DE4116065A1 - Gas- und dampfturbinenanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gas- und Dampfturbinenanlage mit einem der Gasturbine abgasseitig nachgeschalteten Dampferzeu­ ger zur Erzeugung von Dampf für die Dampfturbine in einem Wasser-Dampf-Kreislauf, wobei der Dampferzeuger eine einer Kohlemühle nachgeschaltete Feuerungsanlage umfaßt.

Bei der Planung und beim Bau einer Gas- und Dampfturbinenanlage, insbesondere bei einer Ankopplung einer Gasturbinenanlage an eine bestehende Dampfturbinenanlage mit einer Feuerungsanlage, müssen die voneinander abhängigen Leistungen der Gasturbine und der Dampfturbine sowie des Dampferzeugers zur Erzielung eines hohen Gesamtwirkungsgrades aufeinander abgestimmt werden. Dabei ist der Gesamtwirkungsgrad um so höher, je länger die Gasturbine mit Vollast betrieben wird. Da allerdings bei einer derartigen Anlage das Abgas der Gasturbine üblicherweise als Verbrennungsluft für die Feuerungsanlage des Dampferzeugers genutzt wird, führt eine Änderung der Dampferzeugerleistung, z. B. durch eine Absenkung der Flammentemperatur der Feuerungs­ anlage, zu einem Mißverhältnis zwischen der Abgasmenge der Gasturbine und der erforderlichen Luft- oder Sauerstoffmenge für die Feuerungsanlage. Dadurch ist, insbesondere im Teil­ lastbereich, der Wirkungsgrad der Anlage nur begrenzt opti­ mierbar.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, bei einer Nachrüstung einer bestehenden Dampfturbinenanlage mit einer Gasturbine bei allen Betriebszuständen einen möglichst hohen Gesamtwirkungsgrad zu erreichen. Dabei soll eine weitest­ gehende Ausnutzung bestehender Baugruppen ermöglicht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine erste einstellbare Teilmenge des in einem Wärmetauscher abgekühlten Abgases aus der Gasturbine der Feuerungsanlage als Verbrennungsluft zuführbar ist, daß eine zweite einstellbare Teilmenge des abgekühlten Abgases einem Wärmetauscher zum Aufwärmen von Luft für die Kohlemühle zuführbar ist und daß eine dritte einstellbare Teilmenge des abgekühlten Abgases dem den Dampferzeuger durchströmenden Rauchgas aus der Feuerungs­ anlage zumischbar ist.

Zur Erzeugung von zusätzlichem Dampf für die Dampfturbine ist zweckmäßigerweise der vom Abgas aus der Gasturbine durchström­ te Wärmetauscher oder Kühler in den Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine geschaltet. Dabei wird das Abgas aus der Gastur­ bine vorteilhafterweise auf die bei der Auslegung der bestehen­ den Rauchgaskanäle der Dampfturbinenanlage zugelassene Höchst­ temperatur abgekühlt.

Zur Anreicherung der Verbrennungsluft für die Feuerungsanlage mit Sauerstoff ist ein Teil der im zweiten Wärmetauscher auf­ gewärmten Luft der ersten Teilmenge des abgekühlten Abgases aus der Gasturbine zuführbar.

Zur Regelung der Temperatur in der Kohlemühle ist der im zweiten Wärmetauscher aufgewärmten Luft für die Kohlemühle kalte Luft zumischbar.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß einerseits durch eine Abkühlung der Abgase aus der Gasturbine in einem Wärmetauscher eine Überhitzung bereits bestehender Rauchgaskanäle der Dampfturbinenanlage sicher ver­ mieden ist und daß andererseits durch eine Aufteilung der abgekühlten Abgase in regelbare Teilmengen eine zusätzliche Nutzung der in den Abgasen enthaltenen Wärme für den Gesamt­ prozeß und damit ein hoher Gesamtwirkungsgrad der Anlage unabhängig vom Betriebszustand erreicht wird.

Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand einer Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Darin zeigt die Figur in schematischer Darstellung eine Gas- und Dampfturbinen­ anlage mit einer Aufteilung der Abgase aus der Gasturbine in drei regelbare Teilströme.

Die Gas- und Dampfturbinenanlage gemäß der Figur umfaßt einen Dampferzeuger 2 und eine in einen Wasser-Dampf-Kreislauf 3 geschaltete Dampfturbine 4 mit angekoppeltem Generator 5 sowie eine dem Dampferzeuger 2 vorgeschaltete Gasturbine 6 mit ange­ koppeltem Generator 7. Der Dampferzeuger 2 umfaßt eine Feuerungsanlage 8, die über eine Brennstoffleitung 9 an eine Kohlemühle 10 angeschlossen ist.

