NL1018829C2

NL1018829C2 - Werkwijze voor het aan een warmtekrachtcentrale toevoeren van koelstoom.

Info

Publication number: NL1018829C2
Application number: NL1018829A
Authority: NL
Inventors: Takayuki Nagashima
Original assignee: Toshiba Kk
Priority date: 1997-01-31
Filing date: 2001-08-27
Publication date: 2002-03-26
Also published as: NL1008162C2; CN1191931A; US6393822B2; CN1154787C; US6263662B1; CN1529040A; NL1018829A1; US20010023577A1; CN100365247C; KR100268611B1; JPH10212908A; KR19980070604A; NL1008162A1; JP3890104B2; TW368552B

Description

t '

Werkwijze voor het aan een warmtekrachtcentrale toevoeren van koelstoom.

Achtergrond van de uitvinding

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op het met stoom koelen van de 5 wanntekrachtcentrale.

Recentelijk is een studie verricht naar, en zijn ontwikkelingen gedaan om een hoog vermogen en hoog warmterendement te verkrijgen in een warmtekrachtcentrale. Volgens de studie en de ontwikkeling is voorgenomen om de temperat”ur van het verbrandingsgas van een deel van de gasturbine-inlaat te verhogen van 1300°C volgens de stand van de 10 techniek tot 1500°C of hoger.

Wanneer de temperatuur van het verbrandingsgas van de gasturbineinlaat wordt verhoogd, is het bekend om staal met een hoog percentage chroom voor onderdelen van de gasturbine toe te passen en om een deel van de perslucht vanuit een compressor als koelmiddel aan het onderdeel van de gasturbine toe te voeren. De gegarandeerde sterkte 15 van het onderdeel volgens de hierboven beschreven stand van de techniek ligt echter dicht bij zijn limiet. Om een koelmiddel te vinden dat de perslucht volgens de stand van de techniek kan vervangen zijn pogingen gedaan om een nieuw koelmiddel te bestuderen en te ontwikkelen dat kan worden toegevoerd aan de onderdelen van een gasturbine en waarbij stoom is gekozen als één van de koelmiddelen. Een warmtekrachtcentrale waarbij 2 0 gebruik wordt gemaakt van stoomkoeling is reeds beschreven in bijvoorbeeld Japanse ter visie gelegde publicatienummers HEI 5-163960 en HEI 6-93879.

Stoom heeft een hogere soortelijke warmte dan perslucht en kan warmte opnemen die bij de hogere temperaturen van de gasturbine wordt gegenereerd in onderdelen zoals bijvoorbeeld stationaire en beweegbare schoepen in een gasturbine. Zowel stationaire als 2 5 de beweegbare gasturbineschoepen hebben echter een structuur waarbij een gecompliceerde meanderende nauwe doorvoer in het inwendige van de schoepen is gevormd. Hierdoor kan onregelmatige koeling optreden indien onzuiverheden zoals siliciumdioxide en dergelijke in de stoom, die door de bovengenoemde doorvoer stroomt, aanwezig zijn aangezien de doorvoer door het siliciumdioxide en dergelijke verstopt kan 30 raken. Dientengevolge breken de bladen af vanwege de thermische spanningen ten gevolge van de ongelijkmatige koeling. Daarom moet een koelsysteem een hoge mate van zuiverheid hebben.

Verder is het, in het geval koelstoom aan onderdelen van een gasturbine wordt 2 toegevoerd, noodzakelijk om een stoombron aan te brengen die stoom bij de juiste temperatuur kan leveren. Indien dit niet het geval is zou het onderdeel van de gasturbine-inrichting een excessieve thermische spanning ondergaan door het temperatuurverschil tussen het verbrandingsgas als een werkfluïdum en dit onderdeel waardoor de 5 mogelijkheid bestaat dat dit onderdeel afbreekt. Dientengevolge is een stoombron die stoom bij de juiste temperatuur kan afgeven noodzakelijk als onderdeel van een gasturbine-inrichting.

Anderzijds is de temperatuur van de stoom die vanuit de warmteterugwinningsketel van de uitlaatgassen naar de stoomturbine wordt toegevoerd eveneens hoog indien de 10 temperatuur van de gasturbine-inrichting wordt verhoogd. In dit geval worden grote thermische spanningen in de stoomturbine-inrichting opgewekt indien de stoomtemperatuur te hoog is, waardoor het moeilijk is om de materiaalsterkte van de onderdelen van de stoomturbine te garanderen. Hierdoor is het noodzakelijk om in een stoomturbine een stoombron aan te brengen die stoom kan leveren bij de juiste 15 temperatuur.

Zoals hierboven is beschreven wordt in de warmtekrachtcentrale een eerste hoge drukoververhitter van de warmteterugwinningsketel van de uitlaatgassen gekozen en ingesteld als stoombron waarbij rekening wordt gehouden met de zuiverheid van de koelstoom, de toevoer van stoom bij de juiste temperatuur en andere technische zaken die 2 0 essentieel zijn voor de gasturbine en de stoomturbine-inrichting. Een warmtekrachtcyclus volgens Fig. 6 is bijvoorbeeld reeds voorgesteld.

De warmtekrachtcentrale volgens Fig. 6 heeft een opstelling waarbij een gasturbine-inrichting 1 en een stoomturbine-inrichting 2 zijn verbonden door een roterende as 3 en waarbij een warmteterugwinningsketel 4 onafhankelijk van deze inrichtingen is opgesteld.

25 De gasturbine-inrichting 1 omvat een generator 5, een luchtcompressor 6, een brander 7 en een gasturbine 8. De lucht AR die door de luchtcompressor 6 wordt aangezogen wordt omgevormd tot perslucht bij een hoge druk en wordt naar de brander 7 geleid. In de brander 7 wordt brandstof aan de perslucht toegevoegd zodat een verbrandingsgas wordt gevormd, welk verbrandingsgas wordt geëxpandeerd door middel 3 0 van de gasturbine 8 waardoor de generator 5 door het op de hierboven beschreven wijze opgewekte vermogen wordt aangedreven.

