DE60126810T2

DE60126810T2 - Turbinenanordnung und verfahren zum betrieb einer turbinenanordnung

Info

Publication number: DE60126810T2
Application number: DE60126810T
Authority: DE
Inventors: Ulf Linder
Original assignee: Alstom Schweiz AG
Current assignee: General Electric Switzerland GmbH
Priority date: 2000-11-29
Filing date: 2001-11-28
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2021-11-29
Also published as: AU2002218601A1; SE517779C2; US6877320B2; SE0004399L; DE60126810D1; WO2002048509A1; WO2002048509A9; US20040083736A1; ATE354721T1; CA2429938A1; EP1337741A1; CA2429938C; JP2004515699A; SE0004399D0; EP1337741B1; RU2298681C2; ES2281396T3

Description

Die Erfindung betrifft eine Turbinenanordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Betreiben der Turbinenanordnung nach Anspruch 1.
Die Turbinenanordnung wie oben genannt umfasst somit sowohl eine Gasturbineneinheit als auch eine Dampfturbine. Eine solche Turbinenanordnung wird oft als „kombinierter Zyklus" (combined cycle, CC) bezeichnet. Da die oben genannte erste Einheit zwei Gasströmungswege aufweist, wird sie oft als Boiler mit geteilter Strömung (split stream boiler, SSB) bezeichnet.
Verschiedene Arten von CC-Turbinenanordnungen sind vorgeschlagen worden, um eine hohe Effizienz der Anordnung zu erreichen. Um eine hohe Effizienz beim Dampfzyklus zu erreichen, sollte die Temperatur des Gases aus der Gasturbineneinheit, das verwendet wird, um den Dampf in dem Dampfzyklus zu erwärmen, so hoch wie möglich sein. Dies kann erreicht werden, indem eine hohe Verbrennungstemperatur in der Brennkammer herrscht, aus der Gas dem Gasturbinenexpander zugeführt wird. Eine solche hohe Verbrennungstemperatur führt jedoch zu bestimmten Nachteilen. Solche Nachteile bestehen zum Beispiel darin, dass die Bildung von unerwünschten Stickoxiden steigen kann, dass eine verbesserte Kühlung des Gasturbinenexpanders nötig ist, dass die Instandhaltungskosten steigen oder dass die Lebensdauer sinkt.
Eine bekannte Art der Steigerung der Temperatur des Gases aus dem Gasturbinenexpander besteht darin, eine zusätzliche Verbrennungseinheit nach dem Gasturbinenexpander anzuordnen, um das Gas zu erwärmen, das für das Erwärmen des Dampfs in dem Dampfzyklus verwendet wird. Es ist ebenfalls bekannt, dass eine solche zusätzliche Verbrennungseinheit nur in einem Teil des Gasströmungswegs angeordnet werden kann, d.h. es wird ein SSB verwendet. Die US-A-5 628 183 beschreibt unterschiedliche Arten von Turbinenanordnungen der Art, die im ersten Absatz oben beschrieben wurde. Das Dokument beschreibt, wie eine verbesserte Effizienz erreicht werden kann, indem ein SSB in einer CC-Turbinenanordnung verwendet wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der Erfindung ist es, die Effizienz einer CC-Turbinenanordnung weiter zu erhöhen. Eine weitere Aufgabe ist es, dies mit relativ unkomplizierten Mitteln zu erreichen.
Diese Aufgaben werden durch eine Turbinenanordnung der Art gelöst, die im ersten Absatz oben beschrieben wurde und die sich durch eine Befeuchtungseinrichtung, die dafür vorgesehen ist, eine Flüssigkeit zu einem Gas aus dem Kompressor zuzusetzen, sowie ein erstes Leitungsglied auszeichnet, das dafür vorgesehen ist, befeuchtetes Gas aus der Befeuchtungseinrichtung zu der Brennkammer zu leiten, wobei das erste Leitungsglied dafür vorgesehen ist, dass das Erwärmen des ersten Leitungsglieds und damit des befeuchteten Gases mit der ersten Einheit durchgeführt wird.
Durch Zusetzen einer Flüssigkeit zu wenigstens einem Teil des verdichteten Gases und durch Erwärmen des befeuchteten Gases, und indem dieses zu der Brennkammer geleitet wird, wird eine höhere Effizienz bei einer solchen CC mit SSB erreicht.
