DE19725822A1 - Verfahren zum Betreiben eines Gas- oder Dampfturbinen-Kraftwerks - Google Patents
Verfahren zum Betreiben eines Gas- oder Dampfturbinen-KraftwerksInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gas- oder Dampfturbinen-
Kraftwerks, insbesondere eines Spitzenlast-Kraftwerks, das mittels einer
Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, insbesondere Erdgas, befeuert wird und bei dem
die Kühlung des Gas- oder Dampfkreislaufs mittels eines Kühlwasserkreislaufs
erfolgt.
Zur Befeuerung von Gas- oder Dampfturbinen-(Spitzenlast)-Kraftwerken wird bisher
oftmals unter Druck stehendes Erdgas verwendet. Dieses wird in der Regel aus einer
Hochdruck-Pipeline entnommen. Im Falle von sog. Spitzenlast-Kraftwerken, also
Kraftwerken, die nur zeitweilig zur Überbrückung von Lastspitzen oder beim Ausfall
eines anderen Kraftwerkes eingesetzt bzw. in Betrieb genommen werden, besteht die
Problematik, daß oftmals gerade dann Erdgas benötigt wird, wenn dieses knapp und
daher vergleichsweise teuer ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Gas-
oder Dampfturbinen-Kraftwerks, insbesondere eines Spitzenlast-Kraftwerks,
anzugeben, das die genannten Nachteile vermeidet.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die für die Befeuerung verwendete
Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion durch Verdampfen und Anwärmen einer
verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, insbesondere durch Verdampfen
und Anwärmen von verflüssigtem Erdgas, bereitgestellt wird.
Erfindungsgemäß wird für die Befeuerung des Kraftwerks eine verflüssigte
Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion bzw. verflüssigtes Erdgas, die bzw. das vor der
Zuführung in das Kraftwerk verdampft und angewärmt wird, bereitgestellt. Die hierfür
benötige verflüssigte Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion wird vorzugsweise in einem
oder mehreren Speicherbehältern (zwischen)gelagert. Derartige Speicherbehälter
weisen z. B. ein Fassungsvermögen von 5000 bis 20 000 m3 auf.
Die in dem Speicherbehälter gelagerte verflüssigte Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion
kann z. B. durch Verflüssigen des aus der Hochdruck-Pipeline entnommenen
Erdgases - das vorzugsweise zu denjenigen Zeiten, zu denen es vergleichsweise
günstig zur Verfügung steht, aus der Hochdruck-Pipeline entnommen wird -
bereitgestellt werden. Selbstverständlich kann die Belieferung eines derartigen
Speicherbehälters auch z. B. mittels entsprechender Tankfahrzeuge erfolgen. Für den
Fall, daß neben dem Speicherbehälter ein Verflüssiger vorgesehen ist, kann das in
der Regel während des Verflüssigungsprozesses anfallende Tail-Gas z. B. einer
Niederdruck-Pipeline zugeführt werden.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Gas- oder
Dampfturbinen-Kraftwerks ist es nun möglich, die Entnahme einer Kohlenwasserstoff
reichen Fraktion, insbesondere Erdgas, aus einer (Hochdruck-)Pipeline unabhängig
von dem Zeitpunkt, zu dem die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion zur Befeuerung des
Kraftwerks benötigt wird, zu realisieren. Der Speicherbehälter für die verflüssigte
Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion dient somit als Puffer.
Vorzugsweise wird die verflüssigte Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion in einem oder
mehreren Wärmetauschern verdampft und angewärmt.
Die Anzahl der Wärmetauscher, die für das Verdampfen und Anwärmen der aus dem
Speicherbehälter entnommenen Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion benötigt werden,
wird sich in der Praxis an der Durchflußmenge, an der bzw. den gewählten
Wärmetauscherkonstruktionen sowie weiteren Randbedingungen orientieren.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet,
daß der oder die Wärmetauscher als sog. Wasserbad-Verdampfer in gewickelter
Rohrbauweise ausgeführt sind.
