DE4300192C2 - Method for operating at least two interlinked waste heat processes and steam generation system for carrying out the method - Google Patents
Method for operating at least two interlinked waste heat processes and steam generation system for carrying out the methodInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Dampferzeugungsanlage zur Durch führung des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.The invention relates to a method according to the preamble of claim 1 and a steam generating plant for through implementation of the method according to the preamble of the claim 4th
Zum Verständnis der Erfindung seien zunächst zwei Arten
von Abhitzeprozessen definiert. Ein erster Abhitzeprozeß
sei ein industrieller Abhitzeprozeß mit folgenden Merkma
len:
To understand the invention, two types of waste heat processes are defined first. A first waste heat process is an industrial waste heat process with the following characteristics:
- - das Abwärmeangebot ist schwankend und wird vom industriellen Verfahren bestimmt.- The waste heat supply is fluctuating and is from industrial processes.
- - Bei der Erzeugung von Dampf zum Antrieb einer nach geschalteten Dampfturbine werden die für die optimale Nutzung der Dampfenergie erforderlichen Parameter, insbesondere die Frischdampftemperatur, nicht oder nicht immer erreicht.- When generating steam to drive one after switched steam turbine will be the one for the optimal use of steam energy required Parameters, in particular the fresh steam temperature, not or not always achieved.
Solche Abhitzeprozesse sind charakteristisch für Müll verbrennungsanlagen, Sondermüllverbrennungsanlagen und Industrien, in welchen Prozeßgase bei relativ hohen Temperaturen kondensiert werden.Such waste heat processes are characteristic of waste incineration plants, hazardous waste incineration plants and Industries in which process gases at relatively high Temperatures are condensed.
Ein zweiter Abhitzeprozeß sei ein Abhitzeprozeß, bei dem die Abgase für die Überhitzung des für die Dampfturbine erforderlichen Frischdampfes geeignet sind, wie er z. B. durch eine vorgeschaltete Gasturbine erzeugt werden kann.A second waste heat process is a waste heat process in which the exhaust gases for the overheating of the for the steam turbine Required live steam are suitable, such as z. B. can be generated by an upstream gas turbine.
Nutzt man einen Abhitzeprozeß der ersten Art, zur Erzeu gung elektrischer Energie mit Hilfe eines konventionellen Dampfprozesses, so ergibt sich im Vergleich zu einer kohle- oder gasbetriebenen Kraftwerksanlage ein sehr niedriger Wirkungsgrad, da die besonderen Bedingungen bei der Verbrennung von Müll eine Beschränkung der Prozeßpa rameter erfordern. In den Industriestaaten enthält der Müll zunehmende Mengen von Plastik, z. B. PVC. Während der Verbrennung dieses Materials entsteht Hydrochlorid säure (HCL), die nicht ausreichend neutralisiert werden kann und an den Kesseln, insbesondere an dem Überhitzer schwere Korrosionsschäden hervorruft. Selbst bei einer relativ reduzierten Dampftemperatur ergeben sich hier durch kurze Standzeiten und hohe Instandhaltungsaufwen dungen.If one uses a waste heat process of the first kind to generate supply of electrical energy using a conventional Steam process, this results in comparison to one coal or gas powered power plant a very low efficiency because of the special conditions the incineration of waste is a limitation of the process pa parameters. In industrialized countries, the Garbage increasing amounts of plastic, e.g. B. PVC. While The combustion of this material creates hydrochloride acid (HCL), which are not sufficiently neutralized can and on the boilers, especially on the superheater causes severe corrosion damage. Even with one relatively reduced steam temperature results here due to short downtimes and high maintenance costs fertilize.
Aus "IR. TED Wiekmeijer, Improvements in Incinerators by Means of Gas Turbine Based Cogen Systems, Gas Turbine and Aeroengine Congress amd Exhibition, June 11-14, 1990 Brussels, Belgium" ist es bekannt, den Wirkungsgrad indu strieller Abhitzeprozesse der ersten Art durch Verknüp fung mit einem Abhitzeprozeß der zweiten Art zu verbes sern. Hierbei dient der industrielle Abhitzeprozeß zur Erzeugung von Sattdampf, der anschließend mit Hilfe des Abhitzeprozesses einer vorgeschalteten Gasturbine in ei nem Dampfüberhitzer zu Frischdampf überhitzt wird. From "IR. TED Wiekmeijer, Improvements in Incinerators by Means of Gas Turbine Based Cogen Systems, Gas Turbine and Aeroengine Congress amd Exhibition, June 11-14 , 1990 Brussels, Belgium" it is known to determine the efficiency of industrial waste heat processes of the first kind Link to improve with a waste heat process of the second type. Here, the industrial waste heat process is used to generate saturated steam, which is then superheated to live steam using the waste heat process of an upstream gas turbine in a steam superheater.
Wesentlich ist, daß im Abhitzeprozeß der Gasturbine keine mit der Müllverbrennung vergleichbare Korrosionsgefahr besteht. Störend ist jedoch der hohe apparative Aufwand der bekannten Dampferzeugungsanlage und die Schwierigkeit, auch bei starken Schwankungen der im Abhitzeprozeß erzeugten Sattdampfmenge einen günstigen Wirkungsgrad zu erzielen.It is essential that in the gas turbine heat-down process none with there is a comparable risk of corrosion from waste incineration. However, the high expenditure on equipment of the known is disruptive Steam generator and the difficulty, even with strong ones Fluctuations in the amount of saturated steam generated in the waste heat process to achieve a favorable efficiency.
