DE3224577A1

DE3224577A1 - Kombinierte gasturbinen/dampfturbinenanlage

Info

Publication number: DE3224577A1
Application number: DE19823224577
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr. 6800 Mannheim Wieser
Original assignee: WIESER DR RUDOLF
Current assignee: WIESER DR RUDOLF
Priority date: 1982-07-01
Filing date: 1982-07-01
Publication date: 1984-01-05

Description

Kombinierte Gasturbinen/Dampfturbinenanlage
Die Erfindung bezieht sich auf eine kombinierte Gasturbinen/ Dampfturbinenanlage, welche aus einem oder mehreren Dampferzeugern mit aufgeladenen Wirbelschichtfeuerungen sowie wenigstens einem Dampfturbosatz mit Entnahmevorwärmern, Speisepumpen und wasser- bzw. dampfseitigen Verbindungsleitungen besteht.
Bisher wurden solche Gasturbinen/Dampfturbinenanlagen deswegen konzipiert, weil die aufgeladenen Wirbelschichtfeuerungen eine vorteilhafte Entschwefelung der Rauchgase durch Kalkzugabe in der Feuerung und die Verbrennung minderwertiger Kohle (Feinkohle) erlauben, und weil die Kombination einer Gasturbine mit einer Dampfturbine einen höheren thermischen Wirkungsgrad erreichen läßt.
Nachteilig bei dieser Lösung ist es, daß die von der Wirbelschichtfeuerung kommenden Rauchgase vor ihrem Eintritt in die Gasturbine bei einer Temperatur von ca. 900 OC entstaubt werden müssen. Solche Hochtemperatur-Filter sind derzeit nicht verfügbar und man befürchtet an ihnen das Auftreten von Hochtemperatur-Korrosionen.
Um diese Schwierigkeiten mit dem Hochtemperatur-Filter zu umgehen, wurde ein umweltfreundliches Heizkraftwerk mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung konzipiert (VGB-Mitteilung Februar 1982) bei der die Aufladung der Wirbelschichtfeuerung durch einen Abgasturbolader (ohne Stromerzeuger) erfolgt.
Boi dieser Ausführung treten die Gase aus der Wirbelschichtfeuerung nur mit einer Temperatur von 330 OC in den Abgasturbolader ein (Die Gasturbine des Abgasturboladers arbeitet hier also als Niedertemperatur-Gasturbine). Eine Entstaubung dieser Abgase bei 330 OC wird als machbar angesehen.
Nachteilig bei dieser Lösung ist es jedoch, daß der Abgasturbolader keine elektrische Energie erzeugt.
Um die Schwierigkeiten mit der Hochtemperatur-Filterung der Rauchgase bei 900 "C zu vermeiden und trotzdem einen höheren thermischen Wirkungsgrad zu erreichen, wird eine kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinenanlage vorgeschlagen, die aus einem oder mehreren Dampferzeugern mit aufgeladenen Wirbelschichtfeuerungen, wenigstens einem Dampfturbosatz mit Entnahmevurwärmern, Speisepumpen und wasser- bzw. dampfseitigen Verbindungsleitungen, sowie einem oder mehreren verbrennungsluftseitigen bzw. rauchgasseitigen Verdichtungs/Entspannungsgeräten besteht, und die erfindungsgemäß dadurch gekennzeicht ist, daß jedes Verdichtungs/Entspannungsgerät aus wenigsteins je einem elektrischen Motorgenerator, einem Verdichter, einer Heißluftturbine sowie einer oder zwei Gasturbinen besteht und daß der ein- oder mehrteilige Lufterhitzer der Heißluftturbine(n) zusammen mit den Dampferzeugerheizflächen innerhalb des Dampferzeugers bzw. der Dampferzeuger angeordnet ist.
Der Betrieb dieser Anlage erfolgt bei den ersten drei Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes in der Weise, daß die Verbrennungsluft vom Verdichter bzw. von den Verdichtern des Verd ichtungs/Entspannung sgerätes bzw. der VerdichtungsfEntspannungsgeräte komprimiert und anschließend im Lufterhitzer bzw. in den Lufterhitzern auf über 600 OC - vorzugsweise auf 800 OC - aufgeheizt wird, daß die Verbrennungsluft darauf in der Heißluftturbine des Verdichtungs/tntspannungsgerätes bzw.
in den Heißluftturbinen der Verdichtungs/Entspannungsgeräte teilweise entspannt und zur Wirbelschichtfeuerung des Dampferzeugers bzw. den Wirbelschichtfeuerungen der Dampferzeuger geleitet und dort durch Verbrennung der Kohle in Rauchgas verwandelt wird, und daß dieses Rauchgas darauffolgend die Dampferzeuyerheizflächen und Lufterhitzerheizflächen sowie den bzw.
die Ascheabscheider durchströmt und in der Niedertemperatur-Gasturbine des Verdichtungs/Entspannungsgerätes bzw. in den Niedertemperatur-Gasturbinen der Verdichtungs/Entspannungsgeräte vollständig entspannt wird.
