DE1232404B

DE1232404B - Start-up device for combined thermal power plants with gas and steam turbines

Info

Publication number: DE1232404B
Application number: DE1963S0086383
Authority: DE
Inventors: Theodor Schwarz
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1963-07-26
Filing date: 1963-07-26
Publication date: 1967-01-12

Description

Anfahreinrichtung für kombinierte Wärmekraftanlaaen mit Gas- und Dampf-Turbinen t' Die Erfindung bezieht sich auf das Anfahren einer Kraftanlage mit Gas- und Dampf-Turbinen zur Spitzenlasterzeugung oder zum Einsatz unter ähnlichen Betriebsbedingungen, beispielsweise für stark schwankenden Leistungsbedarf unter häufigem An-und Abfahren. Zur Deckung der in den Vormittags-und Nachmittagsstunden erforderlichen hohen Stromspitzen sind Stromerzeugungsanlagen, die zwar weniger wirtschaftlich arbeiten, aber herstellungsmäßig billiger erstellt werden können, vorteilhafter als Dampfkraftanlagen, die mit hoher Wirtschaftlichkeit eine gleichbleibende Vollast fahren. Spitzenlastkraftanlagen liegen in ihrer jährlichen Betriebsstundenzahl außerordentlich gering und erreichen dabei Werte von nur etwa 100 bis 1000 Betriebsstunden. Es wäre daher nicht sehr sinnvoll, die Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage zur Spitzenlasterzeugung auf Kosten eines erhöhten und damit teuren Bauaufwandes besonders hochzutreiben. Auf diese Weis kann man die Anlagekosten dampfangetriebener Spitzenlastaggregate auf weniger als zwei Drittel der Kosten senken, die sonst für Dampfkraftanlagen gleicher Leistung, aber hoher Wirtschaftlichkeit erforderlich wären. Dampfangetriebene Spitzenlastturbosätze sind dementsprechend gegenüber Gasturbinenaggregaten herkömmlicher Bauart nicht nur hinsichtlich des Wärmeverbrauches, sondern auch anlagekostenmäßig um etwa 10 bis 20 % günstiger.Start-up device for combined heat and power plants with gas and steam turbines t 'The invention relates to the start-up of a power plant with gas and steam turbines for generating peak loads or for use under similar operating conditions, for example for strongly fluctuating power requirements with frequent start-ups and shutdowns. In order to cover the high current peaks required in the morning and afternoon hours, electricity generation systems that work less economically, but can be produced more cheaply in terms of production, are more advantageous than steam power systems that operate at a constant full load with high economic efficiency. Peak load power plants are extremely low in their annual number of operating hours and achieve values of only around 100 to 1000 operating hours. It would therefore not make much sense to particularly increase the economic viability of such a system for generating peak loads at the expense of increased and thus expensive construction costs. In this way, the installation costs of steam-powered peak load units can be reduced to less than two thirds of the costs that would otherwise be required for steam power plants of the same performance but high economic efficiency. Steam-driven peak-load turbo sets are accordingly cheaper than conventional gas turbine units not only in terms of heat consumption, but also in terms of system costs by around 10 to 20 % .

Um bei Gasturbinenaggregaten eine Verringerung der Anlagekosten gegenüber den Gaskraftanlagen herkömmlicher Bauart zu erzielen, ist schon daran gedacht worden, für die Gaserzeugung Aggregate nach Art der in der Luftfahrt gebräuchlichen Strahltriebwerksteile zu verwenden. Unter Ausnutzung handelsüblicher Flugzeug-Turboverdichter lassen sich die Anlagekosten bis zu 20 % niedriger gestalten als dies bei Dampfturbinensätzen der Fall ist, wobei aber der Wärmeverbrauch ungünstiger ist und etwa um den gleichen Betrag über dem der Dampfturbinenanlage liegt. Derartige Gasturbinenaggregate mit Turboverdichtern nach Art der in der Luftfahrt gebräuchlichen Strahltriebwerksteile sind dementsprechend für kurze Einsatzzeiten wirtschaftlich vertretbar, insbesondere wenn billige Kraftstoffe zur Verfügung stehen. Damit im Hinblick hierauf Dampfturbinensätze wettbewerbsfähig bleiben, kommt es darauf an, daß sowohl die Anlagekosten als auch der Wärineverbrauch und die Anfahr- bzw. Belastungszeiten und damit auch die Anfahrverluste, soweit vertretbar, gesenkt werden.In order to reduce the investment costs compared to gas turbine units to achieve gas power plants of conventional design, thought has already been given to for gas generation units similar to the jet engine parts commonly used in aviation to use. Using commercially available aircraft turbo compressors, make the system costs up to 20% lower than with steam turbine sets is the case, but the heat consumption is less favorable and about the same Amount above which the steam turbine system is. Such gas turbine units with Turbo compressors based on the type of jet engine parts commonly used in aviation are accordingly economically justifiable for short periods of use, in particular when cheap fuels are available. So with regard to this, steam turbine sets Remain competitive, it is important that both the investment costs and the heat consumption and the start-up or loading times and thus also the start-up losses, as far as justifiable.

