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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Gasturbinensystem
mit kombiniertem Zyklus bzw. ein Gasturbinen-Kombikraftwerk, und insbesondere
auf ein Gasturbinen-Kombikraftwerk, bei dem die Temperaturen die
Strömungsgeschwindigkeit
von Kühldampf
wirksam gesteuert werden und bei dem das Erwärmen von Brennstoff und das Kühlen einer
Gasturbinenschaufel-Kühlluft
durch Dampf erfolgt, der an einem Abwärme-Rückgewinnungskessel erzeugt
wird.
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Beschreibung des Standes der Technik
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10 ist
ein Diagramm eines dampfgekühlten
Gasturbinensystems mit kombiniertem Zyklus nach dem Stand der Technik.
In 10 ist das vorbekannte dampfgekühlte Gasturbinensystem
durch eine Gasturbine 8, einen Abwärme-Rückgewinnungskessel 9 und
eine Dampfturbine 29 aufgebaut. In der Gasturbine 8 wird
Saugluft in einen Kompressor 2 aufgenommen, um auf einen
vorbestimmten Druck komprimiert zu werden, und während die Druckluft teilweise
zum Kühlen
einer Gasturbinenschaufel benutzt wird, wird der Großteil hiervon
in eine Brennkammer 3 geleitet, um mit Brennstoff 7 zur Erzeugung
eines Hochtemperaturgases gemischt zu werden. Das Hochtemperaturgas
tritt in eine Turbine 6 ein, um zur Arbeit zu expandieren,
und eine Turbinen-Ausgangsleistung wird nach Abzug einer Kompressorleistung
in elektrische Energie bzw. Leistung am Generator 1 umgewandelt.
Andererseits wird Auslassdampf einer Hochdruckturbine 21,
der durch eine Rohrleitung 101 strömt, teilweise entnommen, um
der Turbine 6 zum Kühlen
der Gasturbinenschaufel über
eine Kühldampf-Zuführleitung 101 zugeführt zu werden.
Dieser Dampf wird durch Kühlen
einer dampfgekühlten
Schaufel 51 erwärmt
und wird zu einem Einlass einer Zwischendruckturbine 22 über eine Kühldampf-Rückführleitung 102 zurückgeführt. Damit
werden zur Kühlung
der Gasturbinenschaufel die aus dem Kompressor 2 abgelassene
Luft und ein Teil des Auslassdampfes der Hochdruckturbine 21 verwendet.
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Die
Auslassluft des Kompressors 2 wird teilweise zur Schaufelkühlung in
der Turbine 6 verwendet, diese Luft, die eine hohe Temperatur
aufweist, wird aber an dem Schaufelkühlluft-Kühler 4a mittels eines
Kühlgebläses 5 auf
eine vorbestimmte Temperatur abgekühlt und dann für die Turbinenschaufelkühlung eingesetzt.
Damit wird die auf diese Weise vom Kompressor 2 abgeleitete
Luft einmal an dem Schaufelkühlluftkühler 4a mittels
des Kühlgebläses 5 gekühlt, um
dann der Turbine 6 zugeführt zu werden.
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In
dem Abwärme-Rückgewinnungskessel 9 wird
Auslassdampf einer Niederdruckturbine 23 aus Dampf an einem
Kondensator 25 zu Wasser umgewandelt. Dann wird das Wasser
an einer Speisewasserpumpe 26 druckbeaufschlagt und an
einem Speisewasser-Heizelement 10 erwärmt, um zu gesättigtem
Wasser zu werden. Dieses gesättigte
Wasser wird in drei Wassersysteme aufgeteilt. Das erste wird zu
gesättigtem
Dampf am Niederdruckverdampfer 11, und wird zu überhitztem
Dampf am Niederdruck-Überhitzer 15,
und wird dann einem Einlass der Niederdruckturbine 23 zugeführt. Das
zweite wird auf einen vorbestimmten Druck an der Zwischendruckpumpe 28 druckbeaufschlagt,
wird an einem Zwischendruck-Economizer 12 zu gesättigtem
Wasser, wird an einem Zwischendruck-Verdampfer 14 zu gesättigtem
Dampf und wird an einem Zwischendruck-Überhitzer 16 zu überhitztem
Dampf, und wird dann einem Eingang eines Wiedererhitzers 20 zugeführt. Das
dritte wird an einer Hochdruckpumpe 27 auf einen vorbestimmten
Druck druckbeaufschlagt, wird an einem ersten Hochdruck-Economizer 13 und einem
zweiten Hochdruck-Economizer 17 zu gesättigtem Wasser, wird an einem
Hochdruckverdampfer 18 zu gesättigtem Dampf und wird an einem
Hochdrucküberhitzer 19 zu überhitztem
Dampf, und wird dann in die Hochdruckturbine 21 eingeleitet.
Der erwähnte überhitzte
Dampf tritt in die Hochdruckturbine 21, die Zwischendruckturbine 22 bzw.
die Niederdruckturbine 23 ein, um zur Erzeugung einer Ausgangsleistung
zu expandieren, und diese Ausgangsleistung wird an einem Generator 24 in
elektrische Energie umgewandelt.
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Bezüglich der
oben erwähnten
Kühlung durch
Dampf ist es unmöglich,
den Dampf in einer größeren Menge
als derjenigen des Dampfes zu benutzen, der am Auslaß der Hochdruckturbine 21 verfügbar ist.
Folglich ist es vorzuziehen, um eine Reservemenge des verfügbaren Dampfes
sicherzustellen, die Strömungsgeschwindigkeit
des Kühldampfs
so weit wie möglich
zu verringern. Auch wenn die Menge des Kühldampfs verringert wird, ist
es möglich,
die Temperatur des Dampfes nach seinem Einsatz für die Kühlung mit einer geringeren
Abweichung der Kühldampfmenge
zu steuern. Insbesondere wenn die Temperatur des durch die Kühlung erwärmten Kühldampfs
auf einem vorbestimmten Pegel gehalten wird, wird dies nicht nur
die Zuverlässigkeit
und Lebensdauer der gekühlten
Schaufel, des Rotors, der Rohrleitung etc. der Gasturbine verbessern,
sondern wird auch einen Betrieb ohne Beeinträchtigung des verbesserten Kombi-Wirkungsgrads
sicherstellen. Um die Kühldampfmenge
zu verringern ist es notwendig, die Temperatur des Kühldampfs
zu senken.
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Damit
ist es zwar notwendig, die Temperatur des Kühldampfs zur Verbesserung der
Zuverlässigkeit
der gekühlten
Schaufel oder dgl. in dem in 10 gezeigten
System niedriger zu halten, die Kühldampf-Zuführtemperatur wird jedoch durch
die Auslassbedingung der Hochdruckturbine 21 festgelegt,
und es ist schwierig, die Kühldampftemperatur
in diesem System weiter zu verringern.
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Ferner
wird die von dem Kompressor zur Kühlung der Gasturbinenschaufel
abgezogene Luft einmal an dem Schaufelkühlluftkühler 4a mittels des Kühlgebläses 5 gekühlt, um
in die Turbine 6 geleitet zu werden, wobei die durch eine
solche Kühlung
erhaltene Wärme
nutzlos nach außen
abgegeben wird. Dies führt
zu einer Verringerung des thermischen Wirkungsgrades (des Gasturbinen-Wirkungsgrades und
des kombinierten Wirkungsgrades) der Gasturbine und eines Kombikraftwerk,
welches diese Gasturbine einsetzt. Außerdem wird der Brennstoff 7 der Brennkammer 3 ohne
Erwärmung
(Vorerwärmung) zugeführt.
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JP 11093687 A offenbart
ein Gasturbinensystem mit kombiniertem Zyklus, das eine Dampfturbine
mit einer Hochdruckturbine, einer Zwischendruckturbine und einer
Niederdruckturbine aufweist. Ein Kondensator zum Kondensieren von
Abdampf aus der Niederdruckturbine wird in einer Verbindung zwischen
dem Auslaß der
Niederdruckturbine und einem Abwärme-Rückgewinnungskessel
mit einem Zwischendruck-Überhitzer
angeordnet. Der Abwärme-Rückgewinnungskessel
wird mit Abgas von der Gasturbine, die einen Kompressor, eine Brennkammer
und eine Turbine aufweist, zum Antrieb eines Generators gespeist.
