DE1190256B

DE1190256B - Thermal power plant with a combined gas-steam process

Info

Publication number: DE1190256B
Application number: DES75973A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Rupprecht Michel
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1961-09-28
Filing date: 1961-09-28
Publication date: 1965-04-01
Also published as: AT249452B

Description

Wärmekraftanlage mit kombiniertem Gas-Dampf-Prozeß Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmekraftanlage mit kombiniertem Gas-Dampf-Prozeß, bei der einer beispielsweise in Blockschaltung arbeitenden Dampfkraftanlage mit Schmelzkammerfeuerung und Zwischenüberhitzung, insbesondere mit Durchlaufkessel, eine Gaskraftanlage mit in offenem Gleichdruckprozeß arbeitender Verbrennungsgasturbine vorgeschaltet ist.Thermal power plant with combined gas-steam process The invention relates on a thermal power plant with a combined gas-steam process, in which one For example, a steam power plant with a melting chamber firing in a block circuit and reheating, in particular with a once-through boiler, with a gas power plant is connected upstream of the combustion gas turbine working in an open constant pressure process.

Es ist bereits eine Wärmekraftanlage dieser Art bekanntgeworden, bei der die sauerstoffhaltigen Abgase der Gasturbine zumindest einen Teil der Verbrennungsluft des nachgeschalteten Dampferzeugers bilden oder den Verbrennungsluftbedarf übersteigen, wobei ein abgezweigter Abgasteilstrom an mindestens einer in Richtung der Rauchgasströmung weiter hinten liegenden Stelle in den Kessel eingeführt ist. Man kann an der Einführungsstelle oder den Einführungsstellen des abgezweigten Abgasteilstromes sowohl eine nochmalige Verbrennung unter Zufuhr von Brennstoff vornehmen oder auch nur die dem Abgasteilstrom noch innewohnende Wärme ausnutzen. Bei den bekannten Anlagen hat man die Einführungsstellen so gewählt, daß keine allzu großen Temperaturunterschiede zwischen der Temperatur des zugeführten Abgasteilstromes und der Temperatur des in den Rauchgaszügen inzwischen allmählich abgekühlten Rauchgasstromes herrschen.A thermal power plant of this type has already become known at the oxygen-containing exhaust gases from the gas turbine at least part of the combustion air of the downstream steam generator or exceed the combustion air requirement, wherein a branched off exhaust gas partial flow at at least one in the direction of the flue gas flow further back is inserted into the boiler. One can go to the introductory point or the introduction points of the branched off exhaust gas partial flow and a repeated one Carry out combustion with the supply of fuel or just that of the partial exhaust gas flow take advantage of still inherent warmth. In the known systems one has the introduction points chosen so that there are no excessive temperature differences between the temperature of the partial flow of the exhaust gas supplied and the temperature of the flue gas in the meantime gradually cooled flue gas flow prevail.

