DE1239890B

DE1239890B - Kombinierte Gas-Dampf-Kraftanlage

Info

Publication number: DE1239890B
Application number: DE1963S0088601
Authority: DE
Inventors: Marcel Henri Louis Sedille
Original assignee: Rateau SA
Current assignee: Rateau SA
Priority date: 1962-12-10
Filing date: 1963-12-06
Publication date: 1967-05-03
Also published as: BE640193A; FR1350026A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

FOIk

Deutsche Kl.: 46 h

Nummer: 1 239 890

Aktenzeichen: S 886011 a/46 h

Anmeldetag: 6. Dezember 1963

Auslegetag: 3. Mai 1967

Die Erfindung bezieht sich auf kombinierte Gas-Dampf-Kraftanlagen, bei denen die von einem beispielsweise durch einen Kernreaktor beheizten Dampferzeuger gespeiste Dampfturbine die Grund- ' last liefert und die Gasturbine die Spitzenlast, wobei eine Reihe von mittels Anzapfdampf beheizten Speisewasservorwärmern wenigstens zum Teil parallel zu vom Gasturbinenabgas beheizten Speisewasservorwärmern angeordnet sind.

Aus verschiedenen Gründen ist es erforderlich, bei Kraftanlagen zur Erzeugung elektrischer Energie od. dgl. die Möglichkeit vorzusehen, über die Grundlast hinausgehende Energiespitzen erzeugen zu können. Dies ist insbesondere bei Dampfturbinen erforderlich, die durch Kernreaktoren beheizte Dampferzeuger aufweisen, da derartige Anlagen aus wirtschaftlichen Gründen stets unter Vollast betrieben werden müssen.

Es ist bekannt, die Leistung einer mittels Dampfkraft arbeitenden Energieerzeugungsanlage dadurch zu erhöhen, daß eine ständig laufende Gasturbine an die Anlage angeschlossen wird. Bei starker Belastung wird das aus dem Kondensator rückgeführte flüssige Treibmittel durch Anzapfdampf aus der Dampfturbine in Wärmeaustauschern und zum Teil auch mittels Abwärme der Gasturbine vorgeheizt. Dabei wird bei schwacher Dampfbeaufschlagung der Turbine zur besseren Ausnutzung des Brennstoffes der kalorische Wirkungsgrad der Anlage dadurch verbessert, daß bei schwächer Belastung das Treibmittel nur durch Gasturbinenabwärme vorgeheizt wird, während bei stärkerer Belastung die Anzapfungen der Dampfturbine geöffnet werden.

Demgegenüber besteht die Aufgabe der Erfindung ■ darin, die Leistung einer vorzugsweise stets piraktisch mit Vollast laufenden Dampfturbine für Spitzenbelastungen derart zu verbessern, daß der von einem nur für Grundlast ausgelegten Dampferzeuger gespeisten Turbine zu Spitzenzeiten zusätzlich Treibmittel· wie Dampf zugeführt werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einer kombinierten Gas-Dampf-Kraftänlage der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen, einen der abgasbeheizten Speisewasservorwärmer als Verdampfer auszubilden, dessen verschließbarer Auslaß über eine gegenüber dem ihr zugeordneten Regenerativvorwärmer dabei abgeschlossene Anzapfleitung den erzeugten und gegebenenfalls überhitzten Dampf unmittelbar in die Dampfturbine zurückführt. Man verwendet für Spitzenzeiten also zusätzlich zur Dampfturbine eine Gasturbine, deren heiße Abgase verwendet werden, um Dampf zu erzeugen und ge-Kombinierte Gas-Dampf-Kräftanlage

Anmelder: ^;

Societe Rateau S. A., Paris ...',-. . ,. Vertreter: ' '■ ·'■

Dr.-Ing. Dr. jur. F. Redies, Dr. rer. nat. B. Redies und Dr. rer. nat. D. Türk, Patentanwälte, Opladen, Rennbaumstr. 27

Als Erfinder benannt:

Marcel Henri Louis Sedille, Paris .

Beanspruchte Priorität:

Frankreich vom 10. Dezember 1962 (918 101) --

gebenenfalls zu überhitzen, der der Dampfturbine zusätzlich zu dem vom Dampferzeuger gelieferten Dampf zugeführt werden kann. Die Abgase der Gasturbine sind auch nach dem Überhitzen einer Teilmenge des Treibmittels noch warm genüg, um das kondensierte Speisewasser in ausreichender Weise vorzuwärmen, so daß in Spitzenzeiten die Anzapfungen der Dampfturbine geschlossen bleiben können.

