DE829080C

DE829080C - Verfahren zum Betrieb von Gas-Dampf-Waermekraftanlagen

Info

Publication number: DE829080C
Application number: DEP36838D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Richard Stroehlen
Original assignee: RICHARD STROEHLEN DR ING; AEG AG
Current assignee: RICHARD STROEHLEN DR ING; AEG AG
Priority date: 1949-03-16
Filing date: 1949-03-16
Publication date: 1952-01-21

Description

Verfahren zum Betrieb von Gas -Dampf-Wärmekraftanlagen Bei Wärmekraftanlagen, die aus einer Dampfturbinenanlage und einer Gasturbinenanlage bestehen, empfiehlt es sich, das Abgas des Gasturbinenkreislaufes als Verbrennungsluft für den Dampfturbinenprozeß oder auch zusätzlich für den Gasturbinenprozeß Heranzuziehen. Der wärmetechnische Vorteil solcher kombinierter Anlagen besteht darin, daß die Allwärme des Gasturbinenprozesses über die getrennte oder auch gemeinsame Feuerung an den Dampfturbinenprozeß übertragen wird, wodurch die Energieerzeugung des Gasturbinenprozesses unter sehr geringem Wärmeaufwand erzielt wird.
Wird in diesen Fällen die gesamte Erhitzung der Arbeitsluft der Gasturbinenanlage durch in den Dampferzeuger eingebaute Heizflächen vorgenommen, so ergeben sich gewisse Schwierigkeiten der Unterteilung und Unterbringung der für die Lufterhitzung auf beispielsweise 700° C erforderlichen Heizflächen. Will man es vermeiden, daß die Lufterhitzung durch teilweise im Feuerraum liegende Strahlungsheizflächen erfolgt, so ergeben sich zwangsläufig hohe Eintrittstemperaturen der Rauchgase in die Nachheizflächen, die in manchen Fällen über dem Schlackenerweichungspunkt der verfeuerten Kohle liegen und, zu erhöhten Schlackenansätzen in den Nachheizflächen führen.
Diese durch die Änderung der Kesselbilanz hervorgerufenen Störungen können dadurch behoben werden, daß die Arbeitsluft der Gasturbinenanlage von den Rauchgasen der Dampfkesselfeuerung vorgewärmt wird und von Vorwärmtemperatur auf Eintrittstemperatur der Gasturbine in einer oder mehreren getrennt befeuerten Zusatzbrennkammern erhitzt wird.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren der letztgenannten Art und besteht im wesentlichen darin, daß die Erhitzung in der Zusatzbrennkammer bzw. den Zusatzbrennkammern lediglich um diejenige Temperaturspanne erfolgt, um die die Arbeitsluft in der Gasturbine abgekühlt wird. In diesem Falle ändern sich die Kesselbilanz und die Temperaturverteilung in den Heizflächen des Kessels überhaupt nicht. Es kann also die Berechnung des Kessels in üblicher Weise vorgenommen werden, und im Betrieb ergeben sich an sämtlichen Stellen des Kessels die gleichen Rauchgastemperaturen, als wenn keine Gasturbinenanlage vorhanden wäre. Es ist hierbei zweckmäßig, das Druckverhältnis der Entspannung der Gasturbinenanlage so zu wählen, daß die Austrittstemperatur der Gasturbine gleich der Temperatur ist, mit der die Feuerung .des Kessels mit Rücksicht auf den zu verfeuernden Brennstoff zweckmäßig betrieben wird. Bei Staubfeuerung für Brennstoff mit höherem Wassergehalt wählt man beispielsweise Heißlufttemperaturen von 400° C, die hei Entspannung mit 700°C Anfangstemperatur und bei einem Druckverhältnis von 5 erreicht werden.
Besonders vorteilhaft ist es, die dem Gefälle der Gasturbinen entsprechende Erhitzung der Arbeitsluft der Zusatzbrennkammer durch eine innere Verbrennung unter Überdruck in der zu erhitzenden Luft vorzunehmen. Es entfällt damit gegenüber einer von außen beheizten Heizfläche die Notwendigkeit, die Abgase der Zusatzbrennkammer einer besonderen Verwertung zuzuführen. Hierdurch ergibt sich auch der Vorteil, daß durch die innere Verbrennung ein gegenüber einer Heizfläche nur sehr geringer Druckverlust der Arbeitsluft auftritt.
Für die innere Verbrennung selbst kommen vorwiegend flüssige oder gasförmige Brennstoffe in Frage. Im Vergleich zu der im Dampferzeuger zur Verfeuerung kommenden Brennstoffmenge ist die für die Zusatzbrennkammer erforderliche Wärmemenge eine verhältnismäßig geringe, so daß es sich lohnt, hierfür. auch hochwertige Brennstoffe einzusetzen. Wählt man für die innere Verbrennung in der Zusatzbrennkammer Heizgas, so kann dieses auch in einer besonders hierfür vorgesehenen Gasgeneratoranlage aus festen Brennstoffen erzeugt werden. Da bei der verhältnismäßig kleinen Durchsatzmenge der Gasgeneratoranlage sich eine Teergewinnung in den meisten Fällen nicht lohnt, ist es zweckmäßig, für die Vergasung eine teerarme Kohle oder auch Koks _ zu verwenden. Bei gegebener Brennstoffsorte läßt sich eine gewisse Teerbildung im Gasgenerator nicht vermeiden, und es ist in diesen Fällen zweckmäßig, die Gasleitung vom Generator zur Zusatzbrennkammer und ihre Zwischen diesen liegenden Bauteile mit einem guten Wärmeschutz zu versehen, um eine Teerablagerung zu vermeiden. An besonders kritischen Stellen kann eine Teerabscheidung sicher dadurch vermieden werden, daß diese Leitungsteile von außen erwärmt werden.
Ein weiterer Vorteil der Anordnung einer Zusatzbrennkammer mit innerer Verbrennung besteht darin, daß unabhängig von der Charakteristik des Dampferzeugers die Eintrittstemperatur des Arbeitsgases in die Gasturbine konstant gehalten werden kann. Am einfachsten erfolgt dies durch Regelung der Brennstoffzufuhr zur Brennkammer auf konstant bleibende Austrittstemperatur aus derselben.
Bei Teillast des Dampferzeugers kann ferner vorteilhaft die durch die Gasturbinenanlage durchgesetzte Gasmenge weniger stark fallend als die Teillast gefahren oder auch bei Laständerungen sogar annähernd konstant gehalten werden. Es ergibt sich hierbei ein sehr günstiges Teillastverhalten der Gesamtanlage, cla hierbei die Gasturbinenanlage stets in ihrem günstigsten Arbeitspunkt gefahren werden kann.
Bei zwei- oder mehrstufigen Gasturbinenanlagen ist es zweckmäßig, den gasförmigen oder flüssigen Brennstoff für die unter unterschiedlichem Überdruck stehenden einzelnen Zusatzbrennkammern in einer gemeinsamen Anlage zu erzeugen und/oder auf den Brennkammerdruck der ersten Stufe zu bringen.
Die Zeichnung zeigt das Schaltschema einer Wärmekraftanlage mit einer mit innerer Verbrennung arbeitenden Zusatzhrennkammer.
Bei der als Ausführungsbeispiel gezeigten Anlage wird die für die Verbrennung im Dampferzeuger i und für die Vergasung im Gasgenerator 2t erforderliche Luft in der mehrstufigen Verdichteranlage i i auf den Druck von mehreren Atmosphären verdichtet. Der Hauptteil der verdichteten Luft wird wie üblich im Luftvorwärmer 6 ,des Dampferzeugers durch die Abgase auf eine Temperatur von beispielsweise 4oo` C erwärmt und anschließend in der Zusatzbrennkammer 13 durch innere Verbrennung von Generatorgas auf die Gasturbineneintrittstemperatur von 700° C erhitzt. Die Entspannung des Arbeitsgases wird in den beiden parallel geschalteten Gasturbinen 1.4 und 15 vorgenommen. von denen die eine die Verdichter ii antreibt, während die andere die Nutzleistung abgibt. Das auf einen geringen Gegendruck entspannte Gas wird durch die Rohrleitung 16 über die Leitung 17 als 1lühlenluft der Kohlenmühle 3 und über die Leitung 18 als Zweit-und Drittluft der Feueruni; 2 des Dampferzeugers zugeführt. Im Zuge der Rauchgasströmung sind die Auskleidung des Feuerraumes und die Anordnung der Nachheizflächen die bei den Kesseln üblichen. Auf den Überhitzer 4 folgen der Speisewasservorwärmer 5 und der Luftvorwärmer 6.
Die für die Vergasung erforderliche Luft wird beispielsweise durch einen kleinen Zusatzverdichter 22 auf einen geringen Überdruck gegenüber der Luft des Luftvorwärmers 6 gebracht, sofern man nicht durch Abstimmung auf gleich große Druckverluste überhaupt auf eine zusätzliche Verdichtung verzichten kann. Das im Generator 21 erzeugte Ileizgas wird durch den Zyklonabscheider 23 gereinigt und über das Regelventil 24 der Zusatzbrennkammer 13 zugeführt.

