EP1217174A1 - Turbine plant and method of operating such a plant - Google Patents
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- EP1217174A1 EP1217174A1 EP00128459A EP00128459A EP1217174A1 EP 1217174 A1 EP1217174 A1 EP 1217174A1 EP 00128459 A EP00128459 A EP 00128459A EP 00128459 A EP00128459 A EP 00128459A EP 1217174 A1 EP1217174 A1 EP 1217174A1
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- turbine
- working medium
- steam
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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
Definitions
- the invention relates to a turbine system with a Compressor unit, the discharge side via an overflow line a turbine unit is connected downstream. It affects further a method for operating such a turbine system.
- a such a turbine system usually comprises a compressor unit, through which a working medium, for example ambient air, sucked in and to a comparatively high Pressure is compressed. That condensed in such a way, by the Working medium flowing out of the compressor unit is over an overflow line fed to a turbine unit. at a gas turbine system is in the overflow line Combustion chamber switched. One takes place in the combustion chamber Mixing the compressed working medium with one usually fossil fuel.
- a working medium for example ambient air
- the resulting mixture is burned in the combustion chamber and brought to a high working temperature. So that under high pressure and at a high temperature level working medium is then over the Overflow line of the compressor unit on the downstream side downstream turbine unit supplied. Relaxed there the working medium performing work, being the turbine unit drives. This in turn drives over a common one Shaft on the one hand the compressor unit and on the other hand an associated generator, the generation of electrical Energy takes place. If necessary, between the turbine unit and the compressor unit or between the turbine unit and the generator can be connected to a transmission.
- Such turbine systems designed as a gas turbine are usually for a particularly economical mode of operation designed and can have an efficiency of up to, for example Reach 39%.
- this sets the Compliance with particularly narrow requirements with regard to design parameters such as working pressure and working temperature of the working medium as well as the type and quality of the usable fuels ahead. They are also particularly high Efficiencies for such gas turbines in particular due to a comparatively large dimensioning reachable on the design performance.
- the invention is therefore based on the object of a turbine system of the type mentioned above, with high reliability and with high efficiency in terms of fuel to be used is particularly flexible. In addition, should a particularly suitable for operating the turbine system Procedure can be specified.
- this object is achieved according to the invention solved with one for heating the from the compressor unit flowing working medium switched into the overflow line first heat exchanger.
- the invention is based on the consideration that the turbine system for a high degree of flexibility with regard to the fuel to be used with consistently high efficiency especially for the problem-free use of comparatively inferior Suitable fuels such as biomass should be.
- a comparatively Inferior fuel can, however, be compared large number of waste or suspended matter, such as Soot particles that arise in the escaping from the burning location Flue gas flow to be carried.
- Such components can be particularly sophisticated polluting particles, however, in an undesirable manner, to encrust or damage components lead in the turbine unit. Therefore, that of the turbine unit fed, under high pressure and on working medium brought consistently to a high temperature level kept free from such disruptive dirt components become.
- the first heat exchanger is expediently switched off the flue gas produced by burning a fossil fuel heated.
- the first heat exchanger advantageously in the flue gas duct Combustion chamber, which is powered by a fossil fuel, especially with an inferior fuel like for example biomass, can be loaded.
- Such a particularly high degree of efficiency Turbine system accessible by this advantageously for the recovery of air flowing out of the turbine unit, relaxed working medium with the heat carried is.
- this is in the overflow line a second heat exchanger connected on the secondary side, the primary side by flowing out of the turbine unit relaxed working medium is heated.
- the second heat exchanger is a heat transfer from the Turbine unit flowing out relaxed working medium that still to be heated and fed to the turbine unit enables highly compressed working medium.
- the turbine system is advantageously supplied with electricity for a nominal power of about 1 kW to about 1 MW. So in the manner of a microturbine designed for a comparatively low nominal power Turbine system can thus in the sense of a decentralized installation to power a comparatively large power grid are used in multiple copies, each individual Turbine system a comparatively small number is assigned by consumers.
- the turbine system also with comparative low-quality fuel is also particularly advantageous, because with such a system not only in local terms, but also with regard to the type and quality of the fuel there is a particularly high degree of flexibility. The logistic Requirements for such an electricity supply are therefore particularly low.
- the turbine system is an economical mode of operation in a particularly advantageous embodiment in the manner of a combined gas and steam turbine system.
- the first heat exchanger expediently for heating through a flue gas into a steam turbine Integrated steam generator.
- the fuel is on the one hand via the first heat exchanger the provision of the to operate the turbine unit comparatively high temperature levels for that of the turbine unit ensured working medium to be supplied, on the other hand by also arranged in the steam generator, in switched the water-steam cycle of a steam turbine Heating surfaces the production of process steam for the steam turbine is guaranteed.
- This is a particularly extensive one and full utilization of the heat content in the combustion the flue gas produced by the fuel.
- This combination of the turbine system with a steam turbine otherwise points to a combination Gas and steam turbine plant a particularly simple overall process on, in particular because of the only, both for heating the working medium as well as for the Production of operating steam provided, with a view to Gas turbine outsourced combustion chamber with a particularly small Number of process parameters.
- the combined turbine system also for a particularly wide range of applications suitable.
- the stated object is achieved by flowing out of the compressor unit for supply in the working medium provided for the turbine unit only is heated by indirect heat exchange.
- the heating of the working medium is advantageous by generated from the combustion of a fossil fuel Made of flue gas.
