EP0915233B1 - Hybridkraftwerk - Google Patents

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EP0915233B1
EP0915233B1 EP97810827A EP97810827A EP0915233B1 EP 0915233 B1 EP0915233 B1 EP 0915233B1 EP 97810827 A EP97810827 A EP 97810827A EP 97810827 A EP97810827 A EP 97810827A EP 0915233 B1 EP0915233 B1 EP 0915233B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
steam
steam generator
feedwater
heat
power plant
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
EP97810827A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0915233A1 (de
Inventor
Mircea Fetescu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Switzerland GmbH
Original Assignee
Alstom Schweiz AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Schweiz AG filed Critical Alstom Schweiz AG
Priority to EP97810827A priority Critical patent/EP0915233B1/de
Priority to DE59709579T priority patent/DE59709579D1/de
Priority to IL12680098A priority patent/IL126800A/en
Publication of EP0915233A1 publication Critical patent/EP0915233A1/de
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Publication of EP0915233B1 publication Critical patent/EP0915233B1/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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

Definitions

  • the present invention relates to the field of Power plant technology. It relates to a hybrid power plant, comprehensively a steam turbine driving a first generator, which optionally with steam from a fuel-operated Steam generator and / or with steam from a waste heat steam generator can be operated, as well as a second generator driving gas turbine, at the outlet of the heat recovery steam generator is arranged and from the hot combustion gases the gas turbine is flowed through, as well as a feed water tank, in which that from the steam turbine’s exhaust steam returned condensate formed in a condenser, and from which feed water for steam generation to the Steam generator or the waste heat steam generator is released, the condensate before being returned to the feed water tank and the feed water before delivery to the steam generator be preheated.
  • Such a hybrid power plant is e.g. from DE-A1-195 42 917 known.
  • the hybrid power plant 10 includes the conventional steam circuit with a steam turbine 24 several stages 25, .., 27 and one via the turbine shaft 29 coupled generator 28, a steam generator 11, a Feed water tank 35 and a condenser 34.
  • the feed water is from the feed water tank 35 by means of a Feed water pump 36 via the feed water supply line 38
  • Steam generator 11 supplied, usually with coal, oil or gas is fired via a fuel supply 13 in a burner 12 arrives and is burned there, the smoke gases are discharged through a flue gas outlet become.
  • the feed water is in the steam generator 11 as it passes through several at different temperature levels Heat exchanger 15, .., 17 heated and converted into steam, the as live steam via a live steam line 20 of a high pressure stage 25 of the steam turbine 24 is fed and there under Performing work in a first step is relaxed becomes.
  • the steam passes from the outlet of the high pressure stage 25 either via the bypass line 23 with the valve 22 open directly to the entrance of a subsequent medium pressure stage 26, or is first with valves 19 and 21 open sent through a further heat exchanger 18 and reheated there. After a further relaxation in the medium pressure stage The steam becomes 26 in a subsequent low pressure stage 27 finally relaxed to its ultimate pressure and converted to condensate in a condenser 34.
  • the Condensate is discharged from a condensate pump 37 via a condensate line 41 transported back into the feed water tank 35.
  • the feed water For preheating the feed water is behind the feed water pump 36 in the feed water supply line 38 at least one regenerative heat exchanger provided as high-pressure preheater 39, which is traversed by steam, which via a sampling steam line 31 from the high pressure stage 25 of the steam turbine 25 is removed.
  • the condensate pump 37 in the condensate line at least two regenerative heat exchangers as Low pressure preheater 42, 43 provided by steam are flowed through, from the medium pressure stage 26 or Low pressure stage 27 via extraction steam lines 32 or 33 is removed.
  • the conventional steam cycle a gas turbine 50 with a to the turbine shaft 56 coupled generator 55 and a heat recovery steam generator 44 added by the hot ones Combustion gases of the gas turbine 50 is flowed through.
  • the heat recovery steam generator 44 becomes feed water, which between the Feed water pump 36 and preheater 39 by means of a feed water supply 40 branched off and the heat recovery steam generator 44 is supplied, heated in several heat exchangers 45, .., 47 and converted into steam, which in addition as live steam or alternatively to live steam from the steam generator 11 via the live steam line 30 to the high pressure stage 25 of the Steam turbine 24 arrives.
