EP0515911B1 - Method of operating a gas and steam turbine plant and corresponding plant - Google Patents

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EP0515911B1
EP0515911B1 EP92108102A EP92108102A EP0515911B1 EP 0515911 B1 EP0515911 B1 EP 0515911B1 EP 92108102 A EP92108102 A EP 92108102A EP 92108102 A EP92108102 A EP 92108102A EP 0515911 B1 EP0515911 B1 EP 0515911B1
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pressure
preheater
gas
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Hermann Dr. Finckh
Hermann Brückner
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/106—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle with water evaporated or preheated at different pressures in exhaust boiler
    • F01K23/108—Regulating means specially adapted therefor

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Gasund Dampfturbinenanlage mit einem vom Abgas aus der Gasturbine durchströmten Dampferzeuger zur Erzeugung von Dampf für eine Dampfturbine in einem Wasser-Dampf-Kreislauf gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie richtet sich ferner auf eine nach diesem Verfahren betriebene Gas- und Dampfturbinenanlage.The invention relates to a method for operating a gas and steam turbine system with a steam generator through which the exhaust gas from the gas turbine flows to produce steam for a steam turbine in a water-steam circuit. It is also directed to a steam generator operated according to this method Gas and steam turbine plant.

Bei einer Gas- und Dampfturbinenanlage wird die im Abgas der Gasturbine enthaltene Wärmemenge zur Erzeugung von Dampf für die Dampfturbine genutzt. Dabei umfaßt der Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine üblicherweise zwei Druckstufen, die jeweils aus einem Vorwarmer sowie einem Verdampfer und einem Überhitzer aufgebaut sind. Um einen möglichst hohen Anteil der in dem Abgas der Gasturbine enthaltenen Wärmemenge umzusetzen, sind im Dampferzeuger üblicherweise zusätzlich ein Zwischenüberhitzer zur erneuten Überhitzung des den Hochdruckteil der Dampfturbine verlassenden Dampfes und ein Kondensatvorwärmer zum Aufwärmen des kondensierten Dampfes aus der Dampfturbine vorgesehen. Bei einer hohen Temperatur des in den Dampferzeuger eintretenden Abgases und bei einer großen im Wasser-Dampf-Kreislauf verfügbaren Gesamtwassermenge werden besonders niedrige Temperaturen des den Dampferzeuger verlassenden Abgases erreicht. Dies bedeutet, daß im Vollastbereich der Wirkungsgrad der Anlage besonders hoch ist. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn der Dampferzeuger mit einer Zusatzfeuerung betrieben wird.In a gas and steam turbine system, the amount of heat contained in the exhaust gas from the gas turbine is used to generate steam for the steam turbine. The water-steam circuit of the steam turbine usually comprises two pressure stages, each of which is composed of a preheater and an evaporator and a superheater. In order to convert as much as possible of the amount of heat contained in the exhaust gas of the gas turbine, an intermediate superheater for re-overheating the steam leaving the high-pressure part of the steam turbine and a condensate preheater for heating up the condensed steam from the steam turbine are usually provided in the steam generator. With a high temperature of the exhaust gas entering the steam generator and with a large total amount of water available in the water-steam cycle, particularly low temperatures of the exhaust gas leaving the steam generator are reached. This means that the efficiency of the system is particularly high in the full load range. This also applies in particular when the steam generator is operated with an additional firing.

Aus der DE-A-14 26 443 ist es darüber hinaus bekannt, eine Teilmenge vorzuwärmenden Wassers in einem dem Hochdruck-Vorwärmer außerhalb des Dampferzeugers parallel geschalteten Wärmetauscher vorzuwärmen.From DE-A-14 26 443 it is also known to preheat a subset of water to be preheated in a heat exchanger connected in parallel with the high-pressure preheater outside the steam generator.

Beim Betrieb einer derartigen Anlage ist allerdings bei verschiedenen Betriebszustanden die in den Dampferzeuger eingebrachte Wärmemenge unterschiedlich. Insbesondere ist im Teillastbereich durch eine Verminderung der Flammentemperatur bei einem Dampferzeuger mit Zusatzfeuerung oder durch eine Reduzierung der Leistung der Gasturbine die in den Dampferzeuger eingebrachte Wärmemenge abgesenkt, auch wenn dabei der Massenstrom der Abgase der Gasturbine annähernd konstant bleibt. Die dadurch bedingte Verminderung der erzeugten Dampfmenge hat eine überproportionale Reduzierung der verfügbaren Gesamtwassermenge oder des Speisewasserstroms zur Folge, so daß die Temperatur der den Dampferzeuger verlassenden Abgase ansteigt. Dadurch ist der Wirkungsgrad der Anlage im Teillastbereich niedriger als im Vollastbereich, so daß der Gesamtwirkungsgrad der Anlage nur begrenzt ist.When operating such a system, however, the amount of heat introduced into the steam generator differs in different operating states. In particular, in the part-load range, by reducing the flame temperature in a steam generator with additional firing or by reducing the power of the gas turbine, the amount of heat introduced into the steam generator is reduced, even if the mass flow of the exhaust gases from the gas turbine remains approximately constant. The resulting reduction in the amount of steam produced results in a disproportionate reduction in the total amount of water available or the feed water flow, so that the temperature of the exhaust gases leaving the steam generator rises. As a result, the efficiency of the system in the partial load range is lower than in the full load range, so that the overall efficiency of the system is only limited.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Gas- und Dampfturbinenanlage sowie eine derartige Anlage derart auszubilden, daß bei allen Betriebszuständen, insbesondere auch im Teillastbereich, ein möglichst hoher Gesamtwirkungsgrad erreicht wird.The invention is therefore based on the object of designing a method for operating a gas and steam turbine installation and such an installation in such a way that the highest possible overall efficiency is achieved in all operating states, in particular also in the part-load range.