De stoomturbine-inrichting 2 omvat een hoge drukturbine 9, een middendrukturbine 10 en een lage drukturbine 11 alsmede een condensor 12. Na te zijn geëxpandeerd in de I ' 3 hoge drukturbine 9 wordt de uitlaatstoom naar een naverhitter 13 van de warmteterugwinningsketel 4 van de uitlaatgassen geleid en wordt daarin oververhit. Vervolgens wordt de afgevoerde stoom naar de middendmkturbine 10 geleid en wordt deze als naverhitte stoom geëxpandeerd. Vervolgens wordt de afgevoerde stoom opnieuw 5 geëxpandeerd in de lage drukturbine 11 en vervolgens tot een condensaat gecondenseerd middels de condensor 12. Het condensaat wordt als voedingswater aangevoerd naar de warmteterugwinningsketel 4 van de uitlaatgassen via een pomp 100.

Verder is de gaswarmteterugwinningsketel 4 van de uitlaatgassen voorzien van een derde hoge drukoververhitter 14, een naverhitter 13, een tweede hoge drukoververhitter 10 15, een eerste hoge drukoververhitter 16, een hoge drukverdamper 18 omvattende een hoge drukvat 17, een middendrukoververhitter 19, een hoge drukvoorverwarmer 20, een lage drukoververhitter 21, een middendrukverdamper 23 met een middendrukvat 22, een middendrukvoorverwarmer 24, een lage drukverdamper 26 met een lage drukvat 25 en een lage drukvoorverwarmer 27. Deze componenten of onderdelen zijn op volgorde van een 15 bovenstroomse zijde naar een benedenstroomse zijde van de stroming van een uitlaatgas G van de gasturbine-inrichting 1 geplaatst, waarbij stoom via warmteuitwisseling tussen iedere warmtewisselaar en het uitlaatgas G wordt opgewekt.

In het bijzonder wordt voedingswater, dat uit de condensor 12 van de stoomturbine-inrichting 2 via de pomp 100 wordt toegevoerd, in de warmteterugwinningsketel 4 van de 2 0 uitlaatgassen voorverhit door middel van de lage drukvoorverwarmer 27 en wordt dit naar het lage drukvat 25 geleid. Vervolgens wordt onder invloed van de dichtheidsverschillen van het ketelwater het voedingswater door de lage drukverdamper 26 gecirculeerd om stoom op te wekken en wordt de opgewekte stoom aan de lage drukturbine 11 toegevoerd via de lage drukoververhitter 21.

2 5 De lage drukvoorverwarmer 27 leidt een deel van het verzadigde water dat wordt afgetakt verdeeld aan een afvoerzijde van de voorverhitter 27, naar het lage drukvat 22 via een lage drukpomp 28 en de middendrukvoorverwarmer 24. Door dichtheidsverschillen in het ketelwater wordt het verzadigde waterdeel door de lage drukverdamper 23 gecirculeerd om stoom op te wekken en wordt de gegenereerde stoom toegevoerd aan de 3 0 gasturbine-inrichting 1 via de middendrukoververhitter 19 om de onderdelen van de gasturbine 8 te koelen.

Verder voert de lage drukvoorverwarmer 27 het overblijvende verzadigde water toe aan de hoge drukketel 17 via de hoge drukpomp 29 en de hoge drukvoorverwarmer 20.

4

Vervolgens wordt het overblijvende verzadigde water door de hoge drukverdamper 18 gecirculeerd om stoom op te wekken en wordt de gegenereerde stoom naar de eerste hoge drukoververhitter 16 geleid.

De eerste hoge drukoververhitter 16 omvat een stoomleiding 30 om de stoom naar 5 de tweede hoge drukoververhitter 15 te leiden en een omloopleiding 32 waartussen een omloopklep 31 is geplaatst. De stoom uit de omloopleiding 32 wordt aan de oververhitte stoom toegevoegd die is gegenereerd door de tweede hoge drukoververhitter 15, waarbij de stoom na tot de juiste temperatuur te zijn afgekoeld, via de hoge drukturbine 9 wordt toegevoerd aan de stoomturbine-inrichting 2 via de derde hoge drukoververhitter 14.

10 Zoals hierboven is beschreven voor de bekende warmtekrachtcentrale, wordt de eerste hoge drukoververhitter 16 gebruikt als stoombron in het geval dat stoom wordt toegevoerd van de warmteterugwinningsketel 4 van de uitlaatgassen naar de hoge drukturbine 9. Wanneer de stoom die in de eerste hoge druksuperverhitter is gegenereerd via de tweede hoge drukoververhitter tot oververhitterstoom wordt omgezet, wordt de 15 stoomtemperatuur verlaagd door middel van de omloopleiding 32 en de oververhitte stoom met de juiste temperatuur wordt vervolgens vanaf de derde hoge drukoververhitter 14 naar de hoge drukturbine 9 geleid.

Verder worden, indien koelstoom aan onderdelen van de gasturbine 8 wordt toegevoerd, verzadigde stoom die is gegenereerd in de middendrukoververhitter 19 en een 2 0 uitlaatstoom van de hoge drukturbine 9 in de warmteterugwinningsketel 4 van de uitlaatgassen samengevoegd waarna de gemengde stoom aan de gasturbine 8 wordt toegevoerd zodat de sterkte van de onderdelen van de gasturbine gewaarborgd blijft en zodat deze zijn aangepast aan de hoge temperatuur van een verbrandingsgas aan de inlaatzijde van de gasturbine. Verder wordt de stoom die de onderdelen van de gasturbine 25 8 gekoeld heeft naar de middendrukturbine 10 geleid, samen met de naverhittingsstoom van de naverhitter 13.

Verder wordt in de warmtekrachtcentrale volgens Fig. 6 gedurende het opstarten door de warmteterugwinningsketel van de uitlaatgassen geen stoom gegenereerd en daarom kan koelstoom niet door de middendrukoververhitter 19 en de hoge drukturbine 9 3 0 aan de gasturbine 8 worden toegevoerd. Om de onderdelen van de gasturbine 8 dus te koelen wordt het volgende schema gevolgd om gebruik te maken van stoom die in het hoge dmkvat 17 van de warmteterugwinningsketel 4 van de uitlaatgassen overblijft. Met name kan de warmteterugwinningsketel 4 van de uitlaatgassen in dit geval gebruikmaken 5 van de restwarmte van de eerste hoge drukoververhitter 16, de tweede hoge drukoververhitter 15 en de derde hoge drukoververhitter 14. Daarom is, zoals getoond in Fig. 7, de afvoerzijde van de eerste hoge drukoververhitter 16 voorzien van een koelstoomleiding 34 die parallel aan de omloopleiding 32 ligt en die een regelklep 33 5 omvat.