Es ist zu beachten, dass das Gas, das zu dem Kompressor der Gasturbineneinheit geleitet wird, bevorzugt aus Luft besteht, und dass in der Befeuchtungseinrichtung bevorzugt Wasser zugesetzt wird. Andere Gas- oder Wassermischungen sind jedoch ebenfalls möglich.
Es ist ebenfalls zu beachten, dass es per se bekannt ist, Wasserdampf zu einer Brennkammer einer Gasturbineneinheit zu leiten. Erfindungsgemäß wird der SSB jedoch zur Erwärmung des befeuchteten Gases verwendet. Gleichzeitig kann die zusätzliche Verbrennungseinheit verwendet werden, um die Temperatur in dem Dampfzyklus zu erhöhen, was bedeutet, dass eine höhere Effizienz bei dem Dampfzyklus erzielt werden kann.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird aus Anspruch 2 deutlich. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der SSB verwendet werden kann, um das Wasser zu erwärmen, das der verdichteten Luft zugesetzt wird. Bevorzugt wird hier der Niedrigtemperaturteil des SSB verwendet. Die in diesem Niedrigtemperaturteil vorhandene Energie kann daher auf vorteilhafte Art verwendet werden.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird aus Anspruch 3 deutlich. Durch diese Ausführungsform kann das Wasser in zwei Schritten erwärmt werden. Dies erhöht die Effizienz des Kreislaufs, bei dem Luft befeuchtet und der Brennkammer zugeleitet wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird aus Anspruch 4 deutlich. Durch diese Konstruktion, bei der die zusätzliche Verbrennungseinheit der Überhitzereinheit vorgelagert angeordnet ist, kann eine hohe Temperatur in der Überhitzereinheit erzielt werden, was zu einer hohen Effizienz des Dampfzyklus führt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird aus Anspruch 5 deutlich. Es ist an sich bekannt, dass Speisewasser mit Hilfe des Dampfs, der von der Dampfturbine abgezogen wurde, vorgewärmt werden kann. Eine besonders vorteilhafte Effizienz wird jedoch erreicht, wenn diese Anwendung bei einer erfindungsgemäßen Gasturbinenanordnung verwendet wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird aus Anspruch 6 deutlich. Durch diese Ausführungsform wird bevorzugt der Niedrigtemperaturbereich in der ersten Einheit verwendet. Die Energie in diesem Niedrigtemperaturbereich wird hierdurch auf effiziente Art genutzt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird aus Anspruch 7 deutlich. Das sechste Leitungsglied kann einen so genannten Vorwärmer bilden. Das Speisewasser wird dadurch weiter erwärmt, bevor es der Boilereinheit zugeleitet wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird aus Anspruch 8 deutlich. Der erste Leitungsabschnitt ist somit in dem Hochtemperaturteil der ersten Einheit angeordnet. Dadurch kann die befeuchtete Luft, die zu der Brennkammer zurückgeleitet wird, überhitzt werden. Dies führt zu einer effizienten Nutzung in der Brennkammer. Weiterhin bedeutet dieser Leitungsabschnitt, dass die Temperatur des Gases aus dem Turbinenexpander etwas verringert wird, bevor es die oben genannte zusätzli che Verbrennungseinheit erreicht. Dadurch kann mehr Energie durch die zusätzliche Verbrennungseinheit auf eine Art zugeführt werden, bei der eine optimale Hochtemperatur in dem Leitungsglied erreicht wird, das Dampf zu der Dampfturbine zuführt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird aus Anspruch 9 deutlich. Durch diese Ausführungsform wird die Energie in dem Gas in der ersten Einheit, die der Boilereinheit nachgelagert angeordnet ist, auf effiziente Art genutzt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird aus Anspruch 10 deutlich. Hierdurch wird eine geeignete Temperatur der Luft erreicht, bevor sie der Befeuchtungseinrichtung zugeleitet wird.