In den vereinfacht dargestellten Wasser-Dampf-Kreislauf 3 der Dampfturbine 4 ist ein Kondensator 15 und eine dem Kondensator 15 nachgeschaltete Pumpe 16 sowie ein im Dampferzeuger 2 ange­ ordneter Vorwärmer 17 geschaltet. Der Vorwärmer 17 ist aus­ gangsseitig über einen ersten Zweig 18, in den ein Ventil 19 geschaltet ist, an einen vom heißen Abgas a aus der Gasturbine 6 beheizten Wärmetauscher 20 angeschlossen. Der Vorwärmer 17 ist außerdem über einen zweiten Zweig 22 an eine im Dampf­ erzeuger 2 im Bereich eines Feuerraums 23 angeordnete Heiz­ einrichtung 24 angeschlossen.

Der Wärmetauscher 20 ist ausgangsseitig über eine Dampfleitung 21 an die Dampfturbine 4 angeschlossen. Der Wärmetauscher 20 ist primärseitig in eine an die Gasturbine 6 angeschlossene Abgasleitung 25 geschaltet.

Zum Zuführen einer ersten Teilmenge t1 des Abgases a aus der Gasturbine 6 in die Feuerungsanlage 8 ist an die Abgasleitung 25 eine erste Teilstromleitung 26 angeschlossen, die in die Feuerungsanlage 8 mündet. Die Abgasleitung 25 ist außerdem über eine zweite Teilstromleitung 27 mit einem Eingang 2a des Dampferzeugers 2 verbunden. Die Abgasleitung 25 weist außerdem eine dritte Teilstromleitung 28 auf, in die ein zweiter Wärme­ tauscher 29 geschaltet ist. In die Teilstromleitungen 26, 27 und 28 sind Klappen 30, 31 bzw. 32, beispielsweise Drossel­ klappen oder andere Regelorgane, geschaltet. Die Klappen 30, 31 bzw. 32 können dabei von nicht dargestellten Motoren betätigt werden.

Beim Betrieb der Gas- und Dampfturbinenanlage wird das aus der Gasturbine 6 abströmende heiße Abgas a im Wärmetauscher 20 auf etwa 400°C abgekühlt, so daß die Wände der als Rauchgaskanäle ausgebildeten Teilstromleitungen 26, 27 und 28 nicht über 400°C aufgeheizt werden. In Strömungsrichtung der Abgase a hinter dem Wärmetauscher 20 wird das Abgas a in drei einstellbare Teil­ mengen t1, t2 und t3 aufgeteilt. Dabei wird die über die Teil­ stromleitung 26 strömende Teilmenge t1 auf den Bedarf der Feuerungsanlage 8 an Verbrennungsluft, d. h. insbesondere in Abhängigkeit vom Betriebszustand der Anlage, eingestellt. Dabei kann der Teilmenge tl verdichtete und im Wärmetauscher 29 vorgewärmte Luft L aus einem Luftverdichter 35 zugemischt werden. Dazu ist der Luftverdichter 35 über eine sekundärseitig in den Wärmetauscher 29 geschaltete Luftleitung 36 an die Teilstromleitung 26 angeschlossen. Zur Einstellung der erfor­ derlichen Luftmenge ist in die Luftleitung 36 eine Klappe 37 geschaltet.

Bei abnehmender Last und damit bei vermindertem Bedarf an Verbrennungsluft für die Feuerungsanlage 8 wird der nicht für die Feuerungsanlage 8 benötigte Teil der Abgase a über die Teilstromleitungen 27 und 28 einerseits in den Dampferzeuger 2 und andererseits über den zweiten Wärmetauscher 29 geführt. Dabei wird die über die Teilstromleitung 27 strömende Teil­ menge t3 des Abgases a dem in der Feuerungsanlage 8 erzeugten Rauchgas r zugemischt. Die Teilmenge t3 des Abgases a und das Rauchgas r verlassen den Dampferzeuger 2 über dessen Ausgang 2b und über einen Gasfilter 40 in Richtung auf einen (nicht dargestellten) Kamin.

Die über die Teilstromleitung 28 geführte einstellbare Teil­ menge t2 des Abgases a erwärmt im Wärmetauscher 29 die über die Luftleitung 36 strömende Luft L und wird anschließend dem aus dem Dampferzeuger 2 abströmenden Rauchgas r hinter dem Gasfilter 40 zugemischt.

