DE1134556B - Gas-steam-turbine composite system - Google Patents

Description

Gas -Dampf -Turbinen -Verbundanlage Bekannt ist die Kombination von Gas- und Dampfprozessen, bei denen der Dampfprozeß meist dem Gasturbinenprozeß nachgeschaltet wird. Die vorgeschaltete Gasturbine kann mit oder ohne Zwischenverbrennung bzw. mit oder ohne Zwischenkühlung bekannterweise ein- oder mehrwellig gebaut sein.Gas-steam turbine composite system The combination of Gas and steam processes, in which the steam process usually follows the gas turbine process will. The upstream gas turbine can be used with or without intermediate combustion or be built with or without intermediate cooling known to be single or multi-shaft.

Ein wesentliches Problem bei dieser Art von kombinierten Prozessen besteht nun in einer geeigneten Verwertung der Abgaswärme am Austritt des Dampferzeugers. Einerseits ist bekannt, die Abgase am Austritt des Dampferzeugers ausschließlich zur Vorwärmung der Kompressorluft des Gasprozesses zu verwenden; andererseits ist auch bekannt, bei bestimmten Arten von Prozeßführungen die gesamte Abgaswärme aus dem Dampferzeuger in einen Parallelzweig des Speisewasserstromes zu leiten, wo sie diesen Parallelstrom um eine wählbare Temperaturspanne aufwärmt. Der andere Kondensat- oder Frischwasser-Teilstrom wird mittels der bei Dampfprozessen üblichen Regenerativvorwärmung aufgewärmt. Des weiteren liegt es nahe, die gesamte Abgaswärme unmittelbar auf den ungeteilten Kondensat- oder Frischwasser-Speisewasser-Strom zu übertragen. Entscheidend bei kombinierten Prozessen ist, daß die Endvorwärmung des Kesselspeisewassers ihre wärmewirtschaftlich zweckmäßige Höhe beibehält und darüber hinaus bei der relativ hohen Abgastemperatur aus dem Dampferzeuger aber wärmewirtschaftlich vertretbar möglichst noch überhöht werden könnte.A major problem with this type of combined process now consists in a suitable utilization of the exhaust gas heat at the outlet of the steam generator. On the one hand, it is known that the exhaust gases at the outlet of the steam generator are exclusively to be used to preheat the compressor air of the gas process; on the other hand is also known, in certain types of process management, the entire exhaust gas heat to direct the steam generator into a parallel branch of the feed water flow, where they this parallel current warms up by a selectable temperature range. The other condensate or fresh water partial flow is generated by means of the regenerative preheating that is usual in steam processes warmed up. Furthermore, it makes sense to apply the entire exhaust gas heat directly to the to transmit undivided condensate or fresh water feed water stream. Decisive with combined processes is that the final preheating of the boiler feed water is yours Maintains heat-economically expedient level and, moreover, at the relative high exhaust gas temperature from the steam generator but justifiable from an economic point of view could be increased if possible.

Nach dem derzeitigen Stand der Technik der Entwicklung von Gasturbinen ist es unumgänglich notwendig, zur Erreichung eines guten thermischen Gesamtwirkungsgrades bei kombinierten Verfahren unter einer Fülle von Möglichkeiten den Dampfprozeß vor allem bei großen Leistungen möglichst optimal zu gestalten. Es ist ferner bekannt, daß ein guter Dampfprozeßwirkungsgrad von der Güte des Regenerativvorwärmprozesses abhängig ist. Diesen Verhältnissen wird bei der Erfindung in der Weise Rechnung getragen, daß einerseits eine Anzahl von Hochdruckvorwärmern thermisch entlastet werden, indem man vom Kondensat- oder Frischwasser-Strom einen Zweigstrom abteilt und diesen durch einen entsprechend gewählten Teilstrom des Abgasstromes aus dem Dampferzeuger aufwärmt.According to the current state of the art of gas turbine development it is absolutely necessary to achieve a good overall thermal efficiency in the case of combined processes, there is a wealth of possibilities for the steam process to make it as optimal as possible, especially with high performance. It is also known that a good steam process efficiency of the quality of the regenerative preheating process is dependent. The invention takes account of these relationships borne that on the one hand a number of high pressure preheaters thermally relieved by dividing a branch flow from the condensate or fresh water flow and this by a correspondingly selected partial flow of the exhaust gas flow from the Steam generator warms up.

