EP1320665A1

EP1320665A1 - Verfahren zum betreiben einer gas- und dampfturbinenanlage sowie entsprechende anlage

Info

Publication number: EP1320665A1
Application number: EP01978376A
Authority: EP
Inventors: Erich Schmid; Werner Schwarzott
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2000-09-29
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2003-06-25
Anticipated expiration: 2021-09-17
Also published as: US20040011049A1; TW541392B; EP1193373A1; WO2002027154A1; EP1320665B1; DE50106221D1; ES2240527T3; US6874322B2

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben einer Gas- und Dampfturbi-nenanlage (1) mit einer sowohl mit Gas als auch mit Öl be-treibbaren Gasturbine (2) wird bei einem Betriebswechsel von Gas auf Öl zur Kondensatvorwärmung ein Teilstrom (tS) von aufgeheiztem Speisewasser (S') in das kalte Kondensat (K) eingedüst. Dazu umfasst die Anlage (1) eine Mischeinrichtung (44,46), in der mindestens ein mit einer Heisswasserleitung (101) zum Zuführen des Teilstroms (tS) verbundener Sprühkopf (105) angeordnet ist.

Description

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sätzlichen Wärmetauschers im Anschluss an den Druckabbau verhindert werden soll.

Dabei kann, insbesondere bei einem Drei-Druck-System, aufge- heiztes Speisewasser aus dem Mitteldruck-System, aus dem Hochdruck-System oder aus beiden Systemen entnommen werden. Die Entnahme hängt dabei im Wesentlichen von der benötigten Aufheizwärme für das Kondensat sowie davon ab, welcher An-la- genwirkungsgrad beim nur als Backup dienenden Ölbetrieb der Gasturbine mindestens aufrechterhalten werden soll.

Das aufgeheizte Speisewasser oder Heißwasser wird zweckmäßigerweise bei einem Zwei-Drucksystem, d. h.' bei einer Zwei- Druck-Anlage aus einer Hochdruck-Trommel und bei einem Drei- Druck-System bzw. bei einer Drei-Druck-Anlage aus der Hochdruck-Trommel und/oder aus einer Mitteldruck-Trommel als Speisewasser-Teilstrom entnommen. Alternativ kann die Entnahme des Teilstroms auch am Austritt des Hochdruck-Econo-mi- zers bzw. des Mitteldruck-Economizers erfolgen.

Bedarfsweise kann zusätzlich der Druck des Niederdruck-Systems angehoben werden, um im Rauchgas enthaltene Wärme aus dem Niederdruck-System zum diesem rauchgasseitig nachgeordne- ten Kondensatvorwärmer hin zu verschieben. Wesentlich dabei ist, dass das dem Wasser-Dampf-Kreislauf an geeigneter Stelle entnommene aufgeheizte Speisewasser in Form eines Speiserwasser-Teilstroms ohne vorherige Aufwärmung, d.h. ohne Wärmetausch in einem zusätzlichen Wärmetauscher dem kalten Kondensat zugemischt wird.

Bezüglich der Anlage wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 5. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der auf diesen rückbezogenen Unteransprüche .

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Eintrittstemperatur erforderlich ist. Infolge des schaltungstechnisch in besonders effektiver Weise erweiterten Betriebsbereiches ist auch eine Standardisierung möglich. Ferner sind die Investitionskosten besonders gering.

Aufgrund der vergleichsweise weniger komplexen Regelungen und Umschaltungen ist einerseits eine vergleichsweise einfache Betriebsweise und zudem auch eine vergleichsweise hohe Zuverlässigkeit erreicht, da insgesamt weniger aktive Komponenten notwendig sind. Wegen des vergleichsweise geringeren Kompo- nentenumfangs sind vorteilhafterweise auch der Wartungsaufwand und die Ersatzteilhaltung reduziert.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

FIG 1 schematisch eine für einen Betriebswechsel von Gas auf Öl ausgelegte Gas- und Dampfturbinenanlage mit einer Heißwasser-Mischeinrichtung, FIG 2 die Mischeinrichtung gemäß FIG 1 in größerem Maßstab mit einer Anzahl von Sprühköpfen, und