Bezüglich eines Verfahrens, bei dem eine Teilmenge des vorzuwärmenden Wassers in einer Hochdruckstufe außerhalb des Dampferzeugers vorgewärmt wird, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Teilmenge in Abhängigkeit von der jeweils verfügbaren Gesamtwassermenge eingestellt und dem im Dampferzeuger vorgewärmten Wasser zugemischt wird, wobei das somit im Dampferzeuger geschaffene Wärmereservoir zur Verdampfung einer weiteren Teilmenge des Wassers in der Niederdruckstufe genutzt wird.With regard to a method in which a portion of the water to be preheated is preheated in a high-pressure stage outside the steam generator, this object is achieved according to the invention in that the portion is set as a function of the total amount of water available in each case and is admixed with the water preheated in the steam generator, this being the case the heat reservoir created in the steam generator is used to evaporate a further part of the water in the low-pressure stage.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die durch die Nutzung des Wärmereservoirs im Dampferzeuger verdampfte Teilmenge des Wassers dem einem Niederdruckteil der Dampfturbine zuströmenden Niederdruckdampf zugemischt. Dadurch wird unabhängig vom Lastbereich oder Betriebszustand der Anlage zusätzlich Dampf für die Dampfturbine erzeugt.According to an advantageous development of the method according to the invention, the partial amount of water evaporated by using the heat reservoir in the steam generator is mixed with the low-pressure steam flowing to a low-pressure part of the steam turbine. This makes it independent of the load range or operating status the system also generates steam for the steam turbine.

Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die einstellbare Teilmenge im indirekten Wärmetausch mit Dampf aus der Dampfturbine vorgewärmt. Dies ermöglicht eine Vorwärmung der einstellbaren Teilmenge auf eine dem im Dampferzeuger vorgewärmten Wasser entsprechenden Temperatur.According to a further expedient development of the method according to the invention, the adjustable partial quantity is preheated in indirect heat exchange with steam from the steam turbine. This enables the adjustable portion to be preheated to a temperature corresponding to the water preheated in the steam generator.

Bezüglich der Gas- und Dampfturbinenanlage mit einem vom Abgas der Gasturbine durchströmten Dampferzeuger, der mindestens einen in den Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine geschalteten Hochdruck-Vorwärmer und eine dem Hochdruck-Vorwärmer in Strömungsrichtung des Wasser-Dampf-Kreislaufs nachgeschaltete Hochdruck-Heizeinrichtung umfaßt, und mit einem dem Hochdruck-Vorwärmer außerhalb des Dampferzeugers parallel geschalteten Wärmetauscher zum Vorwärmen einer Teilmenge vorzuwärmenden Wassers wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine Einrichtung zur Einstellung der Teilmenge in Abhängigkeit von der verfügbaren Gesamtwassermenge, wobei die Teilmenge dem im Hochdruck-Vorwärmer vorgewärmten Wasser zumischbar ist, und durch einen im Dampferzeuger im Bereich des Hochdruck-Vorwärmers angeordneten Wärmetauscher zum Erzeugen von Niederdruckdampf. Dabei ist der Wärmetauscher vorteilhafterweise eine Niederdruck-Heizeinrichtung, die in Strömungsrichtung der Abgase hinter der Hochdruck-Heizeinrichtung im Dampferzeuger angeordnet ist, und die der Hintereinanderschaltung aus Vorwärmer und Hochdruck-Heizeinrichtung parallel geschaltet ist.With regard to the gas and steam turbine system with a steam generator through which the exhaust gas of the gas turbine flows and which comprises at least one high-pressure preheater connected into the water-steam circuit of the steam turbine and one high-pressure heating device downstream of the high-pressure preheater in the flow direction of the water-steam circuit , and with a heat exchanger connected in parallel to the high-pressure preheater outside the steam generator for preheating a partial amount of water to be preheated, the object is achieved according to the invention by a device for adjusting the partial amount depending on the available total amount of water, the partial amount being admixable to the water preheated in the high-pressure preheater and by a heat exchanger arranged in the steam generator in the area of the high-pressure preheater for generating low-pressure steam. The heat exchanger is advantageously a low-pressure heating device, which is arranged in the flow direction of the exhaust gases behind the high-pressure heating device in the steam generator, and which is connected in parallel with the series connection of preheater and high-pressure heating device.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anlage ist die Durchsatzmenge des Teilkreises in Abhängigkeit von der dem Dampferzeuger zugeführten Wärmemenge regelbar. Mit dieser Regelung wird die Durchsatzmenge jeweils in dem Maße verringert, in dem durch eine verminderte Dampferzeugung die insgesamt zur Verfügung stehende Wassermenge zurückgeht.According to an expedient embodiment of the system according to the invention, the throughput of the partial circuit can be regulated depending on the amount of heat supplied to the steam generator. With this regulation, the throughput is reduced to the extent that the total amount of water available decreases due to reduced steam generation.