- the turbine plant is in the manner of a combination of one Gas turbines operated with a steam turbine process, wherein the working medium in a steam turbine associated Steam generator is heated.
- This will be more advantageous in another Design that flowing out of the turbine unit relaxed working medium for further heat recovery Heating, advantageously for preheating, one in the water-steam cycle the steam turbine guided flow medium used.
- the advantages achieved with the invention are in particular in that through the exclusively indirect heat exchange when heating the in the overflow line, the Turbine unit to be supplied working medium at his Do not heat up with annoying dirt or soot particles is loaded.
- the working medium supplied to the turbine unit can therefore also meet the required boundary conditions such as pressure range and temperature level irrespective of the fuel used, free from disruptive Particles are kept. So the turbine system is too when using comparatively low-quality fuel Particularly reliable with a high proportion of soot or dirt particles can also be operated for a long period of operation.
- Such a combined turbine system is suitable for those with correspondingly small dimensions Turbine unit with a nominal output of approximately 1 kW to 1 MW for use in a decentralized supply network, in which also comparatively due to the usability low-quality fuels a particularly high Flexibility in the feeding of consumers guaranteed is.
- An embodiment of the invention is based on a Drawing explained in more detail.
- the figure shows a turbine system.
- the turbine system 1 is in the form of a microturbine designed for a nominal output of less than 1 MW and comprises a compressor unit 2 and one of these on the downstream side via an overflow line 4 downstream turbine unit 6.
- the turbine unit 6 is with the compressor unit 2 arranged on a common shaft 8, so that the turbine unit 6 drives the compressor unit 2. Furthermore, the turbine unit 6 drives a via the shaft 8 arranged on this, not shown generator to generate electricity.
- the generator can be driven directly by the shaft 8 or with this can be connected via a gearbox.
- the compressor unit 2 is suitably filtered ambient air can be supplied as working medium A.
- working medium A When passing through the compressor 2, working medium A is set to one for operation the turbine unit 6 compresses suitable working pressure. The working medium A compressed in such a way is then by Heating to a suitable one for the operation of the turbine unit 6 Brought temperature level and then the turbine unit 6 fed where it relaxes work-performing.
- the turbine system 1 is for operation of the turbine unit 6 with high reliability even when used a comparatively low-quality fuel.
- the working medium A is heated before it Entry into the turbine unit 6 exclusively through indirect Heat exchange.
- indirect heat exchange is a first in the overflow line 4 on the secondary side Heat exchanger 10 switched.
- the first heat exchanger 10 is in one of a steam turbine, not shown associated steam generator 12 integrated.
- a combustion chamber 14 is assigned to the steam generator 12 a fossil fuel B can be supplied.
- a fossil fuel B can be a comparatively high-quality fuel such as coal or oil or a comparatively inferior fuel such as Biomass can be provided. That with the combustion of the fuel B flue gas R arising in the combustion chamber 14 is present passed through the steam generator 12 and thus leads under other for heating the integrated in the steam generator 12 first heat exchanger 10.
- the turbine system 1 thus takes over the combustion chamber 14 in the manner of an outsourced one Combustion chamber heating the in the overflow line 4 guided working medium A for the turbine unit 6, without that there is a mixing of the flue gas R with the Working medium A leads.
- through the indirect Heat exchange of the flue gas R with the working medium A a strict and consistent separation of the flue gas flow from the Working medium A adhered to, so that even with a comparatively dirty or soot-laden flue gas R in the Turbine unit 6 entering heated working medium A a has particularly high purity.
- a second heat exchanger 20 is on the primary side from the relaxed one flowing out of the turbine unit Working medium A 'heatable.
- the second heat exchanger 20 is in the manner of preheating also on the secondary side Overflow line 4 switched, so that in the relaxed working medium A 'carried heat at least partially on the compressed working medium flowing out of the compressor unit 2 A is transferable.
- the turbine system 1 is designed as a combined turbine system and includes in addition to that in the manner of a gas turbine operable turbine unit 6 a not shown Steam turbine assigned to the steam generator 12 is.
- the evaporator heating surface 30 can form an evaporator circuit with a also not shown water-steam drum connected his.
- the evaporator heating surface 30 and the superheater heating surface 32 are as well as possibly additionally provided additional heating surfaces in a water-steam circuit 34 the steam turbine switched.
- the water-steam circuit 34 is in the steam generator 12 by evaporation of a flow medium generated steam D can be fed to the steam turbine, where it is working relaxed.
- the steam turbine is on the downstream side a condenser is connected downstream in the water-steam circuit 34, in which the relaxed steam D is condensed. from The condenser gets this through the condensation of the steam D water obtained via a feed water system, in particular a feed water tank can be switched as Feed water S back into the steam generator 12, so that a closed Water-steam cycle 34 is formed.
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Turbinenanlage mit einer Verdichtereinheit, der abströmseitig über eine Überströmleitung eine Turbineneinheit nachgeschaltet ist. Sie betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Turbinenanlage.The invention relates to a turbine system with a Compressor unit, the discharge side via an overflow line a turbine unit is connected downstream. It affects further a method for operating such a turbine system.
