EP1525380A1 - Kühlsystem zur kühlung von kühlluft einer gasturbine und verfahren zur kühlung von kühlluft - Google Patents

Kühlsystem zur kühlung von kühlluft einer gasturbine und verfahren zur kühlung von kühlluft

Info

Publication number
EP1525380A1
EP1525380A1 EP03787660A EP03787660A EP1525380A1 EP 1525380 A1 EP1525380 A1 EP 1525380A1 EP 03787660 A EP03787660 A EP 03787660A EP 03787660 A EP03787660 A EP 03787660A EP 1525380 A1 EP1525380 A1 EP 1525380A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heat
cooling
heat exchanger
cooling air
fuel gas
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03787660A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alfred Kessler
Oliver König
Jann Blonn
Helmut Stierstorfer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP1525380A1 publication Critical patent/EP1525380A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F02C7/224—Heating fuel before feeding to the burner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12—Cooling of plants
    • F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18—Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • F02C7/185—Cooling means for reducing the temperature of the cooling air or gas

Definitions

  • Cooling system for cooling cooling air of a gas turbine and method for cooling cooling air are provided.
  • the invention relates to a cooling system for recooling cooling air branched off from the compressor air of a gas turbine. It also relates to a method for cooling the cooling air.
  • the heat contained in the expanded working fluid (flue gas) from the gas turbine is used to generate steam for the steam turbine.
  • the heat transfer takes place in a heat recovery steam generator downstream of the flue gas side, in which heating surfaces are arranged in the form of tubes or tube bundles. These in turn are connected to the steam turbine water-steam cycle.
  • the steam generated in the waste heat steam generator is fed to the steam turbine, where it relaxes while performing work.
  • the steam expanded in the steam turbine is usually fed to a condenser and condenses there.
  • the condensate formed during the condensation of the steam is fed back into the waste heat steam generator as feed water, so that a closed water-steam cycle is created.
  • auxiliary steam generator also known as a kettle boiler
  • the air serving as coolant is cooled before entering the gas turbine.
  • An auxiliary steam generator also known as a kettle boiler, is usually used in the gas and steam operation of the system, which absorbs the heat removed from the compressor air and uses it, for example, to evaporate water.
  • the resulting steam is fed into the steam cycle.
  • a comparatively large air cooler also referred to as a fin fan cooler, is therefore usually used as an alternative for recooling the cooling air.
  • Switching from pure gas turbine to gas and steam turbine operation therefore also requires a U - switch between the cooling systems for the cooling air.
  • a load reduction or even a load shutdown of the system when switching from pure gas turbine to gas and steam operation may be unavoidable.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a cooling system for a gas and steam turbine system which is suitable for dissipating heat from the cooling air and which can be flexibly adjusted to the operating state of the gas and steam turbine with a low outlay on equipment.
  • suitable method for cooling the cooling air would be specified for different operating conditions of the application.
  • this object is achieved according to the invention in that a heat exchanger system, which is connected on the primary side to a cooling air line branching off the compressor air line, transfers heat carried along in the cooling air to the fuel gas flow supplied to the combustion chamber of the gas turbine.
  • the invention is based on the consideration that in a cooling system which can be flexibly adapted to the operating state of the gas and steam turbine system, reliable cooling of the cooling air should be ensured independently of any heat input into the water-steam circuit of the steam turbine.
  • the cooling system of the cooling air when it is recooled should transfer heat extracted to a medium that is available in every operating state of the system.
  • a medium that is particularly suitable for this purpose, when the heat is coupled into the actual energy generation process and thus also a particular gain in efficiency can be achieved, is the fuel gas flow supplied to the combustion chamber.
  • the amount of heat extracted from the cooling air flow for reliable recooling of the cooling air is generally greater than that required for preheating the fuel gas, in other words with the usual dimensions of gas and steam turbine systems. Therefore, the amount of heat supplied to the fuel gas stream is advantageously adjustable. This ensures that there is always a sufficient amount of heat available to preheat the fuel gas and that the remaining amount of heat is dissipated in a different way.
  • the possibility of dissipating the heat from the cooling air which can be flexibly adjusted to the operating state of the system, is achieved by dividing the heat flow discharged from the cooling air into partial flows, one of which is supplied to the fuel gas flow and another is used, for example, to produce steam which can be supplied by the steam turbine becomes.
  • the division into sub-streams takes into account the condition that the sub-stream supplied to the fuel gas stream carries with it exactly the amount of heat required for preheating the fuel gas, while the further sub-stream (s) dissipate the heat not required for preheating the fuel gas or otherwise, for example for Generation of auxiliary steam.
  • the heat flow can be divided by the parallel connection of a number of intermediate circuits on the heat flow side. This results in possibilities for dissipating heat in each intermediate circuit, and the cooling system can be used particularly flexibly.
  • the heat exchanger system can comprise a heat exchanger which is connected directly to the fuel gas stream on the secondary side and which transfers heat from the cooling air stream to the fuel gas stream.
  • the heat is expediently transferred via at least one intermediate circuit via which a boiler boiler is also referred to Auxiliary steam generator is connected on the secondary side to a heat exchanger, the latter being connected on the secondary side to the fuel gas stream.
  • a boiler boiler is also referred to
  • Auxiliary steam generator is connected on the secondary side to a heat exchanger, the latter being connected on the secondary side to the fuel gas stream.
  • a further auxiliary steam generator can also be connected in the intermediate circuit, which uses the heat to be removed to generate auxiliary steam required in the system.
  • the heat-side connection of the heat exchanger system to the further heat exchanger can be implemented via the auxiliary steam generator, and the intermediate circuit can thus have two stages.
  • the intermediate circuit can thus have two stages.
  • the object is achieved in that heat extracted from the cooling air stream is transferred to the fuel gas stream supplied to the combustion chamber of the gas turbine.
  • the amount of heat supplied to the fuel gas stream is advantageously adapted to the operating state of the gas turbine system.
  • the cooling air flow branched off from the compressor air is advantageously divided into a number of partial flows, one of which feeds the amount of heat required for preheating the fuel gas to the fuel gas flow.
  • the amount of heat provided for preheating the fuel gas is expediently transferred via a heat exchanger connected directly into the fuel gas stream on the secondary side.
  • a single or even two-stage intermediate circuit can be provided. This is particularly useful if components already present in the cooling system components such as heat exchangers or auxiliary steam generators should be used.
  • an intermediate circuit enables a more flexible division of the heat flow into partial flows and a more flexible interconnection of already existing components.
  • an auxiliary steam generator is expediently switched into one of the partial flows not supplied to the fuel gas flow.
  • This auxiliary steam generator uses the excess heat as evaporative heat to generate the auxiliary steam required in the system and thus contributes to increasing the efficiency of the system.
  • the advantages achieved by the invention are in particular that by transferring at least part of the heat extracted from the cooling gas stream to the fuel gas stream, an increase in the efficiency of the gas and steam turbine system in pure gas turbine operation is achieved by saving external preheating sources. Since, in addition, regardless of the operating state of the steam turbine, a significant portion of the heat extracted from the cooling air during recooling can be reliably dissipated via the fuel gas flow, a switch from pure gas turbine operation to gas and steam operation is possible without the previously unavoidable load reduction or load shutdown allows. In addition, various components that take up a lot of space, such as external heating gas preheaters and the comparatively large air cooler, also known as fin fan cooler, can be saved.
  • FIG. 1 schematically shows a cooling system for cooling cooling air for a gas turbine
  • FIG. 2 shows a cooling system with an intermediate circuit
  • 3 shows an alternative embodiment of the cooling system with an intermediate circuit
  • FIG. 6 shows a cooling system with natural circulation and two intermediate circuits.
  • the gas turbine system 1 according to FIG. 1 is part of a gas and steam turbine system, not shown in detail.
  • the gas turbine system 1 has a turbine 2, which is preceded by a compressor 4 and a combustion chamber 6. Additional combustion chambers can also be provided.
  • the or each combustion chamber 6 can be supplied as combustion air via a line 8 and thus compressed air V from the compressor 4 via the combustion air path.