Dabei sollte der verfügbare Regelbereich auf einen Grenzfall, z. B. auf eine Durchsatzmenge von Null im Teillastbereich, ausgelegt sein. Zum Einstellen der Durchsatzmenge ist in den Teilkreis zweckmäßigerweise ein regelbares Ventil geschaltet.The available control range should be limited to a borderline case, e.g. B. be designed for a throughput of zero in the partial load range. A controllable valve is expediently connected in the partial circuit to adjust the throughput.

Um die Temperaturen des vorzuwärmenden Wassers im Teilkreis und in dem im Dampferzeuger angeordneten Vorwärmer aneinander anzupassen, ist vorteilhafterweise in den Teilkreis ein von einer einstellbaren Dampfmenge durchströmter Wärmetauscher geschaltet.In order to match the temperatures of the water to be preheated in the partial circuit and in the preheater arranged in the steam generator, a heat exchanger through which an adjustable amount of steam flows is advantageously connected in the partial circuit.

Dem im Dampferzeuger angeordneten Vorwärmer kann auch ein zweiter Vorwärmer nachgeschaltet sein. In diesem Fall ist zweckmäßigerweise der Teilkreis ausgangsseitig an den Eingang des zweiten Vorwärmers angeschlossen.A second preheater can also be connected downstream of the preheater arranged in the steam generator. In this case, the partial circuit is expediently connected on the output side to the input of the second preheater.

Um eine zusätzliche Kühlung der Abgase zu ermöglichen, sind im Dampferzeuger in Strömungsrichtung der Abgase hinter der Vorwärmeinrichtung Heizflächen angeordnet, die ausgangsseitig an den Vorwärmer und an den Teilkreis angeschlossen sind.In order to enable additional cooling of the exhaust gases, heating surfaces are arranged in the steam generator in the flow direction of the exhaust gases behind the preheating device, which are connected on the output side to the preheater and to the partial circuit.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch einen zusätzlichen, in den Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine geschalteten Teilkreis, dessen Durchsatzmenge einstellbar ist, im Dampferzeuger ein Wärmereservoir geschaffen wird, das unabhängig vom Betriebszustand der Anlage einerseits eine zusätzliche Dampferzeugung und andererseits in allen Lastbereichen eine Absenkung der Temperatur der den Dampferzeuger verlassenden Abgase auf den im Vollastbereich erreichbaren niedrigen Wert ermöglicht. Dadurch wird ein hoher Gesamtwirkungsgrad der Anlage erreicht.The advantages achieved by the invention are, in particular, that a heat reservoir is created in the steam generator by means of an additional partial circuit connected in the water-steam circuit of the steam turbine, the throughput quantity of which can be adjusted, which independent of the operating state of the system, on the one hand, provides additional steam generation and on the other hand, in all load ranges, the temperature of the exhaust gases leaving the steam generator can be reduced to the low value that can be achieved in the full load range. This achieves a high overall system efficiency.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand einer Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Darin zeigt die Figur eine schematische Darstellung einer Anordnung und Schaltung eines erfindungsgemäßen Teilkreises im Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine einer Gas- und Dampfturbinenanlage.For a more detailed explanation of the invention, an embodiment is described with reference to a drawing. The figure shows a schematic representation of an arrangement and circuit of a partial circuit according to the invention in the water-steam circuit of the steam turbine of a gas and steam turbine system.

Die Gas- und Dampfturbinenanlage gemäß der Figur umfaßt eine Gasturbinenanlage 1a und eine Dampfturbinenanlage 1b. Die Gasturbinenanlage 1a umfaßt eine Gasturbine 2 mit angekoppeltem Luftverdichter 3 und Generator 4 sowie eine der Gasturbine 2 vorgeschaltete Brennkammer 5, die an eine Frischluftleitung 6 des Luftverdichters 3 angeschlossen ist.The gas and steam turbine system according to the figure comprises a gas turbine system 1a and a steam turbine system 1b. The gas turbine system 1 a comprises a gas turbine 2 with a coupling Air compressor 3 and generator 4 and a combustion chamber 5 connected upstream of the gas turbine 2 and connected to a fresh air line 6 of the air compressor 3.

Die Dampfturbinenanlage 1b umfaßt eine Dampfturbine 10 mit angekoppeltem Generator 11 und in einem Wasser-Dampf-Kreislauf 12 einen der Dampfturbine 10 nachgeschalteten Kondensator 13 und einen dem Kondensator 13 nachgeschalteten Speisewasserbehälter 14 sowie einen Dampferzeuger 15.The steam turbine system 1b comprises a steam turbine 10 with a coupled generator 11 and, in a water-steam circuit 12, a condenser 13 connected downstream of the steam turbine 10 and a feed water tank 14 connected downstream of the condenser 13, and a steam generator 15.