Bei der Erzeugung elektrischer Energie kann eine als Gasturbine ausgestaltete Turbinenanlage zum Einsatz kommen. Eine derartige Turbinenanlage umfaßt üblicherweise eine Verdichtereinheit, über die ein Arbeitsmedium, beispielsweise Umgebungsluft, angesaugt und auf einen vergleichsweise hohen Druck verdichtet wird. Das solchermaßen verdichtete, von der Verdichtereinheit abströmende Arbeitsmedium wird dabei über eine Überströmleitung einer Turbineneinheit zugeführt. Bei einer Gasturbinenanlage ist dabei in die Überströmleitung eine Brennkammer geschaltet. In der Brennkammer erfolgt eine Vermischung des verdichteten Arbeitsmediums mit einem üblicherweise fossilen Brennstoff.When generating electrical energy, one can use it as a gas turbine designed turbine system are used. A such a turbine system usually comprises a compressor unit, through which a working medium, for example ambient air, sucked in and to a comparatively high Pressure is compressed. That condensed in such a way, by the Working medium flowing out of the compressor unit is over an overflow line fed to a turbine unit. at a gas turbine system is in the overflow line Combustion chamber switched. One takes place in the combustion chamber Mixing the compressed working medium with one usually fossil fuel.
Das entstehende Gemisch wird in der Brennkammer verbrannt und dabei auf eine hohe Arbeitstemperatur gebracht. Das somit unter hohem Druck stehende und sich auf einem hohen Temperaturniveau befindende Arbeitsmedium wird anschließend über die Überströmleitung der der Verdichtereinheit abströmseitig nachgeschalteten Turbineneinheit zugeführt. Dort entspannt sich das Arbeitsmedium arbeitsleistend, wobei es die Turbineneinheit antreibt. Diese wiederum treibt über eine gemeinsame Welle einerseits die Verdichtereinheit und andererseits einen zugeordneten Generator an, wobei die Erzeugung elektrischer Energie erfolgt. Bedarfsweise kann zwischen die Turbineneinheit und die Verdichtereinheit oder zwischen die Turbineneinheit und den Generator ein Getriebe geschaltet sein. The resulting mixture is burned in the combustion chamber and brought to a high working temperature. So that under high pressure and at a high temperature level working medium is then over the Overflow line of the compressor unit on the downstream side downstream turbine unit supplied. Relaxed there the working medium performing work, being the turbine unit drives. This in turn drives over a common one Shaft on the one hand the compressor unit and on the other hand an associated generator, the generation of electrical Energy takes place. If necessary, between the turbine unit and the compressor unit or between the turbine unit and the generator can be connected to a transmission.
Derartige als Gasturbine ausgebildete Turbinenanlagen sind üblicherweise für eine besonders wirtschaftliche Betriebsweise ausgelegt und können einen Wirkungsgrad von bis zu beispielsweise 39% erreichen. Dies setzt jedoch andererseits die Einhaltung besonders enger Vorgaben im Hinblick auf Auslegungsparameter wie beispielsweise Arbeitsdruck und Arbeitstemperatur des Arbeitsmediums sowie Art und Qualität der verwendbaren Brennstoffe voraus. Zudem sind besonders hohe Wirkungsgrade für derartige Gasturbinen insbesondere auch durch eine vergleichsweise große Dimensionierung im Hinblick auf die Auslegungsleistung erreichbar.Such turbine systems designed as a gas turbine are usually for a particularly economical mode of operation designed and can have an efficiency of up to, for example Reach 39%. On the other hand, this sets the Compliance with particularly narrow requirements with regard to design parameters such as working pressure and working temperature of the working medium as well as the type and quality of the usable fuels ahead. They are also particularly high Efficiencies for such gas turbines in particular due to a comparatively large dimensioning reachable on the design performance.
Bei modernen Konzepten der Versorgung mit Elektrizität spielt allerdings auch die Flexibilität eine zunehmend bedeutsamere Rolle. Dabei kann es einerseits wünschenswert sein, vom Konzept einer zentralisierten Stromversorgung, bei dem eine groß dimensionierte zentrale Einheit zur Erzeugung von Elektrizität eine große Vielzahl von in einem Netz zusammengeschlossenen Verbrauchern bespeist, abzuweichen. Stattdessen kann in der Art einer dezentralen Auslegung vorgesehen sein, eine große Vielzahl vergleichsweise klein dimensionierter Erzeuger von Elektrizität zur Bespeisung einer jeweils vergleichsweise geringen Anzahl an Verbrauchern vorzuhalten. Bei einem Betrieb der Erzeuger von Elektrizität unabhängig voneinander ist dabei ein besonders hohes Maß an lokaler Flexibilität erreichbar. Gerade im Hinblick auf die Verfügbarkeit von Brennstoffen oder Energieträgern kann zudem wünschenswert sein, die Erzeuger von Elektrizität besonders flexibel auf die Art und Qualität des zu verwendenden Brennstoffs hin auszugestalten.With modern concepts of supply with electricity plays however, flexibility is also becoming increasingly important Role. On the one hand, it can be desirable from the concept a centralized power supply where a big dimensioned central unit for the generation of electricity a large variety of networks Feeded consumers to deviate. Instead, in the kind of a decentralized interpretation should be provided, a large number of comparatively small-sized producers from electricity to feeding one each comparatively small number of consumers. During an operation the producer of electricity independently a particularly high degree of local flexibility can be achieved. Especially with regard to the availability of fuels or energy sources may also be desirable the producers of electricity are particularly flexible in the way and the quality of the fuel to be used.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Turbinenanlage der oben genannten Art anzugeben, die bei hoher Zuverlässigkeit und bei hohem Wirkungsgrad im Hinblick auf den zu verwendenden Brennstoff besonders flexibel ist. Zudem soll ein zum Betreiben der Turbinenanlage besonders geeignetes Verfahren angegeben werden.The invention is therefore based on the object of a turbine system of the type mentioned above, with high reliability and with high efficiency in terms of fuel to be used is particularly flexible. In addition, should a particularly suitable for operating the turbine system Procedure can be specified.