Ein Kühldampfsystem
zum Kühlen
der Brennkammer wird mit Dampf von dem Zwischendrucküberhitzer
versorgt, und ein Kühldampfsystem
zum Kühlen
der Lauf- und Leitschaufeln der Gasturbine wird mit Kühldampf
von einem Auslaß der
Hochdruckturbine versorgt. Da die Kühldampftemperatur der Laufschaufel
niedriger ist als die des Leitschaufel-Zuführwassers von einer ausschließlichen
Verunreinigungs-Entfernungsvorrichtung, wird sie von einem ausschließlichen
Economizer in dem Abwärme-Rückgewinnungskessel erwärmt, und
das Zuführwasser
wird dann von der Zuführwasserdüse in den
Kühldampfdurchgang
der Laufschaufel gesprüht,
um die Dampftemperatur anzupassen. Der Dampf von dem Laufschaufel-Kühlsystem
und von dem Leitschaufel-Kühlsystem
sowie von dem Brennkammer-Kühlsystem
wird zu dem Einlaß der
Zwischendruckturbine zurückgeführt.
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Ein
weiteres Kombikraftwerk mit Aufbauten zum Einstellen der Kühldampftemperatur
ist in EP-A-0 911 504 offenbart.
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ABRISS DER ERFINDUNG
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein dampfgekühltes Gasturbinensystem-Kombikraftwerk
bereitzustellen, das hinsichtlich des Laufschaufel-Kühlsystems
weiter verbessert ist.
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Um
die oben genannte Aufgabe zu erfüllen, stellt
die vorliegende Erfindung Mittel gemäß den folgenden Erfindungspunkten
(1) bis (8) bereit.
- (1) Ein Gasturbine-Kombikraftwerk,
mit einer Dampfturbine, die eine Hochdruckturbine, eine Mitteldruckturbine
und eine Niederdruckturbine aufweist, einem Kondensator zum Kondensieren von
Abdampf aus der Niederdruckturbine der Dampfturbine, einer Gasturbine
mit einem Kompressor zum Komprimieren von Luft, einer Brennkammer
zum Verbrennen von Brennstoff mit der aus dem Kompressor kommenden
Luft, und einer Turbine zum Expandieren eines aus der Brennkammer
kommenden Hochtemperatur-Verbrennungsgases zum Antrieb eines Generators,
einem Kühldampfsystem
zum Kühlen
der Brennkammer und einer Schaufel der Turbine, und einem Abwärme-Rückgewinnungskessel,
der Komponenten wie einen Speisewassererhitzer, einen Mitteldruck-Überhitzer
und einen Niedererhitzer aufweist, und der mit Abgas aus der Gasturbine gespeist
wird, so dass aus dem Kondensator kommendes Kondenswasser über die
Komponenten des Abwärme-Rückgewinnungskessels erhitzt
und verdampft werden kann, um der Hochdruck-, der Mitteldruck- und
der Niederdruckturbine jeweils Dampf zuzuführen, wobei es dadurch gekennzeichnet
ist, dass ein Leckdampfkondensator (gland steam condenser) vorgesehen
ist, der mit dem Kondensator verbunden ist, so dass das aus dem
Kondensator kommende Kondenswasser dem Abwärme-Rückgewinnungskessel über den
Leckdampfkondensator zugeführt
wird, wobei das Kühldampfsystem
so aufgebaut ist, dass es ein Laufschaufel-Kühlsystem mit einem Wasser-Sprühmengen-Steuerventil
zum Leiten eines Hochdruckwassers von dem Speisewassererhitzer aufweist,
wobei ein Demineralisierer mit dem Wasser-Sprühmengen-Steuerventil verbunden
ist, und ein Wassersprüher
mit dem Demineralisierer verbunden ist, zum Sprühen des Hochdruckwassers in
eine Durchgang zum Leiten von Kühldampf
von einem Auslaß der
Hochdruckturbine, damit dieses einer Leitschaufel der Gasturbine
zugeführt
wird, ein Leitschaufel-Kühlsystem zum
Leiten eines Teils des Dampfes von dem Auslaß der Hochdruckturbine in eine
Leitschaufel der Gasturbine, und ein Brennkammer-Kühlsystem,
das mit Dampf aus dem Mitteldruck-Überhitzer
zum Kühlen
eines Übergangsteils
der Brennkammer gespeist wird, wobei Dampf aus dem Laufschaufel-Kühlsystem
in den Wiedererhitzer zurückgeführt wird,
und Dampf aus dem Leitschaufel-Kühlsystem
und dem Brennkammer-Kühlsystem
in einen Einlaß der
Mitteldruckturbine zurückgeführt wird.
- (2) Kombikraftwerk mit Gasturbine gemäß dem obigen Punkt (1) der
Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sprüher so vorgesehen ist, dass
an einem Auslaß des
Demineralisierers abgeleitetes Wasser in das Brennkammer-Kühlsystem gesprüht werden
kann.
- (3) Kombikraftwerk mit Gasturbine, mit einer Dampfturbine mit
einer Hochdruckturbine, einer Mitteldruckturbine und einer Niederdruckturbine, einem
Kondensator zum Kondensieren von Abdampf aus der Niederdruckturbine
der Dampfturbine, einer Gasturbine mit einem Kompressor zum Komprimieren
von Luft, einer Brennkammer zum Verbrennen von Brennstoff mit der
aus dem Kompressor kommenden Luft, und einer Turbine zum Expandieren
eines aus der Brennkammer kommenden Hochtemperatur-Verbrennungsgases
zum Antrieb eines Generators, einem Kühldampfsystem zum Kühlen der
Brennkammer und einer Schaufel der Turbine, und einem Abwärme-Rückgewinnungskessel,
der Komponenten wie einen Speisewassererhitzer, einen Mitteldruck-Überhitzer
und einen Niedererhitzer aufweist und der mit Abgas aus der Gasturbine
gespeist wird, so dass aus dem Kondensator kommendes Kondenswasser über die
Komponenten des Abwärme-Rückgewinnungskessels erhitzt und
verdampft werden kann, um der Hochdruck-, der Mitteldruck- und der
Niederdruckturbine jeweils Dampf zuzuführen, wobei es dadurch gekennzeichnet
ist, dass ein Leckdampfkondensator (gland steam condenser) vorgesehen
ist, der mit dem Kondensator verbunden ist, so dass das aus dem
Kondensator kommende Kondenswasser dem Abwärme-Rückgewinnungskessel über den
Leckdampfkondensator zugeführt
wird, wobei das Kühldampfsystem
so aufgebaut ist, dass es umfasst: ein Laufschaufel-Kühlsystem
mit einem Demineralisierer, der mit einer stromabwärtigen Seite
des Kondensators verbunden ist, und einem Wassersprüher, der
mit dem Demineralisierer verbunden ist, um von dem Kondenswasser
abgeleitetes Sprühwasser
in einen Durchgang zu sprühen,
um Kühldampf
von einem Auslaß der
Hochdruckturbine zu leiten, damit dieses einer Laufschaufel der
Gasturbine zugeführt
werden kann, einem Leitschaufel-Kühlsystem zum Leiten eines Teils
des Dampfes von dem Auslaß der
Hochdruckturbine in eine Leitschaufel der Gasturbine, und einem
Brennkammer-Kühlsystem,
das mit Dampf aus dem Mitteldrucküberhitzer gespeist wird, um
ein Übergangsteil
der Brennkammer zu kühlen,
wobei Dampf aus dem Laufschaufel-Kühlsystem in den Wiedererhitzer
zurückgeführt wird und
Dampf aus dem Leitschaufel-Kühlsystem
und dem Brennkammer-Kühlsystem
zu einem Einlaß der
Mitteldruckturbine zurückgeführt wird.
- (4) Kombikraftwerk mit Gasturbine wie es im obigen Punkt (3)
der Erfindung erwähnt
ist, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser an einem Auslaß des Demineralisierers
an einem in dem Abwärme-Rückgewinnungskessel
vorgsehenen Economizer erwärmt
wird, um dem Wassersprüher
zugeführt
zu werden.
- (5) Kombikraftwerk mit Gasturbine nach dem obigen Punkt (4)
der Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sprüher so vorgesehen
ist, dass an einem Auslaß des
Economizers abgeleitetes Wasser in das Brennkammer-Kühlsystem gesprüht werden
kann.
