DE10124494A1 - Operating combination power plant for different demands involves no additional exhaust gas heating or induction air cooling for low loads, one or both for medium loads, both for peak loads - Google Patents
Operating combination power plant for different demands involves no additional exhaust gas heating or induction air cooling for low loads, one or both for medium loads, both for peak loadsInfo
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Abstract
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines Kombikraftwerkes, bei welchem Kombikraftwerk Luft in einem Verdichter (2) verdichtet wird, dann als Verbrennungsluft (10) einer Brennkammer (3) zugeführt wird, das dort entstehende Heißgas (12) auf eine Gasturbine (4) geleitet wird und das Abgas (6) der Gasturbine (4) in einem Abhitzekessel (7) zur Erzeugung von Dampf für eine Dampfturbinenanlage (13) verwendet wird. Zur zusätzlichen Erwärmung des Abgases (6) der Gasturbine (4) wird eine Zusatzfeuerung (44) angeordnet, und außerdem werden Mittel (46) vorgesehen, welche eine leistungssteigernde Kühlung der Ansaugluft (9) der Gasturbinenanlage erlauben. Durch einen gezielten leistungsabhängigen Einsatz von Zusatzfeuerung (44) und Ansaugluftkühlung (46) wird eine den Stromvergütungen angepasste Fahrweise ermöglicht, indem in lastschwachen Zeiten das Kombikraftwerk ohne Zusatzfeuerung (44) und ohne Ansaugluftkühlung (46) gefahren wird, dass in Zeiten mittlerer Last das Kombikraftwerk mit Zusatzfeuerung (44) und/oder Ansaugluftkühlung (46) gefahren wird und dass in Spitzenlastzeiten das Kombikraftwerk mit Zusatzfeuerung (44) und Ansaugluftkühlung (46) gefahren wird.The invention relates to a method for operating a combined cycle power plant, in which combined cycle power plant air is compressed in a compressor (2), then fed as combustion air (10) to a combustion chamber (3), and the hot gas (12) that is produced there is fed to a gas turbine (4 ) is passed and the exhaust gas (6) of the gas turbine (4) is used in a waste heat boiler (7) to generate steam for a steam turbine system (13). For additional heating of the exhaust gas (6) of the gas turbine (4), an additional firing (44) is arranged, and in addition means (46) are provided which allow the intake air (9) of the gas turbine system to be cooled to increase performance. A targeted performance-dependent use of additional firing (44) and intake air cooling (46) enables a driving style that is adapted to the electricity tariffs, in that the combined cycle power plant is operated without additional firing (44) and without intake air cooling (46) in times of low load, and that the combined cycle power plant is operated in times of medium load is operated with additional firing (44) and / or intake air cooling (46) and that the combined cycle power plant is operated with additional firing (44) and intake air cooling (46) during peak load times.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines Kombikraftwerkes bei un terschiedlichen Netzanforderungen. Insbesondere betrifft sie ein Verfahren, welches über den gezielten Einsatz von Zusatzfeuerung und Ansaugluftkühlung eine den Stromvergütungen angepasste Fahrweise des Kombikraftwerkes ermöglicht.The present invention relates to a method for operating a combined cycle power plant at un different network requirements. In particular, it relates to a process which is carried out via the targeted use of additional firing and intake air cooling a the electricity tariffs adapted driving style of the combined cycle power plant.
Mit der Liberalisierung der Energiemärkte wird der Wettbewerb auch auf dem Gebiet der Stromversorgung erheblich verschärft. Dies führt einerseits zur schnellen Realisierung mo derner Energieumwandlungsverfahren insbesondere mit sehr hohem Wirkungsgrad. Aber auch auf dem Gebiet der Leistungsflexibilität eines Kraftwerkes oder der Bereitstellung von kalter und heisser Reserveleistung ist man bestrebt, nach kostengünstigeren Möglichkeiten zu suchen. Diesen Anforderungen werden Gasturbinenanlagen und Kombikraftwerke in ho hem Masse gerecht.With the liberalization of the energy markets, competition in the area of Power supply significantly tightened. On the one hand, this leads to the rapid realization of mo their energy conversion process, in particular with very high efficiency. But also in the area of the power flexibility of a power plant or the provision of cold and hot reserve power is sought, for cheaper options to search. Gas turbine plants and combined cycle power plants in ho hem fair.
Gasturbinenanlagen sind in der Lage, vergleichsweise sehr grosse Leistungsgradienten zu realisieren und in unterschiedlichen Leistungsbereichen betrieben zu werden. Ferner werden moderne Gasturbinenanlagen so konzipiert, dass diese in einem weiten oberen Leistungsbe reich mit sehr hohen Teillastwirkungsgraden betrieben werden können. Gas turbine plants are able to comparatively very large power gradients realize and be operated in different performance ranges. Furthermore modern gas turbine systems designed so that they have a wide upper performance range can be operated with very high partial load efficiencies.
Im Ergebnis der Liberalisierung verlangen die Stromnetzbetreiber von den Kraftwerken der Stromerzeuger zunehmend "primary response" Eigenschaften. Der Ausdruck "primary re sponse" bezieht sich auf eine Steigerung der Leistung über die angemeldete bzw. aktuell gefahrene Ist-Leistung eines jeweiligen Energieerzeugers mit einem definierten Leistungs gradienten. Beispielsweise soll die Zunahme der Leistung von der Ist-Leistung zu einer ge forderten ca. 10% höheren Leistung innerhalb 10 Sekunden erfolgen. D. h., die Kraftwerke müssen im Falle des Absinkens der Netzfrequenz (beispielsweise 0.5 Hz) in der Lage sein, in einer gewissen Zeiteinheit (beispielsweise 10 sec.) eine Leistungssteigerung (beispielsweise 10% der Ist-Leistung) zu erbringen. Diese Leistungssteigerung sollte dann im Sinne von "se condary response" über einen Bereich von beispielsweise 30 Minuten oder länger gehalten werden können. Mit "secondary response" wird das Halten einer Zusatzleistung über einer Ist-Leistung definiert, d. h. beispielsweise der Betrieb mit einer Zusatzleistung von z. B. 10% während einem Zeitraum von z. B. 30 Minuten.As a result of the liberalization, the power grid operators are demanding from the power plants of the Electricity generators increasingly have "primary response" properties. The expression "primary re sponse "refers to an increase in performance over the registered or current actual performance of a respective energy producer with a defined performance gradient. For example, the increase in performance from the actual performance to a ge required about 10% higher performance to be done within 10 seconds. That is, the power plants In the event of a drop in the mains frequency (e.g. 0.5 Hz), they must be able to a certain time unit (e.g. 10 sec.) an increase in performance (e.g. 10% of the actual performance). This increase in performance should then be in the sense of "se condary response "over a range of, for example, 30 minutes or longer can be. "Secondary response" means holding an additional service over a Actual performance defined, i. H. for example, the operation with an additional service of z. B. 10% for a period of e.g. B. 30 minutes.
Für Fragen von "primary response" und "secondary response" sind damit der maximal fahrba re Leistungsgradient, der Betrag der Zusatzleistung in Abhängigkeit der aktuell gefahrenen Ist-Leistung und die maximale Dauer für das Fahren der Zusatzleistung von Interesse. Das Erbringen einer Zusatzleistung sollte, mit Ausnahme der Grenzleistung, aus jedem Lastpunkt heraus möglich sein. Besonders hohe Anforderungen stellt dabei eine Leistungssteigerung über die Nennleistung hinaus.For questions of "primary response" and "secondary response" are the maximum Fahrba re power gradient, the amount of the additional service depending on the currently driven Actual power and the maximum duration of driving the additional service of interest. The An additional service should, with the exception of the limit service, come from every load point be possible out. An increase in performance places particularly high demands beyond the nominal power.
Der Begriff der Nennleistung ist dabei identisch mit dem Begriff der Grenzdauerleistung, also einer oberen Leistung, für welche die Anlage für den Dauerbetrieb ausgelegt ist. Unter Teil last wird dabei eine Leistung unterhalb der Grenzdauerleistung und unter Überlast eine Lei stung oberhalb der Grenzdauerleistung verstanden. Für die zeitlich begrenzte maximal fahr bare Leistung wird nachfolgend der Begriff Grenzleistung verwendet.The term nominal power is identical to the term continuous power, so an upper output for which the system is designed for continuous operation. Under part load becomes a power below the continuous limit power and a lei under overload understood above the continuous limit power. For the time-limited maximum driving In the following, the term limit power is used.
Die Nennleistung bzw. die Grenzdauerleistung ist die Leistung, welche dass Kombikraftwerk bei einer Leistung der Gasturbinenanlage von 100% ohne sonstige leistungssteigernde Massnahmen abgibt. Die Leistung des Kombikraftwerkes setzt sich dabei aus der Leistung der Gasturbinenanlage und der Dampfturbinenanlage zusammen.The nominal power or the continuous limit power is the power that the combined cycle power plant with a performance of the gas turbine system of 100% without other performance-enhancing Measures. The power of the combined cycle power plant is based on the power the gas turbine plant and the steam turbine plant together.