De reststoom van het hoge drukvat 17 wordt naar de eerste hoge drukoververhitter 16 geleid om te worden oververhit, waarna een deel van de reststoom naar de tweede hoge drukoververhitter 15 wordt toegevoerd en naar de eerste hoge drukoververhitter 14, terwijl de overblijvende stoom naar de koelstoomleiding 34 wordt geleid. Vervolgens worden de 10 stoomstromen samengevoegd aan de afvoerzijde van de derde hoge drukoververhitter 14 en wordt een hoge drukdeel van de gasturbine 8 tijdelijk gekoeld door middel van de samengevoegde stoom. Wanneer de gasturbine-inrichting 1 zwaar wordt belast worden de onderdelen van de gasturbine 8 gekoeld door de samengevoegde stoom van de middendrukoververhitter 19 en de hoge drukturbine 9 zoals getoond in Fig. 6.

15 Zoals hierboven is beschreven voor de warmtekrachtcentrale die is getoond in Fig. 6, is het hierboven gegeven bekende schema zodanig uitgevoerd dat tijdens bedrijf stoom met de juiste temperatuur van de warmteterugwinningsketel 4 van de uitlaatgassen aan de hoge drukturbine 9 wordt toegevoerd. Echter, wanneer de gasturbine-inrichting 1 gedeeltelijk wordt belast, neemt de temperatuur van het uitlaatgas G, dat door de 2 0 gasturbine 8 wordt toegevoerd aan de warmteterugwinningsketel 4 van de uitlaatgassen, verder toe.

In het algemeen neemt de temperatuur van het uitlaatgas G toe wanneer de gasturbine-inrichting 1 gedeeltelijk wordt belast, zoals wordt getoond door de gebroken lijn van Fig. 8. In tegenstelling tot de toename van de temperatuur van het uitlaatgas G is 2 5 de temperatuur van de stoom van de eerste hoge drukoververhitter 16 nagenoeg constant, zoals getoond door de streepstippellijn van Fig. 8. Anderzijds wordt de stoomtemperatuur van de tweede hoge drukoververhitter 15 hoog zoals wordt getoond door de ononderbroken lijn van Fig. 6. De stoomtemperatuur van de derde hoge drukoververhitter 14 neemt toe, evenals de temperatuur van de tweede hoge drukoververhitter 15, hetgeen 3 0 niet is getoond. In dit geval brengt de warmteterugwinningsketel 4 van de uitlaatgassen de overhitte damp van de derde hoge drukoververhitter 14 op de juiste temperatuur en voert deze toe aan de hoge drukturbine 9. Het debiet door de omloopstoomleiding neemt dus toe, zoals getoond door de ononderbroken lijn in Fig. 8, wanneer de oververhitte damp van 6 de eerste hoge drukoververhitter 16 naar de derde hoge drukoververhitter 14 wordt toegevoerd via de omloopleiding 32. Hierdoor wordt de warmteuitwisseling van de tweede hoge drukoververhitter 15 verhoogd wanneer de uitlaatgastemperatuur toeneemt. De hoeveelheid verhitte stoom neemt echter aanzienlijk af en gedurende de 5 warmteuitwisseling worden excessieve thermische spanningen opgewekt door de ongelijkmatige temperatuurverdeling. Dientengevolge wordt een probleem veroorzaakt zodat de warmteoverdrachtleiding verbrandt of afbreekt.

Anderzijds is de warmtekrachtcentrale die is getoond in Fig. 7 als volgt uitgevoerd. De afVoerzijde van de eerste hoge drukoververhitter 16 is met name gedurende de 10 opstartprocedure voorzien van koelstoomleiding 34 die parallel aan de omloopleiding 32 is gelegen. Door de stoom die in het hoge drukvat 17 achterblijft, wordt de stoom naar de eerste hoge drukoververhitter 15 geleid die wordt toegepast als een toevoerbron van de koelstoom. Verder wordt een deel van de stoom aan de koelstoomleiding 34 toegevoerd terwijl het overblijvende deel via de tweede hoge drukoververhitter 15 wordt toegevoerd 15 aan de derde hoge drukoververhitter 14. Vervolgens worden aan de afVoerzijde van de derde hoge drukoververhitter 14 beide stoomstromen samengevoegd en wordt de samengevoegde stoom aan de gasturbine 8 toegevoerd om de onderdelen daarvan te koelen.

Zelfs gedurende het opstarten echter, bijvoorbeeld wanneer de gasturbine-inrichting 2 0 zich in een hete of zeer hete starttoestand bevindt, kan de resthitte van iedere warmtewisselaar zeer groot zijn en kan dit daarom leiden tot de situatie waarbij de temperatuur van het koelsysteem de gewenste koelstoomtemperatuur van de gasturbine 8 te boven gaat. Om de juiste temperatuur van de koelstoom te verkrijgen is het, zoals getoond in Fig. 7, noodzakelijk om een stoomopwekinrichting 35 aan de invoerzijde van 25 de gasturbine 8 op te nemen voor het genereren van stoom met een relatief lage temperatuur. Dit is echter wat betreft de kosten van de inrichting niet voordelig.

In Fig. 7 is de afVoerzijde van de gasturbine 8 voorzien van een eerste omloopleiding 12a die is verbonden met de condensor 12. Verder is de inlaatzijde van de hoge drukturbine 9 voorzien van een tweede omloopleiding 12b die is verbonden met de 30 condensor 12.