Vorteilhaft bei dieser Betriebsweise ist es, daß die Entstaubung der Rauchgase ebenfalls nur bei einer Temperatur von 330 - 350 OC zu erfolgen braucht.
Die Entspannung des Rauchgases am Ende des Prozesses in der Niedertemperatur-Gasturbine des Verdichtungs/Entspannungsgerätes läßt tiefe Abgastemperaturen des Dampferzeugers (um ca.
100 OC) erreichen. Weiteres ermöglicht diese Entspannung des Rauchgases eine höhere rekuperative Vorwärmung des Speisewassers des Dampfkreislaufes. Beide Maßnahmen erhöhen den thermischen Wirkungsgrad des kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinenprozesses.
Vorteilhaft ist es weiters, daß jedes Verdichtungs/Entspannungsgerät aus wenigstens einem elektrischen Motorgenerator sowie einem eine Niedertemperatur-Gasturbine und einen Verdichter umfassenden Gasturbinensatz und einem eine Heißluftturbine und einen Verdichter umfassenden Heißluftturbinensatz besteht.
Diese Lösung erlaubt die Verwendung vorhandener Gasturbitsätze.
weiters ist es vorteilhaft, daß der Gasturbinensatz und/oder der Heißluftturbinensatz jedes Verdichtungs/Entspannungsgerätes in an sich bekannter Weise als Abgasturbolader mit einem Radialkompressorlaufrad und einem einstufigen Axialturbinenlaufrad ausgebildet ist. Denn die einstufige Axialturbine ist besonders geringem Verschleiß durch den Reststaub des Rauchgases unterworfen.
Besteht die kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinenanlage aus einem Dampfturbosatz und mehreren Dampferzeugern mit aufgeladenen Wirbelschichtfeuerungen, so ist jedem Dampferzeuger ein Verdichtungs/Entspannungsgerät der vorbeschriebenen Art mit Lufterhitzer zugeordnet. Dies ermöglicht ein eindeutiges feuerungsseitiges Zu- und Abschalten der Dampferzeuger bei Teillast.
Um auch bei Teillast der Anlage gute Verdichter- und Turbinenwirkungsgrade zu erreichen, wird während des Betriebes die Drehzahl jedes Verdichtungs/Entspannungsgerätes in an sich bekannter Weise lastabhängig mittels Thyristoren über den elektrischen Motorgenerator verändert.
Für jene Zeit, da betriebssichere Hochtemperatur-Filter (für ca. 900 0C Rauchgastemperatur) verfügbar sein werden, wird eine vierte Variante der Erfindung mit Hochtemperatur-Gasturbine vorgeschlagen, welche einen höheren thermischen Wirkungsgrad erreicht.
Bei dieser vierten Erfindungsvariante besteht das verbrennungsluftseitige bzw. rauchgasseitige Verdichtungs/Entspannungsgerät ebenfalls aus wenigstens einem elektrischen Motorgenerator, einem (oder vorzugsweise zwei) Verdichtern, einer Heißluftturbine und der Hochtemperatur-Gasturbine.
Die Rauchgase treten in die Hochtemperatur-Gasturbine mit einer Temperatur von ca. 900 OC ein und werden nach dem Durchströmen derselben in einem atmosphärischen Abhitzekessel weiter auf ca. 150 OG abgekühlt. Die Heizflächen des atmosphärischen Abhitzekessels werden während des Betriebes in an sich bekannter Weise von Speisewasser des Dampfkreislaufes als wärmeaufnehmendem Medium durchströmt.
Besitzt das rauchgasseitige Verdichtungs/Entspannungsgerät dieser Erfindungsvariante zwei hintereinandergeschaltete Verdichter für die Verbrennungsluft, so ist zwischen denselben zweckmäßig wenigstens ein Zwischenkühler angeordnet, der während des Betriebes ebenfalls vom Speisewasser des Dampfkreislaufes als wärmeaufnehmendem Medium durchströmt wird.
Die Wärmetauscherflächen des atmosphärischen Abhitzekessels und des Zwischenkühlers sind dabei speisewasserseitig parallel geschaltet.
Als weitere Verbesserung wird eine fünfte Variante der Erfindung mit Hochtemperatur-Gasturbine und Niedertemperatur-Gasturbine vorgeschlagen, welche eine Verkleinerung der wärmetauschenden Heizflächen und eine weitere Steigerung des thermischen Wirkungsgrades sowie eine bessere Entschwefelung der Rauchgase erreichen läßt.