Zum Zuführen der Abgase a aus der Gasturbine 2 in den Dampferzeuger 15 ist eine Abgasleitung 9 an einen Eingang 15a des Dampferzeugers 15 angeschlossen. Das Abgas a verläßt den Dampferzeuger 15 über dessen Ausgang 15b in Richtung auf einen (nicht dargestellten) Kamin.To feed the exhaust gases a from the gas turbine 2 into the steam generator 15, an exhaust pipe 9 is connected to an inlet 15a of the steam generator 15. The exhaust gas a leaves the steam generator 15 via its outlet 15b in the direction of a chimney (not shown).

Der Dampferzeuger 15 umfaßt einen Kondensatvorwärmer oder Heizflächen 20, eine Niederdruck-Heizeinrichtung 21, zwei hintereinandergeschaltete Vorwärmer 22 und 23, eine Hochdruck-Heizeinrichtung 24 und einen Zwischenüberhitzer 25.The steam generator 15 comprises a condensate preheater or heating surfaces 20, a low-pressure heating device 21, two series-connected preheaters 22 and 23, a high-pressure heating device 24 and a reheater 25.

Der Kondensatvorwärmer 20 ist eingangsseitig über eine Leitung 30, in die eine Kondensatpumpe 31 geschaltet ist, an den Kondensator 13 und ausgangsseitig über eine Leitung 32 an den Speisewasserbehälter 14 angeschlossen.The condensate preheater 20 is connected on the input side via a line 30, into which a condensate pump 31 is connected, to the condenser 13 and on the output side via a line 32 to the feed water tank 14.

Der Vorwärmer 22 ist eingangsseitig über eine Leitung 33, in die ein Ventil 34 geschaltet ist, an eine Hochdruck-Pumpe 35 angeschlossen, die mit dem Speisewasserbehälter 14 verbunden ist. Der dem Vorwärmer 22 nachgeschaltete zweite Vorwärmer 23 ist ausgangsseitig über einen ersten Teilzweig 36 an einen Wasser-Dampf-Behälter 37 der Hochdruck-Heizeinrichtung 24 angeschlossen. Der Vorwärmer 23 ist außerdem über einen weiteren Teilzweig 38, in den ein Eckventil 39 geschaltet ist, an ein Wasser-Dampf-Trenngefäß 40 angeschlossen.The preheater 22 is connected on the input side via a line 33, into which a valve 34 is connected, to a high-pressure pump 35, which is connected to the feed water tank 14. The second preheater 23 connected downstream of the preheater 22 is connected on the output side via a first branch 36 to a water-steam container 37 of the high-pressure heating device 24. The preheater 23 is also connected to a water-steam separation vessel 40 via a further branch 38, into which a corner valve 39 is connected.

Die Hochdruck-Heizeinrichtung 24 umfaßt einen Verdampfer 45, der über eine Umlaufleitung 46 an den Wasser-Dampf-Behälter 37 angeschlossen ist. In die Umlaufleitung 46 ist eine Pumpe 47 geschaltet. Die Hochdruck-Heizeinrichtung 24 umfaßt außerdem einen Überhitzer 48, der eingangsseitig an den Wasser-Dampf-Behälter 37 und ausgangsseitig über eine Frischdampfleitung 49 an einen Hochdruckteil 10a der Dampfturbine 10 angeschlossen ist. Der Hochdruckteil 10a der Dampfturbine 10 ist ausgangsseitig über eine Dampfleitung 50 sowohl an den Zwischenüberhitzer 25 als auch an das Wasser-Dampf-Trenngefäß 40 angeschlossen.The high-pressure heating device 24 comprises an evaporator 45 which is connected to the water-steam container 37 via a circulation line 46. A pump 47 is connected to the circulation line 46. The high-pressure heating device 24 also comprises a superheater 48, which is connected on the inlet side to the water-steam container 37 and on the outlet side via a live steam line 49 to a high-pressure part 10a of the steam turbine 10. The high-pressure part 10a of the steam turbine 10 is connected on the output side via a steam line 50 both to the reheater 25 and to the water-steam separation vessel 40.

Der Zwischenüberhitzer 25 ist ausgangsseitig über eine Dampfleitung 51 an ein Mitteldruckteil 10b der Dampfturbine 10 angeschlossen. Dem Mitteldruckteil 10b ist ein Niederdruckteil 10c der Dampfturbine 10 nachgeschaltet. Die Turbinenteile 10a, 10b und 10c der Dampfturbine 10 treiben über eine gemeinsame Welle 52 den Generator 11 an.The intermediate superheater 25 is connected on the outlet side via a steam line 51 to a medium pressure part 10b of the steam turbine 10. A low-pressure part 10c of the steam turbine 10 is connected downstream of the medium-pressure part 10b. The turbine parts 10a, 10b and 10c of the steam turbine 10 drive the generator 11 via a common shaft 52.