  • the combustion chamber 6 is connected to the turbine 2 via a line 10 or a connection.
  • the turbine 2 can be supplied via the line 10 hot flue gas generated by combustion of a fuel.
  • the turbine 2 and the compressor 4 are connected to one another via a turbine shaft 12.
  • the turbine 2, the compressor 4, the combustion chamber 6, the lines 8, 10 and the turbine shaft 12 are also referred to in their entirety as a gas turbine.
  • the compressor 4 is in turn connected to a generator 16 via a further shaft 14.
  • the gas turbine plant 1 is designed for the highest possible efficiency.
  • a high degree of efficiency is achieved in particular by a high inlet temperature of the flue gas the turbine 2 reached.
  • Such a high turbine inlet temperature brings with it material problems, particularly with regard to the heat resistance of the turbine blades.
  • the turbine blades are cooled to such an extent that they are always below the permissible material temperature.
  • a partial stream branched off from the compressor air V can be fed as cooling air K.
  • a cooling air line 17 is connected on the input side to the line 8 downstream of the compressor 4.
  • the cooling air line 17 is connected to the turbine 2, so that the air provided as cooling air K can be fed to the guide vanes and the rotor blades of the turbine 2.
  • a cooling system 18, which comprises a heat exchanger system 21 connected to the cooling air line 17 and having at least one heat exchanger 22, is used to recool the compressed air V provided as cooling air K.
  • the heat exchanger 22 can be an auxiliary steam generator, also called a kettle boiler, and can be acted upon on the secondary side with a cooling medium, in particular water.
  • the heat exchanger 22 is designed in particular in such a way that the medium to be cooled, that is to say the hot compressor air or compressed air V, is passed through a multiplicity of pipes, while the cooling medium (water) is supplied and generally evaporates.
  • the cooling system 18 is designed for a particularly high degree of efficiency of the system with high flexibility at the same time.
  • the cooling system 18 is designed to transfer heat carried in the cooling air K to the fuel gas stream 23, so that this heat can be used to preheat the fuel gas. This eliminates the external fuel gas preheater and components for cooling the cooling air K. In addition, this makes for everyone Operating conditions of the gas and steam turbine system suitable cooling system 18 a load reduction or load shutdown during it switching from pure gas turbine operation to gas and steam operation superfluous.
  • the heat exchanger 22 is connected on the primary side into the cooling air line 17 and on the secondary side directly into a fuel gas line provided for guiding the fuel gas stream 23.
  • the heat transfer from the cooling air K to the fuel gas stream 23 is achieved with only a small number of components. However, it could be taken into account in a conventional system design that the amount of heat to be extracted from the cooling air K for reliable operation of the turbine 2 exceeds the amount of heat that can be transferred to the fuel gas stream 23 due to the design.
  • a division of the cooling air flow to be cooled back into two partial flows is provided in the exemplary embodiment according to FIG.
  • a further heat exchanger 24 is connected in parallel in the heat exchanger system 21 to the heat exchanger 22.
  • the cooling air flow is thus divided into two partial flows, the first partial flow being conducted via the cooling air line 17 via the heat exchanger 22 and the second partial flow being conducted via a branch line 26 branching off the cooling air line 17 via the further heat exchanger 24.
  • the partial flows in the cooling air line 17 and the branch line 26 can also be set by means of fittings (not shown).
  • the further heat exchanger 24 removes the heat that is not required for preheating the fuel gas and for another suitable use, for example as heat of vaporization.
  • FIG. 2 An alternative embodiment of the cooling system 18 is shown in FIG. 2.
  • the heat exchanger system 21 is designed for an indirect transfer of heat from the cooling air K to the fuel gas stream 23 with the interposition of an intermediate circuit 32.
  • the cooling air K branched off from the compressor air V is guided through the cooling air line 17 via the first heat exchanger 22.
  • the heat exchanger 22 is connected to the intermediate circuit 32 on the secondary side.
  • a further heat exchanger 33 is connected in the intermediate circuit 32 and transfers heat to the fuel gas stream 23 for preheating the fuel gas.
  • a separating bottle 34 connected downstream of the further heat exchanger 33 in the intermediate circuit 32 feeds the heat transfer medium, for example water, back to the heat exchanger 22. From the separating bottle 34 can also water or
  • Steam is removed and fed, for example, to an auxiliary steam generator or consumers, not shown.
  • the heat exchanger 22 can also be designed in a multi-component manner and comprise, for example, a segment designed as an auxiliary steam generator or kettle boiler via which a partial amount of the heat is supplied for other use. This is shown in FIG. 2 by the heating coil 35.
  • the embodiment shown in FIG. 2 enables a particularly flexible removal and distribution of the heat extracted from the cooling air K via the intermediate circuit 32.
  • the intermediate circuit 32 enables spatial decoupling of the essential functions, namely on the one hand the heat removal from the cooling air K and on the other hand the heat transfer to the fuel gas stream 23 from one another. Due to this decoupling, recourse to components already present in the system, such as heat exchangers, auxiliary steam generators or cooling circuits, is possible, with only an adjustment of the line routing being necessary. This concept is therefore particularly suitable for upgrading existing systems.
  • the heat exchanger system 21 comprises the heat exchanger 22 connected on the primary side into the cooling air line 17, which is connected to a further heat exchanger 33 via an intermediate circuit 32.
  • heat is thus transferred to the fuel gas via the intermediate circuit 32 and the further heat exchanger 33 connected on the secondary side into the fuel gas stream 30.
  • the heat exchanger 22 is connected exclusively to the intermediate circuit 32 on the secondary side.
  • a third heat exchanger 36 is provided for splitting the heat flows as required, which is connected on the primary side in series after the heat exchanger 22 into the cooling air line 17 and can therefore absorb residual heat still remaining in the cooling air K.
  • the third heat exchanger 36 is connected on the secondary side to components which are suitably selected to absorb the residual heat.
  • This circuit is particularly advantageous in that the third heat exchanger 36 merely dissipates the excess heat that cannot be used in the fuel gas stream 23
  • Task as it may be in gas and steam turbines systems is the case. It is therefore largely not necessary to convert or replace existing components.
  • FIG. 1 Another embodiment, also based on the use of an intermediate circuit 32, is shown in FIG.
  • the cooling air K is cooled via the third heat exchanger 36 before it enters the heat exchanger 22.
  • the intermediate circuit 32 is designed to use water / steam as a medium for heat transfer to the further heat exchanger 33.
  • the heat exchanger 22 is designed as a steam generator in this case. The amount of heat transferred in the heat exchanger 22 is adjusted as required via the third heat exchanger 36.
  • FIG. 5 An embodiment is also conceivable, as shown in FIG. 5, in which the heat transfer from the cooling air K to the fuel gas stream 23 takes place via a two-stage intermediate circuit system 40.
  • the heat exchanger 22 connected on the primary side into the cooling air line 17 transfers heat from the cooling air K to a medium guided in a first intermediate circuit 42.
  • a further heat exchanger 44 is connected in the intermediate circuit 42 on the primary side, which in turn transfers heat to a medium guided in a second intermediate circuit 46.
  • the heat exchanger 48 is connected on the primary side, which transfers heat to the fuel gas stream.
  • This embodiment has the advantage that the removal and use of the heat extracted from the cooling air K can be made particularly flexible.
  • part of the heat not required for preheating the fuel gas can be generated in an auxiliary steam generator 50 downstream of the heat exchanger 48 in the second intermediate circuit 46 in order to generate in the auxiliary steam required in the system.
  • Heat that is not required can be dissipated via an air cooler, not shown.
  • this embodiment like the embodiment comprising the single-stage intermediate circuit, offers diverse possibilities for the use and the interconnection of components already present in the system.
  • the water-steam mixture guided in the intermediate circuit 32 can be used to set a particularly high operational
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment in which the rotor air cooling and the heating gas preheating are largely integrated into already existing power plant components.
  • the cooling air K is fed via the cooling air line 17 to the heat exchanger 22 designed as a warp boiler, the required amount of heat being removed by evaporation.
  • the steam generated on the secondary side can either be supplied to the heat exchanger 44 of the intermediate circuit system 40 configured as a condenser or to another consumer in the power plant via the auxiliary steam line 52.
  • the intermediate circuit system 40 can in particular be designed as a natural circulation system, the heat exchanger 44 in turn being connected to a recooling system 51 on the secondary side.
  • a partial flow of medium from the heat exchanger 22, which carries the amount of heat required for preheating the heating gas, is conducted via a line 54 via the heat exchanger 33 connected to the fuel gas stream 23 on the secondary side and then back into the heat exchanger 22.