Für die Erfindung, die sich auf eine Anfahreinrichtung für eine unter solchen Gesichtpunkten aufgebaute Wärinekraftanlage bezieht, ist es bedeutsam, daß zur Erleichterung des Anfahrens und zur Senkung der Anfahrverluste ein Gasturbinensystem herangezogen wird, welches anlagekostenmäßig möglichst gering ist, indem die Gasturbine mit der Spitzenlastdampfturbine zusammen gemeinsam den elektrischen Generator antreibt. Bei einer bekannten Brennkraftanlage treiben die Gasturbine und die Dampfturbine mit direkter Kupplung oder auf gemeinsamer Welle sitzend einen Generator oder eine Arbeitsmaschine an, wobei die Gasturbine die Grundlast und die regelbare Dampfturbine den veränderlichen Teil der Belastung übernimmt. Weiterhin ist ein Verfahren zum Anlassen von Schiffsgasturbinenanlagen bekannt-,geworden, wobei mindestens eine Turbine zum Antrieb der Verdichter und mindestens eine Turbine zum Antrieb des Propellers dient und während des Anlassens die Leistung der Nutzleistungsturbine mindestens zum größeren Teil zum Antrieb mindestens eines der Verdichter verwendet wird.For the invention, which relates to a starting device for an under relates to thermal power plant constructed from such points of view, it is significant that a gas turbine system to facilitate start-up and to reduce start-up losses is used, which is as low as possible in terms of plant costs by the gas turbine drives the electrical generator together with the peak load steam turbine. In a known internal combustion system, the gas turbine and the steam turbine drive a generator or a generator with a direct coupling or sitting on a common shaft Working machine on, with the gas turbine providing the base load and the controllable steam turbine takes over the changing part of the load. Furthermore, a method for Starting of marine gas turbine systems has become known, with at least one Turbine to drive the compressor and at least one turbine to drive the propeller serves and during starting the power of the power turbine at least for the most part, at least one of the compressors is used to drive.

Auch bei der Anfahreinrichtung nach der Erfindung wird von dem an sich bekannten Merkmal Gebrauch gemacht, daß bei Gasturbinenaggregaten mit jeweils mehreren Einzelverdichtern diese nacheinander in Betrieb setzbar sind. Die Erfindung besteht darin, daß die eingangs geschilderte Aufgabe bei einer Wärinekraftanlage mit gemeinsamem Antrieb eines elektrischen Generators durch eine Gasturbine und eine Spitzenlast-Dampfturbine durch die Verwendung einer Gasturbinenanlage gelöst wird, die aus mehreren parallel- und/oder hintereinandergeschalteten Einzelaggregaten mit jeweils mehreren Verdichtern besteht, die nacheinander in Betrieb setzbar sind, wobei aber jetzt die Abgase der Gasturbinenanlage dem die Dampfturbine im Gleitdruckbetrieb mit Angleichung der Frischdampftemperatur an die Gehäusetemperatur anfahrenden Dampferzeuger als Verbrennungsluft zugeführt wird.Even with the starting device according to the invention, from that on known feature made use of that in gas turbine units with each several individual compressors these can be put into operation one after the other. The invention consists in the fact that the task described at the beginning with a Wärinekraftanlage with common drive of an electric generator by a gas turbine and a peak load steam turbine solved by the use of a gas turbine system that consists of several individual units connected in parallel and / or in series consists of several compressors that can be started up one after the other, but now the exhaust gases from the gas turbine plant to the steam turbine in sliding pressure operation with adjustment of the live steam temperature to the case temperature starting steam generator is supplied as combustion air.