Noch eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird aus Anspruch 11 deutlich. Das Kühlen der Luft führt zu einer Erwärmung der Flüssigkeit. Das bedeutet, dass diese Flüssigkeit, bevorzugt Wasser, eine geeignete Temperatur annimmt, bevor sie der Befeuchtungseinrichtung zugeführt wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird aus Anspruch 12 deutlich. Hierdurch kann das Gas/der Dampf, das/der mit Hilfe der Befeuchtungseinrichtung gebildet wird, auch zum Kühlen des Turbinenexpanders genutzt werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das zugeführte Wasser in der Dampfphase. Da das Wasser in der Dampfphase ist, wird in dem Turbinenexpander eine bessere Kühlung erreicht.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch durch ein Verfahren zum Betreiben der Turbinenanordnung nach Anspruch 1 gelöst, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

– Leiten des Gases aus dem Kompressor zu der Brennkammer,
– Leiten des verbrannten Gases aus der Brennkammer zu dem Turbinenexpander,
– Leiten des Gases aus dem Turbinenexpander zu dem vorgelagert angeordneten Ende der ersten Einheit, so dass das verbrannte Gas durch die erste Einheit geleitet wird und wenigstens teilweise die erste Einheit durch das zweite Ende verlässt,
– wobei die Dampfturbine durch Dampf angetrieben wird, der mit Hilfe der ersten Einheit erzeugt wurde,
– wobei die zusätzliche Verbrennungseinheit das Gas in dem ersten Gasströmungsweg erwärmt,
– wobei eine Befeuchtungseinrichtung dafür vorgesehen ist und verwendet wird, um eine Flüssigkeit zu einem Gas zuzusetzen, das von dem Kompressor zu der Befeuchtungseinrichtung geleitet wird,

Nach diesem Verfahren werden die Vorteile erzielt, die oben im Zusammenhang mit der Turbinenanordnung beschrieben wurden. Vorteilhafte Arten der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden aus den Ansprüchen 14 bis 19 deutlich. Auf diese Arten werden entsprechende Vorteile wie bei den verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen der Turbinenanordnung erreicht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung.
2 zeigt schematisch ein Diagramm der Temperatur als Funktion der Entropie.
3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
1 zeigt schematisch eine Turbinenanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Die Turbinenanordnung umfasst eine Gasturbineneinheit mit einem Kompressor 10, einer Brennkammer 12 und einem Turbinenexpander 14. Der Kompressor 10 wird über einen Einlass 16 mit einem Brennmedium, vorzugsweise Luft, gespeist. Verdichtete Luft wird der Brennkammer 12 zugeführt und darin verbrannt. Die Brennkammer weist ebenfalls einen Einlass (in der Zeichnung nicht gezeigt) für die Zufuhr eines Brennstoffs auf. Verbranntes Gas aus der Brennkammer 12 treibt den Turbinenexpander 14 an. Der Kompressor 10 und der Turbinenexpander 14 sind in geeigneter Weise an einer gemeinsamen Achse angeordnet. Die Gasturbineneinheit kann beispielsweise einen Generator 18 zur Erzeugung elektrischer Energie antreiben. Verbranntes Gas aus dem Turbinenexpander 14 wird einer ersten Einheit 20 für einen Wärmeaustausch und Dampferzeugung zugeleitet. Die erste Einheit 20 weist ein vorgelagert angeordnetes Ende 22 auf, das Gas aus dem Turbinenexpander 14 aufnimmt. Die erste Einheit 20 weist auch ein zweites, nachgelagert angeordnetes Ende 24 auf, von dem Gas, das die erste Einheit 20 durchlaufen hat, weggeleitet wird, beispielsweise über einen Block 26. Die erste Einheit 20 weist einen ersten Gasströmungsweg (in der Zeichnung im oberen Teil) und einen zweiten Gasströmungsweg auf (in der Zeichnung im unteren Teil). Der erste und der zweite Gasströmungsweg sind wenigstens teilweise voneinander getrennt. Diese Trennung wird durch eine Wand 28 symbolisiert. Eine solche erste Einheit 20 kann, wie oben erläutert, als SSB bezeichnet werden. Beispiele für Ausführungsformen eines solchen SSB finden sich beispielsweise in der oben genannten US-A-5 628 183. In diesem Dokument sind auch die Vorteile eines solchen SSB beschrieben.