Entsprechend der im industriellen Abhitzeprozeß erzeugten Sattdampfmenge schwankt der Wärmebedarf des Dampfüberhitzers. Ein Ausgleich der hier benötigten Energie kann entweder durch Installation einer Zusatzfeuerung vor dem Überhitzer oder durch eine an die Dampfproduktion angepaßte Belastung der Gasturbine herbeigeführt werden. Beide Maßnahmen sind nicht geeignet, einen optimalen Wirkungsgrad zu erreichen, da der Wirkungsgrad einer Zusatzfeuerung grundsätzlich als schlecht zu bezeichnen ist und Laständerungen der Gasturbine zur Anpassung der, Abhitze an die erzeugte Sattdampfmenge selbstverständlich unerwünscht sind.Corresponding to those generated in the industrial waste heat process The amount of saturated steam fluctuates in the heat requirement of the steam superheater. The energy required here can either be compensated by Installation of additional firing in front of the superheater or by a load adapted to the steam production Gas turbine are brought about. Both measures are not suitable to achieve an optimal efficiency, because the The efficiency of additional firing is generally poor is to be referred to and changes in load of the gas turbine Adaptation of the waste heat to the amount of saturated steam generated are of course undesirable.
Aus der DE-OS 41 29 115 ist ein Verfahren zur Verbesserung des Wirkungsgrades bei der Dampferzeugung mittels eines industriellen Abhitzeprozesses und einer dem Abhitzeprozess vorgeschalteten Gasturbine bekannt. Bei diesem Verfahren wird in einem zweiten Abhitzekessel hinter einem Dampfüberhitzer ein zweiter Verdampfer zur Sattdampferzeugung angeordnet und dieser Sattdampf mit dem Sattdampf eines zu einem industriellen Abhitzeprozess gehörigen ersten Verdampfer dem Dampfüberhitzer zugeführt.From DE-OS 41 29 115 is a method for improving the Efficiency in steam generation using a industrial waste heat process and one the waste heat process upstream gas turbine known. With this procedure in a second waste heat boiler behind a steam superheater a second evaporator for saturated steam generation and this saturated steam with the saturated steam one to one industrial heat recovery process belonging to the first evaporator Steam superheater supplied.
Aus der DE-OS 30 16 777 A1 ist ein GuD-Kraftwerk bekannt, bei dem die Stickoxidemissionen beim Anfahren der Dampfturbine oder nach deren Abschalten auf einem niedrigen Niveau gehalten werden. Dies wird dadurch erreicht, dass beim Anfahren ein Teil des Gasturbinenabgases in den Dampferzeuger geleitet wird in dem das Abgas zur Verminderung des Stickstoffoxidanteils durch eine Dinitriervorrichtung geleitet wird. Beim Anfahren der Dampfturbine wird die Gasturbine mit niedriger Last betrieben, so dass die Stickstoffoxidemissionen gering sind. Im Ergebnis werden so die beim Anfahren oder Abschalten des Kraftwerks entstehenden Stickstoffoxidemissionen verringert.A combined cycle power plant is known from DE-OS 30 16 777 A1 which the nitrogen oxide emissions when starting the steam turbine or kept at a low level after their shutdown become. This is achieved by moving on Part of the gas turbine exhaust gas is passed into the steam generator in which the exhaust gas to reduce the nitrogen oxide content is passed through a dinitration device. When starting the steam turbine becomes the gas turbine with low load operated so that the nitrogen oxide emissions are low. As a result, when starting or switching off the Power plant nitrogen oxide emissions are reduced.
Aus der DE-OS 25 57 040 ist ein Gasturbinenaggregat bekannt mit einem offenen Kreislauf und einem geschlossenen Kreislauf. Zur Verbesserung des Wirkungsgrades ist vorgesehen, dass die Turbine des offenen Kreislaufes über eine Abgasleitung an die Feuerung des Heizkessels für den geschlossenen Kreislauf angeschlossen wird und vor der Turbine in den offenen Kreislauf ein von den Kesselabgasen beaufschlagter Wärmetauscher angeordnet sind.A gas turbine unit is known from DE-OS 25 57 040 with an open circuit and a closed circuit. To improve the efficiency, it is provided that the Turbine of the open circuit via an exhaust pipe to the Firing the boiler for the closed circuit is connected and in front of the turbine in the open Circulation a pressurized by the boiler exhaust gases Heat exchangers are arranged.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Dampferzeugungsanlage zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, durch die eine Verbesserung des Wirkungsgrades erzielt wird, und selbst starke Lastschwankungen in einem der beiden Abhitzeprozesse mit Hilfe des anderen Abhitzeprozesses ohne Zusatzfeuerung ausgeglichen werden.The object of the invention is a method according to the Preamble of claim 1 and a steam generating plant for Implementation of the procedure to create one Efficiency improvement is achieved, and itself strong load fluctuations in one of the two waste heat processes with the help of the other heat recovery process without additional firing be balanced.
Diese Aufgabe wird durch die in jedem der Ansprüche 1 bis 6 jeweils gekennzeichneten Merkmale gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindungsgegenstände sind in den Unteransprüchen genannt. This object is achieved by the in each of claims 1 to 6 each identified features resolved. expedient Refinements and developments of the subject matter of the invention are mentioned in the subclaims.