- (6) Kombikraftwerk mit Gasturbine gemäß dem obigen Punkt (5) der
Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sprüher so vorgesehen ist, dass
an einem Auslaß des
Economizers abgeleitetes Wasser in das Leitschaufel-Kühlsystem gesprüht werden
kann.
- (7) Kombikraftwerk mit Gasturbine nach einem der obigen Punkte
(3) bis (6) der Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drainage-Separator
stromab jedes Wassersprühens
in dem Laufschaufel-Kühlsystem,
dem Leitschaufel-Kühlsystem
und dem Brennkammer-Kühlsystem
vorgesehen ist.
- (8) Kombikraftwerk mit Gasturbine nach dem obigen Punkt (6)
der Erfindung, dadurch gekennzeichnet, dass ein Filter stromab jedes
der in dem Laufschaufel-Kühlsystem,
dem Leitschaufel-Kühlsystem
und dem Brennkammer-Kühlsystem
vorgesehenen Drainage-Separatoren vorgesehen ist.
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In
der Erfindung gemäß (1) ist
das Kühldampfsystem
so aufgebaut, dass es die drei Systeme, nämlich das Laufschaufel-Kühlsystem,
das Leitschaufel-Kühlsystem
und das Brennkammer-Kühlsystem
umfasst. Dem Leitschaufel-Kühlsystem
wird ein Teil des Dampfes vom Auslaß der Hochdruckturbine zugeführt, und
dem Brennkammer-Kühlsystem der
Dampf vom Zwischendruck-Überhitzer,
dessen Temperatur vergleichsweise hoch gegenüber der des Laufschaufel-Kühldampfs
ist, um für
die jeweilige Kühlung
eingesetzt zu werden. Ferner ist das Laufschaufel-Kühlsystem
so aufgebaut, dass es das Wassersprühmengen-Steuerventil, den Demineralisierer
und den Wassersprüher
umfasst, so dass es mit dem aus dem Speisewassererhitzer über eine Hochdruckpumpe
entnommenen Wasser besprüht wird.
Durch einen solchen Aufbau wird die Wassersprühmenge durch das Wassersprühmengen-Steuerventil
gesteuert, und es wird eine schnelle Steuerung der Zuführtemperatur
des Laufschaufel-Kühldampfs
möglich.
Der Demineralisierer wird üblicherweise
zum Entfernen von aufgelösten
Mineralien in dem Kondensator eines Kraftwerks mit superkritischem
Druck oder eines Atomkraftwerks verwendet, wobei Verunreinigungen
im Wasser durch den Demineralisierer beseitigt werden können. Ferner
ist ein Leckdampf-Kondensator vorgesehen, so dass das Kondenswasser
des Leckdampfes ebenfalls genutzt werden kann und dadurch ein effizienteres
System aufgebaut werden kann. Durch all diese Aufbauten wird das
Merkmal erreicht, dass eine rasche Verringerung der Zuführtemperatur
und der Zuführmenge des
Laufschaufel-Kühldampfs
möglich
wird. Ferner kann die Temperatur des Dampfs nach seiner Nutzung
für die
Kühlung
mit einer geringeren Abweichung der Kühldampfmenge gesteuert werden,
und dadurch kann eine Reservemenge des verfügbaren Dampfs sichergestellt
werden und die Zuverlässigkeit
und längere
Lebensdauer der gekühlten
Schaufel, des Rotors und der Rohrleitungen kann realisiert werden.
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Im
Punkt (2) der Erfindung wird zusätzlich
zu dem Aufbau nach Punkt (1) der Erfindung das Brennkammer-Kühlsystem
mit dem Wasser von dem Demineralisierer durch den Wassersprüher besprüht, und dadurch
kann zusätzlich
zu der Wirkung des Punktes (1) der Erfindung die Dampftemperatur
in dem Brennkammer-Kühlsystem
niedriger eingestellt werden und die Kühlwirkung weiter verbessert
werden.
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Beim
Punkt (3) der Erfindung sind zwar der Aufbau und die Wirkung des
Leitschaufel-Kühlsystems
und des Brennkammer-Kühlsystems
die gleichen wie beim Punkt (1) der Erfindung, das Sprühen von
Wasser in das Laufschaufel-Kühlsystem
wird aber durch den Wassersprüher
unter Verwendung des von dem Kondensator über den Demineralisierer abgezogenen
Wassers vorgenommen, und dieses Sprühwasser wird aus dem System
entnommen, das unabhängig
vom Abwärme-Rückgewinnungskessel ist.
Damit wird das zu sprühende
Wasser von der stromaufwärtigen
Seite des Abwärme-Rückgewinnungskessels
aus geliefert, und es werden weniger Verunreinigungen in den Kühldampf
gemischt, d.h. die Reinheit des Kühldampfs wird verbessert, und
die Fähigkeit,
ein Oxidieren der Rohrleitungen oder dgl. zu vermeiden, wird verbessert.
Zusätzlich
zu dem obigen Effekt wird wie in Punkt (1) der Erfindung ein Demineralisierer
der Art verwendet, wie er üblicherweise
zum Entfernen von gelösten
Mineralien im Kondensator eines Kraftwerks mit superkritischem Dampf
oder eines Atomkraftwerks eingesetzt wird, wodurch Verunreinigungen
im Wasser beseitigt werden können.
Ferner wird ein Leckdampfkondensator vorgesehen, so dass das Kondenswasser
des Leckdampfs ebenfalls genutzt und dadurch ein wirksameres System
aufgebaut werden kann.
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Durch
einen solchen Aufbau wird das Merkmal erhalten, dass eine schnellere
Reduzierung der Zufuhrtemperatur und der Zufuhrmenge des Laufschaufel-Kühldampfs
möglich
wird. Ferner kann die Temperatur des Dampfes nach seiner Nutzung
zur Kühlung
mit einer geringeren Abweichung der Kühldampfmenge gesteuert werden,
und dadurch kann eine Reservemenge des verfügbaren Dampfes sichergestellt
werden und die Zuverlässigkeit
und die Verlängerung
der Lebensdauer der gekühlten
Schaufel, des Rotors und der Rohrleitungen kann realisiert werden.
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Beim
Punkt (4) der Erfindung mündet
der Wasserzuführdurchgang
zu dem Wassersprüher nach
Punkt (3) der Erfindung in den Wasserrückgewinnungskessel, bevor das
Wasser in den Wassersprüher
eintritt. Das Wasser wird an dem Economizer in dem Abwasser-Rückgewinnungskessel
erwärmt und
in das Laufschaufel-Kühlsystem
gesprüht.
Folglich wird zusätzlich
zu der Wirkung des Punktes (3) der Erfindung ein Temperaturunterschied
zwischen dem Dampf und dem zu sprühenden Wasser verringert, und
ein Einfluß der
Wärmebeanspruchung
in den Rohrleitungen oder dgl. kann reduziert werden.
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Nach
Punkt (5) der Erfindung ist zusätzlich zu
dem Aufbau gemäß Punkt
(4) der Erfindung das Wassersprühsystem
zum Sprühen
des Wassers, an dem Auslaß des
Economizers in das Brennkammerkühlsystem
abgezweigt wird, vorgesehen. Folglich kann zusätzlich zu der Wirkung nach
Punkt (4) der Erfindung die Temperatur des dem Brennkammer-Kühlsystem
zugeführten
Dampfes niedriger eingestellt werden, und die Kühlung der Brennkammer kann
effizienter vorgenommen werden.
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In
Punkt (6) der Erfindung wird zusätzlich
zu dem Aufbau nach Punkt (5) der Erfindung auch das Wassersprühsystem
zum Sprühen
des am Auslaß des
Economizers in das Leitschaufel-Kühlsystem
abgezweigten Wassers vorgesehen. Folglich kann zusätzlich zu
der Wirkung nach Punkt (5) der Erfindung die Temperatur des dem
Leitschaufel-Kühlsystem
zugeführten
Dampfes niedriger eingestellt werden, und die Kühlung der Leitschaufel kann
noch effizienter vorgenommen werden.
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Im
Punkt (7) der Erfindung ist ein Drainage-Separator stromab des Wassersprühers in
dem jeweiligen Kühlsystem
der Laufschaufel, der Leitschaufel und der Brennkammer vorgesehen.
Dadurch wird der Wassergehalt im Dampf entfernt und die Kühlung nach
den Punkten (3) bis (6) der Erfindung kann effizienter erfolgen.