Dadurch ist es möglich, nicht nur die übliche Endvorwärmung des Kondensat- oder Frischwasser-Stromes, wie sie bei den gebräuchlichen Dampfprozessen vorliegen, zu bewerkstelligen, sondern darüber hinaus auch wärmewirtschaftliche Vorteile durch zweckmäßige weitere Erhöhung der Endvorwärmungstemperatur zu erreichen. Gleichzeitig aber wird der zweite Teilstrom der Abgase aus dem Dampferzeuger noch zur Vorwärmung der Kompressorluft ausgenutzt.This makes it possible to not only do the usual final preheating of the condensate or fresh water stream, as it is in the usual steam processes, to accomplish, but also through thermal economic advantages to achieve an appropriate further increase in the final preheating temperature. Simultaneously however, the second partial flow of the exhaust gases from the steam generator is used for preheating the compressor air is used.

Die Erfindung besteht demgemäß bei einer Wärmekraftanlage mit einer einer Dampfkraftanlage vorgeschalteten Verbrennungsgasturbinenanlage, deren Verbrennungsabgase bei etwa atmosphärischem Druck in den Feuerraum des Dampferzeugers eingeleitet werden, in der Kombination sämtlicher nachfolgend aufgezählter, für sich oder in Teilkombination bekannter Merkmale: a) Wasserseitige Parallelschaltung eines von Regenerativdampf beheizten Speisewasservorwärmers mit einem von Kesselabgasen beheizten Speisewasservorwärmer.The invention accordingly consists in a thermal power plant with a Combustion gas turbine plant upstream of a steam power plant, its combustion exhaust gases are introduced into the furnace of the steam generator at around atmospheric pressure, in the combination of all those listed below, individually or in partial combinations Known features: a) Water-side parallel connection of one of regenerative steam heated feed water preheater with a feed water preheater heated by boiler exhaust gases.

b) Aufteilung des Rauchgasstromes unmittelbar hinter dem Kessel in zwei Teilströme zur Vorwärmung der Kompressorluft bzw. zur Vorwärmung des den rauchgasbeheizten Speisewasservorwärmer durchsetzenden Speisewasserteilstromes.b) Distribution of the flue gas flow directly behind the boiler into two partial flows to preheat the compressor air or to preheat the flue gas heated Feed water preheater penetrating feed water partial flow.

c) Erhitzung der Kompressorluft in einer vom Kessel getrennten Brennkammer. Bei einer bekannten kombinierten Wärmekraftanlage, bei der die Abgase einer vorgeschalteten Gasturbinenanlage einem brennstoffgefeuerten Kessel zugeführt werden, dienen diese Abgase gemeinsam mit den Kesselabgasen "sowohl der Vorwärmung des den Gasturbinen zugeführten Arbeitsmittels als auch der Vorwärmung des Speisewassers. Der den Kessel verlassende Abgasstrom ist dabei in zwei Teilströme aufgeteilt, von denen- der eine Parallelstrom den Druckluftvorwärmer der Gasturbinenanlage und der zweite einen Speisewasservorwärmer beheizt.c) Heating of the compressor air in a combustion chamber separate from the boiler. at a known combined thermal power plant, in which the exhaust gases of an upstream Gas turbine system are fed to a fuel-fired boiler, they are used Exhaust gases together with the boiler exhaust gases "both the preheating of the gas turbines supplied working medium as well as the preheating of the feed water. The kettle Exiting exhaust gas flow is divided into two partial flows, one of which Parallel flow the compressed air preheater of the gas turbine system and the second one Heated feed water preheater.