Die Turbinenanordnung umfasst einen Dampfturbinenkreislauf mit einer Dampfturbine 30, die mit Dampf angetrieben wird, der von der ersten Einheit 20 erzeugt wird. Die Turbinenanordnung umfasst. eine zusätzliche Verbrennungseinheit 32, die das Gas in dem ersten Gasströmungsweg erwärmt.
In dem Gasturbinenkreislauf wird etwas verdichtete Luft aus dem Kompressor 10 einer Befeuchtungseinrichtung 34 zugeleitet. In der Befeuchtungseinrichtung 34 wird der Luft aus dem Kompressor 10 Wasser zugesetzt. Das Wasser kann durch eine Zufuhrleitung 36 zugeführt werden. Das Gas aus dem Kompressor 10, das der Befeuchtungseinrichtung 34 zugeleitet wird, wird mit Hilfe eines Kühlers 38 gekühlt. Diese Kühlung erfolgt in geeigneter Weise mit Hilfe des zugeführten Wassers. Das Wasser wird dadurch erwärmt, bevor es über einen Einlass 40 der Befeuchtungseinrichtung 34 zugeführt wird. Ein erstes Leitungsglied 51 ist dafür vorgesehen, befeuchtete Luft von der Befeuchtungseinrichtung 34 zu der Brennkammer 12 zu leiten. Das erste Leitungsglied 51 durchläuft die erste Einheit 20, so dass die befeuchtete Luft erwärmt wird, bevor sie der Brennkammer 12 zugeleitet wird. Ein Zirkulationskreislauf, der als zweites Leitungsglied 52 dargestellt ist, nutzt die Niedrigtemperaturwärme in der ersten Einheit 20. Die gesammelte Wärme wird zu der Kompressorluft in der Befeuchtungseinrichtung 34 zurückgeleitet. Dies erfolgt dadurch, dass Wasser aus der Befeuchtungseinrichtung 34 in dem zweiten Leitungsglied 52 durch die erste Einheit 20 geleitet wird, wo das Erwärmen dieses Wassers erfolgt, bevor es zurück zu der Befeuchtungseinrichtung 34 geleitet wird.
Der Dampfturbinenkreislauf umfasst eine Boilereinheit 42 mit einem dritten Leitungsglied 53, das zu der ersten Einheit 20 gezogen wird, um Wasser zum Sieden zu bringen. Aus der Boilereinheit 42 wird Wasser durch eine Überhitzereinheit 54 zu der Dampfturbine 30 geleitet. Die Überhitzereinheit kann beispielsweise aus einem ersten Überhitzer 54a und einem zweiten Überhitzer 54b bestehen. Die zusätzliche Verbrennungseinheit 32 ist der Überhitzereinheit 54 vorgelagert angeordnet. Auf diese Weise kann der Dampf in der Überhitzereinheit 54 auf eine Temperatur erwärmt werden, die für die Dampfturbine 30 optimal ist. Die Dampfturbine 30 kann in geeigneter Weise einen Generator 44 zur Erzeugung elektrischer Energie antreiben. Dampf aus der Dampfturbine 30 wird in einem Kondensator 46 kondensiert. Wasser aus dem Kondensator 46 durchläuft eine Pumpe 48. Dieses Wasser kann in einem fünften Leitungsglied 55 erwärmt werden, das durch einen nachgelagert angeordneten Abschnitt der ersten Einheit 20 gezogen wird. Das Wasser wird durch eine Vorwärmeinheit 60 zu einem sechsten Leitungsglied 56 weitergeleitet, das die erste Einheit 20 durchläuft, um das Wasser weiter zu erwärmen. Das Wasser aus dem sechsten Leitungsglied 56 wird der Boilereinheit 42 zugeleitet.
Dampf aus verschiedenen Teilen der Dampfturbine 30 wird über die Leitungen 62, 64, 66 der Vorwärmeinheit 60 zugeleitet. Der zugeführte Dampf wird zum Erwärmen des Wassers verwendet, das die Vorwärmeinheit 60 über das fünfte Leitungsglied 55 erreicht. Der Dampf, der der Vorwärmeinheit 60 über die Leitungen 62, 64, 66 zugeführt wird, wird in geeigneter Weise dem Wasser aus dem fünften Leitungsglied 55 zugesetzt.
