DE69416975T2

DE69416975T2 - System für Abfallwärmerückgewinnung

Info

Publication number: DE69416975T2
Application number: DE69416975T
Authority: DE
Inventors: Gerald Arthur Longwood Florida 32779 Myers; Peter Oviendo Florida 32765 Shiaw-Min Lee
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1993-12-22
Filing date: 1994-12-16
Publication date: 1999-08-12
Anticipated expiration: 2014-12-17
Also published as: CA2138722A1; KR100323398B1; KR950019139A; EP0659980A1; US5357746A; DE69416975D1; JPH07208116A; EP0659980B1; TW266250B

Description

Diese Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf kombinierte Kreislaufkraftanlagen der Art, die wenigstens eine verbrennungsartige Turbine und wenigstens eine dampfartige Turbine einschließen. Diese Erfindung bezieht sich insbesonders auf ein verbessertes System zum Wiedergewinnen von Abfallwärme von einer Verbrennungsturbine in einer solchen kombinierten Kreislaufkraftanlage.
Es ist in dem Feld der Krafterzeugung wohlbekannt, eine oder mehrere Dampfturbinen in einer Anlage mit einer oder mehreren verbrennungsartigen Turbinen zu liefern, und die in dem Ablass der Verbrennungsturbinen enthaltene Abfallwärme zu benutzen, um Antriebsdampf für die Dampfturbinen zu erzeugen. Anlagen wie diese werden typischerweise "kombinierte Kreislaufkraftanlagen" genannt.
In einer kombinierten kreislaufartigen Kraftanlage wird verbrauchter Antriebsdampf von der dampfartigen Turbine in einem Kondensator in ein flüssiges Kondensat kondensiert. Das Kondensat wird dann durch ein Entlüftungsgerät gepumpt, und von dem Entlüftungsgerät in einen oder mehrere Wärmetauscher, die Wärme von den Ablassgasen der verbrennungsartigen Turbine zu dem Kondensat übertragen. In den Wärmetauschern wird die Abfallwärme von dem Verbrennungsturbinenablass wiedergewonnen, um das Kondensat wieder in Dampf zu erwärmen, der dann wieder zu der dampfartigen Turbine gerichtet wird. Ein solches System wird in US. Patent 4961311 im Namen Pavell et al. beschrieben.
Man nimmt auch auf EP-A-0391082 Bezug, das eine kombinierte Kreislaufkraftanlage beschreibt, in der der Brennstoff für die Verbrennungsturbine von übermäßiger Strömung durch einen Speisewasservorwärmerabschnitt eines Wärmewiedergewinnungsdampferzeugers vorgewärmt wird, wobei zusätzliche Wärme von dem Wärmewiedergewinnungssystem entzogen wird.
Leider bleibt etwas Abfallwärme von dem Turbinenablass in sogar den wirksamsten konventionellen kombinierten Kreislaufkraftanlagen nicht wiedergewonnen, und wird an der Umgebung entlassen. Es wird allgemein erkannt, dass irgendwelche Verbesserungen, die Wiedergewinnung von einigem des derzeitig nicht wiedergewinnbaren Abfalls gestatten, um Anlagenwirksamkeit zu erhöhen, wünschenswert wäre.
Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes System zum Wiedergewinnen von Abfallwärme von einer Verbrennungsturbine in einer kombinierten Kreislaufkraftanlage zu liefern, welche bisher nicht wiedergewonnen werden konnte.
Die Erfindung besteht aus einer kombinierten Kreislaufkraftanlage mit einer verbrennungsartigen Turbine mit einem Brennstoffeinlass und einem Auslass zum Abgeben von heißen Gasen, die Verbrennungsprodukte sind, einer Brennstoffleitung, die mit dem Brennstoffeinlass in Verbindung steht, einer dampfartigen Turbine mit einem Dampfeinlass und einem Dampfauslass, einem Kondensator in Verbindung mit dem Dampfauslass, um verbrauchten Dampf von der dampfartigen Turbine in ein flüssigen Kondensat zu kondensieren, einem Entlüftungsgerät, einer Pumpe, um Kondensat von dem Kondensator zu dem Entlüftungsgerät zu liefern, einem Wärmetauscher, um entlüftetes Kondensat von dem Entlüftungsgerät mit den heißen Gasen zu erwärmen, gekennzeichnet durch ein erstes Wärmewiedergewinnungsmittel zum Vorwärmen des Kondensats, bevor das Kondensat in das Entlüftungsgerät eintritt, dabei vorgewärmtes Kondensat zu schaffen, und ein Mittel zum Liefern eines Teils des vorgewärmten Kondensats an einen Brennstoffkondensatwärmetauscher, um Wärme von dem vorgewärmten Kondensat an Brennstoff zu liefern, der in der Brennstoffleitung enthalten ist.
Man wird nun Bezug auf die begleitenden Zeichnungen nehmen, die beispielsweise gegeben werden, und in denen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer kombinierten Kreislaufkraftanlage ist, die nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist.