Leistungssteigerungen sind insbesondere während netzseitiger Spitzenlastzeiten kritisch, während welchen die jeweiligen Energieerzeuger bereits mit ihrer Grenzdauerleistung (Nennleistung) betrieben werden, und gleichzeitig ein ungeplantes Ereignis auftritt, welches eine kurzzeitige Leistungserhöhung über die Grenzdauerleistung hinaus erfordert.Increases in performance are particularly critical during network peak loads, during which the respective energy producers already with their limit continuous output (Rated power) are operated, and at the same time an unplanned event occurs, which a short-term increase in power beyond the limit continuous power requires.
Wie bereits erwähnt, sind Gasturbinenanlagen in der Lage, vergleichsweise sehr grosse Lei stungsgradienten zu fahren. Aus diesem Grunde bieten sich Gasturbinenanlagen prinzipiell für Aufgaben der Abdeckung netzseitiger Bedarfsspitzen beispielsweise für "primary respon se" Zwecke an. As already mentioned, gas turbine plants are capable of comparatively very large lei driving gradient. For this reason, gas turbine systems are principally available for tasks of covering network-side demand peaks, for example for "primary respon se "purposes.
Moderne Gasturbinenanlagen sind allerdings heute aus Gründen eines hohen Teillastwir kungsgrades so ausgelegt, dass sie in einem weiten oberen Leistungsbereich im Bereich der für den Dauerbetrieb bei Nennleistung maximal zulässigen Auslegungstemperaturen (obere Prozesstemperatur) fahren, d. h. sich an ihrem für den Dauerbetrieb temperaturseitigen Aus legungslimit befinden.However, modern gas turbine systems are today for reasons of high part load performance levels designed so that they are in a wide upper performance range in the range of for continuous operation at rated power maximum permissible design temperatures (upper Process temperature) d. H. at their temperature side for continuous operation limit.
In diesem oberen Leistungsbereich wird die Leistung über den Massenstrom mittels verstell barer Leitschaufeln am Verdichtereintritt geregelt. Leistungssteigerungen in diesem Bereich führen daher beim Verlassen der Fahrregime des Normalbetriebes zu Überschreitungen der Auslegungstemperaturen, was sich negativ auf die Lebensdauer insbesondere der betroffe nen Bauteile des Heissgaspfades auswirkt.In this upper power range, the power is adjusted by means of the mass flow adjustable guide vanes at the compressor inlet. Performance improvements in this area therefore, when leaving the driving regime of normal operation lead to exceeding the Design temperatures, which has a negative impact on the lifespan in particular of those affected components of the hot gas path.
Daraus folgt aber auch, dass eine Leistungsteigerung über die Nennleistung hinaus bei der heute üblichen Auslegung nur durch ein Überfeuern der Gasturbinenanlage erreicht werden kann. Nachteilig dabei ist, dass die Gasturbinenanlage durch diese vom Normalregime ab weichende Fahrweise sehr viele äquivalente Betriebsstunden (EOH - Equivalent Operating Hours, OH - Operating Hours, Betriebsstunden) erzeugt bzw. sehr viele Lebensdauerstunden verliert (beispielsweise 1.3 EOH/OH für steam injection oder 1.5 EOH/OH für frequency re sponse). Dies insbesondere dann, wenn die Überlast lange durchgehalten werden muss.However, it also follows that an increase in output beyond the nominal output at current design can only be achieved by overfiring the gas turbine system can. The disadvantage here is that the gas turbine system deviates from the normal regime soft driving style very many equivalent operating hours (EOH - Equivalent Operating Hours, OH - Operating Hours) loses (e.g. 1.3 EOH / OH for steam injection or 1.5 EOH / OH for frequency re sponse). This is especially the case if the overload has to be endured for a long time.
Grundsätzlich unterscheidet man nach dem Einsatz d. h. der Benutzungsstundenzahl drei Einsatzbereiche der Kraftwerke: Im Grundlastbereich d. h. bei Benutzungsstunden oberhalb 4000 h/a (bei einer geringen Netzbelastung und damit geringer Stromvergütung) werden hauptsächlich Kraftwerke mit niedrigen variablen Kosten bzw. mit höheren Wirkungsgraden (und damit hohen festen Kosten), wie z. B. Kernkraftwerke und moderne Kohlekraftwerke betrieben. Im Mittellastbereich d. h. bei Benutzungsstunden zwischen 2000 und 4000 h/a (bei einer mittleren Netzbelastung und damit erhöhter Stromvergütung) werden Kraftwerke mit mittleren variablen Kosten bzw. mittleren Wirkungsgraden (und damit mittleren festen Kosten) wie z. B. ältere Kohlekraftwerke und Kombikraftwerke betrieben. Im Spitzenlastbereich d. h. bei Benutzungsstunden unter 2000 h/a (bei einer hohen Netzbelastung und damit höchster Stromvergütung) spielen die variablen Kosten und damit der Wirkungsgrad nur eine unterge ordnete Rolle. Man ist aus wirtschaftlichen Gründen vielmehr bestrebt, für diesen Einsatzbe reich Kraftwerke mit möglichst niedrigen festen Kosten wie z. B. Gasturbinenanlagen vorzu halten und zu betreiben. Auch die thermischen Kraftwerke müssen in der Lage sein, kurzfri stige Spitzenlasten und die obengenannten Reserveleistungen in Form von "primary" und "secondary response" bereit zu stellen.Basically, a distinction is made after use d. H. the number of hours of use three Areas of application of the power plants: In the base load range d. H. for hours of use above 4000 h / a (with a low network load and thus low electricity remuneration) mainly power plants with low variable costs or with higher efficiency (and thus high fixed costs), such as B. Nuclear power plants and modern coal-fired power plants operated. In the medium load range d. H. for hours of use between 2000 and 4000 h / a (at a medium network load and thus an increased electricity tariff), power plants are included mean variable costs or mean efficiencies (and thus mean fixed costs) such as B. operated older coal-fired power plants and combined cycle power plants. In the peak load range d. H. for hours of use below 2000 h / a (with a high network load and thus the highest Electricity remuneration) the variable costs and thus the efficiency only play a minor role ordered role. Rather, for economic reasons, one strives for this application Power plants with the lowest possible fixed costs such as B. gas turbine plants hold and operate. The thermal power plants must also be able to peak loads and the above mentioned reserve benefits in the form of "primary" and to provide "secondary response".
Die variablen Kosten werden in erster Linie durch die Brennstoffpreise, aber auch durch den Brennstoffverbrauch (und damit den Wirkungsgrad) und die sonstigen Betriebsmittel be stimmt. Die festen Kosten werden in erster Linie durch die zur Errichtung der Anlagen erfor derlichen Investitionen aber auch den Personaleinsatz u. dgl. bestimmt. The variable costs are primarily due to the fuel prices, but also by the Fuel consumption (and thus the efficiency) and the other operating resources Right. The fixed costs are primarily required to build the facilities investments, but also the use of personnel and Like. Determined.
Infolge der Liberalisierung der Strommärkte entfallen in immer mehr Ländern die Flächenmo nopole für die Stromversorgung sowie sonstige langfristige Abnahmegarantien für Strom. Der Strompreis bzw. die Stromvergütung hängen dann vom Strombedarf ab. Infolge grosser Schwankungen des Strombedarfs über das Jahr, die Woche und den Tag sind auch der Strompreis bzw. die Stromvergütung sehr grossen Schwankungen unterworfen. Damit be steht seitens der Kraftwerksbetreiber grosses Interesse an Kraftwerksanlagen, welche diesen neuen Anforderungen in möglichst wirtschaftlicher Weise gerecht werden.As a result of the liberalization of the electricity markets, more and more countries are no longer using land nopole for power supply and other long-term purchase guarantees for electricity. The The electricity price or the electricity tariff then depend on the electricity demand. As a result, larger Fluctuations in electricity demand over the year, the week and the day are also the Electricity price and electricity remuneration are subject to very large fluctuations. So that be there is great interest on the part of the power plant operators in power plant systems which meet new requirements in the most economical way possible.
Für die Kraftwerksbetreiber sind unter den Bedingungen liberalisierter Strommärkte folgende
Kraftwerksfahrweisen von Interesse:
The following power plant procedures are of interest to power plant operators under the conditions of liberalized electricity markets:
- - Während Zeiten einer netzseitig schwachen Last mit geringen Stromvergütungen ist es wichtig, möglichst niedrige Stromerzeugungskosten und damit einen möglichst hohen Wirkungsgrad zu realisieren.- During times of a weak load on the network side with low electricity tariffs it is important, the lowest possible electricity generation costs and thus the highest possible To realize efficiency.