An sich ist es bereits bekannt, Gasturbinenabgase in den Dampferzeuger als Verbrennungsluft einzuführen. Es ist auch der Betrieb von Dampfkraftanlagen mittels Gleitdruckbetrieb an sich bekannt. Wenn bei dem zuvor geschilderten bekannten Anfahrverfahren mehrere Einzelverdichter nacheinander in Betrieb setzbar sind, so bezieht sich dieses bekannte Verfahren auf eine Gasturbinenanlage, die zum Antrieb von Schiffen dient, ohne daß dabei von einer Verwertung der von der Gasturbinenanlage austretenden Abwärine Gebrauch gemacht wird. Demgegenüber gelingt es aber mit der Anfahreinrichtung nach der Erfindung, für kombinierte Wärmekraftanlagen mit Gas- und Dampf-Turbinen thermische Anfahrverluste weitgehend zu vermeiden, weil die in der Gasturbinenanlage anfallende Abwärme im Dampfkraftsystem zur Beschleunigung des Anfahrvorganges ausgenützt wird. Erst wenn im Rahmen der Erfindung das Gasturbinensystem zur Erleichterung und Verbesserung des Anfahrvorganges der Dampfkraftanlage herangezogen wird, kann die eingangs geschilderte Aufgabe vortrefflich gelöst werden, nämlich nicht nur die Anlagekosten niedrig zu halten, sondern auch den Wärmeverbrauch über den Zeitraum des Anfahrens und der Belastung durch Verringerung der Anfahrverluste zu senken.It is already known per se to feed gas turbine exhaust gases into the steam generator to be introduced as combustion air. It is also the operation of steam power plants known per se by means of sliding pressure operation. If with the previously described known Start-up procedure several individual compressors can be put into operation one after the other, see above this known method relates to a gas turbine plant that is used to drive is used by ships without any utilization of the gas turbine plant escaping waste heat is made use of. In contrast, it works with the Starting device according to the invention, for combined thermal power plants with gas and steam turbines largely avoid thermal start-up losses because the in the waste heat generated by the gas turbine system in the steam power system for acceleration of the start-up process is used. Only when, within the scope of the invention, the gas turbine system used to facilitate and improve the start-up process of the steam power plant is, the task described at the beginning can be solved admirably, namely not only to keep the system costs low, but also to reduce the heat consumption the period of start-up and the load by reducing start-up losses to lower.

Turbosätze bis zu einer Leistung von etwa 150 MW können unter Verzicht auf eine Zwischenüberhitzung eingehäusig ausgestaltet werden. Bei höheren Leistungen kann man daran denken, eine zweigehäusige Turbinenbauart zu wählen. Durch Kupplung mit einer Gasturbine wird das Gesamtaggregat auf diese Weise nicht mehr als aus drei Gehäusen bestehen und liegt als dreigehäusige Maschine in den üblichen Grenzen einwelliger Maschinensätze.Turbo sets up to an output of around 150 MW can be designed with one housing without reheating. For higher outputs, you can think of choosing a two-casing turbine design. By coupling with a gas turbine, the overall unit will consist of no more than three housings and, as a three-housing machine, is within the usual limits of single-shaft machine sets.

Das Gasturbinenaggregat kann hinsichtlich seiner Leistung so bemessen werden, daß die Leistung der Gasturbine etwa 10 bis 20 0/a der Leistung der Dampfturbine beträgt. Dabei ist der Verdichter für die Gasturbine in mehrere parallel- bzw. hintereinandergeschaltete Einzelsysteme aufgeteilt, die zur Beschleunigung des Anfahrvorganges nacheinander in Betrieb zu setzen sind. Dabei kann der Gasturbine eine Anzahl von Turboverdichtern vorgeschaltet sein, wie sie den in der Luftfahrt gebräuchlichen Strahltriebwerksteilen entsprechen. Eine Gasturbine kann beispielsweise vier Verdichter mit einer Abgabeleistung von je etwa 8000 kW erhalten bei einem Dampfturbosatz von 200 MW. Die Gesamtleistung des Maschinensatzes beträgt dann etwa 232 MW. Wenn man beispielsweise einen Dampfturbosatz von 150 MW annimmt, wären drei Verdichter mit einer Abgabeleistung von je 8000 kW ausreichend, um auf diese Weise eine Gesamtleistung von 174 MW zu erreichen.The power of the gas turbine unit can be dimensioned so that the power of the gas turbine is approximately 10 to 20 % of the power of the steam turbine. The compressor for the gas turbine is divided into several individual systems connected in parallel or one behind the other, which are to be put into operation one after the other to accelerate the start-up process. A number of turbo-compressors can be connected upstream of the gas turbine, as they correspond to the jet engine parts commonly used in aviation. A gas turbine, for example, four compressors having a discharge capacity of about 8000 kW obtained with a steam turbine set of 200 MW. The total output of the machine set is then about 232 MW. Assuming a steam turbine set of 150 MW, for example, three compressors with an output of 8000 kW each would be sufficient to achieve a total output of 174 MW in this way.