Claims

PATE\TANSI'RÜ(:I(I#: i. Verfahren zum Betrieb einer Wärmekraftanlage, bestehend aus einer Dampfturbinenanlage und einer Gastur:binenanlage, wobei die Abgase oder Gasturbinenanlage als Verbrennungsluft für :die Dampfturbinen- und/oder Gasturbinenanlage :dienen und ddie Arbeitsluft der Gastur@binenanlage von den Rajuehgasen der Dampfkesselfeuerung vorgewärmt sowie von Vorwärmetemperatur auf die Eintrittstemperatur in die Gasturhine in einer oder mehreren getrennt befeuerten Zusatzbreunkammern erhitzt wird, @dadurch gekennzeichnet, daß die Erdhitziung der Arbeitsluft in der Zusatzbrennkammer :bzw. :den Zusatzbrennkammern lediglich dum:diejenige Temperaturspanne erfolgt, u dm die die Arbeitsluft in der Gasturbine abgekühlt wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, :ddaß für ddie ,innere Verbrennung Heizgas in einer hierfür vorgesehenen Gasigeneratoranlage erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß als zu vergasender Brennstoff eine teerarme Kohle oder Koks verwendet wird. ,
4. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasleitung vom Generator zur Zusatzbrenn.kamdmer und ihre zwischen diesen liegenden Bauteile gut wärmeisoliert und/oder an Stellen möglicher Teerabscheidung erwärmbar sind.
5. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2 wund 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gasreinigung ein ein- oder mehrstufiger Zyklonabscheider vorgesehen eist, dem das Heizgas ohne vorhergehende große Abkühlung zugeführt wird.
6. Verfahren nach :Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei Teillast des Dampferzeugers die durch die Gasturbinenanlage ,durchgesetzte Gasmenge weniger als dieser Teillast entsprechend zurückgeht oder auch bei LaständerungenderDampfturbinenan.lage annähernd konstant bleibt.
7. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei- oder mehrstufigen Gasturbinenanlagen der gasförmige oder flüssige Brennstoff in einer gemeinsamen Anlage erzeugt und/oder -auf den Brennkammerdruck der ersten Stufe gebracht wird. Angezogene 1.)ruckschriften: Schweizerische Patentschrift Nrr. 254o66.