EP1146285B1 - Verfahren und Anordnung zur Beaufschlagung eines Abhitzekessels mit dem Abgas einer Gasturbine - Google Patents

Verfahren und Anordnung zur Beaufschlagung eines Abhitzekessels mit dem Abgas einer Gasturbine Download PDF

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EP1146285B1
EP1146285B1 EP01108442A EP01108442A EP1146285B1 EP 1146285 B1 EP1146285 B1 EP 1146285B1 EP 01108442 A EP01108442 A EP 01108442A EP 01108442 A EP01108442 A EP 01108442A EP 1146285 B1 EP1146285 B1 EP 1146285B1
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flap
waste heat
heat boiler
gas
exhaust gas
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EP1146285A3 (de
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Martin Hettwer
Udo Feistel
Roy Swart
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Siemens Heat Transfer Technology BV Niederlassung Deutschland
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NEM Power Systems Niederlassung Deutschland der NEM Energy BV
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/02—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers
    • F22B1/18—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines
    • F22B1/1807—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines
    • F22B1/1815—Methods of steam generation characterised by form of heating method by exploitation of the heat content of hot heat carriers the heat carrier being a hot gas, e.g. waste gas such as exhaust gas of internal-combustion engines using the exhaust gases of combustion engines using the exhaust gases of gas-turbines

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for acting on a waste heat boiler with a diverter with a pivotable flap zoom led exhaust gas of a gas turbine according to the preamble of claims 1 and 2.
  • a generic arrangement for acting on a waste heat boiler with over a diverter with hinged flap zoom led exhaust gas of a gas turbine is known.
  • the arrangement includes a lattice-like installation with at an angle firmly hired baffles, which can be arranged behind the flap of the diverter.
  • the employed baffles permanently cause a deflection of the gas flow regardless of the position of the flap of the diverter.
  • the diversion creates additional pressure loss in boiler operation. This pressure loss is reduced if after the start of the waste heat boiler with the flap open, the deflection downstream of the flap is substantially canceled.
  • the pivotable design of the baffle also serves this purpose.
  • exhaust gas A is supplied to the housing 2 of a diverter 3 via a duct 1, which widens in the flow direction, by a gas turbine (not shown).
  • a gas turbine (not shown)
  • On the side facing away from the channel 1 side of the diverter 3 is connected to a channel 4, which supplies the exhaust gas A to a waste heat boiler, not shown.
  • From the housing 2 branches off leading to a bypass chimney, not shown Bypasskanal 5.
  • a flap 6 is pivotally mounted about a horizontal axis 7 so that they can shut off either the channel 4 or the channel 5 while maintaining various intermediate positions. In the position shown in FIG. 1, a part A1 of the exhaust gas A brought from the gas turbine enters the bypass channel 5, while another part A2 flows around the free edge 6a of the flap.
  • flow around the edge 6a results in the formation of local strands, which may be supported by the swirl imposed by the gas turbine.
  • the stratification in the flow A2 leads to an uneven heat load on the cross section of the channel 4 and thus of the waste heat boiler, not shown.
  • a guide device 8 is arranged in the inflow end of the channel 4.
  • This guide device has six baffles 9, which can be pivoted about a respective horizontal axis and are arranged in a vertical cross-sectional plane, which are arranged next to one another in two rows and, if appropriate, can be moved separately from one another.
  • a carrier 10 is disposed in the channel 4.
  • FIGS. 1 and 2 there is a centric arrangement of the shafts. However, an eccentric arrangement is also possible.
  • the guide 8 covers the entire cross-section of the channel 4. However, it is also possible that only a partial coverage of the total cross-section takes place as a function of the strands distribution in the flow A2, z. B. that only one guide device is provided with the four lower baffles 9 shown in FIG.
  • the pivoting angles of the individual guide elements 9 can be adjusted independently of one another in order to better adapt the required deflection to the given strand configuration.
  • the adjusting drives for the flap 6 and the baffles 9 are not shown. However, they can be combined control technology so that the pivoting of the baffles takes place in dependence on the pivoting of the flap 6.