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In
Punkt (8) der Erfindung ist das Filter stromab des Drainage-Separators
in den Kühlsystemen
der Laufschaufel, der Leitschaufel und der Brennkammer gemäß dem Aufbau
nach Punkt (7) der Erfindung vorgesehen. Dadurch werden Verunreinigungen
in dem von dem Wassersprüher
versprühten
Wasser aus dem Dampf entfernt, und folglich können zusätzlich zu der Wirkung nach
Punkt (7) der Erfindung Nachteile wie ein Verstopfen bzw. Zusetzen
der Durchgänge
aufgrund der Verunreinigungen wie Kesselstein in dem den jeweiligen
Kühlsystemen
zugeführten
Kühldampf
vermieden werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 ein
Diagramm eines Gasturbinen-Kombikraftwerks einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung,
-
2 ein
Diagramm eines Gasturbinen-Kombikraftwerks einer zweiten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung,
-
3 ein
Diagramm eines Gasturbinen-Kombikraftwerks einer dritten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung,
-
4 ein
Diagramm eines Gasturbinen-Kombikraftwerks einer vierten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung,
-
5 ein
Diagramm eines Gasturbinen-Kombikraftwerks nach einer fünften Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
-
6 ein
Diagramm eines Gasturbinen-Kombikraftwerks nach einer sechsten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
-
7 ein
Diagramm eines Gasturbinen-Kombikraftwerks nach einer siebten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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8 ein
Diagramm eines Gasturbinen-Kombikraftwerks nach einer achten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung,
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9 ein
Diagramm eines Gasturbinen-Kombikraftwerks nach einer neunten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung, und
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10 ein
Diagramm eines Gasturbinen-Kombikraftwerks nach dem Stand der Technik.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nachstehend
werden Ausführungsformen gemäß der vorliegenden
Erfindung konkret unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
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1 ist
ein Diagramm eines Gasturbinen-Kombikraftwerks einer ersten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung. In 1 ist das Gasturbinen-Kombikraftwerk
der ersten Ausführungsform
durch eine Gasturbine 8, einen Abwärme-Rückgewinnungskessel 9 und
einer Dampfturbine 29 aufgebaut. In der Gasturbine 8 wird
Saugluft in einen Kompressor 2 aufgenommen, um auf einen vorbestimmten
Druck komprimiert zu werden, und während die Druckluft teilweise
zum Kühlen
einer Gasturbinenschaufel verwendet wird, wird ein Großteil hiervon
in eine Brennkammer 3 geleitet, um in den Brennstoff zur
Erzeugung eines Hochtemperaturgases gemischt zu werden. Das Hochtemperaturgas
tritt in eine Turbine 6 ein, um zur Arbeit zu expandieren,
und eine Turbinen-Ausgangsleistung wird nach Abzug einer Kompressor-Ausgangsleistung
in einem Generator 1 zu elektrischer Energie umgewandelt.
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In
dem Abwärme-Rückgewinnungskessel 9 wird
ein Auslassdampf einer Niederdruckturbine 23 aus Dampf
in Wasser an einem Kondensator 25 umgewandelt. Dann wird
das Wasser an einer Speisewasserpumpe 26 druckbeaufschlagt
und in einen Leckdampfkondensator 250 geleitet, damit ihm
Wasser zugefügt
wird, das aus Dampf kondensiert ist, welcher zum Abdichten eines
Stopfbuchsenabschnitts benutzt wird und zu Niedrigtemperaturwasser
wird. Dieses Wasser wird ferner in ein Speisewasser-Heizelement 10 geleitet,
um erwärmt
zu werden und zu gesättigtem
Wasser zu werden. Dieses gesättigte
Wasser wird in drei Wassersysteme aufgeteilt. Das erste wird zu
gesättigtem
Dampf an einem Niederdruck-Verdampfer 11, und wird zu überhitztem Dampf
an einem Niederdruck-Überhitzer 15,
und wird dann einem Einlaß der
Niederdruckturbine 23 zugeführt. Das zweite wird mit einem
vorbestimmten Druck an einer Zwischendruckpumpe 28 druckbeaufschlagt,
wird zu gesättigtem
Wasser an einem Zwischendruck-Economizer 12, wird zu gesättigtem Dampf
an einem Zwischendruck-Verdampfer 14 und wird zu überhitztem
Dampf an einem Zwischendruck-Überhitzer 16,
und wird dann in ein Übergangsstück der Brennkammer 3 zu
deren Kühlung geleitet,
wie später
beschrieben wird. Das dritte wird auf einen vorbestimmten Druck
an einer Hochdruckpumpe 27 druckbeaufschlagt, wird zu gesättigtem Wasser
an einem ersten Hochdruck-Economizer 13 und einem zweiten
Hochdruck-Economizer 17, wird zu gesättigtem Dampf an einem Hochdruck-Verdampfer 18,
und wird zu überhitztem
Dampf an einem Hochdruck-Überhitzer 19,
und wird dann in eine Hochdruckturbine 21 geleitet. Der
erwähnte überhitzte
Dampf tritt in die Hochdruckturbine 21, eine Zwischendruckturbine 22 bzw.
die Niederdruckturbine 23 ein, um zur Erzeugung einer Ausgangsleistung
zu expandieren, und diese Ausgangsleistung wird an einem Generator 24 in
elektrische Energie umgewandelt.
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In
der vorliegenden Ausführungsform
der 1 ist der Abschnitt, der der gekühlten Schaufel 51 nach
dem in 10 gezeigten Stand der Technik entspricht,
in eine dampfgekühlte
Laufschaufel 52, eine dampfgekühlte Leitschaufel 53 und
ein dampfgekühltes
Brennkammer-Übergangsteil 54 unterteilt. Was
die dampfgekühlte
Laufschaufel 52 betrifft, in der die Temperatur des Dampfs
nach seiner Nutzung für
die Kühlung
niedrig ist, wird Auslassdampf der Hochdruckturbine 21 teilweise
zum Kühlen
der dampfgekühlten
Laufschaufel über
eine Rohrleitung 109 extrahiert und wird mit Wasser an
einem Wassersprüher 16 besprüht, wie
später
beschrieben wird, und der dampfgekühlten Laufschaufel 52 über eine Laufschaufel-Kühldampf-Zuführleitung 103 zugeführt. Der
durch Kühlen
der dampfgekühlten
Laufschaufel 52 erwärmte
Dampf wird in einen Mittelabschnitt des Wiedererhitzers 20 über ein Strömungsregelventil 154 und über eine
Laufschaufel-Kühldampf-Rückführleitung 104 zurückgeführt.
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Außerdem ist
ein Brennstofferhitzer 202 vorgesehen, und das System ist
so ausgestaltet, dass gesättigter
Dampf, der teilweise von einem Auslaß des Zwischendruck-Economizers 12 extrahiert
wird, durch den Brennstofferhitzer 202 über eine Rohrleitung 201 zum
Erwärmen
von Brennstoff 7 geleitet wird, und dann einem Einlaß des Speisewassererhitzers 10 über eine
Rohrleitung 203 zugeführt
wird. Durch diese Anordnung wird der Brennstoff 7 erwärmt, und
die Strömungsmenge
des Brennstoffs wird reduziert. Damit werden der Wirkungsgrad der Gasturbine
und der kombinierte Wirkungsgrad verbessert.
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Außerdem wird
Auslasswasser der Hochdruckpumpe 27 teilweise über eine
Leitung 204 entnommen, um in einen Schaufelkühlungs-Luftkühler 4 geleitet
zu werden. An dem Schaufelkühlungs-Luftkühler 4 wird
das Wasser durch aus dem Kompressor 2 abgezogene Luft erwärmt, und
die Kühlluft
wird gekühlt.
Das Wasser wird dann in einen Einlaß des Hochdruckverdampfers 18 über eine
Leitung 205 zurückgeführt. Durch
diese Anordnung wird die Wärme, die
bisher nutzlos nach außen
durch ein Kühlgebläse abgeführt wurde,
in den Abwärme-Rückgewinnungskessel 9 zurückgeführt, und
der kombinierte Wirkungsgrad wird verbessert.
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Ferner
wird ein Strömungsregelventil 115, ein
Demineralisierer 118 und ein Wassersprüher 116 zum teilweisen
Extrahieren von Auslasswasser der Hochdruckpumpe 27 und
zum Steuern hinzugefügt, um
das Wasser zur Kühlung
des Schaufelkühldampfs
zu versprühen.