Zoals hierboven is beschreven werken de bekende warmtekrachtcentrales, die zijn getoond in Fig. 6 en 7, volgens het volgende schema. Met name wordt de eerste hoge drukoververhitter: 16, die stoom met een constante temperatuur opwekt bij variabele 7 belasting zoals getoond in Fig. 8, als stoomtoevoerbron gebruikt, en wordt daarvandaan stoom met de juiste temperatuur aan de hoge drukturbine 9 toegevoerd terwijl koelstoom met de juiste temperatuur aan de gasturbine 8 wordt toegevoerd. Wanneer de details na worden beschouwd hebben de bekende warmtekrachtcentrales echter verschillende, 5 hierboven beschreven problemen en is het noodzakelijk om verbeteringen door te voeren om de hoge temperatuur van de gasturbine-inrichting adequaat op te vangen.

Samenvatting van de uitvinding

Het is een doel van de onderhavige uitvinding te voorzien in een werkwijze voor de 10 toevoer van koelstoom in een warmtekrachtcentrale die geschikt is om koelstoom opgewekt in een warmteterugwinningsketel van het uitlaatgas toe te voeren aan een andere inrichting.

• Dit doel kan volgens de onderhavige uitvinding worden bereikt door enerzijds te voorzien in een warmtekrachtcentrale omvattende: 15 omvattende een gasturbine-inrichting, een stoomturbine-inrichting, een oververhitter, een verdampereenheid en een warmteterugwinningsketel van de uitlaatgassen met een vat, welke op werkzame wijze zijn verbonden, waarbij koelstoom van het vat van de warmteterugwinningsketel van de uitlaatgassen wordt toegevoerd aan de gasturbine-inrichting, waarbij de werkwijze de stappen omvat van: 2 0 het toevoeren van stoom die in de warmteterugwinningsketel van de uitlaatgassen achterblijft aan de gasturbine-inrichting gedurende het opstarten daarvan; het samenvoegen van uitlaatstoom die is gegenereerd in de stoomturbine-inrichting en stoom die is gegenereerd in de warmteterugwinningsketel van de uitlaatgassen nadat de stoomturbine-inrichting een ventilatiestap start; en 2 5 het toevoeren van de samengevoegde stoom aan de gasturbine-inrichting als koelstoom.

In dit opzicht is de verdampereenheid onderverdeeld in twee verdampers en is het vat een hoge drukvat, waarbij de stoom die in het hoge drukvat overblijft wordt toegevoerd aan de oververhitter die op een tussenpositie tussen de onderverdeelde 30 verdampers is gelegen en waarbij stoom die in de oververhitter is gegenereerd wordt toegevoerd aan de gasturbine-inrichting als koelstoom.

De oververhitter voegt de stoom die daarin is gegenereerd samen met de stoom die is gegenereerd in een andere oververhitter die aan de bovenstroomse zijde van de 8 eerstgenoemde oververhitter is gelegen wanneer de gegenereerde stoom als koelstoom via een omloopleiding wordt toegevoerd aan de gasturbine-inrichting.

Volgens de kenmerkende eigenschappen en constructies van de onderhavige uitvinding die hierboven zijn genoemd, is de hoge drukverdamper in twee hoge 5 drukverdampers onderverdeeld en is de eerste hoge drukoververhitter op een positie gelegen waar oververhitte stoom met een relatief lage mate van restwarmte in het middendeel tussen deze twee hoge drukverdampers wordt gegenereerd. Verder wordt de oververhitte stoom die in de eerste hoge drukoververhitter is gegenereerd, geregeld en wordt deze vervolgens aan de middendrukturbine toegevoerd. Daarom, zelfs bij bedrijf bij 10 gedeeltelijke belasting, kan de oververhitte stoom naar de hoge drukturbine worden toegevoerd als aandrijfstoom met de juiste temperatuur zonder dat hiertoe speciale temperatuurverlagingsmiddelen hoeven te worden opgenomen.

'Verder wordt volgens toevoermethode van koelstoom in de warmtekrachtcentrale volgens de onderhavige uitvinding door toepassing van de stoom van het hoge drukvat, 15 een oververhitte damp gegenereerd met relatief weinig restwarmte, door middel van de eerste hoge drukoververhitter, en wordt vervolgens de oververhitte damp geregeld en aan de gasturbine toegevoerd. Daardoor wordt, zelfs indien gedurende' het opstarten niet door iedere warmtewisselaar van de warmteterugwinningsketel van de uitlaatgassen stoom wordt gegenereerd, koelstoom met de juiste temperatuur op bedrijfszekere wijze aan de 2 0 onderdelen van de gasturbine toegevoerd.

Verder wordt in de warmtekrachtcentrale volgens de onderhavige uitvinding de oververhitte damp die in de hoge drukoververhitter is gegenereerd als processtoom naar andere inrichtingen toegevoerd zodat een hoog rendement van de warmte kan worden verkregen.

2 5 Verder past de oververhitter volgens de onderhavige uitvinding de gegenereerde oververhitte stoom toe als koelstoom voor de gasturbine die deel uitmaakt van de gasturbine-inrichting.

De aard en verdere karakteristieke eigenschappen van de onderhavige uitvinding zullen duidelijk worden uit de hiernavolgende beschrijving onder verwijzing naar de 30 bijgevoegde tekeningen.

Korte beschrijving van de tekeningen

Fig. 1 toont een schematisch diagram' van het systeem waarin een 9 warmtekrachtcentrale volgens een eerste uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding wordt getoond;

Fig. 2 is een aanzicht om de positie duidelijk te maken waar de eerste hoge drukoververhitter volgens de onderhavige uitvinding is gelegen; 5 Fig. 3 is een grafiek waarin de stoomtemperatuur en de verdeling van het omloopstoomdebiet worden getoond, afhankelijk van de belasting, die kunnen worden verkregen volgens de onderhavige uitvinding;

Fig. 4 is een schematisch systeemdiagram om de toevoermethode van koelstoom in de warmtekrachtcentrale volgens de onderhavige uitvinding uit te leggen; 10 Fig. 5 is een schematisch systeemdiagram waarin een warmtekrachtcentrale volgens een tweede uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding wordt getoond;

Fig. 6 is een schematisch systeemdiagram waarin een warmtekrachtcentrale volgens de stand van de techniek wordt getoond;

Fig. 7 is een schematisch systeemdiagram van een andere warmtekrachtcentrale 15 volgens de stand van de techniek; en

Fig. 8 is een grafiek waarin de stoomtemperatuur en de verdeling van het omloopstoomdebiet bij variërende belasting volgens de stand van de techniek wordt getoond. 1

Beschrijving van de voorkeursuitvoeringsvormen

Een eerste uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zal hierna worden beschreven onder verwijzing naar Fig. 1 tot 3.

