DE60025415T2

DE60025415T2 - Zweidruck-Gasturbinensystem mit partieller Regeneration und Dampfeinspritzung

Info

Publication number: DE60025415T2
Application number: DE60025415T
Authority: DE
Inventors: Shigekazu Ichikawa-shi Uji
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1999-07-16
Filing date: 2000-07-07
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2020-07-08
Also published as: EP1069282A3; DE60025415D1; JP2001027131A; EP1069282B1; US6233940B1; EP1069282A2

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gasturbinen-Energieerzeugungssystem, das elektrische Energie und Dampf erzeugt, und spezieller ein Gasturbinensystem mit Zweistoff-Fluid-Kreislauf, bei dem in die Gasturbine Dampf eingeblasen wird.
Stand der Technik
Ein im Stand der Technik bekanntes Gasturbinensystem mit Zweistoff-Fluid-Kreislauf, bei dem Dampf in die Gasturbine eingeblasen wird, ist zum Beispiel in dem japanischen Patent, Veröffentlichungs-Nr. 34865, 1979, „Doppeltwirkende Fluid-Wärmekraftmaschine" offenbart.
Dieses Zweistoff-Fluid-Kreislauf-Gasturbinensystem (nach dem Namen des Erfinders Cheng-Kreislauf genannt) ist typisch, wie es in 1 dargestellt ist. Das System besteht aus Starterklappe 1, Kompressor 2, Brennkammer 3, Wasserbehandlungsanlage 4, Pumpe 5, Wärmeaustauscher 6, Turbinen 7 und 8, Kondensator 9, usw. In dem System wird aus der Umgebung angesaugte Luft durch den Kompressor 2 verdichtet und der Brennkammer 3 zugeführt, Brennstoff in der verdichteten Luft verbrannt, um ein Hochtemperatur-Verbrennungsgas zu erzeugen, wobei dieses Verbrennungsgas in den Turbinen 7 und 8 verwendet wird, um dadurch den Kompressor 2 und einen Verbraucher anzutreiben. Darüber hinaus wird in dem Wärmeaustauscher 6 Dampf erzeugt, indem das von den Turbinen abgegebene Verbrennungsgas genutzt wird, wobei der Kondensator 9 Feuchtigkeit aus dem Abgas entfernt, bevor es in die Umgebung abgegeben wird.
Ein solcher Cheng-Kreislauf, wie er oben beschrieben ist, besitzt den Vorteil, dass die abgegebene Leistung und der thermische Wirkungsgrad der Turbine erhöht werden können, weil der Durchfluss von in die Turbine eintretendem Verbrennungsgas größer ist und die spezifische Wärme des Verbrennungsgases erhöht ist, weil der im Wärmeaustauscher 6 erzeugte Dampf S in die Brennkammer 3 eingeblasen wird.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat ein Gasturbinensystem mit Zweistoff-Fluid-Kreislauf entwickelt, welches eine Verbesserung am oben erwähnten Cheng-Kreislauf ist, und hat dies in der japanischen Patentveröffentlichung, Nr. 26780, 1996, zum Patent angemeldet.
Die in der japanischen Patentveröffentlichung, Nr. 26780, 1996, offenbarte Zweistoff-Fluid-Gasturbine mit Teilrückführung ist in 2 schematisch dargestellt. Sie besteht aus einem Gasturbinensystem, das versehen ist mit einem Kompressor 2 zum Verdichten von Luft, einer Brennkammer 3, in der Brennstoff verbrannt wird, und einer durch Verbrennungsgas angetriebenen Turbine 7, die den Kompressor antreibt, einem Mischer 10, der Dampf S (Sattdampf) als Antriebsquelle zur Druckerhöhung der verdichteten Luft nutzt und in dem die Fluide gemischt werden, einem nach der Turbine 7 vorgesehenen Überhitzer 6 zum Erhitzen des im Mischer 10 erzeugten Mischgases, indem Turbinenabgas genutzt wird, einem nach dem Überhitzer 6 angeordneten Abwärmekessel 12, um Wasser mittels Turbinenabgas als Wärmequelle zu verdampfen, einer Luftleitung 13 zum Einleiten eines Teils der im Kompressor 2 erzeugten verdichteten Luft in die Brennkammer 3 und den Rest in den Mischer 10, einer Dampfhauptleitung 14, um einen Teil des im Abwärmekessel 13 erzeugten Dampfes S in den Mischer zu übertragen, und eine Mischgasleitung 15, um das im Mischer 10 erzeugte Mischgas durch den Überhitzer 6 in die Brennkammer 3 einzuleiten.
