-
Hintergrund der Erfindung
-
Gebiet der Erfindung
-
Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kombikraftwerk, in dem
ein Gasturbinenkraftwerk und ein Dampfturbinenkraftwerk kombiniert
sind, und auf ein Kühldampf-Zuführverfahren
für eine
Gasturbine bei deren Betrieb.
-
Beschreibung des Standes
der Technik
-
Ein
Kombikraftwerk ist ein Energiesystem, bei dem ein Gasturbinenkraftwerk
und ein Dampfturbinenkraftwerk kombiniert sind, wobei eine Gasturbine
den Hochtemperaturabschnitt der Wärmeenergie übernimmt und eine Dampfturbine
einen Niedertemperaturabschnitt hiervon übernimmt, so dass die Wärmeenergie
für eine
wirksame Nutzung zurückgewonnen
wird. Diesem Energiesystem wird derzeit viel Aufmerksamkeit geschenkt.
-
Bei
dem Kombikraftwerk werden Forschung und Entwicklung durchgeführt, um
auf eine Gasturbine mit höherer
Temperatur als Mittel zum Verbessern des Wirkungsgrads hinzuarbeiten.
-
Um
eine solche höhere
Temperatur zu erzielen, müssen
andererseits Verbesserungen des Kühlsystems, welches die Wärmewiderstandsfähigkeit von
strukturellen Turbinenelementen berücksichtigt, als Ergebnis verschiedener
Versuche und Fehler weiterverfolgt werden, wobei heutzutage ein
dampfgekühltes
System, welches Dampf als Kühlmedium statt
Druckluft im Stand der Technik einsetzt, weiterentwickelt wird.
-
Ein
Beispiel hiervon ist die offengelegte japanische Patentanmeldung
Nr. Hei 05(1993)-163960, wobei Kühldampf
aus Zwischendruckdampf eines Abwärme-Rückgewinnungskessels erhalten
wird, aber kein ausreichendes Dampfvolumen erhältlich ist, was dazu führt, dass
eine stabile und sichere Kühlung
schwer durchzuführen
ist.
-
Als
weiterer Fortschritt wurde danach unter Berücksichtigung eines ausreichenden
Volumens und einer stabilen Kühlung
ein Kühlsystem
entwickelt, das Abdampf aus einer Hochdruck-Dampfturbine als Kühldampf
nutzt.
-
Bei
dem vorbekannten dampfgekühlten
System nach obiger Beschreibung bestand der Fortschritt von dem
Zwischendruckdampf als Kühlmedium
nutzenden System zu dem Hochdruck-Abdampf nutzenden System in dem Ergebnis,
dass die praktische Nutzanwendung weiter verbessert wurde, da aber
der Hochdruck-Abdampf
gleichzeitig auch eine hohe Temperatur aufweist, muss folglich ein
Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitt, der ein zu kühlender
Abschnitt ist, aus einem ausgewählten
Material hergestellt sein, das einer so hohen Temperatur widerstehen
kann.
-
Ein
einer hohen Temperatur widerstehendes Material, dessen Eigenschaften
die für
das Material erforderlichen sein müssen, wird sehr teuer, und
im Fall einer Turbinenscheibe ist es unter anderem beispielsweise
sehr schwierig, ein geeignetes Material hierfür innerhalb begrenzter Preisbedingungen
und dgl. zu erhalten, und dies führt
zu dem gravierenden Problem bei der Gestaltung und Herstellung des Kraftwerks.
-
EP-A-0743425
offenbart ein Kombikraftwerk mit den Merkmalen des Oberbegriffs
von Anspruch 1. Zum Senken der Temperatur des von der Hochdruckturbine
durch den Kühldampf-Zuführdurchgang
zugeführten
Abdampfs als Kühldampf
für den
Hochtemperaturabschnitt der Gasturbine ist ein Durchgang zum Mischen
von aus dem Zwischendruckverdampfer zugeführten Dampf in den Kühldampf-Zuführdurchgang
vorgesehen.
