DE829080C

DE829080C - Process for the operation of gas-steam thermal power plants

Info

Publication number: DE829080C
Application number: DEP36838D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Richard Stroehlen
Original assignee: RICHARD STROEHLEN DR ING; AEG AG
Current assignee: RICHARD STROEHLEN DR ING; AEG AG
Priority date: 1949-03-16
Filing date: 1949-03-16
Publication date: 1952-01-21

Description

Verfahren zum Betrieb von Gas -Dampf-Wärmekraftanlagen Bei Wärmekraftanlagen, die aus einer Dampfturbinenanlage und einer Gasturbinenanlage bestehen, empfiehlt es sich, das Abgas des Gasturbinenkreislaufes als Verbrennungsluft für den Dampfturbinenprozeß oder auch zusätzlich für den Gasturbinenprozeß Heranzuziehen. Der wärmetechnische Vorteil solcher kombinierter Anlagen besteht darin, daß die Allwärme des Gasturbinenprozesses über die getrennte oder auch gemeinsame Feuerung an den Dampfturbinenprozeß übertragen wird, wodurch die Energieerzeugung des Gasturbinenprozesses unter sehr geringem Wärmeaufwand erzielt wird.Process for the operation of gas-steam thermal power plants In the case of thermal power plants, which consist of a steam turbine system and a gas turbine system, recommends it is the exhaust gas from the gas turbine cycle as combustion air for the steam turbine process or also to be used for the gas turbine process. The thermo-technical The advantage of such combined systems is that the overall heat of the gas turbine process transferred to the steam turbine process via the separate or joint firing system is, reducing the power generation of the gas turbine process under very little Heat consumption is achieved.

Wird in diesen Fällen die gesamte Erhitzung der Arbeitsluft der Gasturbinenanlage durch in den Dampferzeuger eingebaute Heizflächen vorgenommen, so ergeben sich gewisse Schwierigkeiten der Unterteilung und Unterbringung der für die Lufterhitzung auf beispielsweise 700° C erforderlichen Heizflächen. Will man es vermeiden, daß die Lufterhitzung durch teilweise im Feuerraum liegende Strahlungsheizflächen erfolgt, so ergeben sich zwangsläufig hohe Eintrittstemperaturen der Rauchgase in die Nachheizflächen, die in manchen Fällen über dem Schlackenerweichungspunkt der verfeuerten Kohle liegen und, zu erhöhten Schlackenansätzen in den Nachheizflächen führen.In these cases, the entire heating of the working air of the gas turbine system made by heating surfaces built into the steam generator, this results in certain Difficulties in dividing and housing the air heating for example 700 ° C required heating surfaces. If you want to avoid the The air is heated by radiant heating surfaces, some of which are located in the combustion chamber, this inevitably results in high inlet temperatures for the flue gases in the after-heating surfaces, which in some cases are above the slag softening point of the fired coal and lead to increased slag deposits in the after-heating surfaces.