In dieser Zweistoff-Fluid-Gasturbine mit Teilrückführung wird durch die von der Gasturbine abgegebene Abwärme der Dampf S erzeugt, der angesaugt und mit einem Teil der verdichteten Luft gemischt wird, wobei nach dem Erhitzen im Überhitzer 6 durch das Abgas von der Gasturbine der Dampf in die Brennkammer eingeblasen wird. Deshalb kann mit diesem Gasturbinentyp mehr Energie als mit einem Cheng-Kreislauf um eine Größe zurück gewonnen werden, die der Temperaturerhöhung der Luft entspricht, die durch das Abgas von der Gasturbine erhitzt wird, so dass der Wirkungsgrad des Kreislaufs erhöht werden kann.
3 und 4 sind Diagramme der Abwärmerückführung für den oben erwähnten Cheng-Kreislauf und die Zweistoff-Fluid-Gasturbine. In den Abbildungen stellen die Abszissen und Ordinaten jeweils den Wärmeinhalt des Abgases der Gasturbine während des Wärmeaustausches und die Temperatur dar. Genauer zeigt die Abszisse die Enthalpie des Abgases von der Gasturbine unter Verwendung von 0°C als Bezug.
In 3 und 4 wird Abgas von der Gasturbine von etwa 550°C auf etwa 150°C abgekühlt, und folglich wird das Wasser bis auf eine Sättigungstemperatur erhitzt, bei der das Wasser verdampft wird, um Sattdampf zu erzeugen und wird dann weiter erhitzt, um überhitzten Dampf zu erzeugen.
Im Cheng-Kreislauf in 3 wird nach einer Verdampfung nur der Dampf zur Wiedergewinnung von Wärme erhitzt, wobei jedoch in dem in 4 dargestellten Zweistoff-Fluid-Gasturbinensystem mit teilweiser Rückführung ein Gasgemisch aus Dampf und Luft erhitzt wird. Deshalb nimmt die Temperatur des Gases in 4 zu, wenn es mit der verdichteten Luft gemischt wird, und außerdem wird der Durchfluss des Mischgases erhöht, so dass das Temperaturgefälle reduziert ist. Folglich wird eine Energiegröße, die der in 4 dargestellten schraffierten Fläche entspricht, effektiv mehr als in dem Cheng-Kreislauf genutzt, so dass der Wirkungsgrad des Kreislaufs entsprechend erhöht ist. Folglich vergrößert sich in diesem Beispiel der Wirkungsgrad am Ende des Generators von 41,10% auf 41,18%.
Mit dem in 4 gezeigten Zweistoff-Fluid-Gasturbinensystem mit teilweiser Rückführung soll die Menge der in den Mischer 10 angesaugten Verdichtungsluft erhöht werden, um den Wirkungsgrad des Kreislaufs zu erhöhen. Der Durchfluss des Dampfes zu dem Mischer 10 ist jedoch reduziert, wenn lediglich der Druck des durch die Abwärme erzeugten Dampfes, der den Mischer antreibt, erhöht wird. Folglich wird die Größe von zurück gewonnener Wärme nicht ausreichend.