Onder verwijzing naar Fig. 1 heeft de warmtekrachtcentrale volgens de eerste uitvoeringsvorm een constructie waarbij een stoomturbine-inrichting 37 is gecombineerd 2 5 met een gasturbine-inrichting 36 via een aandrijfas 38, zodat koelstoom aan de gasturbine- inrichting 36 wordt toegevoerd en waarbij onafhankelijk van deze inrichting is voorzien in een warmteterugwinningsketel 39 van de uitlaatgassen die een aandrijfstoom aan de stoomturbine-inrichting 37 toevoert.

De gasturbine-inrichting 36 omvat een generator 40, een luchtcompressor 41, een 3 0 brander 42 en een gasturbine 43. De lucht AR die wordt aangezogen door de luchtcompressor 41 wordt omgevormd tot perslucht bij hoge druk en wordt naar de brander 42 geleid. In de brander 42 wordt brandstof aan de perslucht toegevoegd zodat een verbrandingsgas wordt gevormd en vervolgens wordt door middel van de gasturbine 43 10 het verbrandingsgas geëxpandeerd zodat de generator 40 wordt aangedreven door het op de hierboven beschreven wijze opgewekte vermogen.

De stoomturbine-inrichting 37 omvat een hoge drukturbine 44, een middendrukturbine 45, een lage drukturbine 46 en een condensor 47. Na te zijn 5 geëxpandeerd in de hoge drukturbine 44 wordt de afvoerstoom naar een naverhitter 48 van de warmteterugwinningsketel 39 van de uitlaatgassen geleid en wordt daarin opgewarmd. Daarna wordt de afvoerstoom naar de middendrukturbine 45 geleid en wordt daarin geëxpandeerd als naverhittingsstoom. Verder wordt de afvoerstoom weer geëxpandeerd door middel van de lage drukturbine 46 en wordt daarna gecondenseerd tot een 10 condensaat, door middel van de condensor 47. Het condensaat wordt als voedingswater toegevoerd aan de warmteterugwinningsketel 39 van de uitlaatgassen via een pomp 49.

Verder is de warmteterugwinningsketel 39 van de uitlaatgassen voorzien van een derde hoge drukoververhitter 50, een naverhitter 48, een tweede hoge drukoververhitter 51, een hoge drukverdamper 53 omvattende een hoge drukvat 52, een 15 middendrukoververhitter 57, een hoge drukvoorverwarmer 58, een lage drukoververhitter 59, een middendrukverdamper 61 met een middendrukvat 60, een middendrukvoorverwarmer 62, een lage drukverdamper 64 met een lage drukvat 63 en een lage drukvoorverwarmer 65. Deze onderdelen zijn in de volgorde van een bovenstroomse zijde naar een benedenstroomse zijde van de stroming van een uitlaatgas G van de 2 0 gasturbine-inrichting 43 opgesteld. Stoom wordt via de warmteuitwisselingstappen tussen iedere warmtewisselaar en het uitlaatgas G gegenereerd. Verder geeft verwijzingscijfer 68 een lage drukpomp aan voor toevoer van een deel van het verzadigde water van de lage drukvoorverwarmer 65 aan de middendrukvoorverwarmer 62 en geeft verwijzingscijfer 69 een hoge drukpomp aan voor het toevoeren van het overblijvende deel van het verzadigde 2 5 water van de lage drukvoorverwarmer 65 naar de hoge drukvoorverwarmer 58.

De hoge drukverdamper 53 omvat twee deelverdampers, dat wil zeggen, een eerste hoge drukverdamper 54 en een tweede hoge drukverdamper 55 en is verder voorzien van een eerste hoge drukoververhitter 56 die in het middendeel tussen de tweede hoge drukverdamper 54 en de eerste hoge drukverdamper 55 is opgesteld. De reden voor de 3 0 bovengenoemde opstelling is als volgt.

Zoals getoond in Fig. 2 is het bekend dat het uitlaatgas G dat door de hoge drukverdamper 53 treedt een verzadigingstemperatuur van 170°C heeft aan de inlaatzijde van de hoge drukverdamper 53 en dat het verschil in verzadigingstemperatuur klein wordt 11 aan de benedenstroomse zijde van het centrale deel daarvan. Hierdoor is het in deze uitvoeringsvorm, indien de eerste hoge drukoververhitter 56 is aangebracht in een gebied A waar het uitlaatgas een verzadigingstemperatuur van 30°C tot 10°C heeft, mogelijk om de mate van oververhitting van de oververhitte damp die in de eerste hoge 5 drukoververhitter 56 is gegenereerd, te beperken tot een relatief klein temperatuurgebied van 10°C tot 20°C. In dit geval bedraagt het afknijppunt van de oververhitte damp en het uitlaatgas G die in de eerste hoge drukoververhitter 56 zijn gegenereerd ongeveer 8°C volgens een testberekening. Verder verdient het in het geval dat de stoomturbine-inrichting 37 oververhitte stoom benodigt met een geringe mate aan oververhitting, zoals 5°C tot 10 10°C, de voorkeur dat de eerste hoge drukoververhitter 56 is aangebracht aan de benedenstroomse zijde van de eerste hoge drukverdamper 55 welke deel uitmaakt van twee deel verdampers van de hoge drukverdamper 53.

De werking van de warmtekrachtcentrale volgens de eerste uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding zal hierna worden beschreven.

15 Wanneer de warmtekrachtcentrale wordt bedreven bij gedeeltelijke belasting, neemt de temperatuur van het uitlaatgas G, dat van de gasturbine-inrichting 36 wordt toegevoerd aan de warmteterugwinketel 39 van de uitlaatgassen, toe. Bij het toenemen van de temperatuur, neemt de temperatuur van de stoom die in de derde hoge drukoververhitter 50, de tweede hoge drukoververhitter 51 en de eerste hoge drukoververhitter 56 wordt 2 0 gegenereerd eveneens toe, en wordt deze hoger dan een temperatuur die nodig is voor de aandrijfstoom voor de hoge drukturbine 44 van de stoomturbine-inrichting 37.

