DE3302733C2 - Verfahren zum Ändern der Gesamtleistung einer kombinierten Gas-Dampfturbinenanlage als Antrieb der Arbeitsmaschinen in einem Kraftwerk oder in einer Pumpstation einer Erdgas- oder Erdölfernleitung - Google Patents

Abstract

Verfahren und Einrichtung zur Änderung der Gesamtleistung einer kombinierten Gasturbinen-Dampfturbinenanlage als Antrieb in einem Kraftwerk oder in einer Kompressorstation an einer Erdgas- oder Erdölfernleitung. Die kombinierte Gasturbinen-Dampfturbinenanlage weist eine oder zwei gasturbinengetriebene Arbeitsmaschine(n) und eine bzw. eine oder zwei zugeordnete dampfmaschinengetriebene Arbeitsmaschinen auf. Jeder Gasturbine ist ein Abhitzekessel mit einer Zusatzfeuerung zugeordnet. Jede Dampfturbine ist derart ausgelegt, daß sie mit Dampfarten unterschiedlicher Dampfparameter bei gleichbleibender Leistung betrieben werden kann. Die Umstellung der Anlage von Vollastbetrieb auf Teillastbetrieb erfolgt derart, daß eine der Gasturbinen, deren Abhitzekessel bei Vollastbetrieb ohne Zusatzfeuerung betrieben werden, für den Teillastbetrieb abgeschaltet, und der Abhitzekessel der im Betrieb verbleibenden Gasturbine zusätzlich mit der Zusatzfeuerung bei geänderten Dampfparametern betrieben wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ändern der Gesamtleistung einer kombinierten Gas-Dampfturbinenanlage als Antrieb der Arbeitsmaschinen in einem Kraftwerk oder in einer Pumpstation einer Erdgas- oder Erdölfernleitung, wobei von jeder Gasturbine und jeder Dampfturbine je eine Arbeitsmaschine etwa gleicher Leistung angetrieben wird, das Verhältnis der Anzahl der Gasturbinen zu der der Dampfturbinen 2 : 1 oder 1 : 1 ist und jeder Gasturbine ein Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung abgasseitig nachgeschaltet ist, der zur Dampferzeugung für die Dampfturbine vorgesehen ist, wobei zum Teillastbetrieb der Anlage eine Gasturbine abgeschaltet wird.
• Ein derartiges Verfahren ist aus der DE-OS 29 24 160 ableitbar.
• Der sogenannte kombinierte Gas-Dampf-Kreislauf liefert einen ziemlich guten Gesamtwirkungsgrad, indem die Abhitze der Gasturbinen zur Dampferzeugung für die Dampfturbinen genutzt und dadurch eine zusätzliche Antriebsleistung gewonnen wird. Ein Dampfdefizit kann mit Zusatzfeuerungen der Abhitzekessel ausgeglichen werden. Der kombinierte Kreislauf wird insbesondere bei Elektrizitätswerken verwendet; neuerdings jedoch beginnt man ihn auch als kombinierten Antrieb der Kompressoren in Pumpstationen von Erdgas-Fernleitungen einzusetzen. Die den derzeitigen Stand der Technik darstellenden Ausführungsformen richten jedoch keine entsprechende Aufmerksamkeit darauf, eine Änderung der Gesamtleistung mit einem gutem Wirkungsgrad durchzuführen, was jedoch wegen des Charakters des Antriebes der genannten Anlagen von außerordentlicher Wichtigkeit ist. So ist für die Gasturbinen - bei ihren zahlreichen vorteilhaften Eigenschaften - bei Teillastantrieb ein ziemlich schlechter Wirkungsgrad charakteristisch. Hinzu kommt, daß bei geringerem Dampfdurchsatz auch der Wirkungsgrad der Dampfturbine zurückfällt, so daß eine mit Gas-Dampf-Kreislauf arbeitende Anlage bei einer den Nennwert unterschreitenden Leistung nur mit einem schlechten Wirkungsgrad betrieben werden kann. Beispielsweise beträgt der Wirkungsgrad einer 3 × 10 MW-Anlage 41% bei einer Leistung von 30 MW und 35% bei einer Leistung on 22,5 MW, wohingegen er bei einer Leistung von nur 15 MW nur 25% beträgt.
