EP1050667A1 - Combined power plant with auxiliary burner - Google Patents
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- EP1050667A1 EP1050667A1 EP99810389A EP99810389A EP1050667A1 EP 1050667 A1 EP1050667 A1 EP 1050667A1 EP 99810389 A EP99810389 A EP 99810389A EP 99810389 A EP99810389 A EP 99810389A EP 1050667 A1 EP1050667 A1 EP 1050667A1
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- EP
- European Patent Office
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- steam
- turbine
- feed water
- gas turbine
- heat recovery
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- Withdrawn
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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
- F01K23/103—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 afterburner in exhaust boiler
Definitions
- the present invention relates to a combination system consisting of at least one gas turbine, at least one steam turbine, and at least a heat recovery steam generator. It will continue to operate of such a system.
- gas turbine of a combination plant to operate temporarily with increased performance.
- has a short-term Increasing the hot gas temperatures for example, a sustainable one negative effect on the life of the machine components.
- Increase in performance by introducing water or steam into the Combustion chamber or the hot gas path of the gas turbine is not unproblematic. In addition, these measures will soon reach theirs quantitative limits.
- Additional firing can also be of interest to the delivery to increase electrical power in times of peak demand. If high prices for top performance that can be provided quickly are increased electricity generation costs due to the lower efficiency acceptable, especially when providing peak performance with low capital investment.
- the additional firing reaches its limits when the exhaust gas from the Gas turbine is already at a temperature level that is little below the permissible maximum temperature of the boiler.
- a case is given, for example, when gas turbines of the type ABB GT24 / GT26 can be used in the combination process.
- the Exhaust gas temperature already well above 600 ° C.
- a bigger one Increasing the temperature through additional firing requires a redesign of the Boilers using expensive and complex to process High temperature materials.
- the core of the invention is therefore, in a combination system, the exhaust gas from the gas turbine first cool in the superheater from the originally high temperature, by a larger distance up to the maximum when using the additional firing permissible temperature of a waste heat boiler, and thus the Water-steam circuit to supply additional heat to the steam turbine to increase the power output of the steam turbine.
- the additional firing is therefore not at the inlet of the exhaust gas arranged in the boiler, but downstream of at least one superheater.
- the exhaust gas of the gas turbine when the The boiler has already cooled down considerably, up to the boiling point of the Feed water.
- the temperature difference by which the exhaust gas in the superheater cooled, can now be fired without the To have to design waste heat boilers for higher temperatures.
- Another advantage of the invention is - in addition to the larger to be fired Performance - that the additional firing acts on the evaporator pipe instead on a superheater. This will prevent the superheater surfaces with the radiant heat of the additional firing and at the same time the high Hot gas temperatures applied.
- the heat recovery steam generator of a combination system according to the invention can be used as conventional drum kettle or as a single-pipe kettle. Also if in the latter type there is no sharp dividing line between the superheater part and the evaporator of the heat recovery steam generator is more, that It should be clear to the specialist where the additional firing according to the Claims to be arranged, just in the flow direction of the relaxed Working medium of the gas turbine downstream of the live steam superheater on the one hand, that the gas turbine exhaust gas has already cooled down, on the other hand, so that the additional firing on heat exchanger surfaces acts from which the heat - especially the radiant heat of Additional firing - discharged by a liquid in all operating states becomes.
- a preferred operating mode for such a combination system is the following:
- the gas turbine operates at full load in nominal full load operation.
- the exhaust of the Gas turbine flows through one after the other in the heat recovery steam generator Superheater, an evaporator and an economizer.
- the amount of steam results in this operating state so that the temperature of the exhaust gas on Leaves from the evaporator just above the boiling point of the Feed water lies.
- the auxiliary firing is switched on, which increases steam production.
- the thermal output of the additional firing can be increased up to the maximum Temperature of the gas turbine exhaust gas at the outlet from the superheater only is still slightly above the boiling point of the feed water, or the maximum permissible temperature of the additional firing for the boiler is reached.
- the execution of the combination system according to the invention without Reheating is a preferred variant in cases where a The greatest possible potential for providing peak load at low Investment costs should be used.
- the conventional arrangement of a Reheater at the same position in the heat recovery steam generator as that Live steam reheater is only useful if this is the case caloric potential of the gas turbine exhaust gas is sufficiently high to between the entry temperature of the hot gas into the boiler and the Boiling temperature of the feed water to provide enough energy to also a greatly increased amount of steam due to the additional firing on the Fresh steam temperature to overheat and this amount of steam at the same time reheat.
- the partial flow led through the feed water preheater is in the Dimension and preheated to the first partial flow so that the total mass flow when leaving the economizer is almost on the Boiling temperature is.
- the circuit variant in which a first partial flow is fed directly into the economizer, compared to the preheating of the Total mass flow is preferred because the temperature of the coldest in the Economizer inflowing water pretends to be the lowest temperature which uses the calorific potential of the gas turbine exhaust gas can.
- the feed water preheaters are operated with steam, which is more suitable Place of the steam turbine is removed.
- This initially disturbing loss Working fluid of the steam turbine can be increased when operating Steam mass flow can even be an advantage.
- the flash floods can therefore built smaller and better for normal operation, i.e. combination operation without Additional firing and with a lower amount of steam.
- Depending on System design can possibly be due to expensive additional floods in the Low pressure part of the steam turbine can be dispensed with.
- Each branch of the feed water line is expediently equipped with a shut-off and regulating device.
- the shut-off device in the branch that leads directly to the economizer are closed, and another feed water partial stream is expediently heated to above the dew point temperature of sulfuric acid, to avoid corrosion damage to the boiler tubing.
- the arrangement according to the invention is the Additional firing between superheater and evaporator is an advantage if the exhaust gas temperature of the gas turbine is only slightly below the maximum permissible boiler temperature, which is particularly the case is when gas turbines with reheating the partially relaxed working medium be used.
- gas turbines are from EP 0 620 362 B1 or the US 5,577,378 and US 5,454,220 known which fonts are integral Represent part of the present description.
- the inventive design of a heat recovery steam generator with Additional firing compared to the prior art also has other advantages for the operation and construction of the boiler and steam turbine. Since the Superheater arranged in the direction of the exhaust gas flow before the additional firing is, as already mentioned, the superheater is not subject to changing influences Heat radiation exposed to the auxiliary firing, and therefore can comparatively inexpensive as a finned tube heat exchanger. In addition, the live steam data of the steam turbine vary significantly to a lesser extent with the operation of the auxiliary firing than if it were on the live steam superheater would work.
- Fig. 1 shows a preferred embodiment of a Combination system according to the invention, as characterized in the claims is.
- Fig. 2 shows a development of the combination system shown in Fig. 1, at the bleed steam from the steam turbine into the combustion chambers of the gas turbine is injected.
- Fig. 3 shows a further circuit variant with a Steam injection into the gas turbine, in which the steam is extracted from the Water / steam cycle very flexible to the swallowing ability of different Components in the water / steam cycle is designed to be adaptable 4 and 5 finally show two variants with an intermediate overheating of partially relaxed steam.
- a gas turbine 1 shows a first example of the embodiment of a Combination system.
- a gas turbine 1 is connected to a generator 2, and drives this.
- the generator 2 is still an automatically acting Coupling 3 connected to a steam turbine 4.
- the gas turbine sucks one Fresh air amount 51, which in the compressor 101 to a working pressure is compressed.
- the compressed air is in a first combustion chamber 102 a strongly sub-stoichiometric amount of fuel 42 is supplied, and burned.
- the high-tension working medium is in a first turbine 103 partially relaxed.
- Working medium through the combustion of a further quantity of fuel 43 reheated, and in a turbine 105 approximately to ambient pressure relaxed.
- the relaxed working medium 52 is still on a high temperature of, for example, 600 ° C, which is sufficient Amount of steam 74, 75 to be sufficiently overheated; also can be found in the Exhaust gas from the gas turbine still contains a high proportion of oxygen.
- the relaxed Working medium 52 is passed through a heat recovery steam generator 6, wherein Heat to at least one inflow of feed water 71.72 what amount of feed water is emitted in the heat recovery steam generator is evaporated and overheated.
- the superheated steam 75 thus generated is in the Steam turbine 4 relaxed.
- Relaxed steam 76 is in the condenser 7 liquefied and up again by the condensate and feed pumps 8 and 9 brought the live steam pressure.
- the feed water 77 is expediently led a first feed water preheater 10, where it by means of one of the Steam turbine removed steam amount 78, for example, to 60 ° C. is preheated.
- the temperature in the feed water preheater is regulated by the control member 21 controlling the bleed steam amount 78.
- the design of the Gas turbine as a gas turbine with sequential combustion is not essential to the invention, still the single-shaft arrangement, with steam turbine and Gas turbine working on a common generator.
- These characteristics correspond to the latest technology and are related to the To implement invention with advantage. So the illustrated ensures Gas turbine design is inherently high efficiency, and is due to the high exhaust gas temperatures particularly good for use in a Combination system suitable.
- the single-shaft design enables a combination system create confined space; in connection with that only one generator and only a generator foundation is necessary, the system performance is included low investment costs provided.
- the invention can, however, without further can also be realized when the steam turbine and the Gas turbine each act on a generator. Likewise, that of steam generated in several gas turbines via heat recovery steam generator Steam turbine act.
- a quantity of feed water 71 flows out of the Feed water preheater 10 into a first part 601 and from this into one second part 602 of the economizer.
- water 73 is at boiling temperature or only little below, and is fed into the drum 603.
- Boiling water flows from drum 603 into evaporator 604, absorbs further heat there, and flows back into the drum 603. There the water becomes that Part to which the absorbed heat is insufficient for evaporation; deposited; the separated liquid is again through the Evaporator 604 passed.
- Saturated steam 74 flows out of the drum 603 into the Live steam superheater 606, and finally flows as superheated Live steam 75, ideally almost at the temperature of the relaxed Working medium 52 of the gas turbine, in the steam turbine 4.
- the relaxed Working medium of the gas turbine flows through the components mentioned Heat recovery steam generator in reverse order, and cools continuously from.
- the economizer is equipped with a second one Inflow connection provided over the between the first and the second Part of the economizer another preheated amount of feed water 72 in the economizer is introduced.
- this is a stronger one Preheating the feed water quantity 71 in the feed water preheater 10 uneconomical because the temperature of the water at the entrance to the first part 601 of the economizer specifies the lower temperature level, except for which heat can be extracted from the exhaust gas 53.
- the feed water line points therefore downstream of the feed water preheater 10 a branch at which the second quantity of feed water 72 is branched off and via at least one further - in the present example three - feed water preheaters 11, 12, 13 to be led.
- the steam turbine is used to heat the feed water Tapped steam mass flows 79, 80 and 81 are taken, which via the shut-off and control elements 22, 23 and 24 are set, and thus the Determine the temperature of the preheated feed water 72.
- About these Temperature and the shut-off and control elements 14 and 15 can be the water 73 can be set to the boiling point after the economizer.
