-
Die
Erfindung betrifft eine Anordnung, bei der eine Gasturbine zwei
oder mehreren Dampfturbinen vorgeschaltet ist.
-
Kombinierte
Anlagen mit Wärmerückgewinnungsdampferzeugern
(HRSG) sowie kombinierte Kraftwerke mit voll befeuerten Dampferzeugern
sind bekannt. Daraus folgt, dass eine Reihe von kombinierten Anordnungen,
basierend auf einfachen Konzepten, für die Kraftwerksleistung entwickelt
worden ist. So sind kombinierte Kraftwerke mit voll befeuerten Dampferzeugern
seit 1965 in Betrieb. Die Gasturbinen für diese Kraftwerkskonzepte
sind mit einem HRSG oder Wärmetauschern
ausgerüstet,
die die Abgasenergie der Gasturbine verwenden, um zusätzlichen
Frischdampf, Überhitzerdampf
oder eine Speisewassererwärmung
für die Dampfturbinen
zu liefern, so dass deren Leistung und die Gesamtleistungsfähigkeit
des Kraftwerks erhöht wird.
Diese Kraftwerkskonzepte, die von dem Verbundbetrieb Gebrauch machen,
können
für Neubauten
adoptiert werden, sind jedoch besonders geeignet zur Leistungserhöhung oder
für Vorschaltsysteme.
Da hierbei nur wenig neue Dampfkraftwerksausrüstung erforderlich ist, sind
diese Kraftwerkskonzepte attraktiv wegen ihrer niedrigen Kosten.
Hierzu Maghon, H., Bermann, D., Brückner, H., Kriesten, W., und
Termuehlen „Combined Cycle
Power Plants for Load Cycling Duties" American Power Conference, Chicago,
Il, April 1989; Kreutzer, Al, Ganzer, W., und Termuehlen, H., „Gas and
Coal-Fired Combined Cycle Plants" American
Power Conference, Chicago, Il, April 1986, und Denizci, H., und
Hamann, B., „Design
and Operation of Ambarli Combined Cycle Power Plant" AEIC, Committee
on Power Generation, September 1991.
-
Die
größte Anlage
mit einem voll befeuerten Dampferzeuger, auch als „hot wind
box" bekannt, steht
in Deutschland. Die Anlage besitzt vier Einheiten mit 417 MW und
eine Einheit mit 700 MW, also eine Nettokraftwerksleistung von 2300
MW. Die 770-MW-Einheit ist mit einem kohlegefeuerten Dampferzeuger
und Entschwefelung versehen. Da die Zuverlässigkeit der bisher installierten
Gasturbinen unerreichbar ist, wurde entschieden, für den Betrieb
der Dampfturbinen ohne Gasturbine nur eine 60 % Zwangssaugzugkapazität (FD) bereitzustellen
und damit für
diese Betriebsart die Leistung von 656 MW auf etwa 500 MW zu verringern.
Im normalen, kombinierten Betrieb wird das Abgas der Gasturbine
als vorgewärmte
Luft mit etwa 16 % Sauerstoff zum Dampferzeuger und den Kohlenmühlen geführt. Ein
Kühlluftgebläse liefert
Luft zum Steuern der Temperatur in den Mühlen, und für den Betrieb des FD-Gebläses ist
ein primärer
Luftvorwärmer
installiert. Ein Ekonomizer mit Teildurchfluss sorgt für Speisewasservorwärmung parallel
zu den HD-Speisewasservorärmern
der Dampfanlage.
-
Das
auf Vollbefeuerung beruhende Konzept hat man auch zur Leistungsverbesserung
eines 590-MW-Krafwerks angewendet. Hierzu Maghon, H., Schulenburg,
T., Laakkonen, M., Froehlich, G., und Termuehlen, H., „Full-Load
Testing of the Advances V64.3 Gas Turbine" American Power Conference, Chicago, Il,
April 1991. Eine V94.2-Gasturbine wurde installiert, und ein Hilfs-FD-Gebläse wurde
vorgesehen, um im kombinierten Betrieb eine maximale Leistung zu
erzielen, wobei die beiden originären, größeren FD-Gebläse nur für den Stützbetrieb
ohne Gasturbine benutzt wurden. Ein Abgas-Bypass ist für den Teillastbetrieb
des Dampfkraftwerks vorgesehen, um die Heißluftzufuhr zum Kessel zu verringern.