Landscapes

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

Abstract

Eine Gas- und Dampfturbinenanlage (1) mit einem für jeden Betriebszustand geeignet ausgelegten Kühlsystem (18) zur Rückkühlung von aus der Verdichterluft (V) abgezweigter Kühlluft (K) umfasst ein primärseitig in eine von der Verdichterluftleitung abzweigende Kühlluftleitung (17) geschaltetes Wärmetauschersystem (21), das in der Kühlluft (K) mitgeführte Wärme auf einen der Brennkammer (6) der Gasturbine zugeführten Brenngasstrom (23) überträgt.

Description

Beschreibung
Kühlsystem zur Kühlung von Kühlluft einer Gasturbine und Verfahren zur Kühlung von Kühlluft.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Kühlsystem zur Rückkühlung von aus der Verdichterluft einer Gasturbine abgezweigter Kühlluft. Sie bezieht sich weiter auf ein Verfahren zur Kühlung der Kühlluft.
Bei einer Gas- und Dampfturbinenanlage wird die im entspannten Arbeitsmittel (Rauchgas) aus der Gasturbine enthaltene Wärme zur Erzeugung von Dampf für die Dampfturbine genutzt. Die Wärmeübertragung erfolgt in einem der Gasturbine rauch- gasseitig nachgeschalteten Abhitzedampferzeuger, in dem Heizflächen in Form von Rohren oder Rohrbündeln angeordnet sind. Diese wiederum sind in den Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine geschaltet.
Der im Abhitzedampferzeuger erzeugte Dampf wird der Dampfturbine zugeführt, wo er sich arbeitsleistend entspannt. Der in der Dampfturbine entspannte Dampf wird üblicherweise einem Kondensator zugeführt und kondensiert dort. Das bei der Kondensation des Dampfes entstehende Kondensat wird dem Abhitze- dampferzeuger als Speisewasser erneut zugeführt, so dass ein geschlossener Wasser-Dampf-Kreislauf entsteht.
Zur Steigerung der Leistung der Gasturbine und damit zur Erzielung eines möglichst hohen Wirkungsgrades einer derartigen Gas- und Dampfturbinenanlage wird eine besonders hohe Temperatur des Rauchgases oder der Verbrennungsgase am Eintritt der Gasturbine von z. B. 1000 °C bis 1200 °C angestrebt. Eine derartige hohe Turbineneintrittstemperatur bringt allerdings Werkstoffprobleme mit sich, insbesondere in Bezug auf die Hitzebeständigkeit der Turbinenschaufeln. Eine Steigerung der Turbineneintrittstemperatur kann dann zugelassen werden, wenn die Turbinenschaufeln soweit gekühlt werden, dass sie stets eine unterhalb der zulässigen Werkstofftemperatur liegende Temperatur aufweisen. Dazu ist es aus der EP-PS 0 379 880 bekannt, einen Teilstrom von aus einem der Gasturbine zugeordneten Kompressor abströmender, verdichteter Luft abzuzweigen und diesen Teilstrom der Gasturbine als Kühlmittel zuzuführen. Die als Kühlmittel dienende Luft wird vor Eintritt in die Gasturbine gekühlt. Dabei wird üblicherweise im Gas- und Dampfbetrieb der Anlage ein auch als Kettleboiler bezeichneter Hilfsdampferzeuger eingesetzt, welcher die aus der Verdichterluft abgeführte Wärme aufnimmt und zur Verdampfung beispielsweise von Wasser nutzt. Der dabei entstehende Dampf wird in den Dampfkreislauf eingespeist.
Dieser Hilfsdampferzeuger steht jedoch nicht zur Verfügung, wenn der Dampfkreislauf der Anlage nicht in Betrieb ist. Im reinen Gasturbinenbetrieb der Anlage wird daher üblicherweise als Alternative ein auch als Fin-Fan-Cooler bezeichneter, vergleichsweise großer Luftkühler zur Rückkühlung der Kühlluft eingesetzt.
Ein Umschalten vom reinen Gasturbinen- auf den Gas- und Dampfturbinenbetrieb erfordert somit auch jeweils ein U - schalten zwischen den Kühlsystemen für die Kühlluft. Infolge der durch den Umschaltprozess nicht kontinuierlich sichergestellten Rückkühlung kann eine Lastabsenkung oder sogar eine Lastabschaltung der Anlage beim Wechsel vom reinen Gasturbinen- zum Gas- und Dampfbetrieb unvermeidlich sein.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein zur Abführung von Wärme aus der Kühlluft geeignetes Kühlsystem für eine Gas- und Dampfturbinenanlage anzugeben, welches bei gering gehaltenem apparativem Aufwand flexibel auf den Be- triebszustand der Gas- und Dampfturbine einstellbar ist. Zudem soll ein für unterschiedliche Betriebsbedingungen der An- läge geeignetes Verfahren zur Kühlung der Kühlluft angegeben werden.
Bezüglich des Kühlsystems wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst, indem ein primärseitig in eine von der Verdichterluftleitung abzweigende Kühlluftleitung geschaltetes Wärmetauschersystem in der Kühlluft mitgeführte Wärme auf den der Brennkammer der Gasturbine zugeführten Brenngasström überträgt.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass in einem flexibel an den Betriebszustand der Gas- und Dampfturbinenanlage anpassbaren Kühlsystem eine zuverlässige Rückkühlung der Kühlluft unabhängig von einem Wärmeeintrag in den Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine gewährleistet sein sollte. Dazu sollte das Kühlsystem der Kühlluft bei ihrer Rückkühlung entzogene Wärme auf ein Medium übertragen, das in jedem Betriebszustand der Anlage verfügbar ist. Ein hierfür besonders geeignetes Medium, bei dessen Aufheizung eine Ein- kopplung der Wärme in den eigentlichen Energieerzeugungspro- zess und somit auch ein besonderer Wirkungsgradgewinn erreichbar ist, ist der der Brennkammer zugeführte Brenngasstrom.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die dem Kühlluftstrom für eine zuverlässige Rückkühlung der Kühlluft entzogene Wärmemenge ist im allgemeinen - also bei üblichen Dimensionierungen von Gas- und Dampfturbinenanlagen - größer als die zur Vorwärmung des Brenngases benötigte. Daher ist vorteilhafterweise die dem Brenngasstrom zugeführte Wärmemenge einstellbar. Dadurch ist sichergestellt, dass stets eine ausreichende Wärmemenge zur Vorwärmung des Brenn- gases zur Verfügung steht und die verbleibende Wärmemenge auf andere Art und Weise abgeführt wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung erreicht man eine flexibel auf den Betriebszustand der Anlage einstellbare Abführmöglichkeit der Wärme aus der Kühlluft durch eine Aufteilung des aus der Kühlluft abgeführten Wärmestroms in Teilströme, von denen einer dem Brenngasstrom zugeführt und ein anderer beispielsweise zur Erzeugung von der Dampfturbine zuführbarem Dampf eingesetzt wird. Die Aufteilung in Teilströme erfolgt dabei mit Rücksicht auf die Bedingung, dass der dem Brenngasstrom zugeführte Teilstrom genau die zur Vorwärmung des Brenngases benötigte Wärmemenge mit sich führt, während der oder die weiteren Teilströme die nicht zur Vorwärmung des Brenngases benötigte Wärme abführen oder anderweitig, beispielsweise zur Erzeugung von Hilfsdampf, nutzen. Die Aufteilung des Wärmestroms kann durch die wärmeflussseitige Paral- lelschaltung einer Anzahl von Zwischenkreisen erfolgen. Dadurch ergeben sich in jedem Zwischenkreis Möglichkeiten zur Abführung von Wärme, und damit ist das Kühlsystem besonders flexibel einsetzbar.
