DE102016204346A1

DE102016204346A1 - Generatorwärme-Nutzung

Info

Publication number: DE102016204346A1
Application number: DE102016204346.3A
Authority: DE
Inventors: Christoph Biela; Olga Deiss; Axel Felderer; Robert Grewe; Kevin Kampka; Dirk Müller; Gregor Schmid; Stephan Schwarz; Julian Timmermann; José Manuel Torres Gutiérrez
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2017-09-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftwerksanlage (1) mit einem Generator (2) und einer Gasturbine (3) umfassend einen Verdichter (4) sowie ein dem Verdichter (4) vorgeschaltetes Ansaughaus (5) für im Verdichter (4) zu verdichtende Luft, wobei der Generator (2) und das Ansaughaus (5) thermisch gekoppelt sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Nutzung von Generatorabwärme.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftwerksanlage sowie ein Verfahren zur Nutzung der Generatorabwärme.
Beim Betrieb einer Kraftwerksanlage mit einer Gasturbine wird üblicherweise Umgebungsluft angesaugt und in einem der Gasturbine zugeordneten Verdichter verdichtet. Der größte Anteil der verdichteten Luft gelangt in eine oder mehrere Brennkammern und wird dort mit einem Brennstoff, üblicherweise Gas, vermischt und verbrannt. Die heißen, unter Druck stehenden Abgase werden einem Turbinenteil der Gasturbine zugeführt und dort unter Leistung von Arbeit, beispielsweise dem Antreiben eines Generators, entspannt.
Typischerweise ist bei Gasturbinenanlagen eine Ansaugluftvorwärmung vorgesehen, um bei vergleichsweise tiefen Außentemperaturen die Entstehung von Kondenswasser oder Eis in Luftansaugeinrichtungen zu verhindern, um insbesondere im Teillastbetrieb den Gesamt-Wirkungsgrad der Anlage zu steigern und ferner um bei niedrigen Teillasten den NOx-Ausstoß zu verringern. Durch die Vorwärmung der Ansaugluft der Gasturbine verringert sich zwar der Gesamtmassenstrom des Brennstoff-Luft-Gemischs, welcher der Gasturbine insgesamt pro Zeiteinheit zugeführt werden kann, so dass die durch die Gasturbine maximal erreichbare Leistungsabgabe geringer ist als beim Verzicht auf die Vorwärmung der Ansaugluft. Bei der Vorwärmung der Ansaugluft sinkt der Brennstoffverbrauch aber stärker als die maximal erreichbare Leistungsabgabe.
Davon abgesehen ist der Verdichter einer Gasturbinenanlage für einen bestimmten Betriebspunkt ausgelegt. Bei geänderten Anforderungen der Anlage ergibt sich eine Variation des Betriebspunktes, die nicht beliebig groß sein kann. Zur Einhaltung der Betriebsgrenzen kann es nötig oder zumindest hilfreich sein, zu verdichtende Luft vorzuwärmen.
Bei Gas- und Dampfturbinenanlagen kann eine solche Ansaugluftvorwärmung bei niedrigen Außentemperaturen und bei Teillasten beispielsweise durch die Verwendung von Niederdruckdampf erfolgen. Allerdings verringert sich dadurch der Wirkungsgrad insbesondere bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen. Weiterhin kann es bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen sein, dass die Ansaugluft nicht auf eine optimale Temperatur aufgeheizt wird, da nicht genügend Niederdruckdampf zur Verfügung steht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Kraftwerksanlage mit einem verbesserten Ansaugluftvorwärmsystem anzugeben, das auch bei vergleichsweise tiefen Umgebungstemperaturen ausreichend Wärme zur Luftvorwärmung zur Verfügung stellt und dabei den Wirkungsgrad der Gesamtanlage steigert. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Angabe eines Verfahrens zum Vorwärmen der Ansaugluft einer Gasturbine für eine Kraftwerksanlage.
Die Erfindung löst die auf eine Kraftwerksanlage gerichtete Aufgabe, indem sie vorsieht, dass bei einer derartigen Kraftwerksanlage mit einem Generator und einer Gasturbine umfassend einen Verdichter sowie ein dem Verdichter vorgeschaltetes Ansaughaus für im Verdichter zu verdichtende Luft, der Generator und das Ansaughaus thermisch gekoppelt sind.
Dadurch kann die Wärme, die am Generator anfällt, im Ansaughaus genutzt werden. Diese Anwendung ist insbesondere für Cold-Ambient-Anlagen von Interesse. Zusätzliche Luftvorwärmer und Enteiser können entfallen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist zur Wärmeaufnahme eine erste Rohrleitung um den Generator herum angeordnet. Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine zweite, isolierte Rohrleitung mit der ersten Rohrleitung verbunden ist und zur Wärmeabgabe an im Verdichter zu verdichtende Luft in das Ansaughaus mündet.
Die Umsetzung der Erfindung mittels Rohrleitungen ist technisch einfach umsetzbar. Die Isolierung hilft Verluste auf dem Übertragungsweg auf ein Minimum einzuschränken.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist ein Wärmeübertrager primärseitig mit einem Kühlmedium für die Generatorkühlung beaufschlagbar und sekundärseitig in das Ansaughaus geschaltet.
Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Nutzung von Generatorabwärme, bei dem Wärme von einem Generator abgeführt und einem Ansaughaus zur Vorwärmung von in einem Verdichter zu verdichtender Luft zugeführt wird.
Dabei ist es zweckmäßig, wenn die Wärme durch eine um den Generator herum angeordnete erste Rohrleitung und eine zweite, isolierte Rohrleitung, die mit der ersten Rohrleitung verbunden ist und in das Ansaughaus mündet, vom Generator in das Ansaughaus übertragen wird.
Die Erfindung wird beispielhaft anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen schematisch und nicht maßstäblich:
1 eine Kraftwerksanlage nach der Erfindung und
2 eine alternative Ausführungsform der Kraftwerksanlage nach der Erfindung.
Die 1 zeigt schematisch und beispielhaft eine Kraftwerksanlage 1 mit einer Gasturbine 3, umfassend einen Verdichter 4, eine Brennkammer 8 und eine Turbine 9. Die Turbine 9 ist über eine Welle 10 mit einem Generator 2 gekoppelt. Dem Verdichter 4 vorgeschaltet ist ein Ansaughaus 5. Zur Ansaugluftvorwärmung ist eine erste Rohrleitung 6 um den Generator 2 herum angeordnet, die mit einer zweiten Rohrleitung 7 verbunden ist. Die zweite Rohrleitung 7 ist thermisch isoliert und mündet in das Ansaughaus 5. Eine dritte Rohrleitung 11 führt das Wärmeträgermedium, beispielsweise Wasser, nachdem es seine Wärme an die Luft im Ansaughaus 5 übertragen hat, wieder zum Generator 2 zurück.
In 2 ist eine alternative Ausführungsform der erfinderischen Kraftwerksanlage 1 dargestellt, bei der ein Wärmeübertrager 12 primärseitig in eine Einhausung 13 des Generators 2 geschaltet und dort mit einem Kühlmedium für die Generatorkühlung beaufschlagbar ist und sekundärseitig in das Ansaughaus 5 geschaltet ist. Alternativ könnte auch das vom Generator 2 erwärmte Kühlmedium aus der Einhausung 13 heraus- und einem außerhalb der Einhausung 13 angeordneten Wärmeübertrager, genauer dessen Primärseite, zugeführt werden.