Die Niederdruck-Heizeinrichtung 21 umfaßt einen Verdampfer 60, der über eine Umlaufleitung 61 mit einer Pumpe 62 an einen Wasser-Dampf-Behälter 63 angeschlossen ist. Die Niederdruck-Heizeinrichtung 21 umfaßt außerdem einen Überhitzer 64, der eingangsseitig über eine Dampfleitung 65 sowohl an den Wasser-Dampf-Behälter 63 als auch an ein Wasser-Dampf-Trenngefäß 86 angeschlossen ist. Der Überhitzer 64 ist ausgangsseitig über eine Dampfleitung 67 an den Niederdruckteil 10c der Dampfturbine 10 angeschlossen. Der Wasser-Dampf-Behälter 63 ist über eine Leitung 66 an den Speisewasserbehälter 14 angeschlossen. In die Leitung 66 ist eine Niederdruckpumpe 68 geschaltet.The low-pressure heating device 21 comprises an evaporator 60 which is connected to a water-steam container 63 via a circulation line 61 with a pump 62. The low-pressure heating device 21 also comprises a superheater 64, which is connected on the inlet side via a steam line 65 both to the water-steam container 63 and to a water-steam separation vessel 86. The superheater 64 is connected on the output side via a steam line 67 to the low pressure part 10c of the steam turbine 10. The water-steam container 63 is connected to the feed water container 14 via a line 66. A low pressure pump 68 is connected in line 66.

Der Wasser-Dampf-Kreislauf 12 der Dampfturbine 10 umfaßt einen außerhalb des Dampferzeugers 15 verlaufenden Teilkreis 70, der dem im Dampferzeuger 15 angeordneten Vorwärmer 22 parallelgeschaltet ist. Dazu ist der Teilkreis 70 eingangsseitig über die Hochdruckpumpe 35 an den Speisewasserbehälter 14 und ausgangsseitig im Bereich zwischen den Vorwärmern 22 und 23 an den Vorwärmer 22 angeschlossen. In den Teilkreis 70 ist ein Wärmetauscher 71 geschaltet. Der Wärmetauscher 71 ist primärseitig über eine Dampfleitung 72 mit dem Niederdruckteil 10c der Dampfturbine 10 und über eine Wasserleitung 73 mit dem Speisewasserbehälter 14 verbunden. In den Teilkreis 70 ist ein Regelventil 74 geschaltet, dem über eine Signalleitung 75 ein Steuersignal s zuführbar ist.The water-steam circuit 12 of the steam turbine 10 comprises a partial circuit 70 which extends outside the steam generator 15 and which is connected in parallel with the preheater 22 arranged in the steam generator 15. For this purpose, the partial circuit 70 is on the input side via the high-pressure pump 35 to the feed water tank 14 and on the output side in the area between the preheaters 22 and 23 the preheater 22 connected. A heat exchanger 71 is connected in the partial circuit 70. The heat exchanger 71 is connected on the primary side via a steam line 72 to the low-pressure part 10c of the steam turbine 10 and via a water line 73 to the feed water tank 14. A control valve 74 is connected to the sub-circuit 70, to which a control signal s can be fed via a signal line 75.

Beim Betrieb der Gas- und Dampfturbinenanlage 1 wird der Brennkammer 5 in nicht näher dargestellter Art und Weise Kohle k über eine Zuführleitung 7 zugeführt. Die Kohle k wird in der Brennkammer 5 mit der verdichteten Frischluft 1 aus dem Luftverdichter 3 verbrannt. Das bei der Verbrennung entstehende heiße Rauchgas g wird über eine Rauchgasleitung 8 in die Gasturbine 2 geleitet. Dort entspannt es sich und treibt dabei die Gasturbine 2 an. Diese wiederum treibt den Luftverdichter 3 und den Generator 4 an. Die aus der Gasturbine austretenden heißen Abgase a werden über die Abgasleitung 9 in den Dampferzeuger 15 eingeleitet und dort zur Erzeugung von Dampf für die Dampfturbine genutzt.During operation of the gas and steam turbine system 1, the combustion chamber 5 is supplied with coal k via a feed line 7 in a manner not shown in detail. The coal k is burned in the combustion chamber 5 with the compressed fresh air 1 from the air compressor 3. The hot flue gas g formed during the combustion is passed into the gas turbine 2 via a flue gas line 8. It relaxes there and drives the gas turbine 2. This in turn drives the air compressor 3 and the generator 4. The hot exhaust gases a emerging from the gas turbine are introduced via the exhaust line 9 into the steam generator 15 and are used there to generate steam for the steam turbine.

Der aus dem Niederdruckteil 10c der Dampfturbine 10 austretende Dampf wird über eine Dampfleitung 80 dem Kondensator 13 zugeführt und kondensiert dort. Das Kondensat wird über die Pumpe 31 in den Kondensatvorwärmer 20 gepumpt und dort aufgewärmt. Das aufgewärmte Kondensat strömt aus dem Kondensatvorwärmer 20 über die Leitung 32 in den Speisewasserbehälter 14.The steam emerging from the low-pressure part 10c of the steam turbine 10 is fed to the condenser 13 via a steam line 80 and condenses there. The condensate is pumped into the condensate preheater 20 via the pump 31 and warmed up there. The heated condensate flows out of the condensate preheater 20 via the line 32 into the feed water tank 14.