-
Durch
diese Anordnung wird die Wassersprühmenge durch das Strömungsregelventil 115 gesteuert,
und die Zuführtemperatur
des Laufschaufel-Kühldampfs
wird rascher einstellbar bzw. anpassbar als im Stand der Technik.
Ferner wird ein Demineralisierer 118 der Art verwendet,
wie er üblicherweise
zum Entfernen gelöster
Mineralien in dem Kondensator eines Kraftwerks mit superkritischem
Druck oder eines Atomkraftwerks benutzt wird, und Unreinheiten im
Wasser können
beseitigt werden.
-
Damit
wird eine schnellere Verringerung der Zuführtemperatur und der Zuführmenge
des Laufschaufel-Kühldampfs
möglich.
Auch kann die Temperatur des Dampfs nach seiner Nutzung zur Kühlung mit
einer geringeren Abweichung der Kühldampfmenge gesteuert werden.
Folglich wird eine Reservemenge des verfügbaren Dampfs sichergestellt, und
die Zuverlässigkeit
und die lange Lebensdauer der gekühlten Schaufel, des Rotors
und der Rohrleitungen kann gewährleistet
werden.
-
Ferner
ist das System so gestaltet, dass Kühldampf zum Kühlen des
dampfgekühlten
Brennkammer-Übergangsteils 54 aus
Auslassdampf des Zwischendrucküberhitzers 16 entnommen
wird und in einen Einlaß der
Zwischendruckturbine 22 über ein Strömungsregelventil 156 zurückgeführt wird.
-
Durch
diese Anordnung wird die Strömungsrate
des vom Auslaß der
Hochdruckturbine 21 über die
Leitung 109 extrahierten Kühldampfs reduziert, und dadurch
kann eine Reservemenge des verfügbaren
Dampfs sichergestellt werden.
-
Da
ferner die Temperatur der dampfgekühlten Leitschaufel 53 bis
zu einem gewissen Grad höher
sein kann als die der Laufschaufel 52, wird Auslassdampf
der Hochdruckturbine 21 über eine Rohrleitung 105 extrahiert,
ohne gekühlt
zu werden, um so wie er ist der Leitschaufel 53 zu deren
Kühlung
zugeführt
zu werden, und der dadurch erwärmte
Dampf wird in einen Einlaß der
Zwischendruckturbine 22 über eine Leitung 106 zurückgeführt.
-
Durch
diese Anordnung wird zwar die Temperatur des Leitschaufel-Kühldampfs
höher als
die des Laufschaufel-Kühldampfs,
es erfolgt jedoch keine Verringerung des kombinierten Wirkungsgrades, und
es wird eine Verringerung der Zuführmenge des Kühldampfs
für die
Leitschaufel und die Laufschaufel möglich. Die Temperatur des Dampfes
wird nach seiner Nutzung zur Kühlung
mit einer geringeren Abweichung in der Kühldampfmenge gesteuert. Damit
wird eine Reservemenge des verfügbaren
Dampfes sichergestellt und die Zuverlässigkeit und längere Lebensdauer
der gekühlten Schaufel,
des Rotors und der Rohrleitungen kann sichergestellt werden.
-
Da
die Strömungsregelventile 153, 154, 155 und 156 hinzugefügt werden,
und durch Öffnen
und Schließen
dieser Ventile 153 bis 156 wird die Strömungsmenge
des Kühldampfs
der Laufschaufel, der Leitschaufel und des Brennkammer-Übergangsteils einstellbar bzw.
anpassbar. Dadurch kann nicht nur in der Solllastzeit sondern auch
in der Teillastzeit die Temperatur des jeweiligen Rückführdampfes
gesteuert werden, und es wird die Wirkung erzielt, die Zuverlässigkeit
und lange Lebensdauer der Lauf- und Leitschaufel, des Brennkammer-Übergangsteils,
des Rotors und der Rohrleitungen zu gewährleisten. Falls die jeweiligen
Strömungsregelventile
zur Öffnungsseite
hin betätigt
werden, wird die Strömungsrate
des zugeführten
Dampfs erhöht
und die Temperatur des jeweiligen Rückführdampfs reduziert. Falls die
jeweiligen Strömungsregelventile
zur Schließseite
hin betätigt
werden, wird die Strömungsrate
des zugeführten
Dampfs reduziert und die Temperatur des jeweiligen Rückführdampfs
erhöht.
-
Damit
wird gemäß dem Kombikraftwerk
der ersten Ausführungsform
nach obiger Beschreibung eine raschere Verringerung der Zuführtemperatur und
der Zuführmenge
des Laufschaufel-Kühldampfs möglich. Ferner
kann die Temperatur des Dampfes nach seiner Nutzung zur Kühlung mit
einer geringeren Abweichung der Kühldampfmenge gesteuert werden.
Folglich wird eine Reservemenge des verfügbaren Dampfs sichergestellt,
und die Zuverlässigkeit
und lange Lebensdauer der gekühlten
Schaufel, des Rotors und der Rohrleitung kann gewährleistet werden.
-
2 ist
ein Diagramm eines Kombikraftwerks nach einer zweiten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung. In der vorliegenden zweiten Ausführungsform ist im Vergleich
zu dem Aufbau der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform
das System so ausgestaltet, dass ein Wassersprühsystem für ein Brennkammer-Übergangsteil-Kühlsystem
hinzugefügt
wird. Da der Aufbau und die Funktion der anderen Abschnitte die
gleichen sind wie die der ersten Ausführungsform gemäß 1, entfällt deren
Beschreibung, und nur der Merkmalsteil wird beschrieben.
-
In 2 wird,
während
Wasser von dem Demineralisierer 118 dem Wassersprüher 116 zugeführt wird,
um in eine Rohrleitung 109 gesprüht zu werden, welche Auslassdampf
der Hochdruckturbine 21 leitet, das Wasser von dem Demineralisierer 118 umgeleitet,
um einem Wassersprüher 251 über eine
Rohrleitung 260 zugeführt
zu werden, und wird in eine Brennkammer-Übergangsteil-Kühldampfzuführleitung 107 gesprüht, um so
die Temperatur des Kühldampfs
zur Kühlung
des Brennkammer-Übergangsteils 54 anzupassen.
-
Wenn
die Strömungsrate
des aus der Hochdruckpumpe 27 entnommenen Wassers durch
das Strömungsregelventil 115 gesteuert
wird, kann so die Sprührate
der Wassersprüher 116 und 251 gleichzeitig
eingestellt werden, und die Temperatur des Dampfes zur Kühlung der
dampfgekühlten
Laufschaufel 52 und des dampfgekühlten Brennkammer-Übergangsteils 54 kann
in angemessener Weise gesteuert werden.
-
In
der vorliegenden zweiten Ausführungsform
wird wie bei der ersten Ausführungsform
eine schnellere Verringerung der Zuführtemperatur und der Zuführmenge
des Laufschaufel-Kühldampfs möglich. Ferner
kann die Temperatur des Dampfes nach seiner Nutzung zur Kühlung mit
einer geringeren Abweichung der Kühldampfmenge gesteuert werden.
Folglich wird eine Reservemenge des verfügbaren Dampfs sichergestellt,
und die Zuverlässigkeit
und lange Lebensdauer der gekühlten
Schaufel, des Rotors und der Rohrleitungen kann gewährleistet werden.
Darüber
hinaus kann durch Vorsehen des Wassersprühers 251 die Kühlung des
dampfgekühlten
Brennkammer-Übergangsteils 54 in
geeigneter Weise gesteuert werden, wie oben beschrieben wurde.
-
3 ist
ein Diagramm eines Kombikraftwerks einer dritten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung. In der vorliegenden dritten Ausführungsform ist im Vergleich
zu der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform
das System so ausgestaltet, dass das Wasserzuführsystem für den Wassersprüher 116 unabhängig von
dem Abwärme-Rückgewinnungs kessel 9 gemacht
wird, und ein Drainageseparator 114 stromab des Wassersprühers 116 vorgesehen
ist. Es ist anzumerken, dass der Drainageseparator 114 nicht
notwendigerweise vorgesehen sein muß. Da der Aufbau und die Funktion der
anderen Teile die gleichen sind wie die der in 1 gezeigten
ersten Ausführungsform,
entfällt eine
Beschreibung hierzu, und es wird nur der Merkmalsabschnitt beschrieben.
