Verfahren zum Betrieb eines Gas- und Dampfkraftwerk zur Durchführung des Verfahrens
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Gas- und Dampfkraftwerks sowie ein Gas- und Dampfkraftwerk zur Durchführung des Verfahrens, wobei Dampf zur Kühlung mindestens einer Komponente der Gasturbine verwendet wird.
Bei bekannten Gas- und Dampfkraftanlagen wird üblicherweise Kühldampf zur Kühlung beispielsweise der Turbinenschaufeln und/oder der Brennkammer der Gasturbine der sogenannten kalten Seite eines Überhitzers entnommen.
Dabei wird die maximale Frischdampftemperatur von der Abgastemperatur der Gasturbine sowie der Grädigkeit des Überhitzers bestimmt. Somit sind die Frischdampftemperatur und die Abgastemperatur gekoppelt und die Frischdampftemperatur liegt dabei unterhalb der Abgastemperatur der Gasturbine, üblicherweise um etwa 25 K.
Bei herkömmlichen Gas- und Dampf raftanlagen wird der Dampf- prozess meist bei einer maximal realisierbaren Frischdampf- temperatur betrieben, was bezüglich des Dampfprozesses zu einem optimalen Wirkungsgrad führt. Jedoch wird die Gasturbine des Gas- und Dampfkraftwerks dabei weit unterhalb ihres Wirkungsgradoptimums betrieben, nämlich eher in der Nähe ihres Leistungsoptimums .
Der Wirkungsgrad eines Gas- und Dampfkraftwerks lässt sich gemäß folgender Formel aus den Wirkungsgraden für den Gastur- binenprozess und den Dampfturbinenprozess berechnen:
r|GuD = ηGT + ηDT - ηGT • ηDT
ηGτ ist dabei der Wirkungsgrad der Gasturbine, -IDT der Wirkungsgrad des angekoppelten Dampfprozesses und ηGτ r)Ω?r u dessen Wert der Gesamtwirkungsgrad erniedrigt wird, beschreibt die Verkopplung des Gasturbinen- mit dem Dampfturbi- nenprozess.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Gas- und Dampfkraftwerks sowie ein entsprechendes Gas- und Dampfkraftwerk anzugeben, mittels welchen ein verbesserter Wirkungsgrad des Gesamtprozesses erreichbar ist.
Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betrieb eines Gas- und Dampfkraftwerks, wobei überhitzter Dampf zur Kühlung mindestens einer Komponente der Gasturbine verwendet wird.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass ηDτ in erster Linie von der Frischdampftemperatur abhängt, während ηGτ überwiegend von den Druckverhältnissen der Gasturbine be- stimmt wird.
Eine Entkopplung der Frischdampftemperatur und der Abgastemperatur wird mittels der Erfindung dadurch erreicht, dass die Druckverhältnisse der Gasturbine und damit deren Abgastempe- ratur so eingestellt werden, dass Letztere ausreicht, Wasser in einem Dampfkessel zu verdampfen und leicht zu überhitzen. Dieser leicht überhitzte Dampf wird dann zur Kühlung verwendet, wobei der Dampf weiter überhitzt werden kann bis auf eine zulässige Frischdampftemperatur .
Somit ist es möglich, eine gewünschte Frischdampftemperatur zu erreichen, welche größer oder gleich der Abgastemperatur der Gasturbine ist; dadurch steigert sich insbesondere der Gesamtwirkungsgrad des Gas- und Dampfkraftwerks.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Kühlung mittels überhitztem Dampf in einem geschlossenen Kühlkreislauf.
Es kann sich dabei beispielsweise um eine geschlossene Schaufelkühlung und/oder um eine geschlossene Brennkammer ühlung handeln. Mit dem überhitzten Dampf werden dann die Turbinenschaufeln und/oder die Brennkammerwände gekühlt und der Dampf danach weiter überhitzt bis auf die zulässige Frischdampftem- peratur. Der so erzeugte hochenergetische Frischdampf dient dann als Antriebsmedium für die Dampfturbine.
Die Gasturbine kann somit bei unveränderten Frischdampfbedingungen, also bei optimalem Wirkungsgrad des Dampfprozesses, mit höherem Druckverhältnis ausgelegt werden und der Gastur- binenprozess ist somit näher an seinem Wirkungsgradoptimum.
Im Vergleich zur konventionellen Dampfkühlung mittels Dampf entnommen von der kalten Seite eines Überhitzers ist damit der Gesamtwirkungsgrad des Gas- und Dampfprozesses deutlich erhöht.
Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den entsprechenden abhängigen Patentansprüchen nie- dergelegt.