- - Während Zeiten einer netzseitig mittleren Last mit erhöhten Stromvergütungen ist es wichtig, ein ausgewogenes Verhältnis von Leistung und Wirkungsgrad zu realisieren. Die Kraftwerke werden im oberen Leistungsbereich betrieben. In diesem oberen Leistungs bereich weisen die Kraftwerke im allgemeinen auch den oberen Wirkungsgradbereich auf.- It is during times of a medium load on the network side with increased electricity tariffs important to achieve a balanced relationship between performance and efficiency. The Power plants are operated in the upper performance range. In this top performance In general, the power plants also have the upper efficiency range on.
- - Während Zeiten einer netzseitig hohen Last, in Spitzenlastzeiten insbesondere in Aus nahmesituationen mit hohen ja sogar extrem hohen Stromvergütungen ist der Wirkungs grad der Stromerzeugung von untergeordneter Bedeutung. Es kommt jetzt darauf an, ei ne möglichst hohe Leistung möglichst nahe der Grenzleistung zu realisieren.- During times of a high load on the network side, especially during off-peak periods Taking situations with high and even extremely high electricity tariffs is the effect Degree of electricity generation of minor importance. It depends now ne to achieve the highest possible output as close as possible to the limit output.
Der Erfindung liegt demnach die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines Kom bikraftwerkes, bestehend aus mindestens einer Gasturbinenanlage, mindestens einem Abhit zekessel und mindestens einer Dampfturbinenanlage zur Verfügung zu stellen, wobei die Gasturbinenanlage aus mindestens einem Verdichter, mindestens einer Brennkammer und mindestens einer Gasturbine besteht, der Abhitzekessel mindestens eine Druckstufe aufweist und die Dampfturbinenanlage aus mindestens einer Dampfturbine besteht. Bei einem derarti gen Kombikraftwerk wird Luft in einem Verdichter verdichtet, dann als Verbrennungsluft einer Brennkammer zugeführt, das dort entstehende Heissgas auf eine Gasturbine geleitet, und das Abgas der Gasturbine in einem Abhitzekessel zur Erzeugung von Dampf für eine Dampfturbinenanlage verwendet. Das Verfahren soll dabei eine den Stromvergütungen an gepasste Fahrweise des Kombikraftwerkes ermöglichen.The invention is therefore based on the object of a method for operating a comm bi-power plant, consisting of at least one gas turbine plant, at least one Abhit to provide zekessel and at least one steam turbine plant, the Gas turbine system comprising at least one compressor, at least one combustion chamber and there is at least one gas turbine, the waste heat boiler has at least one pressure stage and the steam turbine system consists of at least one steam turbine. With such a Towards a combined cycle power plant, air is compressed in a compressor, then as combustion air Combustion chamber supplied, the hot gas generated there is passed to a gas turbine, and the exhaust gas from the gas turbine in a waste heat boiler to generate steam for one Steam turbine plant used. The procedure is supposed to be based on electricity tariffs enable the combined mode of operation of the combined cycle power plant.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst, indem zur zusätzlichen Erwärmung des Abga ses der Gasturbine eine Zusatzfeuerung angeordnet ist, und indem ausserdem Mittel vorgesehen sind, welche die Kühlung der Ansaugluft der Gasturbinenanlage erlauben. In last schwachen Zeiten wird nun das Kombikraftwerk ohne Zusatzfeuerung und ohne Ansaugluft kühlung gefahren. In Zeiten mittlerer Last wird das Kombikraftwerk mit Zusatzfeuerung und/oder Ansaugluftkühlung gefahren. In Spitzenlastzeiten insbesondere auch in Ausnahme situationen wird das Kombikraftwerk mit Zusatzfeuerung und Ansaugluftkühlung gefahren.This object is achieved according to the invention by additionally heating the exhaust gas ses the gas turbine an additional firing is arranged, and in addition means are provided are, which allow the cooling of the intake air of the gas turbine system. In last The combined cycle power plant is now experiencing weak times without additional firing and without intake air cooling driven. In times of medium load, the combined cycle power plant with additional firing and / or intake air cooling. Also in exceptional cases during peak load periods situations, the combined cycle power plant is operated with additional firing and intake air cooling.
Der Kern der Erfindung besteht darin, ein Kombikraftwerk mit zusätzlichen Mitteln in Form einer Zusatzfeuerung und einer Ansaugluftkühlung auszurüsten und durch den gezielten Ein satz dieser Zusatzmittel, Betriebsweisen zu realisieren, um das Kraftwerk unter den verschie densten Netzbedingungen d. h. unter den Bedingungen unterschiedlichster Stromvergütun gen optimal (d. h. gewinnmaximiert) zu betreiben.The essence of the invention is to form a combined cycle power plant with additional means an additional firing and an intake air cooling and by the targeted on set of these additives to implement modes of operation to the power plant among the various most network conditions d. H. under the conditions of different electricity tariffs to operate optimally (i.e. maximized profit).
In diesem Zusammenhang ist auch auf die gegenseitige positive Beeinflussung der beiden insbesondere im Fall der Spitzenlastzeiten gleichzeitig eingesetzten Mittel, der Zusatzfeue rung und der Ansaugluftkühlung, hinzuweisen. Die Ansaugluftkühlung erhöht den Massen strom der Abgase der Turbine und damit auch die Effizienz der Wärmeübertragung im folglich stärker durchströmten Abhitzekessel. Mit der Zusatzfeuerung erhöht man in der Regel bei gleichbleibenden Druck- und Temperaturverhältnissen die Massenströme im Wasser-/Dampf- Kreislauf. Bei gleichzeitigem Einsatz von Ansaugluftkühlung und Zusatzfeuerung führt die durch die Ansaugluftkühlung bewirkte verbesserte Wärmeübertragungseffizienz im Abhitze kessel infolgedessen auch zu einer zusätzlichen Erhöhung der Effizienz der Zusatzfeuerung.In this context is also due to the mutual positive influence of the two especially in the case of peak load times, the additional fire and the intake air cooling. The intake air cooling increases the masses flow of the exhaust gases from the turbine and thus also the efficiency of the heat transfer in the consequent more powerful waste heat boiler. With the additional firing you usually increase constant pressure and temperature conditions the mass flows in the water / steam Circulation. With simultaneous use of intake air cooling and additional firing, the improved heat transfer efficiency in the waste heat caused by the intake air cooling As a result, the boiler also increases the efficiency of the additional firing.
Bevorzugt wird bei den obigen Fahrweisen in lastschwachen Zeiten mit geringen Stromver gütungen das Kombikraftwerk ohne Zusatzfeuerung und ohne Ansaugluftkühlung im Lei stungsbereich bis maximal Nennleistung bzw. Grenzdauerleistung gefahren. Weiterhin be vorzugt kann in Zeiten mittlerer Last mit erhöhten Stromvergütungen das Kombikraftwerk mit Zusatzfeuerung und/oder Ansaugluftkühlung im Leistungsbereich zwischen Nennleistung bzw. Grenzdauerleistung und Grenzleistung gefahren werden, und/oder in Spitzenlastzeiten mit höchsten Stromvergütungen kann das Kombikraftwerk mit Zusatzfeuerung und Ansaug luftkühlung im Bereich der Grenzleistung gefahren werden.Preference is given to the above driving styles in low-load times with low power consumption the combined cycle power plant without additional firing and without intake air cooling in the Lei range up to the maximum rated power or maximum continuous power. Continue to be The combined cycle power plant can also be preferred in times of medium load with increased electricity tariffs Additional firing and / or intake air cooling in the power range between nominal power or maximum continuous power and maximum power are driven, and / or during peak load times the combined cycle power plant with additional firing and intake can operate with the highest electricity tariffs air cooling in the range of the maximum power.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird in Zeiten mittlerer Last die Zu satzfeuerung oder die Ansaugluftkühlung betrieben und dadurch eine Steigerung der Lei stung des Kombikraftwerkes bis etwa 20% im Fall der Zusatzfeuerung bzw. 5% im Fall der Ansaugluftkühlung, insbesondere bevorzugt bis 10% im Fall der Zusatzfeuerung bzw. 2,5% im Fall der Ansaugluftkühlung bezogen auf die Nennleistung bewirkt. Es ist aber auch mög lich in Zeiten mittlerer Last die Zusatzfeuerung und die Ansaugluftkühlung, beide bei mittlerer Leistung, zu betreiben, und dadurch eine Steigerung der Leistung des Kombikraftwerkes bis etwa 12,5%, insbesondere bevorzugt bis 6% bezogen auf die Nennleistung zu bewirken. Besonders bevorzugt ist es aber, bei mittlerer Last nur die Zusatzfeuerung zu betreiben. According to a further embodiment of the invention, the Zu becomes in times of medium load set firing or the intake air cooling operated and thereby an increase in Lei power of the combined cycle power plant up to about 20% in the case of additional firing or 5% in the case of Intake air cooling, particularly preferably up to 10% in the case of additional firing or 2.5% in the case of intake air cooling based on the nominal output. But it is also possible Additional times and intake air cooling, both at medium times, are required in times of medium load Performance to operate, and thereby an increase in the performance of the combined cycle power plant about 12.5%, particularly preferably up to 6%, based on the nominal power. However, it is particularly preferred to operate only the auxiliary firing at medium load.
Gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden in Spitzenlastzeiten die Zu satzfeuerung und die Ansaugluftkühlung betrieben, wobei eine Steigerung der Leistung des Kombikraftwerkes bis etwa 25%, insbesondere bevorzugt bis 12,5% bezogen auf die Nenn leistung bewirkt wird.According to a further embodiment of the invention, the peaks become during peak load times set firing and the intake air cooling operated, increasing the performance of the Combined power plant up to about 25%, particularly preferably up to 12.5% based on the nominal performance is effected.
Eine anderen Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatz feuerung in Strömungsrichtung des Abgases der Gasturbinenanlage vor dem Abhitzekessel und/oder innerhalb des Abhitzekessels, insbesondere bevorzugt in Strömungsrichtung vor dem Mitteldruckverdampfer angeordnet ist. Die Ansaugluftkühlung erfolgt mittels einer in der Ansaugluftleitung angeordneten Kühlvorrichtung. Die Kühlung der Ansaugluft kann dabei mittels eines Kühlmediums über einen Wärmeübertrager, direkt oder indirekt, d. h. über einen Sekundärkühlkreislauf, erfolgen. Andererseits ist die Kühlung mittels Einspritzung eines küh lenden/verdampfenden Mediums in die Ansaugluft möglich (evaporative cooler).Another embodiment of the invention is characterized in that the addition Firing in the direction of flow of the exhaust gas of the gas turbine system in front of the waste heat boiler and / or inside the waste heat boiler, particularly preferably in the direction of flow the medium pressure evaporator is arranged. The intake air is cooled by means of a Intake air line arranged cooling device. The cooling of the intake air can by means of a cooling medium via a heat exchanger, directly or indirectly, d. H. about one Secondary cooling circuit. On the other hand, cooling by means of injection is cool lumbar / evaporating medium in the intake air possible (evaporative cooler).
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.Further preferred embodiments of the invention are in the dependent claims described.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Es zeigen:The invention is intended to be explained below using exemplary embodiments in connection with the figures are explained in more detail. Show it:
Fig. 1 ein Schema eines Kombikraftwerkes; und Figure 1 is a schematic of a combined cycle power plant. and
Fig. 2 ein Schema eines Kombikraftwerkes mit Zusatzfeuerung und Ansaugluftkühlung. Fig. 2 is a diagram of a combined cycle power plant with additional firing and intake air cooling.
Fig. 1 zeigt als Ausführungsbeispiel für das erfindungsgemässe Verfahren eine schemati sche Darstellung eines Kombikraftwerkes mit Einwellenanlage. Der Wasser-/Dampf-Kreislauf mit Abhitzekessel 7 und Dampfturbinenanlage 13 ist beispielhaft als Dreidruckprozess mit Zwischenüberhitzung 17 ausgeführt. Fig. 1 shows an exemplary embodiment of the inventive method, a schematic representation of a combined cycle power plant with a single-shaft system. The water / steam circuit with waste heat boiler 7 and steam turbine system 13 is designed, for example, as a three-pressure process with reheating 17 .
Unter einem Kombikraftwerk wird im weiteren die Kopplung eines Gas- und eines Dampfpro zesses in Form einer Gasturbinenanlage und einer Dampfturbinenanlage verstanden. Die Wärme der Abgase der Gasturbine der Gasturbinenanlage dient dabei zur Dampferzeugung in einem Abhitzekessel. Der erzeugte Dampf wird zum Antrieb der Dampfturbinenanlage ge nutzt.The combination of a gas and a steam pro understood in the form of a gas turbine system and a steam turbine system. The Heat of the exhaust gases from the gas turbine of the gas turbine system is used to generate steam in a waste heat boiler. The steam generated is used to drive the steam turbine system uses.
Das Kombikraftwerk weist gemäss der Fig. 1 eine Gasturbinenanlage 1 auf, deren Abgas 6 einem Abhitzekessel 7 zugeführt wird. Die Gasturbinenanlage 1 besteht aus einem Verdichter 2, einer Brennkammer 3 und einer Gasturbine 4. Die Gasturbine 4, der Verdichter 2 und der Generator 5 sind auf einer gemeinsamen Welle 8 angeordnet. Die Gasturbine 4 treibt über diese gemeinsame Welle 8 sowohl den Verdichter 2 als auch den Generator 5 an. Die Ga sturbinenanlage 1 und der Generator 5 werden als Gasturbosatz bezeichnet. Die über eine Ansaugluftleitung 9 dem Verdichter 2 zugeführte Luft gelangt nach der Verdichtung im Ver dichter 2 als Verbrennungsluft 10 in die Brennkammer 3. In der Brennkammer 3 wird über die Brennstoffleitung 11 zugeführter Brennstoff verbrannt. Das in der Brennkammer 3 erzeugte Heissgas 12 gelangt zur Gasturbine 4 und wird dort arbeitleistend entspannt.According to FIG. 1, the combined cycle power plant has a gas turbine system 1 , the exhaust gas 6 of which is fed to a waste heat boiler 7 . The gas turbine system 1 consists of a compressor 2 , a combustion chamber 3 and a gas turbine 4 . The gas turbine 4 , the compressor 2 and the generator 5 are arranged on a common shaft 8 . The gas turbine 4 drives both the compressor 2 and the generator 5 via this common shaft 8 . The Ga sturbinenanlage 1 and the generator 5 are referred to as a gas turbine set. The air supplied to the compressor 2 via an intake air line 9 arrives after compression in the compressor 2 as combustion air 10 in the combustion chamber 3 . In the combustion chamber 3 , fuel supplied via the fuel line 11 is burned. The hot gas 12 generated in the combustion chamber 3 reaches the gas turbine 4 and is expanded there in a work-performing manner.
Eine Gasturbinenanlage kann auch mehrere Brennkammern und mehrere Gasturbinen auf weisen. So sind beispielsweise bei Gasturbinenanlagen mit sequentieller Verbrennung einer Hochdruckbrennkammer mit Hochdruckturbine eine Niederdruckbrennkammer mit Nieder druckturbine nachgeschaltet. Auch kann eine Gasturbinenanlage mehrere Verdichter aufwei sen.A gas turbine system can also have multiple combustion chambers and multiple gas turbines point. For example, in gas turbine plants with sequential combustion are one High pressure combustion chamber with high pressure turbine a low pressure combustion chamber with low downstream of the pressure turbine. A gas turbine system can also have several compressors sen.
Der im Abhitzekessel 7 in mehreren Druckstufen erzeugte Dampf wird über die jeweiligen Frischdampfleitungen 30, 37, 42 einer Dampfturbinenanlage 13 zugeführt. Der Hochdruck dampf wird nach dessen Abarbeitung in der Hochdruckdampfturbine 14 der Dampfturbinen anlage 13 über die kalte Zwischenüberhitzerdampfleitung 16 dem Zwischenüberhitzer 17 des Abhitzekessels 7 zugeführt, dort überhitzt und über die heisse Zwischenüberhitzerdampflei tung 18 gemeinsam mit dem Mitteldruckdampf der Mitteldruck-/Niederdruckdampfturbine 15 der Dampfturbinenanlage 13 zugeführt.The steam generated in the waste heat boiler 7 in a plurality of pressure stages is fed to a steam turbine system 13 via the respective live steam lines 30 , 37 , 42 . The high pressure steam is after its processing in the high pressure steam turbine 14 of the steam turbine system 13 via the cold reheater steam line 16 to the reheater 17 of the waste heat boiler 7 , where it overheats and via the hot reheater steam line 18 together with the medium pressure steam of the medium pressure / low pressure steam turbine 13 of the steam turbine 15 fed.
Diese Dampfturbinenanlage 13 besteht aus einer Hochdruckdampfturbine 14 und einer Mit teldruck-/Niederdruckdampfturbine 15. Im vorliegenden Fall treibt die Dampfturbinenanlage 13 über eine Kupplung 19 ebenfalls den Generator 5 an. In Fällen in denen sich die Gasturbi nenanlage 1 und die Dampfturbinenanlage 13 mit dem Generator 5 auf einer Welle 8 befin den, spricht man auch von Einwellenanlagen. Verfügt die Gasturbinenanlage, bestehend aus Verdichter 2, Brennkammer 3 und Gasturbine 4, und die Dampfturbinenanlage 13 jeweils über einen eigenen Generator 5, so wird dies als eine Mehrwellenanlage bezeichnet. In Ana logie zum Gasturbosatz (Gasturbinenanlage und Generator) spricht man bei einer Dampftur binenanlage mit Generator auch vom Dampfturbosatz. Bei Mehrwellenanlagen können auch mehr als ein Gasturbosatz mit zugehörigem Abhitzekessel mit beispielsweise einem Dampf turbosatz kombiniert sein.This steam turbine system 13 consists of a high-pressure steam turbine 14 and a medium-pressure / low-pressure steam turbine 15 . In the present case, the steam turbine system 13 also drives the generator 5 via a clutch 19 . In cases in which the gas turbine system 1 and the steam turbine system 13 with the generator 5 are on the shaft 8 , one also speaks of single-shaft systems. If the gas turbine system, consisting of compressor 2 , combustion chamber 3 and gas turbine 4 , and the steam turbine system 13 each have their own generator 5 , this is referred to as a multi-shaft system. In analogy to the gas turbine set (gas turbine system and generator), one also speaks of a steam turbine set with a steam turbine system. In multi-shaft systems, more than one gas turbine set with associated waste heat boiler can be combined with, for example, a steam turbo set.