Bei einer anderen bekannten Anlage wird der gesamte aus dem Kessel austretende Abgasstrom zuerst dem Druckluftvorwärmer zugeführt, wo er einen Teil der in ihm enthaltenen Wärme an die aus dem Kompressor austretende Luft abgibt. Sodann tritt der Gasstrom mit verminderter Temperatur aus dem Vorwärmer in den Speisewasservorwärmer und durchströmt diesen mit bereits herabgesetzter Temperatur, so daß eine Vorwärmung des Speisewassers auf die Temperatur, mit der die Abgase den Kessel verlassen, nicht mehr möglich ist.In another known system, the whole is from the boiler Exiting exhaust gas flow is first fed to the compressed air preheater, where it is a part releases the heat it contains to the air exiting the compressor. The gas stream then exits the preheater at a reduced temperature into the feedwater preheater and flows through this with already reduced temperature, so that a preheating of the feed water to the temperature at which the flue gases leave the boiler more is possible.

Bei einer solchen Führung des Gasstromes durch hintereinandergeschaltete Vorwärmer kann zwar durch entsprechende Bemessung der Vorwärmer eine unterschiedliche Wärmeaufnahme der Vorwärmer, nicht aber eine Erhitzung des Speisewassers bis auf die Temperatur der den Kessel verlassenden Abgase erzielt werden. Außerdem müßten beide Vorwärmer für die Aufnahme der gesamten Abgasmenge, also etwa doppelt so groß, ausgelegt werden, wie dies bei der Anlage nach der Erfindung der Fall ist. Insgesamt läßt sich bei der bekannten Anlage nur ein begrenzter Wirkungsgrad erreichen, weil die höheren Abgastemperaturen nicht der Speisewasservorwärmung zugute kommen und andererseits die Vorwärmung selbst nicht für einen Teil, sondern für die gesamte Abgasmenge bemessen werden müßte.With such a management of the gas flow through one behind the other The preheater can have a different size by appropriately dimensioning the preheater Heat absorption of the preheater, but not heating of the feed water up to the temperature of the exhaust gases leaving the boiler can be achieved. Also would have to both preheaters for taking up the entire amount of exhaust gas, i.e. about twice as large, be designed, as is the case with the system according to the invention. All in all can only achieve a limited degree of efficiency in the known system, because the higher flue gas temperatures do not benefit the feed water preheating and on the other hand, the preheating itself not for a part, but for the whole The amount of exhaust gas would have to be measured.

Eine Betrachtung der Schaltungen dieser bekannten Wärmekraftanlagen kann nicht ohne weiteres zur Anlage nach der Erfindung führen, weil dabei noch völlig offen bleibt, wo ein im Sinne der zuletzt beschriebenen Anlage ausgebildeter wasserseitig parallel zur Regenerativvorwärmung geschalteter Speisewasservorwärmer im Kesselabgaszug der zuvor beschriebenen Wärmekraftanlage anzuordnen wäre. Bei der zweiten bekannten Anlage liegt er nämlich im Kesselabgaszug hinter dem Lufterhitzer bzw. Luftvorwärmer. Es besteht aber auch kein Vorbild darüber, wo die Aufteilung der Kesselabgase bei einer solchen Speisewasservorwärmung parallel zur Regenerativvorwärmung vorgenommen werden soll, da bei der zweiten bekannten Anlage die gesamten Kesselabgase durch den Speisewasservorwärmer strömen, bei der ersten bekannten Anlage aber zuerst die Dampferhitzer beheizt werden.A consideration of the circuits of these known thermal power plants can not easily lead to the system according to the invention, because it is still completely It remains open where a water-side trained in the sense of the system described last is left open Feed water preheater in the boiler flue gas switched parallel to the regenerative preheating the previously described thermal power plant would be to be arranged. The second known one The system is located in the boiler flue behind the air heater or air preheater. But there is also no model as to where the distribution of the boiler exhaust gases is at such a feed water preheating is carried out in parallel with the regenerative preheating should be, because in the second known system, the entire boiler exhaust gases through flow through the feedwater preheater, but first with the first known system Steam heater are heated.