Diese durch die Änderung der Kesselbilanz hervorgerufenen Störungen können dadurch behoben werden, daß die Arbeitsluft der Gasturbinenanlage von den Rauchgasen der Dampfkesselfeuerung vorgewärmt wird und von Vorwärmtemperatur auf Eintrittstemperatur der Gasturbine in einer oder mehreren getrennt befeuerten Zusatzbrennkammern erhitzt wird.These disturbances caused by the change in the boiler balance can be remedied by the fact that the working air of the gas turbine system from the Flue gases from the steam boiler are preheated and from preheating temperature Inlet temperature the gas turbine is heated in one or more separately fired additional combustion chambers will.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der letztgenannten Art und besteht im wesentlichen darin, daß die Erhitzung in der Zusatzbrennkammer bzw. den Zusatzbrennkammern lediglich um diejenige Temperaturspanne erfolgt, um die die Arbeitsluft in der Gasturbine abgekühlt wird. In diesem Falle ändern sich die Kesselbilanz und die Temperaturverteilung in den Heizflächen des Kessels überhaupt nicht. Es kann also die Berechnung des Kessels in üblicher Weise vorgenommen werden, und im Betrieb ergeben sich an sämtlichen Stellen des Kessels die gleichen Rauchgastemperaturen, als wenn keine Gasturbinenanlage vorhanden wäre. Es ist hierbei zweckmäßig, das Druckverhältnis der Entspannung der Gasturbinenanlage so zu wählen, daß die Austrittstemperatur der Gasturbine gleich der Temperatur ist, mit der die Feuerung .des Kessels mit Rücksicht auf den zu verfeuernden Brennstoff zweckmäßig betrieben wird. Bei Staubfeuerung für Brennstoff mit höherem Wassergehalt wählt man beispielsweise Heißlufttemperaturen von 400° C, die hei Entspannung mit 700°C Anfangstemperatur und bei einem Druckverhältnis von 5 erreicht werden.The invention relates to a method of the last-mentioned type and consists essentially in the fact that the heating in the additional combustion chamber or the additional combustion chambers only takes place by the temperature range by which the Working air is cooled in the gas turbine. In this case the boiler balance changes and the temperature distribution in the heating surfaces of the boiler not at all. It so the calculation of the boiler can be done in the usual way, and in Operation results in the same flue gas temperatures at all points of the boiler, as if there were no gas turbine plant. It is useful here that To choose the pressure ratio of the expansion of the gas turbine system so that the outlet temperature of the gas turbine is equal to the temperature at which the furnace .of the boiler with Consideration of the fuel to be burned is operated appropriately. With dust firing For fuel with a higher water content, for example, hot air temperatures are selected of 400 ° C, the hot relaxation with an initial temperature of 700 ° C and a pressure ratio of 5 can be achieved.

Besonders vorteilhaft ist es, die dem Gefälle der Gasturbinen entsprechende Erhitzung der Arbeitsluft der Zusatzbrennkammer durch eine innere Verbrennung unter Überdruck in der zu erhitzenden Luft vorzunehmen. Es entfällt damit gegenüber einer von außen beheizten Heizfläche die Notwendigkeit, die Abgase der Zusatzbrennkammer einer besonderen Verwertung zuzuführen. Hierdurch ergibt sich auch der Vorteil, daß durch die innere Verbrennung ein gegenüber einer Heizfläche nur sehr geringer Druckverlust der Arbeitsluft auftritt.It is particularly advantageous to use the one that corresponds to the gradient of the gas turbines The working air of the additional combustion chamber is heated by internal combustion Make overpressure in the air to be heated. It is therefore omitted compared to one externally heated heating surface eliminates the need for the exhaust gases of the additional combustion chamber to a special recovery. This also has the advantage of that due to the internal combustion one compared to a heating surface is only very low Pressure loss of the working air occurs.

Für die innere Verbrennung selbst kommen vorwiegend flüssige oder gasförmige Brennstoffe in Frage. Im Vergleich zu der im Dampferzeuger zur Verfeuerung kommenden Brennstoffmenge ist die für die Zusatzbrennkammer erforderliche Wärmemenge eine verhältnismäßig geringe, so daß es sich lohnt, hierfür. auch hochwertige Brennstoffe einzusetzen. Wählt man für die innere Verbrennung in der Zusatzbrennkammer Heizgas, so kann dieses auch in einer besonders hierfür vorgesehenen Gasgeneratoranlage aus festen Brennstoffen erzeugt werden. Da bei der verhältnismäßig kleinen Durchsatzmenge der Gasgeneratoranlage sich eine Teergewinnung in den meisten Fällen nicht lohnt, ist es zweckmäßig, für die Vergasung eine teerarme Kohle oder auch Koks _ zu verwenden. Bei gegebener Brennstoffsorte läßt sich eine gewisse Teerbildung im Gasgenerator nicht vermeiden, und es ist in diesen Fällen zweckmäßig, die Gasleitung vom Generator zur Zusatzbrennkammer und ihre Zwischen diesen liegenden Bauteile mit einem guten Wärmeschutz zu versehen, um eine Teerablagerung zu vermeiden. An besonders kritischen Stellen kann eine Teerabscheidung sicher dadurch vermieden werden, daß diese Leitungsteile von außen erwärmt werden.For the internal combustion itself, mainly liquid or gaseous fuels in question. Compared to that in the steam generator for combustion The coming amount of fuel is the amount of heat required for the additional combustion chamber a relatively small one, so that it is worthwhile for this. also high quality fuels to use. If you choose heating gas for the internal combustion in the additional combustion chamber, this can also be done in a gas generator system specially provided for this purpose solid fuels are produced. Because with the relatively small throughput tar extraction of the gas generator system is in most cases not worthwhile, it is advisable to use low-tar coal or coke for gasification. With a given type of fuel, a certain amount of tar can be built up in the gas generator not avoid it, and in these cases it is advisable to disconnect the gas line from the generator to the additional combustion chamber and its components lying between these with a good Provide thermal protection to avoid tar build-up. At particularly critical ones A tar deposition can be reliably avoided in that these line parts are heated from the outside.