  • a further heat exchanger 48 On the low temperature side of the Heat recovery steam generator 44 is a further heat exchanger 48 arranged, in which condensate is preheated, which between the preheaters 42 and 43 by means of a condensate line 41a is branched off.
  • the gas turbine 50 itself includes a turbine 51 and one Compressors 54, which sit on the common shaft 56.
  • the compressor 54 draws in and compresses combustion air for a subsequent burner 52 where the combustion of the via the fuel supply 53 introduced fuel.
  • the hot combustion gases perform in the turbine Work and arrive after passing through the heat recovery steam generator 44 to the outside in an exhaust pipe 49.
  • the task is at a hybrid power plant of the type mentioned kind of solved that for preheating the condensate and the feed water only the hot exhaust gases the gas turbine can be used.
  • the steam turbine can be mounted on the floor because on the usually arranged under the steam turbine Preheater no consideration needs to be taken.
  • the not withdrawn steam can be in the steam turbine with high efficiency be used for power generation.
  • a preferred embodiment of the hybrid power plant according to the Invention is characterized in that in the Heat recovery steam generator is a heat exchanger for preheating the entire feed water and a heat exchanger for preheating of the entire condensate are provided that the Condensate and the feed water for preheating by the corresponding Heat exchanger is routed that the heat exchanger for preheating the condensate on the low temperature side the heat recovery steam generator is arranged, and that the Heat exchanger for preheating the feed water in the heat recovery steam generator further heat exchangers towards the high temperature side for the generation of steam from the preheated feed water are connected downstream.
  • This can cause the heat in the heat recovery steam generator on one compared to steam extraction low energy levels can be recovered.
  • the (big) Preheaters in the heat recovery steam generator work with a low Temperature difference, which - compared to the conventional steam-powered regenerative preheaters - to a lower one Cause loss of exergy.
  • FIG. 2 shows a preferred exemplary embodiment for a hybrid power plant shown schematically.
  • An essential difference of the system diagram shown in FIG. 2 for the system diagram from Fig. 1 is that in Fig. 2 with Extraction steam from the steam turbine 24 operated regenerative Preheaters 39, 42 and 43 are completely omitted, and that the preheating of both the feed water and the Condensate carried out directly in the heat recovery steam generator 44 ' becomes.
  • the waste heat steam generator 44 ' is designed to that it preheats all of the feed water and all of it Condensate can take over. To do this, the associated Low temperature heat exchanger 47 'and 48' in the heat recovery steam generator 44 'compared to the heat exchangers 47 and 48 Fig. 1 is enlarged.
  • the feed water supply line 40 guides the entire feed water from the feed water pump 36 to the entrance of the heat exchanger 47 '. From the exit of the heat exchanger 47 'the preheated feed water is optionally passed directly into the subsequent ones, which are at a higher temperature Heat exchanger 45, 46 and is there in live steam converted, or it passes through the feed water supply 38 to the steam generator 11.
  • the condensate is discharged through the condensate line 41a fully on the entrance of the heat exchanger 48 'guided, preheated in the heat exchanger 48' and then introduced into the feed water tank 35.
  • the total waste heat the gas turbine 50 is used to fully preheat of the entire feed water and condensate and to generate live steam that meets the live steam conditions corresponds to the steam generator 11 and in addition to Steam generator 11 forms a second fresh steam source.
  • operating mode 1 only the conventional steam cycle is used.
  • the gas turbine 50 is not in operation.
  • Corresponding also finds no preheating of the feed water and of the condensate in the heat recovery steam generator 44 '.
  • This operating mode is comparable to operating a CSPP, at which closed the regenerative preheater and steam extraction are. The efficiency is correspondingly lower.
  • This mode is not the normal mode and will be only used if the gas turbine (s) are on schedule or forcibly fail.
  • Preheating the condensate can improve the situation made in the degasser of the feed water tank 35 become.
  • the preheating of the feed water can be done in a special Preheaters are carried out in the steam generator 11, the instead of the heat exchanger 18 for reheating some of the flue gases are supplied.
  • the disadvantage is that associated increased complexity of the steam generator 11.
  • the system In operating mode 2, the system is in the intended hybrid Driving style, with live steam for the steam turbine 24 both by the steam generator 11 and by the heat recovery steam generator 44 'is provided.