- the additional firing 605 becomes a fuel 44 fed and burned, which adds further heat to the process. Because of the arrangement of the additional firing in the heat recovery steam generator acts Additional firing directly affects steam production. So it will be Steam production and thus the water / steam mass flow of the Water / steam cycle increased by operating the auxiliary firing. The water / steam mass flow can be increased until the Exhaust gas from the gas turbine as soon as it flows through the superheater Boiling temperature of the feed water reached.
- the Temperature and / or the mass flow of the preheated Increase the amount of feed water 72 so that the water 73 exits the second part 602 of the economizer approximately at the boiling point is.
- the bleed steam mass flows 79, 80, 81 increased. This steam is no longer available to the steam turbine Labor turnover in the final stages is available, which is also an advantage has that especially with an increase in the steam mass flow Low pressure levels of the steam turbine are relieved. This eliminates the Need the low pressure stages and the flash floods for the full Dimension steam mass flow, which is significant investment saves.
- a the first fuel 41 which is supplied, is gas, so this is expedient Feed water introduced into the economizer at a temperature that the Water vapor contained in the exhaust gas is not condensed on the pipes.
- the first quantity of feed water 71 is then, for example, the one above 60 ° C quoted in the first part of the economizer. If as Fuel 41 is now supplied with oil, the temperature in the economizer be raised to the precipitation of organic components or of Sulfuric acid and therefore corrosion damage to the boiler pipes avoid. According to the higher feed water temperature is now a smaller heat exchanger area in the economizer is also necessary.
- the shutoff and control member 14 is closed in oil firing, and the total amount of feed water flows through the preheaters 11, 12 and 13, which Amount of feed water 72 is now at a temperature of, for example Preheat 130 ° C.
- the Feed water preheater 10 operated with steam 78 which is relatively strongly expanded and does not have to be excessively large.
- the Feedwater preheaters 11, 12 and 13 can be a larger one if necessary Use a driving temperature gradient for preheating the feed water.
- FIG. 2 is one Another preferred embodiment of the combination system according to the invention shown.
- the boiler 6 is designed as a single-tube boiler. At a Single-tube boilers are live steam superheaters and evaporators not so accurate separately, we in the drum kettle shown in Fig. 1. The expert will nonetheless recognize the position where the additional firing in the Heat recovery steam generator is to be arranged to take advantage of the invention to take full advantage of. It is advantageous to choose a position downstream of which - seen in the direction of flow of the gas turbine exhaust gas - in all Operating states working medium of the steam turbine in liquid Physical state inside the boiler tubes.
- a first tap of appropriate pressure on the Steam turbine is connected via a connecting line 28, in which a shut-off and control element 26, with the first combustion chamber 102 of the gas turbine connected is. Furthermore, a line 27 leads from a tap lower pressure via a shut-off and control element 25 to the second Combustion chamber 104 of the gas turbine.
- steam can be in different places in the water-steam cycle be removed.
- saturated steam is suitable downstream of the evaporator 604, especially if one Steam cooling of the gas turbine components can be realized.
- This Tapping the water / steam cycle can still make sense if in the live steam superheater 606 not the total amount of steam generated can be overheated sufficiently high.
- the excess amount of saturated steam can then be expanded in the gas turbine, and the steam injection relieves the live steam superheater and the entire steam turbine.
- superheated live steam for injection into the gas turbine Find use.
- FIG. 3 shows a circuit of the combination system with additional firing, which a particularly flexible adaptation of the mass flows to the Swallowing ability of various components and the possible ones Enthalpy flows in the heat recovery steam generator enabled.
- a first Operating condition without additional firing, are the shut-off and control elements 16, 26, 33 and 34 closed, and the shut-off and control elements 15, 22, 23, 24 are at least strongly throttled.
- the additional combustion 605 increases the output by a quantity of fuel 44 fed and burned.
- steam production increases Amount of feed water, and the amount of live steam.
- too Shut-off and control element 15 opened further to the preheated To increase feed water mass flow 72.
- the steam turbine To the bigger one To preheat the amount of feed water, the steam turbine must be larger Tapping mass flows 79, 80 are removed, which relieves the last stages of the steam turbine leads to the corresponding amount of steam.
- An increase in the feed water mass flow can occur that from a certain mass flow, the preheating of the partial flow 72 in the Preheaters 11 and 12 are no longer sufficient to exit the economizer To get water close to the boiling point.
- Feed water partial stream 72 is in turn divided into partial streams 721 and 722. This division is primarily controlled by the shut-off and control element 16. Its opening determines the partial flow 722, which is almost open in the preheater 13 Boiling temperature is heated, and therefore immediately in the embodiment is fed into the boiler drum 603. In the case of a single-tube boiler, the Partial flow 722 the remaining feed water mass flow, 71 and 721, are mixed upstream of the evaporator tube 604.
- FIGS. 4 and 5 also show two circuit variants reheating 607.
- the steam turbine 4 is in a high pressure part 401 and a low pressure part 402 divided. a partially released steam quantity 82 from the high pressure part is in each case Intermediate superheater 607 led, from where reheated steam 83 in the Low-pressure part 402 of the steam turbine flows and is fully expanded there becomes.
- the heat recovery steam generator 6 is shown as a drum boiler, in Fig. 5 as a single-tube boiler.
- the design of the heat recovery steam generator can be in the both figures can be exchanged for each other without the essence touch the invention in the slightest, as well as the different Place the feed of the preheated feed water 72 in the two Examples - once in the economizer and once in the boiler tubing immediately upstream of the evaporator - design variants that are in the Examples chosen to illustrate different possibilities were.
- the arrangement of the reheaters is in both Examples completely different.
- the reheater 607 is parallel to the live steam superheater 606 led.
- this circuit results in the best possible System efficiency in nominal full load operation, on the other hand the Amount of steam at a limited within the superheater section of the Heat recovery steam generator usable heat to the design temperature can be overheated, limited. For this limitation of steam production results in a lower achievable increase in performance.
- the reheater 607 in FIG. 5 is parallel to the evaporator 604 arranged in the steam generator, such that the additional firing also on the reheater works.
- the steam is in nominal operation only slightly reheated without additional firing, and the nominal Efficiency is lower than in the circuit shown in Fig. 4.
- the additional firing acts on the reheater pipe, more fuel can be sensibly fired.
- the one with additional firing increased reheat temperature is also equal Efficiency losses that occur with the additional firing, at least partially out.
- the piping of the reheater so to arrange that the evaporator pipe between the additional firing and the pipe of the reheater, and the heat transfer to the is driven purely by convection to superheating steam.
- wet operated heat exchanger tubes from the radiant heat of the auxiliary firing is a much less expensive construction of the boiler possible.
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kombianlage, bestehend aus wenigstens einer Gasturbine, wenigstens einer Dampfturbine, und wenigstens einem Abhitzedampferzeuger. Es wird weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage beschrieben.The present invention relates to a combination system consisting of at least one gas turbine, at least one steam turbine, and at least a heat recovery steam generator. It will continue to operate of such a system.
Im Sinne einer effizienten Energieumsetzung in Kraftwerken werden diese häufig als Kombianlagen ausgeführt. Dabei wird in einem Abhitzekessel das Abgas einer Gasturbine, welches unmittelbar nach dem Austritt aus der Turbine noch eine sehr hohe Temperatur hat, dazu benutzt, hochgespannten überhitzten Dampf für den Betrieb einer Dampfturbine zu erzeugen. Mit Hilfe ausgeklügelter Schaltungen des Wasser-Dampf-Kreislaufes wird die Abgaswärme der Gasturbine zu einem erheblichen Teil im nachgeschalteten Dampfturbinenprozess genutzt. Derartig optimierte Anlagen, arbeiten beispielsweise mit mehrfacher Überhitzung des Dampfes bei unterschiedlichen Drücken im Kessel. Sie sind damit in der Lage, anfallende Wärme auf nahezu jedem Temperaturniveau oberhalb der Umgebungstemperatur auszunutzen. Im Gegenzug sind solcherart optimierte Anlagen sehr komplex, und damit auch teuer.In terms of efficient energy conversion in power plants, these are often designed as a combination system. This is done in a waste heat boiler Exhaust gas from a gas turbine, which immediately after exiting the Turbine still has a very high temperature, used for high tension to generate superheated steam for the operation of a steam turbine. With help sophisticated circuits of the water-steam cycle Exhaust heat of the gas turbine to a large extent in the downstream Steam turbine process used. Such optimized systems, work for example with multiple overheating of the steam at different Press in the boiler. You are thus able to heat up almost to take advantage of any temperature level above the ambient temperature. in the In return, systems optimized in this way are very complex, and therefore also expensive.
Im Gegenzug werden die - mit hohem Kapitaleinsatz optimierten - Anlagen oft nicht voll ausgenutzt. Liberalisierte Strommärkte nämlich fordern nicht nur eine effiziente Energieumsetzung, sondern auch eine hohe Flexibilität bei der Stromerzeugung. Obschon die Margen bei der Erzeugung von Grundlast aufgrund des Wettbewerbs gering sind, kann für die Abdeckung von Lastspitzen oft ein vielfach höherer Preis erzielt werden. Ein grosser Anteil des erwirtschafteten Gewinns kann mit einigen wenigen Prozent der erzeugten elektrischen Energie, oder in einem Bruchteil der Betriebsdauer einer Kraftwerksanlage, erwirtschaftet werden.In return, the plants - which are optimized with high capital investment - are often not fully used. Liberalized electricity markets don't just demand one efficient energy implementation, but also high flexibility in the Power generation. Although the margins in the generation of base load due to competition are low, can be used to cover Peak loads can often be achieved at a much higher price. A large proportion of the generated profit can be generated with a few percent of the electrical energy, or in a fraction of the life of one Power plant, be generated.
Daher ist es für in liberalisierten Strommärkten engagierte privatwirtschaftlich organisierte Versorger fast zwingend, Reservekapazitäten vorzuhalten. In begrenztem Umfang können zu Deckung von Spitzenlast Leistungsreserven aus Fallwasserkraftwerken mobilisiert werden. Techniken wie Luftspeicherturbinen muss bis heute und nach allem technischen Ermessen zumindest auf mittlere Sicht ein Exotenstatus zuerkannt werden. Die Errichtung von Spitzenlast-Gasturbinenkraftwerken ist wirtschaftlich unter dem Strich meist weniger attraktiv.Therefore, it is for the private sector engaged in liberalized electricity markets organized utilities almost imperatively to have reserve capacities. In A limited amount can cover peak power reserves be mobilized from hydropower plants. Techniques like Air storage turbines still have to be used today and according to all technical discretion an exotic status can be awarded at least in the medium term. The establishment of peak load gas turbine power plants is economically the bottom line mostly less attractive.