-
Abriss der Erfindung
-
In
Anbetracht des Problems im Stand der Technik ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Kombikraftwerk und ein Verfahren
zum Betreiben eines Kombikraftwerks bereitzustellen, bei dem als
Kühlmedium
verwendeter Kühldampf
in geeigneter Weise in seiner Temperatur eingestellt wird, wobei
eine Funktionsstabilität
des dampfgekühlten Systems
keinesfalls beeinträchtigt
wird, so dass die Gasturbine aus einfach erhältlichem Material gefertigt
werden kann.
-
Um
diese Aufgabe zu erfüllen,
stellt die vorliegende Erfindung ein Kombikraftwerk mit den Merkmalen
von Anspruch 1 und ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftwerks
mit den Schritten von Anspruch 5 bereit. Bevorzugte Ausführungsformen des
Kraftwerks und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
-
D.h.,
bei der Erfindung wird der Abdampf aus der Hochdruckturbine zuerst
als Kühlmedium
für den Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitt
gewählt.
Dabei wird der Abdampf nicht direkt als Kühldampf eingesetzt, wie er
in den Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitt
einzuleiten ist, sondern es wird eine Wärmeaustausch mit dem Gasturbinenbrennstoff
vorgenommen, um die Temperatur zu senken, und er wird dann dem Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitt
zu dessen Kühlung
zugeführt.
-
Als
Kühldampf
ist eine ausreichende Menge des Abdampfs der Hochdruckturbine verfügbar. Dieser
Abdampf weist aber gleichzeitig eine hohe Temperatur auf, und folglich
wird er einem Wärmeaustausch
mit dem Gasturbinenbrennstoff unterzogen, um seine Temperatur zu
senken, wodurch der zu kühlende
Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitt aus einem Material hergestellt
werden kann, das eine geringere Wärmebeständigkeit aufweist, und dennoch kann
eine stabile Kühlung
durchgeführt
werden, ohne den Gesamtwirkungsgrad zu senken.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird ein Wiedererhitzer zum Wiedererhitzen von Dampf vorgesehen,
der einen zu kühlenden
Hochtemperaturabschnitt der Gasturbine gekühlt hat.
-
D.h.
der Aufbau ist so, dass der Dampf, der den Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitt
gekühlt hat,
in den Wiedererhitzer eingeleitet werden kann, so dass er dort wieder
erhitzt wird, wodurch auch dann, wenn der Kühldampf nach seiner Nutzung
zum Kühlen
der Gasturbine eine vorbestimmte Temperatur nicht erreicht, und
zwar aus dem Grund, dass die Gasturbine keine ausreichend hohe Temperatur
aufweist, oder die Kühlung
nicht ausreichend erfolgt ist oder dgl., dann der Kühldampf
durch den Wiedererhitzer wieder erhitzt wird, und eine notwendige
Wärme für die stromabwärtigen Dampfturbinen,
wie z.B. die Zwischendampfturbine sichergestellt werden kann, was
zu einer Verbesserung des Wärmewirkungsgrads
führt.
-
Gemäß den Verfahren
zum Betreiben eines solchen Kraftwerks wird der Einlassdruck der
Hochdruckturbine auf 16,1809 bis 17,1616 MPa (165 bis 175 ata) eingestellt,
wodurch die Hochdruck-Abdampfeigenschaft auf 330 bis 250°C und 3,4323
bis 2,9419 MPa (35 bis 30 ata) am Auslass der Hochdruckturbine gesenkt
wird, womit der Kühldampf
in seiner Temperatur gemindert werden kann, ohne den Wirkungsgrad
der stromabwärtigen
Vorrichtungen, beispielsweise der Zwischendruckturbine, zu beeinträchtigen,
und der zu kühlende
stromabwärtige
Gasturbinen-Hochtemperaturabschnitt kann aus einem weniger wärmebeständigen und
weniger kostspieligen Material hergestellt werden, und es kann dennoch
eine stabile Kühlung
erfolgen, ohne den Gesamtwirkungsgrad zu senken.
-
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
-
Es
zeigen:
-
1 eine
diagrammartige Ansicht zur Darstellung eines Kombikraftwerks eines
ersten Beispiels, das zur Erläuterung
von Aspekten der vorliegenden Erfindung dient,
-
2 eine
diagrammartige Ansicht zur Darstellung eines Kombikraftwerks einer
Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung, und
-
3 eine
diagrammartige Ansicht zur Darstellung eines Kombikraftwerks eines
weiteren Beispiels, das zur Erläuterung
von Aspekten der vorliegenden Erfindung dient.