Bei einem ersten Verfahren wird die erfindungsgemäße Auf gabe für den Fall, daß der erste Abhitzeprozeß zum Still stand gekommen ist oder nur unter Schwachlast gefahren wird, gelöst. Hierzu wird der Dampf, nach seiner Entspan nung im Hochdruckteil der Dampfturbine, in einem Nieder drucküberhitzer des zweiten Abhitzeprozesses überhitzt und durch Wärmeentnahme aus dem vom Niederdrucküberhitzer kommenden Niederdruckdampf Sattdampf erzeugt. Der zweite, z. B. von einer Gasturbine ausgehende Abhitzeprozeß kann somit auch dann weitergeführt werden, wenn vom ersten Ab hitzeprozeß kein Sattdampf geliefert wird. Somit kann die Dampfturbine uneingeschränkt auch nur mit der Gasturbine und ihrem Abhitzedampferzeuger gefahren werden.In a first method, the up according to the invention in case the first heat-down process stops has come or only driven under light load will be solved. For this, the steam, after its expansion in the high pressure part of the steam turbine, in a low pressure superheater of the second waste heat process overheated and by taking heat from the low pressure superheater coming low pressure steam generates saturated steam. The second, z. B. starting from a gas turbine waste heat process thus be continued even if from the first Ab no saturated steam is supplied. Thus, the Steam turbine without restriction even with the gas turbine and their heat recovery steam generator.
Bei einem zweiten Verfahren wird die erfindungsgemäße Aufgabe für den Fall, daß der zweite Abhitzeprozeß zum Stillstand gekommen ist oder nur unter Schwachlast gefah ren wird, gelöst. Hierzu wird ein Teil des im ersten Ab hitzeprozeß erzeugten Sattdampfes kondensiert und die entstehende Kondensationswärme zur Überhitzung des im Hochdruckteil der Dampfturbine entnommenen Niederdruck dampfes verwendet. Bei Anwendung des Verfahrens muß also die Gasturbine, wie sonst üblich, nicht mehr kontinuier lich fahren, so daß dann, wenn eine Stromerzeugung mit hochwertigem Brennstoff nicht sinnvoll ist (z. B. in Nie dertarifzeiten), die Gasturbine abgeschaltet werden kann oder nur noch unter Schwachlast betrieben wird.In a second method, the method according to the invention is used Task in the event that the second heat recovery process Has come to a standstill or only occurred under light load is resolved. For this purpose, part of the first generated saturated steam condenses and the heat of condensation to overheat the High pressure part of the steam turbine extracted low pressure steam used. So when using the procedure as usual, the gas turbine is no longer continuous Lich drive so that when generating electricity with high-quality fuel is not sensible (e.g. in never tariff times), the gas turbine can be switched off or is only operated under low load.
Bei einem dritten Verfahren wird die erfindungsgemäße Aufgabe für den Fall gelöst, daß eine Kombination der beiden vorgenannten Verfahren miteinander gewünscht wird. Bei diesem Verfahren wird erreicht, daß entweder ein Wär meaustausch vom ersten Abhitzeprozeß zum zweiten Abhitze prozeß erfolgt, oder sich der Wärmeaustausch in umgekehr ter Richtung vollzieht. Es wird also dafür gesorgt, daß bei Schwachlast oder Stillstand des ersten Abhitzeprozesses ein Wärmeaustausch zur Erzeugung von Satt dampf durch den vom Niederdrucküberhitzer kommenden Nie derdruckdampf erfolgt oder bei Schwachlast bzw. Still stand des zweiten Abhitzeprozesses ein Wärmeaustausch zur Überhitzung des vom Hochdruckteil der Dampfturbine kom menden Niederdruckdampfes durch Kondensation des im er sten Abhitzeprozeß erzeugten Sattdampfes erfolgt.In a third method, the method according to the invention is used Task solved in the event that a combination of both of the above methods are desired together. In this method it is achieved that either a heat Exchange from the first waste heat process to the second waste heat process takes place, or the heat exchange in reverse direction. It is therefore ensured that in case of low load or standstill of the first heat-up process a heat exchange to produce satiety steam through the never coming from the low pressure superheater the pressure steam takes place or in the case of light loads or breastfeeding heat exchange was available for the second heat recovery process Overheating of the high pressure part of the steam turbine low pressure steam by condensation of the im Most waste heat process generated saturated steam takes place.
Weiterhin wird die erfindungsgemäße Aufgabe durch die Er stellung einer zur Durchführung der jeweiligen Verfahren geeigneten Dampferzeugungsanlage gelöst. So ist eine er ste Dampferzeugungsanlage zur Durchführung des ersten Verfahrens mit einem ersten Abhitzekessel, in dem der er ste Abhitzeprozeß abläuft, und in dem ein Hochdruckverdampfer zur Sattdampferzeugung angeordnet ist und mit einem zweiten Abhitzekessel, in dem der zweite Abhitzeprozeß abläuft und in dem ein Hochdrucküberhitzer zur Frischüberhitzung angeordnet ist, dem der Sattdampf des ersten Verdampfers zugeführt wird ausgestattet. Erfindungsgemäß liegt nun in Strömungsrichtung der Abgase hinter dem Hochdrucküberhitzer ein Niederdrucküberhitzer, der Niederdruckdampf einem HD-Dampferzeuger zuführt, der seinerseits durch Entzug von Wärme aus dem Niederdruck dampf aus Wasser Sattdampf erzeugt, der dem Hochdruck überhitzer zugeführt wird.Furthermore, the object of the invention by the Er provision of one to carry out the respective procedures suitable steam generation system solved. So he is most steam generating plant to carry out the first Procedure with a first waste heat boiler, in which he first heat process is running, and in the one High pressure evaporator for saturated steam generation is arranged and with a second waste heat boiler in which the second Waste heat process takes place and in which a high pressure superheater is arranged for fresh superheating, the saturated steam of the first evaporator is supplied. According to the invention is now in the flow direction of the exhaust gases behind the high pressure superheater is a low pressure superheater, the low pressure steam is fed to an HD steam generator that in turn by extracting heat from the low pressure steam from water generates saturated steam, which is the high pressure superheater is supplied.