Bei dieser fünften Erfindungsvariante besteht das verbrennungsluftseitige bzw. rauchgasseitige Verdichtungs/Entspannungsgerät aus einem elektrischen Motorgenerator, einer Hochtemperatur-Gasturbine, einer Niedertemperatur-Gasturbine, einer Heißluftturbine und drei Verdichtern für die Verbrennungsluft. Dabei sind die Niedertemperatur-Gasturbine und der erste Verdichter zu einem Niedertemperatur-Gasturbinensatz, die Hochtemperatur-Gasturbine und der zweite Verdichter zu einem Hochtemperatur-Gasturbinensatz und die Heißluftturbine und der dritte Verdichter zu einem Heißluftturbinensatz zusammengefaßt.
Während des Betriebes wird die Verbrennungsluft - unter Anwendung von zweifacher Zwischenkühlung - von den drei Verdichtern komprimiert und anschließend im Lufterhitzer auf über 600 OC aufgeheizt. Darauf erfährt die Verbrennungsluft in der Heißluftturbine eine erste Teilentspannung und wird dann zur Wirbelschichtfeuerung des Dampferzeugers geleitet, wo sie sich bei der Verbrennung der Kohle zu Rauchgas verwandelt. Dieses Rauchgas durchströmt dann die Dampferzeugerheizflächen und Lufterhitzerheizflächen und die Ascheabscheider und erfährt in der Hochtemperatur-Gasturbine eine zweite Teilentspannung. Nach der Beaufschlagung eines rauchgasseitig unter Überdruck stehendem Abhitzekessels und Temperaturabsenkung in demselben expandiert das Rauchgas in der Niedertemperatur-Gasturbine vollständig. Dabei wird eine besonders tiefe Abgastemperatur erreicht (100 OC oder weniger) Der rauchgasseitige unter Überdruck stehende Abhitzekessel ist den Zwischenkühlern der Verdichter speisewasserseitig nachgeschaltet.
Andererseits ist der rauchgasseitig unter Überdruck stehende Abhitzekessel zu den Dampferzeugerheizflächen des Dampferzeugers dampfseitig parallel geschaltet.
In den Zeichnungen sind fünf schaltungsmäßige Ausführungsvarianten und drei Temperatur-Entropie-Diagramme des Erfindungsgegenstandes dargestellt.
Es zeigt: Fig. 1 das Schaltschema der Gasturbinen-Dampfturbinenanlage der ersten Ausführungsform, bei der das Verdichtungs/Entspannungsgerät aus einem elektrischen Motorgenerator, einem Verdichter, einer Heißluftturbine und einer Niedertemperatur-Gasturbine besteht.
Fig. 2 das Schaltschema der Gasturbinen-Dampfturbinenanlage der zweiten Ausführungsform, bei der das Verdichtungs/Entspannungsgerät aus einem elektrischen Motorgenerator, einem Heißluftturbinensatz und einem Niedertemperatur-Gasturbinensatz besteht.
Fig. 3 das Schaltschema einer Gasturbinen-Dampfturbinenanlage der dritten Ausführungsform, bei der einem Dampfturbosatz zwei Dampferzeuger mit aufgeladenen Wirbelschichtfeuerungen zugeordnet sind.
Fig. 4 das Temperatur-Entropie-Diagramm der zweiten Ausführungsform nach Fig. 2.
Fig. 5 das Schaltschema der Gasturbinen-Dampfturbinenanlage der vierten Ausfübrungsform, bei der das Verdichtungs/Entpsannungsgerät aus einem elektrischen Motorgenerator, einem Heißluftturbinensatz und einem Hochtemperatur-Gasturbinensatz bestht.
Fig. 6 das Temperatur-Entropie-Diagramm der vierten Ausführungsform nach Fig. 5.
Fig. 7 das Schaltschema der Gasturbinen-Dampfturbinenanlage der fünften Ausführungsform, bei der das Verdichtungs/Entspannungsgerät aus einem elektrischen Motorgenerator, einem Heißluftturbinensatz, einem Hochtemperatur-Gasturbinensatz und einem Niedertemperatur-Gasturbinensatz besteht.
Fig. 8 das Temperatur-Entropie-Diagramm der fünften Ausführungsform nach Fig. 7.
Bei der in Fig. 1 schaltungsmäßig dargestellten ersten Ausführungsform der kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinenanlage sind in dem Dampferzeuger 1 mit der aufgeladenen Wirbelschichtfeuerung 2 die Dampferzeugerheizflächen 3a und 3b und die Lufterhitzerheizflächen 4 angeordnet.
Die Zugabe von Kohle und Kalk in die aufgeladene Wirbelschichtfeuerung 2 erfolgt über die Aufgabevorrichtung 5.
Die Dampferzeugerheizfläche 3b taucht in die Wirbelschichtfeuerung 2 ein.
Der in den Dampferzeugerheizflächen 3a und 3b erzeugte Frischdampf gelangt über die Frischdampfleitung 6 zur Dampfturbine 7, die den elektrischen Generator 8 antreibt.
Aus der Dampfturbine 7 strömt der Abdampf in den Kondensator 9 und wird dort niedergeschlagen.
Das Kondensat gelangt über die Kondensatpumpe 10 und die beiden Niederdruck-Entnahmevorwärmer 11 in den Speisewasserbehälter 12.
