-
Verfahren und Regeleinrichtung zum Betreiben eines
-
kombinierten Gas- und Dampfturbinen-Kraftwerks Uie Erfindung bezieht
sich auf ein Verfahren und eine Pegel einrichtung zum Betreiben eines kombinierten
Gas- und Uipiturbinen-Kraftwerks, insbesondere zum Vermindern der beim Abschalten
und Anfahren des Kraftwerks austretenden Stickstoffoxidmenge Beim Abschalten eines
kombinierten Kraftwerks unter Anwendung des herkömmlichen Verfahrens wird die Gasturbine
mit gleichbleibender Last gefahren, und die Drosselklappe am Einlaß des Wärmerückgewinnungs-Dampferzeugers
(nachstehend kurz: Dampferzeugers) wird allmählich geschlossen, während gleichzeitig
die Umgehungs-Drosselklappe zur Umgehung des Dampferzeugers allmählich geöffnet
wird, so daß die Gasturbinenabgase in die Atmosphäre austreten. D. h., die vom Dampferzeuger
erzeugte Dampfmenge wird vermindert,um die Last der Dampfturbine zu vermindern,
und nach dem Abschalten der Dampfturbine wird die Gasturbinenlast vermindert. Beim
Anfahren
des Kraftwerks mit dem herkömmlichen Verfahren dient Dampf
aus einem Hilfs-Dampferzeuger zum Sperren der Dampfturbinen-Stopfbuchsen und zum
Aufbau eines Unterdrucks im Kondensator. Gleichzeitig wird die Gasturbinenlast auf
Vollast erhöht, wobei die Umgehungs-Drosselklappe vollstä'ndig geöffnet wird, wonach
die Umgehungs-Drosselklappe allmählich geschlossen und gleichzeitig die Drosselklappe
am Einlaß des Dampferzeugers allmählich geöffnet wird, um die vom Dampferzeuger
erzeugte Dampfmenge und damit di.e Dampfturbinenlast zu steigern.
-
Bei diesem herkömmlichen Verfahren wird jedoch eine große Menge Stickstoffoxid,
das beim Vollastbetrieb der Gasturbine erzeugt wird, zusammen mit dem Turbinenabgas
in die Atmosphäre durch eine Umgehungsleitung abgelassen, ohne vorher eine Denitriereinrichtung
im Dampferzeuger zu durchströmen, die z. B. derjenigen nach der US-PS 106 286 entspricht.
-
Ferner weist. das herkömmliche Verfahren den Nachteil auf, daß zum
Erzeugen von Sperrdampf für die Stopfbuchsen der Dampfturbine ein Hilfs-Dampferzeuger
vorgesehen sein muß. Dies steht nicht in Einklang mit dem Prinzip eines kombinierten
Kraftwerks, wonach der gesamte erforderliche Dampf durch Nutzung der Gasturbinenabgase
erzeugt wird.
-
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer
Einrichtung zum Anfahren und Abschalten der Gasturbine in einem solchen Kraftwerk,
so daß bei Hochlastbetrieb der Gasturbine die große Mengen Stickstoffoxide enthaltenden
Abgase nicht in die Atmosphäre austreten und kein Hilfs-Dampferzeuger zum Erzeugen
von Sperrdampf für die Damp-fturbinen-Stopfbuchsen eingesetzt werden muß.
-
Das Verfahren nach der Erfindung ist gekennzeichnet durch die folgenden
Schritte: Betreiben der Gasturbine mit gleichbleibender
Niedriglast
vor dem Anfahren und nach dem Abschalten der Dampfturbine, und Einleiten eines Teils
der Gasturbinenabgase in den Dampferzeuger während des Niedriglastbetriebs der Gasturbine.
D. h. also, die Gasturbine wird mit gleicilbleibender Niedriglast gefahren, um die
Stickstoffoxidmellge, die zusammen mit den Abgasen austritt, kleinzuhalten und um
im Dampferzeuger Sperrdampf für die Dampfturbinen-Stopfbuchsen zu erzeugen.