5 zeigt ein Beispiel dieser Situation, bei der der Dampfdruck von 20 kg/cm²g in 4 auf 63 kg/cm²g erhöht ist. Unter diesen Bedingungen wird die Temperatur des Sattdampfes von etwa 210°C auf etwa 280°C erhöht, was bedeutet, dass sie näher an der Temperatur des Abgases ist. Die Fläche zwischen den Linien für die Temperatur des Dampfes und des Abgases entsprechen dem so genannten Verlust der technischen Arbeitsfähigkeit (inaktive Energie), deshalb ist dies eine Verbesserung in einem gewissen Umfang; weil der Durchfluss von erzeugtem Dampf jedoch abnimmt, ist eine sich ergebende Reduzierung im Durchfluss des Speisewassers vorhanden, folglich kann die Wärme im Abgas nach unten nur bis etwa 200°C zurück gewonnen werden, so dass die Menge von zurück gewonnener Energie, die der schraffierten Fläche in 5 entspricht, kleiner als in 4 ist. Deshalb ist der Wirkungsgrad an den Anschlüssen des Generators für dieses Beispiel in 5 von 41,18% im Fall von 4 auf 40,95% verringert.
ABRISS DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung richtet sich auf das Lösen dieser Probleme. Deutlicher, eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer solchen Zweistoff-Fluid-Gasturbine mit teilweiser Rückführung, bei der der Druck des Antriebsdampfes erhöht wird, ohne den Durchfluss von erzeugtem Dampf zu reduzieren, wodurch der Verlust der technischen Arbeitsfähigkeit in dem Abwärme-Rückführungsteil verringert und der Wirkungsgrad der Energieerzeugung erhöht wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist in dem Gasturbinensystem mit Teilrückführungskreislauf eine Gasturbine mit Doppeldruck-Dampfinjektions-Teilrückführungskreislauf vorgesehen, bei der ein Teil der in dem Kompressor (2) verdichteten Luft vor der Brennkammer (3) entzogen und mit Dampf gemischt wird, und das gemischte Gas, nachdem es durch Abwärme von der Turbine überhitzt wurde, in die Brennkammer eingeblasen wird; Hochdruckdampf genutzt wird als Fluid zum Antrieb des Mischers, der die entzogene Luft verdichtet, womit das Verhältnis von entzogener Luft zu Dampf erhöht wird; darüber hinaus vom Niederdruck-Abwärmekessel entnommener Niederdruckdampf mit dem Gasgemisch aus entzogener Luft und Dampf gemischt wird, und anschließend das Gemisch aus dem Mischgas und dem Niederdruckdampf durch Abwärme von der Turbine überhitzt und das Gemisch in die Brennkammer eingeblasen wird.
Nach der oben angeführten Ausführung der vorliegenden Erfindung wird der Druck des Abwärme-Rückgewinnungsdampfes erhöht und der sich ergebende Hochdruckdampf als Antriebsquelle für den Mischer genutzt. Deshalb wird das Verhältnis von entzogener Luft zu Dampf erhöht, so dass der Durchfluss von verdichteter Luft, die an dem Mischer angesaugt wird, erhöht werden kann. Auch weil Niederdruckdampf vom Niederdruck-Abwärmekessel mit dem Gasgemisch aus entzogener Luft und Dampf gemischt wird, kann der Brennkammer somit eine Menge von Luft und Dampf zugeführt werden, die größer ist als bei einem herkömmlichen System. Dadurch gibt es eine Erhöhung in dem Abgasdurchfluss, aus dem Wärme zurück gewonnen werden kann. Folglich kann, nachdem aus diesem Abgas einmal durch Erzeugung von Hochdruckdampf Abwärme zurück gewonnen worden ist, durch Erzeugung von Niederdruckdampf zusätzliche Abwärme zurück gewonnen werden, das heißt die Wärme im Abgas kann herunter bis zu einer niedrigen Temperatur genutzt werden.