Bezüglich der Turbinenanlage wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit einem zur Beheizung des aus der Verdichtereinheit abströmenden Arbeitsmediums in die Überströmleitung geschalteten ersten Wärmetauscher.With regard to the turbine system, this object is achieved according to the invention solved with one for heating the from the compressor unit flowing working medium switched into the overflow line first heat exchanger.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß die Turbinenanlage für eine hohe Flexibilität im Hinblick auf den einzusetzenden Brennstoff bei durchgängig hohem Wirkungsgrad gerade auch für den problemlosen Einsatz vergleichsweise minderwertiger Brennstoffe wie beispielsweise Biomasse geeignet sein sollte. Bei der Verbrennung eines derartigen vergleichsweise minderwertigen Brennstoffs können jedoch in vergleichsweise großer Zahl Abfall- oder Schwebstoffe, wie beispielsweise Rußpartikel, entstehen, die im vom Brennort entweichenden Rauchgasstrom mitgeführt werden. Gerade bei der Verwendung von im Hinblick auf die Erzielung eines hohen Wirkungsgrads besonders ausgereiften Komponenten können derartige verschmutzende Partikel jedoch in unerwünschter Weise zu Störungen, zu einem Verkrusten oder zur Beschädigung von Bauteilen in der Turbineneinheit führen. Daher sollte das der Turbineneinheit zugeführte, unter hohem Druck stehende und auf ein hohes Temperaturniveau gebrachte Arbeitsmedium konsequent frei von derartigen störenden Schmutzkomponenten gehalten werden. Dazu ist vorgesehen, den üblicherweise in der Brennkammer einer Gasturbinenanlage vorgesehenen direkten Wärmetausch durch einen indirekten Wärmetausch des Arbeitsmediums mit bei der Verbrennung entstehendem Rauchgas zu ersetzen. Dabei ist in die Überströmleitung sekundärseitig oder zur Beheizung des dort geführten Arbeitsmediums ein Wärmetauscher geschaltet, der primärseitig in der Art einer ausgelagerten Brennkammer über eine geeignete Wärmequelle beheizbar ist.The invention is based on the consideration that the turbine system for a high degree of flexibility with regard to the fuel to be used with consistently high efficiency especially for the problem-free use of comparatively inferior Suitable fuels such as biomass should be. When burning such a comparatively Inferior fuel can, however, be compared large number of waste or suspended matter, such as Soot particles that arise in the escaping from the burning location Flue gas flow to be carried. Especially when using it from with a view to achieving high efficiency Such components can be particularly sophisticated polluting particles, however, in an undesirable manner, to encrust or damage components lead in the turbine unit. Therefore, that of the turbine unit fed, under high pressure and on working medium brought consistently to a high temperature level kept free from such disruptive dirt components become. For this purpose it is provided, which is usually in the combustion chamber a direct heat exchange provided in a gas turbine system through an indirect heat exchange of the working medium with flue gas generated during combustion. It is in the overflow line on the secondary side or for heating of the working medium carried there is a heat exchanger switched, the primary side in the manner of an outsourced Combustion chamber can be heated using a suitable heat source.
Der dementsprechend vorgesehene Verzicht auf die herkömmliche Brennkammer als solche ist dabei insbesondere deswegen möglich, da die infolge der Verbrennung in der Brennkammer eintretende Druckerhöhung im bereits verdichteten Arbeitsmedium lediglich etwa 5% oder weniger des Drucks ausmacht, als das Arbeitsmedium beim Abströmen aus dem Verdichter ohnehin schon aufweist. Somit ist die Hauptfunktion der Verbrennung in der Brennkammer im wesentlichen in einer vergleichsweise starken Temperaturerhöhung des Arbeitsmediums zu sehen. Diese kann jedoch auch im nunmehr vorgesehenen indirekten Wärmetausch erfolgen.The corresponding waiver of the conventional one Combustion chamber as such is possible in particular because since the one that occurs in the combustion chamber due to the combustion Pressure increase in the already compressed working medium only about 5% or less of the pressure than that Working medium already when it flows out of the compressor having. Thus, the main function of the combustion in the Combustion chamber essentially in a comparatively strong Temperature increase of the working medium can be seen. This can however also in the now provided indirect heat exchange respectively.
Zweckmäßigerweise ist der erste Wärmetauscher über ein aus der Verbrennung eines fossilen Brennstoffs erzeugtes Rauchgas heizbar. Mit anderen Worten: primärseitig ist der erste Wärmetauscher vorteilhafterweise in den Rauchgaskanal eines Brennraums geschaltet, der mit einem fossilen Brennstoff, insbesondere auch mit einem minderwertigen Brennstoff wie beispielsweise Biomasse, beschickbar ist.The first heat exchanger is expediently switched off the flue gas produced by burning a fossil fuel heated. In other words: on the primary side is the first heat exchanger advantageously in the flue gas duct Combustion chamber, which is powered by a fossil fuel, especially with an inferior fuel like for example biomass, can be loaded.