In einer weiteren, apparativ besonders einfachen alternativen Ausführung kann das Wärmetauschersystem einen Wärmetauscher umfassen, welcher sekundärseitig direkt in den Brenngasstrom geschaltet ist, und welcher Wärme aus dem Kühlluftstrom auf den Brenngasstrom überträgt.
Sollen bereits vorhandene Komponenten der Gas- und Dampfturbinenanlage wie beispielsweise Wärmetauscher oder Hilfsdampferzeuger verwendet werden, wie dies beispielsweise bei Nach- rüstungs- oder Ertüchtigungsmaßnahmen wünschenswert sein kann, so erfolgt die Übertragung der Wärme zweckmäßigerweise über mindestens einen Zwischenkreis, über den ein auch als Kettleboiler bezeichneter Hilfsdampferzeuger sekundärseitig mit einem Wärmetauscher verbunden ist, wobei letzterer sekundärseitig in den Brenngasstrom geschaltet ist. Dadurch kann die Gestaltung des Kühlsystems den Gegebenheiten der bereits vorhandenen Anlage angepasst und technischer Aufwand gespart werden. Bedarfsweise kann auch ein weiterer Hilfsdampferzeuger in den Zwischenkreis geschaltet sein, der die abzuführende Wärme zur Erzeugung von in der Anlage benötigtem Hilfsdampf nutzt.
In einer alternativen Ausgestaltung kann die wärmeseitige Verbindung des Wärmetauschersystems mit dem weiteren Wärmetauscher über den Hilfsdampferzeuger realisiert und der Zwischenkreis damit zweistufig sein. Dadurch werden weitere Ent- nähme- und Nutzungsmöglichkeiten für Wärme realisiert und das Kühlsystem besonders flexibel gestaltet. Im Übrigen ermöglicht ein zweistufiger Zwischenkreis mehr Gestaltungs- und Anpassungsmöglichkeiten des Kühlsystems an vorhandene Gegebenheiten und Komponenten.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe gelöst, indem dem Kühlluftstrom entzogene Wärme auf den der Brennkammer der Gasturbine zugeführten Brenngasstrom übertragen wird.
Um eine optimale Nutzung der in der Kühlluft enthaltenen Wärme zu gewährleisten, wird die dem Brenngasstrom zugeführte Wärmemenge vorteilhafterweise an den Betriebszustand der Gasturbinenanlage angepasst.
Vorteilhafterweise wird dazu der aus der Verdichterluft abgezweigte Kühlluftstrom in eine Anzahl von Teilströmen aufgeteilt, von denen einer dem Brenngasstrom die zur Vorwärmung des Brenngases benötigte Wärmemenge zuführt.
In einer besonders einfachen Ausgestaltungsmöglichkeit wird die zur Vorwärmung des Brenngases vorgesehene Wärmemenge zweckmäßigerweise über einen sekundärseitig direkt in den Brenngasstrom geschalteten Wärmetauscher übertragen.
Alternativ dazu kann auch ein ein- oder sogar zweistufiger Zwischenkreis vorgesehen sein. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn in dem Kühlsystem bereits vorhandene Kompo- nenten wie Wärmetauscher oder Hilfsdampferzeuger zum Einsatz kommen sollen. In diesem Fall ermöglicht ein Zwischenkreis eine flexiblere Aufteilung des Wärmestroms in Teilströme und eine flexiblere Verschaltung bereits vorhandener Komponenten.
Um eine optimale Nutzung der aus der Kühlluft abgeführten Wärme zu ermöglichen, ist zweckmäßigerweise ein Hilfsdampferzeuger in einen der nicht dem Brenngasstrom zugeführten Teilströme geschaltet. Dieser Hilfsdampferzeuger nutzt die über- schüssige Wärmemenge als Verdampfungswärme zur Erzeugung von in der Anlage benötigtem Hilfsdampf und trägt somit zur Erhöhung des Wirkungsgrades der Anlage bei.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbeson- dere darin, dass durch die Übertragung zumindest eines Teils der dem Kühlgasstrom entzogenen Wärme auf den Brenngasstrom eine Erhöhung des Wirkungsgrades der Gas- und Dampfturbinenanlage im reinen Gasturbinenbetrieb durch die Einsparung von externen Vorwärmquellen erreicht wird. Da zudem unabhängig vom Betriebszustand der Dampfturbine über den Brenngasstrom in jedem Fall ein signifikanter Anteil der der Kühlluft bei der Rückkühlung entzogenen Wärme zuverlässig abgeführt werden kann, ist eine Umschaltung vom reinen Gasturbinenbetrieb auf Gas- und Dampfbetrieb ohne die bisher nicht vermeidbare Last- absenkung oder Lastabschaltung ermöglicht. Zudem können verschiedene, viel Raum beanspruchende Komponenten wie beispielsweise externe Heizgasvorwärmer und der vergleichsweise große, auch als Fin-Fan-Cooler bezeichnete Luftkühler eingespart werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen
FIG 1 schematisch ein Kühlsystem zur Kühlung von Kühlluft für eine Gasturbine,
FIG 2 ein Kühlsystem mit einem Zwischenkreis, FIG 3 eine alternative Ausführung des Kühlsystems mit einem Zwischenkreis,
FIG 4 eine weitere alternative Ausführung des Kühlsystems mit einem Zwischenkreis,
FIG 5 ein Kühlsystem mit einem zweistufigen Zwischenkreis, und
FIG 6 ein Kühlsystem mit Naturumlauf und zwei Zwischenkreisen.
Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszei- chen versehen.
Die Gasturbinenanlage 1 gemäß FIG 1 ist Teil einer nicht näher dargestellten Gas- und Dampfturbinenanlage. Die Gasturbinenanlage 1 weist eine Turbine 2 auf, der ein Verdichter 4 und eine Brennkammer 6 vorgeschaltet sind. Zusätzlich können auch weitere Brennkammern vorgesehen sein. Der oder jeder Brennkammer 6 ist über eine Leitung 8 und somit über den Verbrennungsluftweg verdichtete Luft V aus dem Verdichter 4 als Verbrennungsluft zuführbar. Ausgangsseitig ist die Brennkam- mer 6 über eine Leitung 10 oder einen Zusammenschluss mit der Turbine 2 verbunden. Der Turbine 2 ist dabei über die Leitung 10 durch Verbrennung eines Brennstoffes erzeugtes heißes Rauchgas zuführbar. Die Turbine 2 und der Verdichter 4 sind über eine Turbinenwelle 12 miteinander verbunden. Die Tur- bine 2, der Verdichter 4, die Brennkammer 6, die Leitungen 8, 10 sowie die Turbinenwelle 12 werden in ihrer Gesamtheit auch als Gasturbine bezeichnet. Über eine weitere Welle 14 ist der Verdichter 4 wiederum mit einem Generator 16 verbunden.