  • the system is a pure combination system (CCPP) driven, i.e. the live steam is used exclusively generated in the heat recovery steam generator 44 '. This can cause moisture come in the outlet of the steam turbine 24. This can be done avoid the steam between the medium pressure stage 26 and the low pressure stage 27 of the steam turbine 24 by a heat exchanger or by injection of hot steam is additionally heated in the steam line, or that Steam removed at the entrance to low pressure stage 27 and before the last section of the low pressure stage 27 is added.
  • CCPP pure combination system

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kraftwerkstechnik. Sie betrifft ein Hybridkraftwerk, umfassend eine einen ersten Generator antreibende Dampfturbine, welche wahlweise mit Dampf aus einem mit Brennstoff betriebenen Dampferzeuger und/oder mit Dampf aus einem Abhitzedampferzeuger betrieben werden kann, sowie eine einen zweiten Generator antreibende Gasturbine, an deren Ausgang der Abhitzedampferzeuger angeordnet ist und von den heissen Verbrennungsgasen der Gasturbine durchströmt wird, sowie einen Speisewasserbehälter, in welchen das aus dem Abdampf der Dampfturbine in einem Kondensator gebildete Kondensat zurückgeführt, und aus welchem Speisewasser zur Dampferzeugung an den Dampferzeuger bzw. den Abhitzedampferzeuger abgegeben wird, wobei das Kondensat vor der Rückführung in den Speisewasserbehälter und das Speisewasser vor der Abgabe an den Dampferzeuger vorgewärmt werden.
Ein solches Hybridkraftwerk ist z.B. aus der DE-A1-195 42 917 bekannt.
STAND DER TECHNIK
Bei den Kraftwerken zur Erzeugung elektrischer Energie lassen sich verschiedene Kraftwerkstypen unterscheiden, die beispielsweise in einer Publikation der Anmelderin, R. Bachmann, M. Fetescu, H. Nielsen, More than 60 % Efficiency by Combining Advanced Gas Turbines and Conventional Steam Power Plants, ABB Technical Paper No. PGT 2163 96 E (1996), dargestellt sind:
  • (1) Das konventionelle Dampfkraftwerk (Conventional Steam Power Plant CSPP; siehe Fig. 1 der ABB-Publikation), bei dem der Dampf ausschliesslich in einem herkömmlichen mit Kohle befeuerten Dampferzeuger (Kessel) erzeugt und auf eine (oder mehrere) Dampfturbine(n) geleitet und zur Stromerzeugung ausgenutzt wird.
  • (2) Das Kombikraftwerk (Combined Cycle Power Plant CCPP); siehe Fig. 2 der ABB-Publikation), bei dem der Dampf für eine (oder mehrere) Dampfturbine(n) ausschliesslich in einem Abhitzedampferzeuger (Heat Recovery Steam Generator HRSG) erzeugt wird, welcher von den heissen Abgasen einer (oder mehrerer) Gasturbine(n) durchströmt wird. Sowohl die Dampfturbine(n) als auch die Gasturbine(n) sind zur Stromerzeugung mit einem Generator gekoppelt.
  • (3) Das Hybridkraftwerk, in welchem neben der Kombination von Dampf- und Gasturbinen auch eine Kombination von (fremdbefeuertem) Dampferzeuger und (hinter der Gasturbine angeordnetem) Abhitzedampferzeuger zur Bereitstellung des Frischdampfes für die Dampfturbine verwendet wird (siehe Fig. 3 der ABB-Publikation bzw. die eingangs genannte Druckschrift DE-A1-195 42 917). Die Gasturbine mit dem Abhitzedampferzeuger wird dabei in ein herkömmliches Dampfkraftwerk (CSPP) zusätzlich eingebaut und integriert. Dadurch ergeben sich 3 verschiedene Arten des Betriebs (hybrid, konventionell und als Kombikraftwerk). Insbesondere können durch Umschalten zwischen den Betriebsarten die Gasturbine und der Dampferzeuger, die gegenüber der gemeinsam verwendeten Dampfturbine eine höhere Ausfallrate aufweisen, getrennt gewartet werden, ohne dass der Betrieb der Anlage vollständig unterbrochen werden muss.