  • the baffles 9 take the positions shown in Fig. 1, whereby the flow A2 is substantially divided into three partial flows a, b and c, of which the partial flows b and c are deflected to a greater extent. In this way, the gas flow A2 is distributed more uniformly over the cross section of the channel 4.
  • the flap 6 closes off the bypass channel 5 and the baffles occupy the position shown in FIGS. 3 and 4, in which the gas flow A supplied by the turbine flows without distraction into the guide 8 to the waste heat boiler. In this position, the guide generates no appreciable pressure loss.
  • the guide 8 is installed in the channel 4. It is quite conceivable that the guide is installed with appropriate design of the valve body 2 with in the valve body.
  • a guide 8 comparable to the guide 11 is arranged in the bypass channel; the z. B. the flow of a bypass channel 11 or the downstream bypass chimney arranged muffler can improve.
  • the baffles 12 can - if necessary inde pendent of each other - be adjustable.
  • the baffles need not be rectangular as in the described embodiment of FIG. 1 to 4, but can z. B. also be circular or oval, since it does not depend on a homogenization of the heat strands but not on a shut-off of the flow cross-section through the baffles. It can also be used a smaller number of baffles. Under certain circumstances, a single baffle is sufficient.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Beaufschlagung eines Abhitzekessels mit über einen Diverter mit verschwenkbarer Klappe herangeführtem Abgas einer Gasturbine gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2.
  • Beim Anfahren des einer Gasturbine über einen Diverter nachgeschalteten Abhitzekessels treten infolge unterschiedlicher Wärmebelastungen lokale kritische Materialspannungen in Kesselbauteilen auf, die durch lokale Strähnen hoher Temperatur in dem zugeführten Abgas hervorgerufen werden. Die Strähnen werden durch partielles Öffnen des Diverters beim Überströmen der freien Kante der Klappe gegebenenfalls in Verbindung mit dem der Gasströmung aufgeprägten Gasturbinendrall erzeugt. Entsprechend werden beim Einsatz eines Diverters, der bei Bedarf das Abgas der Gasturbine einem Bypasskamin zuführen kann, die Kesselbauteile aufwendig hinsichtlich Wanddicke, Dehnbögen und Regelungen ausgelegt.
  • Aus der DE-A-197 37 507 ist eine gattungsgemäße Anordnung zur Beaufschlagung eines Abhitzekessels mit über einen Diverter mit schwenkbarer Klappe herangeführtem Abgas einer Gasturbine bekannt. Die Anordnung enthält einen gitterartigen Einbau mit unter einem Winkel fest angestellten Leitflächen, der hinter der Klappe des Diverters angeordnet sein kann. Die angestellten Leitflächen bewirken permanent eine Umlenkung des Gasstromes unabhängig von der Stellung der Klappe des Diverters.
  • Aus der EP-A-0 358 866 ist die Verzweigung eines von einer Gasturbine kommenden Kanals auf einen Bypasskanal und einen zu einem Wärmetauscher führenden Kanal bekannt. In dem Eingang des Bypasskanals und in dem Eingang des zu dem Wärmetauscher führenden Kanals sind Klappen angeordnet, deren ausschließliche Aufgabe es ist, den jeweiligen Kanal vollständig abzusperren oder freizugeben. Stromaufwärts der angeordneten Klappen sind schwenkbare Leitplatten angeordnet, die den vollen, die Gasturbine verlassenden Gasstrom in den gerade geöffneten Kanal umlenken. Dabei führen die Klappen in den Kanälen keine Umlenkung des Gasstromes herbei, weil diese nur die Offen- oder Geschlossenstellung einnehmen.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung der gattungsgemäßen Art anzugeben, wobei der Abhitzekessel weniger aufwendig ausgeführt werden muss.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1 und bei einer gattungsgemäßen Anordnung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Beim Anfahren des Abhitzekessels wird bei der Erfindung eine vergleichmäßigende Verteilung der lokalen Strähnen über den Anströmquerschnitt des Abhitzekessels erreicht, so dass die Auslegung der Kesselbauteile für erheblich niedrigere Spannungen erfolgen kann.