Die Gasturbinenanlage 1 ist für einen möglichst hohen Wirkungsgrad ausgelegt. Ein hoher Wirkungsgrad wird dabei insbesondere durch eine hohe Eintrittstemperatur des Rauchgases in die Turbine 2 erreicht. Eine derartig hohe Turbineneintrittstemperatur bringt aber Werkstoffprobleme mit sich, insbesondere in Bezug auf die Hitzebeständigkeit der Turbinenschaufeln. Um diese Probleme zu vermeiden, werden die Turbinen- schaufeln soweit gekühlt, dass sie stets eine unterhalb der zulässigen Werkstofftemperatur liegende Temperatur aufweisen.
Zur Kühlung der nicht näher dargestellten fest stehenden Leitschaufeln und der ebenfalls nicht näher dargestellten, sich mit der Turbinenwelle 12 drehenden Laufschaufeln ist der Turbine ein aus der Verdichterluft V abgezweigter Teilstrom als Kühlluft K zuführbar. Dazu ist eine Kühlluftleitung 17 eingangsseitig an die dem Verdichter 4 nachgeschaltete Leitung 8 angeschlossen. Ausgangsseitig ist die Kühlluftleitung 17 mit der Turbine 2 verbunden, so dass die als Kühlluft K vorgesehene Luft den Leitschaufeln und den Laufschaufeln der Turbine 2 zuführbar ist.
Zur Rückkühlung der als Kühlluft K vorgesehenen, verdichteten Luft V dient ein Kühlsystem 18, welches ein in die Kühlluftleitung 17 geschaltetes Wärmetauschersystem 21 mit mindestens einem Wärmetauscher 22 umfasst. Der Wärmetauscher 22 kann dabei ein auch Kettleboiler genannter Hilfsdampferzeuger sein und ist sekundärseitig mit einem Kühlmedium, insbesondere Wasser, beaufschlagbar. Der Wärmetauscher 22 ist dabei insbesondere dafür ausgelegt, dass das zu kühlende Medium, also die heiße Kompressor-Luft oder verdichtete Luft V, durch eine Vielzahl von Rohren geführt wird, während das Kühlmedium (Wasser) zugeführt wird und in der Regel verdampft.
Das Kühlsystem 18 ist für einen besonders hohen Wirkungsgrad der Anlage bei gleichzeitig hoher Flexibilität ausgelegt. Dazu ist das Kühlsystem 18 darauf ausgerichtet, in der Kühlluft K mitgeführte Wärme auf den Brenngasstrom 23 zu übertragen, so dass diese Wärme zum Vorwärmen des Brenngases nutzbar ist. Dadurch entfallen der externe Brenngasvorwärmer und Komponenten zum Kühlen der Kühlluft K. Zudem macht dieses für alle Betriebszustände der Gas- und Dampfturbinenanlage geeignete Kühlsystem 18 eine Lastabsenkung oder Lastabschaltung während es Umschaltens vom reinen Gasturbinenbetrieb auf Gas- und Dampfbetrieb überflüssig.
Im Ausführungsbeispiel nach FIG 1 ist der Wärmetauscher 22 dazu primärseitig in die Kühlluftleitung 17 und sekundärseitig direkt in eine zur Führung des Brenngasstroms 23 vorgesehene Brenngasleitung geschaltet ist. Dabei ist der Wärmeüber- trag von der Kühlluft K auf den Brenngasstrom 23 mit nur einer geringen Anzahl von Komponenten erreicht. Allerdings könnte bei einer üblichen Anlagenauslegung zu berücksichtigen sein, dass die der Kühlluft K für einen zuverlässigen Betrieb der Turbine 2 zu entziehende Wärmemenge die auslegungsbedingt auf den Brenngasstrom 23 übertragbare Wärmemenge übersteigt. Beispielsweise kann es erforderlich sein, der Kühlluft K eine Wärmemenge zu entziehen, die einer Heizleistung von etwa 7 MW entspricht, wohingegen auf den Brenngasstrom 23 maximal eine einer Heizleistung von etwa 3 MW entsprechende Wärmemenge übertragen werden kann. Um diesem Aspekt Rechnung zu tragen, ist im Ausführungsbeispiel eine lediglich teilweise Übertragung der der Kühlluft K entzogenen Wärme auf den Brenngasstrom 23 vorgesehen, wobei die darüber hinaus noch abzuführende Restwärme auf andere Medien übertragen wird.
Um eine derartige bedarfgerechte Verteilung der der Kühlluft K entzogenen Wärme sicherzustellen, ist im Ausführungsbeispiel nach FIG 1 eine Aufteilung des rückzukühlenden Kühl- luftstroms in zwei Teilströme vorgesehen. Dazu ist im Wärme- tauschersystem 21 zum Wärmetauscher 22 ein weiterer Wärmetauscher 24 parallel geschaltet. Somit wird der Kühlluftstrom in zwei Teilströme aufgeteilt, wobei der erste Teilstrom über die Kühlluftleitung 17 über den Wärmetauscher 22 und der zweite Teilstrom über eine von der Kühlluftleitung 17 abzwei- gende Zweigleitung 26 über den weiteren Wärmetauscher 24 geführt ist. Um dabei auch eine dem Betriebszustand der Anlage angepasste Abführung der der Kühlluft K entzogenen Wärme und Versorgung des Wärmetauschers 22 mit Wärme sicherzustellen, sind die Teilströme in der Kühlluftleitung 17 und der Zweigleitung 26 darüber hinaus über nicht näher dargestellte Armaturen einstellbar. Der weitere Wärmetauscher 24 führt die nicht zur Vorwärmung des Brenngases benötigte Wärme ab und einer anderen geeigneten Verwendung, beispielsweise als Verdampfungswärme, zu.
Eine alternative Ausführungsmöglichkeit des Kühlsystems 18 ist in FIG 2 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Wärmetauschersystem 21 für eine indirekte Übertragung von Wärme aus der Kühlluft K auf den Brenngasstrom 23 unter Zwi- schenschaltung eines Zwischenkreises 32 ausgestaltet. Hierbei wird die von der Verdichterluft V abgezweigte Kühlluft K durch die Kühlluftleitung 17 über den ersten Wärmetauscher 22 geführt. Der Wärmetauscher 22 ist sekundärseitig in den Zwischenkreis 32 geschaltet. In den Zwischenkreis 32 ist ein weiterer Wärmetauscher 33 geschaltet, der Wärme zur Vorwärmung des Brenngases auf den Brenngasstrom 23 überträgt. Eine dem weiteren Wärmetauscher 33 im Zwischenkreis 32 nachgeschaltete Abscheideflasche 34 führt dem Wärmetauscher 22 das die Wärme übertragende Medium, beispielsweise Wasser, wieder zu. Aus der Abscheideflasche 34 kann außerdem Wasser oder
Dampf entnommen und beispielsweise einem nicht näher dargestellten Hilfsdampferzeuger oder Verbrauchern zugeführt werden.
Um auch in diesem Ausführungsbeispiel die möglicherweise gewünschte wärmestromseitige Aufteilung in mehrere Teilströme zu ermöglichen, kann der Wärmetauscher 22 auch mehrkomponen- tenartig ausgeführt sein und beispielsweise ein als Hilfsdampferzeuger oder Kettleboiler ausgebildetes Segment umfas- sen, über das eine Teilmenge der Wärme anderweitiger Verwendung zugeführt wird. Dies ist in FIG 2 durch die Heizschlange 35 dargestellt. Die in FIG 2 dargestellte Ausführungsmöglichkeit ermöglicht über den Zwischenkreis 32 eine besonders flexible Abführung und Verteilung von der der Kühlluft K entzogenen Wärme. Dar- über hinaus ermöglicht der Zwischenkreis 32 eine räumliche Entkopplung der wesentlichen Funktionen, nämlich einerseits der Wärmeabfuhr aus der Kühlluft K und andererseits die Wärmeübertragung auf den Brenngasstrom 23, voneinander. Aufgrund dieser Entkopplung ist ein Rückgriff auf in der Anlage be- reits vorhandene Komponenten wie Wärmetauscher, Hilfsdampferzeuger oder Kühlkreislauf möglich, wobei lediglich eine Anpassung der Leitungsführung erforderlich ist. Dieses Konzept eignet sich somit besonders für eine Ertüchtigung bereits vorhandener Anlagen.