Ein weiterer Vorteil der Anordnung einer Zusatzbrennkammer mit innerer Verbrennung besteht darin, daß unabhängig von der Charakteristik des Dampferzeugers die Eintrittstemperatur des Arbeitsgases in die Gasturbine konstant gehalten werden kann. Am einfachsten erfolgt dies durch Regelung der Brennstoffzufuhr zur Brennkammer auf konstant bleibende Austrittstemperatur aus derselben.Another advantage of the arrangement of an additional combustion chamber with inner Combustion consists in that regardless of the characteristics of the steam generator the inlet temperature of the working gas in the gas turbine can be kept constant can. The easiest way to do this is to regulate the fuel supply to the combustion chamber to a constant outlet temperature from the same.

Bei Teillast des Dampferzeugers kann ferner vorteilhaft die durch die Gasturbinenanlage durchgesetzte Gasmenge weniger stark fallend als die Teillast gefahren oder auch bei Laständerungen sogar annähernd konstant gehalten werden. Es ergibt sich hierbei ein sehr günstiges Teillastverhalten der Gesamtanlage, cla hierbei die Gasturbinenanlage stets in ihrem günstigsten Arbeitspunkt gefahren werden kann.At partial load of the steam generator can also be advantageous through the amount of gas passed through the gas turbine system falls less sharply than the partial load driven or even kept approximately constant in the event of load changes. This results in a very favorable partial load behavior of the entire system, cla the gas turbine system can always be operated at its most favorable operating point can.

Bei zwei- oder mehrstufigen Gasturbinenanlagen ist es zweckmäßig, den gasförmigen oder flüssigen Brennstoff für die unter unterschiedlichem Überdruck stehenden einzelnen Zusatzbrennkammern in einer gemeinsamen Anlage zu erzeugen und/oder auf den Brennkammerdruck der ersten Stufe zu bringen.In the case of two-stage or multi-stage gas turbine systems, it is advisable to the gaseous or liquid fuel for those under different overpressure to generate standing individual additional combustion chambers in a common system and / or to bring it to the combustion chamber pressure of the first stage.

Die Zeichnung zeigt das Schaltschema einer Wärmekraftanlage mit einer mit innerer Verbrennung arbeitenden Zusatzhrennkammer.The drawing shows the circuit diagram of a thermal power plant with a additional combustion chamber working with internal combustion.