Das Speisewasser aus dem Speisewasserbehälter 14 wird über die Pumpe 35 sowohl in den Vorwärmer 22 als auch in den Teilkreis 70 gepumpt. Dabei ist die den Vorwärmer 22 durchströmende Teilmenge t2 mit dem Ventil 34 einstellbar. Die den Teilkreis 70 durchströmende Teil- oder Durchsatzmenge t1 des Speisewassers wird mit dem Regelventil 74 eingestellt und dem im Vorwärmer 22 vorgewärmten Speisewasser zugemischt. Dabei wird die im Teilkreis 70 strömende Teilmenge t1 des Speisewassers durch indirekten Wärmetausch mit Dampf aus dem Niederdruckteil 10c der Dampfturbine 10 auf die der im Vorwärmer 22 vorgewärmten Teilmenge t2 der Speisewasser entsprechende Temperatur vorgewärmt.The feed water from the feed water tank 14 is pumped via the pump 35 both into the preheater 22 and into the partial circuit 70. The partial quantity t2 flowing through the preheater 22 can be adjusted with the valve 34. The partial or throughput quantity t1 of the feed water flowing through the partial circuit 70 is set with the control valve 74 and mixed with the feed water preheated in the preheater 22. The partial quantity t1 of the feed water flowing in the pitch circle 70 is passed through indirect heat exchange with steam from the low pressure part 10c of the steam turbine 10 to the temperature corresponding to the preheater 22 preheated portion t2 of the feed water.

Das vorgewärmte Speisewasser durchströmt den zweiten Vorwärmer 23 und wird über die Leitung 36 in den Wasser-Dampf-Behälter 37 der Hochdruck-Heizeinrichtung 24 geleitet. Dort durchströmt das im Wasser-Dampf-Behälter 37 gesammelte vorgewärmte Speisewasser den vom heißen Abgas a beheizten Verdampfer 45 und wird dabei verdampft. Der im Wasser-Dampf-Behälter 37 abgetrennte Dampf durchströmt den vom Abgas a beheizten Überhitzer 48 und wird über die Frischdampfleitung 49 in überhitztem Zustand bei einem Druck von etwa 110 bar dem Hochdruckteil 10a der Dampfturbine 10 zugeführt. Der im Hochdruckteil 10a entspannte Dampf durchströmt bei einem Druck von etwa 30 bar den Zwischenüberhitzer 25 und wird anschließend im Mitteldruckteil 10b der Dampfturbine 10 auf einen Druck von etwa 3 bar entspannt. Ein Teil des im Hochdruckteil 10a entspannten Dampfes strömt über die Dampfleitung 50 als sogenannter Naßdampf in das Wasser-Dampf-Trenngefäß 40. Dort wird der noch unter einem Druck von etwa 30 bar stehende Dampf vom Wasser getrennt. Das Wasser kann über eine Leitung 81, in die ein Ventil 82 geschaltet ist, in das Wasser-Dampf-Trenngefäß 86 eingeleitet werden. Der Druck im Wasser-Dampf-Trenngefäß 86 beträgt etwa 3 bar, so daß das über die Leitung 81 einströmende Wasser sofort verdampft. Das im Wasser-Dampf-Trenngefäß 86 abgetrennte Wasser wird über eine Leitung 83 dem Speisewasserbehälter 14 zugeführt. Der im Wasser-Dampf-Trenngefäß 86 abgetrennte Dampf wird der Niederdruck-Heizeinrichtung 21 zugeführt.The preheated feed water flows through the second preheater 23 and is fed via line 36 into the water-steam container 37 of the high-pressure heating device 24. There, the preheated feed water collected in the water-steam container 37 flows through the evaporator 45, which is heated by the hot exhaust gas a, and is thereby evaporated. The steam separated in the water-steam container 37 flows through the superheater 48 heated by the exhaust gas a and is fed via the live steam line 49 in the superheated state at a pressure of approximately 110 bar to the high-pressure part 10a of the steam turbine 10. The steam released in the high-pressure part 10a flows through the reheater 25 at a pressure of approximately 30 bar and is then expanded to a pressure of approximately 3 bar in the medium-pressure part 10b of the steam turbine 10. A part of the steam released in the high pressure part 10a flows via the steam line 50 as so-called wet steam into the water-steam separation vessel 40. There, the steam, which is still under a pressure of about 30 bar, is separated from the water. The water can be introduced into the water-steam separation vessel 86 via a line 81, into which a valve 82 is connected. The pressure in the water-steam separation vessel 86 is approximately 3 bar, so that the water flowing in via line 81 evaporates immediately. The water separated in the water-steam separation vessel 86 is fed to the feed water tank 14 via a line 83. The steam separated in the water-steam separation vessel 86 is fed to the low-pressure heating device 21.

Eine weitere Teilmenge t3 des Speisewassers wird über die Niederdruckpumpe 68 aus dem Speisewasserbehälter 14 in den Wasser-Dampf-Behälter 63 der Niederdruck-Heizeinrichtung 21 gepumpt. Dort wird das Speisewasser über die Pumpe 62 durch den Verdampfer 60 und wieder zurück in den Wasser-Dampf-Behälter 63 gepumpt. Der dabei erzeugte Dampf wird zusammen mit dem aus dem Wasser-Dampf-Trenngefäß 86 abströmenden Dampf im Überhitzer 64 überhitzt und über die Dampfleitung 67 dem Niederdruckteil 10c der Dampfturbine 10 zugeführt. Dort wird der Dampf zusammen mit dem aus dem Mitteldruckteil 10b abströmenden Dampf entspannt und über die Dampfleitung 80 dem Kondensator 13 zugeführt.Another portion t3 of the feed water is pumped from the feed water tank 14 into the water-steam tank 63 of the low-pressure heating device 21 via the low-pressure pump 68. There the feed water is pumped through the pump 62 through the evaporator 60 and back into the water-steam container 63. The steam generated is together with the steam flowing out of the water-steam separation vessel 86 overheats in the superheater 64 and is fed via the steam line 67 to the low-pressure part 10c of the steam turbine 10. There, the steam is expanded together with the steam flowing out of the medium pressure part 10b and fed to the condenser 13 via the steam line 80.