  • Durch die Umlenkung wird ein zusätzlicher Druckverlust im Kesselbetrieb erzeugt. Dieser Druckverlust wird verringert, wenn nach dem Anfahren des Abhitzekessels bei geöffneter Klappe die Umlenkung stromab der Klappe im wesentlichen wieder aufgehoben wird. Hierzu dient auch die schwenkbare Ausbildung des Leitbleches.
  • Die Erfindung soll nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine erfindungsgemäße Anordnung, bei der sich die Klappe des Diverters und die Leitbleche der Leiteinrichtung in der Regelstellung "Kesselanfahren" befinden,
    Fig. 2
    einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1 inBlickrichtung der Pfeile II-II und
    Fig. 3 und 4
    die Anordnung gemäß Fig. 1 und 2, bei der sich die Klappe des Diverters und die Leitbleche der Leiteinrichtung in Offenstellung "Kesselbetrieb" befinden.
  • Gemäß Fig. 1 wird von einer nicht gezeigten Gasturbine Abgas A über einen sich in Strömungsrichtung erweiternden Kanal 1 dem Gehäuse 2 eines Diverters 3 herangeführt. Auf der vom Kanal 1 abgewandten Seite ist der Diverter 3 mit einem Kanal 4 verbunden, der das Abgas A einem nicht gezeigten Abhitzekessel zuführt. Von dem Gehäuse 2 zweigt ein zu einem nicht gezeigten Bypasskamin führender Bypasskanal 5 ab. Im Divertergehäuse 2 ist eine Klappe 6 um eine horizontale Achse 7 derart schwenkbar gelagert, dass sie entweder den Kanal 4 oder den Kanal 5 unter Einhaltung verschiedener Zwischenstellungen absperren kann. In der in der Fig. 1 gezeigten Stellung tritt ein Teil A1 des von der Gasturbine herangeführten Abgases A in den Bypasskanal 5 ein, während ein anderer Teil A2 die freie Kante 6a der Klappe umströmt.
  • In der Strömung A2 kommt es bei Umströmung der Kante 6a zur Bildung lokaler Strähnen, die unter Umständen von dem durch die Gasturbine aufgeprägten Drall unterstützt wird. Die Strähnenbildung in der Strömung A2 führt zu einer ungleichmäßigen Wärmebeaufschlagung des Querschnitts des Kanals 4 und damit des nicht dargestellten Abhitzekessels.
  • Zwischen Gehäuse 2 und den Kanälen 4 und 5 sind in bekannter Weise nicht dargestellte Kompensatoren angeordnet.
  • Erfindungsgemäß ist in dem Einströmende des Kanals 4 eine Leiteinrichtung 8 angeordnet. Diese Leiteinrichtung weist sechs um jeweils eine horizontale Achse verschwenkbare und in einer vertikalen Querschnittsebene angeordnete Leitbleche 9 auf, die in zwei Reihen nebeneinander angeordnet und ggf. getrennt voneinander bewegbar sind. Zur mittigen Lagerung der Leitbleche 9 ist in den Kanal 4 noch ein Träger 10 angeordnet. Bei den in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsformen liegt eine zentrische Anordnung der Wellen vor.-Es ist jedoch auch eine exzentrische Anordnung möglich.
  • Die Leiteinrichtung 8 deckt den gesamten Querschnitt des Kanals 4. Es ist jedoch auch möglich, dass nur eine Teilabdeckung des Gesamtquerschnitts in Abhängigkeit von der Strähnenverteilung in der Strömung A2 erfolgt, z. B. dass nur eine Leiteinrichtung mit den in der Fig. 2 gezeigten vier unteren Leitblechen 9 vorgesehen ist.
  • Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, können die Schwenkwinkel der einzelnen Leitelemente 9 unabhängig voneinander eingestellt werden, um die erforderliche Umlenkung an die gegebene Strähnenkonfiguration besser anpassen zu können.
  • Die Verstellantriebe für die Klappe 6 und die Leitbleche 9 sind nicht mit dargestellt. Sie können aber regeltechnisch so kombiniert werden, dass die Verschwenkung der Leitbleche in Abhängigkeit von der Verschwenkung der Klappe 6 erfolgt.