Die oben erwähnte Ausführung nach der vorliegenden Erfindung kann daher den Durchfluss von verdichteter Luft erhöhen, was nutzbar ist, um Abwärme zurück zu gewinnen, wobei gleichzeitig die Menge von im Niedrigtemperaturbereich des Abgases zurück gewonnener Abwärme erhöht wird, wodurch der Verlust an technischer Arbeitsfähigkeit in dem Abwärme-Rückgewinnungsteil reduziert und der Wirkungsgrad der Energieerzeugung erhöht werden kann.
Nach einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung ist das System mit einem ersten Mischer (22), der den Druck der verdichteten Luft mittels Hochdruckdampf als Antriebsquelle verstärkt und in dem die beiden Fluide gemischt werden, einem zweiten Mischer (24), der das im ersten Mischer mit Niederdruckdampf erzeugte Mischgas weiter mischt, einem nach der Turbine (7) vorgesehenen Überhitzer (6), um das Gasgemisch zu erhitzen, das im zweiten Mischer mit Abwärme von der Turbine erzeugt wird, und einem Abwärmekessel (26) versehen, der nach dem Überhitzer angeordnet ist, um Hochdruckdampf und Niederdruckdampf mittels Abgas von der Turbine als Wärmequelle zu erzeugen.
Mit einem Ejektor wie zum Beispiel dem ersten Mischer (22) kann der Druck der verdichteten Luft von etwa 15 ata weiter auf den Druck des Niederdruckdampfes (z. B. etwa 20 ata) erhöht werden, und die beiden Fluide können gemischt werden. Weil Hochdruckdampf und Niederdruckdampf in dem Abwärmekessel (26) mittels Abgas von der Turbine als der Wärmequelle erzeugt werden, kann auch die aus dem Abgas im Niedertemperaturbereich des Abgases zurück gewonnene Wärmemenge erhöht werden, wodurch der Verlust an technischer Arbeitsfähigkeit im Wärmerückgewinnungsteil reduziert wird.
Andere Komponenten nach der vorliegenden Erfindung umfassen eine Luftleitung (13), die einen Teil der im Kompressor (2) erzeugten verdichteten Luft der Brennkammer (3) und den Rest dem ersten Mischer (22) zuführt, eine Dampfhauptleitung (28a), um den im Abwärmekessel (26) erzeugten Hochdruckdampf dem ersten Mischer zuzuführen, eine Dampfnebenleitung (28b), um den im Abwärmekessel (26) erzeugten Niederdruckdampf dem zweiten Mischer zuzuführen, und eine Mischgasleitung (15), die das in dem zweiten Mischer erzeugte Gasgemisch durch den Überhitzer 6 zu der Brennkammer 3 überträgt.
Mit dieser Ausführung sind die Dampfhauptleitung (28a) und die Dampfnebenleitung (28b) voneinander unabhängig, und ihre Drücke, Temperaturen, Durchflüsse, usw. können eingestellt werden, um optimale Bedingungen zu schaffen.
Außerdem sollte der oben erwähnte erste Mischer (22) vorzugsweise ein Ejektor sein, der durch Hochdruckdampf betrieben wird und verdichtete Luft ansaugt, und der oben erwähnte zweite Mischer (24) kann vorzugsweise ein Mischgefäß sein, in dem das gemischte Gas und der Dampf im Wesentlichen den gleichen Druck aufweisen.