-
Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
-
Ein
erstes, zur Erläuterung
bestimmter Aspekte der vorliegenden Erfindung dienendes Beispiel wird
im folgenden mit Bezug auf 1 beschrieben. Alle
Ausführungsformen
gemäß der vorliegenden
Erfindung sind auf der Basis eines Kombikraftwerks vorgenommen,
das grundsätzlich
aus drei Abschnitten, nämlich
einer Gasturbine, einer Dampfturbine und einem Abwärme-Rückgewinnungskessel
besteht, wobei zunächst
der Gesamtaspekt dieses Kombikraftwerks beschrieben wird.
-
In 1 bezeichnet
die Bezugsziffer 10 ein Gasturbinenkraftwerk, das als Haupteinrichtungen eine
Gasturbine 11, einen von der Gasturbine 11 angetriebenen
Luftkompressor 12 und eine Brennkammer 13 zum
Verbrennen eines Brennstoffs zusammen mit von dem Luftkompressor 12 gelieferter Druckluft
umfasst.
-
Innerhalb
der Gasturbine 11 sind Laufschaufeln, Leitschaufeln und
dgl. (nicht dargestellt) vorgesehen, die einem Hochtemperaturabschnitt 11a entsprechen,
welcher gekühlt
werden muss. Die Brennkammer 13 umfasst einen gekühlten Endrohrabschnitt 13a,
der sich von einem hinteren Brennkammerabschnitt zu einem Verbrennungsgasauslass
erstreckt, und dieser gekühlte
Endrohrabschnitt 13a ist ebenso wie der Hochtemperaturabschnitt 11a ein
Abschnitt, der gekühlt
werden muss.
-
Ebenfalls
vorgesehen sind ein Kühldampf-Zuführdurchgang 14 zum
Zuführen
eines Kühldampfs
zu dem Hochtemperaturabschnitt 11a der Gasturbine 11 sowie
ein Kühldampf-Verzweigungsdurchgang 15,
der von dem Kühldampf-Zuführdurchgang 14 abzweigt,
zum Zuführen
des Kühldampfs
zu dem gekühlten
Endrohrabschnitt 13a der Brennkammer 13.
-
Die
Bezugsziffer 20 bezeichnet einen Abwärme-Rückgewinnungskessel,
der ein Abgas der Gasturbine 11 als Wärmequelle benutzt, und umfasst
darin Abschnitte eines Niederdruck-Dampferzeugungsabschnitts, eines
Zwischendruck-Dampferzeugungsabschnitts
und eines Hochdruck-Dampferzeugungsabschnitts.
-
Wenn
in den jeweiligen Dampferzeugungsabschnitten enthaltene Vorrichtungen
in etwa in der Reihenfolge der Dampfströmung in diesen dargestellt
sind, so besteht der Niederdruck-Dampferzeugungsabschnitt aus einem
Niederdruck-Economizer 21,
einem Niederdruckverdampfer 22, einem Niederdruck-Überhitzer 23,
etc., und der Zwischendruck-Dampferzeugungsabschnitt
besteht aus einem Zwischendruck-Economizer 24,
einer Zwischendruck-Speisewasserpumpe 25, einem Zwischendruckverdampfer 26,
einem ersten Zwischendruck-Wiedererhitzer 27,
einem zweiten Zwischendruck-Wiedererhitzer 28 etc.
-
Ferner
besteht der Hochdruck-Dampferzeugungsabschnitt aus einem ersten
Hochdruck-Economizer 29, einer Hochdruck-Speisewasserpumpe 30, einem
zweiten Hochdruck-Economizer 31, einem Hochdruckverdampfer 32,
einem ersten Hochdruck-Überhitzer 33,
einem zweiten Hochdruck-Überhitzer 34,
etc.