• Bei zahlreichen Anwendungsfällen (Kraftwerke mit Inselbetrieb, Pumpstationen) kommt ein Teillastbetrieb häufig vor und so tritt die Verwirklichung eines elastischen und gleichzeitig mit gutem Wirkungsgrad arbeitenden Systems als eine tatsächliche Forderung in Erscheinung.
• Durch die Erfindung wird die Aufgabe gelöst, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art so zu verbessern, daß eine definierte Teillastleistung der Kraftmaschinen erhalten wird.
• Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erreicht, daß durch Aufsteuern der Zusatzfeuerungen der bei Teillast noch betriebenen Abhitzekessel die Leistungsabgabe der Dampfturbine gegenüber Vollastbetrieb gleichbleibt.
• Vorzugsweise sind außerdem die Dampfturbine und die Abhitzekessel mit ihrer Zusatzfeuerung so aufeinander abgestimmt, daß der Teillastbetrieb mit der Dampfturbine ohne Wirkungsgradeinbuße erfolgen kann.
• Für den Teillastbetrieb wird mit Hilfe der auch den O₂-Gehalt des Rauchgases verwertenden Zusatzfeuerung beispielsweise der bei einem Verhältnis gleichzeitig arbeitender Gasturbinen und Dampfturbinen von 2 : 1 günstige Dampfdruckwert von 16-60 bar auf den bei einem Gasturbinen-Dampfturbinen-Verhältnis von 1 : 1 günstigen Wert von 40-150 bar erhöht, bei gleichzeitiger Erhöhung der Überhitzungstemperatur des Dampfes von vorzugsweise 300-480°C auf 400-540°C, und mit dem auf diese Weise eine erhöhte Arbeitskapazität aufweisenden Dampf wird in einer für einen Dampfbetrieb mit veränderlichen (gleitenden) Parametern geeigneten Dampfturbine die gleichbleibende Leistungsabgabe der Dampfturbine erzeugt.
• Wenn z. B. die kombinierte Gas-Dampfturbinenanlage zwei Gasturbinen und eine Dampfturbine aufweist, produzieren im Vollastbetrieb der Anlage die beiden Gasturbinen aus dem Rauchgas der Gasturbinen ohne Verwendung der Zusatzfeuerung oder mit deren geringfügigem Einsatz zusammen soviel Dampf, wie zum Betreiben der von der Dampfturbine angetriebenen Arbeitsmaschine mit der vollen Nennleistung ausreicht.
• Im Teillastbetrieb hingegen, wenn z. B. lediglich zwei Drittel der möglichen Gesamtleistung benötigt wird, wird die eine Gasturbine mit der von ihr angetriebenen Arbeitsmaschine abgestellt und die weiterarbeitenden Maschinen werden mit voller Belastung und gutem Wirkungsgrad auf die Weise gefahren, daß die an den noch betriebenen Abhitzekessel angeschlossene Zusatzfeuerung mit voller Kapazität (bei ca. 100% zusätzlicher Kesselleistung) in Gang gesetzt wird. Dies bedeutet jedoch nicht eine Erhöhung des Dampfdurchsatzes auf das Doppelte, denn eine normale Durchsatzerhöhung bei im übrigen gleichbleibenden sonstigen Dampfparametern würde unter Umständen zu einer Verringerung des Wirkungsgrades der Dampfturbine bzw. des Gesamtwirkungsgrades führen, sondern die entsprechende Erhöhung des nutzbaren Energieinhaltes des erzeugten Dampfes durch eine variable entsprechende Änderung der Dampfparameter wie Druck, Temperatur, Enthalpie, Volumen und Durchsatz. Durch die variable Einstellung der Parameter wird der Wirkungsgrad verbessert. Da die Änderung der Dampfparameter durch Wärmezufuhr mittels der Zusatzfeuerung hinter der Gasturbine erfolgt, wird durch die Änderung der Dampfenergie keine weitere Leistungsforderung in der Gasturbine erzeugt und gleichwohl wird ein besserer Wirkungsgrad erhalten. Auf diese Weise liefert mit dem auf einem höheren energetischen Potential erzeugten Dampf die die Dampfmaschine enthaltende Maschineneinheit infolge der für einen Betrieb mit veränderlichen Parametern geeigneten Konstruktion der Dampfturbine die gleiche Leistung wie im Vollastbetrieb bei praktisch unverändert gutem Gesamtwirkungsgrad der Anlage.