FIG 3 einen Ausschnitt III aus FIG 2 in größerem Maßstab mit einem ein Ventil aufweisenden Sprühkopf.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Die Gas- und Dampfturbinenanlage 1 gemäß der Figur umfasst eine Gasturbinenanlage la und eine Dampfturbinenanlage Ib. Die Gasturbinenanlage la umfasst eine Gasturbine 2 mit angekoppeltem Luftverdichter 4 und eine der Gasturbine 2 vorgeschaltete Brennkammer 6, die an eine Frischluftleitung 8 des Luftverdichters 4 angeschlossen ist. In die Brennkammer 6 mündet eine Brennstoffleitung 10, über die der Brennkammer 6 wahlweise Gas oder Öl als Brennstoff B zuführbar ist. Dieser wird unter Zufuhr verdichteter Luft L zum Arbeitsmittel oder Brenngas für die Gasturbine 2 verbrannt. Die Gasturbine 2 und der Luftverdichter 4 sowie ein Generator 12 sitzen auf einer gemeinsamen Turbinenwelle 14.

Die Dampfturbinenanlage 1b umfasst eine Dampfturbine 20 mit angekoppeltem Generator 22 und in einem Wasser-Dampf-Kreislauf 24 einen der Dampfturbine 20 nachgeschalteten Kondensator 26 sowie einen Abhitzedampferzeuger 30. Die Dampfturbine 20 weist eine erste Druckstufe oder einen Hochdruckteil 20a und eine zweite Druckstufe oder einen Mitteldruckteil 20b so- wie eine dritte Druckstufe oder einen Niederdruckteil 20c auf, die über eine gemeinsame Turbinenwelle 32 den Generator 22 antreiben.

Zum Zuführen von in der Gasturbine 2 entspanntem Arbeitsmit- tel oder Rauchgas AM in den Abhitzedampferzeuger 30 ist einet Abgasleitung 34 an einen Eingang 30a des Abhitzedampferzeugers 30 angeschlossen. Das sich entlang des Abhitzedampferzeugers 30 infolge indirekten Wärmetausches mit im Wasser- Dampf-Kreislauf 24 geführtem Kondensat K und Speisewasser S abkühlende Rauchgas AM aus der Gasturbine 2 verlässt den Abhitzedampferzeuger 30 über dessen Ausgang 30b in Richtung auf einen nicht dargestellten Kamin.

Der Abhitzedampferzeuger 30 umfasst als Heizflächen einen Kondensatvorwärmer 36, der eingangsseitig über eine Kondensatleitung 38, in die eine Kondensatpumpe 40 geschaltet ist, mit Kondensat K aus dem Kondensator 26 gespeist wird. Der Kondensatvorwärmer 36 ist ausgangsseitig an die Saugseite einer Speisewasserpumpe 42 geführt. In die Kondensatleitung 38 ist eine Mischeinrichtung 44 mit einem rohrförmigen Heißwassermischer 46 geschaltet.

Die Speisewasserpumpe 42 ist als Hochdruckspeisepumpe mit Mitteldruckentnahme ausgebildet. Sie bringt das Kondensat K auf ein für eine dem Hochdruckteil 20a der Dampfturbine 20 zugeordnete Hochdruckstufe 50 des Wasser-Dampf-Kreislaufs 24 geeignetes Druckniveau von etwa 120 bar bis 150 bar. Über die Mitteldruckentnahme wird das Kondensat K mittels der Speisewasserpumpe 42 auf ein für eine dem Mitteldruckteil 20b der Dampfturbine 20 zugeordnete Mitteldruckstufe 70 geeignetes Druckniveau von etwa 40 bar bis 60 bar.

Das über die Speisewasserpumpe 42 geführte Kondensat K, das auf der Druckseite der Speisewasserpumpe 42 als Speisewasser S bezeichnet wird, wird teilweise mit hohem Druck einem ersten Hochdruck-Economizer 51 oder Speisewasservorwärmer und über diesen einem zweiten Hochdruck-Economizer 52 zugeführt. Dieser ist ausgangsseitig über ein Ventil 57 an eine Hochdruck-Trommel 54 angeschlossen.