Die Abgabe der Gasturbine werden dem Dampferzeuger zugeführt, wobei in bekannter Weise der noch sauerstoffhaltige Abgasstrom zumindest zu einem Teil in die Feuerung des Dampferzeugers geleitet wird, um als alleinige oder zusätzliche Verbrennungsluft zu dienen. Der Wärineverbrauch für das Gesamtaggregat kann auf diese Weise um rund 10% erniedrigt werden. Weiterhin können die spezifischen Anlagekosten gegenüber einem Dampfturbosatz ebenfalls noch nennenswert gesenkt werden.The output of the gas turbine are fed to the steam generator, with in a known manner, at least part of the still oxygen-containing exhaust gas stream into the furnace of the steam generator to be used as sole or additional To serve combustion air. The heat consumption for the entire unit can be can be reduced by around 10% in this way. Furthermore, the specific investment costs can also be significantly reduced compared to a steam turbine generator.

Bei Dampfturbosätzen, die für Spitzenlastdeckung eingesetzt werden, ist für die Schnelligkeit des zu erreichenden Belastungszustandes die Schnelligkeit entscheidend, mit der der erforderliche Dampf zur Verfügung gestellt wird. Dieses Problem tritt besonders bei längeren Stillstandszeiten über das Wochenende auf und macht sich um so stärker bemerkbar, wenn der Kessel einer erheblichen Abkühlung unterliegt, was insbesondere in der kalten Jahreszeit der Fall ist. Bei einer reinen Dampfkraftanlage muß zunächst in ausreichendem Maße Dampf erzeugt werden, um die Turbine vorzuwärmen und im Leerlauf auf die erforderliche Drehzahl zu bringen. Erst dann kann der Maschinensatz mit dem Netz synchronisiert werden. Wenn jetzt die Dampferzeugung weiter gesteigert wird, läßt sich nach einer gewissen Zeit der Turbosatz mehr und mehr belasten. Der während des Anfahrens und Synchronisierens nicht benötigte Dampf muß dabei unausgenutzt abgeleitet werden. Der Anfahrvorgang ist also mit wärmewirtschaftlichen Nachteilen behaftet. Gerade bei einer Spitzenlast-Kraftanlage sind aber diese Anfahrvorgänge sehr häufig, so daß die wärmewirtschaftlichen Nachteile stark ins Gewicht fallen.For steam turbine sets that are used to cover peak loads, is the speed for the speed of the load state to be achieved decisive, with which the required steam is made available. This The problem occurs especially with longer downtimes over the weekend and becomes all the more noticeable when the kettle cools down considerably is subject to, which is especially the case in the cold season. With a pure one Steam power plant must first be generated in sufficient quantities to the To preheat the turbine and bring it to the required speed while idling. First then the machine set can be synchronized with the network. If now the steam generation is increased further, after a certain time the turbo set can be increased and burden more. The steam not required during start-up and synchronization must be derived unused. The start-up process is therefore with a thermal economy Disadvantages. However, these start-up processes are particularly important in a peak-load power plant very often, so that the disadvantages of the thermal economy are very important.

Wenn im Rahmen der Erfindung das Gasturbinensystein zur Erleichterung und Verbesserung des Anfahrvorganges der Dampfkraftanlage herangezogen wird, läßt sich bei Verwendung von mehreren Turboverdichtern in der eingangs erwähnten Weise bereits nach dem Start des ersten Verdichters die erforderliche Leerlaufleistung des kombinierten Spitzenlastturbosatzes aufbringen. Mit Beginn der Dampferzeugung kann der gesamte Dampf für die Leistungserzeugung ausgenutzt werden. Eine Ableitung des Dampfes ist nicht mehr erforderlich. Die übrigen Verdichteraggregate können nach Beginn der Dampferzeugung der Reihe nach gestartet werden, so daß wenige Minuten nach dem ersten Startbefehl bereits ein nennenswerter Teil der Gesamtmaschinenleistung für die Spitzenlastdeckung zur Verfügung steht.If in the context of the invention, the gas turbine system for relief and improvement of the start-up process of the steam power plant is used, can when using several turbo compressors in the manner mentioned at the beginning the required no-load power as soon as the first compressor has started of the combined peak load turbo set. With the start of steam generation the entire steam can be used for power generation. A derivation of the steam is no longer required. The other compressor units can after the start of steam generation in sequence, so that a few minutes after the first start command already a significant part of the total machine output is available for peak load coverage.