Eine zur Durchführung des zweiten Verfahrens geeignete Dampferzeugungsanlage ist im Prinzip wie die erste Dampferzeugungsanlage aufgebaut, doch wird ein Teil des vom ersten Abhitzeprozeß kommenden Sattdampfes in einem ND-Dampfüberhitzer kondensiert und mit der erzeugten Wärme der Niederdruckdampf überhitzt.A suitable one for carrying out the second method The steam generating plant is basically like the first one Steam generating plant built, but part of the saturated steam coming from the first heat recovery process in one LP steam superheater condenses and with the generated Heat the low pressure steam overheats.
Um das erste und das zweite Verfahren miteinander kombi nieren zu können, wird erfindungsgemäß eine dritte Dampferzeugungsanlage vorgeschlagen, die sich aus den Teilen der ersten und der zweiten Dampferzeugungsanlage zusammensetzt. Diese dritte Dampferzeugungsanlage ist au ßerordentlich flexibel, da Schwachlastperioden und Still stand in jedem der beiden Abhitzeprozesse durch den je weils anderen Abhitzeprozeß abgefangen werden können.To combine the first and the second procedure with each other Being able to kidney is a third according to the invention Steam generating plant proposed, resulting from the Share the first and second steam generating plants composed. This third steam generating plant is out extremely flexible due to low load periods and breastfeeding stood in each of the two waste heat processes through each because other heat recovery processes can be intercepted.
Der Aufbau der Dampferzeugerungsanlage kann dadurch ver einfacht werden, daß der ND-Dampfüberhitzer und der HD- Dampferzeuger zu einem Kombinationswärmetauscher zusam mengefaßt werden, der die Funktionen beider Funktionsein heiten wahrnimmt.The structure of the steam generator can thereby ver be simplified that the LP steam superheater and the HD Steam generator together to form a combination heat exchanger be quantified, the functions of both functions perceives.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung des Erfindungsgegen standes ist vorgesehen, daß der mit Hochdrucksattdampf aus dem Hochdruckverdampfer und/oder dem Ausgleichswärme tauscher gespeiste Hochdrucküberhitzer den überhitzten Hochdruckdampf einer Hochdruckturbine zuführt, die den von ihr auf Niederdruck entspannten Dampf an den Nieder drucküberhitzer weitergibt, von dem er über den Ausgleichswärmetauscher zu einer Niederdruckturbine ge langt.In a practical development of the counterpart of the invention It is envisaged that with high-pressure saturated steam from the high pressure evaporator and / or the balancing heat high pressure superheater the superheated High pressure steam feeds a high pressure turbine that the from her steam relaxed to low pressure to the low passes on the superheater, from which it passes over the Compensation heat exchanger to a low pressure turbine reached.
Von wesentlicher Bedeutung ist der Aufbau des zweiten Abhitzekessels, da die in ihn einströmenden Abgase meh rere hintereinanderliegende Wärmetauscher passieren, wo bei es vom Wärmebedarf des jeweils vorgeschalteten Wärmetauschers abhängt, wieviel Wärme für den nachge schalteten Wärmetauscher übrigbleibt. So ist vorgesehen, hinter dem Hochdrucküberhitzer den Niederdrucküberhitzer und hinter diesem einen Niederdruckverdampfer anzuordnen und den von der Hochdruckturbine und dem Niederdruckver dampfer kommenden Niederdruckdampf dem Niederdrucküber hitzer zuzuführen.Building the second is essential Waste heat boiler, since the exhaust gases flowing into it Several heat exchangers in series pass where at it from the heat requirement of each upstream Heat exchanger depends on how much heat for the nachge switched heat exchanger remains. So it is provided behind the high pressure superheater the low pressure superheater and to arrange a low pressure evaporator behind this and that of the high pressure turbine and the low pressure ver low pressure steam coming over the low pressure to supply heat.
Weiterhin ist es zweckmäßig, zur Ausnutzung gegebenen falls überschüssiger Wärme, im ersten Abhitzekessel hinter dem Hochdruckverdampfer einen ersten Vorwärmer und im zweiten Abhitzekessel hinter dem Niederdruckverdampfer einen zweiten Vorwärmer zu installieren.Furthermore, it is advisable to use it if there is excess heat, in the first waste heat boiler behind the high pressure evaporator a first preheater and second waste heat boiler behind the low pressure evaporator to install a second preheater.
Bei einem Kombinationswärmetauscher, der einen bidirek tionalen Wärmeaustausch zwischen beiden Abhitzeprozessen ermöglicht, ist es zweckmäßig, einen Niveauregler vorzu sehen, der in Abhängigkeit von der Temperatur des Nieder druckdampfes das Niveau des Wasserstandes durch Steuerung eines ersten Ventils für einen Kondensatablauf und durch Steuerung eines zweiten Ventils für einen Spei sewasserzulauf regelt. Den Kombinationswärmetauscher wird man zweckmäßigerweise immer dem zweiten Abhitzeprozeß zu ordnen, unabhängig davon, ob ein Kombinationswärmetau scher oder zwei an ihre jeweilige Aufgabe spezifisch an gepaßte Wärmetauscher verwendet werden.In the case of a combination heat exchanger that has a bidirec tional heat exchange between the two waste heat processes enables, it is appropriate to vorzu a level controller see that depending on the temperature of the low pressure level the water level by control a first valve for a condensate drain and through Control of a second valve for a memory water inlet regulates. The combination heat exchanger will expediently always the second waste heat process arrange, regardless of whether a combination heat rope or two specific to their respective task fitted heat exchangers can be used.