Beim Betreiben eines Gas- oder Dampfturbinen-Kraftwerks, bei dem Kühlung mittels
eines Kühlwasserkreislaufs erfolgt, kann es unter Umständen vorkommen, daß
aufgrund der bereits sehr hohen Flußtemperaturen - die benötigten
Kühlwassermengen können in der Regel nur aus Flüssen entnommen werden und
werden diesen anschließend wieder zugeführt - der Kraftwerksbetrieb nicht erlaubt ist,
da ansonsten durch das Einleiten des Kühlwasser-Rücklaufs eine weitere Erwärmung
des Flusses erfolgen würde.
Das erfindungsgemäße Verfahren weiterbildend wird daher vorgeschlagen, daß das
Verdampfen und/oder das Anwärmen der verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen
Fraktion im Wärmetausch mit wenigstens einem Teilstrom des dem Kraftwerk
zugeführten und/oder mit wenigstens einem Teilstrom des aus dem Kraftwerk
abgeführten Kühlwasserkreislaufstromes erfolgt.
Das erfindungsgemäße Verfahren sowie weitere Ausgestaltungen desselben und die
damit verbundenen Vorteile seien anhand der Fig. 1 bis 3 näher erläutert.
Die Fig. 1 bis 3 zeigen hierbei unterschiedliche Verfahrensschemata zum
Betreiben eines Gas- oder Dampfturbinen-Kraftwerks. Das eigentliche Kraftwerk wird
durch den mit einer unterbrochenen Linie umgebenen Bereich dargestellt.
Gemäß der in der Fig. 1 dargestellten Verfahrensweise wird die verflüssigte
Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion in einem oder mehreren Speicherbehältern S
(zwischen)gelagert. Aus dem bzw. den Speicherbehältern wird im Bedarfsfall über
Leitung 1 die verflüssigte Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion abgezogen und einem
Wärmetauscher E1, der z B. als sog. Wasserbad-Verdampfer in gewickelter
Rohrbauweise ausgeführt ist, zugeführt. In ihm erfolgt gegen einen Teilstrom des
Kühlwasser-Rücklaufs, auf den im folgenden noch näher eingegangen werden wird,
ein Verdampfen der verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion.
Diese wird anschließend über Leitung 2 einem zweiten Wärmetauscher E2, der z. B.
wiederum als sog. Wasserbad-Verdampfer in gewickelter Rohrbauweise ausgeführt
sein kann, zugeführt, in diesem gegen einen Teilstrom des Kühlwasser-Vorlaufs, auf
den ebenfalls im folgenden nach näher eingegangen werden wird, angewärmt und
anschließend über die Leitungen 3 und 4 dem Kraftwerk zugeführt und in diesem
verfeuert. Der bei Verfeuerung anfallende Rauchgasstrom wird über Leitung 5 aus
dem Kraftwerk abgezogen.
Das eigentliche Kraftwerk, das lediglich schematisch dargestellt ist, weist einen
Kondensator E4 sowie einen Überhitzter E5 auf. Der im Überhitzter E5 überhitze
Dampf- oder Gasstrom wird über Leitung 19 einer oder mehrerer
Entspannungsturbinen T zugeführt und in dieser bzw. diesen arbeitsleistend
entspannt. Daran anschließend wird der entspannte Dampf- oder Gasstrom über
Leitung 18 wieder dem Kondensator E4 zugeführt.
Zur Kühlung des Kraftwerks wird z. B. aus einem Fluß 8 ein Kühlwasserstrom 9, der
sog. Kühlwasser-Vorlauf, entnommen und mittels der Pumpe P im Kreislauf gepumpt.
Über die Leitungen 10 und 13 sowie das Bypass-Ventil V1 gelangt das aus dem Fluß
8 entnommene Kühlwasser zunächst in den Kondensator E4 und anschließend in den
Überhitzter E5. Aus diesem wird es über die Leitungen 14 und 15 sowie das zweite
Bypass-Ventil V2 als sog. Kühlwasser-Rücklauf wieder dem Fluß 8 zugeführt.
Für den Fall, daß das Kraftwerk nur gelegentlich betrieben und folglich nur zu diesen
Zeiten eine Entnahme der verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion aus dem
Speicherbehälter S erforderlich wird, ist zum Zwecke des Anfahrens des
Verdampfungs- und Anwärmprozesses ein zusätzlicher Wärmetauscher E3, der
vorzugsweises als flammenbeheizter Wärmetauscher ausgeführt ist, vorzusehen.