Ein besonders hoher Wirkungsgrad ist bei einer derartigen Turbinenanlage erreichbar, indem diese vorteilhafterweise für die Rückgewinnung von im aus der Turbineneinheit abströmenden, entspannten Arbeitsmedium mitgeführter Wärme ausgelegt ist. Dazu ist in vorteilhafter Ausgestaltung in die Überströmleitung sekundärseitig ein zweiter Wärmetauscher geschaltet, der primärseitig durch aus der Turbineneinheit abströmendes entspanntes Arbeitsmedium beheizbar ist. Durch den zweiten Wärmetauscher ist dabei ein Wärmetransfer von aus der Turbineneinheit abströmendem entspanntem Arbeitsmedium auf das noch aufzuheizende, der Turbineneinheit zuzuführende hochverdichtete Arbeitsmedium ermöglicht.Such a particularly high degree of efficiency Turbine system accessible by this advantageously for the recovery of air flowing out of the turbine unit, relaxed working medium with the heat carried is. In an advantageous embodiment, this is in the overflow line a second heat exchanger connected on the secondary side, the primary side by flowing out of the turbine unit relaxed working medium is heated. By the second heat exchanger is a heat transfer from the Turbine unit flowing out relaxed working medium that still to be heated and fed to the turbine unit enables highly compressed working medium.
Für eine besonders hohe Flexibilität im Sinne einer dezentralen Versorgung mit Elektrizität ist die Turbinenanlage vorteilhafterweise für eine Nennleistung von etwa 1 kW bis etwa 1 MW ausgelegt. Die solchermaßen in der Art einer Mikroturbine für eine vergleichsweise geringe Nennleistung ausgelegte Turbinenanlage kann somit im Sinne einer dezentralen Aufstellung zur Bespeisung eines vergleichsweise großen Stromnetzes in mehrfacher Ausfertigung zum Einsatz kommen wobei jeder individuellen Turbinenanlage eine vergleichsweise geringe Anzahl von Verbrauchern zugeordnet ist. Gerade bei einem derartigen dezentral strukturierten Versorgungsnetz ist die Versorgungsmöglichkeit der Turbinenanlage auch mit vergleichsweise minderwertigem Brennstoff zudem besonders vorteilhaft, da bei einem derartigen System nicht nur in lokaler Hinsicht, sondern auch im Hinblick auf Art und Qualität des Brennstoffs eine besonders hohe Flexibilität gegeben ist. Die logistischen Anforderungen an eine derartige Elektrizitätsversorgung sind somit besonders gering.For particularly high flexibility in the sense of decentralized The turbine system is advantageously supplied with electricity for a nominal power of about 1 kW to about 1 MW. So in the manner of a microturbine designed for a comparatively low nominal power Turbine system can thus in the sense of a decentralized installation to power a comparatively large power grid are used in multiple copies, each individual Turbine system a comparatively small number is assigned by consumers. Especially with such a decentralized supply network is the supply option the turbine system also with comparative low-quality fuel is also particularly advantageous, because with such a system not only in local terms, but also with regard to the type and quality of the fuel there is a particularly high degree of flexibility. The logistic Requirements for such an electricity supply are therefore particularly low.
Für einen besonders hohen Wirkungsgrad und somit für eine besonders wirtschaftliche Betriebsweise ist die Turbinenanlage in besonders vorteilhafter Ausgestaltung in der Art einer kombinierten Gas- und Dampfturbinenanlage ausgebildet. Dazu ist der erste Wärmetauscher zweckmäßigerweise zur Beheizung durch ein Rauchgas in einen einer Dampfturbine zugeordneten Dampferzeuger integriert. Durch die Befeuerung des Dampferzeugers durch die Verbrennung eines, insbesondere fossilen, Brennstoffs ist dabei einerseits über den ersten Wärmetauscher die Bereitstellung des zum Betrieb der Turbineneinheit vergleichsweise hohen Temperaturniveaus für das der Turbineneinheit zuzuführende Arbeitsmedium sichergestellt, wobei andererseits durch ebenfalls im Dampferzeuger angeordnete, in den Wasser-Dampf-Kreislauf einer Dampfturbine geschaltete Heizflächen die Erzeugung von Betriebsdampf für die Dampfturbine gewährleistet ist. Somit ist eine besonders weitgehende und vollständige Ausnutzung des Wärmegehalts des bei der Verbrennung des Brennstoffs entstehenden Rauchgases ermöglicht. Diese Kombination der Turbinenanlage mit einer Dampfturbine weist im übrigen gegenüber einer anderweitig kombinierten Gas- und Dampfturbinenanlage einen besonders einfachen Gesamtprozeß auf, der insbesondere aufgrund der einzigen, sowohl für die Aufheizung des Arbeitsmediums als auch für die Erzeugung von Betriebsdampf vorgesehenen, im Hinblick auf die Gasturbine ausgelagerten Brennkammer mit einer besonders geringen Anzahl an Prozeßparametern auskommt. Gerade beim Einsatz mit einer für eine vergleichsweise geringe Nennleistung ausgelegten Turbineneinheit ist die derartig kombinierte Turbinenanlage zudem für eine besonders hohe Bandbreite an Einsatzzwecken geeignet.For a particularly high degree of efficiency and therefore for a particular one The turbine system is an economical mode of operation in a particularly advantageous embodiment in the manner of a combined gas and steam turbine system. To is the first heat exchanger expediently for heating through a flue gas into a steam turbine Integrated steam generator. By firing the steam generator by burning one, especially fossil, The fuel is on the one hand via the first heat exchanger the provision of the to operate the turbine unit comparatively high temperature levels for that of the turbine unit ensured working medium to be supplied, on the other hand by also arranged in the steam generator, in switched the water-steam cycle of a steam turbine Heating surfaces the production of process steam for the steam turbine is guaranteed. This is a particularly extensive one and full utilization of the heat content in the combustion the flue gas produced by the fuel. This combination of the turbine system with a steam turbine otherwise points to a combination Gas and steam turbine plant a particularly simple overall process on, in particular because of the only, both for heating the working medium as well as for the Production of operating steam provided, with a view to Gas turbine outsourced combustion chamber with a particularly small Number of process parameters. Especially when used with a for a comparatively low nominal power designed turbine unit is the combined turbine system also for a particularly wide range of applications suitable.
Zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrads weist die solchermaßen kombinierte Turbinenanlage in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung einen dritten Wärmetauscher auf, der primärseitig durch aus der Turbineneinheit abströmendes entspanntes Arbeitsmedium beheizbar ist, und der sekundärseitig, insbesondere in der Art eines Vorwärmers, in den Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine geschaltet ist.To further increase the efficiency, it points in this way Combined turbine system in a further advantageous embodiment a third heat exchanger on the primary side due to relaxed working medium flowing out of the turbine unit is heated, and the secondary side, in particular in the manner of a preheater, in the water-steam cycle the steam turbine is switched.
Bezüglich des Verfahrens wird die genannte Aufgabe gelöst, indem aus der Verdichtereinheit abströmendes, zur Zufuhr in die Turbineneinheit vorgesehenes Arbeitsmedium ausschließlich durch indirekten Wärmetausch beheizt wird.With regard to the method, the stated object is achieved by flowing out of the compressor unit for supply in the working medium provided for the turbine unit only is heated by indirect heat exchange.
Um nämlich auch bei der Verwendung vergleichsweise minderwertiger Brennstoffe eine hohe Zuverlässigkeit und eine besonders hohe Lebensdauer der Turbineneinheit zu gewährleisten, ist vorgesehen, auf eine direkte Zuführung des bei der Verbrennung entstehenden Rauchgasstroms in die Turbineneinheit konsequent zu verzichten. Stattdessen erfolgt die Einstellung des für den Betrieb der Turbineneinheit erforderlichen Temperaturniveaus des Arbeitsmediums durch indirekten Wärmetausch mit dem Rauchgasstrom, wobei ein Stoffaustausch, also die Einleitung von Ruß- oder Schmutzpartikeln in die Turbineneinheit, konsequent vermieden ist.This is because it is comparatively inferior even when used High reliability and special fuels to ensure a long service life of the turbine unit, is provided for a direct supply of the combustion resulting flue gas flow into the turbine unit to give up consistently. Instead, the setting is made the temperature level required for the operation of the turbine unit of the working medium through indirect heat exchange with the flue gas stream, whereby a mass transfer, i.e. the Introduction of soot or dirt particles into the turbine unit, is consistently avoided.
Vorteilhafterweise wird dabei die Beheizung des Arbeitsmediums durch aus der Verbrennung eines fossilen Brennstoffs erzeugtes Rauchgas vorgenommen. The heating of the working medium is advantageous by generated from the combustion of a fossil fuel Made of flue gas.
Zur weiteren Wärmerückgewinnung und somit für einen besonders hohen Gesamtwirkungsgrad wird vorteilhafterweise der Wärmegehalt des aus der Turbineneinheit abströmenden entspannten Arbeitsmediums zur Vorwärmung des aus der Verdichtereinheit abströmenden, der Turbineneinheit zuzuführenden Arbeitsmediums genutzt. Dazu wird in der Art einer Wärmerückgewinnung das Arbeitsmedium durch Wärmetausch mit aus der Turbineneinheit abströmendem entspanntem Arbeitsmedium beheizt.For further heat recovery and therefore for someone special high overall efficiency is advantageously the heat content of the relaxed working medium flowing out of the turbine unit for preheating the outflowing from the compressor unit the working medium to be supplied to the turbine unit used. This is done in the manner of heat recovery Working medium through heat exchange with from the turbine unit outflowing relaxed working medium heated.