Das Speisewasser S wird zudem teilweise mit mittlerem Druck über eine Rückschlagklappe 71 und ein dieser nachgeschaltetes Ventil 72 einem Speisewasservorwärmer oder Mitteldruck-Eco- nomizer 73 zugeführt. Dieser ist ausgangsseitig über ein Ventil 74 an eine Mittel-druck-Trommel 75 angeschlossen. Analog ist als Teil einer dem Niederdruckteil 20c der Dampfturbine 20 zugeordneten Niederdruckstufe 90 des Wasser-Dampf-Kreislaufs 24 der Kondensatvorwärmer 36 ausgangsseitig über ein Ventil 91 an eine Niederdruck-Trommel 92 angeschlossen.

Die Mitteldruck-Trommel 75 ist mit einem im Abhitzedampfer- zeuger 30 angeordneten Mitteldruck-Verdampfer 76 zur Bildung eines Wasser-Dampf-Umlaufs 77 verbunden. Dampfseitig ist an die Mitteldruck-Trommel 75 ein Zwischenüberhitzer 78 angeschlossen, der ausgangsseitig (heiße ZU) an einen Eingang 79 des Mitteldruckteils 20b geführt ist und in den eingangssei- tig (kalte ZU) eine mit einem Ausgang 80 des Hochdruck-teils 20a der Dampfturbine 20 verbundene Abdampfleitung 81 geführt ist.

Hochdruckseitig ist die Speisewasserpumpe 42 über zwei Ven- tile 55, 56 sowie über den ersten Hochdruck-Economizer 51 und den diesem speisewasserseitig nachgeschalteten und innerhalb des Abhitzedampferzeugers 30 rauchgasseitig vorgeordneten o O IV) rv> P¹ cπ o Cπ o Cπ o cπ o rt < N S P o £ rt P- P φ

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Beim Wechsel von Gasbetrieb auf Ölbetrieb der Gasturbine 2 wird über ein Teilstrom- oder Heißwasserleitung 101 ein mittels eines Ventils 102 mit vorgeschalteter Rückschlagklappe

103 einstellbarer Teilstrom tS aufgeheizten Speisewassers S' der Mischeinrichtung 44,46 zugeführt und in deren Innenraum

104 über eine Sprühkopfanordnung 105 dem kalten Kondensat K zugemischt. Der Teilstrom tS aufgeheizten Speisewassers S' wird über ein Ventil 106 vorzugsweise der Hochdruck-Trommel 54 wasserseitig entnommen. Alternativ kann das aufgeheizte Speisewasser S^Λ als einstellbarer Teilstrom tS auch über ein) Ventil 107 dem ersten Hochdruck-Economizer 51 oder über ein Ventil 108 dem zweiten Hochdruck-Economizer 52 ausgangsseitig entnommen werden.

Bei dem dargestellten Drei-Druck-System kann alternativ oder zusätzlich als einstellbarer Teilstrom tS auch dem Mittel- druck-Economizer 73 ausgangsseitig über ein Ventil 109 oder der Mitteldruck-Trommel 75 wasserseitig über ein Ventil 110 aufgeheiztes Speisewasser S^Λ entnommen werden.

Die Zumischung des Teilstroms tS zum Kondensat K durch Ein- düsung des über die Heißwasserleitung 101 geführten aufgeheizten Speisewassers S in das kalte Kondensat K führt zu einer gezielten Ausdampfung und anschließenden Kondensation des sich dabei bildenden Wasser-Dampf-Gemisches in der Mischeinrichtung 44,46. Dabei beträgt die Temperatur TS des Teilstroms tS bei dessen Entnahme als aufgeheiztes Speise-wasser S aus der Hochdruck-Trommel 54 beispielsweise 320°C. Durch die Eindüsung des Teilstroms tS und dessen innige Vermischung mit dem kalten Kondensat K kann innerhalb der Mischvorrichtung 44,46 - bei entsprechender Einstellung der Menge des Teilstroms tS mittels des Ventils 103 - eine Mischtemperatur eingestellt werden, die unterhalb der bei diesem Druck in der Mischeinrichtung 44,46 herrschenden Siedetemperatur liegt.