Diesem wird über die Leitungen 6 und 6' ein Teil der Kohlenwasserstoff-reichen
Fraktion zugeführt und verfeuert, so daß derjenige Teil der Kohlenwasserstoff-reichen
Fraktion, der mittels Leitung 7 durch den Wärmetauscher E3 geführt wird, angewärmt
und verdampft wird, bevor er anschließend dem Kraftwerk zugeführt wird.
Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Teilstrom
des Kühlwasser-Vorlaufs über Leitung 11 dem Wärmetauscher E2 zugeführt und in
diesem gegen die anzuwärmende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion abgekühlt. Der
so abgekühlte Kühlwasserteilstrom wird anschließend über Leitung 12 wieder der
Leitung 13 vor den Kühlwassereintritt in das Kraftwerk zugemischt. Durch diese
zusätzliche Kühlung des Kühlwasser-Vorlaufs kann der Wirkungsgrad des Kraftwerks
gesteigert werden.
Ein Teilstrom des aus dem Kraftwerk über Leitung 14 abgezogenen Kühlwasser-
Rücklaufs kann über Leitung 16 dem Wärmetauscher E1 zugeführt und in diesem
gegen die verdampfende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion abgekühlt werden.
Anschließend wird der so abgekühlte Teilstrom des Kühlwasser-Rücklaufs über die
Leitungen 17 und 15 wieder in den Fluß 8 zurückgeführt. Auf diese Weise kann z. B.
im Sommer die weiter Erwärmung des bereits erwärmten Flusses durch Einleiten des
im Wärmetauscher E1 abgekühlten Kühlwasser-Rücklaufs reduziert werden. Somit
kann auch an kritischen Tagen, an denen aufgrund der sehr hohen Flußtemperatur
ein Kraftwerksbetrieb nicht mehr erlaubt wäre, dieser dennoch fortgeführt werden.
Als Wärmetauscher werden, wie bereits erwähnt, vorzugsweise sog. Wasserbad-
Verdampfer in gewickelter Rohrbauweise verwendet. Durch das Hindurchleiten des
(erwärmten) Kühlwassers durch diese Wasserbad-Verdampfer verbessern sich deren
Betriebsbedingungen.
Im Gegensatz zu der Verfahrensweise, wie sie in der Fig. 1 dargestellt ist, erfolgt das
Verdampfen und Anwärmen der verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion, im
Falle der Verfahrensweise der Fig. 2, in lediglich einem Wärmetauscher E1/2.
Entsprechend der gewünschten Betriebsweise kann über die beiden Drei-Wege-
Ventile V3 und V4 eine Vielzahl von Schaltungsmöglichkeiten hinsichtlich des
Verlaufs (eines Teilstromes) des Kühlwasser-Vorlaufs und -Rücklaufs realisiert
werden.
So kann z. B. über die Leitungen 21 und 22 ein Teilstrom des Kühlwasser-Vorlaufs
dem Wärmetauscher E1/2 zugeführt, in diesem gegen die verdampfende und
anzuwärmende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion abgekühlt und anschließend über
die Leitungen 23, 24 und 25 dem Kraftwerk zugeführt werden. Ebenso kann ein
Teilstrom des aus dem Kraftwerk abgezogenen Kühlwasser-Rücklaufs über die
Leitungen 27 und 23 dem Wärmetauscher E1/2 zugeführt, in diesem gegen die
verdampfende und anzuwärmende Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion abgekühlt und
anschließend über die Leitungen 22, 28 und 29 wieder dem zum Fluß 8
zurückgeführten Kühlwasser-Rücklauf zugeführt werden.
Im Gegensatz zu den Verfahrensweisen, wie sie in den Fig. 1 und 2 dargestellt sind,
erfolgt das Verdampfen und Anwärmen der verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen
Fraktion bei der in der Fig. 3 dargestellten Verfahrensweise in drei Wärmetauschern
E1, E2 und E6. Hierbei erfolgt im Wärmetauscher E1 das Verdampfen der aus dem
Speicherbehälter S über Leitung 1, in der eine Pumpe P' vorgesehen ist,
abgezogenen, verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion. Daran anschließend
wird die verdampfte Fraktion über die Leitungen 2 bzw. 2' den Wärmetauschern E2
und E6 zugeführt und in diesen an- bzw. vorgewärmt. Aus dem letzten
Wärmetauscher E6 wird die angewärmte Fraktion mittels der Leitungen 3 und 4 dem
Kraftwerk zugeführt.