Bei Verwendung der oben erwähnten Ausführung wird in den Ejektor Hochdruckdampf eingeblasen und Luft vom Auslass des Kompressors der Gasturbine kann angesaugt und mit dem Hochdruckdampf, dem Antriebsfluid, gemischt werden, wodurch es leicht ist, ein Gemisch aus Luft und Dampf mit einem Druck, der höher als der der verdichteten Luft ist, zu erzeugen, so dass ein Verlust der technischen Arbeitsfähigkeit im zweiten Mischer vermieden und das gemischte Gas mit hohem Wirkungsgrad mit dem Dampf gemischt werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt die allgemeine Ausführung eines herkömmlichen Gasturbinensystems mit Zweistoff-Fluid-Kreislauf;
2 zeigt die allgemeine Ausführung des Gasturbinensystems mit Zweistoff-Fluid-Kreislauf und Teilrückführung;
3 ist ein Diagramm, das die Abwärmerückgewinnungskurven für das System in 1 darstellt;
4 ist ein Diagramm, das die Abwärmerückgewinnungskurven für das System in 2 darstellt;
5 ist ein weiteres Diagramm der Abwärmerückgewinnung für das in 2 gezeigte System;
6 stellt die allgemeine Ausführung des Gasturbinensystems mit Doppeldruck-Dampfinjektions-Teilrückführungskreislauf nach der vorliegenden Erfindung dar;
7 ist ein Diagramm der Abwärmerückgewinnung für das in 6 gezeigte System.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
Bevorzugte Ausführungen nach der vorliegenden Erfindung werden nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Wenn in den verschiedenen Abbildungen gleiche Teile erscheinen, werden sie mit den gleichen Teilenummern gekennzeichnet.
6 ist ein Diagramm, das die allgemeine Ausführung der Gasturbine mit Doppeldruck-Dampfinjektions-Teilrückführungskreislauf nach der vorliegenden Erfindung zeigt. In der Abbildung ist das Gasturbinensystem mit Teilrückführungskreislauf nach der vorliegenden Erfindung mit Gasturbine versehen, das ausgeführt ist mit einem Kompressor 2 zum Verdichten von Luft A, einer Brennkammer 3 zum Verbrennen eines Brennstoffs F und einer durch Verbrennungsgas E angetriebenen Turbine 7, die den Kompressor 2 antreibt, einem nach der Turbine 7 angeordneten Überhitzer 6, einer Luftleitung 13, um einen Teil der im Kompressor 2 verdichteten Luft der Brennkammer und den Rest dem Mischer zuzuführen, und einer Mischgasleitung 15, um das Luft-Dampf-Gemisch (Gasgemisch) über den Überhitzer 6 zur Brennkammer 3 zu übertragen.
Andere Komponenten des Gasturbinensystems mit Teilrückführungskreislauf nach der vorliegenden Erfindung umfassen einen durch Hochdruckdampf angetriebenen ersten Mischer 22 zum Erhöhen des Drucks der verdichteten Luft und Mischen der beiden Fluide, einen zweiten Mischer 24, der das im ersten Mischer 22 erzeugte Mischgas mit dem Niederdruckdampf mischt, und einen nach dem Überhitzer 6 befindlichen Abwärmekessel 26 zur Erzeugung von Hochdruckdampf und Niederdruckdampf mittels Abgas von der Turbine als der Wärmequelle. Der nach der Turbine 7 installierte Überhitzer 6 heizt das im zweiten Mischer 24 erzeugte Gasgemisch zusätzlich, indem Abwärme von der Turbine genutzt wird. Der Abwärmekessel 26 ist mit einer Niederdruck-Speisewasserpumpe 26a und einer Hochdruck-Speisewasserpumpe 26b versehen und erzeugt zum Beispiel Niederdruckdampf mit etwa 20 kg/cm²g und Hochdruckdampf mit etwa 63 kg/cm²g.
In dieser Ausführung ist der erste Mischer 23 ein mit Hochdruckdampf betriebener Ejektor, der verdichtete Luft ansaugt. Der zweite Mischer 24 ist ein Mischgefäß, in dem das Mischgas vom ersten Mischer 22 und der Dampf (Niederdruckdampf) im Wesentlichen den gleichen Druck aufweisen. Als zweiter Mischer 24 kann auch eine Mischvorrichtung eines beliebigen anderen Typs mit kleinem Druckverlust eingesetzt werden.
Außerdem ist der Druck am Auslass des ersten Mischers 22 so eingestellt, dass er im Wesentlichen dem des Niederdruckdampfes entspricht, während der Druck am Auslass des zweiten Mischers 24 auf den für den Überhitzer erforderlichen Einlassdruck eingestellt ist. Diese Ausführung ermöglicht es, dass der Dampf und das Mischgas in dem Mischgefäß mit kleinem Verlust an technischer Arbeitsfähigkeit gemischt werden.