Das erste Leitungsglied 51, das Luft leitet, die mit Wasserdampf aus der Befeuchtungseinrichtung 34 gemischt ist, kann in geeigneter Weise einen ersten Leitungs abschnitt 68, der der zusätzlichen Verbrennungseinheit 32 vorgelagert angeordnet ist, und einen zweiten Leitungsabschnitt 70 umfassen, der dem dritten Leitungsglied 53 nachgelagert, d.h. der Boilereinheit 42 nachgelagert angeordnet ist.
Wie durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist, kann die Turbinenanordnung ein siebtes Leitungsglied 57 umfassen, um Luft, die mit Wasserdampf aus der Befeuchtungseinrichtung 34 gemischt ist, dem Turbinenexpander 14 zuzuleiten, um diesen Turbinenexpander 14 zu kühlen.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Turbinenanordnung wird auch aus der obigen Beschreibung deutlich, wobei diese Turbinenanordnung eine Gasturbineneinheit, eine erste Einheit 20 für Wärmeaustausch und Dampferzeugung, einen Dampfturbinenkreislauf und eine zusätzliche Verbrennungseinheit 32, die für die Erwärmung in einem ersten Gasströmungsweg in der ersten Einheit 20 vorgesehen ist, umfasst. Gemäß dem Verfahren wird ein Gas aus dem Kompressor 10 der Brennkammer 12 zugeleitet. Verbranntes Gas aus der Brennkammer 12 wird dem Turbinenexpander 14 zugeleitet. Aus dem Turbinenexpander 14 wird ein verbranntes Gas dem vorgelagert positionierten Ende 22 der ersten Einheit 20 zugeleitet. Verbranntes Gas verlässt die erste Einheit 20 über ein zweites Ende 24. Die Dampfturbine 30 wird mit Dampf angetrieben, der mit Hilfe der ersten Einheit 20 erzeugt wurde. Die zusätzliche Verbrennungseinheit 32 erwärmt das Gas in dem ersten Gasströmungsweg. Eine Befeuchtungseinrichtung 34 ist angeordnet und wird verwendet, um dem Gas aus dem Kompressor 10 eine Flüssigkeit zuzusetzen. Befeuchtetes Gas aus der Befeuchtungseinrichtung 34 wird der Brennkammer 12 durch die erste Einheit 20 zugeleitet, wo das befeuchtete Gas erwärmt wird.
Weitere vorteilhafte Ausführungsarten der Erfindung werden aus den Ansprüchen 15-19 und aus der oben stehenden Beschreibung deutlich.
2 zeigt schematisch eine grafische Darstellung der Temperatur T als Funktion der Entropie S für die erfindungsgemäße Turbinenanordnung. Der geschlossene Kreislauf 70 stellt den Dampfturbinenkreislauf dar. 71 stellt die Ausdehnungsphase in der Dampfturbine 30 dar. 72 stellt die Kondensation des Dampfs aus der Dampfturbine 30 dar. 73 stellt die Erwärmung mit Hilfe des fünften Leitungsglieds 55, der Vorwärmeinheit 60 und des sechsten Leitungsglieds 56 dar. Es ist zu beachten, dass das fünfte Leitungsglied 55 und das sechste Leitungsglied 56 als Vorwärmer bezeichnet werden können. 74 stellt die Siedephase in der Boilereinheit 42 mit dem dritten Leitungsglied 53 dar. 75 stellt das Erwärmen in der Überhitzereinheit 54 dar. Die gestrichelte Linie 75b stellt hier die weitere Erwärmung dar, die mit Hilfe der zusätzlichen Verbrennungseinheit 32 erzielt wird. Mit Hilfe der zusätzlichen Verbrennungseinheit 32 kann somit Dampf auf eine optimale Hochtemperatur erwärmt werden, was zu einer hohen Effizienz in dem Dampfzyklus beiträgt.
Die Linie 80 stellt das Abgas aus dem Turbinenexpander 14 dar, wenn dieses die erste Einheit 20 durchläuft. Der obere Teil der Linie 80 entspricht somit dem Abgas an dem ersten Ende 22 der ersten Einheit 20.