Durch die geschilderte Zusammenfassung der Dampfturbine mit einer Spitzenlastdampfturbine zu einem geschlossenen Aggregat bei Verwendung mehrerer Turboverdichter kann der Anfahrvorgang in kürzester Zeit erfolgen. Hierfür wird nur ein Minimum an Brennstoff benötigt, da eine unausgenutzte Ableitung von überproduktionsdampf entfällt. Auch für den Kessel wirkt sich die Zuführung des Abgas-Luft-Gemisches, das beispielsweise eine Temperatur von etwa 3601 C aufweist, günstig aus, da hierdurch eine schnelle und gleichmäßige, aber begrenzte Aufwärmung der Kesselbauelemente erzielt wird. Für die Stromkosten wirken sich die Minderung der Anlagekosten und des Wärineverbrauches außerdem günstig aus.By combining the steam turbine with a peak-load steam turbine to form a closed unit when using several turbo-compressors, the start-up process can take place in the shortest possible time. Only a minimum of fuel is required for this, as there is no unused discharge of overproduction steam. The supply of the exhaust gas / air mixture, which has a temperature of around 3601 C , for example, has a beneficial effect on the boiler, since this achieves rapid and even, but limited, heating of the boiler components. The reduction in system costs and heat consumption also have a positive effect on electricity costs.

Zur weiteren Erleichterung und Verbesserung des Anfahrvorganges für das Dampfkraftsystem wird gemäß der Erfindung ein Gleitdruckbetrieb mit Angleichung der Frischdampftemperatur an die von der vorherigen Stillstandszeit abhängige Gehäusetemperatur vorgesehen. Dabei kann die zulässige Frischdampftemperatur in Abhängigkeit von der Temperatur der Turbine, aber unabhängig von dem Belastungszustand der Turbine, gesteuert werden. Für die Dampftemperaturregelung können die gebräuchlichen Regeleinrichtungen herangezogen werden. Gegebenenfalls kann hier auch von einer Wassereinspritzung Gebrauch gemacht werden.To further facilitate and improve the start-up process for according to the invention, the steam power system becomes a sliding pressure operation with equalization the live steam temperature to the housing temperature dependent on the previous downtime intended. The permissible live steam temperature can depend on the Temperature of the turbine, but independent of the load condition of the turbine, controlled will. The usual control devices can be used to regulate the steam temperature can be used. If necessary, water injection can also be used here Be made use of.

An Hand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel in seinen für die Erfindung wesentlichen Teilen in stark vereinfachter schematischer Darstellung; die F i g. 2 und 3 veranschaulichen an Hand von Diagrammen den Anfahrvorgang für die Dampfturbine für ein Betriebsbeispiel der Erfindung.The invention is to be explained in more detail with reference to the drawing. F i g. 1 shows an embodiment in its essential parts for the invention in a greatly simplified schematic representation; the F i g. 2 and 3 use diagrams to illustrate the start-up process for the steam turbine for an operating example of the invention.

Bei dem in F i g. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist mit 1 der Kessel und mit 2 der Überhitzer eines Dampferzeugers bezeichnet, wobei der Dampf in einer zweigehäusigen Dampfturbine mit dem Hochdruckteil 3 und dem zweiflutigen Niederdruckteil 4 entspannt wird. Bei dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der Einfachheit halber eine Dampfkraftanlage ohne Zwischenüberhitzung angenommen, wobei es aber auch durchaus möglich ist, ein- oder mehrfache Zwischenüberhitzung vorzusehen. Andererseits wäre es auch möglich, insbesondere bei Anlagen geringer Leistung, den Hochdruckteil mit dem Niederdruckteil in einem gemeinsamen Turbinengehäuse zu vereinigen. Das von den Kondensatoren 5 und 6 durch die Kondensatpumpe 7 abgezogene Kondensat gelangt in den Speisewasserbehälter 8 und wird über die Kesselspeisepumpe 9 dem Kessel 1 zugeführt. Regenerativvorwärmstufen sind der Einfachheit der Darstellung halber nicht näher gezeichnet. Die Dampfturbine 3, 4 treibt über die Welle 10 den Generator 11 an.In the case of the one shown in FIG. 1 , the boiler is designated with 1 and the superheater of a steam generator with 2, the steam being expanded in a two-casing steam turbine with the high-pressure part 3 and the double-flow low-pressure part 4. In the illustrated embodiment, a steam power plant without reheating is assumed for the sake of simplicity, but it is also entirely possible to provide single or multiple reheating. On the other hand, it would also be possible, particularly in the case of systems with low power, to combine the high-pressure part with the low-pressure part in a common turbine housing. The condensate withdrawn from the condensers 5 and 6 by the condensate pump 7 reaches the feed water tank 8 and is fed to the boiler 1 via the boiler feed pump 9. Regenerative preheating stages are not shown in more detail for the sake of simplicity. The steam turbine 3, 4 drives the generator 11 via the shaft 10 .