Darüber hinaus ist das Gasturbinensystem mit Teilrückführungskreislauf nach der vorliegenden Erfindung auch mit einer Dampfhauptleitung 28a, um den im Abgaskessel 26 erzeugten Hochdruckdampf dem ersten Mischer 22 zuzuführen, und einer Dampfnebenleitung 28b versehen, die den im Abwärmekessel 26 erzeugten Niederdruckdampf dem zweiten Mischer 34 zuführt. Außerdem ist in der Dampfhauptleitung 28a ein Durchflusseinstellventil 29 für Hochdruckdampf installiert, um den Dampfdurchfluss zum Mischer 22 einzustellen.
7 ist ein Diagramm, das die Abwärmerückgewinnung für das in 6 dargestellte System zeigt. In der Abbildung ist der Wärmeinhalt des Abgases von der Gasturbine (Enthalpie relativ zu einer Basis des Abgases aus der Gasturbine von 0°C) längs der Abszisse und die Temperatur als Ordinate aufgetragen.
In 7 wird das Abgas aus der Gasturbine von etwa 550°C auf etwa 150°C in der gleichen Weise wie in 3 und 4 abgekühlt, und die entsprechende Wärmemenge heizt das Wasser auf die Sättigungstemperatur, bei der das Wasser verdampft wird, um Sattdampf zu erzeugen, der anschließend weiter erhitzt wird, um überhitzten Dampf zu erzeugen.
Wie in 6 ersichtlich ist, wird dem Abwärmekessel 26 Wasser (zum Beispiel mit etwa 50°C) von der Niederdruck-Speisewasserpumpe 26a zugeführt und ein Teil des Wassers zu Niederdruck-Sattdampf (zum Beispiel mit etwa 20 kg/cm²g) umgewandelt und durch einen Niederdruck-Dampfsammler und die Dampfnebenleitung 28b dem zweiten Mischer 24 zugeführt. Die Verdampfungsleitung für diesen Niederdruckdampf ist in 7 die Linie mit der konstanten Temperatur von etwa 210°C.
Als Nächstes wird der Rest des Speisewassers durch die Hochdruck-Speisewasserpumpe 26b einem Hochdruck-Dampfsammler zugeführt, und weiter stromauf im Kessel wird Hochdruckdampf (in diesem Fall gesättigter Hochdruckdampf) erzeugt. Dieser Hochdruckdampf wird durch das Durchflusseinstellventil 29 für Hochdruckdampf und der Dampfhauptleitung 28a dem ersten Mischer 22 zugeführt. Die Verdampfungsleitung für diesen Hochdruckdampf ist in 7 die Linie mit der konstanten Temperatur von etwa 280°C. Tatsächlich wird die Temperatur des im ersten Mischer 22 erzeugten gemischten Gases auf etwa 360°C erhöht.
Während des nachfolgenden Erhitzens im Überhitzer 6 sind die Durchflüsse sowohl von Luft als auch von Dampf höher als im Fall eines herkömmlichen Systems, da im zweiten Mischer 24 Niederdruckdampf zugeführt wurde, und das Verhältnis des Temperaturanstiegs ist weniger steil.
Aus diesem Diagramm der Abwärmerückgewinnung ist ersichtlich, dass die Ausführung der vorliegende Erfindung mit zwei Stellen versehen ist, an denen die Temperaturen des Sattdampfes konstante Höhen von etwa 210°C und etwa 280°C besitzen, wobei jede von ihnen nahe an der Temperatur des Abgases liegt. Deshalb ist die Fläche zwischen der Kurve der Abwärmerückgewinnung und der Kurve der Abgastemperatur, das heißt der so genannte Verlust der technischen Arbeitsfähigkeit (inaktive Energie), klein. Außerdem ist das Gesamtvolumen von erzeugtem Dampf auch erhöht und infolgedessen nimmt auch der Durchfluss der Speisewasserzuführung zu. Folglich kann Wärme in dem Abgas bis herunter auf eine Gastemperatur von etwa 150°C zurück gewonnen werden.