Vom Speisewasserbehälter 12 wird das Speisewasser von der Speisewasserpumpe 13 über den Hochdruck-Entnahmevorwärmer 14 und die Speisewasserleitung 15 wieder in die Dampferzeugerheizfläche 3a gepumpt.
Das verbrennungsluftseitige/rauchgasseitige Verdichtungs/ Entspannungsgerät 16 besteht aus dem elektrischen Motorgenerator 17, dem Verdichter 18, der Heißluftturbine 19 und der Niedertemperatur-Gasturbine 20.
Die vom Verdichter 18 angesaugte und komprimierte Verbrennungsluft gelangt über die "kalte" Luftleitung 21 in die Lufterhitzerheizflächen 4, wo sie auf ca. 800 OC erhitzt wird.
Von den Lufterhitzerheizflächen 4 strömt die Verbrennungsluft dann über die "heiße" Luftleitung 22 und die Brennkammer 23 (in der gegebenenfalls eine zusätzliche Aufheizung durch einen flüssigen oder gasförmigen Brennstoff erfolgt) in die Heißluftturbine 19, in der eine teilweise Entspannung (z.B. von 20 auf 5 bar) erfolgt.
Von der Heißluftturbine 19 strömt die Verbrennungsluft dann über die Abluftleitung 24 in den Dampferzeuger 1, wo sie in der Wirbelschichtfeuerung 2 an der Verbrennung der Kohle teilnimmt und sich dabei zu Rauchgas wandelt.
Das Rauchgas durchströmt dann die Dampferzeugerheizfläche 3b, die Lufterhitzerheizflächen 4 und die Dampferzeugerheizfläche 3a, und gelangt sodann mit einer Temperatur von ca. 350 OC über die Rauchgasleitung 25 und die Ascheabscheider 26 in die Niedertemperatur-Gasturbine 20, wo es vollständig entspannt.
Bei der in Fig. 2 schaltungsmäßig dargestellten zweiten Ausführungsform der kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinenanlage besteht das Verdichtungs/Entspannungsgerät 16' aus dem elektrischen Motorgenerator 17, dem Niedertemperatur-Gasturbinensatz 27 mit Getriebe 28 und dem Heißluftturbinensatz 29 mit dem Getriebe 30.
Der elektrische Motorgenerator 17 wird elektrisch über den Thyristor 31 angespeist, wodurch eine Drehzahlregelung möglich ist.
Der Niedertemperatur-Gasturbinensatz 27 besteht aus dem Verdichter 18' und der Gasturbine 20'.
Der Heißluftturbinensatz 29 besteht aus dem Verdichter 18" und der Heißluftturbine 19'.
Für den Niedertemperatur-Gasturbinensatz 27 und dem Heiß luft turbinensatz 29 können in vorteilhafter Weise existierende Abgasturboladergeräte verwendet werden.
Während des Betriebes wird die Verbrennungsluft zuerst im Verdichter 18' des Niedertemperatur-Gasturbinensatzes 27 und dann im Verdichter 18" des Heißluftturbinensatzes 29 komprimiert.
Die übrigen Strömungswege von Verbrennungsluft bzw. Rauchgas und Dampf stimmen mit jenen der Anlage Fig. 1 überein.
Die Positionen in Fig. 2 stimmen mit den Positionen in Fig. 1 dann überein, wenn die Positionsnummern dieselben sind.
Bei der in Fig. 3 schaltungsmäßig dargestellten dritten Ausführungsform der kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinenanlage sind dem Dampfturbosatz 7/8 zwei Dampferzeuger 1 mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung 2 zugeordnet.
Jeder Dampferzeuger 1 ist verbrennungsluftseitig und rauchgasseitig vom anaeren Dampferzeuger vollständig getrennt.
Jedem Dampferzeuger 1 ist ein Verdichtungs/Entspannungsgerät 16' zugeordnet. Die Schaltung desselben ist identisch mit der Schaltung der zweiten Ausführung gemäß Fig. 2.
Die übrigen Positionen in Fig. 3 stimmen mit den Positionen in Fig. 1 und Fig. 2 dann überein, wenn die Positionsnummern dieselben sind.
In dem in Fig. 4 dargestellten Temperatur-Entropie-Diagramm ist der verbrennungsluftseitige und rauchgasseitige thermodynamische Kreislauf der zweiten Ausführungsform der Erfindung (gemäß Fig. 2) dargestellt.
Es bedeuten: a - b Verdichtung der Verbrennungsluft im Verdichter 18' des Niedertemperatur-Gasturbinensatzes 27 b - c Verdichtung der Verbrennungsluft im Verdichter 18" des Heißluftturbinensatzes 29 c - d Aufwärmung der Verbrennungsluft in den Lufterhitzerheizflächen 4 d - e Teilentspannung in der Heißluftturbine 19' des Heißluftturbinensatzes 29 e - f Wärmezufuhr durch Teilnahme an der Verbrennung in der Wirbelschichtfeuerung 2 f - g Wärmeentzug durch die Dampferzeugerheizflächen 3a, 3b und die Lufterhitzerheizflächen 4 g - h Entspannung der Rauchgase in der Niedertemperatur-Gasturbine 20' des Niedertemperatur-Gasturbinensatzes 27.