FIG 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der Mischeinrichtung 44 bzw. des Heißwassermischers 46. Dieser weist eine an CO o rv> IV⁾ P¹ π o cπ o Cπ O Cπ

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Betreiben einer Gas- und Dampfturbinenanla- ge (1), bei dem das aus einer sowohl mit Gas als auch mit Öl betreibbaren Gasturbine (2) austretende Rauchgas (AM) über ei-nen Abhitzedampferzeuger (30) geführt wird, dessen Heizflächen in den Wasser-Dampf-Kreislauf (24) einer eine Anzahl von Druckstufen (20a, 20b, 20c) aufweisenden Dampfturbine (20) geschaltet sind, wobei im Abhitzedampferzeuger (30) vorge- wärmtes Kondensat als im Vergleich zu diesem unter hohem

Druck stehendes Speisewasser (S) aufgeheizt und als Dampf (F) der Dampfturbine (20) zugeführt wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass bei einem Betriebswechsel von Gas auf Öl ein Teilstrom (tS) von aufge- heiztem Speisewasser (S ) in das kalte Kondensat (K) einge- düst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Teil- ström (tS) einer Hochdruckstufe (50) und/oder einer Mitteldruckstufe (70) des Wasser-Dampf-Kreislaufs (24) entnommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Teilstrom (tS) einem als Heizfläche im Abhitzedampferzeuger (30) vorgesehenen Hochdruck-Economizer (51,52) oder Mitteldruck- Economizer (73) ausgangsseitig entnommen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Teilstrom (tS) einer in den Wasser-Dampf-Kreislauf (24) geschal- tenen Hochdruck-Trommel (54) oder Mitteldruck-Trommel (75) entnommen wird.

5. Gas- und Dampfturbinenanlage (1) mit einer sowohl mit Gas als auch mit Öl betreibbaren Gasturbine (2) und mit einem dieser abgasseitig nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger (30), dessen Heizflächen in den Wasser-Dampf-Kreislauf (24) einer mindestens eine Niederdruckstufe (20c) und eine Hochdruckstufe (20b) umfassenden Dampfturbine (20) geschaltet sind, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine einen Innenraum (104) aufweisende Mischeinrichtung (44,46) mit einer an eine Kondensatleitung (38) zum Zuführen von kaltem Kondensat (K) angeschlossenen Eintrittsöffnung (111) und mit einer mit einem als Heizfläche im Abhitzedampferzeuger (30) angeordneten Kondensatvorwärmer (36) eingangsseitig verbundenen Austrittsöffnung (112) sowie mit mindestens einem im Innenraum (104) angeordneten Sprühkopf (105), dem über eine mit diesem abströmseitig verbundene Heißwasserleitung (101) , die zuströmseitig an eine in den Wasser-Dampf-Kreislauf (24) ge- schaltete Drucktrommel (54,75) wasserseitig und/oder an einen als Heizfläche im Abhitzedampferzeuger (30) angeordneten Economizer (51,52,73) ausgangsseitig geführt ist, ein aus der Drucktrommel (54,75) bzw. aus dem Economizer (51,52,73) entnommener einstellbarer Teilstrom (tS) aufgeheizten Speise- wassers (S ) zuführbar ist.

6. Gas- und Dampfturbinenanlage nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in Strömungsrichtung des Teilstroms (tS) vor der Mischeinrichtung (44,46) in die Heißwasserleitung (101) ein Ventil (103) zur Einstellung des Teilstroms (tS) geschaltet ist.

7. Gas- und Dampfturbinenanlage nach Anspruch 5 oder 6, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h eine Anzahl von Sprühköpfen (122) , die über jeweils eine Zwischenleitung (123) mit der Heißwasserleitung (101) verbunden sind.

8. Gas- und Dampf turbinenanlage nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass in Strö- mungsrichtung des Teilstroms (tS) vor der oder jeder Zwischenleitungen (123) in die Heißwasserleitung (101) eine Absperrarmatur (119) geschaltet ist.

9. Gas - und Dampfturbinenanlage nach einem der Ansprüche 5 bis 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass jeder Sprühkopf (105) ein infolge der Druckdifferenz des Teilstroms (tS) gegenüber dem kalten Kondensat (K) selbstöffnendes Ventil (116,117) aufweist.

10. Gas - und Dampf turbinenanlage nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass das Ven- til (116,117) über mindestens einen Ventilkanal (121) mit mindestens einer Sprühdüse (122) des Sprühkopfes (105) verbunden ist.