HD- und LD-Teilstrom-Ekonomizer liegen parallel zu den HD- und LD-Speisewasservorwärmern, um
den Gesamtanlagenwirkungsgrad zu verbessern, der mit 46,6 % bzw.
7.320 Btu/kWh für
die Nennleistung gemessen wurde. Vergleicht man diese Werte mit
dem Wirkungsgrad von 40,7 % (8.380 Btu/kWh) für die ursprüngliche Anlage mit, Dampfüberhitzung, so
zeigt sich eine Verbesserung von 5,9 % bzw. 1.060 Btu/kWh. Ein Lastwechselbetrieb
zwischen 100 % und 45 % Kraftwerksleistung kann ohne Wirkungsradeinbußen erfolgen.
Die NO2-Eimission des Kraftwerks wurde auf
30 % des ur sprünglichen
Wertes von 400-500 ppm bis 100-150 ppm bei 3 Sauerstoffgehalt im
Abgas der Dampferzeuger verringert.
-
In
der DE-OS 22 42 301 ist ein Verbundkreislauf-Kraftwerk mit einer
Gasturbine sowie mindestens zwei Dampfturbinenanlagen offenbart,
denen der Abgaskanal der Gasturbine vorgeschaltet ist. Die Wärmetauscher
sind dabei abgasseitig in Reihe geschaltet.
-
Aus
der
DE 38 15 536 C1 ist
ein Verbundkreislauf-Kraftwerk mit einer Gasturbine und zwei Dampfturbinenanlagen,
die über
wärmetauschereinrichtungen
wärmeseitig
an den Abgasauslass der Gasturbine gekoppelt sind, bekannt, wobei
eine gekoppelte Steuerung des aus der Gasturbine abströmenden Heißgasstromes
vorgesehen ist.
-
Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer Anlage dieser Art
die Heizgase geeignet zu führen, um
die Steuerung der Heißgasströme noch
weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wurde durch die Merkmale des
Anspruchs 1 gelöst.
-
Neue
Alternativen sind für
die Anlagen wünschenswert,
wenn man Spitzenlasten oder eine Kombination von Grundlast, einem
Mittellastbereich und Spitzenlast benötigt. Wir haben festgestellt,
dass dies mit einer Verbundanlage möglich ist, die aus der Vorschaltung
einer Gasturbine vor zwei und mehreren Dampfturbinen besteht. Ein
solches System liefert einen hohen KW-Wirkungsgrad und eine ausgezeichnete
Anpassung an den jeweiligen Betrieb.
-
Ein
erfindungsgemäßes Verbundkreislauf-Kraftwerk
umfasst eine Gasturbine, deren Abgasauslass mindestens zwei Dampfturbinenanlagen
vorgeschaltet ist, und Wärmetauscheinrichtungen
zwischen der Gasturbine und der Dampfturbinenanlage, wobei die Wärmetauscheinrichtungen
mit dem Abgasauslass in Verbindung stehen und von den heißen Gasen
der Gasturbine zum Wärmetausch
mit Speisewasser der Dampfturbine durchströmt werden, um das Wasser vorzuwärmen und/oder
zu verdampfen, wobei die Wärmetauscheinrichtungen
zweikanalig mit zwei getrennten Wärmetauschern aufgebaut sind,
von denen jeder mit dem Abgasauslass in Verbindung steht und wobei
eine Steuerung vorgesehen ist, mit der der Heißgasstrom aus dem Abgasauslass
steuerbar ist. Dazu weist die Steuerung eine erste Einrichtung zum
Steuern der Gesamtmenge des zu den Wärmetauschereinrichtungen strömenden Heißgases und
eine zweite von der ersten Einrichtung unabhängige Einrichtung zum Steuern
der Heißgasströmung in
die jeweiligen Wärmetauscher
auf.
-
Die
Erfindung zeichnet sich ferner durch eine Klappeneinrichtung (Damper-Means)
aus, um das Volumen des Abgases zu steuern, das in die jeweiligen
Wärmetauscher
für jede
Dampfturbine einströmt.
In einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung sind getrennte Klappen für die jeweiligen Wärmetauscher
vorgesehen, um die Volumenaufteilung des heißen Abgases auf jeden Wärmetauscher
zu verändern.