    • Die beschriebenen Kraftwerkstypen (1) und (2) haben verschiedene Nachteile:
    • beim separaten CSPP- oder CCPP-Typ gibt es keine Flexibilität beim Brennstoff, weil entweder Kohle (CSPP) oder Gas (CCPP) verwendet werden muss;
    • es sind, speziell beim CSPP-Typ, hohe Investitionskosten von 1000-1200 $/kW erforderlich;
    • der Wirkungsgrad ist, speziell beim CSPP-Typ, relativ gering, die Brennstoffkosten sind hoch;
    • die Kosten für die Stromerzeugung sind hoch;
    • die Flexibilität des Betriebs ist gering (CSPP-Typ);
    • eine Verbesserung des Wirkungsgrades beim CSPP-Typ durch höhere Drücke und Temperaturen des Frischdampfes, doppelte Zwischenüberhitzung, höhere Speisewassertemperaturen, tiefere Kondensatordrücke usw. kann nur durch hohe Kapitalinvestitionen und technologische Risiken erreicht werden, nämlich durch neuartige Materialien und Herstellungsprozesse;
    Beim hybriden Kraftwerkstyp (3), bei dem die Gasturbine und der Abhitzedampferzeuger zu einem herkömmlichen Dampfkreislauf nachträglich hinzugefügt werden, ergibt sich - wie dies aus der schematischen Darstellung in Fig. 1 zu entnehmen ist - die folgende Situation: Beim Hybridkraftwerk 10 umfasst der konventionelle Dampfkreislauf eine Dampfturbine 24 mit mehreren Stufen 25,..,27 und einem über die Turbinenwelle 29 angekoppelten Generator 28, einen Dampferzeuger 11, einen Speisewasserbehälter 35 und einen Kondensator 34. Das Speisewasser wird aus dem Speisewasserbehälter 35 mittels einer Speisewasserpumpe 36 über die Speisewasserzuleitung 38 dem Dampferzeuger 11 zugeführt, der üblicherweise mit Kohle, Oel oder Gas befeuert wird, die über ein Brennstoffzufuhr 13 in einen Brenner 12 gelangt und dort verbrannt wird, wobei die entstehenden Rauchgase durch einen Rauchgasausgang abgeleitet werden.
    Das Speisewasser wird im Dampferzeuger 11 beim Durchlaufen mehrerer auf unterschiedlichem Temperaturniveau befindlicher Wärmetauscher 15,..,17 erhitzt und in Dampf umgewandelt, der als Frischdampf über eine Frischdampfleitung 20 einer Hochdruckstufe 25 der Dampfturbine 24 zugeführt wird und dort unter Verrichtung von Arbeit in einem ersten Schritt entspannt wird. Vom Ausgang der Hochdruckstufe 25 gelangt der Dampf entweder über die Bypassleitung 23 bei geöffnetem Ventil 22 direkt auf den Eingang einer nachfolgenden Mitteldruckstufe 26, oder wird zunächst bei geöffneten Ventilen 19 und 21 durch einen weiteren Wärmetauscher 18 geschickt und dort zwischenüberhitzt. Nach einer weiteren Entspannung in der Mitteldruckstufe 26 wird der Dampf in einer nachfolgenden Niederdruckstufe 27 schliesslich auf seinen Enddruck entspannt und in einem Kondensator 34 in Kondensat umgewandelt. Das Kondensat wird von einer Kondensatpumpe 37 über eine Kondensatleitung 41 in den Speisewasserbehälter 35 zurückbefördert.
    Für die Vorwärmung des Speisewassers ist hinter der Speisewasserpumpe 36 in der Speisewasserzuleitung 38 wenigstens ein regenerativer Wärmetauscher als Hochdruckvorwärmer 39 vorgesehen, der von Dampf durchströmt wird, welcher über eine Entnahmedampfleitung 31 aus der Hochdruckstufe 25 der Dampfturbine 25 entnommen wird. Für die (stufenweise) Vorwärmung des Kondensats sind hinter der Kondensatpumpe 37 in der Kondensatleitung wenigstens zwei regenerative Wärmetauscher als Niederdruckvorwärmer 42, 43 vorgesehen, welche von Dampf durchströmt werden, der aus der Mitteldruckstufe 26 bzw. der Niederdruckstufe 27 über Entnahmedampfleitungen 32 bzw. 33 entnommen wird.