Die Erfindung ist besonders für Dampfkraftanlagen geeignet, bei denen die Dampfturbine mit konstanter Beaufschlagung arbeitet und das Temperätürgefälle praktisch durch die Temperäturhöhe im Dampferzeuger begrenzt ist, was beispielsweise bei durch Kernreaktoren beheizten Dampferzeugern der Fall ist. Hierbei sind die Temperatur und der Dampfdruck in den letzten Stufen der Dampfturbine verhältnismäßig gering, so daß ein zusätzliches Einführen von Treibdampf in beispielsweise die Mitteldruckstufe eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrades und der gesamten abgegebenen Leistung der Dampfturbine vervorruft. Für Spitzenzeiten steht also nicht nur zusätzlich eine Dampfturbine zum Erzeugen elektrischer Leistung zur Verfügung, sondern die von der Dampfturbine abgegebene maximale Leistung läßt sich unter sinnvoller Ausnutzung der durch die Gasturbine gelieferten Abgase bedeutend verbessern.

Es sind zwar kombinierte Gas-Dampf-Kraftanlagen bekannt, bei denen das Treibmittel einer Dampfturbine in zwei verschiedenen Strömen mittels der Abgase einer Gasturbine erhitzt wird. Hierbei werden

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unterschiedliche Endtemperaturen des Treibmittels in einem Kessel C erzeugt. Das in einem Köndensa-

erreicht, so daß die beiden Teilströme an verschie- tor K anfallende Wasser wird in den Kessel über eine

denen Stellen in die Dampfturbine eingeleitet werden Leitung zurückgeführt, in der eine Pumpe P₁, ein Ven-

müssen. Die Abgase der Dampfturbine erhitzen dabei til F₀, eine Anzahl von Speisewasservorwärmern R₁,

in jedem Fall das Treibmittel der Dampfturbine, 5 R₂, R₉.. . R₇, in welchen das Wasser mit an geeig-

d. h. also nicht nur in Spitzenbelastungszeiten. neten Stellen der Turbine über die Ventile V₁, V₂,

Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist V₃. . .V₁ abgenommenen Anzapfdampf aufgeheizt

bei einer Anlage der beschriebenen Art, bei welcher wird, ein Ventil F₁₀ und eine Pumpe P₂ angeordnet

die mit der Gasturbinenabwärme beheizten Speise- ist. Die Speisewasservorwärmer sind in zwei Grup-

wasservorwärmer hintereinander in den Abgasstrom io pen eingeteilt, wobei die Vorwärmer R₁, R₂, R₃ die

eingeschaltet sind, der Verdampfer im Abgasstrom erste Gruppe und die Vorwärmer .R₄, R₅, R₆, R₁ die

an erster Stelle stromab der Gasturbine angeordnet zweite Gruppe bilden. Zwischen den beiden Gruppen

und wird von einem getrennten Speisewasserstrom sind Ventile V₈ und F₉ sowie eine Pumpe P₃ ange-

durchrlossen. Hierdurch wird eine Teilmenge des ordnet.

Speisewassers überhitzt und kann in die Dampf tür- 15 Der Dampf kreislauf und die in ihm vorgesehenen

bine eingeleitet werden. Die hierdurch abgekühlten Organe sind mit vollen Linien dargestellt. Diesem

Abgase gelangen dann in weitere Wärmeaustauscher, Dampfkreislauf ist ein Gaskreislauf zugeordnet, der

um den Rest des Speisewassers auf eine niedrige mit unterbrochenen Linien dargestellt ist.

Temperatur vorzuwärmen, bevor es in den als Der Gaskreislauf enthält eine Gasturbine Tg, welche

Dampferzeuger dienenden Kessel zurückfließt. 20 einen Wechselstromgenerator A ₂ und einen Kom-

Nach einem anderen Ausführungsbeispiel der Er- pressor Co, der über eine Leitung α atmosphärische findung ist der Verdampfer im Abgasstrom parallel Luft ansaugt, antreibt. Die im Kompressor Co komzu einem der Speisewasservorwärmer angeordnet. primierte Luft wird in einer Brennkammer CA er-Dadurch wird nur ein Teil der heißen Gasturbinen- wärmt und gelangt dann in die Gasturbine Tg. Die abgase zum Überhitzen eines Teiles des Speisewassers 25 Abgase der Gasturbine durchströmen und beheizen verwendet, während der andere Teil dieser Abgase einen Verdampf er E, in dessen Rohre über ein Venunmittelbar in den einen der beiden Wärmeaus- til F₈' und eine Pumpe P₄ ein Teil des aus dem Kontauscher zum Aufheizen des Speisewassers gelangt. densator K abgeführten aufzuheizenden Speisewassers Die aus diesen Wärmeaustauschern abströmenden geleitet werden kann.