Der in der Dampfturbinenanlage 13 abgearbeitete Dampf strömt in einen Kondensator 20. Nach der Kondensation des Abdampfes im Kondensator 20 wird das Kondensat von der Kondensatpumpe 21 zum Speisewasserbehälter/Entgaser 22 gefördert, dort entgast und ge speichert.The steam processed in the steam turbine plant 13 flows into a condenser 20 . After the condensation of the exhaust steam in the condenser 20 , the condensate is conveyed from the condensate pump 21 to the feed water tank / degasser 22 , degassed there and stored ge.
Vom Speisewasserbehälter/Entgaser 22 wird mittels der Hochdruckspeisewasserpumpe 23 Speisewasser zu einem Hochdruckeconomizer I 24 gefördert, strömt danach zum Hochdruckeconomizer II 25, zum Hochdruckeconomizer III 26 und von diesem zur Hochdruckdampf trommel 27. Die Hochdruckdampftrommel 27 steht mit dem Hochdruckverdampfer 28 in Ver bindung. Weiter folgt der Hochdruckdampftrommel 27 ein Hochdrucküberhitzer 29, an wel chem die Hochdruckfrischdampfleitung 30 anschliesst, die zur Hochdruckdampfturbine 14 der Dampfturbinenanlage 13 führt.From the feed water tank / degasser 22 , feed water is conveyed to a high pressure economizer I 24 by means of the high pressure feed water pump 23 , then flows to the high pressure economizer II 25 , to the high pressure economizer III 26 and from there to the high pressure steam drum 27 . The high-pressure steam drum 27 communicates with the high-pressure evaporator 28 in connection Ver. The high-pressure steam drum 27 is followed by a high-pressure superheater 29 , to which the high-pressure fresh steam line 30 connects, which leads to the high-pressure steam turbine 14 of the steam turbine system 13 .
Vom Speisewasserbehälter/Entgaser 22 wird mittels der Mitteldruckspeisewasserpumpe 31 Speisewasser zu einem Mitteldruckeconomizer I 32 gefördert, strömt danach zum Mitteldruc keconomizer 11 33 und von diesem zur Mitteldruckdampftrommel 34. Die Mitteldruckdampf trommel 34 steht mit dem Mitteldruckverdampfer 35 in Verbindung. Weiter folgt der Mittel druckdampftrommel 34 ein Mitteldrucküberhitzer 36, an welchem die Mitteldruckfrisch dampfleitung 37 anschliesst, die zur Mitteldruck-/Niederdruckdampfturbine 15 der Dampftur binenanlage 13 führt.From the feed water tank / degasser 22 , feed water is conveyed to a medium pressure economizer I 32 by means of the medium pressure feed water pump 31 , then flows to the medium pressure keconomizer 11 33 and from there to the medium pressure steam drum 34 . The medium pressure steam drum 34 is connected to the medium pressure evaporator 35 . Next follows the medium pressure steam drum 34, a medium pressure superheater 36 , to which the medium pressure fresh steam line 37 connects, which leads to the medium pressure / low pressure steam turbine 15 of the steam turbine system 13 .
Vom Speisewasserbehälter/Entgaser 22 wird mittels der Niederdruckspeisewasserpumpe 38 Speisewasser zu einem Niederdruckeconomizer 39 gefördert und strömt von diesem zur Nie derdruckdampftrommel 40. Die Niederdruckdampftrommel 40 steht mit dem Niederdruckver dampfer 41 in Verbindung. An der Niederdruckdampftrommel 40 schliesst die Niederdruck frischdampfleitung 42 an, die ebenfalls zur Dampfturbinenanlage 13 führt. Der Niederdruck dampf dient ebenfalls zur Entgasung des Kondensates im Speisewasserbehälter/Entgaser 22.From the feed water tank / degasser 22 , feed water is conveyed to a low pressure economizer 39 by means of the low pressure feed water pump 38 and flows from the latter to the low pressure steam drum 40 . The low pressure steam drum 40 is connected to the Niederdruckver steamer 41 . The low-pressure fresh steam line 42 connects to the low-pressure steam drum 40 and also leads to the steam turbine system 13 . The low pressure steam also serves to degas the condensate in the feed water tank / degasser 22 .
Der Hochdruckeconomizer I 24, der Hochdruckeconomizer II 25, der Hochdruckeconomizer III 26, die Hochdruckdampftrommel 27, der Hochdruckverdampfer 28 und der Hochdruck überhitzer 29 bilden zusammen ein bei einer ersten Druckstufe arbeitendes Hochdruck dampfsystem.The high pressure economizer I 24, the high pressure economizer II 25 , the high pressure economizer III 26 , the high pressure steam drum 27 , the high pressure evaporator 28 and the high pressure superheater 29 together form a high pressure steam system working at a first pressure stage.
Der Mitteldruckeconomizer I 32, der Mitteldruckeconomizer II 33, die Mitteldruckdampftrom mel 34, der Mitteldruckverdampfer 35 und der Mitteldrucküberhitzer 36 bilden zusammen ein bei einer zweiten Druckstufe arbeitendes Mitteldruckdampfsystem.The medium-pressure economizer I 32, the medium-pressure economizer II 33 , the medium-pressure steam drum 34 , the medium-pressure evaporator 35 and the medium-pressure superheater 36 together form a medium-pressure steam system working at a second pressure stage.
Der Niederdruckeconomizer 39, die Niederdruckdampftrommel 40 und der Niederdruckver dampfer 41 bilden zusammen ein bei einer dritten Druckstufe arbeitendes Niederdruck dampfsystem.The low pressure economizer 39 , the low pressure steam drum 40 and the Niederdruckver steamer 41 together form a low pressure steam system working at a third pressure level.
Im vorliegenden Fall wurde ein Abhitzekessel bestehend aus Trommel-Umlaufverdampfern beschrieben. Daher wird das durch die Economizer der jeweiligen Druckstufe vorgewärmte Speisewasser in die Dampftrommel gefördert. Das Trommelwasser wird im System Dampf trommel-Verdampfer umgewälzt und dabei anteilig verdampft. In der Dampftrommel erfolgt die Separation von Wasser und Dampf. Das Wasser wird erneut dem Verdampfer zugeführt, während der Dampf direkt oder über einen möglicherweise vorhandenen Überhitzer zur Dampfturbinenanlage gelangt. In the present case, a waste heat boiler consisting of drum circulation evaporators described. Therefore, the economizer of the respective pressure level is preheated Feed water conveyed into the steam drum. The drum water becomes steam in the system drum evaporator circulated and partially evaporated. In the steam drum the separation of water and steam. The water is fed back to the evaporator, while the steam is supplied directly or via a possibly existing superheater Steam turbine plant arrives.
Nach dem Durchströmen des Abhitzekessels 7 gelangt das Abgas 6 schliesslich über einen Kamin 43 ins Freie.After flowing through the waste heat boiler 7 , the exhaust gas 6 finally reaches the outside via a chimney 43 .
Zum Wasser-/Dampf-Kreislauf gehören im wesentlichen der Abhitzekessel 7, die Dampfturbi nenanlage 13, der Kondensator 20, der Speisewasserbehälter/Entgaser 22 sowie die Pum pen, verbindenden Rohrleitungen usw. Im vorliegenden Fall befindet sich unmittelbar in der Abgasleitung 6 zwischen Gasturbine 4 und Abhitzekessel 7 eine Zusatzfeuerung 44 mit der entsprechenden Brennstoffleitung 45. Mittels dieser Zusatzfeuerung 44 kann das Abgas 6 der Gasturbine 4 erforderlichenfalls nachbeheizt werden, wobei für die Verbrennung der im Abgas 6 vorhandene Restsauerstoff genutzt wird. Da die Zusatzfeuerung 44 nur in Betrieb ist, wenn die Gasturbinenanlage 1 in Betrieb ist, kommt diese zunächst ohne Frischlüfter aus. Selbstverständlich kann die Zusatz feuerung 44 aber auch mit einem eigenen Frischlüfter ausgerüstet sein, falls dies aus kon struktiven, wirtschaftlichen oder betrieblichen Gründen vorteilhaft ist.To the water / steam cycle essentially include the waste heat boiler 7 , the Dampfturbi nenanlage 13 , the condenser 20 , the feed water tank / degasser 22 and the Pum pen, connecting pipes, etc. In the present case is located directly in the exhaust pipe 6 between gas turbine 4th and waste heat boiler 7 an additional firing 44 with the corresponding fuel line 45 . By means of this additional firing 44 , the exhaust gas 6 of the gas turbine 4 can be reheated if necessary, the residual oxygen present in the exhaust gas 6 being used for the combustion. Since the additional firing 44 is only in operation when the gas turbine system 1 is in operation, it initially does not require a fresh fan. Of course, the additional firing 44 can also be equipped with its own fresh fan if this is advantageous for structural, economic or operational reasons.