Durch den erfindungsgemäß zusätzlich vorgesehenen Teilkreis 70 im Wasser-Dampf-Kreislauf 12 der Dampfturbine 10 wird im Dampferzeuger 15, der entweder in nicht näher dargestellter Art und Weise als Dampferzeuger mit Zusatzfeuerung oder - wie im Ausführungsbeispiel dargestellt - als reiner Abhitzekessel ausgebildet ist, im Bereich des Vorwärmers 22 ein Wärmereservoir geschaffen. Dieses Wärmereservoir wird vorteilhafterweise zur Erzeugung von Dampf für den Niederdruckteil 10c der Dampfturbine 10 genutzt.Due to the partial circuit 70 additionally provided according to the invention in the water-steam circuit 12 of the steam turbine 10, in the steam generator 15, which is designed either as a steam generator with additional firing or not - as shown in the exemplary embodiment - as a pure waste heat boiler, in the region the preheater 22 created a heat reservoir. This heat reservoir is advantageously used to generate steam for the low-pressure part 10c of the steam turbine 10.

Die den im Dampferzeuger 15 angeordneten Vorwärmer 22 durchströmende Teilmenge t2 des Speisewassers wird auf die bei Teillastbetrieb verfügbare Wassermenge eingestellt, so daß die bei Vollastbetrieb zusätzlich verfügbare Teilmenge tl über den Teilkreis 70 geführt wird. Mit anderen Worten: Die Teil- oder Durchsatzmenge tl des Teilkreises 70 wird derart eingestellt, daß bei allen Betriebszuständen die durch den Vorwärmer 22 strömende Teilmenge t2 annähernd konstant ist. Die im Teilkreis 70 strömende Durchsatzmenge tl wird daher zweckmäßigerweise in Abhängigkeit von der verfügbaren Gesamtwassermenge eingestellt. Eine weitere zweckmäßige Regelgröße ist die mit den Abgasen a und gegebenenfalls mit den bei einem Dampferzeuger mit Zusatzfeuerung zusätzlich erzeugten Rauchgasen in den Dampferzeuger 15 eingebrachte Wärmemenge. Ein diesen Regelgrößen entsprechendes Signal s wird dem Regelventil 74 über eine Steuerleitung 75 in nicht näher dargestellter Art und Weise zugeführt.The partial amount t2 of the feed water flowing through the preheater 22 arranged in the steam generator 15 is set to the amount of water available during partial load operation, so that the additional partial amount t1 available under full load operation is passed through the partial circuit 70. In other words, the partial or throughput quantity t1 of the partial circuit 70 is set such that the partial quantity t2 flowing through the preheater 22 is approximately constant in all operating states. The throughput quantity tl flowing in the pitch circle 70 is therefore expediently set as a function of the total water quantity available. Another expedient control variable is the amount of heat introduced into the steam generator 15 with the exhaust gases a and optionally with the flue gases additionally generated in a steam generator with additional firing. A signal s corresponding to these controlled variables is fed to the control valve 74 via a control line 75 in a manner not shown in detail.

Bei Vollastbetrieb beträgt die Teil- oder Durchsatzmenge t1 im Teilkreis 70 etwa 30 bis 50%, vorzugsweise 40%, der Gesamtwassermenge. Bei abnehmender Last wird bei einem Dampferzeuger mit Zusatzfeuerung zunächst die Zusatzfeuerung zurückgenommen und erst als weitere Maßnahme die Leistung der Gasturbine 2 abgesenkt. Bei Verwendung eines reinen Abhitzekessels als Dampferzeuger 15 wird bei Lastabnahme sofort die Leistung der Gasturbine 2 zurückgenommen. In beiden Fällen sinkt die in den Dampferzeuger 15 eingebrachte Wärmemenge, so daß aufgrund der geringeren Dampferzeugung die insgesamt verfügbare Speise-Wassermenge zurückgeht.In full-load operation, the partial or throughput quantity t1 in the partial circle 70 is approximately 30 to 50%, preferably 40%, of the total water quantity. In the case of a decreasing load, in the case of a steam generator with additional firing, the additional firing is first withdrawn and the power of the gas turbine 2 is only lowered as a further measure. If a pure waste heat boiler is used as the steam generator 15, the power of the gas turbine 2 is immediately reduced when the load is removed. In both cases, the amount of heat introduced into the steam generator 15 drops, so that the total amount of feed water available decreases due to the lower steam generation.