-
Vorteilhaft
ist jeweils einer der Wärmetauscher
an den Speisewasserstrang jeweils einer Dampfturbine angeschlossen.
Bevorzugt sind die Steuereinrichtungen Rauchgasklappen mit um ihre
Längsachse
schwenkbaren Lamellen.
-
In
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung sind Entnahmeanschlüsse für die Entnahme von Wärme aus
dem Wärmetauscher
für bezüglich der
Dampfturbine externe Heizzwecke vorgesehen.
-
In
einer weiteren, erfindungsgemäßen Ausgestaltung
ist ein Wärmetauscher
für die
Speisewasservorwärmung
einer Dampfturbine und der andere Wärmetauscher zur Lieferung von
Wärme an
die Wärmeentnahmeanschlüsse vorgesehen.
-
Vorteilhaft
sind die Wärmetauscher
zum Erzeugen von Überhitzerfrischdampf
für die
Dampfturbinen vorgesehen.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Vorschaltergasturbine in Verbindung
mit Dampfturbinen,
-
2 eine Draufsicht und eine Seitenansicht
eines Wärmetauschers
gemäß der Erfindung,
-
3 eine
Seitenansicht einer Anlage mit einer Gasturbine, einem Generator
und einem Wärmetauscher
zur Speisewasservorwärmung
gemäß der Erfindung,
und
-
4 eine
schematische Ansicht ähnlich 1 einer
abgeänderten
Ausführungsform.
-
Die
Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Beispiele erläutert.
-
Beispiel 1
-
Verbundvorschaltsystem
mit zwei Dampfturbinen und einer Gasturbine
-
Es
wurden zwei identische 300-MW-Einheiten mit Dampfüberhitzung
ausgewählt,
um einer tatsächlichen
Anwendung nahe zu kommen. Es wurde ferner angenommen, dass die Dampfturbinen
für einen
größeren Überhitzerdampfdurchsatz
geeignet waren, wie dies typischerweise für einen Betrieb erforderlich
ist, bei dem der Topvorwärmer
außer
Betrieb ist. Bei voll offenen Ventilen und 5 % Überdruck wird eine maximale
Leistung von 326,8 MW je Einheit erzeugt. Die Kraftwerksnettoleistung
ergibt sich wie folgt: Tabelle
1
-
Wärmeverbrauch
Turbo-Generator basiert auf Anlage mit niedrigem Wärmewert
-
Wärmeverbrauch
basiert auf hohem Wärmewert
-
Hierbei
hat sich herausgestellt, dass die potentielle Leistungssteigerung
am besten erreicht werden kann, wenn man eine V84.3-Gasturbine verwendet,
die für
beide Einheiten in einem Verbundbetriebssystem Speisewasservorwärmung bzw. Überhitzerdampf
liefert, wobei sich folgende Werte für die Gasturbine bei Grundlast
und Spitzenlast und 15°C
Umgebungstemperatur ergeben: Tabelle
2
-
Somit
wurde der Nettowärmeverbrauch
des ursprünglichen
Kraftwerks von 9.554 Btu/kWh nur durch Installieren einer Gasturbine
für beide
Zwischenüberhitzungsdampfereinheiten
auf 9.048 Btu/kWh verbessert. Die Nennleistung erhöhte sich
wie folgt:
| Gasturbinenleistung | 135,5
MW |
| Leistungssteigerung
des Dampfwerks | 2 × 27,1 MW |
| Gesamte
Leistungssteigerung | 189,7
MW |
-
Bei
Spitzenleistung der Gasturbine steigerte sich die maximale Kraftwerksleistung
bei einem Wärmeverbrauch
von 9.008 Btu/kWh wie folgt:
| Gasturbinenleistung | 145,9
MW |
| Leistungserhöhung des
Dampfwerks | 2 × 28,8 MW |
| Gesamte
Leistungssteigerung | 203,5
MW |
-
Die
maximale Leistungssteigerung aufgrund einer zusätzlichen V84.3-Gasturbine im
Vergleich zum Erstellen einer vollständig neuen, kombinierten Anlage
oder einer Verbundanlage drückt
sich in folgender Gegenüberstellung
aus: Zusatz
einer V84.3-Anlage Einfacher
Kreislauf
Zusatz
einer V84.3-Anlage Kombinierter
Kreislauf
Zusatz
einer V84.3-Anlage Verbundkreislauf
-
Die
höhere
Gasturbinenleistung für
den einfachen Kreislaufbetrieb resultiert aus kleineren Auslassdruckverlusten.