Zur Vermeidung eines ungewollten Temperatursturzes in dem Hochdruckteil der Dampfturbine beim Ausfall der Heißgas versorgung, können der Hochdruck- und der Niederdruckteil mit einer Überholkupplung gekoppelt werden. Sollte z. B. die Gasturbine in Schnellschluß gehen, werden die beiden Teile automatisch entkoppelt und der Hochdruckteil der Dampfturbine geht selbst in Schnellschluß, während eine vom Druck geregelte Umleitstation den Hochdruckdampf in die Niederdruckschiene einspeist.To avoid an unwanted drop in temperature in the High pressure part of the steam turbine in the event of hot gas failure supply, the high pressure and low pressure section be coupled with an overrunning clutch. Should z. B. the gas turbine will go into short circuit, the two will Parts automatically decoupled and the high pressure part of the Steam turbine shuts down even during one bypass controlled by the pressure the high pressure steam in feeds the low pressure rail.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich nung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is in the drawing voltage and is described in more detail below.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 ein Schema der beiden miteinander verknüpften Abhitzeprozesse zur Dampferzeugung für eine Dampfturbine, Fig. 1 is a schematic of the two interconnected Abhitzeprozesse to generate steam for a steam turbine,
Fig. 2 den zweiten Abhitzeprozeß mit zusätzlichen Details, Fig. 2 shows the second Abhitzeprozeß with additional details,
Fig. 3 den zweiten Abhitzeprozeß mit einem ND-Dampf überhitzer und einem HD-Dampferzeuger, Fig. 3 shows the second Abhitzeprozeß with an LP steam superheater and a high-definition steam generator,
Fig. 4 ein T/Q-Diagramm einer kombinierten Dampferzeu gungs-/Dampfüberhitzungaanlage bei Auslegung für Normallast, Fig. 4 shows a T / Q diagram of a combined gungs- Dampferzeu / Dampfüberhitzungaanlage at design for normal load,
Fig. 5 ein Diagramm entsprechend Fig. 3 bei Schwach last der Gasturbine, Fig. 5 is a diagram corresponding to FIG. 3 at low load of the gas turbine,
Fig. 6 ein Diagramm entsprechend Fig. 3 bei Stillstand der Gasturbine, Fig. 6 is a diagram corresponding to FIG. 3 at shutdown of the gas turbine,
Fig. 7 ein Diagramm entsprechend Fig. 3 bei Schwach last des ersten Abhitzeprozeses, Fig. 7 is a diagram corresponding to FIG. 3 at low load of the first Abhitzeprozeses,
Fig. 8 ein Diagramm entsprechend Fig. 3 bei Ausfall des ersten Abhitzeprozesses. Fig. 8 is a diagram corresponding to Fig. 3 in the event of failure of the first heat recovery process.
Wie das Schema nach Fig. 1 erkennen läßt, gelangen heiße Abgase W1 eines industriellen Abhitzeprozesses A, z. B. einer Müllverbrennungsanlage, zu einem Hochdruckverdamp fer 1, an den sie teilweise oder vollständig ihr Wärmepo tential abgeben und als entsprechend abgekühltes, eventu ell kondensiertes Medium W2 im Abhitzekessel C weiter strömen. Der im Hochdruckverdampfer 1 erzeugte Sattdampf wird dem zweiten Abhitzeprozeß B zugeführt, der als kom binierte Dampferzeugungs-/Dampfüberhitzungsanlage ausge bildet ist. Ein dieser Anlage zugeordneter Abhitzekessel D wird normalerweise mit heißen Abgasen W3, z. B. den Ab gasen einer Gasturbine GT, beheizt. In Strömungsrichtung der Abgase W3 an erster Stelle liegt ein Hochdrucküber hitzer 2, in dem der Sattdampf des Hochdruckverdampfers 1 überhitzt und dann dem Hochdruckteil einer Dampfturbine DT/HD zugeführt wird.How can see the pattern of FIG. 1, get hot exhaust gases of an industrial W1 Abhitzeprozesses A, z. B. a waste incineration plant, to a high pressure evaporator fer 1 , to which they partially or completely give up their heat potential and continue to flow as a correspondingly cooled, possibly condensed medium W2 in the waste heat boiler C. The saturated steam generated in the high-pressure evaporator 1 is fed to the second heat recovery process B, which is formed as a combined steam generation / steam superheating system. A waste heat boiler D assigned to this plant is normally treated with hot exhaust gases W3, e.g. B. from the gases from a gas turbine GT, heated. In the direction of flow of the exhaust gases W3 there is a high pressure superheater 2 in which the saturated steam of the high pressure evaporator 1 overheats and is then fed to the high pressure part of a steam turbine DT / HD.
Nach seiner Entspannung im Hochdruckteil der Dampftubine DT/HD wird nun der Niederdruckdampf in einem Niederdruck überhitzer 3, der hinter dem Hochdrucküberhitzer 2 ange ordnet ist, ebenfalls überhitzt. Der so überhitze Nieder druckdampf strömt über einen Ausgleichswärmetauscher 5 zum Niederdruckteil einer Dampfturbine DT/ND, in der er bis zum Abdampfdruck, z. B. dem Kondensationsdruck, ent spannt.After its relaxation in the high-pressure part of the steam tube DT / HD, the low-pressure steam in a low-pressure superheater 3 , which is arranged behind the high-pressure superheater 2 , is also overheated. The so overheated low pressure steam flows through a compensating heat exchanger 5 to the low pressure part of a steam turbine DT / ND, in which it is up to the evaporation pressure, for. B. the condensation pressure, ent.