Gase können dann noch durch einen zweiten Wärme- 30 Die Abgase durchströmen dann zwei als Wärmeaustauscher zum Vorheizen des Speisewassers hin- austauscher ausgebildete Speisewasservorwärmer Rf₁ durchströmen, bevor sie ganz abgeführt werden. und Rf₂, die hintereinander im Abgasstrom ange-

Durch die Erfindung ist es möglich, mittels der ordnet sind und in denen das Abgas das vom Kon-Gasturbinenabgase, welche am Austritt aus der Gas- densator K in den Kessel C zurückkehrende Wasser turbine eine Temperatur von etwa 450° C aufweisen, 35 aufheizen. Die Abgase entweichen schließlich durch eine Teilmenge des Speisewassers im Verdampfer auf einen Auslaß e in die Atmosphäre. Im Gaskreislauf 350° C zu erhitzen, während die Abgase bis zu einer sind zur Vervollständigung noch Ventile V₀, F₉', Temperatur von 100° C in diesem Verdampfer und Vl₀, F₁₁ und V_n angeordnet,
den nachfolgenden Wärmeaustauschern abgekühlt Die Anlage arbeitet folgendermaßen: Außerhalb werden können. Daraus ergibt sich bei Spitzen- 40 der Spitzenzeiten sichert die Dampfturbine die Elekbelastungen eine zusätzliche Verbesserung des Wir- trizitätserzeugung durch den Wechselstromgenerakungsgrades, denn bei bekannten Anlagen beträgt die tor A₁. Die Gasturbine ist außer Betrieb. Die Ven-Endtemperatur der zum Vorheizen verwendeten Tür- tile V₀', F₈', F₉', F/_o und F₁₁ sind geschlossen, alle binenabgase etwa 200° C. übrigen Ventile sind geöffnet. Die Aufheizung des

Der durch die Erfindung erzielte Wirkungsgrad 45 aus dem Kondensator K in den Kessel C zurückliegt also weit über dem, der durch reine Summie- geführten Speisewassers erfolgt ausschließlich durch rung der Leistungen der Dampfturbine und der Gas- Anzapfdampf, der die Speisewasservorwärmer R₁, turbine erzielt werden kann. Einmal werden die in R₂, R₃.. -R₁ durchströmt.

den Turbinenabgasen befindlichen Wärmemengen so- Während der Spitzenzeiten wird zusätzlich die

weit wie irgend möglich in kompakten Wärmeaus- 50 Gasturbine in Betrieb genommen, indem man zu-

tauschern zur Vorheizung des Speisewassers der nächst das Ventil F₁₂ öffnet, so daß die Abgase

Dampfturbine ausgenutzt, und zum anderen wird zu- direkt in die Atmosphäre austreten können und der

sätzlich in die Dampfturbine heißer oder überhitzter Gegendruck auf die Abgase der Gasturbine vermindert

Dampf eingeführt, so daß sich auch deren Leistung wird. Sobald die Gasturbine angefahren ist, wird das

bei weitgehend oder vollständig geschlossenen An- 55 Ventil F₁₂ geschlossen, damit die Abgase den Verdamp-

zapfungen verbessert. fer E und die Speisewasservorwärmer Rf₁ und Rf₂

In der Zeichnung sind zum besseren Verständnis durchströmen; dabei öffnet man die Ventile V₀' F₈',

der Erfindung zwei Ausführungsbeispiele der erfin- F₉', F/_o und F_n und schließt alle übrigen Ventile,

dungsgemäß vorgeschlagenen kombinierten Gas- Die Dampfanzapfungen werden dann geschlossen, Dampf-Kraftanlage dargestellt, und zwar zeigt 60 wodurch sich die in der Dampfturbine verfügbare

F i g. 1 ein Schaltbild der einen Ausführungsform Leistung vergrößert. Das Wasser, welches in den

und Kessel C zurückkehrt, passiert das Ventil V₀', den

Fig. 2 ein Schaltbild der zweiten Ausführungs- Vorwärmer Rf₂, das Ventil F₈', die PumpeP₃, das

form. Ventil F₉', den Vorwärmer Rf₁, das Ventil F₁₀' und

Gemäß Fig. 1 treibt eine dreistufige Dampfturbine 65 die Pumpe P₂.

einen Wechselstromgenerator A₁. Die Dampfturbine Ein Teil des den Vorwärmer Rf₂ verlassenden

besitzt einen Hochdruckteil HP, einen Mitteldruckteil Wassers wird von der Pumpe P₄ abgezogen und in