-
Die
Bezugsziffer 40 bezeichnet ein Dampfturbinenkraftwerk,
das eine Hochdruckturbine 41 umfasst, welcher ein Hochdruckdampf
von dem zweiten Hochdruck-Überhitzer 34 des
Abwärme-Rückgewinnungskessels 20 zugeführt wird,
eine Zwischendruckturbine 42, der ein Zwischendruckdampf
von dem zweiten Zwischendruck-Wiedererhitzer 28 zugeführt wird,
und eine Niederdruckturbine 43, der ein Abdampf von der
Zwischendruckturbine 42 und ein Niederdruckdampf von dem
Niederdruck-Überhitzer 23 zugeführt wird.
-
Es
ist anzumerken, dass der Aufbau so vorgenommen wird, dass ein Abdampf
aus der Niederdruckturbine 43 an einem stromab davon vorgesehenen
Kondensator 44 zu Wasser kondensiert wird, und dieses Wasser
zu dem Abwärme-Rückgewinnungskessel 20 über eine
Heizkessel-Speisewasserpumpe 45 und einen Stopfbüchsen-Dampfkondensator
der Reihe nach zirkuliert. Die Bezugsziffer 50 bezeichnet
ein Gestell, die Bezugsziffer 51 bezeichnet einen von dem
Gasturbinenkraftwerk 10 angetriebenen Generator, und die
Bezugsziffer 52 bezeichnet einen von dem Dampfturbinenkraftwerk 40 angetriebenen
Generator.
-
Es
sind zwar verschiedene Vorrichtungen benannt und schematisch beschrieben,
das vorliegende Beispiel bezieht sich aber auf ein Kombikraftwerk,
das aus dem Gasturbinenkraftwerk 10, dem Abwärme-Rückgewinnungskessel 20 und
dem Dampfturbinenkraftwerk 40 besteht und ferner den folgenden
Aufbau aufweist.
-
D.h.,
ein Zwischendruck-Dampfzuführdurchgang
ist an seinem einen Ende mit dem Zwischendruckverdampfer 26 des
Abwärme-Rückgewinnungskessels 20 verbunden,
so dass er daraus einen Zwischendruckdampf entnimmt, und dieser
Zwischendruck-Dampfzuführdurchgang 35 ist
an seinem anderen Ende mit dem Kühldampfzuführdurchgang 14 an
einer Position stromab einer Verzweigungsposition des Kühldampfzuführdurchgangs 14 und
Kühldampf-Verzweigungsdurchgangs 15 verbunden,
so dass der Zwischendruckdampf in den Kühldampfzuführdurchgang 14 gemischt
wird.
-
Ferner
ist ein Hilfs-Sprühwasserzuführdurchgang 36 an
einem Ende mit dem Kühldampfzuführdurchgang 14 an
einer weiter stromabwärtigen
Position von einer Verbindungsposition des Kühldampfzuführdurchgangs 14 und
des Zwischendruck-Dampfzuführdurchgangs 35 verbunden,
und an seinem anderen Ende mit der Zwischendruck-Speisewasserpumpe 25 stromauf
hiervon.
-
Die
Bezugsziffer 37 bezeichnet einen Gasturbine-Kühldampf-Rückgewinnungsdurchgang, der mit
einer Einlassseite des zweiten Zwischendruck-Wiedererhitzers 28 verbunden
ist, und die Bezugsziffer 38 bezeichnet einen Endrohr-Kühldampf-Rückgewinnungsdurchgang, der
mit einer Auslassseite des zweiten Zwischendruck-Wiedererhitzers 28 verbunden
ist. In dem vorliegenden Beispiel nach obigen Aufbau wird die Kühlung des
Hochtemperaturabschnitts 11a der Gasturbine 11 und
des gekühlten
Endrohrabschnitts 13a der Brennkammer 13 bei einem
Dauerbetrieb wie folgt vorgenommen.
-
D.h.,
ein Hochdruckabdampf aus der Hochdruckturbine 41 wird dem
Kühldampf-Zuführdurchgang 14 zugeführt, um
auf seinem Weg verzweigt zu werden, wobei ein Teil hiervon über den
Kühldampf-Verzweigungsdurchgang 15 zum
Kühlen
des gekühlten
Endrohrabschnitts 13a in die Brennkammer 13 strömt, und
der andere Teil zu der Gasturbine 11 über den Kühldampfzuführdurchgang 14 zum Kühlen von
deren Hochtemperaturabschnitt 11a strömt.