Im zweiten Abhitzekessel D hinter dem Niederdruckerhitzer 3 ist noch ein Niederdruckverdampfer 4 angeordnet, der Niederdruckdampf erzeugt, soweit nicht der Dampf des er sten Abhitzeprozesses A das gesamte Wärmepotential zwi schen der Eintrittstemperatur des Abgases W3 und der Sät tigungstemperatur des Niederdruckdampfes in den Überhit zern 2 und 3 aufnehmen kann. Der vom Niederdruckverdamp fer 4 erzeugte Niederdruckdampf gelangt zusammen mit dem vom Hochdruckteil der Dampfturbine DT/HD kommenden Nie derdruckdampf zum Niederdrucküberhitzer 3.In the second waste heat boiler D behind the low-pressure heater 3 , a low-pressure evaporator 4 is also arranged, which generates low-pressure steam, unless the steam of the first heat-treatment process A causes the entire heat potential between the inlet temperature of the exhaust gas W3 and the saturated temperature of the low-pressure steam in the superheater 2 and 3 can accommodate. The low-pressure steam generated by the low-pressure evaporator 4 passes together with the low-pressure steam coming from the high-pressure part of the steam turbine DT / HD to the low-pressure superheater 3 .
Sowohl das aus dem ersten Abhitzeprozeß A ausströmende Abgas W2 wie auch das aus dem zweiten Abhitzeprozeß B ausströmende Abgas W4 kann zur Beheizung weiterer Appa rate, z. B. eines Economizers, genutzt werden, sofern noch brauchbares Wärmepotential vorhanden ist. Es handelt sich hier um Möglichkeiten, die ausreichend bekannt sind, und deshalb keiner weiteren Beschreibung bedürfen. Bei der in Fig. 1 angedeuteten Variante ist im ersten Abhit zekessel C ein erster Vorwärmer 7 und im zweiten Abhitze kessel D ein zweiter Vorwärmer 8 vorgesehen. Die beiden Vorwärmer 7, 8 werden von einem Economizer 9 über Pumpen 16, 17 mit Wasser versorgt. Eingangsseitig wird der Eco nomizer 9 über eine Pumpe 15 mit Kondensat aus einem am Ausgang des Niederdruckteils der Dampfturbine DT/ND lie genden Kondensator 10 gespeist.Both the exhaust gas W2 flowing out of the first heat recovery process A and the exhaust gas W4 flowing out of the second heat recovery process B can be used for heating further apparatus, e.g. B. an economizer, if there is still usable heat potential. These are options that are sufficiently well known and therefore do not require any further description. In the variant indicated in FIG. 1, a first preheater 7 is provided in the first Abhit boiler C and a second preheater 8 is provided in the second waste heat boiler D. The two preheaters 7 , 8 are supplied with water by an economizer 9 via pumps 16 , 17 . On the input side, the eco nomizer 9 is fed via a pump 15 with condensate from a condenser 10 lying at the outlet of the low-pressure part of the steam turbine DT / ND.
Von entscheidender Bedeutung für die Wirkungsweise des zweiten Abhitzeprozesses B in seiner Funktion als kombi nierte Dampferzeugungs-/Dampfüberhitzungsanlage ist die Wirkungsweise des Kombinationswärmetauschers 5. Dieser hat die Aufgabe, einen Ausgleich zwischen den beiden Abhitzeprozessen A, B so vorzunehmen, daß jeweils einer der beiden Abhitzeprozesse A, B ausfallen oder unter Schwachlast betrieben werden kann und die fehlende Wärme vom jeweils anderen Abhitzeprozeß erzeugt wird. So kann er entweder den Niederdruckdampf bei Bedarf trocknen und ausreichend überhitzen oder Hochdrucksattdampf erzeugen. Ein erster Raum des Kombinationswärmetauschers 5 ist hierzu mit dem ersten Hochdruckverdampfer 1 verbunden, während der vom Niederdrucküberhitzer 3 kommende Nieder druckdampf einen zweiten Raum durchströmt.The mode of operation of the combination heat exchanger 5 is of crucial importance for the mode of operation of the second waste heat process B in its function as a combined steam generation / steam superheating system. This has the task of balancing the two waste heat processes A, B in such a way that one of the two waste heat processes A, B fails or can be operated under low load and the missing heat is generated by the other waste heat process. It can either dry the low-pressure steam as required and overheat it sufficiently, or generate high-pressure saturated steam. A first room of the combination heat exchanger 5 is connected to the first high pressure evaporator 1 , while the low pressure steam coming from the low pressure superheater 3 flows through a second room.
Auf der Hochdruckseite des Kombinationswärmetauschers 5 befindet sich neben Dampf auch Kondensat, dessen Niveau von der Niederdruckdampftemperatur bestimmt wird. Sollte z. B. die den zweiten Abhitzeprozeß B speisende Gastur bine GT zurückgefahren oder gar abgestellt werden, wird der Niederdruckdampf durch Kondensieren von Hochdrucksattdampf gegebenfalls getrocknet und soweit überhitzt, daß er einem Niederdruckteil der Dampfturbine DT/ND zugeführt werden kann und dadurch den Niederdruck überhitzer 3 ersetzt.On the high-pressure side of the combination heat exchanger 5 there is not only steam but also condensate, the level of which is determined by the low-pressure steam temperature. Should z. For example, if the gas bine GT feeding the second heat recovery process B is reduced or even switched off, the low-pressure steam is optionally dried by condensing saturated high-pressure steam and overheated to the extent that it can be fed to a low-pressure part of the steam turbine DT / ND, thereby replacing the low-pressure superheater 3 .