In zusätzlicher oder alternativer vorteilhafter Ausgestaltung wird die Turbinenanlage in der Art einer Kombination eines Gasturbinen- mit einem Dampfturbinenprozeß betrieben, wobei das Arbeitsmedium in einem einer Dampfturbine zugeordneten Dampferzeuger beheizt wird. Dabei wird in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung das aus der Turbineneinheit abströmende entspannte Arbeitsmedium zur weiteren Wärmerückgewinnung zur Beheizung, vorteilhafterweise zur Vorwärmung, eines im Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine geführten Strömungsmediums verwendet.In an additional or alternative advantageous embodiment the turbine plant is in the manner of a combination of one Gas turbines operated with a steam turbine process, wherein the working medium in a steam turbine associated Steam generator is heated. This will be more advantageous in another Design that flowing out of the turbine unit relaxed working medium for further heat recovery Heating, advantageously for preheating, one in the water-steam cycle the steam turbine guided flow medium used.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß durch den ausschließlich indirekten Wärmetausch bei der Beheizung des in der Überströmleitung geführten, der Turbineneinheit zuzuführenden Arbeitsmediums dieses bei seiner Aufheizung nicht mit störenden Schmutz- oder Rußpartikeln beladen wird. Das der Turbineneinheit zugeführte Arbeitsmedium kann somit auch bei Erfüllung der erforderlichen Randbedingungen wie beispielsweise Druckbereich und Temperaturniveau unabhängig vom verwendeten Brennstoff frei von störenden Partikeln gehalten werden. Somit ist die Turbinenanlage auch bei der Verwendung vergleichsweise minderwertigen Brennstoffs mit hohem Anteil an Ruß- oder Schmutzpartikeln besonders zuverlässig auch für eine lange Betriebsdauer betreibbar. Durch die Kombination mit einem Dampfturbinenprozeß, insbesondere durch die Integration des zur Beheizung des Arbeitsmediums vorgesehenen Wärmetauschers in den einer Dampfturbine zugeordneten Dampferzeuger, ist zudem ein besonders hoher Anlagenwirkungsgrad bei vergleichsweise einfach gehaltenem Gesamtprozeß erreichbar. Gerade eine derartig kombinierte Turbinenanlage eignet sich bei entsprechend gering dimensionierter Turbineneinheit mit einer Nennleistung von etwa 1 kW bis 1 MW zum Einsatz in einem dezentral strukturiertem Versorgungsnetz, bei dem auch infolge der Verwendbarkeit vergleichsweise minderwertiger Brennstoffe eine besonders hohe Flexibilität bei der Bespeisung der Verbraucher gewährleistet ist.The advantages achieved with the invention are in particular in that through the exclusively indirect heat exchange when heating the in the overflow line, the Turbine unit to be supplied working medium at his Do not heat up with annoying dirt or soot particles is loaded. The working medium supplied to the turbine unit can therefore also meet the required boundary conditions such as pressure range and temperature level irrespective of the fuel used, free from disruptive Particles are kept. So the turbine system is too when using comparatively low-quality fuel Particularly reliable with a high proportion of soot or dirt particles can also be operated for a long period of operation. By the combination with a steam turbine process, in particular through the integration of the heating of the working medium provided heat exchanger in the assigned to a steam turbine Steam generator is also a particularly high system efficiency with a comparatively simple overall process reachable. Such a combined turbine system is suitable for those with correspondingly small dimensions Turbine unit with a nominal output of approximately 1 kW to 1 MW for use in a decentralized supply network, in which also comparatively due to the usability low-quality fuels a particularly high Flexibility in the feeding of consumers guaranteed is.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt die Figur eine Turbinenanlage.An embodiment of the invention is based on a Drawing explained in more detail. The figure shows a turbine system.
Die Turbinenanlage 1 gemäß der Figur ist in der Art einer Mikroturbine
für eine Nennleistung von weniger als 1 MW ausgelegt
und umfaßt eine Verdichtereinheit 2 und eine dieser abströmseitig
über eine Überströmleitung 4 nachgeschaltete Turbineneinheit
6. Die Turbineneinheit 6 ist dabei mit der Verdichtereinheit
2 auf einer gemeinsamen Welle 8 angeordnet, so
daß die Turbineneinheit 6 die Verdichtereinheit 2 antreibt.
Weiterhin treibt die Turbineneinheit 6 über die Welle 8 einen
an dieser angeordneten, nicht näher dargestellten Generator
zu Erzeugung von Elektrizität an. Der Generator kann dabei
unmittelbar von der Welle 8 angetrieben sein oder auch mit
dieser über ein Getriebe verbunden sein.The
Der Verdichtereinheit 2 ist geeignet gefilterte Umgebungsluft
als Arbeitsmedium A zuführbar. Beim Durchlauf durch den Verdichter
2 wird das Arbeitsmedium A auf einen für den Betrieb
der Turbineneinheit 6 geeigneten Arbeitsdruck verdichtet. Das
solchermaßen verdichtete Arbeitsmedium A wird sodann durch
Beheizung auf ein für den Betrieb der Turbineneinheit 6 geeignetes
Temperaturniveau gebracht und anschließend der Turbineneinheit
6 zugeführt, wo es sich arbeitsleistend entspannt. The
Die Turbinenanlage 1 ist dabei für einen Betrieb der Turbineneinheit
6 mit hoher Zuverlässigkeit auch bei Verwendung
eines vergleichsweise minderwertigen Brennstoffs ausgelegt.