Die von der zweiten Teilmenge t2 im Wärmetauscher 29 aufge­ wärmte Luft L aus dem Luftverdichter 36 strömt über einen Zweig 41 der Luftleitung 36 in die Kohlemühle 10. Sie dient dort einerseits als Wärmemedium zum Trocknen der der Kohlemühle 10 über eine Kohleleitung 42 zugeführten Kohle k und anderer­ seits als Transportmittel zum Zuführen der in der Kohlemühle 10 zermahlenen Kohle k über die Brennstoffleitung 9 in die Feuerungsanlage 8. In den von der Luftleitung 36 ausgehenden Zweig 41, in den eine Klappe 44 geschaltet ist, mündet eine vor dem Wärmetauscher 29 an die Luftleitung 36 angeschlossene Kaltluftleitung 45, in die eine Klappe 46 geschaltet ist. Da­ bei wird durch Zumischen einer mittels der Klappe 46 einstell­ baren Kaltluftmenge zur aufgewärmten Luft L aus dem Wärmetau­ scher 29 die Temperatur der Luft L für die Kohlemühle 10 ein­ gestellt.

Das Rauchgas r aus der Feuerungsanlage 8 und die über die Teil­ stromleitung 27 in den Dampferzeuger 2 einströmende Teilmenge t3 des Abgases a dienen zur Erzeugung von Dampf für die Dampf­ turbine 4. Dazu wird Wasser aus dem Kondensator 15 über die Pumpe 16 in den vom Rauchgas r und vom Abgas a beheizten Vor­ wärmer 17 gepumpt und dort vorgewärmt. Das über den Zweig 22 strömende aufgewärmte Wasser wird in den von den heißen Rauch­ gasen r aus der Feuerungsanlage 8 beheizten Heizflächen 24 verdampft und überhitzt. Der überhitzte Dampf wird über eine Dampfleitung 50 der Dampfturbine 4 zugeführt. Das über den Zweig 18 strömende aufgewärmte Wasser wird im Wärmetauscher 20 ebenfalls verdampft und überhitzt und der Dampfturbine 4 zuge­ führt. Dort wird der überhitzte Dampf entspannt und anschließend im Kondensator 15 kondensiert.

Durch die erfindungsgemäße Aufteilung der abgekühlten Abgase a aus der Gasturbine 6 in drei einstellbare Teilmengen t1, t2 und t3 ist einerseits die Gasturbine 6 von den Anforderungen der Feuerungsanlage bezüglich der bei unterschiedlichen Betriebs­ zuständen erforderlichen Luftmenge entkoppelt. Andererseits kann der Dampferzeuger 2 und damit der Dampfprozeß unabhängig vom Lastzustand der Gasturbine 6 betrieben werden.

Claims (4)

1. Gas- und Dampfturbinenanlage mit einem der Gasturbine (6) abgasseitig nachgeschalteten Dampferzeuger (2) zur Erzeugung von Dampf für die Dampfturbine (4) in einem Wasser-Dampf-Kreis­ lauf (3), wobei der Dampferzeuger (2) eine einer Kohlemühle (10) nachgeschaltete Feuerungsanlage (8) umfaßt, gekennzeichnet durch die Kombination der Merkmale,
- daß eine erste einstellbare Teilmenge (t1) des in einem ersten Wärmetauscher (20) abgekühlten Abgases (a) aus der Gasturbine (6) der Feuerungsanlage (8) als Verbrennungsluft zuführbar ist,
- daß eine zweite einstellbare Teilmenge (t2) des abgekühlten Abgases (a) einem zweiten Wärmetauscher (29) zum Aufwärmen von Luft (l) für die Kohlemühle (10) zuführbar ist, und
- daß eine dritte einstellbare Teilmenge (t3) des abgekühlten Abgases (a) dem den Dampferzeuger (2) durchströmenden Rauchgas (r) aus der Feuerungsanlage (8) zumischbar ist.

2. Gas- und Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der vom Abgas (a) aus der Gasturbine (6) durchströmte Wärmetauscher (20) in den Wasser-Dampf-Kreislauf (3) der Dampfturbine (4) geschaltet ist.

3. Gas- und Dampfturbinenanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der im zweiten Wärmetauscher (29) aufgewärmten Luft (L) der ersten Teilmenge (t1) des abgekühlten Abgases (a) zuführbar ist.

4. Gas- und Dampfturbinenanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der im zweiten Wärmetauscher (29) aufgewärmten Luft (L) für die Kohle­ mühle (10) kalte Luft (L) zumischbar ist.