Daher werden beispielsweise Grundlastanlagen nur mit 90 oder 95% ihrer maximalen Leistung betrieben und somit Leistungsreserven vorgehalten.Dabei handelt es sich häufig Anlagen, die, wie eingangs beschrieben, mit hohem Kapitaleinsatz auf beste Wirkungsgrade getrimmt sind. Bei einer solchen Betriebsart subsummieren sich zwei kontraproduktive Effekte: Einerseits wird ein hoher Einsatz an Kapital und Resourcen über grosse Zeiträume nicht vollständig genutzt. Andereseits läuft eine so betriebene Anlage nicht auf ihrem Auslegungsbetriebspunkt, und somit mit einem Wirkungsgrad, der kleiner als der eigentlich erzielbare - und teuer erkaufte! - ist. For this reason, for example, base load systems only use 90 or 95% of their operated at maximum power and thus reserves power it is often plants that, as described at the beginning, with high Capital expenditure is trimmed to the best levels of efficiency. With one Operating mode, there are two counterproductive effects: On the one hand, a high investment in capital and resources over long periods of time fully used. On the other hand, a system operated in this way does not run on yours Design operating point, and thus with an efficiency that is less than the actually achievable - and expensive bought! - is.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Gasturbine einer Kombianlage temporär mit erhöhter Leistung zu betreiben. Jedoch hat eine kurzzeitige Erhöhung der Heissgastemperaturen beispielsweise einen nachhaltigen negativen Effekt auf die Lebendauer der Maschinenkomponenten. Auch die Leistungserhöhung durch Einbringen von Wasser oder Dampf in die Brennkammer oder den Heissgaspfad der Gasturbine ist nicht unproblematisch. Zudem stossen diese Massnahmen recht bald an ihre quantitativen Grenzen.Another option is the gas turbine of a combination plant to operate temporarily with increased performance. However, has a short-term Increasing the hot gas temperatures, for example, a sustainable one negative effect on the life of the machine components. Also the Increase in performance by introducing water or steam into the Combustion chamber or the hot gas path of the gas turbine is not unproblematic. In addition, these measures will soon reach theirs quantitative limits.
Seit langem ist weiterhin bekannt, in Abhitzedampfkesseln eine Zusatzfeuerung zu implementieren. Dabei wird dem Gasturbinenabgas, das noch viel Sauerstoff enthält, Brennstoff zugesetzt und dieser verbrannt. Diese Methode wurde bislang insbesondere benutzt, um einerseits den Frischdampf über die Temperatur des Gasturbinenabgases hinaus zu überhitzen. Bei der Stromerzeugung ist ein grosser Nachteil dieser Technik, dass die zusätzlich eingebrachte Brennstoffmenge nur mit dem Dampfturbinenwirkungsgrad umgesetzt wird, anstatt mit dem deutlich höheren Kombi-Wirkungsgrad. Aus betriebstechnischen Gründen ist die Zusatzfeuerung dennoch interessant, beispielsweise, wenn in dem Abhitzedampferzeuger Prozessdampf erzeugt werden soll, und die Dampferzeugung von der Stromerzeugung der Gasturbine zu entkoppeln ist.It has long been known that additional firing in waste heat boilers to implement. The gas turbine exhaust, which is still a lot Contains oxygen, added fuel and burned it. This method has so far been used in particular to supply fresh steam via the To overheat the temperature of the gas turbine exhaust gas. In the Electricity generation is a big disadvantage of this technology that the additional amount of fuel introduced only with steam turbine efficiency is implemented instead of with the significantly higher combination efficiency. Out The additional firing is still interesting for operational reasons, for example, if process steam is generated in the waste heat steam generator and steam generation from the power generation of the gas turbine to be decoupled.
Eine Zusatzfeuerung kann weiterhin auch interessant sein, um die Abgabe an elektrischer Leistung in Zeiten des Spitzenbedarfs zu erhöhen. Wenn hohe Preise für schnell bereitzustellende Spitzenleistung zu erzielen sind, sind erhöhte Stromerzeugungskosten aufgrund des sinkenden Wirkungsgrades akzeptabel, insbesondere, wenn die Bereitstellung der Spitzenleistung mit einem geringen Kapitaleinsatz erfolgt.Additional firing can also be of interest to the delivery to increase electrical power in times of peak demand. If high Prices for top performance that can be provided quickly are increased electricity generation costs due to the lower efficiency acceptable, especially when providing peak performance with low capital investment.
Die Zusatzfeuerung stösst jedoch dann an Grenzen, wenn sich das Abgas der Gasturbine bereits auf einem Temperaturniveau befindet, das nur wenig unterhalb der zulässigen Maximaltemperatur des Kessels liegt. Ein solcher Fall ist beispielsweise dann gegeben, wenn Gasturbinen der Typen ABB GT24/GT26 im Kombi-Prozess eingesetzt werden. Hier liegt die Abgastemperatur bereits deutlich oberhalb von 600°C. Eine grössere Temperaturerhöhung durch Zusatzfeuerung erfordert eine Neukonstruktion des Kessels unter Verwendung teurer und aufwendig zu verarbeitender Hochtemperaturwerkstoffe.However, the additional firing reaches its limits when the exhaust gas from the Gas turbine is already at a temperature level that is little below the permissible maximum temperature of the boiler. Such a case is given, for example, when gas turbines of the type ABB GT24 / GT26 can be used in the combination process. Here is the Exhaust gas temperature already well above 600 ° C. A bigger one Increasing the temperature through additional firing requires a redesign of the Boilers using expensive and complex to process High temperature materials.
Zusammenfassend ist also festzustellen, dass es vorteilhaft ist, eine Kombianlage so zu bauen, dass ein akzeptables Verhältnis von apparativem Aufwand und Wirkungsgrad resultiert. Hier bietet eine Anlage, bestehend aus Gasturbinen mit Zwischenerhitzung des teilentspannten Mediums, wie sie in EP 0 620 362 B1 oder US 5,577378 beschrieben sind, und einer Dampfturbinenanlage, gute Voraussetzungen. Bei Einsatz einer Dampfturbine ohne Zwischenüberhitzung wird zwar der Wirkungsgrad gesenkt, andererseits verlangt der dann einzusetzende Eindruckkessel wesentlich geringere Investitionskosten. Weiterhin ist von Vorteil, grosse Leistungsreserven über den Nenn-Vollastbetrieb hinaus bereitzuhalten. Eine solche Anlage könnte im Grundlastbetrieb auf Nenn-Vollast, mit ihrem besten Wirkungsgrad betrieben werden, wodurch der gegenüber einer ausgereizten Kombi-Anlage nominell reduzierte Wirkungsgrad zumindest teilweise kompensiert wird.In summary, it can be said that it is advantageous to have one To build a combination system so that an acceptable ratio of equipment Effort and efficiency result. Here offers a facility consisting of Gas turbines with reheating of the partially relaxed medium as described in EP 0 620 362 B1 or US 5,577378 are described, and one Steam turbine plant, good conditions. When using a steam turbine without reheating, the efficiency is reduced, on the other hand the impression boiler to be used then requires much less Investment costs. It is also an advantage to have large power reserves to keep the nominal full load operation ready. Such a facility could in Base load operation at nominal full load, operated at its best efficiency be, which is the nominal compared to an exhausted combination system reduced efficiency is at least partially compensated.
Es böte sich an, den Spitzenlastbetrieb zu realisieren, indem durch eine Zusatzfeuerung eine Leistungserhöhung der Dampfturbine realisiert wird. Wie oben dargelegt, kann bei einem solchen Betrieb der schlechtere Wirkungsgrad, mit dem der zusätzliche Brennstoff umgesetzt wird, akzeptiert werden. Für den als Spitzenlast erzeugten Strom kann ein sehr hoher Preis am Markt erzielt werden, so, dass ein höherer spezifischer Brennstoffverbrauch wirtschaftlich akzeptabel ist. Eine nach dem Stand der Technik übliche Zusatzfeuerung für den Spitzenlastbetrieb bringt jedoch aus den oben beschriebenen Gründen mit modernsten Gasturbinen kaum eine grosse Leistungssteigerung, und ist auch bei Gasturbinen mit eher moderaten Abgastemperaturen recht früh durch die maximal zulässige Temperatur im Abhitzedampferzeuger beschränkt. It would make sense to realize the peak load operation by using a Additional firing a performance increase of the steam turbine is realized. How set out above, the poorer efficiency, with which the additional fuel is used. For the Electricity generated as a peak load can achieve a very high price on the market be such that a higher specific fuel consumption is economical is acceptable. A conventional additional firing for the state of the art however, brings the peak load operation for the reasons described above state-of-the-art gas turbines hardly a big increase in performance, and it is for gas turbines with rather moderate exhaust gas temperatures, through the maximum permitted temperature in the heat recovery steam generator is limited.
Hier greift die Erfindung. Bei einer Kombianlage der eingangs beschriebenen Art ist eine Möglichkeit zu schaffen, mittels einer Zusatzfeuerung im Kessel eine möglichst grosse Zusatzleistung aktivieren zu können. Dabei ist eine aufwendige Neukonstruktion des Kessels unter allen Umständen zu vermeiden.This is where the invention comes into play. In a combination system of the type described at the beginning Art is a way to create an additional firing in the boiler to be able to activate the largest possible additional service. There is one avoid elaborate redesign of the boiler under all circumstances.
Erfindungsgemäss wird dies erreicht, indem die Zusatzfeuerung in Strömungsrichtung des entspannten Arbeitsmediums der Gasturbine stromab des Frischdampf-Überhitzers des Abhitzedampferzeugers angeordnet ist.This is achieved according to the invention by the additional firing in Flow direction of the relaxed working medium of the gas turbine downstream the live steam superheater of the heat recovery steam generator is arranged.
Kern der Erfindung ist also, in einer Kombianlage das Abgas der Gasturbine zunächst im Überhitzer von der ursprünglich hohen Temperatur abzukühlen, um beim Einsatz der Zusatzfeuerung einen grösseren Abstand bis zur maximal zulässigen Temperatur eines Abhitzekessels zu haben, und somit dem Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine zusätzliche Wärme zuzuführen und die Leistungsabgabe der Dampfturbine zu erhöhen.The core of the invention is therefore, in a combination system, the exhaust gas from the gas turbine first cool in the superheater from the originally high temperature, by a larger distance up to the maximum when using the additional firing permissible temperature of a waste heat boiler, and thus the Water-steam circuit to supply additional heat to the steam turbine to increase the power output of the steam turbine.