Die Kurve 90 stellt die befeuchtete Luft aus der Befeuchtungseinrichtung 34 zu der Brennkammer 12 dar. 90a stellt die Erwärmung mit Hilfe des zweiten Leitungsabschnitts 70 des ersten Leitungsglieds 51 dar. 90b stellt den Teil der Kurve 90 dar, wo die Erwärmung mit Hilfe des ersten Leitungsabschnitts 68 stattfindet, der der zusätzlichen Verbrennungseinheit 32 vorgelagert angeordnet ist.
Der Abschnitt der Linie 80, der zwischen den Strichen 81 und 82 angeordnet ist, stellt die Wärme in dem Abgas aus dem Turbinenexpander 14 dar, das zur Erwärmung in dem ersten Leitungsabschnitt 68 verwendet wird, d.h. die Wärme, die der befeuchteten Luft in dem Kurvenabschnitt 90b zwischen den Strichen 83 und 84 zugeführt wird. Normalerweise würde die Wärme, die für die Erwärmung in dem ersten Leitungsabschnitt 68 verbraucht wird, die Temperatur des Dampfs zu der Dampfturbine 30 senken. Dies findet in diesem Fall jedoch nicht statt, da die zusätzliche Verbrennungseinheit 32 der Überhitzereinheit 54 weitere Wärme zuführt.
3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform der Erfindung. Teile, die der Ausführungsform nach 1 entsprechen, sind in 3 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Diese Teile werden deshalb hier nicht näher beschrieben. 3 zeigt somit ein weiteres Leitungsglied 90, bei dem Wasser aus der Befeuchtungseinrichtung 34 zur Erwärmung durch die erste Einheit 20 geleitet wird, bevor dieses Wasser dem oben genannten zweiten Leitungsglied 52 zugeführt wird. Die Wasserzufuhr ist hier auch durch eine Zufuhrleitung 36 dargestellt. Gemäß dieser Ausführungsform ist diese Zufuhrleitung 36 mit dem weiteren Leitungsglied 90 verbunden. Die Befeuchtungseinrichtung 34 kann in diesem Fall so betrachtet werden, dass sie aus einem oberen und einem unteren Teil besteht. Das Wasser wird somit sowohl in einem oberen Auslass 92 als auch in einem unteren Auslass 94 abgezogen. Das Wasser kann auch durch einen Einlass 96 in den unteren Teil der Befeuchtungseinrichtung 34 zurückgeführt werden. Bei der Ausführungsform gemäß 3 wird eine verbesserte Effizienz des unteren Dampfkreislaufs in der Turbinenanordnung erreicht, d.h. des Dampfkreislaufs, der daraus besteht, dass Wasser der Luft aus dem Kompressor 10 zugesetzt wird, woraufhin erwärmte Luft/erwärmter Dampf zu der Brennkammer 12 zurückgeführt wird.
Es ist zu beachten, dass der zweite Überhitzer 54b bevorzugt dafür vorgesehen ist, Wärme nur in dem ersten Gasströmungsweg zu sammeln. Der erste Überhitzer 54a und die anderen Leitungsglieder/Leitungsabschnitte 68, 53, 56, 70, 52, 55, 90 sind bevorzugt dafür vorgesehen, Wärme in der gesamten ersten Einheit zu sammeln, und damit nicht nur in einem der Gasströmungswege.
Mit der Erfindung wird eine hohe Effizienz in dem Dampfturbinenkreislauf erreicht, während gleichzeitig die Turbinenanordnung insgesamt eine hohe Effizienz erreicht.
Es ist zu beachten, dass weitere Wärmetauscher, Pumpen oder andere Einrichtungen, die dem Fachmann bekannt sind, im Zusammenhang mit der Turbinenanordnung verwendet werden können. Ein Vorteil der Erfindung ist, dass der Dampfturbinenkreislauf von dem unteren Dampfkreislauf abgekoppelt ist, wo Wasser der Luft aus dem Kompressor 10 zugesetzt wird. Innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung besteht jedoch auch die Möglichkeit, dass ein bestimmter Austausch von Wasser oder Dampf zwischen diesen Kreisläufen stattfindet.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche abgewandelt und variiert werden.