Das Speisewasser kann mit Vorteil in dem gasbeheizten Vorwärmer mindestens bis auf die Endtemperatur der Regenerativvorwärmanlage aufgewärmt werden. In an sich bekannter Weise kann von einer Zwischenkühlung der Kompressorluft Gebrauch gemacht werden.The feed water can advantageously in the gas-heated preheater at least heated up to the final temperature of the regenerative preheating system. In on As is known, use can be made of intercooling of the compressor air be made.

Ein Schaltbeispiel einer Anlage gemäß der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.A circuit example of a system according to the invention is shown in the drawing shown.

Die Gasturbinenanlage umfaßt in an sich bekannter Weise einen zweistufigen Verdichter 1, 2 mit Zwischenkühler 3, dem Luftvorwärmer 4, die Brennkammer 5, die beiden Gasturbinen 6 und 7 mit der Zwischenbrennkammer 8 und dem Stromerzeuger 9. Die Gasturbine 7 gibt ihr Abgas über die Leitung 10 an die Dampfkraftanlage ab, die aus dem Kessel 11, dem Turbosatz 12, der Vorwärmeranlage 13, dem Kondensator 14 und einer Niederdruckvorwärmer- und Entgaseranlage 15,16 besteht. 17 sind die Anzapfungen der Turbine 12 für die Hochdruck-Speisewasservorwärmung. Der Kessel 11 ist brennstoffgefeuert, wie bei 18 angedeutet ist. Die Abgase verlassen ihn, wie dies durch die Linien 19 angedeutet ist.The gas turbine system comprises in a manner known per se a two-stage compressor 1, 2 with intercooler 3, the air preheater 4, the combustion chamber 5, the two gas turbines 6 and 7 with the intermediate combustion chamber 8 and the power generator 9. The gas turbine 7 emits its exhaust gas via the line 10 to the steam power plant, which consists of the boiler 11, the turbo set 12, the preheater system 13, the condenser 14 and a low-pressure preheater and degasser system 15, 16. 17 are the taps of the turbine 12 for high pressure feed water preheating. The boiler 11 is fuel-fired, as indicated at 18. The exhaust gases leave him, as indicated by the lines 19.

Es kommt jetzt, wie bereits ausgeführt, vor allem darauf an, die Abgaswärme des Kessels 11 weitestgehend auszunutzen, d. h. die Abgastemperatur so stark wie nur irgend möglich herabzudrücken. Hierfür ist folgende Maßnahme getroffen.As already mentioned, the main thing that matters now is the heat of the exhaust gas of the boiler 11 to the greatest possible extent, d. H. the exhaust gas temperature as high as only to press down as much as possible. The following measure has been taken for this.

Die Abgasströmung 19 ist bei 20 gegabelt. Außerdem ist der Regenerativvorwärmeranlage 13 ein zusätzlicher Speisewasservorwärmer 24 parallel geschaltet, der an einer Stelle 21 hinter der Speisepumpe 23 abgezweigt ist und bei 22 wieder in den Speisewasserstrom mündet. Der zusätzliche Speisewasservorwärmer 24 wird durch den Teilstrom 25 der den Kessel verlassenden Abgase beheizt. Es wird hierin also ein Teil der Abgaswärme nutzbar gemacht.The exhaust gas flow 19 is bifurcated at 20. In addition, the regenerative preheater system 13 is connected in parallel with an additional feed water preheater 24, which branches off at a point 21 behind the feed pump 23 and opens again at 22 into the feed water flow. The additional feed water preheater 24 is heated by the partial flow 25 of the exhaust gases leaving the boiler. A part of the exhaust gas heat is made usable here.