Mit der erfindungsgemäßen Einschaltung des Teilkreises 70 wird nun erreicht, daß über einen großen Lastbereich, also auch bei Vollast- und Teillastbetrieb, die den Vorwärmer 22 im Dampferzeuger 15 durchströmende Teilmenge t2 konstant bleibt, obwohl insgesamt die Speisewassermenge zurückgenommen wird. Dabei wird das Regelventil 74 mit abnehmender Last kontinuierlich geschlossen. Gleichzeitig wird die dem Wärmetauscher 71 primärseitig zugeführte Dampfmenge im Teillastbereich bis auf Null zurückgenommen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß die Niederdruck-Heizeinrichtung 21 kontinuierlich Dampf erzeugt, so daß über den gesamten Lastbereich die Temperatur der Abgase a in Strömungsrichtung hinter dem Verdampfer 60 annähernd konstant bleibt. Dies hat insgesamt den Vorteil, daß sowohl bei einem Dampferzeuger 15 mit Zusatzfeuerung als auch bei einem als Abhitzekessel ausgebildeten Dampferzeuger 15 bei allen Betriebszuständen der Anlage eine optimale Nutzung der in den Dampferzeuger 15 eingebrachten Wärmemenge bei gleichzeitig niedriger Temperatur der den Dampferzeuger 15 verlassenden Abgase a ermöglicht wird.With the switching on of the partial circuit 70 according to the invention it is now achieved that over a large load range, that is to say also during full load and part load operation, the partial quantity t2 flowing through the preheater 22 in the steam generator 15 remains constant, although the feed water quantity is reduced overall. The control valve 74 is closed continuously as the load decreases. At the same time, the amount of steam supplied to the heat exchanger 71 on the primary side is reduced to zero in the part-load range. This measure ensures that the low-pressure heating device 21 continuously generates steam, so that the temperature of the exhaust gases a in the flow direction behind the evaporator 60 remains approximately constant over the entire load range. Overall, this has the advantage that both in a steam generator 15 with additional firing and in a steam generator 15 designed as a waste heat boiler enables optimal use of the amount of heat introduced into the steam generator 15 at a simultaneously low temperature of the exhaust gases a leaving the steam generator 15 becomes.

Claims (10)

  1. A method for operating a gas and steam turbine plant (1) having a steam generator through which exhaust gas (a) from the gas turbine (2) flows for the production of steam for a steam turbine (10) in a water-steam loop (12) having a high-pressure stage and a low-pressure stage, wherein in the high-pressure stage the water is preheated and then evaporated, a partial quantity (t₁) of the water to be preheated being preheated in the high-pressure stage outside the steam generator (15),
    characterised in that
    the partial quantity t₁ is adjusted as a function of the total quantity of water currently available and is admixed with the water preheated in the steam generator (15), and that the heat reservoir thus created in the steam generator (15) is utilized for evaporation of a further partial quantity (t₃) of the water in the low-pressure stage.
  2. A method according to claim 1, characterised in that the adjustable partial quantity (t₁) is preheated by indirect heat exchange with steam from the steam turbine (10).
  3. A method according to claim 1 or claim 2, characterised in that the partial quantity (t₃) of the water evaporated by the utilization of the heat reservoir in the steam generator (15) is admixed with the low-pressure steam flowing into a low-pressure part (10c) of the steam turbine (10).
  4. A gas and steam turbine plant having a steam generator (15) through which the exhaust gas (a) from the gas turbine (2) flows, which has at least one high-pressure preheater (22) incorporated in the water-steam loop (12) of the steam turbine (10) and includes a high-pressure heater (24) connected downstream of the high-pressure preheater (22) in the direction of flow of the water-steam loop, and having a heat exchanger (72) for preheating a partial quantity (t₁) of the water to be preheated connected in parallel with the high-pressure preheater (22) outside the steam generator (15), characterised by a device (74) for adjusting the partial quantity (t₁) as a function of the total quantity of water currently available, the partial quantity (t₁) being capable of being admixed with the water preheated in the high-pressure preheater (22), and by a heat exchanger (21) for the generation of low-pressure steam disposed in the steam generator (15) in the region of the high-pressure preheater (22).
  5. A gas and steam turbine plant according to claim 4, characterised in that as the heat exchanger (21) a low-pressure heater (21) is provided which is disposed in the steam generator (15) after the high-pressure heating device (24) in the direction of flow of the exhaust gases (a) and which is connected in parallel with the series arrangement consisting of the preheater (22) and the high-pressure heating device (24).
  6. A gas and steam turbine plant according to claim 4 or claim 5, characterised in that the throughput quantity (t₁) in the partial loop (70) can be adjusted as a function of the quantity of heat supplied to the steam generator (15).
  7. A gas and steam turbine plant according to one of claims 4 to 6, characterised in that a second preheater (23) is connected downstream of the preheater (22).
  8. A gas and steam turbine plant according to claim 7, characterised in that the partial loop (70) is connected at its outlet side to the inlet to the second preheater (23).
  9. A gas and steam turbine plant according to one of claims 4 to 8, characterised in that a regulating valve (74) is incorporated in the partial loop (70).
  10. A gas and steam turbine plant according to one of claims 4 to 9, characterised in that in the steam generator (15) heating surfaces (20) are incorporated after the preheater (22), in the direction of flow of the exhaust gases (a), and are connected at their outlet side to the preheater (22) and to the partial loop (70).
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