Erfindungsgemäss wird die Zusatzfeuerung also nicht am Eintritt des Abgases in den Kessel angeordnet, sondern stromab mindestens eines Überhitzers. An dieser Stelle ist das Abgas der Gasturbine bei zweckmässiger Auslegung des Kessels bereits erheblich abgekühlt, maximal bis zur Siedetemperatur des Speisewassers. Die Temperaturdifferenz, um die das Abgas im Überhitzer abgekühlt ist, kann nunmehr zusätzlich gefeuert werden, ohne den Abhitzekessel für höhere Temperaturen auslegen zu müssen.According to the invention, the additional firing is therefore not at the inlet of the exhaust gas arranged in the boiler, but downstream of at least one superheater. On this point is the exhaust gas of the gas turbine when the The boiler has already cooled down considerably, up to the boiling point of the Feed water. The temperature difference by which the exhaust gas in the superheater cooled, can now be fired without the To have to design waste heat boilers for higher temperatures.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist - neben der grösseren zuzufeuernden Leistung - dass die Zusatzfeuerung auf die Verdampferberohrung wirkt anstatt auf einen Überhitzer. Dadurch werden die Oberflächen des Überhitzers nicht mit der Strahlungswärme der Zusatzfeuerung und gleichzeitig den hohen Heissgastemperaturen beaufschlagt.Another advantage of the invention is - in addition to the larger to be fired Performance - that the additional firing acts on the evaporator pipe instead on a superheater. This will prevent the superheater surfaces with the radiant heat of the additional firing and at the same time the high Hot gas temperatures applied.
Der Abhitzedampferzeuger einer erfindungsgemässen Kombianlage kann als herkömmlicher Trommelkessel oder als Einrohrkessel ausgeführt werden. Auch wenn bei letzterer Bauart keine scharfe Trennlinie zwischen dem Überhitzerteil und dem Verdampfer des Abhitzedampferzeugers mehr besteht, wird dem Fachmann ohne weiteres klar sein, wo die Zusatzfeuerung gemäss den Ansprüchen anzuordnen ist, eben in Strömungsrichtung des entspannten Arbeitsmediums der Gasturbine stromab des Frischdampf-Überhitzers, um einerseits bereits eine Abkühlung des Gasturbinen-Abgases erreicht zu haben, andererseits aber auch, damit die Zusatzfeuerung auf Wärmetauscherflächen wirkt, aus denen die Wärme - insbesondere auch die Strahlungswärme der Zusatzfeuerung - in allen Betriebszuständen durch eine Flüssigkeit abgeführt wird.The heat recovery steam generator of a combination system according to the invention can be used as conventional drum kettle or as a single-pipe kettle. Also if in the latter type there is no sharp dividing line between the superheater part and the evaporator of the heat recovery steam generator is more, that It should be clear to the specialist where the additional firing according to the Claims to be arranged, just in the flow direction of the relaxed Working medium of the gas turbine downstream of the live steam superheater on the one hand, that the gas turbine exhaust gas has already cooled down, on the other hand, so that the additional firing on heat exchanger surfaces acts from which the heat - especially the radiant heat of Additional firing - discharged by a liquid in all operating states becomes.
Zusammenfassend ist also festzustellen, dass ein grosser Vorteil der erfindungsgemässen Ausführung einer Kombianlage mit Zusatzfeuerung neben der Vermeidung allfälliger extremer Temperaturspitzen der ist, dass keine Überhitzerflächen mit Strahlungswärme beaufschlagt werden, was letztlich eine einfache und kostengünstige Bauart des Überhitzers, beispielsweise als Rippen-Rohrwärmetauscher, ermöglicht.In summary, it can be said that a great advantage of the Execution of a combination system according to the invention with additional firing in addition Avoiding any extreme temperature peaks is that none Radiant heat is applied to superheater surfaces, which is ultimately a problem simple and inexpensive design of the superheater, for example as Finned tube heat exchanger, enables.
Eine bevorzugte Betriebsart für eine derartige Kombianlage ist die folgende: Im nominalen Volllastbetrieb arbeitet die Gasturbine mit Vollast. Das Abgas der Gasturbine durchströmt im Abhitzedampferzeuger nacheinander einen Überhitzer, einen Verdampfer und einen Economizer. Die Dampfmenge ergibt sich in diesem Betriebszustand so, dass die Temperatur des Abgases am Austritt aus dem Verdampfer noch wenig oberhalb der Siedetemperatur des Speisewassers liegt. Im Falle, es werde Spitzenlast angefordert, wird nunmehr die Zusatzfeuerung eingeschaltet, wodurch die Dampfproduktion ansteigt. Die thermische Leistung der Zusatzfeuerung kann maximal erhöht werden, bis die Temperatur des Gasturbinen-Abgases am Austritt aus dem Überhitzer nur noch unwesentlich oberhalb der Siedetemperatur des Speisewassers liegt, oder die für den Kessel maximal zulässige Temperatur der Zusatzfeuerung erreicht ist.A preferred operating mode for such a combination system is the following: In The gas turbine operates at full load in nominal full load operation. The exhaust of the Gas turbine flows through one after the other in the heat recovery steam generator Superheater, an evaporator and an economizer. The amount of steam results in this operating state so that the temperature of the exhaust gas on Leaves from the evaporator just above the boiling point of the Feed water lies. In the event that a peak load is requested, is now the auxiliary firing is switched on, which increases steam production. The thermal output of the additional firing can be increased up to the maximum Temperature of the gas turbine exhaust gas at the outlet from the superheater only is still slightly above the boiling point of the feed water, or the maximum permissible temperature of the additional firing for the boiler is reached.
Wichtig zur effizienten Durchführung des Verfahrens ist, dass die Wärmeaustauschflächen im Kessel für den erhöhten Wasser/Dampf-Massenstrom hinreichend gross dimensioniert sind. Es werden jedoch keine höheren Anforderungen an die Hochtemperatur-Einsatzfähigkeit der Kesselkomponenten gestellt, als bei einer Kombianlage ohne Zusatzfeuerung.It is important for the process to be carried out efficiently that the Heat exchange surfaces in the boiler for the increased water / steam mass flow are sufficiently large. However, none will higher requirements for the high temperature usability of the Boiler components provided as in a combination system without additional firing.
Die Ausführung der erfindungsgemässen Kombianlage ohne Zwischenüberhitzung ist eine bevorzugte Variante in Fällen, in denen ein möglichst grosses Potential zur Bereitstellung von Spitzenlast bei geringen Investitionskosten genutzt werden soll. Die konventionelle Anordnung eines Zwischenüberhitzers an der selben Position im Abhitzedampferzeuger wie der Frischdampf-Zwischenüberhitzer ist allenfalls nur dann sinnvoll, wenn das kalorische Potential des Gasturbinen-Abgases hinreichend hoch ist, um zwischen der Eintrittstemperatur des Heissgases in den Kessel und der Siedetemperatur des Speisewassers genug Energie bereitzustellen, um auch eine durch die Zusatzfeuerung stark erhöhte Dampfmenge auf die Frischdampftemperatur zu überhitzen und diese Dampfmenge gleichzeitig zwischenzuüberhitzen. Hingegen kann es sich als zweckmässig erweisen - in Abhängigkeit von den Enthalpieströmen im Abhitzedampferzeuger - einen Zwischenüberhitzer in Richtung der Heissgasströmung stromab der Zusatzfeuerung anzuordnen. Bei einer solchen Anordnung wirkt die Zusatzfeuerung auch auf den Zwischenüberhitzer, weshalb in der Zusatzfeuerung eine grössere Leistung zugefeuert werden kann. Dabei ist es weiterhin von Vorteil, die Berohrung des Zwischenüberhitzers an der gleichen Position im Kessel anzuordnen wie die Berohrung des Verdampfers, und dabei Verdampferrohre zwischen der Zusatzfeuerung und der Berohrung des Zwischenüberhitzers anzuordnen. Auf diese Weise wird der Überhitzer durch den nass betriebenen Verdampfer von der Wärmestrahlung der Zusatzfeuerung abgeschirmt, und kann somit in einer wesentlich einfacheren Bauweise ausgeführt werden.The execution of the combination system according to the invention without Reheating is a preferred variant in cases where a The greatest possible potential for providing peak load at low Investment costs should be used. The conventional arrangement of a Reheater at the same position in the heat recovery steam generator as that Live steam reheater is only useful if this is the case caloric potential of the gas turbine exhaust gas is sufficiently high to between the entry temperature of the hot gas into the boiler and the Boiling temperature of the feed water to provide enough energy to also a greatly increased amount of steam due to the additional firing on the Fresh steam temperature to overheat and this amount of steam at the same time reheat. On the other hand, it can prove expedient - in Dependence on the enthalpy flows in the heat recovery steam generator - one Reheater in the direction of the hot gas flow downstream of the To arrange additional firing. With such an arrangement Additional firing also on the reheater, which is why in the Additional firing can be fired a greater performance. It is still advantageous, the piping of the reheater on the same Position in the boiler like the pipes of the evaporator, and thereby Evaporator tubes between the additional firing and the pipes of the To arrange reheater. This way the superheater will go through the wet operated evaporator from the heat radiation of the Additional firing shielded, and can therefore be much simpler Construction can be carried out.
Zweckmässig ist es auch, die Speisewasserleitung zu splitten. Dabei wird ein Teil des Speisewassers über eine erste Leitung unmittelbar zu einem Economizer geführt und an einer Stelle, die innerhalb des Abhitzedampferzeugers am weitesten von der Gasturbine entfernt ist, das heisst, in bezug auf die Strömungsrichtung des Gasturbinen-Abgases am weitesten stromab liegt, in den Economizer oder den Verdampfer eingebracht. Ein anderer Teil des Speisewassers wird über einen oder mehrere Speisewasservorwärmer geleitet, und vorerwärmt dem ersten Teilstrom an einer weiter stromauf des Abgasweges gelegenen Stelle des Economizers, gegebenenfalls auch unmittelbar in der Kesseltrommel oder der Verdampferberohrung, zugemischt. Gerade beim Betrieb mit einem erhöhten Speisewasser/Frischdampfmassenstrom sind diese Speisewasservorwärmer in Verbindung mit der parallelen Führung zweier Speisewasser-Teilströme vorteilhaft. Der über die Speisewasservorwärmer geführte Teilstrom wird im Verhältnis zu dem ersten Teilstrom so bemessen und vorgewärmt, dass sich der Gesamtmassenstrom beim Austritt aus dem Economizer nahezu auf der Siedetemperatur befindet. Die Schaltungsvariante, bei der ein erster Teilstrom unmittelbar in den Economizer geführt wird, ist gegenüber der Vorwärmung des Gesamtmassenstroms zu bevorzugen, da die Temperatur des kältesten in den Economizer einströmenden Wassers die niedrigste Temperatur vorgibt, bis zu welcher das kalorische Potential des Gasturbinenabgases genutzt werden kann.It is also advisable to split the feed water line. In doing so, a Part of the feed water via a first line directly to one Economizer run and at a point within the Heat recovery steam generator is farthest from the gas turbine, that means in relation to the direction of flow of the gas turbine exhaust gas farthest downstream, introduced into the economizer or the evaporator. Another part of the feed water is over one or more Feed water preheater directed, and preheated the first partial flow a further upstream point of the economizer, if necessary, also directly in the boiler drum or Evaporator tube, mixed. Especially when operating with an elevated Feed water / live steam mass flow are these feed water preheaters in Connection with the parallel routing of two feed water partial flows advantageous. The partial flow led through the feed water preheater is in the Dimension and preheated to the first partial flow so that the total mass flow when leaving the economizer is almost on the Boiling temperature is. The circuit variant in which a first partial flow is fed directly into the economizer, compared to the preheating of the Total mass flow is preferred because the temperature of the coldest in the Economizer inflowing water pretends to be the lowest temperature which uses the calorific potential of the gas turbine exhaust gas can.