-
Während bei
dem Aufbau der 1 das aus der Hochdruckpumpe 27 entnommene
Wasser dem Wassersprüher 116 über das
Strömungsregelventil 115 und
den Deminineralisierer 118 zugeführt wird, wird bei der in 3 gezeigten
dritten Ausführungsform
das am Kondensator 25 kondensierte Wasser teilweise durch
eine Speisewasserpumpe 252 entnommen, um in den Demineralisierer 118 und
dann in den Wassersprüher 116,
der an der gleichen Stelle wie in 1 vorgesehen
ist, über
eine Rohrleitung 261 geleitet zu werden. Somit wird das
Wasserzuführsystem
für den
Wassersprüher 116 unabhängig von
dem Abwärme-Rückgewinnungskessel 9 gemacht,
und das Wasser hierfür
wird von dem Kondensator 25 der Turbine zugeführt.
-
In
der vorliegenden dritten Ausführungsform wird
auch wie bei der ersten Ausführungsform
eine schnellere Verringerung der Zuführtemperatur und der Zuführmenge
des Laufschaufel-Kühldampfs möglich. Ferner
kann die Temperatur des Dampfes nach seiner Nutzung zur Kühlung mit
einer geringeren Abweichung der Kühldampfmenge gesteuert werden.
Folglich wird eine Reservemenge des verfügbaren Dampfs sichergestellt,
und die Verlässlichkeit
und längere
Lebensdauer der gekühlten
Schaufel, des Rotors und der Rohrleitungen kann gewährleistet
werden. Außerdem
können
durch Entnahme des Wassers aus dem Kondensator 25 Verunreinigungen,
die sich in das in den Rohrleitungen oder dgl. strömende Wasser
mischen, reduziert werden. Dadurch wird die Reinheit des Kühldampfs
verbessert, und eine Oxidation der Rohrleitungen oder dgl. kann
vermieden werden.
-
4 ist
ein Diagramm eines Kombikraftwerks einer vierten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung. In der vorliegenden vierten Ausführungsform wird im Vergleich
zu der in 3 gezeigten dritten Ausführungsform,
während
der Aufbau zur Unabhängigmachung
des Wasserzuführsystems
für den
Wassersprüher 116 des
Abwasser-Rückgewinnungskessels 9 der
gleiche ist, das dem Wassersprüher 116 zuzuführende Wasser über einen
Economizer 253 zur Einstellung der Temperatur geleitet.
Da der Aufbau und die Funktion der anderen Teile die gleichen sind
wie bei der in 3 gezeigten dritten Ausführungsform,
entfällt
eine Beschreibung hierzu, und es wird nur der Merkmalsabschnitt
beschrieben.
-
Während bei
dem Aufbau der 1 das der Hochdruckpumpe 27 entnommene
Wasser dem Wassersprüher 116 über das
Strömungsregelungsventil 115 und
den Demineralisierer 118 zugeführt wird, wird bei der in 4 gezeigten
vierten Ausführungsform
wie in dem Beispiel der 3 an dem Kondensator 25 kondensiertes
Wasser teilweise durch die Speisewasserpumpe 252 entnommen,
um in den Demineralisierer 118 geleitet zu werden. Bei der
vorliegenden vierten Ausführungsform
wird das dem Demineralisierer 118 zugeführte Wasser ferner in den Economizer 253 geleitet,
der in dem Abwärme-Rückgewinnungskessel 9 vorgesehen
ist, und zwar über
eine Rohrleitung 262 zum Einstellen der Temperatur des
Wassers, und wird dann dem Wassersprüher 116 zugeführt, der
an der gleichen Position wie in 1 vorgesehen
ist. Somit wird das Wasser für
den Wassersprüher 116 von
dem Kondensator 125 der Turbine zugeführt, und nicht von dem Abwärme-Rückgewinnungskessel 9 und
unabhängig von
diesem.
-
In
der vorliegenden vierten Ausführungsform wird
auch wie bei der dritten Ausführungsform
eine raschere Verringerung der Zuführtemperatur und der Zuführmenge
des Laufschaufel-Kühldampfs
möglich. Ferner
kann die Temperatur des Dampfs nach seiner Nutzung zur Kühlung mit
einer geringeren Abweichung der Kühldampfmenge gesteuert werden.
Folglich wird eine Reservemenge des verfügbaren Dampfs sichergestellt
und die Zuverlässigkeit
und lange Lebensdauer der gekühlten
Schaufel, des Rotors und der Rohrleitungen kann gewährleistet
werden. Außerdem
können
durch Entnahme des Wassers aus dem Kondensator 25 Verunreinigungen,
die sich in das in den Rohrleitungen oder dgl. strömende Wasser
mischen, verringert werden. Dadurch wird die Reinheit des Kühldampfs
erhöht,
und eine Oxidation der Rohrleitungen oder dgl. kann vermieden werden.
Da ferner das Wasser für
den Wassersprüher 116 unabhängig vom
Abwasser-Rückgewinnungskessel 9 zugeführt wird,
und die Temperatur des Wassers an dem in dem Abwärme-Rückgewinnungskessel 9 vorgesehenen
Economizer 253 eingestellt oder erhöht wird, wird ein Temperaturunterschied zwischen
dem Dampf und dem kalten Wasser beim Mischen durch das Wassersprühen geringer,
und eine Wärmebelastung,
die bei dem Mischvorgang verursacht wird, kann vermieden werden.
-
5 ist
ein Diagramm eines Gasturbinen-Kombikraftwerks
nach einer fünften
Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung. In der vorliegenden fünften
Ausführungsform
werden im Vergleich zu der in 4 gezeigten
vierten Ausführungsform
ein Wassersprühsystem
und ein Drainage-Separator in dem Brennkammer-Übergangsteil-Kühlsystem hinzugefügt. Da der
Aufbau und die Funktion der anderen Teile die gleichen sind wie
bei der vierten Ausführungsform
gemäß 4,
entfällt eine
Beschreibung hiervon und nur der Merkmalsabschnitt wird beschrieben.
-
In 5 wird
am Kondensator 25 kondensiertes Wasser teilweise durch
die Speisewasserpumpe 252 entnommen, um in den Demineralisierer 118 geleitet
zu werden, und wird ferner in dem Economizer 253, der in
dem Abwärme-Rückgewinnungskessel 9 vorgesehen
ist, über
die Rohrleitung 262 zur Anpassung (Erhöhung) der Temperatur geleitet,
um dann zum Wassersprüher 116 zurückgeführt zu werden,
der an der gleichen Stelle wie in 1 vorgesehen
ist. Somit wird Wasser für
den Wassersprüher 116 aus
dem Kondensator 25 der Turbine entnommen, und nicht aus
dem Abwärme-Rückgewinnungskessel 9 und
unabhängig
von diesem. Dieser Aufbau, wie er bisher beschrieben wurde, ist
der gleiche wie der der vierten Ausführungsform von 4.
-
Ferner
wird bei der fünften
Ausführungsform das
Wasser an einem Einlaß des
Wassersprühers 116 umgeleitet,
um in einen Wassersprüher 254 über eine
Rohrleitung 263 zu strömen. Am
Wassersprüher 254 wird
das Wasser in die Zuführleitung 107 für den Kühldampf
des Brennkammer-Übergangsteils gesprüht. Ein
Drainageseparator 114 ist stromab des Wassersprühers 254 vorgesehen,
um dadurch den Wassergehalt des Dampfs vollständig zu beseitigen, und dann
wird der Dampf in das dampfgekühlte Brennkammer-Übergangsteil 54 zu
dessen Kühlung geleitet.
-
In
der vorliegenden fünften
Ausführungsform wird
auch wie bei der vierten Ausführungsform
eine raschere Verringerung der Zuführtemperatur und Zuführmenge
des Laufschaufel-Kühlraums
möglich. Außerdem kann
die Temperatur des Dampfs nach seiner Nutzung zur Kühlung mit
einer geringeren Abweichung der Kühldampfmenge gesteuert werden. Folglich
wird eine Reservemenge des verfügbaren Dampfs
sichergestellt und die Zuverlässigkeit
und lange Lebensdauer der gekühlten
Schaufel, des Rotors und der Rohrleitungen kann gewährleistet
werden. Darüber
hinaus können
durch Entnahme des Wassers aus dem Kondensator 25 Verunreinigungen im
Wasser verringert werden, um dadurch eine Oxidation der Rohrleitungen
oder dgl. zu vermeiden. Ferner wird, da das Wasser für den Wassersprüher 116 unabhängig vom
Abwasser-Rückgewinnungskessel 9 zugeführt wird
und die Temperatur des Wassers an den im Abwärme-Rückgewinnungskessel 9 vorgesehenen
Economizer 253 angepaßt
oder erhöht
wird, eine Temperaturdifferenz zwischen dem Dampf und dem kalten
Wasser beim Mischen durch das Wassersprühen geringer gemacht und eine
Wärmebeanspruchung,
die bei dem Mischvorgang verursacht wird, kann vermieden werden.
Ferner wird die Temperatur des Kühldampfs
für das
Brennkammer-Übergangsteil
so eingestellt, dass sie durch den Wassersprüher 254 reduziert
wird, und der Wassergehalt dieses Dampfs wird durch den Drainageseparator 114 entfernt.
Folglich wird die Kühlwirkung
des Brennkammer-Übergangsteils
weiter verbessert.
-
6 ist
ein Diagramm eines Gasturbinen-Kombikraftwerks
einer sechsten Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung. In der vorliegenden sechsten Ausführungsform werden im Vergleich
zu der in 5 gezeigten fünften Ausführungsform
ein Wassersprüher
und ein Drainageseparator auch dem dampfgekühlten Leitschaufel-Kühlsystem hinzugefügt. Da der
Aufbau und die Funktion der anderen Teile gleich der in 5 gezeigten
fünften
Ausführungsform
sind, entfällt
eine Beschreibung hierzu, und es wird nur der Merkmalsteil beschrieben.
-
In 6 wird
am Kondensator 25 kondensiertes Wasser teilweise durch
die Speisewasserpumpe 252 entnommen, um in den Demineralisierer geleitet
zu werden, und wird ferner in den in dem Abwasser-Rückgewinnungskessel 9 vorgesehenen Economizer 253 über die
Rohrleitung 262 zur Anpassung (Erhöhung) der Temperatur geleitet,
um dann dem an der gleichen Stelle wie in 1 vorgesehenen
Wassersprüher 116 zugeführt zu werden.
Somit wird das Wasser für
den Wassersprüher 116 aus
dem Kondensator 25 der Turbine entnommen und nicht aus
dem Abwasser-Rückgewinnungskessel 9 und unabhängig von
diesem. Ferner wird das Wasser am Einlaß des Wassersprühers 116 abgezweigt,
um über
die Rohrleitung 263 in den Wassersprüher 254 zu strömen. Am
Wassersprüher 254 wird
das Wasser in die Brennkammer-Übergangsteil-Kühldampf-Zuführleitung 107 gesprüht. Der
Drainageseparator 114 ist stromab des Wassersprühers 254 vorgesehen, um
dadurch den Wassergehalt des Dampfes vollständig zu beseitigen, und dann
wird der Dampf dem dampfgekühlten
Brennkammer-Übergangsteil 54 zu dessen
Kühlung
zugeführt.
-
Während der
oben beschriebene Aufbau der gleiche wie bei der in 5 gezeigten
fünften
Ausführungsform
ist, ist bei der vorliegenden sechsten Ausführungsform der Aufbau so vorgenommen,
dass das Wasser in der Leitung 263 umgeleitet wird, um über eine
Rohrleitung 264 in eine Wassersprüher 255 zu strömen, um
in die Leitschaufel-Kühldampf-Zuführleitung 105 gesprüht zu werden.
Ferner ist ein Drainageseparator 114 stromab des Wassersprühers 255 vorgesehen,
um dadurch den Wassergehalt des Dampfs zu beseitigen, und dann wird
der Dampf der dampfgekühlten
Leitschaufel 53 zu deren Kühlung zugeführt.
-
Auch
bei der vorliegenden sechsten Ausführungsform wird wie bei der
fünften
Ausführungsform eine
raschere Verringerung der Zuführtemperatur und
der Zuführmenge
des Laufschaufel-Kühldampfs möglich. Ferner
kann die Temperatur des Dampfs nach seiner Nutzung zur Kühlung mit
einer geringeren Abweichung der Kühldampfmenge gesteuert werden.
Folglich wird eine Reservemenge des verfügbaren Dampfs sichergestellt,
und die Zuverlässigkeit
und lange Lebensdauer der gekühlten
Schaufel, des Rotors und der Rohrleitungen kann gewährleistet werden.
Außerdem
können
durch Entnahme des Wassers aus dem Kondensator 25 Verunreinigungen im
Wasser reduziert werden, um dadurch eine Oxidation der Rohrleitungen
oder dgl. zu vermeiden. Außerdem
wird, da das Wasser für
den Wassersprüher 116 unabhängig von
dem Abwärme-Rückgewinnungskessel 9 zugeführt wird
und nur die Temperatur des Wassers an dem im Abwasser-Rückgewinnungskessel 9 vorgesehenen
Economizer 253 angepaßt
bzw. erhöht
wird, ein Temperaturunterschied zwischen dem Dampf und dem Kaltwasser
bei dem Mischen durch das Wassersprühen verkleinert, und die beim
Mischvorgang verursachte Wärmebelastung
kann vermieden werden.
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Ferner
wird die Temperatur des Kühldampfs für das Brennkammer-Übergangsteil
so eingestellt, dass sie durch den Wassersprüher 254 reduziert wird,
und der Wassergehalt dieses Dampfs wird durch den Drainageseparator 114 entfernt.
Folglich wird die Kühlwirkung
des Brennkammer-Übergangteils
weiter verbessert. Zusätzlich
zu dieser Wirkung wird, da das Wasser in der Rohrleitung 264 in
den Leitschaufel-Kühldampf
durch den Wassersprüher 255 gesprüht wird
und der Wassergehalt des Kühldampfs
durch den Drainageseparator 114 beseitigt wird, die Temperatur
des Kühldampfs
gesenkt, und die Kühlwirkung
der dampfgekühlten
Leitschaufel kann weiter verbessert werden.
-
7 ist
ein Diagramm eines Gasturbinen-Kombikraftwerks
einer siebten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei der vorliegenden siebten Ausführungsform ist im Vergleich
zu der in 6 gezeigten sechsten Ausführungsform ein
Filter stromab jedes der drei Drainageseparatoren 114 vorgesehen.
Da der Aufbau und die Funktion der anderen Teile gleich demjenigen
der in 6 gezeigten sechsten Ausführungsform sind, entfällt eine Beschreibung
hierzu, und es wird nur der Merkmalsabschnitt beschrieben.
-
In 7 wird
am Kondensator 25 kondensiertes Wasser teilweise durch
die Speisewasserpumpe 252 entnommen, um in den Demineralisierer 118 geleitet
zu werden, und wird weiter in den im Abwasser-Rückgewinnungskessel 9 vorgesehenen Economizer 253 über die
Rohrleitung 262 zum Anpassen (Erhöhen) der Temperatur geleitet,
um dann dem an der gleichen Stelle wie in 1 vorgesehenen
Wassersprüher 116 zugeführt zu werden.
Damit wird das Wasser für
den Wassersprüher 116 aus
dem Kondensator 25 der Turbine entnommen, und nicht aus
dem Abwärme-Rückgewinnungskessel 9 und unabhängig von
diesem. Der Dampf in der Rohrleitung 109 wird mit dem Wasser
durch den Wassersprüher 116 besprüht, und
der Wassergehalt dieses Dampfs wird am Drainageseparator 114 entfernt,
und dann wird der Dampf der dampfgekühlten Laufschaufel 52 zu
deren Kühlung über ein
Filter 256 zugeführt, wie
nachstehend beschrieben wird.
-
Ferner
wird das Wasser am Einlaß des
Wassersprühers 116 umgeleitet,
um in den Wassersprüher 254 über die
Rohrleitung 263 zu strömen.
Am Wassersprüher 254 wird
das Wasser in die Brennkammer-Übergangsstück-Kühldampfzuführleitung 107 gesprüht. Der
Wassergehalt in dem mit dem Wasser versprühten Dampf wird am Drainageseparator 114 entfernt,
der stromab des Wassersprühers 254 vorgesehen
ist, und der Dampf wird dem dampfgekühlten Brennkammer-Übergangsstück zu dessen Kühlung über ein
Filter 257 zugeführt,
wie nachstehend beschrieben ist.