Claims

Kraftwerksanlage (1) mit einem Generator (2) und einer Gasturbine (3) umfassend einen Verdichter (4) sowie ein dem Verdichter (4) vorgeschaltetes Ansaughaus (5) für im Verdichter (4) zu verdichtende Luft, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (2) und das Ansaughaus (5) thermisch gekoppelt sind.
Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 1, wobei zur Wärmeaufnahme eine erste Rohrleitung (6) um den Generator (2) herum angeordnet ist.
Kraftwerksanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei eine zweite, isolierte Rohrleitung (7) mit der ersten Rohrleitung (6) verbunden ist und zur Wärmeabgabe an im Verdichter (4) zu verdichtende Luft in das Ansaughaus (5) mündet.
Kraftwerksanlage (1) nach Anspruch 1, wobei ein Wärmeübertrager (12) primärseitig mit einem Kühlmedium für die Generatorkühlung beaufschlagbar ist und sekundärseitig in das Ansaughaus (5) geschaltet ist.
Verfahren zur Nutzung von Generatorabwärme, dadurch gekennzeichnet, dass Wärme von einem Generator (2) abgeführt und einem Ansaughaus (5) zur Vorwärmung von in einem Verdichter (4) zu verdichtender Luft zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Wärme durch eine um den Generator (2) herum angeordnete erste Rohrleitung (6) und eine zweite, isolierte Rohrleitung (7), die mit der ersten Rohrleitung (6) verbunden ist und in das Ansaughaus (5) mündet, vom Generator (2) in das Ansaughaus (5) übertragen wird.