-
Hierbei
wird der zu der Gasturbine 11 über den Kühldampfzuführdurchgang 14 strömende Kühldampf
mit dem von dem Zwischendruckverdampfer 26 über den
Zwischendruck-Dampfzuführdurchgang zugeführten Zwischendruckdampf
gemischt, so dass die Temperatur des Kühldampfs in dem Kühldampfzuführdurchgang 14 gesenkt
wird.
-
Es
soll ein Beispiel einer solchen Temperatursenkung dargestellt werden,
wobei die Temperatur des aus der Hochdruckturbine 41 kommenden
Hochdruck-Abdampfs annähernd
370°C beträgt, wobei
ein Turbinenabschnitt, insbesondere ein beweglicher Abschnitt wie
eine Laufschaufel und eine Scheibe dem Dampf dieser Temperatur ausgesetzt
ist, er in einen schwierigen Wärmebeständigkeitszustand
versetzt wird, und ein teures Material zum Überwinden dieses Zustands benötigt wird,
was in einer Verschlimmerung der wirtschaftlichen Bedingungen resultiert.
-
Der
aus dem Zwischendruckverdampfer 26 kommende Zwischendruckdampf
weist jedoch eine Temperatur von etwa 250°C auf, und wenn dieser Zwischendruckdampf
mit dem Hochdruckdampf von etwa 370°C vermischt wird, wird die Temperatur
dieses Dampfgemischs auf etwa 330°C
gesenkt und das Material des beweglichen Turbinenabschnitts, wie
z.B. der Laufschaufel und der Scheibe, kann durch ein weniger teures
und einfach erhältliches
Material gestellt werden, was eine günstige Entwicklung der wirtschaftlichen
Bedingungen ergibt.
-
Der
aus dem Zwischendruckverdampfer 26 zugeführte Zwischendruckdampf,
der mit dem Hochdruck-Abdampf zu vermischen ist, weist in etwa den gleichen
Druck auf wie der Hochdruck-Abdampf, der aus der Hochdruckturbine 41 kommt,
womit keine Minderung des Gesamtwirkungsgrads infolge einer solchen
Mischung stattfindet und eine vorbestimmte Temperatursenkung ausgeführt werden
kann.
-
Der
gekühlte
Endrohrabschnitt 13a der Brennkammer 13, der ein
feststehendes Strukturelement ist, ist mit einem kostengünstigeren
Material auch bei der Temperaturbedingung mit den gleichen 370°C widerstandsfähig, und
folglich kann der Zwischendruckdampf nicht aktiv in den Kühldampf-Verzweigungsdurchgang 15 eingemischt
werden, solange dies nicht spezifisch nötig ist.
-
Ferner
wird als Hilfsmaßnahme
für dem
Fall, bei dem der Zwischendruckdampf nicht wie erwartet erhalten
werden kann, aus der Zwischendruck-Speisewasserpumpe 25 über den
Hilfs-Sprühwasserzuführdurchgang 36 zugeführtes Warmwasser
in den Kühldampfzuführdurchgang 14 gesprüht, so dass
die Temperatur des Kühldampfs
in dem Kühldampfzuführdurchgang 14 sicher
gesenkt wird.
-
Der
Kühldampf,
der den Hochtemperaturabschnitt 11a der Gasturbine 11 gekühlt hat,
wird über den
Gasturbinen-Kühldampf-Rückgewinnungsdurchgang 37 in
den zweiten Zwischendruck-Wiedererhitzer 28 zurückgeführt, und
der Kühldampf,
der den gekühlten
Endrohrabschnitt 13a der Brennkammer 13 gekühlt hat,
gelangt zur Auslassseite des zweiten Zwischendruck-Wiedererhitzers 28 über den
Endrohr-Kühldampf-Rückgewinnungsdurchgang 38,
um sich mit einem weiteren Dampf zu verbinden, der durch den zweiten
Zwischendruck-Wiedererhitzer 28 erwärmt wurde, um zur Rückgewinnung
ferner der Zwischendruckturbine 42 zugeführt zu werden.