-
Fasst
man diese Resultate zusammen, so gelangt man zu folgenden Leistungsverbesserungen
von Einheiten im kombinierten Kreislauf und im Verbundkreislauf
gegenüber
einer zusätzlichen
Gasturbine im einfachen Kreislauf: Tabelle
3
-
Die
kleinere Leistungsverbesserung und Wärmeverbrauchverringerung für den Verbundkreislauf
gegenüber
dem kombinierten Kreislauf resultiert hauptsächlich aus höheren Verlusten
in den Niederdruckstufen der Dampfturbinen. Wenn man diese Teile
der vorhandenen Dampfturbinen ersetzt, so können die Leistungssteigerung
und die Werte für
den Wärmeverbrauch
im Verbundkreislauf weiter verbessert werden.
-
Um
ein optimales Leistungskonzept für
das einzigartige Verbundsystem auszuwählen, haben wir dieses Konzept
sowie drei weitere Kreislaufkonzepte untersucht.
-
Beispiel 2
-
Erste Alternative
-
Speisewasservorwärmung für mehrere
Entnahmen
-
Die
Abgasenergie der V84.3-Gasturbine ist der Kapazität der beiden
Hochdruckspeisewasservorwärmer
der beiden Zwischenüberhitzerdampfanlagen
wie auch einer teilweisen Speisewasservorwärmung parallel zu den Niederdruckentnahmen
angepasst. Die Speisewassereinlasstemperatur von 82°C für Entnahme
3 entspricht der Abzuggastemperatur von 93°C, die eine optimale Gesamtwirtschaftlichkeit
liefert. Während
des Teillastbetriebes des DKW kann durch Umwälzung die Speisewassertemperatur
bei etwa 82°C
gehalten werden. Mit der verfügbaren
Ab gasenergie der Gasturbine erhält
man eine Endtemperatur von 254°C
für das
Speisewasser. Die maximale Leistungssteigerung der Anlage ist wie
folgt: Tabelle
4
-
Die
Anordnung ermöglicht
die Leistungserhöhung
bei einer attraktiven Verbesserung des Wärmeverbrauchs von 616 Btu/kWh
bzw. 6,2 %. Diese Verbesserung gegenüber einer Zwischenüberhitzungsdampfanlage
ist sehr attraktiv und ist das Ergebnis der optimalen Nutzung der
Abgasenergie der Gasturbine auf einem hohen Energieniveau.
-
Der
Volllastbetrieb der Gasturbine und Teillastbetrieb der Dampfturbinen
kann durch die Speisewasserendtemperatur begrenzt werden, die ein
Niveau erreicht, bei dem die Siedetemperatur in den Ekonomizern des
Zwischenüberhitzungsdampfkessels überschritten
wird. Um diese Betriebsphasen unter Kontrolle zu halten, erhält der Wärmetauscher
eine besondere Bauweise, die in 1 dargestellt
ist und die eine sehr hohe Betriebsanpassungsfähigkeit ermöglicht.
-
Die
Zweikanalausführung
des Wärmetauschers 12 zur
Wärmerückgewinnung
ermöglicht
jede Betriebsweise der einen Gasturbine und der beiden Dampfturbinen.
Ein Hilfsabzug 14 ist für
den Alleinbetrieb der Gasturbine 16 ohne Dampfturbinen 18 und 20 vorgesehen,
wobei das Abgas von drei Mehrfachklappen 22, 24 und 26 gesteuert
wird. Die beiden Schieber 24 und 26 stromauf der
Wärmetauscher 28 und 30 für die beiden Dampfturbinen 32 und 34 ermöglichen
eine unabhängige
Strömung
und damit auch Temperaturkontrolle für beide Einheiten. Mit dieser
Anordnung ist es auch möglich,
dass die Gasturbine mit nur einer Dampfturbine arbeitet. Es ist
auch das Anfahren einer Einheit möglich, wenn die andere Dampfturbine
bereits voll in Betrieb ist.
-
Die
Ausführungsform
des Wärmetauschers 12 für die Speisewasservorwärmung ist
in den 2 und 3 dargestellt.
