DE1134556B - Gas-Dampf-Turbinen-Verbundanlage - Google Patents

Description

• Gas -Dampf -Turbinen -Verbundanlage Bekannt ist die Kombination von Gas- und Dampfprozessen, bei denen der Dampfprozeß meist dem Gasturbinenprozeß nachgeschaltet wird. Die vorgeschaltete Gasturbine kann mit oder ohne Zwischenverbrennung bzw. mit oder ohne Zwischenkühlung bekannterweise ein- oder mehrwellig gebaut sein.
• Ein wesentliches Problem bei dieser Art von kombinierten Prozessen besteht nun in einer geeigneten Verwertung der Abgaswärme am Austritt des Dampferzeugers. Einerseits ist bekannt, die Abgase am Austritt des Dampferzeugers ausschließlich zur Vorwärmung der Kompressorluft des Gasprozesses zu verwenden; andererseits ist auch bekannt, bei bestimmten Arten von Prozeßführungen die gesamte Abgaswärme aus dem Dampferzeuger in einen Parallelzweig des Speisewasserstromes zu leiten, wo sie diesen Parallelstrom um eine wählbare Temperaturspanne aufwärmt. Der andere Kondensat- oder Frischwasser-Teilstrom wird mittels der bei Dampfprozessen üblichen Regenerativvorwärmung aufgewärmt. Des weiteren liegt es nahe, die gesamte Abgaswärme unmittelbar auf den ungeteilten Kondensat- oder Frischwasser-Speisewasser-Strom zu übertragen. Entscheidend bei kombinierten Prozessen ist, daß die Endvorwärmung des Kesselspeisewassers ihre wärmewirtschaftlich zweckmäßige Höhe beibehält und darüber hinaus bei der relativ hohen Abgastemperatur aus dem Dampferzeuger aber wärmewirtschaftlich vertretbar möglichst noch überhöht werden könnte.
• Nach dem derzeitigen Stand der Technik der Entwicklung von Gasturbinen ist es unumgänglich notwendig, zur Erreichung eines guten thermischen Gesamtwirkungsgrades bei kombinierten Verfahren unter einer Fülle von Möglichkeiten den Dampfprozeß vor allem bei großen Leistungen möglichst optimal zu gestalten. Es ist ferner bekannt, daß ein guter Dampfprozeßwirkungsgrad von der Güte des Regenerativvorwärmprozesses abhängig ist. Diesen Verhältnissen wird bei der Erfindung in der Weise Rechnung getragen, daß einerseits eine Anzahl von Hochdruckvorwärmern thermisch entlastet werden, indem man vom Kondensat- oder Frischwasser-Strom einen Zweigstrom abteilt und diesen durch einen entsprechend gewählten Teilstrom des Abgasstromes aus dem Dampferzeuger aufwärmt.
• Dadurch ist es möglich, nicht nur die übliche Endvorwärmung des Kondensat- oder Frischwasser-Stromes, wie sie bei den gebräuchlichen Dampfprozessen vorliegen, zu bewerkstelligen, sondern darüber hinaus auch wärmewirtschaftliche Vorteile durch zweckmäßige weitere Erhöhung der Endvorwärmungstemperatur zu erreichen. Gleichzeitig aber wird der zweite Teilstrom der Abgase aus dem Dampferzeuger noch zur Vorwärmung der Kompressorluft ausgenutzt.
• Die Erfindung besteht demgemäß bei einer Wärmekraftanlage mit einer einer Dampfkraftanlage vorgeschalteten Verbrennungsgasturbinenanlage, deren Verbrennungsabgase bei etwa atmosphärischem Druck in den Feuerraum des Dampferzeugers eingeleitet werden, in der Kombination sämtlicher nachfolgend aufgezählter, für sich oder in Teilkombination bekannter Merkmale: a) Wasserseitige Parallelschaltung eines von Regenerativdampf beheizten Speisewasservorwärmers mit einem von Kesselabgasen beheizten Speisewasservorwärmer.