Gemäß dem vorliegenden
Beispiel nach obigem Aufbau wird der Kühldampf zum Kühlen des
Hochtemperaturabschnitts 11a der Gasturbine 11 durch
Hochdruck-Abdampf aus der Hochdruckturbine 41 erhalten,
der mit dem Zwischendruckdampf aus dem Zwischendruckverdampfer 26 gemischt
wird, um seine Temperatur zu senken, wodurch der Hochtemperaturabschnitt 11a der
Gasturbine 11 nicht so wärmebeständig sein muss und die Herstellungskosten
der Turbine erheblich gesenkt werden können.
-
Als
nächstes
wird eine Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung mit Bezug auf 2 beschrieben. Es ist anzumerken,
dass die gleichen Komponenten oder Teile wie bei dem vorgenannten ersten
Beispiel mit den gleichen Bezugsziffern in der Figur versehen werden,
wobei eine Beschreibungswiederholung so weit wie möglich entfällt und hauptsächlich ein
merkmalsbezogener Aufbau der vorliegenden Ausführungsform beschrieben wird.
-
In
der vorliegenden Ausführungsform
wird ein Brennstofferhitzer 16 in den Kühldampfzuführdurchgang 14 zum
Zuführen
des Hochtemperatur-Abdampfs aus der Hochdruckturbine 41 zu
der Gasturbine 11 durch diesen vorgesehen, wobei der Brennstofferhitzer 16 stromauf
einer Verzweigungsposition des Kühldampfzuführdurchgangs 14 positioniert
ist und der Kühldampf-Verzweigungsdurchgang 15 zum
Zuführen
des Kühldampfs
zu der Brennkammer 13 durch diesen hindurch positioniert
ist, so dass ein Wärmeaustausch
zwischen einem der Brennkammer 13 zuzuführenden Brennstoff und dem Hochdruck-Abdampf
aus der Hochdruckturbine 41 vorgenommen werden kann.
-
D.h.,
der aus der Hochdruckturbine 41 über den Kühldampfzuführdurchgang 14 zugeführte Hochdruck-Abdampf
wird zunächst
an dem Brennstofferhitzer 16 durch den der Brennkammer 13 zuzuführenden
Brennstoff gekühlt,
um dann verzweigt zu werden, wobei ein Teil hiervon über den
Kühldampf-Verzweigungsdurchgang 15 zum
Kühlen
des gekühlten
Endrohrabschnitts 13a zu der Brennkammer 13 strömt, und
der andere Teil zu der Gasturbine 11 über den Kühldampfzuführdurchgang 14 zum Kühlen von
dessen Hochtemperaturabschnitt 11a strömt.
-
Es
soll nun ein Beispiel einer Temperatursenkung des an dem Brennstofferhitzer 16 gekühlten Hochdruckabdampfs
gezeigt werden, wobei man davon ausgeht, dass die Temperatur des
aus der Hochdruckturbine 41 kommenden Hochdruckabdampfs etwa
375°C beträgt, wobei
ein Turbinenabschnitt, insbesondere ein beweglicher Abschnitt wie
eine Laufschaufel und eine Rotorscheibe, dem Dampf dieser Temperatur
ausgesetzt ist und in einen schwierigen Wärmebeständigkeitszustand versetzt wird,
wobei ein teures Material zur Beseitigung desselben benötigt wird,
was in einer Verschlimmerung der wirtschaftlichen Bedingungen resultiert.
-
Wenn
aber die Temperatur des Brennstoff der Gasturbine, der in den Brennstofferhitzer 16 eintritt,
nur 300°C
oder weniger beträgt,
und wenn der Hochdruck-Abdampf von diesem Brennstoff gekühlt wird,
wird die Temperatur des Hochdruck-Abdampfs auf etwa 330°C gesenkt
und das Material der beweglichen Turbinenteile, wie z.B. der Laufschaufel
und der Scheibe, kann von einem kostengünstigeren und einfacher erhältlichen
Material gestellt werden, was die wirtschaftlichen Bedingungen wesentlich
verbessert.