Der Generator 11 wird gleichzeitig auch durch die Gasturbine 12 angetrieben, die mit Vorteil auf die gleiche Welle 10 arbeitet. Der Gasturbine 12 ist eine Gaserzeugungsanlage vorgeschaltet. Diese besteht aus einer Reihe von Turboverdichtern 13, 14 und 15, die durch eine Turbine 16 über eine Welle 17 an-etrieben sind, wobei mit 18 eine Brennkammer bezeichnet ist. Die Verbrennungshift wird bei 19 und 20 zugeführt, der Brennstoff bei 21. Mit 22 ist die Mög- lichkeit einer Zwischenkühlung angedeutet.The generator 11 is at the same time also driven by the gas turbine 12, which advantageously operates on the same shaft 10. The gas turbine 12 is preceded by a gas generation system. This consists of a number of turbo compressors 13, 14 and 15 which are driven by a turbine 16 via a shaft 17 , with a combustion chamber being denoted by 18. The combustion shift is supplied at 19 and 20, the fuel at 21. With 22 the possibility of intermediate cooling is indicated.

Die Dampfkraftanlage ist bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel für eine Leistung von 200 MW bemessen. Die Gasturbine ist mit einem Gaserzeugungsaggregat versehen, das aus mehreren Turboverdichtern nach Art der in der Luftfahrt gebräuchlichen Strahltriebwerksteile besteht. Bei dem Ausführungsbeispiel sind vier Gasturbineneinzelaggregate mit einer Abgasleistung von je 800 kW vorgesehen, von denen allerdings nur einer dargestellt ist. Die Gesamtleistung des Aggregates beträgt damit etwa 232 MW. Der Abgasstrom 23 der Gasturbine 12 wird in an sich bekannter Weise dem Kessel 1 zugeleitet, wobei insbesondere eine Einführung des Abgasstromes ganz oder zum Teil in die Kesselfeuerung vorgesehen ist. Die Brennstoffzufuhr zum Kessel 1 ist mit 24 bezeichnet. Durch die Verwendung mehrerer Turboverdichter ist es möglich, daß bereits nach dem Start des ersten Verdichters die erforderliche Leerlaufleistung des kombinierten Spitzenlastturbosatzes aufgebracht wird.In the exemplary embodiment shown, the steam power plant is dimensioned for an output of 200 MW. The gas turbine is provided with a gas generating unit, which consists of several turbo compressors in the manner of jet engine parts commonly used in aviation. In the exemplary embodiment, four individual gas turbine units with an exhaust gas output of 800 kW each are provided, of which only one is shown, however. The total output of the genset is around 232 MW. The exhaust gas stream 23 of the gas turbine 12 is fed to the boiler 1 in a manner known per se, in particular an introduction of the exhaust gas stream in whole or in part into the boiler furnace is provided. The fuel supply to the boiler 1 is denoted by 24. By using several turbo-compressors, it is possible that the required idle power of the combined peak-load turbo-set is already applied after the start of the first compressor.

Für die Dampfturbine ist ein Gleitdruckbetrieb mit Angleichung der Frischdampftemperatur an die von der vorherigen Stillstandszeit abhängige Gehäusetemperatur vorgesehen. Die zulässige Frischdampftemperatur wird dabei in Abhängigkeit von der Gehäusetemperatur, aber unabhängig von dem Belastungszustand der Turbine gesteuert. Demgemäß wird die Turbine 3, 4, die beispielsweise für einen Frischdampfdruck von 80 ata und für eine Frischdampftemperatur von 480' C ausgelegt ist, mit einem niedrigeren Druck und mit einer niedrigeren Temperatur angefahren. Dadurch wird bei Angleichung der Frischdampftemperatur an die Gehäusetemperatur eine frühzeitige Belastung der Turbine unter Schonung des Werkstoffes der Turbine ermöglicht.A sliding pressure operation with adjustment of the live steam temperature to the housing temperature dependent on the previous downtime is provided for the steam turbine. The permissible live steam temperature is controlled as a function of the housing temperature, but independently of the load condition of the turbine. Accordingly, the turbine 3, 4, which is designed, for example, for a live steam pressure of 80 ata and for a live steam temperature of 480 ° C. , is started up at a lower pressure and at a lower temperature. As a result, when the live steam temperature is brought into line with the housing temperature, the turbine can be loaded at an early stage while protecting the turbine material.