Claims

Turbinenanordnung, umfassend wenigstens: – eine Gasturbineneinheit, umfassend einen Kompressor (10), eine Brennkammer (12), die verdichtetes Gas aus dem Kompressor (10) aufnimmt, und einen Turbinenexpander (14), der Gas aus der Brennkammer (12) aufnimmt, – eine erste Einheit (20) für den Wärmetausch und die Dampferzeugung, umfassend ein erstes, vorgelagert positioniertes Ende (22), das Gas aus dem Turbinenexpander (14) aufnimmt, und ein zweites, nachgelagert positioniertes Ende (24), von dem Gas, das die erste Einheit (20) durchlaufen hat, weg geleitet wird, wobei die erste Einheit (20) einen ersten und einen zweiten Gasströmungsweg umfasst, die wenigstens teilweise voneinander getrennt sind, – einen Dampfturbinenkreislauf, umfassend eine Dampfturbine (30), die dafür vorgesehen ist, mit Dampf betrieben zu werden, der mit Hilfe der ersten Einheit (20) erzeugt wird, – eine zusätzliche Verbrennungseinheit (32), die dafür vorgesehen ist, das Gas in dem ersten Gasströmungsweg zu erwärmen, – eine Befeuchtungseinrichtung (34), die dafür vorgesehen ist, eine Flüssigkeit zu einem Gas aus dem Kompressor (10) zuzusetzen, gekennzeichnet durch – ein erstes Leitungsglied (51), das dafür vorgesehen ist, befeuchtetes Gas von der Befeuchtungseinrichtung (34) zu der Brennkammer (12) zu leiten, wobei das erste Leitungsglied (51) dafür vorgesehen ist, dass das Erwärmen des ersten Leitungsglieds (51) und damit des befeuchteten Gases mit der ersten Einheit (20) durchgeführt wird.
Turbinenanordnung nach Anspruch 1, umfassend ein zweites Leitungsglied (52) zum Leiten einer Flüssigkeit, die dem Gas in der Befeuchtungseinrichtung (34) zugesetzt wird, wobei das zweite Leitungsglied (52) durch die erste Einheit (20) geleitet wird, um die Flüssigkeit in diesem zweiten Leitungsglied (52) zu erwärmen.
Turbinenanordnung nach Anspruch 2, umfassend ein weiteres Leitungsglied (90) zum Leiten der Flüssigkeit, die dem Gas in der Befeuchtungseinrichtung (34) zugesetzt wird, und zum Erwärmen der Flüssigkeit in diesem weiteren Leitungsglied (90), wobei das weitere Leitungsglied (90) durch eine Position in der ersten Einheit (20) geleitet wird, die der Position in der ersten Einheit (20), wo das zweite Leitungsglied (52) geleitet wird, nachgelagert angeordnet ist.
Turbinenanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, bei der der Dampfturbinenkreislauf eine Boilereinheit (42) mit einem dritten Leitungsglied (53) umfasst, das durch die erste Einheit (20) geleitet wird, und eine Überhitzereinheit (54) mit einem vierten Leitungsglied (54), wo Dampf von der Boilereinheit (42) durch die erste Einheit (20) geleitet wird und bei der die zusätzliche Verbrennungseinheit (32) dem vierten Leitungsglied (54) vorgelagert in der ersten Einheit angeordnet ist.
Turbinenanordnung nach Anspruch 4, bei der der Dampfturbinenkreislauf eine Vorwärmeinheit (60) zum Erwärmen von Speisewasser umfasst, das zu der Boilereinheit (42) geleitet wird, wobei die Vorwärmeinheit (60) dafür vorgesehen ist, das Speisewasser mit Hilfe des Dampfs aus der Dampfturbine (30) vorzuwärmen.
Turbinenanordnung nach Anspruch 5, bei der der Dampfturbinenkreislauf ein fünftes Leitungsglied (55) umfasst, das durch die erste Einheit (20) geleitet wird, um kondensiertes Wasser von der Dampfturbine (30) zu erwärmen, bevor dieses Wasser zu der Vorwärmeinheit (60) geleitet wird.
Turbinenanordnung nach Anspruch 5 oder 6, bei der der Dampfturbinenkreislauf ein sechstes Leitungsglied (56) umfasst, das durch die erste Einheit (20) geleitet wird, um Wasser aus der Vorwärmeinheit (60) zu erwärmen, bevor dieses Wasser zu der Boilereinheit (42) geleitet wird.
Turbinenanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, bei der das erste Leitungsglied (51) einen ersten Leitungsabschnitt (68) umfasst, der der zusätzlichen Verbrennungseinheit (32) vorgelagert in der ersten Einheit (20) angeordnet ist.