  • Beim Anfahren nehmen die Leitbleche 9 die in der Fig. 1 gezeigten Stellungen ein, wodurch die Strömung A2 im wesentlichen in drei Teilströme a, b und c aufgeteilt wird, von denen die Teilströme b und c in größerem Maße umgelenkt sind. Auf diese Weise wird die Gasströmung A2 gleichmäßiger über den Querschnitt des Kanals 4 verteilt.
  • Nach Ende des Anfahrvorgangs sperrt die Klappe 6 den Bypasskanal 5 ab und es nehmen die Leitbleche die in den Fig. 3 und 4 dargestellte Lage ein, in der die von der Turbine herangeführte Gasströmung A ohne Ablenkung in der Leiteinrichtung 8 dem Abhitzekessel zuströmt. In dieser Stellung erzeugt die Leiteinrichtung keinen nennenswerten Druckverlust auf.
  • Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Leiteinrichtung 8 in den Kanal 4 eingebaut. Es ist durchaus denkbar, dass die Leiteinrichtung bei entsprechender Gestaltung des Klappengehäuses 2 mit in das Klappengehäuse eingebaut wird.
  • Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 4 ist in dem Bypasskanal eine der Leiteinrichtung 8 vergleichbare Leiteinrichtung 11 angeordnet; die z. B. die Anströmung eines im Bypasskanal 11 oder dem nachgeordneten Bypasskamin angeordneten Schalldämpfers verbessern kann. Die Leitbleche 12 können - ggf. unabhänigi voneinander - verstellbar sein.
  • Die Leitbleche müssen nicht wie bei der beschriebenen Ausführungsform gemäß Fig. 1 bis 4 rechteckig sein, sondern können z. B. auch kreisrund oder oval sein, da es nur auf eine Vergleichmäßigung der Wärmesträhnen nicht aber auf eine Absperrung des Strömungsquerschnitts durch die Leitbleche ankommt. Es kann auch eine geringere Anzahl von Leitblechen eingesetzt werden. Unter Umständen reicht ein einzelnes Leitblech aus.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Beaufschlagung eines Abhitzekessels mit über einen Diverter mit verschwenkbarer Klappe (6) herangeführtem Abgas einer Gasturbine, bei dem beim Öffnen der Klappe (6) zum Anfahren des Abhitzekessels das Abgas die freie Kante der Klappe (6) umströmt, und die Gasströmung stromab der Klappe (6) zumindest teilweise umgelenkt wird, dadurch gekennzeichnet, dass beim Anfahren des Abhitzekessels die Gasströmung stromab der Klappe (6) umgelenkt wird und dass nach dem Anfahren bei geöffneter Klappe (6) die Umlenkung im wesentlichen wieder aufgehoben wird.
  2. Anordnung zur Beaufschlagung eines Abhitzekessels mit dem Abgas einer Gasturbine, bei der zwischen Abhitzekessel und Gasturbine ein Diverter mit einer verschwenkbaren Klappe (6) angeordnet ist, wobei stromab der verschwenkbaren Klappe (6) eine Leiteinrichtung (8) mit mindestens einem Leitblech (9) zur zumindest teilweisen Umlenkung (a, b; c) der Gasströmung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Leitblech (9) schwenkbar angeordnet ist und dass das mindestens eine Leitblech (9) zwischen einer Umlenkstellung während des Anfahrens des Abhitzekessels und einer die Gasströmung im wesentlichen nicht beeinflussenden Stellung verschwenkbar ist.
  3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem vom Diverter (3) ausgehenden Bypass (5) eine zweite Leiteinrichtung (11) mit mindestens einem Leitblech (12) zur zumindest teilweisen Umlenkung der Strömung in dem Bypass (5) angeordnet ist.
  4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtung (8) sich über den gesamten Strömungsquerschnitt oder nur über einen Teilbereich erstreckt.
  5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das einzelne Leitblech (9) rechteckig, kreisrund oder oval ausgebildet ist.
  6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiteinrichtung (8) eine Vielzahl von gegebenenfalls unabhängig voneinander verstellbaren Leitblechen (9) aufweist.
EP01108442A 2000-04-11 2001-04-04 Verfahren und Anordnung zur Beaufschlagung eines Abhitzekessels mit dem Abgas einer Gasturbine Expired - Lifetime EP1146285B1 (de)

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