Das Abgas der Gasturbine strömt
zunächst
in den einen Abzug 14 der Gasturbine ein. Von dort wird
das Abgas gleichermaßen
in Kanäle
aufgeteilt, die zu den unabhängigen
Hochdruck- und Niederdruckspeisewasservorwärmerrohrbündeln führen. Diese Zweikanalanordnung
wurde gewählt,
damit die beiden Dampfturbinen unabhängig voneinander arbeiten.
-
Dieses
Konzept wurde vorgesehen, um den höchstmöglichen Grad an Betriebsanpassungsfähigkeit zu
ermöglichen.
Die Gasströme
werden von Klappenschiebern gesteuert. Zwei Reihen von Klappen 35 und 36 sind
in dem Hilfsabzug für
die Gasturbine installiert, um beim Betrieb der Hochdruck- und Niederdruckspeisewasserwärmetauscher
die Leckageverluste zu minimieren. Durch unter Druck setzen des
Bereiches zwischen den beiden Klappenreihen werden Leckageverluste
vermieden. Vor jeder Wärmetauscherstufe
ist eine einzige Schieberklappenreihe 24 und 26 installiert,
um unabhängig
voneinander den Gasstrom zu den Hochdruck- und Niederdruckspeisewasserwärmetauschern
zu steuern. Die Betriebserfahrungen, die in Europa mit diesen Klappenschiebern
(Louver-Dampers) gemacht wurden, sind sehr positiv. Die Aufteilung
der drei Schieber im Hilfsabzug und stromauf der beiden Wärmetauscherstufen
in richtiger Folge erlaubt es, folgende Operationen durchzuführen:
Gasturbine
allein
Gasturbine mit einer Dampfturbine
Gasturbine mit
zwei Dampfturbinen
Übergang
aus und zu jedem vorgenannten Betrieb
Anfahren bei allen Betriebsbedingungen.
-
Der
Gasturbinenabzug 10 für
die V84.3-Gasturbine in 2 hat 5,4
m und die beiden Kamine der Wärmetauscherstufen
3,9 m Durchmesser. Der Betrieb mit einer Dampfturbine erfordert
ein teilweises Öffnen
des Hilfsabzugs 14, um die maximale Aufwärmung des
Speisewassers für
diese Einheit zu optimieren und am Gasturbinenauslass ein Minimum
an Druckverlust zu erhalten.
-
Die
Anordnung des Wärmetauschers 28(30) für eine V84.3
verbesserte Gasturbine 16 ist in 3 dargestellt.
Die Gesamtlänge
des Wärmetauschers
beträgt
34 m. Der Wärmetauscher 28
(30) ist an den axialen Diffusor 17 der Gasturbine 16 angeschlossen.
Die Gesamtlänge
der V84.3-Gasturbine mit einem 165-MVA-Generator 1 beträgt 23 m.
Zuzüglich
der Diffusorlänge
von 11,3 m ergibt sich eine Gesamtlänge von 68,3 m für die Gesamtanlage
von Gasturbine und Wärmetauscher.
-
Wie
dargestellt, sind die beiden Brennkammern 9 der verbesserten
V84.3-Gasturbine 16 horizontal angeordnet. Der Gasturbinenlufteinlass
läuft generatorseitig
zu den Luftfiltern 2, die über den luftgekühlten Generatoren 1 liegen.
Die Breite der Turbinenverkleidung beträgt etwa 19,5 m und bietet Platz
für Hilfsbetriebe und
Wartung. Die V84.3-Gasturbine ist mit 2 × 6 Hybridbrennern versehen,
um eine geringe NOx-Emission ohne Dampf-
oder Wasserinjektionen im Vormisch-Brennbetrieb zu erhalten. Für den Betrieb
mit Heizöl
oder zur Leistungssteigerung ist Dampf- oder Wasserinjektion vorgesehen.
-
Beispiel 3
-
2. Alternative
-
Speisewasservorwärmung für Entnahmen
E7 bis E3
-
Diese
Anlage ist in 4 dargestellt und liefert folgende
Leistungssteigerung des Kraftwerks bei einer Verbesserung des Wärmeverbrauchs
von 389 Btu/kWh bzw. 3,9 %.