Bei der ersten Ausführungsform der Erfindung (Fig. 1) erfolgt die Gesamtkompression der Verbrennungsluft (Strecke a-c in Fig. 4) im Verdichter 18. Die übrigen Zustandsänderungen stimmen mit denen der zweiten Ausführungsform (Fig. 2) überein.
Bei der in Fig. 5 dargestellten vierten Ausführungsform der kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinenanlage besteht das Verdichtungs/Entspannungsgerät 16" aus dem elektrischen Motorgenerator 17, dem Hochtemperatur-Gasturbinensatz 27' mit Getriebe 28 und dem Heißluftturbinensatz 29 mit Getriebe 30.
Der elektrische Motorgenerator 17 wird elektrisch über den Thyristor 31 angespeist, wodurch eine Drehzahlregelung möglich ist.
Der Hochtemperatur-Gasturbinensatz 27' besteht aus dem Verdichter 18''' und der Hochtemperatur-Gasturbine 20".
Der Heißluftturbinensatz 29 besteht aus dem Verdichter 18" und der Heißluftturbine 19'.
Für den Hochtemperatur-Gasturbinensatz 27' und dem Heißluftturbinensatz 29 können in vorteilhafter Weise wieder existierende Abgasturboladergeräte vorwendet werden.
Zwischen dem Verdichter 181in des Hochtemperatur-Gasturbinensatzes 27' und dem Verdichter 18" des Heißluftturbinensatzes 29 ist verbrennungsluftseitig ein Zwischenkühler 32 angeordnet.
Der Hochtemperatur-Gasturbine 20" des Hochtemperatur-Gasturbinensatzes 27' ist rauchgasseitig ein atmosphärischer Abhitzekessel 33 nachgeschaltet.
Der Zwischenkühler 32 und der Abhitzekessel 33 werden über die "kalte Speisewasserleitung 15' mit Speisewasser von ca. 100 0C als wärmeaufnehmendem Medium versorgt. Dabei sind der Zwischenkühler 32 und der Abhitzekessel 33 speisewasserseitig parallel geschaltet. Die Rückführung des aufgeheizten Speisewasser aus Pos. 32 und Pos. 33 in die Dampferzeugerheizflächen 3a/3b erfolgt über die Leitung 158.
Während des Betriebes wird die Verbrennungsluft vom Verdichter 18"' und - nach Zwischenkühlung - vom Verdichter 18" des Verdichtungs/Entspannungsgerätes 16" komprimiert und anschließend im Lufterhitzer 4 auf ca. 800 0C aufgeheizt und darauffolgend in der Heißluftturbine 19' des Verdichtungs/Entspannungsgerätes 16" teilweise entspannt und zur Wirbelschichtfeuerung 2 des Dampferzeugers geleitet, wo sie für die Verbrennung der Kohle verwendet wird. Das entstehende Rauchgas durchströmt darauffolgend die Dampferzeugerheizflächen 3a, 3b und die Lufterhitzerflächen 4, sowie die Ascheabscheider 26 und entspannt dann - bei einer Eintrittstemperatur von ca. 900 OC -in der Hochtemperatur-Gasturbine 20" vollständig, worauf es - unter Wärmeabgabe - den atmosphärischen Abhitzekessel 33 beaufschlagt. Die Austrittstemperatur des Rauchgases am Abhitzekessel 33 beträgt ca. 150 OC.
In dem in Fig. 6 dargestellten Temperatur-Enttropie-Diagramm ist der verbrennungsluftseitige und rauchgasseitige thermodynamische Kreislauf der vierten Ausführungsform der Erfindung (gemäß Fig. 5) dargestellt.
Es bedeuten: a - b Verdichtung der Verbrennungsluft im Verdichter 18''' des Hochtemperatur-Gasturbinensatzes 27' b - c Zwischenkühlung der Verbrennungsluft im Zwischenkühler 32 c - d Verdichtung der Verbrennungsluft im Verdichter 18" des Heißluftturbinensatzes 29 d - e Aufwährmung der Verbrennungsluft in den Lufterhitzerheizflächen 4 e - f Teilentspannung in der Heißluftturbine 19' des Heißluftturbinensatzes 29 f - g Wärmezufuhr durch Teilnahme an der Verbrennung in der Wirbelschichtfeuerung 2 g - h Restentspannung in der Hochtemperatur-Gasturbine 20" des Hochtemperatur-Gasturbinensatzes 27' h - j Wärmeabgabe an das Speisewasser des Dampfkreislaufes im Abhitzekessel 33 Bei der in Fig. 7 dargestellten fünften Ausführungsform der kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinenanlage besteht das Verdichtungs/Entspannungsgerät 16''' aus dem elektrischen Motorgenerator 17, dem Hochtemperatur-Gasturbinensatz 27' mit Getriebe 28 und dem Heißluftturbinensatz 29 mit Getriebe 30, sowie aus dem Niedertemperatur-Gasturbinensatz 27.
Der elektrische Motorgenerator 17 wird zum Zwecke der Drehzahl regelung wieder über den Thyristor 31 elektrisch angespeist.
Der Hochtemperatur-Gasturbinensatz 27' besteht aus dem Verdichter 18"' und der Hochtemperatur-Gasturbine 20".