Echter, in de onderhavige uitvoeringsvorm is de hoge drukverdamper 53 onderverdeeld in de tweede hoge drukverdamper 54 en de eerste hoge drukverdamper 55 en is verder de eerste hoge drukoververhitter 56 in het tussenliggende deel tussen de 2 5 onderverdeelde tweede hoge drukverdampers 54 en 55 gelegen. Op deze wijze is de mate van oververhitting van de oververhitte damp die in de eerste hoge drukoververhitter 56 wordt gegenereerd, binnen een bereik van 10°C tot 20°C beperkt, zoals getoond in Fig. 2. In het geval waarin een deel van de oververhitte stoom die in de eerste hoge drukoververhitter 56 is gegenereerd, wordt toegevoerd aan een omloopleiding 67 3 0 omvattende een omloopklep 66 als omloopstoom, kan het debiet van de stroom worden gereduceerd en wordt de overgebleven oververhitte stoom aan de tweede hoge drukoververhitter 51 toegevoerd om de temperatuur van de oververhitte stoom die in de tweede hoge drukoververhitter 51 is gegenereerd te verlagen. Volgens testberekeningen 12 bedraagt de temperatuur van de oververhitte stoom die in de eerste hoge drukoververhitter 56 volgens de huidige uitvoeringsvorm is gegenereerd ongeveer 100°C, hetgeen lager is dan de temperatuur (400°C of hoger) van de oververhitte damp die in de eerste hoge drukoververhitter 16 zoals getoond in Fig. 6 is opgewekt.

5 Fig. 3 is een grafiek van de karakteristiek waarin een temperatuurverdeling van het uitlaatgas G wordt getoond door de onderbroken lijn, waarbij de temperatuurverdeling van de oververhitte stoom die is gegenereerd in de tweede hoge drukoververhitter 51 wordt getoond door de ononderbroken lijn, waarbij een temperatuurverdeling van de oververhitte stoom die is gegenereerd in de eerste hoge drukoververhitter 56 is getoond door een 10 gestippelde lijn en waarin het debiet van de omloopstoom wordt getoond door een ononderbroken lijn bij lastvariaties van de gasturbine-inrichting 36.

Zoals kan worden gezien in Fig. 3 neemt de temperatuur van het uitlaatgas G toe met een toenemende last van de gasturbine-inrichting 1. De temperatuur van de oververhitte stoom die in de tweede hoge drukoververhitter 51 is gegenereerd neemt echter 15 af ten opzichte van de temperatuurstijging van het uitlaatgas en het debiet van de omloopstoom wordt eveneens verminderd. '

Zoals hierboven is beschreven genereert de eerste hoge drukoververhitter 56 een oververhitte stoom met een relatief geringe mate aan oververhitting. De oververhitte stoom wordt grotendeels aan de tweede hoge drukoververhitter 51 toegevoerd en wordt 2 0 vervolgens toegevoerd aan de omloopleiding 67 zodat het debiet van de omloopstoom relatief laag wordt. Verder wordt de omloopstoomstroming toegevoegd aan de oververhitte damp die in de tweede hoge drukoververhitter 51 is gegenereerd om de temperatuur van de stoom te verlagen. Vervolgens wordt de samengevoegde stoom met lage temperatuur omgezet in aandrijfstoom met de juiste temperatuur die nodig is voor 25 bedrijf bij gedeeltelijke last door middel van de derde hoge drukoververhitter 50 en wordt vervolgens toegevoerd aan de hoge drukturbine 44 waardoor de hoge drukturbine 44 wordt aangedreven. De hoge drukturbine 44 expandeert de aandrijfstoom zodat de generator 40 wordt aangedreven, terwijl de uitlaatstoom wordt samengevoegd met stoom (damp) die is gegenereerd in de middendrukoververhitter 57, waarbij de samengevoegde 3 0 stoom wordt toegevoerd aan de gasturbine 43. De samengevoegde stoom koelt de onderdelen van de gasturbine 43 af en wordt daarna samengevoegd met naverhittingsstoom die in de naverhitter 48 is gegenereerd. Verder wordt de samengevoegde stoom door middel van de middendrukturbine 45 geëxpandeerd en i 13 vervolgens naar de lage drukturbine 46 toegevoerd.

In de onderhavige uitvoeringsvorm is de hoge drukverdamper 53 onderverdeeld in twee, dat wil zeggen, een tweede hoge drukverdamper 54 en de eerste hoge drukverdamper 55 en is de eerste hoge drukoververhitter 56 op een tussenliggende positie 5 tussen deze hoge drukverdampers 54 en 55 gelegen. Verder wordt de mate van oververhitting van de oververhitte stoom die in de eerste hoge drukoververhitter 56 is opgewekt verlaagd waardoor de oververhitte stoom grotendeels aan de tweede hoge drukoververhitter 51 wordt toegevoerd, zodat relatief weinig oververhitte stoom aan de omloopleiding 67 kan worden toegevoerd en zodat aandrijfstoom met de juiste 10 temperatuur aan de hoge drukturbine 44 kan worden toegevoerd zonder te voorzien in temperatuurverlagingsmiddelen in de derde hoge drukoververhitter 50.

Op dit moment is het, aangezien een grote hoeveelheid oververhitte stoom door de tweede hoge drukoververhitter 51 stroomt, mogelijk om een uniforme temperatuurverdeling te bewerkstelligen zodat gedurende de warmtewisseling nagenoeg 15 geen thermische spanningen worden opgewekt. Daardoor kan de materiaalsterkte van de warmteoverdrachtsleiding gedurende lange tijd behouden blijven. Verder is het mogelijk, aangezien in vergelijking met een gebruikelijke omloopleiding relatief weinig oververhitte damp door de omloopleiding 67 stroomt, om bij selectie van de omloopklep 66 een klep met een relatief kleine diameter te nemen hetgeen bijdraagt aan een vermindering van de 20 kosten.