Die Erfindung führt weiterhin zu einem Gas- und Dampfkraftwerk mit mindestens einem Überhitzer, welchem überhitzter Dampf zur Kühlung mindestens einer Komponente der Gasturbine entnehmbar ist.
Bevorzugt umfasst die Komponente dabei mindestens eine Turbinenschaufel und/oder eine Brennkammer der Gasturbine.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst das
Gas- und Dampfkraftwerk einen geschlossenen Kühlkreislauf, in welchem der überhitzte Dampf führbar ist.
Weitere Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gas- und Dampfkraftwerks sind in den entsprechenden abhängigen Patentansprüchen niedergelegt.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher dargestellt.
Es zeigt:
FIG ein erfindungsgemäßes Gas- und Dampfkraftwerk.
In der Figur ist schematisch ein Gas- und Dampfkraftwerk 1 gemäß der Erfindung dargestellt.
Eine Gasturbine 50 umfasst einen Verdichter, eine Brennkammer 52, einen der Brennkammer 52 zugeordneten Brennkammerkühler 54 zur Kühlung deren Brennkammerwände sowie Gasturbinenstufen 56, mittels welcher die im Heißgas enthaltene Energie umge- wandelt wird in Rotationsenergie zum Antrieb eines nicht näher dargestellten Generators.
Das Gas- und Dampfkraftwerk 1 umfasst weiterhin eine Dampfturbine 52 mit einer Hochdruckstufe 22, einer Mitteldruckstu- fe 24 und einer Niederdruckstufe 26.
Heißes Abgas 60 der Gasturbine 50 wird in einen Abhitzekessel 30 eingeleitet.
In diesem Abhitzekessel sind u.a. ein Mitteldruckverdampfer 38, ein Mitteldrucküberhitzer 36, ein Hochdruckverdampfer 34 und ein Hochdrucküberhitzer 32 angeordnet.
Die Brennkammer 52 der Gasturbine 50 wird mittels überhitztem Dampf 5 gekühlt. Dieser überhitzte Dampf 5 wird vom Hochdrucküberhitzer 32 erzeugt und zum Brennkammerkühler 54 geleitet. Dort dient dieser überhitzte Dampf 5 zur Kühlung der
Brennkammerwände der Brennkammer 52. Nach Kühlung der Brennkammer 52 wird der überhitzte Dampf 5 nach einer nicht näher dargestellten weiteren Überhitzung beispielsweise mittels eines ebenfalls nicht näher dargestellten, am heißen Ende des Abhitzekessels 30 angeordneten Überhitzers, zur Hochdruckstufe 22 als Frischdampf geleitet.
Die Turbinenschaufeln mindestens einer Gasturbinenstufe 56 werden mittels überhitztem Dampf 3 gekühlt, welcher durch den Mitteldrucküberhitzer 36 erzeugt wird.
Der überhitzte Dampf 3 wird dabei einem Turbinenschaufelküh- ler 58 zugeführt und danach zur Mitteldruckstufe 24 geleitet. Es ist auch möglich, dass nach Kühlung der Turbinenschaufeln der überhitzte Dampf 3 vor der Zuleitung zur Mitteldruckstufe 24 einer weiteren Überhitzung zugeführt wird, beispielsweise einem nicht näher dargestellten, im Mitteldruckbereich des Abhitzekessels 30 angeordneten weiteren Überhitzer.
Der überhitzte Dampf 5 zur Kühlung der Brennkammer 52 sowie der überhitzte Dampf 3 zur Kühlung der Turbinenschaufeln werden in einem geschlossenen Kühlkreislauf geführt.
Die Figur zeigt lediglich schematisch die wichtigsten Kompo- nenten der Erfindung; die weiteren bei einem Gas- und Dampfkraftwerk notwendigen Komponenten sowie die detaillierte Darstellung des geschlossenen Wasser-Dampf-Kreislaufs ist einem Fachmann der Kraftwerkstechnik geläufig.
Zusammengefasst lässt sich die Erfindung folgendermaßen darstellen:
Durch eine Überhitzung des Dampfes zur Turbinenschaufel- und/oder Brennkammerkühlung der Gasturbine eines Gas- und Dampfkraftwerks kann die Frischdampftemperatur von Dampf, welcher mittels eines Abhitzekessels erzeugt ist, über die Temperatur des Abgases der Gasturbine angehoben werden. Da-
durch wird eine deutliche Steigerung des Gesamtwirkungsgrades des Gas- und Dampfkraftwerks erreicht.
Bevorzugt ist eine geschlossene Turbinenschaufel- und/oder Brennkammerkühlüng mit dem überhitzten Dampf vorgesehen.