    Bei der nachträglichen Umwandlung in ein Hybridkraftwerk wird dem konventionellen Dampfkreislauf eine Gasturbine 50 mit einem an die Turbinenwelle 56 angekoppelten Generator 55 und ein Abhitzedampferzeuger 44 zugefügt, der von den heissen Verbrennungsgasen der Gasturbine 50 durchströmt wird. Im Abhitzedampferzeuger 44 wird Speisewasser, welches zwischen der Speisewasserpumpe 36 und dem Vorwärmer 39 mittels einer Speisewasserzuleitung 40 abgezweigt und dem Abhitzedampferzeuger 44 zugeführt wird, in mehreren Wärmetauschern 45,..,47 erhitzt und in Dampf umgewandelt, der als Frischdampf zusätzlich oder alternativ zum Frischdampf aus dem Dampferzeuger 11 über die Frischdampfleitung 30 zur Hochdruckstufe 25 der Dampfturbine 24 gelangt. Auf der Niedertemperaturseite des Abhitzedampferzeugers 44 ist ein weiterer Wärmetauscher 48 angeordnet, in welchem Kondensat vorgewärmt wird, welches zwischen den Vorwärmern 42 und 43 mittels einer Kondensatleitung 41a abgezweigt wird.
    Die Gasturbine 50 selbst umfasst eine Turbine 51 und einen Verdichter 54, welche auf der gemeinsamen Welle 56 sitzen. Der Verdichter 54 saugt an und verdichtet Verbrennungsluft für einem nachfolgenden Brenner 52, wo die Verbrennung des über die Brennstoffzuführung 53 eingebrachten Brennstoffs erfolgt. Die heissen Verbrennungsgase verrichten in der Turbine Arbeit und gelangen nach Durchlaufen des Abhitzedampferzeugers 44 in einer Abgasleitung 49 nach aussen.
    Der Nachteil dieses nachgerüsteten Hybridkraftwerks ist, dass die Vorwärmer 39, 42 und 43 für das Kondensat und das Speisewasser mit Dampf betrieben werden, welcher der Dampfturbine 24 entnommen wird. Dies erfordert wegen der Dampfentnahme und der Vorwärmer einen speziellen Aufbau bei der Dampfturbine 24 sowie eine aufwendige Leitungsführung mit entsprechenden Kontroll- und Regeleinrichtungen. Darüber hinaus steht der entnommene Dampf für die Stromerzeugung nicht zur Verfügung, wodurch der Wirkungsgrad reduziert wird.
    DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
    Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Hybridkraftwerk zu schaffen, welches sich durch eine sehr flexible Betriebsweise und verringerte Anlagenkosten bei gleichzeitig verbessertem Wirkungsgrad auszeichnet.
    Die Aufgabe wird bei einem Hybridkraftwerk der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass für die Vorwärmung des Kondensats und des Speisewassers ausschliesslich die heissen Abgase der Gasturbine verwendet werden. Hierdurch entfallen die Vorrichtungen (Leitungen, Armaturen etc.)an der Dampfturbine für die Entnahme des Dampfes für die (regenerativen) Vorwärmer. Die Dampfturbine kann auf dem Boden montiert werden, weil auf die üblicherweise unter der Dampfturbine angeordneten Vorwärmer keine Rücksicht genommen werden muss. Der nicht entnommene Dampf kann in der Dampfturbine mit hohem Wirkungsgrad für die Stromerzeugung benutzt werden.
    Eine bevorzugte Ausführungsform des Hybridkraftwerks nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Abhitzedampferzeuger ein Wärmetauscher für die Vorwärmung des gesamten Speisewassers und ein Wärmetauscher für die Vorwärmung des gesamten Kondensats vorgesehen sind, dass das Kondensat und das Speisewasser zur Vorwärmung durch den entsprechenden Wärmetauscher geleitet wird, dass der Wärmetauscher zur Vorwärmung des Kondensats auf der Niedertemperaturseite des Abhitzedampferzeugers angeordnet ist, und dass dem Wärmetauscher für die Vorwärmung des Speisewassers im Abhitzedampferzeuger zur Hochtemperaturseite hin weitere Wärmetauscher für die Erzeugung von Dampf aus dem vorgewärmten Speisewasser nachgeschaltet sind. Hierdurch kann die Wärme im Abhitzedampferzeuger auf einem im Vergleich zur Dampfentnahme niedrigen Energieniveau zurückgewonnen werden. Die (grossen) Vorwärmer im Abhitzedampferzeuger arbeiten mit einer geringen Temperaturdifferenz, die - verglichen mit den herkömmlichen dampfbetriebenen regenerativen Vorwärmern - zu einem geringeren Verlust an Exergie führen.