Auch bei der Erfindung wird eine Aufteilung des Abgasstromes des Gasturbinensystems vorgenommen, der abgezweigte Abgasteilstrom dient jedoch besonderen Zwecken. Wenn die dem Kessel vorgeschaltete Gaskraftanlage so bemessen und betrieben ist, daß die sauerstoffhaltigen Abgase der Gasturbine die Verbrennungsluftquelle für den nachgeschalteten Dampferzeuger bilden, so besteht die Erfindung darin, daß die Gaskraftanlage so ausgelegt ist, daß auch bei Vollast der Dampfkraftanlage ein Abgasmengenüberschuß über den reinen Kesselfeuerungsbedarf hinaus verfügbar ist, der über mindestens zwei vom zur Feuerung führenden Hauptstrom abgezweigte Teilströme in steuerbarer Menge hinter der Feuerung bzw. hinter dem Zwischenüberhitzer in den Rauchgasweg des Kessels in der Weise eingeleitet wird, daß einerseits einer der Teilströme, der den Feuergasen hinter dem Schlackenfangrost der Dampfkraft-Schmelzkammerfeuerung zugeführt wird, der Granulierung der flüssigen Ascheteilchen dient, während andererseits ein anderer Teilstrom zusammen mit einem an dessen Einführungsstelle vorgelagerter Stelle eingeführten Teilstrom durch Verteilungssteuerung der Abgasteilstrommengen zur Temperaturregelung des zwischenüberhitzten Dampfes herangezogen wird.In the invention, too, there is a division of the exhaust gas flow of the gas turbine system made, but the branched off exhaust gas partial flow serves special purposes. if the gas power plant upstream of the boiler is dimensioned and operated in such a way that the oxygen-containing exhaust gases from the gas turbine are the combustion air source for the downstream steam generator form, the invention consists in that the gas power plant is designed so that an excess of exhaust gas even at full load of the steam power plant is available beyond the pure boiler firing requirement, which is at least two partial flows branched off from the main flow leading to the furnace in controllable Quantity behind the furnace or behind the reheater in the flue gas path of the boiler is introduced in such a way that on the one hand one of the partial flows the fire gases behind the slag grate of the steam power melting chamber furnace is supplied, the granulation of the liquid ash particles is used, while on the other hand another partial flow together with an upstream one at its point of introduction Place introduced partial flow through distribution control of the exhaust gas partial flow quantities is used to regulate the temperature of the reheated steam.

Es ist an sich bereits bekannt, zur Granulierung flüssiger Ascheteilchen einen Gasstrom in den Rauchgasweg des Kessels einzuführen. Bei einer bekannten Anlage dieser Art wird aber hierzu eine Teilmenge von rückgeführtem Rauchgas verwendet, das aus dem Rauchgasweg hinter den Kesselheizflächen entnommen und im Bereich der Feuerung eingeleitet wird. Dies ist auch bei einem bekannten Gaserhitzer mit Kohlenstaubfeuerung und flüssigem Aschenabzug bekannt, wobei Mittel vorgesehen sind, welche in einer Mischkammer den Verbrennungsgasen rückgeführte, verhältnismäßig kalte Rauchgase beizumischen gestatten. Um die zur Granulierung erforderlichen niedrigen Rauchgastemperaturen zu erzielen, ist weiterhin bei einer bekannten Rauchgasrückführung in den Rückführungsweg ein Wärmetauscher zwischengeschaltet, in welchem die rückgeführten Rauchgase eine Abkühlung erfahren.It is already known per se for the granulation of liquid ash particles introduce a gas stream into the flue gas path of the boiler. In a known system of this type, however, a partial amount of recirculated flue gas is used for this purpose, that is taken from the flue gas path behind the boiler heating surfaces and in the area of the Firing is initiated. This is also the case with a known gas heater with pulverized coal firing and liquid ash extraction known, wherein means are provided which in a Mixing chamber, the combustion gases recirculated, relatively cold flue gases allow to mix. About the low flue gas temperatures required for granulation can still be achieved with a known flue gas recirculation into the recirculation path a heat exchanger interposed, in which the recirculated flue gases a Experience cooling.

Demgegenüber wird bei der Erfindung nicht von einer Rückführung von Rauchgasmengen Gebrauch gemacht, sondern zur Granulierung ein Teilstrom der Gasturbinenabgase verwendet. Auf diese Weise kann einerseits die dem Gasstrom innewohnende Wärme wirkungsvoll ausgenutzt werden, andererseits werden die Schwierigkeiten der Rückführung von Kesselrauchgasen vermieden.In contrast, in the invention, there is no recirculation of Made use of flue gas, but a partial flow of the gas turbine exhaust gases for granulation used. In this way, on the one hand, the heat inherent in the gas flow can be effective be exploited, on the other hand, the difficulties of recirculating boiler flue gases avoided.