Wenn man nun auf die Zeichnung Bezug nimmt, dann umfasst eine kombinierte Kreislaufkraftanlage 10 nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ein verbessertes System 12 zum Wiedergewinnen von Abfallwärme von einer Verbrennungsturbine 14 in einer kombinierten Kreislaufkraftanlage 10. Die kombinierte Kreislaufkraftanlage 10 schließt weiterhin eine dampfartige Turbine 16 ein, die, wie unten genauer beschrieben wird, Antriebsdampf empfängt, der von der Abfallwärme von der Verbrennungsturbine 14 erzeugt wird.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, schließt die Verbrennungsturbine 14 einen Brennstoffeinlass 18 ein, der mit einer Brennstoffleitung 20 in Verbindung steht. Die Brennstoffleitung 20 ist an eine Quelle G von Naturgas angeschlossen, das in der bevorzugten Ausführungsform der Brennstoff ist, der benutzt wird, um die Verbrennungsturbine 14 zu betreiben. Die Verbrennungsturbine 14 schließt weiterhin einen Ablassauslass 22 ein, von dem Verbrennungsprodukte wie heiße Ablassgase abgegeben werden. Die dampfartige Turbine 16 schließt eine Anzahl von Einlässen 24, 26, 28 ein, um Antriebsdampf zu empfangen, der benutzt wird, um zu verursachen, dass die Turbine 16 einen elektrischen Generator oder dergleichen antreibt, und auch einen Auslass 30, um den verbrauchten Antriebsdampf von der Turbine 16 abzulassen. Der Auslass 30 steht mit einem Kondensator 32 in Verbindung, der den verbrauchten Antriebsdampf von der Turbine 16 in ein flüssiges Kondensat kondensiert.
Das System 12 schließt ein erstes Wärmewiedergewinnungssystem 38 zum Erwärmen von Kondensat von dem Kondensator 32 mit Wärme von den heißen Gasen ein, die von dem Auslass 22 der Verbrennungsturbine 14 abgelassen werden. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, schließt das erste Wärmewiedergewinnungssystem 38 eine Kondensatlieferungsleitung 34 ein, durch die Kondensat von dem Kondensator 32 von einer Kondensatpumpe 36 gepumpt wird. Eine konvektive Rohrreihe 74 ist in der Kondensatlieferungsleitung 34 eingelagert, für Zwecke, die unten genauer beschrieben werden. Das erste Wärmewiedergewinnungssystem 38 schließt weiterhin eine Zubringungsleitung 42 ein, die Kondensat von der Kondensatlieferungsleitung 34 zu einem Enlüftungsgerät 44 bringt.
Das entlüftete Kondensat von dem Entlüftungsgerät 44 wird dann an einen Wärmewiedergewinnungsdampferzeuger (HRSG) 45 geliefert, der einen ersten Wärmetauscher 46 mit einer Trommel 48 einschließt. Der erste Wärmetauscher 46 erwärmt das entlüftete Kondensat in der Trommel 48 mit Wärme von den Ablassgasen der Verbrennungsturbine 14. Ein Teil des entlüfteten Kondensats in der Trommel 48 wird von der wiedergewonnenen Wärme in Dampf umgewandelt, und dieser Dampf wird wieder durch den HRSG gegeben, und wird von der ersten Dampfleitung 50 zu dem Einlass 24 der dampfartigen Turbine 16 geliefert. Die Flüssigkeit in der Trommel 48 wird von einer Pumpe 52 zu zweiten und dritten Wärmetauschern 54, 60 gepumpt. Der zweite Wärmetauscher 54 schließt eine Trommel 56 ein; der Dampf in der Trommel 56 wird von der zweiten Dampfleitung 58 mit dem Einlass 26 der dampfartigen Turbine 16 in Verbindung gesetzt. Der Dampf in der Trommel 62 wird von der dritten Dampfleitung 64 mit dem Einlass 28 der dampfartigen Turbine 16 in Verbindung gesetzt.
Das System 12 schließt nach einem neuen Gesichtspunkt der Erfindung weiterhin ein zweites Wärmewiedergewinnungssystem 40 ein, das ein Wärmewiedergewinnungsgerät 72 einschließt, das vorzugsweise als eine konvektive Rohrreihe 74 eingebaut ist, einen Brennstoff-Kondensat-Wärmetauscher 66, und eine Kondensatrückkehrleitung 68. Nach diesem Gesichtspunkt der Erfindung wird Kondensat von dem Kondensator 32 kontinuierlich in einem Kreis zirkuliert, der von der Kondensatlieferungsleitung 34, der konvektiven Rohrreihe 74, dem Brennstoff-Kondensatwärmetauscher 66 und der Kondensatrückkehrleitung 68 definiert ist, bis es in die Zubringungsleitung 42 des ersten Wärmewiedergewinnungssystems 38 gebracht wird. Man wird von Fig. 1 bemerken, dass die heißen Ablassgase von dem Auslass 22 der Verbrennungsturbine 14 in einem Weg von links nach rechts wandern, wie in der Zeichnung gezeigt ist, so dass das zweite Wärmewiedergewinnungssystem 40 stromab von dem ersten Wärmewiedergewinnungssystem 38 in dem Strömungsweg der heißen Gase von Turbine 14 angeordnet ist.
Wärmewiedergewinnung in der konvektiven Rohrreihe 74 ist typischerweise von dem Temperaturunterschied zwischen der Betriebstemperatur des Entlüftungsgeräts 44 und der Wasserauslasstemperatur der konvektiven Rohrreihe begrenzt. Dieser Temperaturunterschied, ungefähr 8 bis 14 Grad C (15 bis 25 Grad F), wird "Unterkühlung" genannt und setzt die richtige Sauerstoffentfernungsrate fest, obwohl die vorherrschenden Temperaturen des abgelassenen heißen Gases zusätzliche Wärmewiedergewinnung gestatten würden.
Wenn das zweite Wärmewiedergewinnungssystem 40 nicht vorhanden sein würde, dann würde Wärme von der Turbine 14, die nicht von dem ersten Wärmewiedergewinnungssystem 38 wiedergewonnen wird, andererseits einfach durch den Ablasskamin zur Atmosphäre entlassen. Stattdessen wird etwas dieser Abfallwärme von der konventiven Rohrreihe 74 durch Erwärmen des Kondensats, das in der Kondensatlieferungsleitung 34 ist, wiedergewonnen. Das erwärmte Kondensat wird dann durch den Brennstoff-Kondensat-Wärmetauscher 66 gegeben, wo diese wiedergewonnene Wärmeenergie zu dem Brennstoff in der Brennstoffleitung 20 übertragen wird. Durch Erwärmen des Brennstoffs in der Brennstoffleitung 20 wird die Wirksamkeit der Verbrennungsturbine 14 erhöht. Daher erhöht die Gegenwart des Wärmewiedergewinnungssystems 40 die gesamte Wirksamkeit der kombinierten Kreislaufkraftanlage 10 durch Erhöhen der Wirksamkeit der Verbrennungsturbine 14.

Claims

1. Kombinierte Kreislaufkraftanlage (10) mit einer verbrennungsartigen Turbine (14) mit einem Brennstoffeinlass (18) und einem Auslass (22) zum Ageben von heißen Gasen, die Verbrennungsprodukte sind, einer Brennstoffleitung (20), die mit dem Brennstoffeinlass (18) in Verbindung steht, einer dampfartigen Turbine (16) mit einem Dampfeinlass (28) und einem Dampfauslass (30), einem Kondensator (32) in Verbindung mit dem Dampfauslass (30), um verbrauchten Dampf von der dampfartigen Turbine (16) in ein flüssigen Kondensat zu kondensieren, einem Entlüftungsgerät (44), einer Pumpe (36), um Kondensat von dem Kondensator (32) zu dem Entlüftungsgerät (44) zu liefern, einem Wärmetauscher (46), um entlüftetes Kondensat von dem Entlüftungsgerät (44) mit den heißen Gasen zu erwärmen, gekennzeichnet durch ein erstes Wärmewiedergewinnungsmittel (38) zum Vorwärmen des Kondensats, bevor das Kondensat in das Entlüftungsgerät (44) eintritt, dabei vorgewärmtes Kondensat zu schaffen, und ein Mittel zum Liefern eines Teils des vorgewärmten Kondensats an einen Brennstoffkondensatwärmetauscher (40), um Wärme von dem vorgewärmten Kondensat an Brennstoff zu liefern, der in der Brennstoffleitung (20) enthalten ist.

2. Kombinierte Kreislaufkraftanlage nach Anspruch 1, in der die verbrennungsartige Turbine (14) aufgebaut und angeordnet ist, um mit Benutzung von Brennstoffgas zu arbeiten.

3. Kombinierte Kreislaufkraftanlage nach Anspruch 1, in der der wenigstens eine Wärmetauscher zum Erwärmen von entlüftetem Kondensat von dem Entlüftungsgerät mit den heißen Gasen drei aufeinanderfolgende Wärmetauscher umfasst.

4. Kombinierte Kreislaufkraftanlage nach Anspruch 1, in der der Wärmetauscher einen Wärmewiedergewinnungsdampferzeuger (45) umfasst, der aufgebaut und angeordnet ist, um Dampf von dem entlüfteten Kondensat mit Wärme von den heißen Gasen zu erzeugen.

Kombinierte Kreislaufkraftanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, in der das Wärmewiedergewinnungsgerät eine konvektive Rohrreihe (74) umfasst.

6. Kombinierte Kreislaufkraftanlage nach Anspruch 4, in der das Wärmewiedergewinnungsgerät stromab von dem ersten Wärmewiedergewinnungsmittel in einem Strömungsweg der heißen Gase von der verbrennungsartigen Turbine angeordnet ist, wobei es Wärme wiedergewinnt, die nicht von dem ersten Wärmewiedergewinnungsmittel wiedergewonnen wird.

7. Kombinierte Kreislaufkraftanlage nach Anspruch 5, in der das zweite Wärmewiedergewinnungsmittel (40) weiterhin einen kontinuierlichen Kondensatströmungskreis umfasst, der das Pumpmittel und das Wärmewiedergewinnungsgerät umfasst.