-
Außerdem wird
das Wasser in der Rohrleitung 263 umgeleitet, um in den
Wassersprüher 255 über die
Leitung 264 zu strömen,
damit es in die Leitschaufel-Kühldampf-Zuführleitung 105 gesprüht werden
kann. Der Wassergehalt in dem mit dem Wasser versprühten Dampf
wird am Drainageseparator 114 entfernt, der stromab des
Wassersprühers 255 vorgesehen
ist, und dann wird der Dampf der Leitschaufel zu deren Kühlung über ein
Filter 258 zugeführt, wie
nachstehend beschrieben wird.
-
Der
Aufbau und die Funktion, wie sie oben beschrieben werden, sind die
gleichen wie bei der sechsten Ausführungsform gemäß 6 außer den Abschnitten
der Filter 256 bis 258. In der vorliegenden siebten
Ausführungsform
wird der Drain des mit dem Wasser versprühten Dampfs an den Drain-Separatoren 114 entfernt,
die an drei Stellen vorgesehen sind, und Verunreinigungen von Größen, die
ein Zusetzen der Dampfleitungen verursachen, werden an ihrem Eindringen
in die zu kühlenden
Abschnitte durch die Filter 256 bis 258 gehindert.
Die Filter 256 bis 258 haben die Maschengröße von etwa
50 bis 1000 μ.
-
Bei
der vorliegenden siebten Ausführungsform
wird wie bei der sechsten Ausführungsform auch
eine raschere Abnahme der Zuführtemperatur und
der Zuführmenge
des Laufschaufel-Kühldampfs möglich. Ferner
kann die Temperatur des Dampfs nach seiner Nutzung zur Kühlung mit
einer geringeren Abweichung in der Kühldampfmenge gesteuert werden.
Folglich wird eine Reservemenge des verfügbaren Dampfs sichergestellt,
und die Zuverlässigkeit
und lange Lebensdauer der gekühlten
Schaufel, des Rotors und der Rohrleitungen kann gewährleistet werden.
Außerdem
können
durch Entnahme des Wassers aus dem Kondensator 25 Verunreinigungen im
Wasser verringert werden, um dadurch eine Oxidation der Rohrleitungen
oder dgl. zu vermeiden. Da das Wasser für den Wassersprüher 116 unabhängig von
dem Abwärme-Rückgewinnungskessel 9 zugeführt wird,
und die Temperatur des Wassers an den im Abwärme-Rückgewinnungskessel 9 vorgesehenen
Economizer 253 angepaßt
bzw. erhöht
wird, wird ferner eine Temperaturdifferenz zwischen dem Dampf und
dem kalten Wasser beim Vermischen durch das Wassersprühen geringer,
und eine Wärmebeanspruchung,
die beim Mischvorgang verursacht wird, kann vermieden werden.
-
Ferner
wird die Temperatur des Kühldampfs für das Brennkammer-Übergangsstück so eingestellt,
dass sie durch den Wassersprüher 254 reduziert
wird und der Wassergehalt dieses Dampfs wird durch den Drainageseparator 114 beseitigt.
Folglich wird die Kühlwirkung
des Brennkammer-Übergangsstücks weiter
verbessert. Zusätzlich
zu dieser Wirkung wird, da das Wasser in der Leitung 264 in
den Leitschaufel-Kühldampf
durch den Wassersprüher 255 gesprüht wird
und der Wassergehalt des Kühldampfs
durch den Drainageseparator 114 entfernt wird, die Temperatur
des Kühldampfs
gesenkt, und die Kühlwirkung
der dampfgekühlten
Leitschaufel kann weiter verbessert werden.
-
Durch
Vorsehen der Filter 256 bis 258 stromab der Drainageseparatoren 114 werden
Verunreinigungen im Dampf entfernt, und folglich wird das Problem,
dass ein Zusetzen der Rohrleitungen verursacht wird, gelöst, und
die Zuverlässigkeit
der Kühlung
bemerkenswert verbessert.
-
8 ist
ein Diagramm eines Gasturbinen-Kombikraftwerks
einer achten Ausführungsform gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei der vorliegenden achten Ausführungsform wird der Dampf im Vergleich
zu der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform
nach seiner Nutzung zur Kühlung
der dampfgekühlten
Leitschaufel 53 und des Brennkammer-Übergangstücks 54 nicht in die
Zwischendruckturbine 22 zurückgeführt, sondern in den Wiedererhitzer 20.
Das heißt
der Aufbau ist so vorgenommen, dass die drei Dämpfe nach ihrer Nutzung zur
Kühlung der
dampfgekühlten
Laufschaufel 52, der Leitschaufel 53 und des Brennkammer-Übergangsteils 54 zusammengeführt werden,
um in den Wiedererhitzer 20 zurückgeführt zu werden. Der Aufbau der
anderen Teile ist der gleiche wie bei der in 1 gezeigten ersten
Ausführungsform,
und eine Beschreibung hierzu entfällt.
-
Wenn
der in den Wiedererhitzer 20 zurückgeführte Dampf schließlich in
die Zwischendruckturbine 22 geleitet wird, werden die erwähnten drei Dämpfe auf
jeden Fall vermischt, bevor sie in die Zwischendruckturbine 22 eintreten.
Falls eine Vermeidung des Druckverlustes im Wiedererhitzer 20 in
Betracht kommt, werden die erwähnten
Dämpfe
nicht notwendigerweise in den Wiedererhitzer 20 zurückgeführt, sondern
in der vorliegenden achten Ausführungsform
werden alle drei Dämpfe
zuerst in den Wiedererhitzer 20 geleitet, um dort unter
Berücksichtigung
der Beziehung der Anordnung der Laufschaufel, der Leitschaufel und
der Brennkammer sowie des Wiedererhitzers 20 und der Zwischendruckturbine 22 gemischt
zu werden. Damit wird die Temperatur des Dampfes in den Rohrleitungen
vom Wiedererhitzer 20 zu der Zwischendruckturbine 22 vergleichmäßigt, und
die Rohrabschnitte mit hoher Temperatur können verringert werden und
Störungen,
die durch die ungleichmäßige Temperatur
verursacht werden, können
vermieden werden.
-
9 ist
ein Diagramm eines Kombikraftwerks mit Gasturbine einer neunten
Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Während bei
der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform der Dampf nach seiner
Nutzung zur Kühlung
der dampfgekühlten
Laufschaufel 52 in den Wiedererhitzer 20 über das
Strömungsregelventil 151 zurückgeführt wird,
ist bei der vorliegenden neunten Ausführungsform der Aufbau so gestaltet,
dass der Dampf nach seiner Nutzung zur Kühlung der Laufschaufel entweder
in die Zwischendruckturbine 22 oder in den Wiedererhitzer 20 über ein
Dreiwegeventil 260 zurückgeführt werden
kann. Der Aufbau anderer Abschnitte ist der gleiche wie bei der
in 1 gezeigten ersten Ausführungsform. Auch bei der vorliegenden neunten
Ausführungsform
werden durch Steuern des Dreiwegeventils 260 der dampfgekühlten Laufschaufel 52,
der Leitschaufel 53 und des Brennkammer-Übergangsstücks 54 die
genutzten Dämpfe
in geeigneter Weise gemischt und können der Zwischendruckturbine 22 zugeführt werden,
wobei die gleiche Wirkung wie bei der oben erwähnten achten Ausführungsform
erzielt werden kann.
-
Es
ist anzumerken, dass natürlich
die in 8 und 9 gezeigten Aufbauten zum Mischen der
zur Kühlung
der Laufschaufel, der Leitschaufel und des Brennkammer-Übergangsstücks genutzten Dämpfe, die
dem Wiedererhitzer 20 zuzuführen sind, auch auf die Systeme
der zweiten bis siebten Ausführungsformen
gemäß 2 bis 7 angewandt werden
können.
-
Es
sind zwar die bevorzugten Formen der vorliegenden Erfindung beschrieben
worden, es ist jedoch verständlich,
dass die Erfindung nicht auf die speziellen Aufbauten und Anordnungen
beschränkt ist,
die hier veranschaulicht und beschrieben wurden, sondern modifizierte
Formen hiervon umfasst, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.