-
Gemäß der vorliegenden
Ausführungsform nach
obigem Aufbau wird der Kühldampf
zum Kühlen des
Hochtemperaturabschnitts 11a der Gasturbine 11 und
des gekühlten
Endrohrabschnitts 13a der Brennkammer 13 durch
den Hochdruck-Abdampf aus
der Hochdruckturbine 41 erhalten, der von dem Gasturbinenbrennstoff
gekühlt
wird, um seine Temperatur zu senken, wodurch die Hochtemperaturabschnitte 11a, 13a weniger
wärmebeständig sein
müssen,
so dass die Anwendung eines leicht erhältlichen Materials möglich wird
und die Herstellungskosten erheblich gesenkt werden können.
-
Auch
bei der vorliegenden Ausführungsform wie
bei dem ersten Beispiel wird der Kühldampf, welcher den Hochtemperaturabschnitt 11a der
Gasturbine 11 gekühlt
hat, über
den Gasturbinen-Kühldampf-Rückgewinnungsdurchgang 37 in
den zweiten Zwischendruck-Wiedererhitzer 28 zurückgeführt.
-
Da
der Kühldampf
durch den zweiten Zwischendruck-Wiedererhitzer
wiedererhitzt werden kann, auch wenn der Kühldampf nach seiner Nutzung
zur Kühlung
der Gasturbine 11 eine Temperatur aufweist, die geringer
ist als ein vorbestimmter Pegel aus dem Grund, dass der Hochtemperaturabschnitt 11a der
Gasturbine 11 keine ausreichend hohe Temperatur aufweist
oder dass deren Kühlung
nicht ausreichend vorgenommen wurde, kann dieser Kühldampf
von dem Wiedererhitzer 28 wiedererhitzt werden, wodurch
die notwendige Wärme
für die
stromabwärtigen
Dampfturbinen, wie z.B. die Zwischendruckturbine, sichergestellt
werden kann, was zur einer Verbesserung des Wärmewirkungsgrads führt.
-
Als
nächstes
wird ein zweites Beispiel, das zur Erläuterung bestimmter Aspekte
der Erfindung dient, mit Bezug auf 3 beschrieben.
Es ist anzumerken, dass die gleichen Komponenten oder Teile wie
bei dem genannten ersten Beispiel mit den gleichen Bezugsziffern
in der Figur versehen werden und eine Beschreibungswiederholung
entfällt.
-
Bei
dem vorliegenden Beispiel wird der Hochdruck-Abdampf aus der Hochdruckturbine 41 in den
Kühldampfzuführdurchgang 14 eingeleitet,
um dann verzweigt zu werden, wobei ein Teil hiervon zu der Brennkammer 13 über den
Kühldampf-Verzweigungsdurchgang 15 zum
Kühlen
des gekühlten
Endrohrabschnitts 13a strömt, und der andere Teil zu
der Gasturbine 11 über
den Kühldampfzuführdurchgang 14 zum
Kühlen
von deren Hochtemperaturabschnitt 11a strömt.
-
Der
Kühldampf
wird dabei an der Hochtemperaturturbine 41 wie folgt aufbereitet,
wobei der der Hochdruckturbine 41 zugeführte Hochdruckdampf auf einen
Druck von 16,1809 bis 17,1616 MPa (absolut) (165 bis 175 ata) sowie
auf eine Temperatur von etwa 566°C
durch ein geeignetes Steuermittel (nicht dargestellt) eingestellt
wird.
-
Dabei ändert sich
der Druck und die Temperatur des Dampfes, der der Hochdruckturbine 41 zugeführt wird,
zu einem Druck von 2,9419 bis 3,4323 MPa (absolut) (30 bis 35 ata)
und einer Temperatur von 330 bis 250°C an einem Auslass der Hochdruckturbine 41.
D.h., um eine Hochdruckdampfeigenschaft der genannten 2,9419 bis
3,4323 MPa (absolut) (30 bis 35 ata), 330 bis 250°C an dem
Auslass der Hochdruckturbine 41 unter Berücksichtigung
einer gewöhnlichen
Turbinenexpansion zu erhalten, muss der Druck an einem Einlass der
Hochdruckturbine 41 16,1809 bis 17,1616 MPa (absolut) (165
bis 175 ata) betragen, wenn die Einlasstemperatur bei etwa 566°C gewählt wird,
was ein gewöhnlicher
Wert ist.