Das in der Fig. 3 dargestellte Verfahrensschema erlaubt nun eine Vielzahl von
Verschaltungen hinsichtlich der Führung von Teilströmen des dem Kraftwerk
zugeführten und/oder von Teilströmen des aus dem Kraftwerk abgeführten
Kühlwasserkreislaufstromes. Anstelle einer erschöpfenden Aufzählung aller derartiger
Möglichkeiten, sei lediglich auf einige Beispiele eingegangen.
So kann z. B. ein Teilstrom des dem Kraftwerk über Leitung 10 zugeführten
Kühlwasserstromes über die Leitungen 35 und 36, in denen Ventile V7 und V12
angeordnet sind, dem Anwärmer E2 zugeführt und in diesem gegen die
anzuwärmende, Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion abgekühlt werden. Anschließend
erfolgt die Zumischung dieses Teilstromes über Leitung 37, in der ein Ventil V8
angeordnet ist, zu dem Kühlwasserstrom in Leitung 30.
Desweiteren kann z. B. ein Teilstrom des dem Kraftwerk über Leitung 10 zugeführten
Kühlwasserstromes über die Leitungen 37, 46 und 40, in denen Ventile V8 und V11
angeordnet sind, dem Vorwärmer E6 zugeführt und in diesem gegen die
vorzuwärmende, Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion abgekühlt werden. Daran
anschließend erfolgt die Zumischung dieses Teilstromes über die Leitungen 39 und
38, wobei in Letztere ein Ventil V9 angeordnet ist, zu dem Kühlwasserstrom in Leitung
30.
Analog zu den beiden beschriebenen Möglichkeiten der Kühlwasser-Führung können
ein oder mehrere Teilströme des aus dem Kraftwerk abgeführten und erwärmten
Kühlwasserstromes den der Verdampfung sowie der An- und Vorwärmung der
verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion dienenden Wärmetauschern E1, E2
und E6 zugeführt werden.
Die in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen
Verfahrens erlauben es also, sowohl im Sommer- als auch im Winterhalbjahr, die
Betriebsbedingungen für das Kraftwerk und die Verdampfer und/oder Anwärmer zu
verbessern.
Claims (5)
1. Verfahren zum Betreiben eines Gas- oder Dampfturbinen-Kraftwerks,
insbesondere eines Spitzenlast-Kraftwerks, das mittels einer Kohlenwasserstoff-reichen
Fraktion, insbesondere Erdgas, befeuert wird und bei dem die Kühlung
des Gas- oder Dampfkreislaufs mittels eines Kühlwasserkreislaufs erfolgt,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion durch
Verdampfen und Anwärmen einer verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen
Fraktion, insbesondere durch Verdampfen und Anwärmen von verflüssigtem
Erdgas, bereitgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die verflüssigte
Kohlenwasserstoff-reiche Fraktion in einem oder mehreren Wärmetauschern
verdampft und angewärmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die
Wärmetauscher als sog. Wasserbad-Verdampfer in gewickelter Rohrbauweise
ausgeführt sind.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
das Verdampfen und/oder das Anwärmen der verflüssigten Kohlenwasserstoff
reichen Fraktion im Wärmetausch mit wenigstens einem Teilstrom des dem
Kraftwerk zugeführten und/oder mit wenigstens einem Teilstrom des aus dem
Kraftwerk abgeführten Kühlwasserkreislaufstromes erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdampfen
und/oder das Anwärmen der verflüssigten Kohlenwasserstoff-reichen Fraktion in
zwei oder mehreren, hintereinander geschalteten Wärmetauschern erfolgt, wobei
diese jeweils von wenigstens einem Teilstrom des dem Kraftwerk zugeführten
und/oder von wenigstens einem Teilstrom des aus dem Kraftwerk abgeführten
Kühlwasserkreislaufstromes durchströmt werden.
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |