ist zusätzlich die Anlagentechnik einfacher im Aufbau und weniger aufwendig bezüglich der Investitionen.Through the complete gasification of the smaller partial flow Kl and through the combustion of the larger one Partial flow K2 as a result of the air heating of the combustion air for the combustion chamber of the gas turbine in the flue gas the combustion of the partial flow K2 can achieve a higher degree of efficiency than with the known combined process will. Because the greater part of the coal burned in the process is not in a more complex one Gasification plant gasified, but in a simpler furnace, in particular a simple dust furnace, is burned, the system technology is also simpler in structure and less complex in terms of of investments.
Zwischen der Kohlevergasungsanlage 1 und der Brennkammer 2 kann noch eine Entspannungsturbine eingeschaltet sein, falls die Vergasungsanlage eine Kohledruckvergasungsanlage mit einer hinreichenden Druckdifferenz bezüglich der Brennkammer 2 ist.Between the coal gasification plant 1 and the combustion chamber 2 an expansion turbine can also be switched on if the gasification plant is a coal pressure gasification plant with a sufficient pressure difference with respect to the combustion chamber 2.
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Claims (6)
Bismarckstraße 54STEAG Aktiengesellschaft
Bismarckstrasse 54
Az.: 732Keyword; Combined system
Ref .: 732
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE19863605408 DE3605408A1 (en) | 1985-02-23 | 1986-02-20 | Combined gas turbine/steam turbine system |
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| DE3506514 | 1985-02-23 | ||
| DE19863605408 DE3605408A1 (en) | 1985-02-23 | 1986-02-20 | Combined gas turbine/steam turbine system |
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|---|---|
| DE3605408A1 true DE3605408A1 (en) | 1986-08-28 |
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ID=25829712
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| DE19863605408 Withdrawn DE3605408A1 (en) | 1985-02-23 | 1986-02-20 | Combined gas turbine/steam turbine system |
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3605408A1 (en) |
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1986
- 1986-02-20 DE DE19863605408 patent/DE3605408A1/en not_active Withdrawn
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