Der Heißluftturbinensatz 29 besteht aus dem Verdichter 18" und der Heißluftturbine 19'.
Der Niedertemperatur-Gasturbinensatz 27 besteht aus dem Verdichter 18' und der Niedertemperatur-Gasturbine 20'.
Für den Hochtemperatur-Gasturbinensatz 27', dem Heißluftturbinensatz 29 sowie dem Niedertemperatur-Gasturbinensatz 27 können wieder existierende Abgasturboladergeräte verwendet werden.
Zwischen dem Verdichter 18' des Niedertemperatur-Gasturbinensatzes 27/ Wem Verdichter 18"1 des Hochtemperatur-Gasturbinensatzes 27' ist verbrennungsluftseitig der Zwischenkühler 32' angeordnet. In ähnlicher Weise ist zwischen dem Verdichter 18'" des Hochtemperatur-Gasturbinensatzes 27 und dem Verdichter 18" des Heißluftturbinensatzes 29 verbrennungsluftseitig ein Zwischenkühler 32" angeordnet.
Die beiden Zwischenkühler 32' und 32" werden über die "kalte" Speiseleitung 15' mit Speisewasser von ca. 100 OC als wärmeaufnehmendem Medium versorgt. Die beiden Zwischenkühler 32' und 32" sind speisewasserseitig parallel geschaltet.
Während des Betriebes wird die Verbrennungsluft vom Verdichter 18', sowie - nach jeweiliger Zwischenkühlung - von den Verdichtern 18''' und 18" des Verdichtungs/Entspannungsgerätes 16''' komprimiert und anschließend im Lufterhitzer 4 auf ca. 800 "C aufgeheizt, worauf sie in der Heißluftturbine 19' eine erste Teilentspannung erfährt und zur Wirbelschichtfeuerung 2 des Dampferzeugers 1 geleitet wird, wo sie an der Verbrennung der Kohle teilnimmt. Das entstehende Rauchgas durchströmt darauffolgend die Dampferzeugerheizflächen 3a, 3b und die Lufterhitzerheizflächen 4, sowie die Ascheabscheider 26 und erfährt dann in der Hochtemperatur-Gasturbine 20" - bei einer Eintrittstemperatur von 900 OC - eine zweite Teilentspannung. Nach dem Durchströmen des unter Überdruck stehenden Abhitzekessels 33' - wobei es Wärme abgibt - expandiert das Rauchgas dann in der Niedertemperatur-Gasturbine 20' des Verdichtungs/Entspannungsgerätes 16'" vollständig. Die Austrittstemperatur der Rauchgase an der Niedertemperatur-Gasturbine 20' betrugt etwa 100 OC.
In dem in Fig. 8 dargestellten Temperatur-Entropie-Diagramm ist der verbrennungsluftseitige und rauchgasseitige thermodynamische Kreislauf der fünften Ausführungsform der Erfindung (gemäß Fig. 7) dargestellt.
Es bedeuten: a - b Verdichtung der Verbrennungsluft im Verdichter 18< des Niedertemperatur-Gasturbinensatzes 27 b - c Zwischenkühlung der Verbrennungsluft im Zwischenkühler 32' c - d Verdichtung der Verbrennungsluft im Verdichter 18''' des Hochtemperatur-Gasturbinensatzes 27' d - e Zwischenkühlung der Verbrennungsluft im Zwischenkühler 32" e - f Verdichtung der Verbrennungsluft im Verdichter 18" des Heißluftturbinensatzes 29 f - g Aufwärmung der Verbrennungsluft in der Lufterhitzerflächen 4 g - h erste Teil entspannung in der Heißluftturbine 19' des Heißluftturbinensatzes 29 h - j Wärmezufuhr durch Teilnahme an der Verbrennung in der Wirbelschichtfeuerung 2 j - k zweite Teil entspannung in der Hochtemperatur-Gasturbine 20" des Hochtemperatur-Gasturbinensatzes 27' k - 1 Wärmeabgabe an das Speisewasser des Dampfkreislaufes (zwecks Verdampfung und Überhitzung desselben) im Abhitzekessel 33' 1 - m Restentspannung in der Niedertemperatur-Gasturbine 20' des Niedertemperatur-Gasturbinensatzes 27 Die fünfte Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes nach Fig. 7 läßt den höchsten thermischen Wirkunysgrad erreichen, weil die Abgastemperatur nur ca. 100 OC besträgt und weil im Dampfkreislauf eine höhere - mittlere - rekuperative Speisewassertemperatur zulässig ist.
Überdies ist bei dieser Aufführungsform ein besonders hoher Entschwefelungsgrad der Rauchgase erreichbar, weil der feuerseitige Druck in Dampferzeuger 1 zwischen 20 und 30 bar beträgt. Dieser hohe feuerseitige Druck bringt auch eine erhebliche Reduzierung der erforderlichen Dampferzeuger- und Lufterhitzerheizflächen.
Die Positionen in Fig. 5 und Fig. 7 stimmen mit den Positionen in Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 dann überein, wenn die- Positionsnummern dieselben sind.
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Claims

1. Kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinenanlage, bestehend aus einem oder mehreren Dampferzeugern mit aufgeladenen Wirbelschichtfeuerungen, wenigstens einem Dampfturbosatz mit Entnahmevorwärmern, Speisepumpen und wasser-bzw. dampfseitigen Verbindungsleitungen, sowie einem oder mehreren verbrennungsluftseitigen bzw. rauchgasseitigen Verdichtungs/Entspannungsgeräten, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verdichtungs/Entspannungsgerät (16, 16', 16", 16''') aus wenigstens je einem elektrischen Motorgenerator (17), einem Verdichter (18, 18', 18", 18'"), einer Heißluftturhine (19, 19') sowie einer oder zwei Gasturbinen (20, 20', 20") besteht und das der ein- oder mehrteilige Lufterhitzer (4) der Heißluftturbine(n) (19, 19') zusammen mit den Dampferzeugerheizflächen (3a, 3b) innerhalb des Dampferzeugers (1) bzw.

der Dampferzeuger angeordnet ist.

2. Kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine (20, 20') des Verdichtungs/Entspannungsgerätes (16, 16') bzw. die Gasturbinen der Verdichtungs/Entspannunysgeräte in an sich bekannter Weise als Niedertemperaturgasturbine(n) ausgebildet ist bzw. sind, deren Eintrittstemperatur(en) während des Betriebes weniger als 600 "C beträgt bzw. betragen.

3. Kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasturbine (20") des Verdichtungs/Entspannungsgerätes (16", 16"') bzw. die Gasturbinen der Verdichtungs/Entspannungsgeräte in an sich beannter Weise als Hochtemperatur-Gasturbine(n) ausgebildet ist bzw. sind, deren Eintrittstemperatur(en} während des Betriebes mehr als 700 OC beträgt bzw. betragen.

4. Kombinierte Gasturbinen-Dampfturbineenanlage nach Anspspruch 1, mit zwei Gasturbinen je Verdichtungs/Entspannungsgerät, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gasturbine (20") als Hochtemperatur-Gasturbine (mit einer Eintrittstemperatur von über 700 OC) und die andere Gasturbine (20') als Niedertemperatur-Gasturbine (mit einer Eintrittstemperatur von weniger als 600 OC) ausgebildet bzw. eingesetzt ist.

5. Verfahren zum Betrieb einer kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1, mit Niedertemperatur-Gasturbine(n), dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft vom Verdichter (18) bzw. von den Verdichtern (18', 18") des Verdichtungs/Entspannungsgerätes (16, 16') bzw. der Verdichtungs/Entspannungsgeräte komprimiert und anschließend im Lufterhitzer (4) bzw. in den Lufterhitzer auf über 600 OC aufgeheizt wird, daß die Verbrennungsluft darauf in der Heißluftturbine (19, 19') des Verdichtungs/Entspannungsgerätes (16, 16') bzw.

in den Heißluftturbinen der Verdichtungs/Entspannungsgeräte teilweise entspannt und zur Wirbelschichtfeuerung (2) des Dampferzeugers (1) bzw. den Wirbelschichtfeuerungen der Dampferzeuger geleitet und dort durch Verbrennung der Kohle zu Rauchgas verwandelt wird, und daß dieses Rauchgas darauffolgend die Dampferzeugerheizfläche (3a, 3b) und Lufterhitzerheizflächen (4) sowie den bzw.

die Ascheabscheider (26) durchströmt und in der Niedertemperatur-Gasturbine (20, 20') des Verdichtungs/Entspannungsgerätes (16, 16') bzw. in den Niedertemperatur-Gasturbinen der Verdichtungs/Entspannungsgeräte vollständig entspannt wird.

6. Verfahren zum Betrieb einer kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1, mit Hochtemperatur-Gasturbine(n), dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft vom Verdichter bzw. von den Verdichtern (18", 18"') des Verdichtungs/Entspannungsgerätes (16") bzw. der Verdichtungs/Entspannungsgeräte komprimiert und anschließend im Lufterhitzer (4) bzw. in den Lufterhitzern auf über 600 OC aufgeheizt wird, daß die Verbrennungsluft darauf in der Heißluftturbine (19') bzw.

in den Heißluftturbinen des Verdichtungs/Entspannungsgerätes (16") bzw. der Verdichtungs/Entspannungsgerätes teilweise entspannt und zur Wirbelschichtfeuerung (2) bzw. den Wirbelschichtfeuerungen des Dampferzeugers (1) bzw. der Dampferzeuger geleitet und dort durch Verbrennung der Kohle zu Rauchgas verwandelt wird, und daß dieses Rauchgas darauffolgend die Dampferzeugerflächen (3a, 3b) und Lufterhitzerheizflächen (4) sowie den bzw die Ascheabscheider (26) durchströmt und in der Hochtemperatur-Gasturbine (20") des Verdichtungs/Entspannungsgerätes (16") bzw. in den Hochtemperatur-Gasturbinen der Verdichtungs/Entspannungsgeräte vollständig entspannt wird und anschließend wenigstens einen atmospährischen Abhitzekessel (33) beaufschlagt.