-
Die Regeleinrichtung zum Betreiben des kombinierten Kraftwerks ist
gekennzeichnet durch ein Ablaßsystem zu Abiassci von aus dem Dampferzeuger austretendem
Dampf in einen Ablaßbehälter, wobei das Ablaßsystem eine Kapazität vori 2-50 % der
Gesamt-Dampferzeugungskapazität des Dampferzeugers hat. Wenn die vom Dampferzeuger
erzeugte Dampfmenge klein wird, kann das Turbinen-Umgehungsventil geschlossen und
der Frischdampfdruck von dem Ablaßsystem eingestellt werden.
-
Durch die Erfindung wird also ein Verfahren zum Betreiben eines aus
einer Gasturbinen- und einer Dampfturbinendnld(Jc bestehenden kombinierten Kraftwerks
unter Einsatz der Gjturbinenabgase als Energiequelle angegeben; dabei wird nach
dem Abschalten und vor dem Anfahren der Dampf turbine die Gasturbine mit gleichbleibender
Niedriglast für eine bestimmte Zeit weitergefahren, wobei die Gasturbinenabgase
teilweise in eine Umgehungsleitung und teilweise zu dem Dampferzeuger geleitet werden,
und während dieser Zeit werden erforderliche Schritte zum Anfahren oder Abschalten
des kombinierten Kraftwerks (z. B. Aufheben des Unterdrucks im Kondensator) durchgeführt.
-
Anhand der Zeichnung wird die Erfindung beispie.lsweise näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 ein Systemdiagramm eines Ausführungsbeispiels des kombinierten
Kraftwerks nach der Erfindung; Fig. 2 ein Diagramm, das das Anfahren und Abschalten
des kombinierten Kraftwerks entsprechend dem Verfahren nach der Erfindung zeigt;
Fig. 3 die Beziehung zwischen der Gasturbinenlast und der Stickstoffoxid-Immission;
und Fig. 4 ein Systemdiagramm eines weiteren Ausführungsbeispiels des kombinierten
Kraftwerks.
-
Das kombinierte Kraftwerk umfaßt eine Gasturbinenanlage, einen Dampferzeuger
und eine Dampfturbinenanlage. Die Gasturbinenanlage 1 umfaßt einen Luftverdichter
11, eine Gasturbine 12, einen Vergasungsbrenner 14, in dem Brennstoff in die verdichtete
Luft eingespritzt und das Gemisch verbrannt wird, so daß die Gasturbine 12 getrieben
wird, und einen von der Gasturbine 12 getriebenen elektrischen Generator 13. Aus
der Gasturbine 12 austretende Abgase werden durch eine Leitung 15 zu einem Wärmerückgewinnungs-Dampferzeuger
2 geleitet, in dem aus den Abgasen die Wärme entnommen wird, wonach die Abgase aus
einem Schornstein 26 in die Atmosphäre abgelassen werden. Die Abgase der Gasturbine
12 können durch eine Umgehungsleitung 18 direkt in die Atmosphäre abgelassen werden,
indem eine Drosselklappe 16 am Einlaß des Dampferzeugers 2 geschlossen und eine
Umgehungs-Drosselklappe 17 geöffnet wird In Strömungsrichtung der den Dampferzeuger
2 durchströmenden Turbinenabgase umfaßt der Dampferzeuger 2 einen Überhitzer 21,
einen Verdampfer 22, eine Denitriervorrichtung 23, die in den Verdampfer
22
eingebaut ist, eine Trommel 24 und einen Vorwärmer 25. Von einem Wasserdampf-Kondensator
41 dem Dampferzeuger 2 zugeführtes Speisewasser wird im Vorwärmer 25 vorgewärmt
und durch den Verdampfer 22 weiter erwärmt, so daß ein Wasserdampf-Wasser-Gemisch
gebildet wird, das in die Trommel 24 steigt, in der der Wasserdampf von dem Wasser
getrennt wird. Dann wird der Dampf im Überhitzer 21 überhitzt und einer Dampfturbine
33 zugeführt, die dadurch getrieben wird Die Dampfturbinenanlage 3 umfaßt die Dampfturbine
33, eine Haupt- bzw. Frischdampfleitung 31 zur Zufuhr des überhitzte Dampfes aus
dem Überhitzer 21 des Dampferzeugers 2 zur Dampfturbine 33, ein in die Frischdampfleitung
31 eingeschaltetes Dampf-Absperrorgan 32, das den in die Dampfturbine 33 eliiströmenden
Wasserdampf strom regel.t, einen von der Dampturbine 33 getriebenen Generator 34
und den Kondenvdtor 41, der den Dampf nach verrichteter Arbeit kondensiert. Das
aus dem Dampf im Kondensator 41 kondensierte Wasser wird durch eine Speisewasserleitung
43 dem Vorwärmer 25 des Dampferzeugers 2 von einer Kondenswasserpumpe 42 und einer
Spesewasserpumpe 45s die in der Speisewasserleituny 43 vorgesehen sind, zugeführt.