Neben dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 mit einer Zusatzfeuerung 44 zwi schen Gasturbine 4 und Abhitzekessel 7 kann die Zusatzfeuerung 44 auch innerhalb des Abhitzekessels 7 vorzugsweise in Strömungsrichtung vor einer jeweiligen Druckstufe ange ordnet sein, wie dies in Fig. 2 am Beispiel der Zusatzfeuerung 44a ersichtlich ist. Auch kön nen mehrere Zusatzfeuerungen vor den jeweiligen Druckstufen angeordnet sein.In addition to the illustrated embodiment of FIG. 1 with an additional firing 44 between the gas turbine 4 and waste heat boiler 7 , the additional firing 44 can also be arranged within the waste heat boiler 7 preferably in the flow direction upstream of a respective pressure stage, as shown in FIG. 2 using the example of the additional firing 44 a can be seen. Also, several additional firing devices can be arranged before the respective pressure levels.
Wie bereits erwähnt, sind moderne Gasturbinenanlagen aus Gründen guter Teillasteigen schaften, d. h. eines hohen Teillaslwirkungsgrades, so ausgelegt, dass diese in einem weiten oberen Leistungsbereich mit Auslegungstemperatur betrieben werden. Innerhalb dieses Lei stungsbereiches erfolgt die Leistungsregelung durch eine Regelung des Massenstromes der Ansaugluft mittels verstellbarer Leitschaufeln am Verdichtereintritt in Verbindung mit der Re gelung der Brennstoffwärmeleistung. Bei Nennleistung sind die Möglichkeiten über den Luft massenstrom ausgeschöpft.As already mentioned, modern gas turbine systems are for good partial load reasons shafts, d. H. a high partial efficiency, designed so that this in a wide upper performance range can be operated at design temperature. Within that lei performance range takes place by regulating the mass flow of Intake air using adjustable guide vanes at the compressor inlet in connection with the Re regulation of the fuel heat output. At rated power, the options are above the air mass flow exhausted.
Moderne Kombikraftwerke sind heute die Kraftwerke mit dem höchsten Wirkungsgrad. Im Bereich der konventionellen Kraftwerke garantieren sie eine äusserst wirtschaftliche Stromer zeugung. Die Kombikraftwerke werden daher vorzugsweise bei Nennleistung betrieben.Modern combined cycle power plants are the power plants with the highest efficiency today. in the In the area of conventional power plants, they guarantee an extremely economical Stromer generation. The combined cycle power plants are therefore preferably operated at nominal power.
Aus den dargelegten Auslegungen und Fahrweisen einer Gasturbinenanlage bzw. eines
Kombikraftwerkes folgt:
From the described designs and modes of operation of a gas turbine plant or a combined cycle power plant it follows:
- 1. Bei einer Leistungserhöhung im Bereich unterhalb der oberen Prozesstemperaturen kann es lediglich aus regelungstechnischen und Genauigkeitsgründen sowie beim Verlassen der Fahrregime des Normalbetriebes zu zeitlich begrenzten Überschreitungen der maximal zu lässigen oberen Prozesstemperaturen kommen. 1. With an increase in performance in the range below the upper process temperatures can it only for control and accuracy reasons and when leaving the Driving regime of normal operation to exceed the maximum for a limited time casual upper process temperatures.
- 2. Bei einer Leistungserhöhung im Bereich der bereits gefahrenen oberen Prozesstemperatu ren kommt es beim Verlassen der Fahrregime des Normalbetriebes zwangsläufig zu Über schreitungen der maximal zulässigen oberen Prozesstemperaturen.2. When there is an increase in output in the area of the upper process temperature that has already been driven Ren is inevitable when leaving the driving regime of normal operation violations of the maximum permissible upper process temperatures.
- 3. Eine Leistungserhöhung über die Nennleistung hinaus bzw. beginnend bei Nennleistung ist ausschliesslich durch ein Überfeuern der Gasturbinenanlage möglich. Durch die damit ver bundene enorme Überlastung insbesondere des Heissgaspfades ist der Betrieb einer Ga sturbinenanlage oberhalb der Nennleistung nur zeitlich stark begrenzt möglich oder sinnvoll.3. An increase in output beyond the nominal output or starting with the nominal output only possible by overfiring the gas turbine system. By ver tied enormous overload especially of the hot gas path is the operation of a Ga turbine system above the nominal power is only possible for a limited time or makes sense.
Aus diesen Gründen ist es nicht sinnvoll möglich, ohne weitergehende Modifikationen und spezielle Fahrweisen ein Kombikraftwerk oberhalb der Nennleistung bzw. der Grenzdauerlei stung zu betreiben. Es werden deshalb für das hier zu beschreibende Verfahren auch zusätz lich wenigstens eine Zusatzfeuerung 44 und Mittel zur Ansaugluftkühlung 46 vorgesehen. Fig. 2 zeigt auf der einen Seite eine Zusatzfeuerung 44a, welche im Abhitzekessel 7 vor dem Mitteldruckverdampfer 35 angeordnet ist. Ausserdem umfasst die Anlage in der An saugluftleitung 9 Mittel zur Ansaugluftkühlung 46 der Gasturbinenanlage 1.For these reasons, it is not sensible to operate a combined cycle power plant above the nominal power or the limit continuous power without further modifications and special driving styles. There are therefore at least one additional firing 44 and means for intake air cooling 46 are also provided for the method to be described here. Fig. 2 shows on one side an additional firing 44 a, which is arranged in the waste heat boiler 7 in front of the medium pressure evaporator 35 . In addition, the system in the intake air line 9 includes means for intake air cooling 46 of the gas turbine system 1 .
Bei einer Leistungssteigerung mittels Zusatzfeuerung 44 wird mittels der über die Zusatzfeue rung 44 eingebrachte Wärme das Abgas 6 der Gasturbinenanlage 1 zusätzlich erwärmt. Die se Temperaturerhöhung des Abgases 6 kann nun entweder dazu genutzt werden, die Para meter oder den Massenstrom des im Abhitzekessel 7 erzeugten Frischdampfes zu erhöhen. Über beide Wege lässt sich die Leistung der Dampfturbinenanlage 13 und damit des Kom bikraftwerkes erhöhen. Die Leistungssteigerung mittels Zusatzfeuerung 44 ist theoretisch nicht begrenzt. Da bei einem Kombikraftwerk der Kombiwirkungsgrad grösser als der Wir kungsgrad des Dampfprozesses ist, führt eine Leistungssteigerung mittels Zusatzfeuerung, abgesehen von einigen Ausnahmen, üblicherweise zu einer Verringerung des Kombiwir kungsgrades. Ferner sind der Leistungserhöhung mittels Zusatzfeuerung 44 durch die Ausle gung insbesondere des Wasser-/Dampf-Kreislaufes aber beispielsweise auch der elektri schen Anlagen beginnend beim Generator technische und wirtschaftliche Grenzen gesetzt. Die Leistungserhöhung mittels Zusatzfeuerung 44 beschränkt sich daher auf Werte bis etwa 20% vorzugsweise auf Werte bis 10% bezogen auf Nennleistung.With an increase in performance by means of additional firing 44 , the exhaust gas 6 of the gas turbine system 1 is additionally heated by means of the heat introduced via the additional firing 44 . The se temperature increase of the exhaust gas 6 can now be used either to increase the parameters or the mass flow of the live steam generated in the waste heat boiler 7 . The output of the steam turbine plant 13 and thus of the combined cycle power plant can be increased in both ways. The increase in performance by means of additional firing 44 is theoretically not limited. Since the combined efficiency of a combined cycle power plant is greater than the efficiency of the steam process, an increase in output using additional firing, with a few exceptions, usually leads to a reduction in the combined efficiency. Furthermore, the increase in output by means of additional firing 44 due to the design, in particular of the water / steam cycle, but also, for example, of the electrical systems starting with the generator, has technical and economic limits. The increase in output by means of additional firing 44 is therefore limited to values up to approximately 20%, preferably to values up to 10% based on the nominal output.
Bei einer Leistungssteigerung mittels Ansaugluftkühlung 46 wird durch die Abkühlung der Ansaugluft 9 und die damit verbundene Erhöhung der Dichte der Ansaugluft 9 deren Mas senstrom erhöht. Über die Erhöhung des Massenstromes des Arbeitsmittels erhöht sich die Leistung der Gasturbinenanlage 1. Die Leistungssteigerung mittels Ansaugluftkühlung 46 ist durch die Auslegung der Gasturbinenanlage 1 begrenzt. In Abhängigkeit der Umgebungsbe dingungen führt eine Leistungssteigerung mittels Ansaugluftkühlung, abgesehen von einigen Ausnahmen, üblicherweise zu keiner signifikanten Veränderung des Kombiwirkungsgrades. Ferner sind der Leistungssteigerung mittels Ansaugluftkühlung nicht nur durch die Auslegung der Gasturbinenanlage sondern beispielsweise auch der elektrischen Anlagen beginnend beim Generator technische und wirtschaftliche Grenzen gesetzt. Die Leistungssteigerung mittels Ansaugluftkühlung beschränkt sich daher auf Werte bis etwa 5% vorzugsweise auf Werte bis 2,5% bezogen auf Nennleistung.With an improvement in performance by 46 Intake air of the intake air 9 and the associated increase in the density of the intake air is 9 increases their Mas senstrom by cooling. The output of the gas turbine system 1 increases by increasing the mass flow of the working fluid. The increase in performance by means of intake air cooling 46 is limited by the design of the gas turbine system 1 . Depending on the ambient conditions, an increase in performance by means of intake air cooling usually does not lead to a significant change in the combined efficiency, with a few exceptions. Furthermore, the increase in performance by means of intake air cooling is subject to technical and economic limits not only through the design of the gas turbine system but also, for example, also of the electrical systems starting with the generator. The increase in performance by means of intake air cooling is therefore limited to values of up to about 5%, preferably to values of up to 2.5% based on the nominal output.
Bei Realisierung entsprechender Massnahmen insbesondere die Auslegung betreffend, kön nen die Massnahmen der Zusatzfeuerung und der Ansaugluftkühlung dazu genutzt werden, um im Bedarfsfalle Leistungssteigerungen des Kombikraftwerkes bis etwa 25% vorzugswei se bis 12,5% bezogen auf Nennleistung zu erreichen.If appropriate measures are implemented, in particular regarding the design, the measures of the additional firing and the intake air cooling are used to to preferably increase the output of the combined cycle power plant by up to about 25% if necessary to achieve up to 12.5% based on nominal power.
Eine Leistungssteigerung über die Nennleistung hinaus ist beispielsweise durch Überlastung, durch Ausnutzung vorhandener Reserven oder beispielsweise durch eine vergrösserte Aus legung der einzelnen Komponenten bzw. Systeme möglich. Die Möglichkeiten können in Ab hängigkeit der jeweiligen Komponente bzw. Systems sehr unterschiedlich sein.An increase in output beyond the nominal output is, for example, due to overload, through the use of existing reserves or, for example, through an enlarged outage individual components or systems can be laid. The possibilities can be seen in Ab dependency of the respective component or system can be very different.
Zunächst muss die Gasturbinenanlage hinsichtlich ihrer Auslegung in einem möglichst weiten Bereich der Umgebungsbedingungen eine leistungssteigernde Ansaugluftkühlung ermögli chen.First of all, the gas turbine system must be as wide as possible in terms of its design In the area of the ambient conditions, a performance-increasing intake air cooling is possible chen.
Dampfturbinen erreichen häufig bei Nennleistung ihre Schluckfähigkeit nicht. D. h. die Dampfturbinen können auf Kosten eines sinkenden Wirkungsgrades zum Teil deutlich über dem Nenndampfmassenstrom liegende Dampfmassenströme verarbeiten und damit Mehrlei stung abgeben. Man kann die Hochdruck- und Mitteldruck-/Niederdruckdampfturbine 14, 15, wie mit der vergrössert gezeichneten Auslegung 47, 48, jedoch auch auf grössere Dampf massenströme auslegen. Analoge Verhältnisse gelten auch bei vielen anderen Komponen ten. So würde beispielsweise beim Kondensator ein erhöhter Abdampfmassenstrom lediglich zu Lasten des Vakuums gehen. Weitere Komponenten werden unabhängig von konkreten Kraftwerken in bestimmten Leistungsgrössen hergestellt. Dies gilt beispielsweise für den Ge nerator. Entweder der Generator verfügt ohnehin über Reserven oder man verbessert zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit seine Kühlung oder man installiert eine leistungsstärkere Ausführung.Steam turbines often fail to swallow at rated power. That is, The steam turbines can process steam mass flows that are in part significantly higher than the nominal steam mass flow at the expense of a lower efficiency and thus deliver more power. One can design the high-pressure and medium-pressure / low-pressure steam turbine 14 , 15 , as with the enlarged design 47 , 48 , but also for larger steam mass flows. Analogous relationships also apply to many other components. For example, in the case of a condenser, an increased exhaust mass flow would only be at the expense of the vacuum. Other components are manufactured in specific output sizes regardless of specific power plants. This applies, for example, to the generator. Either the generator has reserves anyway, you can improve its cooling to increase performance, or you can install a more powerful version.
Der Abhitzekessel ist logischerweise mit einer Zusatzfeuerung auszurüsten. Der Abhitzekes sel und die Zusatzfeuerung sind in vorteilhafter Weise so zu gestalten, auszulegen und zu betreiben, dass zum Zwecke der Leistungssteigerung ein erhöhter Dampfmassenstrom ge fahren werden kann. Dieses Konzept bietet gegenüber einer Erhöhung der Dampfparameter den Vorteil, Abhitzekessel, Dampfturbinen, Rohrleitungen usw. nicht für höhere Parameter auslegen zu müssen.The waste heat boiler is logically equipped with additional firing. The heat sink sel and the additional firing are advantageously designed, designed and to operate that for the purpose of increasing performance an increased steam mass flow ge can be driven. This concept offers an increase in steam parameters the advantage of waste heat boilers, steam turbines, pipes, etc. not for higher parameters to have to interpret.
Auch der Wasser-/Dampf-Kreislauf muss den erhöhten Massenströmen bei Betrieb der Zu satzfeuerung Rechnung tragen. Ist dies beispielsweise bei den Rohrleitungen möglicherweise allein durch höhere Strömungsgeschwindigkeiten möglich, so muss beispielsweise die Ausle gung der Pumpen den veränderlichen Bedingungen Rechnung tragen. The water / steam cycle also has to cope with the increased mass flows during operation of the Zu Take into account the set firing. For example, this may be the case with the pipes Possible only through higher flow velocities, for example the deflection the changing conditions.
Die für die Erhöhung der Leistung eines Kombikraftwerkes über die Nennleistung hinaus er forderlichen Mehrinvestitionen für die Zusatzfeuerung und die Ansaugluftkühlung sowie alle weiteren Anpassungen sind jedoch deutlich geringer als die Mehrinvestitionen für ein auf die entsprechende erhöhte Leistung ausgelegtes Kraftwerk. Eine Leistungssteigerung des Kom bikraftwerkes mittels Zusatzfeuerung und Ansaugluftkühlung ist dann wirtschaftlich besonders vorteilhaft, je häufiger und je kürzer die zu erwartenden Überlastfahrweisen sind. Investitio nen in Zusatzleistungen zur Abdeckung von Spitzenlasten sind wirtschaftlich immer weniger sinnvoll, je geringer die Benutzungsstunden für diese Zusatzleistungen sind.He for increasing the output of a combined cycle power plant beyond the nominal output required additional investments for the additional firing and the intake air cooling as well as all However, further adjustments are significantly less than the additional investments for one on the corresponding increased output designed power plant. A performance increase of the com The bi-power plant using additional firing and intake air cooling is then economically special advantageous, the more often and the shorter the overload modes to be expected. Investitio Additional services to cover peak loads are becoming less and less economical useful, the lower the hours of use for these additional services.
Die erhöhten Betriebskosten bei Betrieb der Zusatzfeuerung und Ansaugluftkühlung resultie ren aus dem erhöhten Brennstoffeinsatz und im Falle der Ansaugluftkühlung aus dem Betrieb von Kühlanlagen und/oder dem Bedarf an Kühlmedium.The increased operating costs when operating the auxiliary firing and intake air cooling result from the increased use of fuel and, in the case of intake air cooling, from operation of cooling systems and / or the need for cooling medium.