Turbinenanordnung nach wenigstens Anspruch 4, bei der das erste Leitungsglied (51) einen zweiten Leitungsabschnitt (70) umfasst, der dem dritten Leitungsglied (53) nachgelagert in der ersten Einheit (20) angeordnet ist.
Turbinenanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, umfassend eine Kühleinheit (38), mit der Gas aus dem Kompressor (10) gekühlt wird, bevor dieses Gas die Befeuchtungseinrichtung (34) erreicht.
Turbinenanordnung nach Anspruch 10, bei der die Kühleinheit (38) dafür vorgesehen ist, dass die Kühlung darin mit Hilfe einer Flüssigkeit stattfindet, die der Befeuchtungseinrichtung (34) zugeführt wird.
Turbinenanordnung nach einem der vorigen Ansprüche, umfassend ein siebtes Leitungsglied (57) zum Leiten von feuchtem Gas aus der Befeuchtungseinrichtung (34) zu dem Turbinenexpander (14) zum Kühlen des Turbinenexpanders (14).
Verfahren zum Betreiben der Turbinenanordnung nach Anspruch 1, bei dem das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: – Leiten des Gases aus dem Kompressor (10) zu der Brennkammer (12), – Leiten des verbrannten Gases aus der Brennkammer (12) zu dem Turbinenexpander (14), – Leiten des Gases aus dem Turbinenexpander (14) zu dem vorgelagert angeordneten Ende (22) der ersten Einheit (20), so dass das verbrannte Gas durch die erste Einheit (20) geleitet wird und wenigstens teilweise die erste Einheit (20) durch das zweite Ende (24) verlässt, – wobei die Dampfturbine (30) durch Dampf angetrieben wird, der mit Hilfe der ersten Einheit (20) erzeugt wurde, – wobei die zusätzliche Verbrennungseinheit (32) das Gas in dem ersten Gasströmungsweg erwärmt, – wobei die Befeuchtungseinrichtung (34) dafür vorgesehen ist und verwendet wird, um eine Flüssigkeit zu einem Gas zuzusetzen, das von dem Kompressor (10) zu der Befeuchtungseinrichtung (34) geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das befeuchtete Gas aus der Befeuchtungseinrichtung (34) durch die erste Einheit (20) zu der Brennkammer (12) geleitet wird, so dass das befeuchtete Gas in der ersten Einheit (20) erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem die Flüssigkeit, die dem Gas in der Befeuchtungseinrichtung (34) zugesetzt wird, zuerst mit Hilfe der ersten Einheit (20) erwärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem in dem Dampfturbinenkreislauf eine Boilereinheit (42) mit einem dritten Leitungsglied (53), das durch die erste Einheit (20) geleitet wird, und eine Überhitzereinheit (54) mit einem vierten Leitungsglied (54) angeordnet ist, wo Dampf aus der Boilereinheit (42) durch die erste Einheit (20) geleitet wird, und bei dem die zusätzliche Verbrennungseinheit (32) dem vierten Leitungsglied (54) vorgelagert in der ersten Einheit (20) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 15, bei dem eine Vorwärmeinheit (60) in dem Dampfturbinenkreislauf angeordnet ist und bei dem mit Hilfe der Vorwärmeinheit (60) Speisewasser, das zu der Boilereinheit (42) geleitet wird, mit Hilfe des Dampfs aus der Dampfturbine (30) vorgewärmt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, bei dem kondensiertes Wasser aus der Dampfturbine (30) mit Hilfe der ersten Einheit (20) erwärmt wird, bevor dieses Wasser zu der Vorwärmeinheit (60) geleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 13-17, bei dem befeuchtetes Gas aus der Befeuchtungseinrichtung (34) zum Erwärmen durch eine Position in der ersten Einheit (20) geleitet wird, die der zusätzlichen Verbrennungseinheit (32) vorgelagert angeordnet ist.
Verfahren nach wenigstens Anspruch 15, bei dem befeuchtetes Gas aus der Befeuchtungseinrichtung (34) zum Erwärmen durch eine Position in der ersten Einheit (20) geleitet wird, die dem dritten Leitungsglied (53) nachgelagert angeordnet ist.