Eine weitere Variante des Kühlsystems 18 ist in FIG 3 gezeigt. Auch in dieser Variante umfasst das Wärmetauschersystem 21 den primärseitig in die Kühlluftleitung 17 geschalteten Wärmetauscher 22, der über einen Zwischenkreis 32 wär e- seitig mit einem weiteren Wärmetauscher 33 verbunden ist.
Auch bei dieser Variante wird somit Wärme über den Zwischenkreis 32 und den sekundärseitig in den Brenngasstrom 30 geschalteten weiteren Wärmetauscher 33 auf das Brenngas übertragen. Im Unterschied zur Verschaltung nach FIG 2 ist hier- bei der Wärmetauscher 22 aber sekundärseitig ausschließlich in den Zwischenkreis 32 geschaltet. Zur bedarfsweisen Aufspaltung der Wärmeströme ist in diesem Fall ein dritter Wärmetauscher 36 vorgesehen, der primärseitig in Reihe nach dem Wärmetauscher 22 in die Kühlluftleitung 17 geschaltet ist und somit in der Kühlluft K noch verbliebene Restwärme aufnehmen kann. Der dritte Wärmetauscher 36 ist sekundärseitig mit zur Aufnahme der Restwärme geeignet gewählten Komponenten verbunden. An dieser Schaltung ist insbesondere vorteilhaft, dass der dritte Wärmetauscher 36 lediglich die Abführung der über- schüssigen, im Brenngasstrom 23 nicht nutzbaren Wärme zur
Aufgabe hat, wie es möglicherweise in Gas- und Dampfturbinen- anlagen der Fall ist. Ein Umbau oder Austausch vorhandener Komponenten ist damit weitgehend nicht erforderlich.
Eine weitere, ebenfalls auf der Nutzung eines Zwischenkreises 32 beruhende Ausführungsform ist in FIG 4 dargestellt. In diesem Fall wird die Kühlluft K über den dritten Wärmetauscher 36 bereits vor ihrem Eintritt in den Wärmetauscher 22 abgekühlt. Der Zwischenkreis 32 ist dabei zur Nutzung von Wasser/Dampf als Medium zur Wärmeübertragung auf den weiteren Wärmetauscher 33 ausgelegt. Dazu ist in diesem Fall der Wärmetauscher 22 als Dampferzeuger ausgestaltet. Über den dritten Wärmetauscher 36 wird dabei die im Wärmetauscher 22 übertragene Wärmemenge bedarfsgerecht eingestellt.
Denkbar ist auch eine Ausführungsform, wie sie in FIG 5 dargestellt ist, in der die Wärmeübertragung von der Kühlluft K auf den Brenngasstrom 23 über ein zweistufig ausgestaltetes Zwischenkreissystem 40 erfolgt. In diesem Zwischenkreissystem 40 überträgt der primärseitig in die Kühlluftleitung 17 ge- schaltete Wärmetauscher 22 Wärme von der Kühlluft K auf ein in einem ersten Zwischenkreis 42 geführtes Medium. In den Zwischenkreis 42 ist primärseitig ein weiterer Wärmetauscher 44 geschaltet, der wiederum Wärme auf ein in einem zweiten Zwischenkreis 46 geführtes Medium überträgt. In den zweiten Zwischenkreis 46 ist schließlich der Wärmetauscher 48 primärseitig geschaltet, der Wärme auf den Brenngasstrom überträgt.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass die Abführung und Nutzung der der Kühlluft K entzogenen Wärme besonders flexi- bei gestaltet werden kann. Insbesondere finden sich hinsichtlich der Leitungsführung und der bedarfsgerechten Einschaltung weiterer Wärmeverbraucher besonders viele Möglichkeiten, so dass auch vielfältige Rückgriffsmöglichkeiten auf vorhandene Anlagenkomponenten bestehen. Beispielsweise kann ein Teil der nicht zur Vorwärmung des Brenngases benötigten Wärme in einem dem Wärmetauscher 48 im zweiten Zwischenkreis 46 nachgeschalteten Hilfsdampferzeuger 50 zur Erzeugung von in der Anlage benötigtem Hilfsdampf genutzt werden. Nicht benötigte Wärme kann über einen nicht näher dargestellten Luftkühler abgeführt werden. Darüber hinaus bietet diese Ausführungsform wie die den einstufigen Zwischenkreis umfassende Ausführungsform vielfältige Möglichkeiten für den Einsatz und die Verschaltung bereits in der Anlage vorhandener Komponenten.
Das im Zwischenkreis 32 geführte Wasser-Dampf-Gemisch kann dabei zur Einstellung einer besonders hohen betrieblichen
Flexibilität an verschiedenen, geeignet gewählten Stellen mit dem Wasser-Dampf-Kreislauf der Gas- und Dampfturbinenanlage verbunden sein.
In FIG 6 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei dem die Rotorluft-Kühlung und die Heizgasvorwärmung weitgehend in bereits vorhandene Kraftwerkskomponenten integriert sind. Dabei wird die Kühlluft K über die Kühlluftleitung 17 dem als Kett- leboiler ausgestalteten Wärmetauscher 22 zugeführt, wobei die erforderliche Wärmemenge durch Verdampfung abgeführt wird.
Der dabei sekundärseitig erzeugte Dampf kann entweder dem als Kondensator ausgestalteten Wärmetauscher 44 des Zwischen- kreissystems 40 oder einem anderen Verbraucher im Kraftwerk über die Hilfsdampfleitung 52 zugeführt werden. Das Zwischen- kreissystem 40 kann dabei insbesondere als Naturumlaufsystem ausgelegt sein, wobei der Wärmetauscher 44 seinerseits sekundärseitig an ein Rückkühlsystem 51 angeschlossen ist. Ein Teilstrom von Medium aus dem Wärmetauscher 22, der die für die Heizgasvorwärmung erforderliche Wärmemenge mitführt, wird über eine Leitung 54 über den sekundärseitig in den Brenngasstrom 23 geschalteten Wärmetauscher 33 und anschließend wieder zurück in den Wärmetauscher 22 geführt.
Eine medienseitige Einbindung in weitere, bestehende Systeme ist durch die Speisewasserleitung 37 beispielhaft dargestellt. Mit einer derartigen Schaltung sind sämtliche Betriebsweisen im Gasturbinen- oder Gas- und Dampfturbinenbe- trieb für Heizgasfeuerung oder -befeuerung möglich. Dabei bleibt in allen Betriebszuständen die Funktionsfähigkeit der Rotorluft-Kühlung auch bei Verwendung eines zweiten Brennstoffs (z. B. Heizöl) - also ohne Betrieb des Wärmetauschers zur Heizgasvorwärmung - unberührt. Das vorliegende Konzept eignet sich auch besonders für Nach- und Umrüstungen von Gasturbinenanlagen durch Hinzufügen einer Heizgasvorwärmung und damit zur Wirkungsgraderhöhung. Ebenso ist aufgrund der erreichbaren Vielfalt an wärmeseitigen Verschaltungsmöglichkei- ten dadurch auch eine Nachrüstung einer Gasturbinenanlage auf eine Gas- und Dampfturbinenanlage besonders begünstigt.