• b) Aufteilung des Rauchgasstromes unmittelbar hinter dem Kessel in zwei Teilströme zur Vorwärmung der Kompressorluft bzw. zur Vorwärmung des den rauchgasbeheizten Speisewasservorwärmer durchsetzenden Speisewasserteilstromes.
• c) Erhitzung der Kompressorluft in einer vom Kessel getrennten Brennkammer. Bei einer bekannten kombinierten Wärmekraftanlage, bei der die Abgase einer vorgeschalteten Gasturbinenanlage einem brennstoffgefeuerten Kessel zugeführt werden, dienen diese Abgase gemeinsam mit den Kesselabgasen "sowohl der Vorwärmung des den Gasturbinen zugeführten Arbeitsmittels als auch der Vorwärmung des Speisewassers. Der den Kessel verlassende Abgasstrom ist dabei in zwei Teilströme aufgeteilt, von denen- der eine Parallelstrom den Druckluftvorwärmer der Gasturbinenanlage und der zweite einen Speisewasservorwärmer beheizt.
• Bei einer anderen bekannten Anlage wird der gesamte aus dem Kessel austretende Abgasstrom zuerst dem Druckluftvorwärmer zugeführt, wo er einen Teil der in ihm enthaltenen Wärme an die aus dem Kompressor austretende Luft abgibt. Sodann tritt der Gasstrom mit verminderter Temperatur aus dem Vorwärmer in den Speisewasservorwärmer und durchströmt diesen mit bereits herabgesetzter Temperatur, so daß eine Vorwärmung des Speisewassers auf die Temperatur, mit der die Abgase den Kessel verlassen, nicht mehr möglich ist.
• Bei einer solchen Führung des Gasstromes durch hintereinandergeschaltete Vorwärmer kann zwar durch entsprechende Bemessung der Vorwärmer eine unterschiedliche Wärmeaufnahme der Vorwärmer, nicht aber eine Erhitzung des Speisewassers bis auf die Temperatur der den Kessel verlassenden Abgase erzielt werden. Außerdem müßten beide Vorwärmer für die Aufnahme der gesamten Abgasmenge, also etwa doppelt so groß, ausgelegt werden, wie dies bei der Anlage nach der Erfindung der Fall ist. Insgesamt läßt sich bei der bekannten Anlage nur ein begrenzter Wirkungsgrad erreichen, weil die höheren Abgastemperaturen nicht der Speisewasservorwärmung zugute kommen und andererseits die Vorwärmung selbst nicht für einen Teil, sondern für die gesamte Abgasmenge bemessen werden müßte.
• Eine Betrachtung der Schaltungen dieser bekannten Wärmekraftanlagen kann nicht ohne weiteres zur Anlage nach der Erfindung führen, weil dabei noch völlig offen bleibt, wo ein im Sinne der zuletzt beschriebenen Anlage ausgebildeter wasserseitig parallel zur Regenerativvorwärmung geschalteter Speisewasservorwärmer im Kesselabgaszug der zuvor beschriebenen Wärmekraftanlage anzuordnen wäre. Bei der zweiten bekannten Anlage liegt er nämlich im Kesselabgaszug hinter dem Lufterhitzer bzw. Luftvorwärmer. Es besteht aber auch kein Vorbild darüber, wo die Aufteilung der Kesselabgase bei einer solchen Speisewasservorwärmung parallel zur Regenerativvorwärmung vorgenommen werden soll, da bei der zweiten bekannten Anlage die gesamten Kesselabgase durch den Speisewasservorwärmer strömen, bei der ersten bekannten Anlage aber zuerst die Dampferhitzer beheizt werden.
• Das Speisewasser kann mit Vorteil in dem gasbeheizten Vorwärmer mindestens bis auf die Endtemperatur der Regenerativvorwärmanlage aufgewärmt werden. In an sich bekannter Weise kann von einer Zwischenkühlung der Kompressorluft Gebrauch gemacht werden.