Die Speisewasservorwärmer werden mit Dampf betrieben, der an geeigneter Stelle der Dampfturbine entnommen wird. Dieser zunächst störende Verlust an Arbeitsfluid der Dampfturbine kann beim Betrieb mit einem erhöhten Dampfmassenstrom sogar von Vorteil sein. Dadurch, dass gerade im Betrieb mit erhöhtem Fluidmassenstrom teilentspannter Dampf entnommen und dessen Enthalpie an anderer Stelle dem Kreislauf zugeführt wird, werden die letzten Stufen der Dampfturbine entlastet. Die Abdampffluten können daher kleiner gebaut und besser für den Normalbetrieb, also Kombi-Betrieb ohne Zusatzfeuerung und mit geringerer Dampfmenge, ausgelegt werden. Je nach Anlagenauslegung kann unter Umständen auf teure zusätzliche Fluten im Niederdruckteil der Dampfturbine verzichtet werden.The feed water preheaters are operated with steam, which is more suitable Place of the steam turbine is removed. This initially disturbing loss Working fluid of the steam turbine can be increased when operating Steam mass flow can even be an advantage. Because just in operation partially expanded steam with increased fluid mass flow and whose enthalpy is fed to the cycle at another point, the relieved last stages of the steam turbine. The flash floods can therefore built smaller and better for normal operation, i.e. combination operation without Additional firing and with a lower amount of steam. Depending on System design can possibly be due to expensive additional floods in the Low pressure part of the steam turbine can be dispensed with.
Jeder Zweig der Speisewasserleitung, wird zweckmässig mit einem Absperr- und Regelorgan versehen. Beim Betrieb der Kombianlage mit Öl als Brennstoff kann das Absperrorgan in dem Zweig, der unmittelbar zum Economizer führt, geschlossen werden, und ein weiterer Speisewasser-Teilstrom wird zweckmässig bis über die Taupunktstemperatur von Schwefelsäure erwärmt, um Korrosionschäden an der Kesselberohrung zu vermeiden.Each branch of the feed water line is expediently equipped with a shut-off and regulating device. When operating the combi system with oil as fuel the shut-off device in the branch that leads directly to the economizer, are closed, and another feed water partial stream is expediently heated to above the dew point temperature of sulfuric acid, to avoid corrosion damage to the boiler tubing.
Mit Vorteil werden in einer erfindungsgemässen Kombianlage Kondensat- und Speisewasserpumpe zusammengefasst, und die für den Spitzenlastbetrieb notwendige Pumpenleistung auf zwei identische parallelgeschaltete Pumpen aufgeteilt. Im Nominalbetrieb genügt der Betrieb einer einzigen Pumpe; die zweite Pumpe muss nur im Spitzenlastbetrieb die zusätzliche Speisewassermenge fördern. Dies hebt die Verfügbarkeit, da die Anlage beim Ausfall einer Pumpe immer noch mit Vollast ohne Zusatzfeuerung betrieben werden kann.In a combination system according to the invention, condensate and Feed water pump summarized, and that for peak load operation required pump output on two identical pumps connected in parallel divided up. In nominal operation, the operation of a single pump is sufficient; the second pump only needs the additional one during peak load operation Promote the amount of feed water. This increases availability, since the system at Pump failure still operated at full load without additional firing can be.
Es ist oben bereits angedeutet, dass die starke Erhöhung der Dampfproduktion zu Problemen mit dem Schluckvermögen der Dampfturbine führen kann. In diesem Zusammenhang kann es sich als zweckmässig erweisen, weitere Anzapfstellen im Wasser-Dampf-Kreislauf vorzusehen, von denen Dampf in das gespannte Arbeitsmedium der Gasturbine geführt wird. Dieser Dampf kann einerseits in die Brennkammern eingebracht werden, wo dann eine höhere Brennstoffmenge zugeführt werden kann, andererseits kann der Dampf auch zur Kühlung von thermisch hochbelasteten Komponenten der Gasturbine eingesetzt werden. It has already been indicated above that the sharp increase in steam production can lead to problems with the swallowing capacity of the steam turbine. In In this context, it may prove useful to do more Tap points in the water-steam cycle, of which steam is to be provided the stressed working medium of the gas turbine is guided. This steam can on the one hand, are introduced into the combustion chambers, where a higher one Amount of fuel can be supplied, on the other hand, the steam can for cooling thermally highly stressed components of the gas turbine be used.
Wie bereits einleitend angemerkt, ist die erfindungsgemässe Anordnung der Zusatzfeuerung zwischen Überhitzer und Verdampfer gerade dann von Vorteil, wenn die Abgastemperatur der Gasturbine nur noch wenig unterhalb der maximal zulässigen Kesseltemperatur liegt, was insbesondere dann der Fall ist, wenn Gasturbinen mit Nacherhitzung des teilentspannten Arbeitsmediums eingesetzt werden. Derartige Turbinen sind aus der EP 0 620 362 B1 oder der US 5,577,378 und US 5,454,220 bekannt, welche Schriften einen integralen Bestandteil der vorliegenden Beschreibung darstellen.As already mentioned in the introduction, the arrangement according to the invention is the Additional firing between superheater and evaporator is an advantage if the exhaust gas temperature of the gas turbine is only slightly below the maximum permissible boiler temperature, which is particularly the case is when gas turbines with reheating the partially relaxed working medium be used. Such turbines are from EP 0 620 362 B1 or the US 5,577,378 and US 5,454,220 known which fonts are integral Represent part of the present description.
Die Investitionskosten werden weiterhin gesenkt, wenn die Anlage in der einwelligen Bauart errichtet wird, bei der eine Gasturbine und eine Dampfturbine auf eine gemeinsamen Generator wirken. Andererseits bietet die erfindungsgemässe Ausführung der Kombianlage auch dann betriebstechnische Vorteile, wenn mehrere Gasturbinen über jeweils einen Abhitzedampferzeuger Dampf für eine Dampfturbine liefern. Hier kann beim Ausfall einer Gasturbine die Zusatzfeuerung in den Dampferzeugern der noch im Betrieb befindlichen Gasturbinen den Leistungsverlust zumindest teilweise kompensieren.The investment costs will continue to be reduced if the plant in the single-shaft design is built, in which a gas turbine and a Steam turbine act on a common generator. On the other hand, the Execution of the combination system according to the invention also then operational advantages if several gas turbines each have one Heat recovery steam generator deliver steam for a steam turbine. Here at Failure of a gas turbine the additional firing in the steam generators of the the gas turbines in operation at least partially lost power compensate.
Neben den oben diskutierten Vorteilen für die Spitzenlastverfügbarkeit bietet die erfindungsgemässe Ausführung eines Abhitzedampferzeugers mit Zusatzfeuerung gegenüber dem Stand der Technik auch weitere Vorteile für den Betrieb und die Konstruktion des Kessels und der Dampfturbine. Da der Überhitzer in Richtung der Abgasströmung vor der Zusatzfeuerung angeordnet ist, ist der Überhitzer wie bereits erwähnt keinen wechselnden Einflüssen der Wärmestrahlung der Zusatzfeuerung ausgesetzt, und kann daher vergleichsweise preiswert als Rippenrohrwärmetauscher ausgeführt werden. Zudem variieren die Frischdampfdaten der Dampfturbine in wesentlich geringerem Ausmasse mit dem Betrieb der Zusatzfeuerung, als wenn diese auf den Frischdampfüberhitzer wirken würde. In addition to the advantages for peak load availability discussed above the inventive design of a heat recovery steam generator with Additional firing compared to the prior art also has other advantages for the operation and construction of the boiler and steam turbine. Since the Superheater arranged in the direction of the exhaust gas flow before the additional firing is, as already mentioned, the superheater is not subject to changing influences Heat radiation exposed to the auxiliary firing, and therefore can comparatively inexpensive as a finned tube heat exchanger. In addition, the live steam data of the steam turbine vary significantly to a lesser extent with the operation of the auxiliary firing than if it were on the live steam superheater would work.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausführung einer erfindungsgemässen Kombianlage, wie sie in den Ansprüchen gekennzeichnet ist. Fig. 2 zeigt eine Weiterbildung der in Fig. 1 dargestellten Kombianlage, bei der Anzapfdampf aus der Dampfturbine in die Brennkammern der Gasturbine eingespritzt wird. Fig. 3 zeigt eine weitere Schaltungsvariante mit einer Dampfeinspritzung in die Gasturbine, bei der die Dampfentnahme aus dem Wasser/Dampfkreislauf sehr flexibel an das Schluckvermögen verschiedener Komponenten im Wasser/Dampf-Kreislauf anpassbar gestaltet ist.Die Figuren 4 und 5 zeigen schliesslich zwei Varianten mit einer Zwischenüberhitzung von teilentspanntem Dampf.The invention is described below with reference to the drawing Exemplary embodiments explained. Fig. 1 shows a preferred embodiment of a Combination system according to the invention, as characterized in the claims is. Fig. 2 shows a development of the combination system shown in Fig. 1, at the bleed steam from the steam turbine into the combustion chambers of the gas turbine is injected. Fig. 3 shows a further circuit variant with a Steam injection into the gas turbine, in which the steam is extracted from the Water / steam cycle very flexible to the swallowing ability of different Components in the water / steam cycle is designed to be adaptable 4 and 5 finally show two variants with an intermediate overheating of partially relaxed steam.
Die Strömungsrichtung aller beteiligten Medien, sofern erfindungsrelevant, ist durch Pfeile gekennzeichnet. Weiterhin erheben die Ausführungsbeispiele keinen Anspruch darauf, vollständig zu sein, oder eine Kombianlage in allen Details darzustellen. Hingegen sind alle Komponenten und Funktionsgruppen dargestellt, die zum Verständnis der Erfindung notwendig sind.The direction of flow of all media involved, if relevant to the invention, is indicated by arrows. The exemplary embodiments also raise no claim to be complete, or a combination system in all To present details. On the other hand, all components and functional groups are shown that are necessary for understanding the invention.