7. Verfahren zum Betrieb einer kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1, mit Hochtemperatur-Gasturbine(n) und Niedertemperatur-Gasturbine (n) dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsluft vom Verdichter bzw. von den Verdichtern (18', 18", 18"') des Verdichtungs/Entspannungsgerätes (16''l) bzw. der Verdichtungs/Entspannungsgeräte komprimiert und anschließend im Lufterhitzer (4) bzw. in den Lufterhitzern auf über 600 OC aufgeheizt wird, daß die Verbrennungsluft darauf in der Heißluftturbine (19') bzw. in den Heißluftturbinen des Verdichtungs/EntspannungsgerAtes (16'") bzw. der Verdichtungs/Entspannungsgeräte eine erste Teilentspannung erfährt und zur Wirbelschichtfeuerung (2) des Dampferzeugers (1) der Dampferzeuger geleitet und dort durch Verbrennung der Kohle zu Rauchgas verwandelt wird, und daß dieses Rauchgas darauffolgend die Dampferzeugerheizflächen (3a, 3b) und Lufterhitzerheizflächen (4) sowie den bzw. die Ascheabscheider (26) durchströmt und in die Hochtemperatur-Gasturbine (20") des Verdichtungs/Entspannungsgerätes (16"') bzw. in den Hochtemperatur-Gasturbinen der Verdichtungs/Entspannungsgeräte eine zweite Teilentspannung erfährt und nach der Beaufschlagung von wenigstens einem Abhitzekessel (33') in der Niedertemperatur-Gasturbine (20') des Verdichtungs/Entspannungsgerätes (16''') bzw.

in den Niedertemperatur-Gasturbinen der Verdichtungs/ Entspannungsgeräte vollständig expandiert.

8. Kombinierte Gasturbinen Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verdichtungs/Entspannungsgerät (16', 16") aus wenigstens einem elektrischen Motorgenerator (17) sowie einem eine Hochtemperatur-Gasturbine (20') oder einer Niedertemperatur-Gasturbine (20') und einen Verdichter (18') umfassenden Gasturbinensatz (27, 27') und einem eine Heißlufturbine (19') und einen Verdichter (18") umfassenden Heißluftturbinensatz (29) besteht.

9. Kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zwischenkühler (32) bzw. die Zwischenkuhler der beiden Verdichter (18", 18''') mit dem atmosphärischen Abhitzekessel (33) bzw. den atmosphärischen Abhitzekesseln (33) - oder zumindest mit einem Teil von dessen bzw. deren Heizflächen - speisewasserseitig parallel geschaltet sind.

10. Kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Austritt der Hochtemperatur-Gasturbinen (20") und dem Eintritt der Niedertemperatur-Gasturbine (20') rauchgasseitig wenigstens ein während des Betriebes unter Überdruck stehender Abhitzekessel (33') angeordnet ist.

11. Kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der rauchgasseitig unter Oberdruck stehende Abhitzekessel (33') bzw. die rauchgasseitig unter Überdruck stehenden Abhitzekesseln dem Zwischenkühler bzw. den Zwischenkühlern (32', 32") der Verdichter (18', 18", 18''') speisewasserseitig nachgeschaltet ist bzw. sind.

12. Kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der rauchgasseitig unter Überdruck stehende Abhitzekessel (33') bzw. die rauchgasseitig unter Überdruck stehenden Abhitzekesseln den Dampferzeugerheizflächen (3a, 3b) des Dampferzeugers (1) bzw. der Dampferzeuger dampfseitig parallel geschaltet ist bzw. sind.

13. Kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Verdichtung/Entspannungsgerät (16"') aus wenigstens einem elektrischen Motorgenerator (17), einem Hochtemperatur-Gasturbinensatz (27'), einem Niedertemperatur-Gasturbinensatz (27) und einem Heißluftturbinensatz (29) besteht.

14. Kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasturbinensatz (27, 27') jedes Verdichtungs/Entspannungsgerätes (16', 16", 16''') | ) in an sich bekannter Weise als Abgasturbolader mit einem Radialkompressorlaufrad und einem einstufigen oder zweistufigen Axialturbinenlaufrad ausgebildet ist.

15. Kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Heißluftturbinensatz (29) jedes Verdichtungs/Entspannungsgerätes (16') als Abgasturbolader mit einem Radialkompressorlaufrad und einem einstufigen oder zweistufigen Axialturbinenlaufrad ausgebildet ist.

16. Kobinierte Gasturbinen-Dampfturbinenanlage, bestehend aus einem Dampfturbosatz und mehreren Dampferzeugern mit aufgeladenen Wirbelschichtfeuerungen, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Dampferzeuger (1) ein Verdichtungs/Entspannungsgerät (16, 16', 16", 16''') mit Lufterhitzer (4) gemäß Anspruch 1 zugeordnet ist.

17. Kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Dampferzeuger (1) ein Verdichtungs/Entspannungsgerät (16') nach Anspruch 8 zugeordnet ist.

18. Kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß während des Betriebes die Drehzahl jedes Verdichtungs/Entspannungsgerätes (16') in an sich gekannter Weise lastabhängig mittels Thyristoren (31) verändert wird.