Es ist an sich bekannt, Dampfkraftanlagen bei Lastabsenkung mit Gleitdruckbetrieb arbeiten zu lassen. Dabei pflegt man im allgemeinen aber die Frischdampftemperatur konstant zu halten, wenn zuvor Vollastbetrieb stattgefunden hat und das Turbinengehäuse auf die volle Frischdampftemperatur aufgewärmt war. Beim Anfahrvorgang wird aber von einer niedrigeren, gegebenenfalls wesentlich niedrigeren Gehäusetemperatur ausgegangen.It is known per se, steam power plants with load reduction with sliding pressure operation to let work. In general, however, the live steam temperature is maintained to keep constant if full load operation has previously taken place and the turbine housing warmed up to full live steam temperature. During the start-up process, however, assumed a lower, possibly significantly lower housing temperature.

Das in F i g. 2 dargestellte Diagramm zeigt die wachsende Frischdampftemperatur und den Verlauf des Frischdampfdruckes beim Anfahrvorgang. Die Abszisse veranschaulicht dabei die Zeit vom Start T, bis zum Zeitpunkt T, an welchem der Auslegungszustand erreicht ist, die Turbine also mit Vollast arbeitet. Die Temperaturkurve tuD, die das Anwachsen der Frischdampftemperatur versinnbildlicht, geht von einem Temperaturwert von 210'C aus und erreicht schließlich den Auslegewert von 4801 C. Die zugehörige Druckkurve p,..D beginnt bei einem niedrigsten Druck von 10 ata. Die Frischdampftemperatur liegt beim Kaltanfahren etwa 301 C über der zugehörigen Sattdampftemperatur. Damit soll erreicht werden, daß beim Anwärmen der Turbine die vom Dampf angeströmten Teile frühzeitig auf über der Sattdampftemperatur liegende Werte aufgeheizt werden, so daß eine Kondensation des Dampfes mit Sicherheit vermieden wird.The in Fig. The diagram shown in FIG. 2 shows the increasing live steam temperature and the course of the live steam pressure during the start-up process. The abscissa shows the time from start T to time T, at which the design state is reached, i.e. the turbine is working at full load. The temperature curve tuD, which symbolizes the increase in the live steam temperature, is based on a temperature value of 210 ° C and finally reaches the design value of 4801 C. The associated pressure curve p, .. D begins at a lowest pressure of 10 ata. When starting cold, the live steam temperature is around 301 C above the associated saturated steam temperature. This is intended to ensure that when the turbine is heated up, the parts against which the steam flows are prematurely heated to values above the saturated steam temperature, so that condensation of the steam is definitely avoided.

Man könnte nun daran denken, den Gleitdruck so durchzuführen, daß der Frischdampfdruck gleichmäßig mit der Frischdampftemperatur ansteigt, um dann beim Zeitpunkt T, ebenfalls den Auslegungszustand zu erreichen. Das Ansteigen des Frischdampfdruckes würde sich dann etwa ün Sinne der strichpunktierten Linie 25 vollziehen. Eine solche Betriebsweise würde aber dazu führen, daß eine Vollbelastung der Turbine wegen ihrer begrenzten Schluckfähigkeit erst im Auslegungsdampfzustand möglich wäre. Es müßten dann sämtliche dampfführenden Teile, wie Kesselrohre, Rohrleitungen, Armaturen, Turbineneinströmung usw. mit einem entsprechend größeren Querschnitt ausgeführt werden, was aber wiederum die Anlagekosten nachteilig beeinflußt. Andernfalls müßte mit einerVerlängerung der Anfahrzeit zu rechnen sein.One could now think of performing the sliding pressure in such a way that the live steam pressure rises uniformly with the live steam temperature, in order to then also reach the design state at time T. The increase in the live steam pressure would then take place approximately in the sense of the dash-dotted line 25 . However, such an operating mode would mean that a full load on the turbine would only be possible in the design steam state because of its limited absorption capacity. All steam-carrying parts, such as boiler tubes, pipelines, fittings, turbine inflow, etc., would then have to be designed with a correspondingly larger cross-section, which in turn adversely affects the system costs. Otherwise the start-up time must be expected to be longer.