Umgekehrt verhält sich der Kombinationswärmetauscher 5, wenn die vom ersten Abhitzeprozeß A kommende Dampfmenge zurückgeht. Das einströmende Abgas W3 des zweiten Abhit zeprozesses B wird nun am Hochdrucküberhitzer 2 nicht mehr so stark abgekühlt, so daß genügend Wärme verbleibt, um den Niederdruckdampf im Niederdrucküberhitzer 3 über seinen Sollwert hinaus zu überhitzen, so daß dieser dann seine überschüssige Wärme an den Kombinationswärmetau scher 5 abgeben kann, der seinerseits Hochdrucksattdampf erzeugt. Dieser kann wiederum dem Hochdrucküberhitzer 2 zugeführt werden. Selbstverständlich kann der Kombinati onswärmetauscher 5 auch aus zwei getrennten Funktionseinheiten bestehen, wobei die eine die Überhitzung des Niederdruckdampfes und die andere die Hochdrucksattdampferzeugung sicherstellt.Conversely, the combination heat exchanger 5 behaves when the amount of steam coming from the first heat-up process A decreases. The inflowing exhaust gas W3 of the second Abhit zeprocesses B is now no longer cooled at the high-pressure superheater 2 so much that sufficient heat remains to overheat the low-pressure steam in the low-pressure superheater 3 above its setpoint, so that it then shears its excess heat at the combination heat exchanger 5 can deliver, which in turn generates high-pressure saturated steam. This can in turn be fed to the high-pressure superheater 2 . Of course, the Kombinati onswärmetauscher 5 also consist of two separate functional units, one of which ensures the overheating of the low-pressure steam and the other of the high-pressure saturated steam generation.
Die Gesamtanlage dient zur Stromerzeugung, wobei ein er ster Generator G1 von der Gasturbine GT und ein zweiter Generator G2 von der Dampfturbine angetrieben wird.The entire system is used to generate electricity, a he first generator G1 from the gas turbine GT and a second Generator G2 is driven by the steam turbine.
Die Darstellung in Fig. 2 läßt weitere Details des zwei ten Abhitzeprozesses B der Fig. 1 erkennen, wobei die Verbindungsleitungen a bis g zum übrigen Kraftwerksprozeß führen. Das bei der Kondensation von Hochdrucksattdampf im Kombinationswärmetauscher 5 erzeugte Kondensat sowie ein Speisewasserzulauf e sorgen für das notwendige Was ser, das zur Erzeugung von Hochdruckdampf im Kombinati onswärmetauscher 5 benötigt wird. Ein erster Niveaurege ler N1, der den Wasserstand in Abhängigkeit von der Tem peratur T vorgibt, sorgt dafür, daß überschüssiges Kon densat mit Hilfe eines ersten Niveauregelventils 13 den Kondensatablauf f erreicht, oder mit Hilfe eines zweiten Niveauregelventils 14 ein Speisewasserzulauf e ermöglicht wird. Ein Druckregler P steuert eine Hochdruckumleitsta tion 6, die den Niederdrucküberhitzer 3 mit dem Hochdrucküberhitzer 2 verbindet und so beim Ausfall der Abgasversorgung des zweiten Abhitzeprozesses einen unge wollten Temperatursturz vermeiden hilft. Mit einem zwei ten Niveauregler N2 wird der Wasserstand in einer Nieder drucktrommel 11 für den Niederdruckverdampfer 4 geregelt.The illustration in FIG. 2 reveals further details of the two th waste heat process B of FIG. 1, the connecting lines a to g leading to the rest of the power plant process. The in the condensation of high pressure saturated steam in combination heat exchanger 5 condensate produced as well as a feed water inlet e ensure the necessary What ser which onswärmetauscher for generating high pressure steam in combination Nati 5 is needed. A first level controller N1, which specifies the water level as a function of the temperature T, ensures that excess condensate reaches the condensate drain f with the aid of a first level control valve 13 , or a feed water inlet e is made possible with the aid of a second level control valve 14 . A pressure regulator P controls a high-pressure diversion station 6 , which connects the low-pressure superheater 3 to the high-pressure superheater 2 and thus helps to avoid an undesired drop in temperature if the exhaust gas supply of the second waste heat process fails. With a two-level controller N2, the water level in a low pressure drum 11 for the low pressure evaporator 4 is controlled.
Wie bereits angedeutet, kann der Kombinationswärmetau scher 5 auch durch zwei getrennte Funktionseinheiten re alisiert werden. Wie in Fig. 3 dargestellt, dient hierzu ein ND-Dampfüberhitzer 5a und ein HD-Dampferzeuger 5b.As already indicated, the combination heat exchanger 5 can also be implemented by two separate functional units. As shown in Fig. 3, this serves an LP steam superheater 5 a and an HD steam generator 5 b.
Der ND-Dampfüberhitzer 5a erhält seinen Niederdruckdampf vom Niederdrucküberhitzer 3, den er unterstützen oder ersetzen soll, und gibt den getrockneten und überhitzten Niederdruckdampf an die Niederdruckdampfturbine DT/ND weiter. Zum Wärmeaustausch wird ihm über den Anschluß a Sattdampf aus dem Hochdruckverdampfer 1 des ersten Abhitzeprozesses zugeführt.The LP steam superheater 5 a receives its low pressure steam from the low pressure superheater 3 , which it is intended to support or replace, and passes the dried and superheated low pressure steam on to the low pressure steam turbine DT / ND. For heat exchange, saturated steam from the high-pressure evaporator 1 of the first waste heat process is fed to it via the connection a.