Claims

Patentansprüche
1. Kühlsystem (18) zur Rückkühlung von aus der Verdichterluft (V) einer Gasturbine abgezweigter Kühlluft (K) mit einem primärseitig in eine von der Verdichterluftleitung abzweigende Kühlluftleitung (17) geschalteten Wärmetauschersystem (21) , das in der Kühlluft (K) mitgeführte Wärme auf einen der
Brennkammer (6) der Gasturbine zugeführten Brenngasstrom (23) überträgt.
2. Kühlsystem (18) nach Anspruch 1, bei dem die dem Brenngasstrom (23) zugeführte Wärmemenge einstellbar ist.
3. Kühlsystem (18) nach Anspruch 1 oder 2, dessen Wärmetau- schersystem (21) sekundärseitig an eine Mehrzahl von wärme- flussseitig parallel geschalteten Teilkreisen angeschlossen ist.
4. Kühlsystem (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dessen Wärmetauschersystem (21) einen Wärmetauscher (22) umfasst, der sekundärseitig direkt in den Brenngasstrom (23) geschaltet ist.
5. Kühlsystem (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Wärmetauschersystem (21) sekundärseitig über einen Zwischenkreis mit einem weiteren Wärmetauscher (24) verbunden ist, der seinerseits sekundärseitig in den Brenngasstrom (23) geschaltet ist.
6. Kühlsystem (18) nach Anspruch 5, über dessen Zwischenkreis ein Hilfsdampferzeuger (38) beheizbar ist.
7. Kühlsystem (18) nach Anspruch 6, bei dem die wärmeseitige Verbindung des Wärmetauschersystems (21) mit dem weiteren Wärmetauscher (24) über einen Hilfsdampferzeuger (50) hergestellt ist.
8. Gasturbinenanlage (1) mit einer Turbine (2), der ein vom Verdichterluftstrom abgezweigter Teilstrom als Kühlluft (K) zuführbar ist, mit einem Kühlsystem (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
9. Verfahren zur Kühlung von Kühlluft (K) einer Gasturbine, bei dem dem Kühlluftstrom entzogene Wärme auf den der Brennkammer (6) der Gasturbine zugeführten Brenngasstrom (23) übertragen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die dem Brenngasstrom (23) zugeführte Wärmemenge an den Betriebszustand der Gasturbinenanlage (1) angepasst wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem eine Aufteilung des aus der Kühlluft (K) abgeführten Wärmestroms in eine Anzahl von Teilströme erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem die Wärmemenge über einen sekundärseitig direkt in den Brenngasstrom (23) geschalteten Wärmetauscher (22) übertragen wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem Wärme aus der Kühlluftleitung (17) über einen Zwischenkreis (32) auf den Brenngasstrom (23) übertragen wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, bei dem eine Wärmemenge auf einen in den Zwischenkreis (32) geschalteten Hilfsdampferzeuger (50) übertragen wird.
15. Verfahren nach Anspruch 9 bis 14, bei dem in einem ersten Kreis (42) eine Wärmemenge aus dem Kühlluftstrom durch einen ersten Wärmetauscher (22) auf einen in einen zweiten Kreis (46) geschalteten Hilfsdampferzeuger (50) und schließlich durch einen weiteren Wärmetauscher (24) auf den Brenngasstrom (23) übertragen wird.
EP03787660A 2002-07-25 2003-07-14 Kühlsystem zur kühlung von kühlluft einer gasturbine und verfahren zur kühlung von kühlluft Withdrawn EP1525380A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10233948 2002-07-25
DE10233948 2002-07-25
PCT/DE2003/002363 WO2004016921A1 (de) 2002-07-25 2003-07-14 Kühlsystem zur kühlung von kühlluft einer gasturbine und verfahren zur kühlung von kühlluft