In het algemeen dient de eerste hoge drukoververhitter 56 om de zuiverheid van de verzadigde stoom te verbeteren, aangezien de eerste hoge drukoververhitter 56 zodanig is uitgevoerd dat verontreinigingen zoals siliciumdioxide die in de verzadigde stoom die wordt toegevoerd vanuit het hoge drukvat 52 aan de warmtewisselingsleiding aanwezig 2 5 zijn, daarvan hechten. Daarom kan stoom met een relatief hoge mate van zuiverheid worden toegevoerd wanneer koelstoom aan de onderdelen van een gasturbine 43 wordt toegevoerd zodat de onderdelen van de gasturbine 43 worden beschermd tegen verstopt raken met siliciumdioxide en dergelijke.

Fig. 4 is een schematisch systeemdiagram waarin de werkwijze van de toevoer van 30 koelstoom in een warmtekrachtcentrale volgens een andere uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding wordt getoond. Voor een eenvoudige uitleg, zijn gelijke verwijzingscijfers gebruikt om dezelfde onderdelen aan te duiden als voor de onderdelen van de warmtekrachtcentrale die is getoond in Fig. 1.

14

Voorafgaand aan een uitleg over de werkwijze voor het toevoeren van koelstoom in een warmtekrachtcentrale volgens deze uitvoeringsvorm zal hierna eerst de constructie worden beschreven.

De hoge drukverdamper 53 is in twee delen onderverdeeld, dat wil zeggen de 5 tweede hoge drukverdamper 54 en de eerste hoge drukverdamper 55, en de eerste hoge drukoververhitter 56 is in een tussenliggend deel tussen deze hoge drukverdampers 54 en 55 opgenomen. Een uitlaatzijde van de eerste hoge drukoververhitter 56 is voorzien van een koelstoomleiding 71 waartussen een regelklep 70 is opgenomen die is verbonden met een inlaatzijde van de gasturbine 43. Verder is de uitlaatzijde van de gasturbine 43 10 voorzien van een eerste omloopleiding 72 die is verbonden met de condensor 47, en anderzijds is de inlaatzijde van de hoge drukturbine 44 voorzien van een tweede omloopleiding 73 die is verbonden met de condensor 47.

In de warmtekrachtcentrale wordt een dagelijkse start/stop-cyclus (DSS) veelvuldig uitgevoerd in tegenstelling tot gebruikelijke krachtcentrales. In het geval van het DSS-15 bedrijf zijn de derde hoge drukoververhitter 50, de tweede hoge drukoververhitter 51, de tweede hoge drukverdamper 54 en de eerste hoge drukverdamper 55 die de hoge drukverdamper 53 in tweeën verdeelt, ondergebracht in de warmteterugwinningsketel 39 van de uitlaatgassen, en worden deze onderdelen in hun respectieve verwarmingstoestand gehouden voorafgaand aan het opstarten van de warmteterugwinningsketel 39 van de 2 0 uitlaatgassen. Verder heeft de restwarmte van deze onderdelen een hoge temperatuur.

Het hoge drukvat 52, het middendrukvat 60, en het lagere drukvat 63 hebben een stoomdruk van respectievelijk ongeveer 60 kg/cm , 12 kg/cm en 4 kg/cm .

In het geval dat koelstoom aan de onderdelen van de gasturbine 43 wordt toegevoerd, dient de koelstoom volgens de testberekening waarin verschillende verliezen 2 5 in aanmerking zijn genomen een stoomdruk van 20 kg/cm te hebben. Verder kan de eerste hoge drukoververhitter 56 de mate van oververhitting van de stoom die vanuit het hoge drukvat 52 wordt toegevoerd, tussen 10°C en 20°C verminderen. Aangezien de eerste hoge drukoververhitter 56 de koelstoom op een temperatuur van ongeveer 300°C kan brengen gedurende de hete opstartstap, voldoet de koelstoom dus aan de eis van een 3 0 temperatuur van 350°C of minder, hetgeen nodig is voor de onderdelen van de gasturbine 43. Daarom kan de koelstoom in voldoende mate aan de gasturbine worden toegevoerd.

De constructie van deze uitvoeringsvorm is gebaseerd op de testberekening zoals hierboven is beschreven en de werkwijze voor de toevoer van koelstoom zal' hieronder 15 worden uiteengezet.

Voorafgaand aan het opstarten van de warmtekrachtcentrale levert de hoge drukoververhitter 56 eerst stoom van het hoge drukvat 52 aan de condensor 47 via de tweede omloopleiding 73 door middel van de tweede hoge drukoververhitter 51 en de 5 derde hoge drukoververhitter 50 om verontreinigingen zoals siliciumdioxide die in de respectieve hoge drukoververhitters 51 en 50 aanwezig zijn weg te blazen. Vervolgens wordt de omloopklep 66 van de omloopleiding 67 gesmoord om de regelklep 70 van de koelstoomleiding 71 te openen en stoom uit het hoge drukvat 52 wordt vervolgens als koelstoom toegevoerd aan de gasturbine 43. Op dit moment wordt, in het geval dat 10 thermische spanningen in de onderdelen van de gasturbine 43 worden opgewekt doordat de koelstoomtemperatuur te laag is, de regelklep 74 die aan de uitlaatzijde van de derde hoge drukoververhitter 50 is aangebracht geopend zodat de koelstoom wordt samengebracht met de stoom van de derde hoge drukoververhitter 50 waardoor de temperatuur van de samengevoegde stoom wordt geregeld zodat de koelstoom de juiste 15 temperatuur bereikt. De koelstoom koelt de onderdelen van de gasturbine 43 af en wordt daarna van de eerste omloopleiding 72 naar de condensor 47 toegevoerd of wordt via een schoorsteen (niet getoond) van de warmteterugwinningsketel 39 van de uitlaatgassen afgevoerd.

Wanneer het opstarten van de gasturbine 43 is voltooid en de stoomturbine-2 0 inrichting 37 wordt geventileerd, worden de uitlaatstoom van de hoge drukturbine 44 en de oververhitte damp van de middendrukoververhitter 57 samengevoegd en wordt de bewerking voor het koelen van de componenten van de gasturbine 43 vervolgens uitgevoerd onder toepassing van de samengevoegde stoom.