Dazu erfolgt die Beheizung des Arbeitsmediums A vor dessen
Eintritt in die Turbineneinheit 6 ausschließlich durch indirekten
Wärmetausch. Für einen derartigen indirekten Wärmetausch
ist in die Überströmleitung 4 sekundärseitig ein erster
Wärmetauscher 10 geschaltet. Der erste Wärmetauscher 10
ist dabei in einen einer nicht näher dargestellten Dampfturbine
zugeordneten Dampferzeuger 12 integriert.The
Dem Dampferzeuger 12 ist eine Brennkammer 14 zugeordnet, der
ein fossiler Brennstoff B zuführbar ist. Als fossiler Brennstoff
B kann dabei ein vergleichsweise hochwertiger Brennstoff
wie beispielsweise Kohle oder Öl oder auch ein vergleichsweise
minderwertiger Brennstoff wie beispielsweise
Biomasse vorgesehen sein. Das bei der Verbrennung des Brennstoffs
B in der Brennkammer 14 entstehende Rauchgas R ist dabei
durch den Dampferzeuger 12 geführt und führt somit unter
anderem zu einer Beheizung des in den Dampferzeuger 12 integrierten
ersten Wärmetauschers 10. Bei der Turbinenanlage 1
übernimmt somit die Brennkammer 14 in der Art einer ausgelagerten
Brennkammer die Beheizung des in der Überströmleitung
4 geführten Arbeitsmediums A für die Turbineneinheit 6, ohne
daß es dabei zu einer Vermischung des Rauchgases R mit dem
Arbeitsmedium A führt. Mit anderen Worten: durch den indirekten
Wärmetausch des Rauchgases R mit dem Arbeitsmedium A ist
eine strikte und konsequente Trennung des Rauchgasstroms vom
Arbeitsmedium A eingehalten, so daß auch bei einem vergleichsweise
schmutz- oder rußbeladenem Rauchgas R das in die
Turbineneinheit 6 eintretende aufgeheizte Arbeitsmedium A eine
besonders hohe Reinheit aufweist.A
Für einen besonders hohen Wirkungsgrad der Turbinenanlage 1
ist eine Rückgewinnung von im aus der Turbineneinheit 6 abströmenden
entspannten Arbeitsmedium A' mitgeführter Wärme
vorgesehen. Dazu ist ein zweiter Wärmetauscher 20 primärseitig
von dem aus der Turbineneinheit abströmenden entspannten
Arbeitsmedium A' beheizbar. Der zweite Wärmetauscher 20 ist
in der Art einer Vorwärmung sekundärseitig ebenfalls in die
Überströmleitung 4 geschaltet, so daß die im entspannten Arbeitsmedium
A' mitgeführte Wärme zumindest teilweise auf das
von der Verdichtereinheit 2 abströmende verdichtete Arbeitsmedium
A übertragbar ist.For a particularly high efficiency of the
Die Turbinenanlage 1 ist als kombinierte Turbinenanlage ausgestaltet
und umfaßt zusätzlich zur in der Art einer Gasturbine
betreibbaren Turbineneinheit 6 eine nicht näher dargestellte
Dampfturbine, der der Dampferzeuger 12 zugeordnet
ist. Dabei sind im Dampferzeuger 12 eine Anzahl von Heizflächen
angeordnet, von denen im Ausführungsbeispiel schematisch
eine Verdampferheizfläche 30 sowie eine Überhitzerheizfläche
32 gezeigt sind. Selbstverständlich können noch weitere geeignete
Heizflächen wie beispielsweise Vorwärmer- oder Economizerheizflächen
vorgesehen sein. Die Verdampferheizfläche 30
kann dabei zur Bildung eines Verdampferumlaufs mit einer
ebenfalls nicht dargestellten Wasser-Dampf-Trommel verbunden
sein. Die Verdampferheizfläche 30 sowie die Überhitzerheizfläche
32 sind ebenso wie möglicherweise zusätzlich vorgesehene
weitere Heizflächen in einen Wasser-Dampf-Kreislauf 34
der Dampfturbine geschaltet. Im Wasser-Dampf-Kreislauf 34 ist
im Dampferzeuger 12 durch Verdampfung eines Strömungsmediums
erzeugter Dampf D der Dampfturbine zuführbar, wo er sich arbeitsleistend
entspannt. Abströmseitig ist der Dampfturbine
dabei im Wasser-Dampf-Kreislauf 34 ein Kondensator nachgeschaltet,
in dem der entspannte Dampf D kondensiert wird. Vom
Kondensator gelangt das durch die Kondensation des Dampfes D
gewonnene Wasser über ein Speisewassersystem, in das insbesondere
ein Speisewasserbehälter geschaltet sein kann, als
Speisewasser S wieder in den Dampferzeuger 12, so daß ein geschlossener
Wasser-Dampf-Kreislauf 34 entsteht.The
Zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrads der Turbinenanlage 1
ist weiterhin eine Nutzung zumindest eines Teils der Restwärme
im entspannten Arbeitsmedium A' zur Vorwärmung des Speisewassers
S vorgesehen. Dazu ist ein dritter Wärmetauscher 36,
der primärseitig durch aus der Turbineneinheit 6 abströmendes
entspanntes Arbeitsmedium A' beheizbar ist, sekundärseitig in
den Wasser-Dampf-Kreislauf 34 geschaltet.To further increase the efficiency of the
Claims (12)
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|---|---|---|---|
| EP00128459A EP1217174A1 (en) | 2000-12-22 | 2000-12-22 | Turbine plant and method of operating such a plant |
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|---|---|---|---|
| EP00128459A EP1217174A1 (en) | 2000-12-22 | 2000-12-22 | Turbine plant and method of operating such a plant |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| EP1217174A1 true EP1217174A1 (en) | 2002-06-26 |
Family
ID=8170806
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| EP00128459A Withdrawn EP1217174A1 (en) | 2000-12-22 | 2000-12-22 | Turbine plant and method of operating such a plant |
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| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1217174A1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009010023A2 (en) | 2007-07-18 | 2009-01-22 | Gammel Engineering Gmbh | Device and method for the generation of power heat |
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| EP0050687A1 (en) * | 1980-10-28 | 1982-05-05 | GebràDer Sulzer Aktiengesellschaft | Hot-air turbines steam power plant |
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2000
- 2000-12-22 EP EP00128459A patent/EP1217174A1/en not_active Withdrawn
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