Ferner ist in die Speisewasserleitung 43 ein Speisewasservorwärmer 44 eingeschaltet,
der der aus der Dampfturbine 33 entnommene Dampf durch eine Arlzdpfleitung 46 zugeführt
wird, so daß das dem Vorwärmer 25 des DampF-erzeugers 2 zuzuführende Speisewasser
erwärmt wird.
-
Die Dampfturbine 33 umfaßt ein Turbinen-Umge1iungssystem aus einer
Umgehungsleitung 47 und einem Umgehungsventil 4d, das von der Frischdampfleitung
31 abzweigt und zum Kondensator 41 führt, so daß Überschußdampf in den Kondensator
41 geleitet werden kann. Die Dampfturbine 33 weist ferncr ein System aus einer Stopfbuchsen-
bzw. Sperrdampfleituntj
35 und einem Sperrdampfregler 36 auf, durch
das den Stopfbuchsen Sperrdampf zugeführt wird.
-
Dieses Ausführungsbeispiel zeichnet sich ferner dadurch aus, daß der
Dampfdruck am Auslaß des Dampferzeugers 2 durch Verstellen eines Druckregelventils
62 mit einem Druckregler 64 einstellbar ist, wobei das Druckregelventil 62 in einer
Dampfablaßleitung 61 angeordnet ist, die von der- Frischdampfleitung 31 am Auslaß
des Dampferzeugers 2 abzweigt und zu einem Ablaßbehälter 63 führt. Um einen wirksamen
Betrieb sicherzustellen, muß die Leistung des Regelventils 62 mehr als 2 %, aber
nicht mehr als 50 % der Nenn-Dampferzeugungsleistung des Dampferzeugers betragen,
um eine wirtschaftliche Dampfabgabe und geringe Anlagekosten zu erzielen. Die Leistung
eines herkömmlichen Druckregelventil beträgt weniger als 1 % der Nennleistung des
Dampferzeugers.
-
Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 wird das Verfahren zum Anfahren
und Abschalten des kombinierten Kraftwerks nach Fig. 1 erläutert, wobei beispielsweise
ein Warm-Anfahren erläutert wird. Bei dem Verfahren zum Abschalten des kombinierten
Kraftwerks werden die Last der Gasturbinenanlage 1 sowie der Dampfturbinenanlage
3 allmählich während des Zeitintervalls T1 (vgl. Fig. 2c) vermindert. Wenn in diesem
Fall die Gasturbinenanlage 1 gleichzeitig mit der Dampfturbinenanlage 3 abgeschaltet
wird, ergibt sich das Problem, daß die Temperatur des Metalls der Dampfturbine -33
beim Abschalten niedrig ist, und zwar, weil mit abnehmender Last der Gasturbinenanlage
1 die Abgastemperatur ebenfalls abnimmt, wodurch die Temperatur des im Dampferzeuger
2 erzeugten Dampf und damit die Temperatur des in die Dampfturbijenanlage 3 einströmenden
Dampf gesenkt wird. Um die Metalltemperatur der Dampfturbine 33 möglichst hoch zu
halten, wenn die Turbine 33 abgeschaltet wird, wurde vorgeschlagen,
die
Dampfturbinenanlage abzuschalten, während der Frischdampf noch eine hohe Temperatur
hat (vgl. Fig. 2b), und im Dampferzeuger 2 erzeugten Uberschußdampf in den Kondensator
41 durch die Turbinen-Umgehungsleitung 47 und das Umgehungsventil 48 zu leiten.