• Gemäß der Erfindung werden somit sowohl eine spezielle Dampfturbine als auch eine spezielle Zusatzfeuerung eingesetzt, die beide für die Lieferung bzw. Verarbeitung vom Dampfarten unterschiedlicher Parameter ausgelegt sind. Die mit veränderlichen Parametern betreibbare Dampfturbine, ausgelegt auf die durch zwei unterschiedliche Dampfarten bestimmten Betriebszustände, besteht aus zwei Teilen, nämlich aus einem Hochdruck- und einem Niederdruckteil. Sowohl der Hochdruckteil wie auch der Niederdruckteil verfügen bei einer durchschnittlichen Ausführung über selbständige Einlaßorgane (Haupt- und Regelventile). Die freie Durchströmung zwischen dem Hochdruckteil und dem Niederdruckteil ist aber jeweils sichergestellt und/oder es ist ein Bypasskanal vorgesehen, welcher den Hochdruckteil mit dem Niederdruckteil verbindet. Die Einlaß- und Regelorgane können in einer Baueinheit ausgeführt werden.
• Das Dampfvolumen, das in dem Hochdruckteil maximal verdichtet werden kann (Teillastbetrieb) ergibt eine Auslastung des Niederdruckteils von etwa 80%. Die Parameter des Abhitzekessels sind in diesem Fall gegenüber dem Vollastbetrieb der Anlage höher. Bei Vollast der Anlage wird der Niederdruckteil auf 100% ausgelastet, während in diesem Fall der Hochdruckteil nur eine Kühldampfzuführung aufweist (zum Zwecke der Kühlung). Die größere Dampfmenge im Vergleich zum Betriebsfall 1 : 1 bei Teillast der Anlage ermöglicht die Verkleinerung (Herabsetzung) der Frischdampfparameter des Abhitzekessels. Der Übergang von einen Betriebszustand in den anderen erfolgt durch kontinuierliche Veränderung der Frischdampfparameter (gleitende Parameter).
• Anstelle einer Anlage mit drei, d. h. ihrer Zahl nach unpaarigen Kraftmaschinen bzw. neben derselben kann auch eine Anlage mit zwei, d. h. ihrer Zahl nach paarigen Kraftmaschinen errichtet werden. Eine Anlage mit vier Kraftmaschinen kann aus je zwei Gasturbinen und Dampfturbinen, eine Anlage mit fünf Kraftmaschinen aus drei Gasturbinen und zwei Dampfturbinen aufgebaut werden. Um die Betriebsbereitschaft einer Anlage mit Koppelung zweier Kraftmaschinen (eine Gasturbine, eine Dampfturbine) zu erhöhen, kann der Abhitzekessel mit einer Feuerungseinrichtung versehen werden, die auch ohne Betrieb der Gasturbine in der Lage ist, die Dampfturbine in Betrieb zu halten.

Claims (2)

1. Verfahren zum Ändern der Gesamtleistung einer kombinierten Gas-Dampfturbinenanlage als Antrieb der Arbeitsmaschine in einem Kraftwerk oder in einer Pumpstation einer Erdgas- oder Erdölfernleitung, wobei von jeder Gasturbine und jeder Dampfturbine je eine Arbeitsmaschine etwa gleicher Leistung angetrieben wird, das Verhältnis der Anzahl der Gasturbinen zu der der Dampfturbinen 2 : 1 oder 1 : 1 ist und jeder Gasturbine ein Abhitzekessel mit Zusatzfeuerung abgasseitig nachgeschaltet ist, der zur Dampferzeugung für die Dampfturbine vorgesehen ist, wobei zum Teillastbetrieb der Anlage eine Gasturbine abgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch Aufsteuern der Zusatzfeuerungen der bei Teillast noch betriebenen Abhitzekessel die Leistungsabgabe der Dampfturbine gegenüber Vollastbetrieb gleich bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dampfturbine und die Abhitzekessel mit ihrer Zusatzfeuerung so aufeinander abgestimmt sind, daß der Teillastbetrieb mit der Dampfturbine ohne Wirkungsgradeinbuße erfolgen kann.