Demgegenüber ist es vorteilhafter, den Frischdampfdruck in Abhängigkeit von der Frischdampftemperatur so zu steigern, daß der Enddruck schon zu einem früheren Zeitpunkt erreicht wird. Man kann beispielsweise den Frischdampfdruck so steuern, daß die Temperaturdifferenz, die mit etwa 30' C angenommen ist, konstant gehalten wird und dann auch bei dem vollen Frischdampfdruck von 80 ata vorhanden ist. Man gelangt dann zu einem Verlauf des Frischdampfdruckes entsprechend der Kurve 26, 27, nach welcher bereits zum Zeitpunkt T, der volle Frischdampfdruck von 80 ata erreicht ist. Außer einer Schonung der Werkstoffe ist damit auch eine frühzeitige Vollbelastung der Turbine möglich, da das spezifische Volumen des Dampfes bei niedrigeren Temperaturen ebenfalls kleiner ist als im Auslegungszustand.In contrast, it is more advantageous to increase the live steam pressure as a function of the live steam temperature so that the final pressure is reached at an earlier point in time. For example, the live steam pressure can be controlled in such a way that the temperature difference, which is assumed to be about 30 ° C. , is kept constant and is then also present at the full live steam pressure of 80 ata. One then arrives at a profile of the live steam pressure corresponding to curve 26, 27, according to which the full live steam pressure of 80 ata has already been reached at time T 1. In addition to protecting the materials, this also enables the turbine to be fully loaded at an early stage, since the specific volume of the steam is also smaller at lower temperatures than in the design state.

Bei dem in F i g. 3 dargestellten Diagramrn sind diese Verhältnisse noch deutlicher ersichtlich. Hier ist der Arbeitsbereich im i-s-Diagramm eingetragen, wobei die strichpunktierte Linie 25 sowie die Linien 26 und 27 in mit F i g. 2 übereinstimmender Weise bezeichnet sind.In the case of the one shown in FIG. Diagramrn shown 3 these relationships more apparent. Here the work area is entered in the is diagram, the dash-dotted line 25 as well as the lines 26 and 27 in FIG. 2 are designated in the same way.

Um mit der Turbine auch bei den niedrigen Dampfzuständen zeitig die volle Leistung ziehen zu können, muß wegen des geringeren adiabatischen Wärmegefälles eine bis etwa 30 % größere Dampfmenge zur Verfügung gestellt werden. Um diese bei der Auslegungsfeuerungsleistung des Kessels zu erreichen, ist daran gedacht, durch Wassereinspritzung die Dampfleistung zu erhöhen, beispielsweise sind für 600 t/h Frischdampf bei einem 150-MW-Turbosatz bei Kaltstart rund 750 bis 780 t/h Dampf niedrigeren Dampfzustandes erforderlich. Der Volumenstrom wird dabei aber nicht oder nur unwesentlich größer als der des Auslegungszustandes.In order to be able to draw full power with the turbine in good time even with the low steam conditions, an up to 30 % larger amount of steam must be made available due to the lower adiabatic heat gradient. In order to achieve this with the design firing output of the boiler, thought is given to increasing the steam output through water injection, for example, around 750 to 780 t / h of steam with a lower steam state are required for 600 t / h of live steam with a 150 MW turbo generator when starting cold. The volume flow is not, or only slightly, greater than that of the design state.

Claims

Claim: Start-up device for combined thermal power plants with gas and steam turbines for peak load generation or for use for strongly fluctuating power requirements with frequent start-up and shutdown with a common drive of an electric generator by a gas turbine and a peak-load steam turbine, characterized by the use of one gas turbine system from several Individual units connected in parallel and / or in series, each with several individual compressors, which can be put into operation one after the other, with the exhaust gases from the gas turbine system being fed as combustion air to the steam turbine that approaches the steam turbine in sliding pressure mode with the main steam temperature being adjusted to the housing temperature. Documents considered: German Patent No. 867 062; Austrian Patent No. 122 366; "Elektrizitätswirtschaft", Volume 58 , Issue 21 (November 5 , 1959), pp. 729 to 742; Mechanical Power, Vol. 59 , No. 698 (February 1963), pp. 62, 63; "Power", Volume 105 , No. 9 (September 1961), p. 79.