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP1525380A1 true EP1525380A1 (de) 2005-04-27

Family

ID=31724048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP03787660A Withdrawn EP1525380A1 (de) 2002-07-25 2003-07-14 Kühlsystem zur kühlung von kühlluft einer gasturbine und verfahren zur kühlung von kühlluft

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20050241320A1 (de)
EP (1) EP1525380A1 (de)
JP (1) JP2006509942A (de)
KR (1) KR20050025678A (de)
CN (1) CN1671956A (de)
AU (1) AU2003257386A1 (de)
RU (1) RU2005105070A (de)
WO (1) WO2004016921A1 (de)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8127547B2 (en) * 2007-06-07 2012-03-06 United Technologies Corporation Gas turbine engine with air and fuel cooling system
US8117821B2 (en) * 2009-02-11 2012-02-21 General Electric Company Optimization of low-BTU fuel-fired combined-cycle power plant by performance heating
US8307662B2 (en) * 2009-10-15 2012-11-13 General Electric Company Gas turbine engine temperature modulated cooling flow
JP5822487B2 (ja) * 2011-02-28 2015-11-24 三菱日立パワーシステムズ株式会社 ガスタービンプラントおよびこの制御方法
CN102839998A (zh) * 2011-06-22 2012-12-26 镇江市科能电力设备有限公司 汽轮机快速冷却装置
JP5822608B2 (ja) * 2011-08-31 2015-11-24 三菱日立パワーシステムズ株式会社 監視装置及び方法並びにプログラム、それを備えたガスタービン設備、及びガスタービン監視システム
CH705929A1 (de) * 2011-12-22 2013-06-28 Alstom Technology Ltd Verfahren zum Betreiben eines Kombikraftwerkes.
GB201217332D0 (en) * 2012-09-28 2012-11-14 Rolls Royce Plc A gas turbine engine
US9249730B2 (en) 2013-01-31 2016-02-02 General Electric Company Integrated inducer heat exchanger for gas turbines
US9512780B2 (en) 2013-07-31 2016-12-06 General Electric Company Heat transfer assembly and methods of assembling the same
EP2863033B1 (de) * 2013-10-21 2019-12-04 Ansaldo Energia IP UK Limited Gasturbine mit flexiblem luftkühlsystem und verfahren zum betreiben einer gasturbine
SE539758C2 (en) 2014-12-04 2017-11-21 Powercell Sweden Ab Catalytic burner arrangement
US10196924B2 (en) 2015-08-17 2019-02-05 United Technologies Corporation Conduit cooling system and method of supplying cooling fluid to a conduit
US11261783B2 (en) * 2017-10-30 2022-03-01 Doosan Heavy Industries & Construction Co., Ltd. Combined power generation system employing pressure difference power generation
CN114508420A (zh) * 2021-12-29 2022-05-17 东方电气集团东方汽轮机有限公司 一种并联式燃气轮机压气机抽气余热利用系统

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5255505A (en) * 1992-02-21 1993-10-26 Westinghouse Electric Corp. System for capturing heat transferred from compressed cooling air in a gas turbine
DE4210544A1 (de) * 1992-03-31 1993-10-07 Asea Brown Boveri Gasturbinenanlage
JP3150567B2 (ja) * 1995-04-14 2001-03-26 三菱重工業株式会社 ガスタービン燃料加熱装置
JPH1193694A (ja) * 1997-09-18 1999-04-06 Toshiba Corp ガスタービンプラント
DE59709711D1 (de) * 1997-12-01 2003-05-08 Alstom Switzerland Ltd Gasturbinen-Kühlluftkühler
GB2373299B (en) * 2001-03-12 2004-10-27 Alstom Power Nv Re-fired gas turbine engine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2004016921A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
AU2003257386A1 (en) 2004-03-03
RU2005105070A (ru) 2006-01-20
JP2006509942A (ja) 2006-03-23
US20050241320A1 (en) 2005-11-03
WO2004016921A1 (de) 2004-02-26
KR20050025678A (ko) 2005-03-14
CN1671956A (zh) 2005-09-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69916099T2 (de) Kombikraftwerk mit verbesserter kühlung und betriebsverfahren dazu
EP0720689B1 (de) Vorrichtung zur kühlung des kühlmittels der gasturbine einer gas- und dampfturbinenanlage
EP1023526B1 (de) Gas- und dampfturbinenanlage und verfahren zum betreiben einer derartigen anlage
EP1525380A1 (de) Kühlsystem zur kühlung von kühlluft einer gasturbine und verfahren zur kühlung von kühlluft
EP2521861B1 (de) Solarthermisches kraftwerk mit indirekter verdampfung und verfahren zum betrieb eines solchen solarthermischen kraftwerks
DE19513285B4 (de) Turbinen-Antrieb für Kesselspeisepumpe / Speisewasser-Leitungssystem
AT508086B1 (de) Vorrichtung zur energieumwandlung nach dem orc-prinzip, orc-anlage mit einer derartigen vorrichtung und verfahren zur inbetriebnahme und/oder zum betreiben einer derartigen vorrichtung
EP2067940B2 (de) Verfahren zum Betrieb eines Kombikraftwerks sowie Kombikraftwerk zur Durchführung des Verfahrens
EP1119688B1 (de) Gas- und dampfturbinenanlage
EP2187051A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Zwischenüberhitzung in einem solarthermischen Kraftwerk mit indirekter Verdampfung
EP1099041B1 (de) Gas- und dampfturbinenanlage
EP0523467A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Gas- und Dampfturbinenanlage und Anlage zur Durchführung des Verfahrens
EP2196633A1 (de) Kraftwerk mit einer Turbineneinheit und einem Generator
WO2011006728A1 (de) Dampfkraftwerksanlage mit dampfturbineneinheit und prozessdampfverbraucher und verfahren zum betreiben einer dampfkraftwerksanlage mit dampfturbineneinheit und prozessdampfverbraucher
DE19837251C1 (de) Gas- und Dampfturbinenanlage
EP1099042B1 (de) Gas- und dampfturbinenanlage
EP0515911A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Gas- und Dampfturbinenanlage und entsprechende Anlage
EP3420202B1 (de) Kondensatrezirkulation
EP2326800A2 (de) Dampfkraftanlage zur erzeugung elektrischer energie
EP1801363A1 (de) Kraftwerksanlage
EP0981681B1 (de) Gas- und dampfturbinenanlage und verfahren zur kühlung des kühlmittels der gasturbine einer derartigen anlage
EP1076761B1 (de) Gas- und dampfturbinenanlage
EP0519304A1 (de) Verfahren und Anlage zum Betreiben einer Gasturbine
EP1904731B1 (de) Gas- und dampfturbinenanlage sowie verfahren zu deren betrieb
DE4431156C2 (de) Verfahren und Anordnung zur Regelung eines kohlegefeuerten Dampferzeugers

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20041223

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IT LI LU MC NL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL LT LV MK

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20060707

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: STIERSTORFER, HELMUT

Inventor name: BLONN, JANN

Inventor name: KOENIG, OLIVER

Inventor name: KESSLER, ALFRED

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20061118