Volgens deze werkwijze wordt de stoom die in het hoge drukvat 52 achterblijft 2 5 toegepast en wanneer de stoom als koelstoom van de eerste hoge drukoververhitter 56 naar de onderdelen van de gasturbine 43 wordt toegevoerd, wordt de koelstoom geregeld zodat deze de juiste temperatuur krijgt. Het is daarom mogelijk om de onderdelen van de gasturbine op bedrijfszekere wijze te koelen, zelfs wanneer de warmtewisselaar van de warmteterugwinningsketel 39 van de uitlaatgassen nog steeds geen stoom genereert, zodat 3 0 een stabiel bedrijf van de turbine 43 plaats kan vinden.

Fig. 5 is een schematisch systeemdiagram waarin een warmtekrachtcentrale volgens een tweede uitvoeringsvorm van de onderhavige uitvinding wordt getoond. In deze tweede uitvoeringsvorm worden gelijksoortige verwijzingscijfers gebruikt om dezelfde 16 onderdelen aan te geven als de onderdelen die in de eerste uitvoeringsvorm volgens Fig. 1 worden getoond.

In de tweede uitvoeringsvorm is de hoge drukverdamper 53 onderverdeeld in twee delen, dat wil zeggen de tweede hoge drukverdamper 54 en de eerste hoge drukverdamper 5 55 en is de eerste hoge drukoververhitter 56 op een tussenliggende positie tussen deze verdampers 54 en 55 gelegen en is deze voorzien van een toevoerleiding 75 voor processtoom. Het is dus mogelijk om de stoom van de eerste hoge drukoververhitter 56 toe te voeren aan een vergassingsoven zoals een kolenvergasser, een restolievergassingsinrichting en dergelijke.

10 In de warmtekrachtcentrale die geen koelstoom toevoert van de warmteterugwinningsketel 39 van de uitlaatgassen naar de onderdelen van de gasturbine 43 is, in het geval dat stoom van de derde hoge drukoververhitter 50 op de juiste temperatuur wordt gebracht voor de aandrijfstoom en deze aan de hoge drukturbine 44 wordt toegevoerd, de afvoerzijde van de tweede hoge drukoververhitter 51 voorzien van 15 een temperatuurverlagingsinrichting 76. De stoom uit de hoge drukvoorverwarmer 58 wordt van een temperatuur verlagende waterleiding 77 van de hoge drukoververhitter naar de temperatuurverlagingsinrichting 76 gebracht via een klep 78 die wordt geregeld in afhankelijkheid van de uitlaattemperatuur van de tweede of de derde hoge drukoververhitter 51 of 50. Verder wordt de temperatuur van de oververhitte damp van de 2 0 tweede hoge drukoververhitter 51 verlaagd, en wordt de damp toegevoerd aan de derde hoge drukoververhitter 50. Hierdoor heeft de oververhitte damp die in de eerste hoge drukoververhitter 56 wordt opgewekt een stuwdruk van 100 kg/cm en een temperatuur van ongeveer 350°C.

In deze uitvoeringsvorm wordt de oververhitte damp die in de eerste hoge 2 5 drukoververhitter 56 wordt gegenereerd als processtoom naar een vergassingsoven, zoals een kolenvergassingsinrichting toegevoerd, zodat de oververhitte damp die is gegenereerd in de warmteterugwinningsketel van de uitlaatgassen effectief kan worden gebruikt. In het bijzonder wordt momenteel veel aandacht besteed aan vergassingskrachtcentrales en uit berekeningen van het thermisch rendement is het zeer voordelig gebleken dat een 3 0 dergelijke inrichting oververhitte damp ontvangt die is gegenereerd in de warmteterugwinningsketel van de uitlaatgassen.

Het dient duidelijk te zijn dat de onderhavige uitvinding niet beperkt is tot de beschreven uitvoeringsvormen en dat vele andere veranderingen en wijzigingen kunnen r 17 worden aangebracht zonder buiten de reikwijdte en uitvindingsgedachte van de bijgevoegde conclusies te treden.

Claims

1. Werkwijze voor de toevoer van koelstoom in een warmtekrachtcentrale omvattende een gasturbine-inrichting, een stoomturbine-inrichting, een oververhitter, een 5 verdampereenheid en een warmteterugwinningsketel van de uitlaatgassen met een vat, welke op werkzame wijze zijn verbonden, waarbij koelstoom van het vat van de warmteterugwinningsketel van de uitlaatgassen wordt toegevoerd aan de gasturbine-inrichting, waarbij de werkwijze de stappen omvat van: het toevoeren van stoom die in de warmteterugwinningsketel van de uitlaatgassen 10 achterblijft aan de gasturbine-inrichting gedurende het opstarten daarvan; het samenvoegen van uitlaatstoom die is gegenereerd in de stoomturbine-inrichting en stoom die is gegenereerd in de warmteterugwinningsketel van de uitlaatgassen nadat de stoomturbine-inrichting een ventilatiestap start; en het toevoeren van de samengevoegde stoom aan de gasturbine-inrichting als 15 koelstoom.

2. Werkwijze voor het toevoeren van koelstoom volgens conclusie 1 waarbij de verdampereenheid is onderverdeeld in twee verdampers en waarbij het vat een hoge drukvat is en waarbij de stoom die in het hoge drukvat achterblijft wordt toegevoerd aan de oververhitter die in een tussenliggend deel tussen de onderverdeelde twee verdampers 2. is gelegen en waarbij stoom die in de oververhitter is gegenereerd aan de gasturbine-inrichting wordt toegevoerd als koelstoom.

3. Werkwijze voor het toevoeren van koelstoom volgens conclusie 1, waarbij de oververhitter de stoom die daarin is gegenereerd samenvoegt met stoom die is gegenereerd in een andere oververhitter die aan de bovenstroomse zijde van de eerstgenoemde 2. oververhitter is gelegen wanneer de gegenereerde stoom wordt toegevoerd aan de gasturbine-inrichting als koelstoom.

4. Werkwijze voor het toevoeren van koelstoom volgens conclusie 3, waarbij de gegenereerde stoom via een omloopleiding die is verbonden met de eerstgenoemde oververhitter wordt toegevoerd. 30