-
-
Diese
Anordnung mit einem Zweikanalwärmetauscher
ist ähnlich
der ersten Alternative, liefert jedoch eine teilweise Speisewasservorwärmung für sieben
Speisewasservorwärmer,
die mit den Entnahmen E1 bis E7 bezeichnet sind. Bei maximaler Kraftwerkslast
werden etwa 57 % des Speisewassers von der Abgasenergie der Gasturbine
vorgewärmt
und der Rest von 43 % durch die Dampfentnahmen an den Dampfturbinen über die
Speisewasservorwärmer.
Diese Anordnung ist nicht so wirkungsvoll, weil die Gasturbinenentnahmeenergie nicht
für ein
hohes Niveau benutzt wird und das Kondensat mit 43°C mit dem
Abgas von 93°C
erwärmt
wird. Um Korrosion in den Wärmetauscherendstufen
zu vermeiden, sind Umwälzpumpen 38 und 40 installiert,
um die Kondensatareinlasstemperatur zu erhöhen. Teillastbetrieb der Dampfturbinen
ohne Erhöhung
der Speisewasserendtemperatur kann auch dadurch erfolgen, dass man
einfach die Speisewasserströmung
durch die Speisewasserwärmetauscher
vergrößert.
-
Auswertung
der Alternativen
-
Alle
Alternativen sind brauchbare Optionen für die Leistungssteigerung im
Verbundkreislauf. Die beiden Optionen mit Speisewasservorwärmung lassen
sich offenbar leicht in bestehende Kraftwerke integrieren, da lediglich
eine Speisewasserleitung zur Verbindung der Gasturbinenanlage mit
der Dampfturbinenanlage erforderlich ist. Der Druck und die Wärmeverluste
in dieser Verrohrung sind nicht kritisch.
-
Die
Optionen mit Speisewasserwärmetauschern
besitzen eine größere Betriebsflexibilität, die insbesondere
dann bedeutsam ist, wenn Lastwechsel und Zweischiftbetrieb in Betracht
gezogen werden.
-
Die
größte Leistungssteigerung
wird mit der ersten Alternative erzielt, wie Tabelle 8 zeigt. Die
höhere Leistungssteigerung
der ersten Alternative ergibt sich aus der vergrößerten Überhitzerdampferzeugung in
der Dampfanlage. Die Anlagennettoleistungen und Nettowärmeverbrauchswerte
der verschiedenen Alternativen zeigen Unterschiede, die bei der
richtigen Würdigung
der Vorschaltoptionen eine Rolle spielen.
-
-
Die
Gasturbine wird von Unterschieden im Auslassdruckverlust der Wärmetauscher
und Wärmerückgewinnungsdampferzeuger
beeinflusst; jedoch wurden alle Berechnungen bei 300 mm Wassersäule durchgeführt, da
angenommen wurde, dass ein kleinerer Druckabfall in den Wärmetauschern
durch den Einsatz des Hilfsabzuges und der Klappen für diese
Alternativen kompen siert werden kann.
-
Ein
165-MVA luftgekühlter
Generator ist für
alle Alternativen ausgewählt
worden. Jedoch kann ein größerer, luftgekühlter Generator
für den
Betrieb mit kleinerem Leistungsfaktor vorgesehen sein, wenn die
maximale Kapazität
des Dampfturbogenerators beschränkt
ist und zusätzliche
Blindleistung erforderlich ist. Gegenwärtig sind luftgekühlte Generatoren
bis zu 260 MVA verfügbar.
-
Die
Turbogeneratoren waren ursprünglich
für folgende,
potentielle Durchsatzmengen vorgesehen:
-
Die
maximale Dampfturbinenleistung im Verbundkreislaufbetrieb von 355,6
MW machte die folgenden Durchsatzwerte erforderlich:
-
Allein
der Durchsatz des Abdampfes hat sich gegenüber dem Ursprungswert erhöht. Aber
diese Steigerung von nur 7 % kann für gewöhnlich zugelassen werden, wenn
die Dampfturbinen nicht ausgangsseitig belastet sind oder die Niederdruckbeschaufelung
ist für
eine kleine Massendurchflussgrenze beschaffen. In diesem Fall kann
der Niederdruckturbinendampfweg durch eine verbesserte Bauweise
ersetzt werden, um eine höhere
Wirtschaftlichkeit und eine auslassseitige Massenstromdichte bis
zu 25 kg/m2 h zu erhalten. Ein solches Beispiel
ist in Tabelle 9 als Alternative IA dargestellt, womit eine zusätzliche
Wirtschaftlichkeitsverbesserung von 16 MW gegenüber der ersten Alternative
für beide
Dampfturbinen erhalten wird.