Bei der als Ausführungsbeispiel gezeigten Anlage wird die für die Verbrennung im Dampferzeuger i und für die Vergasung im Gasgenerator 2t erforderliche Luft in der mehrstufigen Verdichteranlage i i auf den Druck von mehreren Atmosphären verdichtet. Der Hauptteil der verdichteten Luft wird wie üblich im Luftvorwärmer 6 ,des Dampferzeugers durch die Abgase auf eine Temperatur von beispielsweise 4oo` C erwärmt und anschließend in der Zusatzbrennkammer 13 durch innere Verbrennung von Generatorgas auf die Gasturbineneintrittstemperatur von 700° C erhitzt. Die Entspannung des Arbeitsgases wird in den beiden parallel geschalteten Gasturbinen 1.4 und 15 vorgenommen. von denen die eine die Verdichter ii antreibt, während die andere die Nutzleistung abgibt. Das auf einen geringen Gegendruck entspannte Gas wird durch die Rohrleitung 16 über die Leitung 17 als 1lühlenluft der Kohlenmühle 3 und über die Leitung 18 als Zweit-und Drittluft der Feueruni; 2 des Dampferzeugers zugeführt. Im Zuge der Rauchgasströmung sind die Auskleidung des Feuerraumes und die Anordnung der Nachheizflächen die bei den Kesseln üblichen. Auf den Überhitzer 4 folgen der Speisewasservorwärmer 5 und der Luftvorwärmer 6.In the system shown as an embodiment, the for Combustion in the steam generator i and required for gasification in the gas generator 2t Air in the multi-stage compressor system i i to the pressure of several atmospheres condensed. The main part of the compressed air is, as usual, in the air preheater 6, the steam generator through the exhaust gases to a temperature of, for example, 400 ' C and then heated in the additional combustion chamber 13 by internal combustion heated by generator gas to the gas turbine inlet temperature of 700 ° C. the The working gas is expanded in the two gas turbines connected in parallel 1.4 and 15. one of which drives the compressor ii, while the others deliver the useful power. The gas relaxed to a low back pressure is through the pipe 16 via the line 17 as 1lühlenluft the coal mill 3 and via line 18 as second and third air of the fire university; 2 of the steam generator fed. In the course of the flue gas flow, the lining of the combustion chamber and the arrangement of the after-heating surfaces is the same as that usual for the boilers. On the superheater 4 are followed by the feed water preheater 5 and the air preheater 6.

Die für die Vergasung erforderliche Luft wird beispielsweise durch einen kleinen Zusatzverdichter 22 auf einen geringen Überdruck gegenüber der Luft des Luftvorwärmers 6 gebracht, sofern man nicht durch Abstimmung auf gleich große Druckverluste überhaupt auf eine zusätzliche Verdichtung verzichten kann. Das im Generator 21 erzeugte Ileizgas wird durch den Zyklonabscheider 23 gereinigt und über das Regelventil 24 der Zusatzbrennkammer 13 zugeführt.The air required for gasification is, for example, through a small additional compressor 22 to a slight overpressure with respect to the air of the air preheater 6 brought, unless one by voting on the same size Pressure losses can do without additional compression at all. The im generator 21 generated Ileizgas is cleaned by the cyclone separator 23 and via the control valve 24 of the additional combustion chamber 13 is supplied.

Claims

PATE \ TANSI'RÜ (: I (I #: i.Procedure for operating a thermal power plant, consisting of a steam turbine system and a gas turbine system, whereby the Exhaust gases or gas turbine systems as combustion air for: the steam turbine and / or Gas turbine system: serve and the working air of the gas turbine system from the Rajueh gases of the steam boiler and from the preheating temperature to the inlet temperature into the gas turbine in one or more separately fired additional crushing chambers is heated, @ characterized in that the Erdhitziung the working air in the Additional combustion chamber: or. : the additional combustion chambers only because: the temperature range takes place, u dm the working air is cooled in the gas turbine.

2. Procedure according to claim i, characterized in that: dthat for the internal combustion, heating gas is generated in a gas generator system provided for this purpose.

3. Procedure according to Claim 2, characterized in that the fuel to be gasified is a low-tar fuel Coal or coke is used. ,

4. Appendix for carrying out the procedure according to Claim 2 and 3, characterized in that the gas line from the generator to the additional burner and their components lying between these well insulated and / or in places possible tar deposition are heatable.

5. Annex for carrying out the procedure according to claim 2 and 3, characterized in that a single or A multi-stage cyclone separator is provided to which the heating gas is supplied without a previous one great cooling is supplied.

6. The method according to: claim i, characterized in that that at partial load of the steam generator the through the gas turbine system, enforced Gas volume decreases less than this part load accordingly or also with load changes of the steam turbine system remains approximately constant.

7. The method according to claim i, characterized in that in two -stage or multi-stage gas turbine systems, the gaseous or liquid fuel is generated in a common system and / or is brought to the combustion chamber pressure of the first stage. Attached 1.) copies: Swiss patent specification no. 254o66.