MP und einen Niederdruckteil BP. Der Dampf wird den Verdampfer E geleitet, in welchem dieses schon

vorgeheizte Wasser verdampft und, wenn nötig, überhitzt wird, und zwar durch die Abgase hoher Temperatur der Gasturbine. Der so erzeugte Dampf wird an einer geeigneten Entspannungsstufe über das Ventil F₁₁ in die Dampfturbine eingeleitet. Bei der in der Zeichnung beispielsweise dargestellten Vorrichtung wird dieser Dampf an der dem Ventil V₆ zugeordneten Anzapfleitung in den Mitteldruckteil der Dampfturbine eingeführt. Der Druck des im Verdampfer E erzeugten Dampfes kann innerhalb ge- ίο nügend weiter Grenzen variieren. Natürlich existiert ein maximaler Dampfdruck, der von der Temperatur der Abgase der Gasturbine abhängig ist.

Die in F i g. 2 dargestellte Anlage unterscheidet sich von der aus Fig. 1 dadurch, daß der Verdämpfer £ und der Speisewasservorwärmer Rf₁ parallel zueinander im Abgaskreislauf liegen. Darüber hinaus ist das Ventil V₀, welches den Eintritt des Speisewassers in den Vorwärmer Rf₂ reguliert, hinter den Speisewasservorwärmern R₁ und R₂ angeordnet, ao so daß diese Vorwärmer auch zu Spitzenzeiten im Speisewasserkreislauf bleiben. Das Abschalten des diese Vorwänner beheizenden Anzapfdampfes ergibt nämlich nur eine geringe Leistungssteigerung der Dampfturbine, da der Dampfdruck an diesen An-Zapfstellen nur noch gering ist. Außerdem kann der im Verdampfer E erzeugte Dampf in den Mitteldruckteil MP der Dampfturbine eingeführt werden, und zwar in Höhe der letzten Anzapfstelle (Ventil F₄).

Man erkennt, daß bei der in Fig. 1 dargestellten Anlage die Aufteilung der zum Aufheizen des Wassers dienenden Speisewasservorwärmer in zwei getrennte Vorwärmer Rf₁ und Rf₂ gemischte Betriebsformen erlaubt. So ist es in Spitzenzeiten beispielsweise möglich, das Ventil V₀' geschlossen zu halten und die Ventile F₀, F₁, F₂, F₃ und F₈ zu öffnen. In diesem Fall wird das aus dem Kondensator K abgezogene Wasser zuerst in den Vorwärmern R₁, R₂, R₃ mit Anzapfdampf aufgeheizt, woraufhin ein Teil des so aufgeheizten Wassers vor dem Rückführen in den Kessel C durch das Ventil V(_o und die Pumpe P₂ im Vorwärmer ,RZ₁ eine zusätzliche Aufheizung erfährt, während der andere Teil des Wasser über das Ventil F₈' und die Pumpe F₄ in den Verdampfer £ geführt und dort verdampft wird.

Claims

Patentansprüche:

1. Kombinierte Gas-Dampf-Kraftanlage, bei der die von einem beispielsweise durch einen Kernreaktor beheizten Dampferzeuger gespeiste Dampfturbine die Grundlast liefert und die Gasturbine die Spitzenlast, wobei eine Reihe von mittels Anzapfdampf beheizten Speisewasservorwärmern wenigstens zum Teil parallel zu vom Gasturbinenabgas beheizten Speisewasservorwärmern angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß einer der abgasbeheizten Speisewasservorwärmer (E, Rf₁, Rf₂) in an sich bekannter Weise als Verdampfer (E) ausgebildet ist, dessen verschließbarer Auslaß über eine gegenüber dem ihr zugeordneten Regeneratiworwärmer dabei abgeschlossene Anzapfleitung den erzeugten und gegebenenfalls überhitzten Dampf unmittelbar in die Dampfturbine zurückführt.

2. Anlage nach Anspruch 1, bei der die mit der Gasturbinenabwärme beheizten Speisewasservorwärmer hintereinander in den Abgasstrom eingeschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (E) im Abgasstrom an erster Stelle stromab der Gasturbine (Tg) angeordnet und von einem getrennten Speisewasserstrom durchflossen ist.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer (E) im Abgasstrom parallel zu einem der Speisewasservorwärmer (Rf₁) angeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1050 609;
»Power«, 92. Band, Nr. 9 (September 1948), S. 64 bis 71.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

709 578/79 4.67 <& Bundesdruckerei Berlin