Es sei im übrigen noch erwähnt, daß eine Temperaturregelung von zwischenüberhitztem Dampf durch Verteilungssteuerung von Abgasteilstrommengen an sich bereits bekannt ist. Die bekannte Temperaturregelung macht aber wiederum von rückgeführten Rauchgasteilströmen Gebrauch.It should also be mentioned that a temperature control of reheated Steam through distribution control of partial exhaust gas flow rates is already known per se is. The known temperature control, however, in turn makes use of recirculated flue gas partial flows Use.

Demgegenüber sieht die Erfindung eine Temperaturregelung des zwischenüberhitzten Dampfes durch abgezweigte Teilströme der Gasturbinenabgase vor. Die Wärme der vom Gasturbinensystem herangeführten Abgasmengen kommt den Heizflächen des Dampfkraftsystems uneingeschränkt zugute.In contrast, the invention provides a temperature control of the reheated Steam through branched off partial flows of the gas turbine exhaust gases before. The heat from the exhaust gas quantities brought in by the gas turbine system comes to the heating surfaces of the steam power system.

Zur Regelung der Zwischendampftemperatur kann es weiterhin von Vorteil sein, einen vom Hauptstrom abgezweigten Teilstrom in zwei Äste aufzuspalten, von denen der eine Ast hinter dem Zwischenüberhitzer eingeleitet ist und der andere vor dem Zwischenüberhitzer eingeführte Ast der Granulierung der flüssigen Ascheteiichen dient und Regelklappen enthält, die durch einen von der Temperatur am Zwischenüberhitzeraustritt beaufschlagten Regler steuerbar sind. Durch die Einführung des zweiten Teilstromes hinter dem Zwischenüberhitzer ist es möglich, durch die geschilderte Verteilung der Abgase auf die verschiedenen Teilströme in von Fall zu Fall unterschiedlichem Verhältnis die Zwischenüberhitzertemperatur zu beeinflussen und insbesondere eine Konstanthaltung der Zwischendampftemperatur zu erreichen.It can also be of advantage to regulate the intermediate steam temperature be to split a partial flow branched off from the main flow into two branches, of where one branch is introduced behind the reheater and the other The granulation branch of the liquid ash ponds introduced in front of the reheater serves and contains control flaps, which through one of the temperature at the reheater outlet acted upon controller are controllable. By introducing the second partial flow behind the reheater it is possible through the distribution described of the exhaust gases on the various partial flows in different ways from case to case To influence the reheater temperature and in particular a ratio To keep the intermediate steam temperature constant.

Bei Teillastbetrieb ist es von Vorteil, zur Erhaltung eines hohen Gesamtwirkungsgrades der Wärmekraftanlage die Gasturbinenanlage voll belastet weiterlaufen zu lassen. Beim Teillastbetrieb wird dann lediglich die Dampfkraftanlage durch verminderte Brennstoffzufuhr in seiner Leistung herabgesetzt. Der Dampfkraftanlage stehen also bei Teillast verhältnismäßig große Abgasmengen der Gasturbinenanlage zur Verfügung. Bei dieser Arbeitsweise bietet die geschilderte Regelung der Zwischendampftemperatur besondere Vorteile. In den von den einzelnen Abgasteilströmen der Gaskraftanlage durchströmten Kanälen können verstellbare Klappen, Schieber od. dgl. angebracht sein, durch deren Verstellung der Abgasstrom mehr oder weniger am Zwischenüberhitzer vorbeigeleitet wird und auch die Teilgasmenge zu beeinflussen ist, die hinter dem Schlackenfangrost zur Granulierung der flüssigen Ascheteilchen eingeleitet wird.In the case of partial load operation, it is advantageous to keep the gas turbine system running at full load in order to maintain a high overall efficiency of the thermal power system. During partial load operation, only the steam power plant is then reduced in its performance due to reduced fuel supply. Relatively large amounts of exhaust gas from the gas turbine system are available to the steam power plant at part load. In this way of working, the described regulation of the intermediate steam temperature offers particular advantages. In the channels through which the individual exhaust gas partial flows of the gas power plant flow, adjustable flaps, slides or the like can be attached, by adjusting the exhaust gas flow bypassing the reheater more or less and also influencing the partial gas quantity behind the slag grate for granulating the liquid Ash particles is introduced.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter, zum Teil schematischer Darstellung. Gleiche oder einander entsprechende Teile sind in beiden Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.The invention is to be explained in more detail with reference to the drawing. the Figures show an embodiment in its essential for the invention Parts in a greatly simplified, partly schematic representation. Same or Corresponding parts are provided with the same reference numerals in both figures.