Fig. 1 zeigt eine erstes Beispiel für die erfindungsgemässe Ausführung einer
Kombianlage. Eine Gasturbine 1 ist mit einem Generator 2 verbunden, und
treibt diesen an. Der Generator 2 ist weiterhin über eine selbsttätig wirkende
Kupplung 3 mit einer Dampfturbine 4 verbunden. Die Gasturbine saugt eine
Frischluftmenge 51 an, die im Verdichter 101 auf einen Arbeitsdruck
komprimiert wird. In einer ersten Brennkammer 102 wird der verdichteten Luft
eine stark unterstöchiometrische erste Brennstoffmenge 42 zugeführt, und
verbrannt. In einer ersten Turbine 103 wird das hochgespannte Arbeitsmedium
teilweise entspannt. In einer zweiten Brennkammer 104 wird das
Arbeitsmedium durch die Verbrennung einer weiteren Brennstoffmenge 43
nacherhitzt, und in einer Turbine 105 näherungsweise auf Umgebungsdruck
entspannt. Das entspannte Arbeitsmedium 52 befindet sich immer noch auf
einer hohen Temperatur von beispielsweise 600°C, die ausreicht, eine
Dampfmenge 74, 75 hinreichend stark zu überhitzen; ausserdem findet sich im
Abgas der Gasturbine immer noch ein hoher Sauerstoffanteil. Das entspannte
Arbeitsmedium 52 wird durch einen Abhitzedampferzeuger 6 geleitet, wobei
Wärme an wenigstens eine einströmende Speisewassermenge 71,72
abgegeben wird, welche Speisewassermenge im Abhitzedampferzeuger
verdampft und überhitzt wird. Der so erzeugte überhitzte Dampf 75 wird in der
Dampfturbine 4 entspannt. Entspannter Dampf 76 wird im Kondensator 7
verflüssigt und durch die Kondensat- und Speisepumpen 8 und 9 wieder auf
den Frischdampfdruck gebracht. Das Speisewasser 77 wird zweckmässig über
einen ersten Speisewasservorwärmer 10 geführt, wo es mittels einer der
Dampfturbine entnommenen Dampfmenge 78 beispielsweise auf 60°C
vorgewärmt wird. Die Temperatur im Speisewasservorwärmer wird geregelt,
indem das Regelorgan 21 die Anzapfdampfmenge 78 steuert. Durch diese
Vorwärmung wird beispielsweise bei Betrieb der Kombianlage mit Erdgas als
Brennstoff der Niederschlag von Feuchtigkeit in der Kesselberohrung in einem
ersten Teil des Economizers 601 verhindert, wodurch langfristige
Korrosionschäden vermieden werden.1 shows a first example of the embodiment of a
Combination system. A
An der als Beispiel dargestellten Kombianlage ist insbesondere die Bauart der Gasturbine als Gasturbine mit sequentieller Verbrennung nicht erfindungswesentlich, noch die einwellige Anordnung, wobei Dampfturbine und Gasturbine auf einen gemeinsamen Generator arbeiten. Diese Merkmale entsprechen jedoch modernster Technik und sind im Zusammenhang mit der Erfindung mit Vorteil zu implementieren. So gewährleistet die dargestellte Gasturbinenbauart schon von sich aus einen hohen Wirkungsgrad, und ist aufgrund der hohen Abgastemperaturen besonders gut für den Einsatz in einer Kombianlage geeignet. Die einwellige Bauart ermöglicht, eine Kombianlage auf engstem Raum zu erstellen; in Verbindung damit, dass nur ein Generator und nur ein Generator-Fundament notwendig sind, wird die Anlagenleistung mit geringen Investitionskosten bereitgestellt. Die Erfindung kann jedoch ohne weiteres auch dann realisiert werden, wenn die Dampfturbine und die Gasturbine jeweils auf einen Generator wirken. Ebenso könnte auch der von mehreren Gasturbinen über Abhitzedampferzeuger erzeugte Dampf auf eine Dampfturbine wirken.In the combination system shown as an example, the design of the Gas turbine as a gas turbine with sequential combustion is not essential to the invention, still the single-shaft arrangement, with steam turbine and Gas turbine working on a common generator. These characteristics However, they correspond to the latest technology and are related to the To implement invention with advantage. So the illustrated ensures Gas turbine design is inherently high efficiency, and is due to the high exhaust gas temperatures particularly good for use in a Combination system suitable. The single-shaft design enables a combination system create confined space; in connection with that only one generator and only a generator foundation is necessary, the system performance is included low investment costs provided. The invention can, however, without further can also be realized when the steam turbine and the Gas turbine each act on a generator. Likewise, that of steam generated in several gas turbines via heat recovery steam generator Steam turbine act.
In einem ersten Betriebsfall strömt eine Speisewassermenge 71 aus dem
Speisewasservorwärmer 10 in einen ersten Teil 601 und von diesem in einen
zweiten Teil 602 des Economizers. Am Austritt aus dem zweiten Teil des
Economizer 602 liegt Wasser 73 idealerweise auf Siedetemperatur oder nur
wenig darunter vor, und wird in die Trommel 603 geführt. Siedewasser strömt
aus der Trommel 603 in den Verdampfer 604, nimmt dort weitere Wärme auf,
und strömt wieder in die Trommel 603 zurück. Dort wird das Wasser zu dem
Teil, zu dem die aufgenommene Wärme für die Verdampfung nicht ausreicht;
abgeschieden; die abgeschiedene Flüssigkeit wird wieder durch den
Verdampfer 604 geleitet. Sattdampf 74 strömt aus der Trommel 603 in den
Frischdampf-Überhitzer 606, und strömt schliesslich als überhitzter
Frischdampf 75, idealerweise nahezu auf der Temperatur des entspannten
Arbeitsmediums 52 der Gasturbine, in die Dampfturbine 4 ein. Das entspannte
Arbeitsmedium der Gasturbine durchströmt die genannten Komponenten des
Abhitzedampferzeugers in umgekehrter Reihenfolge, und kühlt sich dabei stetig
ab.In a first operating case, a quantity of
Vorteilhaft für die Funktion der Kombianlage ist weiterhin, wenn das aus dem
Economizer ausströmende Wasser eine Temperatur nahe der Siedetemperatur
aufweist. Um dies zu gewährleisten, ist der Economizer mit einem zweiten
Zuströmanschluss versehen, über den zwischen dem ersten und dem zweiten
Teil des Economizers eine weitere vorgewärmte Speisewassermenge 72 in
den Economizer eingebracht wird. Im Vergleich dazu ist eine stärkere
Vorwärmung der Speisewassermenge 71 im Speisewasservorwärmer 10
unwirtschaftlich, da die Temperatur des Wassers am Eintritt in den ersten Teil
601 des Economizers das untere Temperaturniveau vorgibt, bis auf welches
dem Abgas 53 Wärme entzogen werden kann. Die Speisewasserleitung weist
daher stromab des Speisewasservorwärmers 10 eine Verzweigung auf, an der
die zweite Speisewassermenge 72 abgezweigt und über wenigstens einen
weiteren - im vorliegenden Beispiel drei - Speisewasservorwärmer 11, 12, 13
geführt wird. Zur Erwärmung des Speisewassers werden der Dampfturbine die
Anzapfdampfmassenströme 79, 80 und 81 entnommen, die über die Absperr-
und Regelorgane 22, 23 und 24 eingestellt werden, und die somit die
Temperatur des vorgewärmten Speisewassers 72 bestimmen. Über diese
Temperatur sowie die Absperr- und Regelorgane 14 und 15 kann das Wasser
73 nach dem Economizer auf den Siedepunkt eingestellt werden.It is also advantageous for the function of the combination system, if that from the
Economizer outflowing water a temperature close to the boiling point
having. To ensure this, the economizer is equipped with a second one
Inflow connection provided over the between the first and the second
Part of the economizer another preheated amount of
In einem weiteren Betriebsfall wird der Zusatzfeuerung 605 ein Brennstoff 44
zugeführt und verbrannt, was dem Prozess weitere Wärme zuführt. Aufgrund
der Anordnung der Zusatzfeuerung im Abhitzedampferzeuger wirkt die
Zusatzfeuerung unmittelbar auf die Dampfproduktion ein. Es wird also die
Dampfproduktion und damit der Wasser/Dampfmassenstrom des
Wasser/Dampfkreislaufs durch den Betrieb der Zusatzfeuerung gesteigert.
Der Wasser/Dampfmassenstrom kann so lange gesteigert werden, bis das
Abgas der Gasturbine bereits nach dem Durchströmen des Überhitzers die
Siedetemperatur des Speisewassers erreicht.In a further operating case, the
Bei einer Steigerung des Frischdampfmassenstroms ist weiterhin die
Temperatur und/oder der Massenstrom der vorgewärmten
Speisewassermenge 72 zu erhöhen, damit das Wasser 73 beim Austritt aus
dem zweiten Teil 602 des Economizers näherungsweise auf dem Siedepunkt
ist. Dadurch werden auch die Anzapfdampfmassenströme 79, 80, 81
gesteigert. Dieser Dampf steht zwar der Dampfturbine nicht mehr zum
Arbeitsumsatz in den letzten Stufen zur Verfügung, was aber auch den Vorteil
hat, dass gerade bei einer Steigerung des Dampfmassenstroms die
Niederdruckstufen der Dampfturbine entlastet werden. Damit entfällt die
Notwendigkeit, die Niederdruckstufen und die Abdampffluten für den vollen
Dampfmassenstrom zu dimensionieren, was erhebliche Investitionskosten
spart.With an increase in the live steam mass flow, the
Temperature and / or the mass flow of the preheated
Increase the amount of
Ein weiterer Betriebsfall ergibt sich, wenn die Kombianlage optional mit zwei
Brennstoffen, beispielsweise mit Gas und Öl, betrieben werden kann. Wenn ein
erster Brennstoff 41, der zugeführt wird, Gas ist, so wird zweckmässig das
Speisewasser auf einer Temperatur in den Economizer eingebracht, dass der
im Abgas enthaltene Wasserdampf gerade nicht an den Rohren kondensiert.