Daher ist die zurück gewonnene Energie, die der in 7 dargestellten, schraffierten Fläche entspricht, größer als die in 5, wobei mit diesem Beispiel deutlich wird, dass der Wirkungsgrad am Ende des Generators vom normalen maximalen Wert von etwa 41,18% auf 42,5%, das heißt um etwa 3 bis 5%, verbessert werden kann.
Nach der Ausführung der vorliegenden Erfindung kann, wie oben beschrieben, das Verhältnis von entzogener Luft zu Dampf erhöht werden, weil der durch Druckerhöhung des Abwärme-Rückgewinnungsdampfes erzeugte Hochdruckdampf zum Antrieb des ersten Mischers 22 verwendet wird, und der Durchfluss von verdichteter Luft, die am Mischer 22 angesaugt wird, vergrößert werden. Außerdem kann der Brennkammer mehr Luft und Dampf als in einem im Stand der Technik bekannten, herkömmlichen System zugeführt werden, weil das auf diese Weise erzeugte Gemisch aus Luft und Dampf mit Niederdruckdampf aus dem Niederdruck-Abwärmekessel gemischt wird. Infolgedessen wird der Durchfluss von Abgas, aus dem Wärme zurück gewonnen wird, größer und die Wärme in diesem Abgas kann genutzt werden, um Hochdruckdampf and anschließend Niederdruckdampf zu erzeugen, so dass aus dem Abgas bis herunter auf eine niedrige Temperatur Wärme mit einem kleinen Verlust der technischen Arbeitsfähigkeit zurück gewonnen werden kann.
Mit dieser Ausführung kann der Durchfluss von verdichteter Luft, die zur Rückgewinnung von Abwärme genutzt werden kann, erhöht werden, während auch die im Niedertemperaturbereich des Abgases zurück gewonnene Wärme größer gemacht werden kann, so dass der Verlust der technischen Arbeitsfähigkeit in dem Abwärme-Rückgewinnungsteil reduziert sowie der Wirkungsgrad der Energieerzeugung erhöht werden kann.
Außerdem kann durch Verwendung eines Ejektors zum Beispiel als dem ersten Mischer 22 der Druck der verdichteten Luft von etwa 15 ata weiter auf den Druck des Niederdruckdampfes (zum Beispiel etwa 20 ata) erhöht werden, wobei beide Fluide vermischt werden können. Darüber hinaus kann, wenn im Abwärmekessel 26 mittels Abgas von der Turbine als Wärmequelle Hochdruckdampf und Niederdruckdampf erzeugt werden, die Wärme, die im Niedertemperaturbereich des Abgases zurück gewonnen werden soll, erhöht werden, wodurch der Verlust der technischen Arbeitsfähigkeit im Abwärme-Rückgewinnungsteil reduziert wird.
Wird die Ausführung mit der Dampfhauptleitung 28a und der Dampfnebenleitung 28b genutzt, sind beide Leitungen unabhängig voneinander und deren Drücke, Temperaturen, Durchflüsse, usw. können eingestellt werden, um optimale Bedingungen zu bewirken.
Außerdem saugt der Ejektor durch den eingeblasenen Hochdruck-Dampfstrom Luft vom Austritt des Kompressors der Gasturbine an, mischt die Luft mit Hochdruckdampf, der das Antriebsfluid ist, wobei ein Gemisch aus Luft und Dampf mit einem Druck, der höher als der der verdichteten Luft ist, leicht erzielt werden kann. Das Mischgefäß mit einem geringen Druckverlust kann den Verlust der technischen Arbeitsfähigkeit reduzieren und das gemischte Gas und den Dampf wirksam kombinieren.