Wie F i g. 1 erkennen läßt, ist die Dampfkraftanlage in Gestalt eines Durchlaufkessels mit Kraftmaschine in Blockschaltung ausgebildet, wobei an den Kessel 1 mit dem überhitzer 2 die Dampfkraftmaschine angeschlossen ist. Mit 3 ist der Hochdruckteil, mit 4 der Mitteldruckteil und mit 5 der Niederdruckteil bezeichnet. Zwischen Hockdrucktei13 und Mitteldruckteil4 befindet sich ein Zwischenüberhitzer 6. Aus dem Turbinenkondensator 7 fördert die Kondensatpumpe 8 das Speisewasser in die mehrstufige Niederdruck - Regenerativvorwärmanlage 9, welcher der Speisewasserbehälter 10 nachgeschaltet ist. Eine als Vorpumpe wirksame Speisewasserpumpe 11 fördert das Speisewasser zunächst nur unter einer Druckerhöhung auf etwa 40 atü. Hinter dem rauchgasbeheizten Speisewasservorwärmer 22 folgt die Hauptspeisewasserpumpe 34, die das Speisewasser zur mehrstufigen Hochdruck-Regenerativvorwärmanlage 12 fördert. Im Dampferzeuger können verschiedene Brennstoffarten von fester, flüssiger oder gasförmiger Beschaffenheit für sich allein oder zusammen wahlweise verfeuert werden. Die Gasturbinenanlage arbeitet nach dem Verfahren des offenen Gleichdruckprozesses, wobei gegebenenfalls eine Zwischenkühlung der verdichteten Verbrennungsluft stattfindet und auch gegebenenfalls eine Zwischenbrennkammer oder deren mehr eingeschaltet sein können. Der Verdichter 13 für die anzusaugende Verbrennungsluft fördert diese in die Brennkammer 14, welcher gleichzeitig über die Zufuhr 15 ein Brennstoff geeigneter Form zugeleitet wird. Die Gasturbine ist mit 16 bezeichnet, wobei es durchaus möglich ist, an Stelle einer einzigen Gasturbine auch deren mehr zu verwenden.Like F i g. 1 shows, the steam power plant is designed in the form of a once-through boiler with a power engine in a block circuit, with the steam engine being connected to the boiler 1 with the superheater 2. 3 with the high pressure part, 4 with the medium pressure part and 5 with the low pressure part. A reheater 6 is located between the high pressure part 13 and the medium pressure part 4. The condensate pump 8 conveys the feed water from the turbine condenser 7 into the multi-stage low pressure regenerative preheating system 9, which is followed by the feed water tank 10 . A feed water pump 11 , which acts as a backing pump, initially only delivers the feed water with a pressure increase to approximately 40 atmospheres. Behind the flue gas-heated feed water preheater 22 follows the main feed water pump 34, which conveys the feed water to the multi-stage high-pressure regenerative preheating system 12. In the steam generator, various types of solid, liquid or gaseous fuel can be burned individually or together. The gas turbine system works according to the method of the open constant pressure process, with intermediate cooling of the compressed combustion air optionally taking place and an intermediate combustion chamber or more being able to be switched on. The compressor 13 for the combustion air to be sucked in conveys it into the combustion chamber 14, to which a fuel of suitable form is fed at the same time via the supply 15. The gas turbine is denoted by 16, it being entirely possible to use more of these instead of a single gas turbine.