-
-
Ersetzt
man den Einfachkreislauf durch einen kombinierten Kreislauf, so
verringert sich der Wärmeverbrauchswert
für die
Gesamtanlage um (1,3 + 7,5 %) 8,8 %. Dieses Ergebnis basiert auf
einem Wärmeverbrauch
im kombinierten Kreislauf von 7.070 Btu/kWh bei HHV und 6.370 Btu/kWh
bei LHV, womit sich 53,6 % Wirkungsgrad für den kombinierten Kreislauf
ergeben. Die Verbesserung gegenüber
der ersten Alternative im Verbundkreislauf beträgt 7,5 % und kann sogar auf
9,3 % gesteigert werden, wenn man entsprechende Auswechslungen im
Niederdruckteil vornimmt. Eine ähnliche,
jedoch kleinere Verbesserung lässt
sich für
die kombinierte Kreislaufoption erwarten, wenn man solche zusätzlichen
Auswechslungen im Niederdruckteil vornimmt.
-
Kombinierte
Kreislaufanlagen mit Wärmerückgewinnungsdampferzeuger
und mit voll befeuerten Dampferzeugern sowie Verbundkreislaufanlagen
sind den Umständen
nach abhängig
von der gültigen
Alternative für
Leistungs- oder Vorschaltanwendungen. Wenn wir unsere Vorstellungen
für die
Leistungsauslegung zweier 300-MW-Dampfanlagen mit einer modernen
Gasturbine zusammenfassen, so ist der Vergleich der Wirtschaftlichkeit
gegenüber
zwei gegenwärtigen Überhitzereinheiten
in Tabelle 8 dargestellt, basierend auf der maximalen, totalen Kraftwerksnettoleistung.
Die erste Alternative liefert die höchste Leistungserhöhung von
32,7 %. Es sei bemerkt, dass die Auswertung der Unterschiede in
der Wirtschaftlichkeit auf einem konstanten Hauptdampfdurchsatz
basiert.
-
Was
den Emissionsausstoß anbelangt,
so wird die spezifische Emission pro erzeugter kWh in allen Alternativen
verringert, da die Gasturbine mit ihren Hybridbrennern eine niedrige
NOx-Emission
im Bereich von 25 ppm ohne Wasser- oder Dampfinjektionen hat. Eine
sogar größere Verbesserung
kann man mit einer voll befeuerten Anlage für kombinierten Kreislauf erhalten,
da das heiße
Abgas aus der Gasturbine für
eine Sekundärverbrennung
in den Überhitzerdampferzeugern
benutzt wird. Bei den Eemscentrale Kraftwerk führte dieses Konzept in Verbin dung
mit einem Austausch der Brenner in den Dampferzeugern zu einer Verringerung
der NOx-Emission von 400-500 ppm vor der
Leistungssteigerung auf 100-150 ppm, nachdem die Vorschaltgasturbine
in das bestehende 600-MW-Dampfkraftwerk eingebaut wurde.
-
In
Fällen,
bei denen verhältnismäßig große, bestehende
Dampfkraftwerke potentiell für
die Leistungssteigerung geeignet sind, ist der Verbundkreislauf
eine attraktive Option. Dabei benötigt man nicht die Installation
einer neuen Dampfturbinenanlage einschließlich ihrer Hilfssysteme, wie
Kondensator und Kühlwasserversorgung,
und man vermeidet einen größeren Umbau
der bestehenden Dampferzeuger.
-
Ohne
Modifizierung des Dampfturbinendurchsatzes mag die Leistungssteigerung
der bestehenden Dampfturbinen begrenzt sein. Zieht man jedoch den
Austausch von Dampfturbinenstufen in Betracht, so kann das Konzept
für den
Verbundkreislauf eine maximale Zusatzleistung erbringen, die mit
einem sehr attraktiven Wärmeverbrauch
einhergeht. Da ein bestehendes Dampfkraftwerk Verwendung findet,
können
die spezifischen Kosten für
eine solche Ausrüstung
im Verbundkreislauf so niedrig liegen wie die Gebäudekosten
für eine Gasturbinenanlage
mit einfachem Kreislauf.
Zusatz einer V84.3-Anlage Verbundkreislauf