Der Aufbau des beschriebenen Wasser-/Dampf-Kreislaufes, des Abhitzekessels 7, der Ga
sturbinenanlage 1 und der Dampfturbinenanlage 13 ist lediglich als ein Beispiel zu betrach
ten, da wie allgemein bekannt ist, derartige Komponenten bzw. Systeme sehr unterschiedlich
ausgebildet sein können. Für den Erfindungsgedanken ist lediglich wesentlich, dass sich
The structure of the water / steam circuit described, the waste heat boiler 7 , the Ga sturbinenanlage 1 and the steam turbine system 13 is only to be considered as an example, since, as is generally known, such components or systems can be designed very differently. For the idea of the invention it is only essential that
- - zwischen Gasturbine 4 und Abhitzekessel 7, d. h. in der Abgasleitung 6,- Between gas turbine 4 and waste heat boiler 7 , ie in the exhaust pipe 6 ,
- - innerhalb des Abhitzekessels 7 oder- Inside the waste heat boiler 7 or
- - dem Abhitzekessel 7 beigestellt- Provided the waste heat boiler 7
eine Zusatzfeuerung an additional firing
4444
befindet, und dass Mittel vorgesehen werden, welche es erlauben, die Ansaugluft der Gasturbinenanlage and that means are provided which allow the intake air of the gas turbine system
11
zu kühlen.to cool.
Die Kraftwerksanlage wird nun wie folgt gefahren:
The power plant is now operated as follows:
- 1. In lastschwachen Zeiten mit geringen Stromvergütungen wird das Kombikraftwerk in einem Leistungsbereich mit maximalem Wirkungsgrad, d. h. mit niedrigsten variablen Kosten (ohne Zusatzfeuerung und ohne Ansaugluftkühlung) gefahren.1. In low-load times with low electricity tariffs, the combined cycle power plant in a performance range with maximum efficiency, d. H. with lowest variables Costs (without additional firing and without intake air cooling).
- 2. In Zeiten mittlerer Last mit erhöhten Stromvergütungen fährt das Kombikraftwerk mit Zusatzfeuerung und/oder Ansaugluftkühlung, d. h. in einem Leistungsbereich oberhalb der Nennleistung und damit erhöhten variablen Kosten.2. In times of medium load with increased electricity tariffs, the combined cycle power plant is included Additional firing and / or intake air cooling, d. H. in a performance range above the nominal output and thus increased variable costs.
- 3. In Spitzenlastzeiten sowie zum Zwecke von "primary" und "secondary response" mit höchsten Stromvergütungen fährt das Kombikraftwerk mit Zusatzfeuerung und Ansaug luftkühlung im Bereich der Grenzleistung und damit bei hohen variablen Kosten.3. During peak load times and for the purpose of "primary" and "secondary response" with The combined-cycle power plant with the additional firing and intake runs the highest electricity tariffs air cooling in the range of the maximum capacity and thus with high variable costs.
Dabei können Zusatzfeuerung und/oder Ansaugluftkühlung je nach den konkreten Randbe dingungen durchaus in unterschiedlicher Reihenfolge aber auch in Kombination auf "niedrige rem Leistungsniveau" zum Einsatz gelangen. Zusatzfeuerung und/oder Ansaugluftkühlung können beispielsweise in Zeiten sehr geringer Brennstoffpreise auch dazu eingesetzt werden, um die Gasturbinenanlage bei abgesenkten Prozesstemperaturen schonend zu fahren. Additional firing and / or intake air cooling can be used depending on the specific edge conditions in different order but also in combination to "low rem power level "are used. Additional combustion and / or intake air cooling can also be used, for example, in times of very low fuel prices, to drive the gas turbine plant gently at reduced process temperatures.
Zusätzlich zu den obengenannten Mitteln kann das Kombikraftwerk auch noch eine Dampf einspritzung aufweisen, welche ähnlich der Ansaugluftkühlung den Massenstrom in der Ga sturbinenanlage und damit die Leistung der Gasturbinenanlage erhöht. Die Dampfeinsprit zung kann dabei in den Verdichter, in die Brennkammer, in die Gasturbine oder dazwischen angeordnete Pfade erfolgen. Diese Dampfeinspritzung kann in den obigen Fahrweisen, ins besondere bei mittlerer Last oder Spitzenlast, zusätzlich zum Einsatz gelangen, sofern die Auslegung der Anlage dies gestattet. In addition to the means mentioned above, the combined cycle power plant can also use steam Have injection, which similar to the intake air cooling, the mass flow in the Ga turbine system and thus the performance of the gas turbine system increased. The steam injection Tongue can be in the compressor, in the combustion chamber, in the gas turbine or in between arranged paths are done. This steam injection can ins especially with medium load or peak load, if the Design of the facility allows this.
11
Gasturbinenanlage (bestehend aus Gas turbine plant (consisting of
22
, .
33
, .
44
)
)
22
Verdichter
compressor
33
Brennkammer
combustion chamber
44
Gasturbine
gas turbine
55
Generator
generator
66
Abgas, Abgasleitung
Exhaust gas, exhaust pipe
77
Abhitzekessel
waste heat boiler
88th
(gemeinsame) Welle
(common) wave
99
Ansaugluft, Ansaugluftleitung
Intake air, intake air line
1010
Verbrennungsluft
combustion air
1111
Brennstoffleitung (für Brennkammer Fuel line (for combustion chamber
33
)
)
1212
Heissgas
hot gas
1313
Dampfturbinenanlage (bestehend aus Steam turbine plant (consisting of
1414
, .
1515
)
)
1414
Hochdruckdampfturbine
High pressure steam turbine
1515
Mitteldruck-/Niederdruckdampfturbine
Medium-pressure / low-pressure steam turbine
1616
Kalte Zwischenüberhitzerdampfleitung
Cold reheater steam line
1717
Zwischenüberhitzer
Reheater
1818
Heisse Zwischenüberhitzerdampfleitung
Hot reheater steam line
1919
Kupplung
clutch
2020
Kondensator
capacitor
2121
Kondensatpumpe
condensate pump
2222
Speisewasserbehälter/Entgaser
Feedwater vessel / degassing
2323
Hochdruckspeisewasserpumpe
High-pressure feed water pump
2424
Hochdruckeconomizer I
High pressure economizer I
2525
Hochdruckeconomizer II
High pressure economizer II
2626
Hochdruckeconomizer III
High pressure economizer III
2727
Hochdruckdampftrommel
High-pressure steam drum
2828
Hochdruckverdampfer
High pressure evaporator
2929
Hochdrucküberhitzer
High-pressure superheater
3030
Hochdruckfrischdampfleitung
High-pressure steam line
3131
Mitteldruckspeisewasserpumpe
Medium pressure feed water pump
3232
Mitteldruckeconomizer I
Medium pressure economizer I
3333
Mitteldruckeconomizer II
Medium pressure economizer II
3434
Mitteldruckdampftrommel
Medium pressure steam drum
3535
Mitteldruckverdampfer
Medium-pressure evaporator
3636
Mitteldrucküberhitzer
Medium pressure superheater
3737
Mitteldruckfrischdampfleitung
Medium pressure steam line
3838
Niederdruckspeisewasserpumpe
Low-pressure feed water pump
3939
Niederdruckeconomizer
Niederdruckeconomizer
4040
Niederdruckdampftrommel
Low-pressure steam drum
4141
Niederdruckverdampfer
Low-pressure evaporator
4242
Niederdruckfrischdampfleitung
Low-pressure steam line
4343
Kamin
stack
4444
Zusatzfeuerung
supplementary firing
4545
Brennstoffleitung (für Zusatzfeuerung Fuel line (for additional firing
4444
)
)
4646
Ansaugluftkühlung
Intake air cooling
4747
Vergrösserte Auslegung von Enlarged interpretation of
1414
4848
Vergrösserte Auslegung von Enlarged interpretation of
1515
Claims (15)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10124494A DE10124494A1 (en) | 2001-05-19 | 2001-05-19 | Operating combination power plant for different demands involves no additional exhaust gas heating or induction air cooling for low loads, one or both for medium loads, both for peak loads |
| PCT/IB2002/001693 WO2002101205A1 (en) | 2001-05-19 | 2002-05-08 | Method for the operation of a combined power station |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE10124494A DE10124494A1 (en) | 2001-05-19 | 2001-05-19 | Operating combination power plant for different demands involves no additional exhaust gas heating or induction air cooling for low loads, one or both for medium loads, both for peak loads |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE10124494A1 true DE10124494A1 (en) | 2002-11-28 |
Family
ID=7685431
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| DE10124494A Withdrawn DE10124494A1 (en) | 2001-05-19 | 2001-05-19 | Operating combination power plant for different demands involves no additional exhaust gas heating or induction air cooling for low loads, one or both for medium loads, both for peak loads |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE10124494A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1854963A3 (en) * | 2005-12-09 | 2007-11-21 | General Electric Company | Methods and apparatus for electric power grid frequency stabilization |
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-
2001
- 2001-05-19 DE DE10124494A patent/DE10124494A1/en not_active Withdrawn
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| US7608938B2 (en) | 2006-10-12 | 2009-10-27 | General Electric Company | Methods and apparatus for electric power grid frequency stabilization |
| CN101162883B (en) * | 2006-10-12 | 2012-07-04 | 通用电气公司 | Methods and apparatus for electric power grid frequency stabilization |
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