Die erste Speisewassermenge 71 wird dann beispielsweise mit den oben
zitierten 60° C in den ersten Teil des Economizers eingebracht. Wenn als
Brennstoff 41 nunmehr Öl zugeführt wird, muss die Temperatur im Economizer
angehoben werden, um den Niederschlag organischer Komponenten oder von
Schwefelsäure und damit Korrosionsschäden an der Kesselberohrung zu
vermeiden. Entsprechend der höheren Speisewassertemperatur ist nunmehr
auch eine kleinere Wärmetauscherfläche im Economizer notwendig. Daher
wird bei Ölfeuerung das Absperr- und Regelorgan 14 geschlossen, und die
gesamte Speisewassermenge fliesst über die Vorwärmer 11, 12 und 13, die die
Speisewassermenge 72 nunmehr auf eine Temperatur von beispielsweise
130°C vorwärmen. Durch den Einsatz der Vorwärmer 11, 12 und 13 kann der
Speisewasservorwärmer 10 mit relativ stark entspanntem Dampf 78 betrieben
werden, und muss nicht übermässig gross dimensioniert werden. Die
Speisewasservorwärmer 11, 12 und 13 können dafür bei Bedarf ein grösseres
treibendes Temperaturgefälle für die Speisewasservorwärmung nutzen.Another operating case arises when the combination system is optionally available with two
Fuels, for example with gas and oil, can be operated. When a
the
Im Übrigen muss gerade bei sehr stark vorgewärmtem Speisewasser dafür
Sorge getragen werden, dass im Economizer keine Erwärmung über den
Siedepunkt eintritt. Daraus gewinnt der Konstrukteur ein wichtiges
Auslegungskriterium für die Aufteilung der Wärmetauscherfläche des
Economizers in den ersten Teil 601 und den zweiten Teil 602. Incidentally, this has to be done with very strongly preheated feed water
Care is taken to ensure that the economizer does not heat up above the
Boiling point occurs. From this, the designer gains an important one
Design criterion for the division of the heat exchanger surface of the
Economizers in the
Weiteres Leistungssteigerungspotential ist durch Wasser- oder
Dampfeinspritzung in das Heissgas der Gasturbine gegeben. In Fig. 2 ist eine
weitere bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemässen Kombianlage
dargestellt. Der Kessel 6 ist dabei als Einrohrkessel ausgeführt. Bei einem
Einrohrkessel sind Frischdampf-Überhitzer und Verdampfer nicht so genau
getrennt, wir bei dem in Fig. 1 dargestellten Trommelkessel. Der Fachmann
wird dennoch zweifelsfrei die Position erkennen, an der die Zusatzfeuerung im
Abhitzedampferzeuger anzuordnen ist, um die Vorteile der Erfindung
vollkommen auszunutzen. Mit Vorteil wird eine Stelle gewählt, stromab derer -
in Strömungsrichtung des Gasturbinen-Abgases gesehen - in allen
Betriebszuständen Arbeitmedium der Dampfturbine in flüssigem
Aggregatzustand im Inneren der Kesselrohre vorliegt.Further performance enhancement potential is through water or
Steam injection into the hot gas of the gas turbine. 2 is one
Another preferred embodiment of the combination system according to the invention
shown. The
Bei der hier dargestellten Ausführungsform eröffnet sich weiters Potential zur
Leistungssteigerung. Eine erste Anzapfstelle geeigneten Drucks an der
Dampfturbine ist über eine Verbindungsleitung 28, in welcher sich ein Absperr-
und Regelorgan 26 befindet, mit der ersten Brennkammer 102 der Gasturbine
verbunden ist. Weiterhin führt eine Leitung 27 von einer Anzapfstelle
niedrigeren Drucks über ein Absperr- und Regelorgan 25 zur zweiten
Brennkammer 104 der Gasturbine. Durch Einbringung von Dampf in die
Gasturbine kann insbesondere mehr Brennstoff 42, 43 mit hohem Kombi-Wirkungsgrad
umgesetzt werde. Weiterhin erhöht sich der Massenstrom des
expandierten Arbeitmediums 52 der Gasturbine, wodurch die Dampfproduktion
nochmals erhöht wird. Weiterhin werden die Niederdruckstufen der
Dampfturbine 4 entlastet.In the embodiment shown here, there is further potential for
Performance increase. A first tap of appropriate pressure on the
Steam turbine is connected via a connecting
Selbstverständlich kann Dampf an unterschiedlichen Stellen dem Wasser-Dampf-Kreislauf
entnommen werden. So eignet sich Sattdampf, der unmittelbar
stromab des Verdampfers 604 entnommen wurde, vorzüglich, wenn eine
Dampfkühlung der Gasturbinenkomponenten zu realisieren ist. Diese
Anzapfung des Wasser/Dampfkreislaufs kann weiterhin dann sinnvoll sein,
wenn im Frischdampfüberhitzer 606 nicht die gesamte erzeugte Dampfmenge
hinreichend hoch überhitzt werden kann. Die überschüssige Sattdampfmenge
kann dann in der Gasturbine expandiert werden, und die Dampfeinspritzung
entlastet den Frischdampf-Überhitzer und die gesamte Dampfturbine. Ebenso
kann aber auch überhitzter Frischdampf zur Einspritzung in die Gasturbine
Verwendung finden.Of course, steam can be in different places in the water-steam cycle
be removed. So saturated steam is suitable
downstream of the
In Fig. 3 ist eine Schaltung der Kombianlage mit Zusatzfeuerung dargestellt,
die eine besonders flexible Anpassung der Massenströme an das
Schluckvermögen verschiedener Komponenten und die möglichen
Enthalpieströme im Abhitzedampferzeuger ermöglicht. In einem ersten
Betriebszustand, ohne Zusatzfeuerung, sind die Absperr- und Regelorgane 16,
26, 33 und 34 geschlossen, und die Absperr- und Regelorgane 15, 22, 23, 24
sind zumindest stark angedrosselt. Der grösste Anteil 71 des Speisewassers
durchströmt beide Abschnitte 601 und 602 des Economizers, während ein
kleinerer Anteil 72 in den Speisewasservorwärmern 11 und 12 so vorgewärmt
wird, dass die Temperatur nahezu mit derjenigen der ersten
Speisewassermenge 71 beim Austritt aus dem ersten Abschnitt des
Economizers 601 identisch ist. Mittels des Regelorgans 15 wird der Anteil des
vorgewärmten Speisewassers 72 so bemessen, dass die Temperatur des
gesamten Speisewasserstroms beim Austritt aus dem zweiten Teil des
Economizers 602 wenig unterhalb der Siedetemperatur liegt. Das erwärmte
Speisewasser wird im Verdampfer 604 verdampft, im Frischdampf-Überhitzer
606 überhitzt, und der gesamte Frischdampf 75 wird schliesslich der
Dampfturbine 4 zugeführt und vollständig entspannt, wobei nur kleine AnzapfMassenströme
78, 79, 80 über die Absperr- und Regelorgane 21, 22 und 23
aus der Dampfturbine entnommen werden, um im Speisewasservorwärmer 10
das Speisewasser 77 soweit vorzuwärmen, dass sich an der
Economizerberohrung 601 kein Feuchtigkeitsniederschlag bildet, respektive
wie oben beschrieben den Speisewasserteilstrom 72 in den
Speisewasservorwärmern 11, 12 geeignet vorzuwärmen. Zur
Leistungssteigerung wird der Zusatzfeuerung 605 eine Brennstoffmenge 44
zugeführt und verbrannt. In Folge steigen die Dampfproduktion, die
Speisewassermenge, und die Frischdampfmenge. In Folge wird auch das
Absperr- und Regelorgan 15 weiter geöffnet, um den vorgewärmten
Speisewassermassenstrom 72 zu erhöhen. Um die grössere
Speisewassermenge vorzuwärmen, müssen der Dampfturbine grössere
Anzapfmassenströme 79, 80 entnommen werden, was zu einer Entlastung der
letzten Stufen der Dampfturbine um die entsprechende Dampfmenge führt. Bei
einer Steigerung des Speisewassermassenstroms kann der Fall eintreten, dass
ab einem bestimmten Massenstrom die Vorwärmung des Teilstroms 72 in den
Vorwärmern 11 und 12 nicht mehr ausreicht, um am Economizeraustritt
Wasser nahe der Siedetemperatur zu erhalten. In diesem Falle wird der
Speisewasser-Teilstrom 72 wiederum in die Teilströme 721 und 722 aufgeteilt.
Diese Aufteilung wird primär durch das Absperr- und Regelorgan 16 gesteuert.
Dessen Öffnung bestimmt den Teilstrom 722, der im Vorwärmer 13 nahezu auf
Siedetemperatur erwärmt wird, und daher im Ausführungsbeispiel unmittelbar
in die Kesseltrommel 603 eingespeist wird. Bei einem Einrohrkessel kann der
Teilstrom 722 dem restlichen Speisewassermassenstrom, 71 und 721,
unmittelbar stromauf der Verdampferberohrung 604 zugemischt werden. Bei
weiter steigender Dampfproduktion können in einem nächsten Schritt die
Dampfeinspritz-Regelventile 25 und 26 der Gasturbine geöffnet werden, wobei
die Dreiwegeventile 29, 30 so gestellt sind, dass über die Leitungen 27, 28
Dampf zugeführt wird, der als teilexpandierter Dampf an geeigneter Stele der
Dampfturbine entnommen wird, was zu einer weiteren Entlastung der
Dampfturbinen-Niederdruckstufen führt. Durch diese Massnahme können die
Brennstoffmengen 42 und 43, die in den Gasturbinenbrennkammern 102 und
104 verbrannt werden, erhöht werden, ohne die Eintrittstemperaturen in die
Turbinen 103 und 105 zu erhöhen. In Folge steigen die Gasturbinenleistung
und der Abgasmassenstrom 52 der Gasturbine. Mit einer weiteren Steigerung
der Dampfmenge wäre es vorstellbar, dass auch das Schluckvermögen des
Hochdruckteils der Dampfturbine ausgeschöpft wird. In diesem Fall wird das
Absperr- und Regelorgan 34 geöffnet, und die Dreiwegeventile 29 und 30
werden umgeschaltet. Damit wird der Gasturbine nunmehr über die Leitung 32
Frischdampf ab dem Überhitzeraustritt zugeführt. Damit kann die
Frischdampfproduktion selbst über das Schluckvermögen des Dampfturbinen-Hochdruckteils
hinaus gesteigert werden. Bei einer weiter gesteigerten
Brennstoffmenge 44, die der Zusatzfeuerung 605 zugeführt wird, reicht die im
Überhitzer 606 zu übertragende Wärmemenge nicht mehr aus, um den
gesamten erzeugten Dampf auf die geforderte Frischdampftemperatur zu
überhitzen. In diesem Fall wird schliesslich das Absperr- und Regelorgan 34
geschlossen, und das Absperr- und Regelorgan 33 geöffnet. In die
Gasturbinen-Brennkammern 102 und 104 wird Sattdampf aus der Leitung 31
eingespritzt, und bereits der Frischdampf-Überhitzer von dieser Dampfmenge
entlastet. Dieses Ausführungsbeispiel zeigt, wie flexibel sich die
erfindungsgemässe Schaltung einer Kombianlage gestalten lässt.3 shows a circuit of the combination system with additional firing,
which a particularly flexible adaptation of the mass flows to the
Swallowing ability of various components and the possible ones
Enthalpy flows in the heat recovery steam generator enabled. In a first
Operating condition, without additional firing, are the shut-off and control
Die Leistungssteigerung der Gasturbine und die Möglichkeit die
Brennstoffmengen 42 und 43 zu erhöhen, ergibt sich natürlich auch, wenn statt
Dampf Wasser in die Brennkammern eingebracht wird. Auch in diesem Fall
erhöht sich der Massenstrom des entspannten Arbeitsmediums 52 der
Gasturbine und damit die Dampfproduktion im Abhitzekessel 6. Diese
Leistungserhöhung geht allerdings in grösserem Masse zu Lasten der
Wirtschaftlichkeit, da die Verdampfungswärme, die ja mit dem abgekühlten