    Weitere Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
    KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
    Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden.
    Es zeigen
    Fig. 1
    den schematischen Aufbau eines durch Nachrüstung eines konventionellen Dampfkraftwerks entstandenen Hybridkraftwerks; und
    Fig. 2
    den vergleichbaren Aufbau eines Hybridkraftwerks gemäss einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
    WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
    In Fig. 2 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für ein Hybridkraftwerk schematisch dargestellt. Ein wesentlicher Unterschied des in Fig. 2 gezeigten Anlagenschemas zu dem Anlagenschema aus Fig. 1 besteht darin, dass in Fig. 2 die mit Entnahmedampf aus der Dampfturbine 24 betriebenen regenerativen Vorwärmer 39, 42 und 43 vollständig weggelassen werden, und dass die Vorwärmung sowohl des Speisewassers als auch des Kondensats direkt im Abhitzedampferzeuger 44' durchgeführt wird. Der Abhitzedampferzeuger 44' ist dazu so ausgelegt, dass er die Vorwärmung des gesamten Speisewassers und des gesamten Kondensats übernehmen kann. Dazu werden die zugehörigen Niedertemperatur-Wärmetauscher 47' und 48' im Abhitzedampferzeuger 44' gegenüber den Wärmetauschern 47 und 48 aus Fig. 1 vergrössert ausgeführt. Die Speisewasserzuleitung 40 führt das gesamte Speisewasser von der Speisewasserpumpe 36 auf den Eingang des Wärmetauschers 47'. Vom Ausgang des Wärmetauschers 47' gelangt das vorgewärmte Speisewasser wahlweise direkt in die nachfolgenden, auf höherer Temperatur befindlichen Wärmetauscher 45, 46 und wird dort in Frischdampf umgewandelt, oder es gelangt über die Speisewasserzuleitung 38 zum Dampferzeuger 11. Das Kondensat wird über die Kondensatleitung 41a in vollem Umfang auf den Eingang des Wärmetauschers 48' geführt, im Wärmetauscher 48' vorgewärmt und anschliessend in den Speisewasserbehälter 35 eingeleitet. Da die Vorwärmung in den Wärmetauschern 47', 48' die Abhitze der Gasturbine 50 ausnutzt und der Dampfturbine 24 kein Dampf für Vorwärmzwecke entnommen zu werden braucht, kann auf die entsprechenden Anschlüsse an der Dampfturbine, die Entnahmedampfleitungen und die zugehörigen Armaturen verzichtet werden.
    Im Normalbetrieb der Anlage aus Fig. 2 wird die gesamte Abhitze der Gasturbine 50 dazu verwendet, um die volle Vorwärmung des gesamten Speisewassers und Kondensats zu durchzuführen und Frischdampf zu erzeugen, der den Frischdampfbedingungen des Dampferzeugers 11 entspricht und zusätzlich zum Dampferzeuger 11 eine zweite Frischdampfquelle bildet.
    Die Vorteile des erfindungsgemässen Hybridkraftwerks können wie folgt beschrieben werden:
    • Der Wirkungsgrad der Anlage wird durch eine Kombination von CSPP- und CCPP-Arbeitsweise erhöht. Die auf dem Niedrigenergie-Niveau des Abhitzedampferzeugers 44' in den Wärmetauschern 47' und 48' zurückgewonnene Wärme ersetzt den Dampf, welcher in einem konventionellen Dampfkreislauf (Fig. 1) der Dampfturbine für die regenerativen Vorwärmer 39, 42 und 43 entnommen wird. Der damit in der Dampfturbine 24 zusätzlich zur Verfügung stehende Dampf wird expandiert und in Strom umgewandelt. Das bedeutet letztendlich, dass die aus der Abhitze der Gasturbine 50 auf Niedrigenergie-Niveau zurückgewonnen Wärme in Strom umgewandelt wird. Die Vorwärmer können dabei mit einem Mehrdruck-Abhitzedampferzeuger - entsprechend den verschiedenen Dampfentnahmeniveaus - nachgebildet werden.Hinsichtlich der Exergie arbeiten die grossen Wärmetauscher 47' und 48' im Abhitzedampferzeuger 44' mit kleinen Temperaturdifferenzen und zeichnen sich daher durch einen Verlust an Exergie aus, der