Das noch sauerstoffhaltige Verbrennungsabgas der Gasturbine 16 mit beispielsweise 18 % Sauerstoffgehalt dient als Verbrennungsluft für die im Dampferzeuger zu verfeuernden Brennstoffe. Von der Gasturbine 16 gelangen die Verbrennungsabgase auf dem Weg 17 zur Feuerung des Kessels 1. Mit 18 ist eine Bypaßleitung mit verstellbarer Klappe 19 bezeichnet, die der zusätzlichen Regelung dient.The still oxygen-containing combustion exhaust gas from the gas turbine 16 with, for example, 18% oxygen content serves as combustion air for the fuels to be burned in the steam generator. From the gas turbine 16, the combustion exhaust gases pass on the path 17 to the furnace of the boiler 1. With 18 a bypass line with adjustable flap 19 is designated, which is used for additional control.

Nach Durchströmen der Hochdruckheizflächen gelangen die Rauchgase zum Luftvorwärmer 20 für die Verbrennungsluft der Gasturbinenanlage; hier wird die vom Kompressor 13 über den Weg 50 kommende Luft erwärmt, bevor sie auf dem Weg 51 in die Gasturbinenbrennkammer 14 strömt. Zuletzt geben die Rauchgase ihre Wärme an den auf dem Wege 21 erreichten oder räumlich unmittelbar nachgeschalteten Niederdruck-Speisewasservorwärmer 22 ab.After flowing through the high-pressure heating surfaces, the flue gases reach the air preheater 20 for the combustion air of the gas turbine system; Here the air coming from the compressor 13 via the path 50 is heated before it flows into the gas turbine combustion chamber 14 on the path 51. Finally, the flue gases give off their heat to the low-pressure feedwater preheater 22 which is reached on the path 21 or which is spatially immediately downstream.

Von dem Abgasstrom 17 der Gasturbine 16 gelangt der Hauptanteil über die Leitung 37 in den Feuerraum des Dampferzeugers. Der abgezweigte Teilstrom 38 wird an der Brennkammer vorbeigeleitet und hinter dem Schlackenfangrost der Schmelzkammerfeuerung eingeführt. Der letzte Teilstrom 39 mündet schließlich hinter dem Zwischenüberhitzer in den entsprechenden Rauchgaszug des Kessels ein. Bei Vorhandensein mehrerer Zwischenüberhitzer könnte man daran denken, gegebenenfalls noch weitere Teilströme abzuzweigen und hinter den Zwischenüberhitzern einzuleiten. Dadurch wäre es möglich, die Temperaturregelung auf mehrere Zwischenüberhitzer zu erstrecken. Gegebenenfalls könnte man bei Verwendung eines Naturumlaufkessels auch daran denken, den Hochdrucküberhitzer selbst in dieser Weise zu regeln.The majority of the exhaust gas stream 17 from the gas turbine 16 passes over the line 37 into the furnace of the steam generator. The branched off partial flow 38 is directed past the combustion chamber and behind the slag grate of the melting chamber furnace introduced. The last partial flow 39 finally opens behind the reheater into the corresponding flue gas flue of the boiler. If there are several reheaters one could think of branching off further substreams if necessary and to be initiated behind the reheaters. This would make it possible to regulate the temperature to extend to several reheaters. If necessary, you could when using Of a natural circulation boiler also remember to put the high pressure superheater in this yourself Way to regulate.

In F i g. 2 ist die Anordnung der Rauchgaszüge an Hand eines Ausführungsbeispiels näher veranschaulicht, wobei der Abgasstrom 17 von der Gaskraftanlage als Hauptstrom zu den Kohlenstaubbrennern 41 der Schmelzkammerfeuerung 42 zugeleitet wird. Regelklappen 43 oder ähnliche verstellbare Organe werden von einem Regler 44 aus gesteuert.In Fig. 2, the arrangement of the flue gas flues is illustrated in more detail on the basis of an exemplary embodiment, the exhaust gas flow 17 being fed from the gas power plant as the main flow to the pulverized coal burners 41 of the melting chamber furnace 42. Control flaps 43 or similar adjustable organs are controlled by a controller 44 .