Der HD-Dampferzeuger 5b ist zur Niveauregelung an einen Speisewasserzulauf und an einen Kondensatablauf ange schlossen und wird durch die Kondensation ihm vom Nieder drucküberhitzer 3 zugeführten Niederdruckdampfers aufge heizt. Der von ihm erzeugte Hochdruckdampf wird an den Hochdrucküberhitzer 2 weitergegeben.The HD steam generator 5 b is connected to the level control of a feed water inlet and a condensate drain and is heated up by the condensation supplied to him by the low pressure superheater 3 low pressure steamer. The high pressure steam generated by it is passed on to the high pressure superheater 2 .
In den Fig. 4 bis 8 sind verschiedene T/Q-Diagramme des zweiten Abhitzeprozesses zur Verdeutlichung verschie dener Betriebsfälle dargestellt. Die vom Abgas abgegebene Wärmemenge wird je nach Betriebsfall mit einem sich ent sprechend ändernden Anteil von dem Hochdrucküberhitzer 2, dem Niederdrucküberhitzer 3 oder dem Niederdruckverdamp fer 4 aufgenommen. Die jeweilige Temperatur des vom Hoch druckteil der Dampfturbine DT/HD kommenden Dampfes c, des zum Niederdruckteil der Dampfturbine DT/ND fließenden Dampfes d, des vom Hochdruckverdampfer 1 kommenden Dampfes a und des zum Hochdruckteil der Dampfturbine DT/HD fließenden Dampfes b ist ebenfalls erkennbar.In Figs. 4 to 8 show various T / Q-diagrams of the second Abhitzeprozesses are presented to illustrate various Dener operating cases. The amount of heat emitted by the exhaust gas is absorbed depending on the operating case with a correspondingly changing proportion of the high pressure superheater 2 , the low pressure superheater 3 or the low pressure evaporator 4 . The respective temperature of the steam c coming from the high-pressure part of the steam turbine DT / HD, of the steam d flowing to the low-pressure part of the steam turbine DT / ND, of the steam a coming from the high-pressure evaporator 1 and of the steam b flowing to the high-pressure part of the steam turbine DT / HD can also be seen ,
Bei dem in Fig. 4 dargestellten Normalfall ergeben sich bei optimaler Auslegung nur sehr geringe Temperaturdiffe renzen und dementsprechend ein hoher Wirkungsgrad. Bei der in Fig. 5 dargestellten Schwachlast im zweiten Abhit zeprozeß fehlt es an überschüssiger Wärme zur Speisung des Niederdruckverdampfers 4, was durch den Kombinations wärmetauscher 5 ausgeglichen werden muß. Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausfall des zweiten Abhitzeprozesses, also z. B. einem Stillstand der Gasturbine GT, sorgt al lein der Kombinationswärmetauscher 5 für die Überhitzung des Niederdruckdampfes. Bei der in Fig. 7 dargestellten Schwachlast des ersten Abhitzeprozesses entnimmt der Kom binationswärmetauscher 5 Wärme aus dem zweiten Abhitze prozeß zur Hochdruckdampferzeugung, was er bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausfall des ersten Abhitzeprozesses in verstärktem Maße tun muß.In the normal case shown in FIG. 4, there are only very low temperature differences with an optimal design and, accordingly, a high degree of efficiency. In the low load shown in FIG. 5 in the second Abhit process, there is no excess heat for feeding the low-pressure evaporator 4 , which must be compensated for by the combination heat exchanger 5 . In the failure of the second heat recovery process shown in FIG . B. a standstill of the gas turbine GT, al linein the combination heat exchanger 5 ensures the overheating of the low-pressure steam. In the low load of the first heat recovery process shown in FIG. 7, the combination heat exchanger 5 takes heat from the second heat recovery process for high pressure steam generation, which he must do to an increased extent in the case of the failure of the first heat recovery process shown in FIG. 8.
Somit können folgende Merkmale der Dampfversorgung der
Dampfturbine bei Vernachlässigung der Endgrädigkeiten
festgehalten werden:
The following characteristics of the steam turbine steam supply can be recorded while neglecting the final predicaments:
- - Die Dampftemperatur am Eintritt des Hochdruckteiles folgt der Abgaseintrittstemperatur in den Hochdruck überhitzer 2 und unterliegt somit Änderungen (z. B. durch die Belastung der Gasturbine) bis hin zur Sattdampftemperatur.- The steam temperature at the inlet of the high-pressure section follows the exhaust gas inlet temperature into the high-pressure superheater 2 and is therefore subject to changes (e.g. due to the load on the gas turbine) up to the saturated steam temperature.
- - Die Dampftemperatur am Eintritt des Niederdruck teiles ist konstant.- The steam temperature at the entry of the low pressure part is constant.
- - Der Hochdruckteil wird auch dann ausreichend mit Hochdruckdampf versorgt, wenn die externe Satt dampferzeugung im industriellen Abhitzeprozeß unter brochen ist.- The high-pressure part is also sufficient High pressure steam supplied when the external sat Steam generation in the industrial waste heat process is broken.
Dabei wird vorausgesetzt, daß die Dampfturbine die Dampf drücke (Hoch- und Niederdruck) auf bekannte Weise regelt.It is assumed that the steam turbine the steam regulates pressure (high and low pressure) in a known manner.
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