geringer ist als bei den regenerativen Vorwärmern 39, 42 und 43 in Fig. 1. Die regenerativen Vorwärmer 39, 42, 43 arbeiten demgegenüber als Entüberhitzer-Kondensatoren mit relativ hohen Temperaturdifferenzen und entsprechend mit hohen Exergieverlusten.Der Anlagenaufwand und damit die Investitionskosten sind verglichen mit Kraftwerken von CSPP- oder CCPP-Typ oder vom nachgerüsteten Hybridtyp mit regenerativen Vorwärmern deutlich niedriger.Es werden weder die regenerativen Vorwärmer noch die zugehörigen Entnahmedampfvorrichtungen an der Dampfturbine benötigt; dies bedeutet weniger Leitungen und Ventile sowie Kontroll- und Steuereinrichtungen und eine insgesamt reduzierte Komplexität der Anlage.Die Dampfturbine kann direkt auf dem Boden aufgestellt werden, weil die Entnahmevorrichtungen und Vorwärmer fehlen (der Hauptgrund für eine Auftischmontage ist es, Platz unter der Dampfturbine für die Vorwärmer zu schaffen). Der Auslass der Dampfturbine kann in diesem Fall axial oder seitlich angeordnet sein.Es gibt nur eine Dampfturbine für CSPP- und CCPP-Betrieb mit nur einem Generator, einem Transformator, einem Schaltfeld etc.. Die eine Dampfturbine kann billiger aufgestellt werden.Der Abhitzedampferzeuger kann stark vereinfacht werden (Einfachdurchlauf mit nur einem Druckniveau, keine Zwischenüberhitzung, keine Trommeln, vereinfachte Steuerung).
    Insgesamt ergibt sich mit der Erfindung eine Vereinfachung und damit verbunden eine Kostenreduktion der Anlage bei gleichzeitig hoher Flexibilität in der Anlagenplanung, ein hoher Wirkungsgrad auch bei Teillastbetrieb, niedrige Stromerzeugungskosten und die Möglichkeit, die Brennstoffkosten und die Kosten für Wartung und Betrieb während des Betriebs zu optimieren.
    Die Anlage gemäss Fig. 2 kann in drei verschiedenen Betriebsarten gefahren werden:
    Betriebsart 1:
    In der Betriebsart 1 wird nur der konventionelle Dampfkreislauf eingesetzt. Die Gasturbine 50 ist nicht in Betrieb. Entsprechend findet auch keine Vorwärmung des Speisewassers und des Kondensats im Abhitzedampferzeuger 44' statt. Diese Betriebsart ist vergleichbar mit dem Betrieb eines CSPP, bei dem die regenerativen Vorwärmer und die Dampfentnahme geschlossen sind. Der Wirkungsgrad ist entsprechend geringer. Diese Betriebsart ist nicht die normale Betriebsart und wird nur eingesetzt, wenn die Gasturbine(n) planmässig oder zwangsweise ausfallen.
    Zur Verbesserung der Situation kann eine Vorwärmung des Kondensats im Entgaser des Speisewasserbehälters 35 vorgenommen werden. Die Vorwärmung des Speisewassers kann in einem speziellen Vorwärmer im Dampferzeuger 11 durchgeführt werden, dem anstelle des Wärmetauschers 18 für die Zwischenüberhitzung ein Teil der Rauchgase zugeführt werden. Nachteilig ist die damit verbundene erhöhte Komplexität des Dampferzeugers 11.
    Betriebsart 2:
    In der Betriebsart 2 wird die Anlage in der vorgesehenen hybriden Fahrweise gefahren, bei der Frischdampf für die Dampfturbine 24 sowohl durch den Dampferzeuger 11 als auch durch den Abhitzedampferzeuger 44' bereitgestellt wird.
    Betriebsart 3:
    In der Betriebsart 3 wird die Anlage als reine Kombianlage (CCPP) gefahren, d.h., der Frischdampf wird ausschliesslich im Abhitzedampferzeuger 44' erzeugt. Hier kann es zu Feuchtigkeit im Auslass der Dampfturbine 24 kommen. Dies kann dadurch vermieden werden, dass der Dampf zwischen der Mitteldruckstufe 26 und der Niederdruckstufe 27 der Dampfturbine 24 durch einen Wärmetauscher oder durch Injektion von Heissdampf in die Dampfleitung zusätzlich aufgeheizt wird, oder dass Dampf am Eingang der Niederdruckstufe 27 entnommen und vor dem letzten Abschnitt der Niederdruckstufe 27 zugegeben wird.