• Ein Schaltbeispiel einer Anlage gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
• Die Gasturbinenanlage umfaßt in an sich bekannter Weise einen zweistufigen Verdichter 1, 2 mit Zwischenkühler 3, dem Luftvorwärmer 4, die Brennkammer 5, die beiden Gasturbinen 6 und 7 mit der Zwischenbrennkammer 8 und dem Stromerzeuger 9. Die Gasturbine 7 gibt ihr Abgas über die Leitung 10 an die Dampfkraftanlage ab, die aus dem Kessel 11, dem Turbosatz 12, der Vorwärmeranlage 13, dem Kondensator 14 und einer Niederdruckvorwärmer- und Entgaseranlage 15,16 besteht. 17 sind die Anzapfungen der Turbine 12 für die Hochdruck-Speisewasservorwärmung. Der Kessel 11 ist brennstoffgefeuert, wie bei 18 angedeutet ist. Die Abgase verlassen ihn, wie dies durch die Linien 19 angedeutet ist.
• Es kommt jetzt, wie bereits ausgeführt, vor allem darauf an, die Abgaswärme des Kessels 11 weitestgehend auszunutzen, d. h. die Abgastemperatur so stark wie nur irgend möglich herabzudrücken. Hierfür ist folgende Maßnahme getroffen.
• Die Abgasströmung 19 ist bei 20 gegabelt. Außerdem ist der Regenerativvorwärmeranlage 13 ein zusätzlicher Speisewasservorwärmer 24 parallel geschaltet, der an einer Stelle 21 hinter der Speisepumpe 23 abgezweigt ist und bei 22 wieder in den Speisewasserstrom mündet. Der zusätzliche Speisewasservorwärmer 24 wird durch den Teilstrom 25 der den Kessel verlassenden Abgase beheizt. Es wird hierin also ein Teil der Abgaswärme nutzbar gemacht.
• Ein zweiter Teilstrom 26 der Kesselabgabe dient zur Beheizung des Druckluftvorwärmers 4 der Gasturbinenanlage, in dem also dann ebenfalls ein Teil der Abgaswärme des Kessels nutzbar zurückgewonnen wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Temperatur der die Dampfkraftanlage bei 27 und 28 verlassenden Abgasströme so weit zu senken, daß ein günstiger Gesamtwirkungsgrad der Anlage erzielbar ist. Gleichzeitig wird erreicht, daß infolge der Verringerung des über die Regenerativvorwärmeranlage 13 fließenden Speisewasserteilstroms die Turbine 12 thermisch entlastet wird, so daß die bis auf Kondensatordruck arbeitende Dampfmenge vergrößert und infolgedessen die Leistungsausbeute der Turbine entsprechend erhöht wird.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Wärmekraftanlage mit einer einer Dampfkraftanlage vorgeschalteten Verbrennungsgasturbinenanlage, deren Verbrennungsabgase bei etwa atmosphärischem Druck in den Feuerraum des Dampferzeugers eingeleitet werden, gekennzeichnet durch die Kombination sämtlicher nachfolgend aufgezählter, für sich oder in Teilkombination bekannter Merkmale: a) Wasserseitige Parallelschaltung eines von Regenerativdampf beheizten Speisewasservorwärmers mit einem von Kesselabgasen beheizten Speisewasservorwärmer. b) Aufteilung des Rauchgasstromes unmittelbar hinter dem Kessel in zwei Teilströme zur Vorwärmung der Kompressorluft bzw. zur Vorwärmung des den rauchgasbeheizten Speisewasservorwärmer durchsetzenden Speisewasserteilstromes. c) Erhitzung der Kompressorluft in einer vom Kessel getrennten Brennkammer.
2. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speisewasser in dem gasbeheizten Vorwärmer (24) mindestens bis auf die Endtemperatur der Regeneratiworwärmanlage (13) aufgewärmt wird.
3. 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Zwischenkühlung der Kompressorluft. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 936 902, 917 284, 861848, 803 299; französische Patentschrift Nr. 998 006; USA.-Patentschrift Nr. 2 653 447; Combustion, Bd. 27, Heft 12 (Juni 1956), S. 49/56.