Über die Bypaßleitung 38, 45 wird ein abgezweigter Abgasteilstrom hinter der Schmelzkammer 42 an einer Stelle 46 hinter dem Schlackenfangrost 47 eingeführt. Hierdurch wird ein Granulieren der flüssigen Ascheteilchen bewirkt und die Veraschung der nachgeschalteten Heizflächen weitgehend vermieden.A branched off exhaust gas partial flow is via the bypass line 38, 45 Introduced behind the melting chamber 42 at a point 46 behind the slag collecting grate 47. This causes granulation of the liquid ash particles and incineration the downstream heating surfaces largely avoided.

Ein weiterer abgezweigter Teilgasstrom gelangt über die Leitung 39 zu einer Einführungsstelle 48 hinter dem Zwischenüberhitzer 6 vor dem Hochdruck-Speisewasservorwärmer 52. Im letzten Kesselzug liegt der Luftvorwärmer 20. Die Leitung 50 kommt vom Kompressor 13, die Leitung 51 führt zur Brennkammer 14 der Gasturbine. Dem Luftvorwärmer 20 ist der Niederdruck-Speisewasservorwärmer 22 unmittelbar nachgeschaltet. Die Regler 53 und 54 beeinflussen die Regelklappen 55 und 56. Dabei kann der Regler 54 durch einen am Ausgang des Zwischenüberhitzers 6 gewonnenen Temperaturimpuls becinflußt werden.Another branched off partial gas flow reaches an inlet point 48 behind the reheater 6 in front of the high-pressure feedwater preheater 52 via the line 39. The air preheater 20 is in the last boiler pass. The line 50 comes from the compressor 13, the line 51 leads to the combustion chamber 14 of the gas turbine. The low-pressure feedwater preheater 22 is connected directly downstream of the air preheater 20. The regulators 53 and 54 influence the regulating flaps 55 and 56. The regulator 54 can be influenced by a temperature pulse obtained at the output of the reheater 6.

Claims

Claims: 1. Thermal power plant with a combined gas-steam process, in which a steam power plant, preferably working in block circuit, with melting chamber firing and reheating, in particular with a flow boiler, is preceded by a gas power plant with a combustion gas turbine operating in an open constant pressure process, and the oxygen-containing exhaust gases from the gas turbine are the combustion air source for form the downstream steam generator, characterized in that the gas power plant is designed in such a way that, even when the steam power plant is at full load, an excess of exhaust gas is available beyond the pure boiler firing requirement, which is branched off via at least two partial flows (38 to 38) from the main flow (17 to 37) leading to the furnace 45, 38 and 39) is introduced in a controllable amount behind the furnace or behind the reheater in the flue gas path of the boiler in such a way that on the one hand one of the partial flows, which the fire gases behind the lacquer catching grate Steam power melting chamber firing is supplied (45), which is used to granulate the liquid ash particles and, on the other hand, another partial flow (39) is used together with a partial flow (45) introduced at its introduction point upstream by distributing the exhaust gas partial flow quantities to regulate the temperature of the reheated steam.

2. Thermal power plant according to claim 1, characterized in that to regulate the intermediate steam temperature, a partial flow (38 ) branched off from the main flow (17) is split into two branches (45, 39), of which one branch (39) is behind the reheater (6 ) is introduced and the other branch (45) introduced upstream of the reheater is used to granulate the liquid ash particles and contains control valves (56) which can be controlled by a controller (54) acted upon by the temperature at the reheater outlet. Documents considered: German Patent No. 890 011; German Auslegeschriften Nos. 1074 326, 1059 923, 1041741; Swiss patents Nos. 234 642, 233 256, 232 990; British Patent No. 504114; Engine tech. Journal, 18th year, No. 2 (February 1957), pp. 56, 57.