Abgas 53 verloren geht, erst durch zusätzlich zugeführten Brennstoff
bereitgestellt werden muss, anstatt, wie es bei der Dampfeinspritzung der Fall
ist, aus der Abgaswärme entnommen zu werden.The performance increase of the gas turbine and the possibility that
Of course, increasing
In den Figuren 4 und 5 schliesslich sind noch zwei Schaltungsvarianten mit
einer Zwischenüberhitzung 607 dargestellt. Die Dampfturbine 4 ist dabei in
einen Hochdruckteil 401 und einen Niederdruckteil 402 unterteilt. eine
teilentspannte Dampfmenge 82 aus dem Hochdruckteil ist jeweils in einen
Zwischenüberhitzer 607 geführt, von wo zwischenüberhitzter Dampf 83 in den
Niederdruckteil 402 der Dampfturbine strömt und dort vollständig expandiert
wird. In Fig. 4 ist der Abhitzedampferzeuger 6 als Trommelkessel dargestellt, in
Fig. 5 als Einrohrkessel. Die Bauart des Abhitzedampferzeugers kann in den
beiden Figuren beliebig gegeneinander ausgetauscht werden, ohne das Wesen
der Erfindung im Geringsten zu berühren, ebenso wie die unterschiedliche
Stelle der Einspeisung des vorgewärmten Speisewassers 72 in den beiden
Beispielen - einmal in den Economizer und einmal in die Kesselberohrung
unmittelbar stromauf des Verdampfers - Auslegungsvarianten sind, die in den
Beispielen nur zur Illustration unterschiedlicher Möglichkeiten so gewählt
wurden. Hingegen ist die Anordnung der Zwischenüberhitzer in beiden
Beispielen grundverschieden.Finally, FIGS. 4 and 5 also show two circuit variants
reheating 607. The
In Fig. 4 ist der Zwischenüberhitzer 607 parallel zum Frischdampf-Überhitzer
606 geführt. Diese Schaltung resultiert einerseits in einem bestmöglichen
Anlagenwirkungsgrad im nominalen Volllastbetrieb, andererseits ist die
Dampfmenge, die bei einer begrenzten innerhalb des Überhitzerabschnitts des
Abhitzedampferzeugers nutzbaren Wärme auf die Auslegungstemperatur
überhitzt werden kann, begrenzt. Aus dieser Begrenzung der Dampfproduktion
resultiert eine geringere erzielbare Leistungssteigerung.4, the
Hingegen ist der Zwischenüberhitzer 607 in Fig. 5 parallel zum Verdampfer 604
im Dampferzeuger angeordnet, dergestalt, dass die Zusatzfeuerung auch auf
den Zwischenüberhitzer wirkt. Als Resultat wird der Dampf im Nominalbetrieb
ohne Zusatzfeuerung nur gering zwischenüberhitzt, und der nominale
Wirkungsgrad ist geringer als bei der in Fig. 4 dargestellten Schaltung. Da
nunmehr aber die Zusatzfeuerung auf die Zwischenüberhitzerberohrung wirkt,
kann mehr Brennstoff sinnvoll zugefeuert werden. Die mit Zusatzfeuerung
erhöhte Zwischenüberhitzungstemperatur gleicht zusätzlich
Wirkungsgradeinbusen, die mit der Zusatzfeuerung auftreten, zumindest
teilweise aus. Bei dieser Anordnung des Zwischenüberhitzers ist eine
konstruktive Vorzugsvariante, die Berohrung des Zwischenüberhitzers so
anzuordnen, dass die Verdampferberohrung zwischen der Zusatzfeuerung und
der Berohrung des Zwischenüberhitzers liegt, und der Wärmeübergang zu dem
zu überhitzenden Dampf rein konvektiv getrieben ist. Dadurch, dass nur nass
betriebene Wärmetauscherrohre von der Strahlungswärme der Zusatzfeuerung
beaufschlagt werden, ist eine wesentlich weniger kostenintensive Bauweise
des Kessels möglich.In contrast, the
Anhand der Ausführungsbeispiele wird ein kleiner Ausschnitt aus dem breiten Spektrum der Bauformen beleuchtet, in denen die in den Ansprüchen gekennzeichnete Erfindung realisiert werden kann. Die Auslegung des Wasser/Dampf-Kreislaufs mit oder ohne Zwischenüberhitzung, die Anordnung des Zwischenüberhitzers im Abhitzedampferzeuger und vieles mehr werden von spezifischen Anforderungen an den Betrieb der Anlage, von Gegebenheiten wie dem Abgasmassenstrom und der Abgastemperatur der Gasturbine, und nicht zuletzt auch durch den Kostenrahmen bestimmt, wobei all die dargestellten Ausführungsformen problemangepasste Vorzugsvarianten der im Hauptanspruch gekennzeichneten Erfindung darstellen.Ebensowenig wie die Darstellung der Gasturbine als Gasturbine mit sequentieller Verbrennung, in einwelliger Anordnung mit der Dampfturbine, darf einschränkend ausgelegt werden, dass in dem Ausführungsbeispiel der Dampfturbinenprozess als Wasser-Dampf-Prozess beschrieben ist. Es kann hier auch ein anderes für die Realisierung des Zweiphasenprozesses geeignetes Arbeitsmedium verwendet werden. Ebenso könnte es sich auch bei dem Gasturbinenprozess um einen geschlossenen Prozess handeln.Based on the exemplary embodiments, a small section of the broad Spectrum of designs in which the in the claims characterized invention can be realized. The interpretation of the Water / steam cycle with or without reheating, the arrangement of the reheater in the heat recovery steam generator and much more of specific requirements for the operation of the plant, of Conditions such as the exhaust gas mass flow and the exhaust gas temperature of the Gas turbine, and not least determined by the budget, whereby all the illustrated embodiments preferred variants adapted to the problem of the invention characterized in the main claim like the representation of the gas turbine as a gas turbine with sequential Combustion, in a single-shaft arrangement with the steam turbine, is allowed be interpreted restrictively that in the embodiment of Steam turbine process is described as a water-steam process. It can here also another one for the realization of the two-phase process suitable working medium can be used. It could also be the same with the gas turbine process is a closed process.
In dieser Weise werden dem Durchschnittsfachmann in Abhängigkeit von der spezifischen Aufgabe eine Vielzahl weiterer Schaltungs- und Anordnungsvarianten zur konkreten Ausführung des in den Ansprüchen gekennzeichneten Erfindungsgegenstandes nahegelegt, die darzustellen den Rahmen dieser Offenbarung bei weitem sprengt.In this way, the average person skilled in the art depending on the specific task a variety of other circuit and Arrangement variants for the concrete execution of the in the claims marked subject of the invention suggests to represent the This disclosure is far beyond the scope of this disclosure.
- 11
- GasturbineGas turbine
- 22nd
- Generator generator
- 33rd
- Kupplungclutch
- 44th
- DampfturbineSteam turbine
- 66
- AbhitzedampferzeugerHeat recovery steam generator
- 77
- Kondensatorcapacitor
- 88th
- Kondensat- und SpeisepumpeCondensate and feed pump
- 99
- Kondensat- und SpeisepumpeCondensate and feed pump
- 1010th
- SpeisewasservorwärmerFeed water preheater
- 1111
- SpeisewasservorwärmerFeed water preheater
- 1212th
- SpeisewasservorwärmerFeed water preheater
- 1313
- SpeisewasservorwärmerFeed water preheater
- 1414
- Absperr- und RegelorganShut-off and control device
- 1515
- Absperr- und RegelorganShut-off and control device
- 1616
- Absperr- und RegelorganShut-off and control device
- 2121
- Absperr- und RegelorganShut-off and control device
- 2222
- Absperr- und RegelorganShut-off and control device
- 2323
- Absperr- und RegelorganShut-off and control device
- 2424th
- Absperr- und RegelorganShut-off and control device
- 2525th
- Absperr- und Regelorgan, Dampfeinspritz-RegelventilShut-off and control element, steam injection control valve
- 2626
- Absperr- und Regelorgan, Dampfeinspritz-RegelventilShut-off and control element, steam injection control valve
- 2727
- VerbindungsleitungConnecting line
- 2828
- VerbindungsleitungConnecting line
- 2929
- DreiwegeventilThree-way valve
- 3030th
- DreiwegeventilThree-way valve
- 3131
- VerbindungsleitungConnecting line
- 3232
- VerbindungsleitungConnecting line
- 3333
- Absperr- und RegelorganShut-off and control device
- 3434
- Absperr- und RegelorganShut-off and control device
- 4141
- Brennstofffuel
- 4242
- erste Brennstoffmengefirst amount of fuel
- 4343
- zweite Brennstoffmengesecond amount of fuel
- 4444
- Brennstoffmenge für die NachfeuerungAmount of fuel for re-firing
- 5151
- Ansaugluft der Gasturbine Intake air of the gas turbine
- 5252
- entspanntes Arbeitsmedium der Gasturbinerelaxed working medium of the gas turbine
- 5353
- abgekühltes Abgascooled exhaust gas
- 7171
- Speisewassermenge, SpeisewasserleitungFeed water quantity, feed water pipe
- 7272
- Speisewassermenge, SpeisewasserleitungFeed water quantity, feed water pipe
- 7373
- Erwärmtes (Siede-)WasserHeated (boiling) water
- 7474
- Sattdampf, DampfleitungSaturated steam, steam pipe
- 7575
- (überhitzter) Frischdampf, Dampfleitung(superheated) live steam, steam pipe
- 7676
- entspannter Dampfrelaxed steam
- 7777
- Speisewasser, HauptspeisewassermengeFeed water, main feed water volume
- 7878
- AnzapfdampfmengeDraw steam quantity
- 7979
- AnzapfdampfmengeDraw steam quantity
- 8080
- AnzapfdampfmengeDraw steam quantity
- 8181
- AnzapfdampfmengeDraw steam quantity
- 8282
- teilentspannter Dampfpartially relaxed steam
- 8383
- zwischenüberhitzter Teilentspannter Dampfpartially overheated steam
- 101101
- Verdichtercompressor
- 102102
- erste Brennkammerfirst combustion chamber
- 103103
- erste Turbinefirst turbine
- 104104
- zweite Brennkammersecond combustion chamber
- 105105
- zweite Turbinesecond turbine
- 401401
- Hochdruckteil der DampfturbineHigh pressure part of the steam turbine
- 402402
- Niederdruckteil der DampfturbineLow pressure part of the steam turbine
- 601601
- erster Teil des Economizersfirst part of the economizer
- 602602
- zweiter Teil des Economizerssecond part of the economizer
- 603603
- KesseltrommelBoiler drum
- 604604
- Verdampfer, VerdampferberohrungEvaporator, evaporator tubing
- 605605
- ZusatzfeuerungAdditional firing
- 606606
- Frischdampf-ÜberhitzerLive steam superheater
- 607607
- ZwischenüberhitzerReheater
- 721721
- Speisewasser-TeilstromFeed water partial flow
- 722722
- Speisewasser-TeilstromFeed water partial flow
Claims (21)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP99810389A EP1050667A1 (en) | 1999-05-05 | 1999-05-05 | Combined power plant with auxiliary burner |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP99810389A EP1050667A1 (en) | 1999-05-05 | 1999-05-05 | Combined power plant with auxiliary burner |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
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EP1050667A1 true EP1050667A1 (en) | 2000-11-08 |
Family
ID=8242808
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP99810389A Withdrawn EP1050667A1 (en) | 1999-05-05 | 1999-05-05 | Combined power plant with auxiliary burner |
Country Status (1)
Country | Link |
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