    BEZEICHNUNGSLISTE
    10
    Hybridkraftwerk
    11
    Dampferzeuger (Kessel)
    12
    Brenner
    13
    Brennstoffzufuhr
    14
    Rauchgasausgang
    15,..,18
    Wärmetauscher
    19, 21, 22
    Ventil
    20
    Frischdampfleitung (Dampferzeuger)
    23
    Bypassleitung
    24
    Dampfturbine
    25
    Hochdruckstufe (Dampfturbine)
    26
    Mitteldruckstufe (Dampfturbine)
    27
    Niederdruckstufe (Dampfturbine)
    28
    Generator
    29
    Welle (Dampfturbine)
    30
    Frischdampfleitung (Abhitzedampferzeuger)
    31, .., 33
    Entnahmedampfleitung
    34
    Kondensator
    35
    Speisewasserbehälter
    36
    Speisewasserpumpe
    37
    Kondensatpumpe
    38
    Speisewasserzuleitung (Dampferzeuger)
    39
    Hochdruckvorwärmer
    40
    Speisewasserzuleitung (Abhitzedampferzeuger)
    41,41a
    Kondensatleitung
    42,43
    Niederdruckvorwärmer
    44,44'
    Abhitzedampferzeuger
    45,..,48
    Wärmetauscher (Abhitzedampferzeuger)
    47', 48'
    Wärmetauscher (Abhitzedampferzeuger)
    49
    Abgasleitung (Gasturbine)
    50
    Gasturbine
    51
    Turbine
    52
    Brenner
    53
    Brennstoffzuführung
    54
    Verdichter
    55
    Generator
    56
    Welle

    Claims (5)

    1. Hybridkraftwerk (10), umfassend eine einen ersten Generator (28) antreibende Dampfturbine (24), welche wahlweise mit Dampf aus einem mit Brennstoff betriebenen Dampferzeuger (11) und/oder mit Dampf aus einem Abhitzedampferzeuger (44') betrieben werden kann, sowie eine einen zweiten Generator (55) antreibende Gasturbine (50), an deren Ausgang der Abhitzedampferzeuger (44') angeordnet ist und von den heissen Verbrennungsgasen der Gasturbine (50) durchströmt wird, sowie einen Speisewasserbehälter (35), in welchen das aus dem Abdampf der Dampfturbine (24) in einem Kondensator (34) gebildete Kondensat zurückgeführt, und aus welchem Speisewasser zur Dampferzeugung an den Dampferzeuger (11) bzw. den Abhitzedampferzeuger (44') abgegeben wird, wobei das Kondensat vor der Rückführung in den Speisewasserbehälter (35) und das Speisewasser vor der Abgabe an den Dampferzeuger (11) vorgewärmt werden, dadurch gekennzeichnet, dass für die Vorwärmung des Kondensats und des Speisewassers ausschliesslich die heissen Abgase der Gasturbine (50) verwendet werden.
    2. Hybridkraftwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Abhitzedampferzeuger (44') ein Wärmetauscher (47') für die Vorwärmung des gesamten Speisewassers und ein Wärmetauscher (48') für die Vorwärmung des gesamten Kondensats vorgesehen sind, und dass das Kondensat und das Speisewasser zur Vorwärmung durch den entsprechenden Wärmetauscher (48' bzw. 47') geleitet wird.
    3. Hybridkraftwerk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (48') zur Vorwärmung des Kondensats auf der Niedertemperaturseite des Abhitzedampferzeugers (44') angeordnet ist.
    4. Hybridkraftwerk nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wärmetauscher (47') für die Vorwärmung des Speisewassers im Abhitzedampferzeuger (44') zur Hochtemperaturseite hin weitere Wärmetauscher (45, 46) für die Erzeugung von Dampf aus dem vorgewärmten Speisewasser nachgeschaltet sind.
    5. Hybridkraftwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass am Ausgang des Speisewasserbehälters (35) eine Speisewasserpumpe (36) angeordnet ist, dass der Ausgang der Speisewasserpumpe (36) mit dem Eingang des Wärmetauschers (47') für die Vorwärmung des Speisewassers verbunden ist, und dass der Ausgang des Wärmetauschers (47') an die Speisewasserzuleitung (38) des Dampferzeugers (11) angeschlossen ist.
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