Das Doppeldruck-Dampfinjektions-Gasturbinensystem mit Teilrückführungskreislauf nach der vorliegenden Erfindung kann den Druck des Antriebsdampfes erhöhen, ohne die erzeugte Dampfmenge zu reduzieren, wodurch der Verlust der technischen Arbeitsfähigkeit im Abwärmerückgewinnungsteil reduziert und der Wirkungsgrad der Energieerzeugung verbessert werden kann usw., was bevorzugte Vorteile sind.
Obwohl die vorliegende Erfindung durch Bezug auf mehrere bevorzugte Ausführungen beschrieben worden ist, soll verständlich werden, dass der Umfang von in der Erfindung enthaltenen Rechten nicht nur auf diese Ausführungen beschränkt werden soll. Umgekehrt umfasst der Umfang von Rechten der vorliegenden Erfindung alle Modifizierungen, Korrekturen und gleichbedeutenden Elemente in den angefügten Ansprüchen.

Claims

Teilrückführungs-Gasturbinensystem, bei dem ein Teil der Druckluft, die in einem Kompressor (2) erzeugt wird, vor einer Brennkammer (3) extrahiert, mit Dampf gemischt wird und das gemischte Gas, nachdem es mit Abgas von der Turbine überhitzt worden ist, in die Brennkammer eingeblasen wird, das umfasst: ein Doppeldruck-Dampfinjektions-Teilrückführungs-Gasturbinensystem, wobei Hochdruckdampf als ein Fluid zum Antreiben eines Mischers eingesetzt wird, der die extrahierte Luft verdichtet, wodurch das Verhältnis der extrahierten Luft zu Dampf erhöht wird, das Gasgemisch aus extrahierter Luft und Dampf mit Niederdruck-Dampf von einem Niederdruck-Abgas-Heizkessel gemischt wird, und nachdem das Gemisch aus Gas durch Abgaswärme von der Turbine überhitzt worden ist, das Gemisch aus Gas in die Brennkammer eingeblasen wird.
Doppeldruck-Dampfinjektions-Teilrückführungs-Gasturbinensystem nach Anspruch 1, das umfasst: einen ersten Mischer (22), der den Druck eines ersten Fluids aus Druckluft unter Verwendung eines zweiten Fluids aus Hochdruckdampf als einer Antriebsquelle verstärkt und beide Fluide mischt, einen zweiten Mischer (24), der weiter Niederdruck-Dampf mit dem an dem ersten Mischer erzeugten gemischten Gas mischt, einen Überhitzer (6), der stromab von einer Turbine (7) angeordnet ist, um das Gemisch aus Gas unter Verwendung von Abgas von der Turbine zu erhitzen, und einen Abwärmekessel (26), der stromab von dem Überhitzer angeordnet ist, um Hochdruckdampf und Niederdruckdampf unter Verwendung von Abgas von der Turbine als Wärmequelle zu erzeugen.
Doppeldruck-Dampfinjektions-Teilrückführungs-Gasturbinensystem nach Anspruch 2, das umfasst: eine Luftleitung (13), die einen Teil der von dem Kompressor (2) erzeugten Druckluft der Brennkammer (3) und den Rest derselben dem ersten Mischer (22) zuführt, eine Hauptdampfleitung (28a), die in einem Abwärmekessel (26) erzeugten Hochdruckdampf überführt, eine Nebendampfleitung (28b), die in dem Abwärmekessel (26) erzeugten Niederdruck Dampf dem zweiten Mischer zuführt, und eine Mischgasleitung (15), die das in dem zweiten Mischer erzeugte Gemisch aus Gas der Brennkammer (3) über den Überhitzer (6) zuführt.
Doppeldruck-Einspritz-Teilrückführungs-Gasturbinensystem nach Anspruch 2, wobei der erste Mischer (2) ein Ejektor ist, der mit Hochdruckdampf angetrieben wird, um Druckluft anzusaugen, und der zweite Mischer (24) ein Mischbehälter ist, in dem Drücke des gemischten Gases und des Dampfes im Wesentlichen einander gleich sind.