Ein zweiter Teilstrom 26 der Kesselabgabe dient zur Beheizung des Druckluftvorwärmers 4 der Gasturbinenanlage, in dem also dann ebenfalls ein Teil der Abgaswärme des Kessels nutzbar zurückgewonnen wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Temperatur der die Dampfkraftanlage bei 27 und 28 verlassenden Abgasströme so weit zu senken, daß ein günstiger Gesamtwirkungsgrad der Anlage erzielbar ist. Gleichzeitig wird erreicht, daß infolge der Verringerung des über die Regenerativvorwärmeranlage 13 fließenden Speisewasserteilstroms die Turbine 12 thermisch entlastet wird, so daß die bis auf Kondensatordruck arbeitende Dampfmenge vergrößert und infolgedessen die Leistungsausbeute der Turbine entsprechend erhöht wird.A second substream 26 of the boiler output is used to heat the Compressed air preheater 4 of the gas turbine system, in which then also a part the exhaust gas heat of the boiler is recovered. In this way it is possible the temperature of the exhaust gas flows leaving the steam power plant at 27 and 28 as follows to reduce far that a favorable overall efficiency of the system can be achieved. Simultaneously is achieved that as a result of the reduction in the regenerative preheater 13 flowing feedwater partial flow, the turbine 12 is thermally relieved, so that the amount of steam working up to the condenser pressure is increased and consequently the power output of the turbine is increased accordingly.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Wärmekraftanlage mit einer einer Dampfkraftanlage vorgeschalteten Verbrennungsgasturbinenanlage, deren Verbrennungsabgase bei etwa atmosphärischem Druck in den Feuerraum des Dampferzeugers eingeleitet werden, gekennzeichnet durch die Kombination sämtlicher nachfolgend aufgezählter, für sich oder in Teilkombination bekannter Merkmale: a) Wasserseitige Parallelschaltung eines von Regenerativdampf beheizten Speisewasservorwärmers mit einem von Kesselabgasen beheizten Speisewasservorwärmer. b) Aufteilung des Rauchgasstromes unmittelbar hinter dem Kessel in zwei Teilströme zur Vorwärmung der Kompressorluft bzw. zur Vorwärmung des den rauchgasbeheizten Speisewasservorwärmer durchsetzenden Speisewasserteilstromes. c) Erhitzung der Kompressorluft in einer vom Kessel getrennten Brennkammer. PATENT CLAIMS: 1. Thermal power plant with a steam power plant upstream combustion gas turbine system, the combustion exhaust gases of which are approx atmospheric pressure are introduced into the furnace of the steam generator by combining all of the following, individually or in partial combinations Known features: a) Water-side parallel connection of one of regenerative steam heated feed water preheater with a feed water preheater heated by boiler exhaust gases. b) Division of the flue gas flow directly behind the boiler into two partial flows to preheat the compressor air or to preheat the flue gas heated Feed water preheater penetrating feed water partial flow. c) Heating the compressor air in a combustion chamber separate from the boiler. 2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speisewasser in dem gasbeheizten Vorwärmer (24) mindestens bis auf die Endtemperatur der Regeneratiworwärmanlage (13) aufgewärmt wird. 2. Plant according to claim 1, characterized in that that the feed water in the gas-heated Preheater (24) at least is warmed up to the final temperature of the Regeneratiworwärmanlage (13). 3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Zwischenkühlung der Kompressorluft. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 936 902, 917 284, 861848, 803 299; französische Patentschrift Nr. 998 006; USA.-Patentschrift Nr. 2 653 447; Combustion, Bd. 27, Heft 12 (Juni 1956), S. 49/56.3. Plant according to claim 1 or 2, characterized by intermediate cooling of the compressor air. Considered publications: German Patent Specifications No. 936 902, 917 284, 861848, 803 299; French Patent No. 998 006; U.S. Patent No. 2,653,447; Combustion, Vol. 27, Issue 12 (June 1956), pp. 49/56.