CH457039A - Gas turbine plant with water injection - Google Patents

Description

  

      Gasturbinenanlage        mit        Wassereinspritzung       Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbinen  anlage, bei welcher     ein.        Rekuperator    zur Erwärmung  von Druckluft durch die Abgase und Mittel zum Ein  spritzen von durch die Abgase vorgewärmtem Wasser       zwischen    oder nach den Kompressionsstufen des Ver  dichters vorgesehen sind.  



  Die spezifische Leistungsausbeute in     Gasturbinen-          anlagen    kann durch Einspritzen von erwärmtem     Wasser     in das Gas     während    oder nach     seiner    mehrstufigen Kom  pression sehr stark gesteigert werden. Bei entsprechen  der Bemessung der eingespritzten Wassermenge, die vor  der     Einspritzung    durch die Abgase der Turbine nach  deren im     Rekuperator    erfolgenden Wärmeabgabe vor  gewärmt wird, kann auch eine Steigerung des thermi  schen     Wirkungsgrades    erzielt werden.  



  Eine befriedigende Steigerung des Wirkungsgrades       ist    aber nur durch einen verhältnismässig grossen Anteil  von Wasser im Gasstrom erzielbar. Dieser hohe Ver  brauch an     aufbereitetem    Wasser ist in der Regel nicht  tragbar.  



  Zweck der vorliegenden     Erfindung    ist, den ange  führten Nachteil zu vermeiden und eine Lösung aufzu  zeigen, welche es erlaubt, die durch eine     Wasserein-          spritzung        erzielte    Wirkungsgraderhöhung des Turbinen  teils der     Gasturbinenanlage        wirtschaftlich    auszunützen.  



       Erfindungsgemäss    ist die     Gasturbinenanlage    dadurch       gekennzeichnet,    dass die Abgase einer nach dem     Rekupe-          rator    angeordneten Einrichtung zur Rückkondensation  und     Abscheidung    des in den Abgasen enthaltenen Was  sers     zugeführt        sind    und dass das abgeschiedene Wasser  über eine     Reinigungseinrichtung    wieder den Mitteln  zum Einspritzen zugeleitet ist.  



  Die vorgesehene     Einrichtung    zur Rückkondensa  tion und     Abscheidung    des nach der Expansion der       komprimierten    Gase in der Turbine in dampfförmigem  Zustand     in    den Abgasen enthaltenen Wassers kann in  an sich bekannter     Weise    ausgebildet sein und weist  zum Abkühlen der Abgase unter den Taupunkt von  Kühlwasser durchströmte Wärmetauscher auf. Diese  sind nach den für die     Vorwärmung    der     Druckluft    im         Rekuperator    vorgesehenen Wärmetauschern angeordnet  und können     insbesondere    mit diesen     kombiniert    sein.

    Die     Reinigungseinrichtung    für das kondensierte und  abgeschiedene Wasser kann einen Teil enthalten, der  eine Entschwefelung des Wassers     bewirkt.    Das gereinigte  Wasser     wird    zur     Vorwärmung    vorzugsweise weiteren  Wärmetauschern zugeleitet, die im Abgasstrom vor den  zur Kondensation des Dampfes vorgesehenen Wärme  tauschern angeordnet sind.  



  Durch die     Rückführung    des kondensierten und ge  reinigten Wassers     in        einem    Kreislauf an die Einspritz  stelle muss nur noch eine kleine Menge     Zusatzwasser     zur Deckung von Wasserverlusten, die zum Beispiel  durch Leckage hervorgerufen werden, ständig aufberei  tet werden.

   Die     Erfindung    ermöglicht es deshalb, einen  grossen Anteil Wasser in das komprimierte     Gas    einzu  spritzen,     nämlich    Wasser mit einem     Massenstromanteil     von mindestens 10     ö    desjenigen des Gasstromes, was  einer stündlichen Wassermenge von etwa einer Tonne  je MW Nutzleistung der Gasturbine entspricht.

   Dadurch  lässt sich eine Wirkungsgraderhöhung auf annähernd  50     ö    erzielen, ohne     dass    der     durch    diese     Wirkungsgrad-          erhöhung    bewirkte Gewinn durch einen für die Bereit  stellung des     benötigten,    aufbereiteten Wassers hervorge  rufenen Aufwand in wesentlichem Ausmass     vermindert     wird.



      Gas turbine system with water injection The present invention relates to a gas turbine system in which a. Recuperator for heating compressed air through the exhaust gases and means for an injection of water preheated by the exhaust gases between or after the compression stages of the Ver poet are provided.



  The specific power output in gas turbine systems can be increased significantly by injecting heated water into the gas during or after its multi-stage compression. If the size of the injected water quantity corresponds to that which is heated before the injection by the exhaust gases from the turbine after the heat given off in the recuperator, an increase in thermal efficiency can also be achieved.



  However, a satisfactory increase in efficiency can only be achieved with a relatively large proportion of water in the gas stream. This high consumption of treated water is usually not acceptable.



  The purpose of the present invention is to avoid the disadvantage mentioned and to show a solution which makes it possible to economically exploit the increase in efficiency of the turbine part of the gas turbine system achieved by water injection.



       According to the invention, the gas turbine system is characterized in that the exhaust gases are fed to a device arranged downstream of the recuperator for recondensation and separation of the water contained in the exhaust gases and that the separated water is fed back to the injection means via a cleaning device.



  The provided device for Rückkondensa tion and separation of the water contained in the exhaust gases after the expansion of the compressed gases in the turbine in a vaporous state can be designed in a known manner and has heat exchangers through which cooling water flows to cool the exhaust gases below the dew point. These are arranged after the heat exchangers provided for preheating the compressed air in the recuperator and can in particular be combined with them.

    The cleaning device for the condensed and separated water can contain a part which causes desulfurization of the water. For preheating, the purified water is preferably fed to further heat exchangers which are arranged in the exhaust gas flow in front of the heat exchangers provided for condensation of the steam.



  As the condensed and purified water is returned to the injection point in a circuit, only a small amount of additional water needs to be continuously processed to cover water losses caused, for example, by leakage.

   The invention therefore makes it possible to inject a large proportion of water into the compressed gas, namely water with a mass flow rate of at least 10 ö that of the gas flow, which corresponds to an hourly amount of water of about one ton per MW of useful power of the gas turbine.

   As a result, an increase in efficiency to approximately 50 ° can be achieved without the gain brought about by this increase in efficiency being significantly reduced by the effort required to provide the required, treated water.

 

Claims (1)

PATENTAINTSPRUCH Gasturbinenanlage, bei welcher ein Rekuperator zur Erwärmung von Druckluft durch die Abgase und Mittel zum Einspritzen von durch die Abgase vorgewärmtem Wasser zwischen oder nach den Kompressionsstufen des Verdichters vorgesehen sind, dadurch gekennzeich net, dass die Abgase einer nach dem Rekuperator ange ordneten Einrichtung zur Rückkondensation und Ab scheidung des in den Abgasen enthaltenen Wassers zu- geführt sind und dass das abgeschiedene Wasser über eine Reinigungseinrichtung wieder den Mitteln zum Einspritzen zugeleitet ist. PATENTAIN CLAIM Gas turbine system in which a recuperator for heating compressed air through the exhaust gases and means for injecting water preheated by the exhaust gases are provided between or after the compression stages of the compressor, characterized in that the exhaust gases from a device for recondensation arranged after the recuperator and separation of the water contained in the exhaust gases are fed and that the separated water is fed back to the means for injection via a cleaning device.