-
Der
aus der Hochdruckturbine 41 austretende Kühldampf
wird dem Hochtemperaturabschnitt 11a der Gasturbine 11 und
dem gekühlten
Endrohrabschnitt 13a der Brennkammer 13 über den
Kühldampfzuführdurchgang 14 und
den Kühldampf-Verzweigungsdurchgang 15 geliefert,
und die Temperatur dieses Kühldampfs
wird auf etwa 330 bis 250°C gebracht,
wie oben erwähnt
wurde.
-
Da
dieser Temperaturbereich die Wärmebeständigkeitseigenschaft
eines Materials, das den Hochtemperaturabschnitt 11a und
den gekühlten Endrohrabschnitt 13a stellt,
nicht erfüllen
muss, kann folglich das Material des beweglichen Turbinenteils, wie
z.B. der Laufschaufeln und der Scheibe, durch ein weniger kostspieliges
und einfach erhältliches Material
gestellt werden, was bei den wirtschaftlichen Bedingungen eine günstige Wende
darstellt.
-
Es
ist anzumerken, dass bei dem vorliegenden Beispiel die Dampfeigenschaft
an dem Einlass der Hochdruckturbine 41 spezifiziert wird,
der Kühldampf
einer vorbestimmten Eigenschaft an dem Auslass der Hochdruckturbine 41 erhalten
wird, und die Wärmebeständigkeits-Temperaturbedingung
an dem Hochtemperaturabschnitt 11a und dem gekühlten Endrohrabschnitt 13a erfüllt wird,
ohne dass der Kühldampf
anders erstellt würde,
wenn aber eine unerwartete Abweichung in der Dampferstellungsfunktion
vor der Hochdruckturbine 41 oder beim Betrieb der Hochdruckturbine 41 oder
dgl. auftritt, ein Zwischendruckdampf zur Unterstützung über den
Zwischendruck-Dampfzuführdurchgang 35 dem
Kühldampfzuführdurchgang 14 zugeführt werden
kann.
-
Ferner
wird der Kühldampf
auf den Druck von 2,9419 bis 3,4323 MPa (absolut) (30 bis 35 ata) an
dem Auslass der Hochdruckturbine 41 eingestellt, und wenn
dieser Druckbereich eingehalten wird, kommt es zu keiner Leistungssenkung
der stromabwärtigen
Zwischendruckturbine 42, womit nicht zu befürchten steht,
dass der Wirkungsgrad des gesamten Systems gemindert wird.
-
Ferner
wird der der Zwischendruckturbine 42 zugeführte Dampf
durch Erwärmen
an dem zweiten Zwischendruck-Wiedererhitzer 28,
die Rückgewinnungswärme an dem
Gasturbinenkraftwerk 10 und dgl. auf 566°C zurückgeführt, und
ein Niederdruckdampf an einem Einlassabschnitt der Niederdruckturbine
wird auf einen Druck von 303,975 bis 607,95 kPa (absolut) (3 bis
6 ata) gebracht.
-
Gemäß dem vorliegenden
Beispiel der vorliegenden Ausführungsform
nach obiger Beschreibung gewinnt der Kühldampf zum Kühlen des
Hochtemperaturabschnitts 11a der Gasturbine 11 und
des gekühlten
Endrohrabschnitts 13a der Brennkammer 13 eine
günstige
Eigenschaft an dem Auslass der Hochdruckturbine 41, wodurch
nicht zu befürchten steht,
dass der Wirkungsgrad der stromabwärtigen Zwischendruckturbine
beeinträchtigt
wird, und das Aufbaumaterial des Hochtemperaturabschnitts 11 der
Gasturbine 11 sowie des gekühlten Endrohrabschnitts 13a der
Brennkammer 13 muss keine so hohe Hitzebeständigkeitseigenschaft
aufweisen, es ist keine anderweitige spezifische Vorrichtung vorzusehen,
und die Herstellungskosten der Turbine können stark gesenkt werden.