-
Dabei ist zwar die Metalltemperatur unmittelbar nach dem Abschalten
der Dampfturbine 33 hoch; allerdings ergeben sich dabei folgende Nachteile: Der
Unterdruck im Kondensator 41 muß auf einem hohen Pegel gehalten werden, weil der
Dampf in den Kondensator 41 strömt; wenn die Last der Gasturbinenanlage 1 vermindert
wird, wird die Temperatur des Frischdampfs - dessen Druck durch den Sperrdampf-Druckregler
36 vermindert wird und der den Stopfbuchsen der Dampfturbine 33 als Sperrdampf und
zum Unterhalten eines Unterdrucks im Kondensator 41 zugeführt wird - niedriger ,
so daß der Dampf mit niedrigerer Temperatur in das Innere der Dampfturbinc au.s
den Stopfbuchsen austritt, wodurch die Temperatur des Dampfturbinenmetalls gesenkt
wird.
-
Um ein Absinken der Metalltemperatur zu verhindern, wird nach der
Erfindung folgendes Verfahren zum Abschalten des Kraftwerks durchgeführt. Während
des Zeitintervalls T2 wird die Gasturbinenanlage mit gleichbleibender Niedriglast
in Betrieb gehalten (vgl. Fig. 2c), so daß nur eine geringe Menge Stickstoffoxid
aus der Gasturbine als Abgas austritt (nach Fig. 3 wird bei Niedriglastbetrieb eine
geringe Menge Stickstoffoxid erzeugt). Die Umgehungs-Drosselklappe 17 wird beinahe
vollständig geöffnet, und die Drosselklappe am Einlaß des Dampferzeugers 2 wird
vollständig geöffnet, so daß der größte .Teil der Abgase aus der Gasturbine 12 unter
Umgehung des Dampferzeugers 2 in die Atmosphäre abgelassen wird. (Da der Druckverlust
des Dampferzeugers 2 größer als derjenige der Umgehungsleitung 18 ist, strömt
ein
großer Teil der Gasturbinenabgase durch die Umgehungsleitung 18 (vgl. Fig. 2a),
und der Frischdampf wird auf einem bestimmten Temperaturpegel gehalten (vgl. Fig.
2b).> Da nur eine geringe Menge Frischdampf im Dampferzeuger 2 erzeugt wird,
ist der Frischdampfdruck durch Einstellen des Druckregelventils 62 und durch Ablassen
e.iner- geeigneten Dampfmenge in den Ablaßvehälter 63 einstellbar, wobei das Turbinen-Umgehungsventil
48 vollständig geschlossen ist. Dann wird d as U das Unterdruck-Rückschlagventii
49 geöffnet, so- daß Atmosphärendruck in den Kondensator 41 gelangt, wonach der
den Stopfbuchsen der Dampfturbine 33 zugeführte Dampf zum Beginn des Zeitintervalls
T3 unterbrochen und die Last der Gasturbinenanlage 1 vermindert wird.
-
Nachstehend wird das Anfahren des Kraftwerks erläutert.
-
Während des Zeitintervalls nach dem Anfahren der Gasturbine bis zum
Beginn des Lastbetriebs der Dampfturbine (d. h.
-
während des Zeitintervalls T4, T5 und T6, wobei der letzte Teil von
T6 ausgenommen ist) wird die Umgehungs-Drosselklappe 17 beinahe vollständig geöffnet,
und die- Einlaß-Drosselklappe 16 wird vollständig geöffnet, so daß ein Teil der
Gasturbinenabgase in den Dampferzeuger 2 strömen kann (vgl. Fig. 2d).
-
Wenn das Zeitintervall T4 beendet ist, nachdem die Gasturbine angefahren
wurde, kann die Gasturbinenanlage -1 auf einen niedrigen gleichbleibenden Lastpegel
hochfahren, auf dem sie für eine bestimmte Zeit gehalten wird (vgl. Fig.
-
2f). Während die Gasturbinenanlage m-it der gleichbleibenden Niedriglast
gefahren wird, wird der vom Dampferzeuger 2 erzeugte Dampf den Stopfbuchsen der
Dampfturbine 33 zugeführt, und der Unterdruckpegel im Kondensator 41 wird erhöht
(vgl.
-
Fiy. 2e). Der Frischdampf kann nicht durch das Dampfturbinen-Umgehungsventil
48 in den Kondensator 41 abgegebe.n werden, solange der Unterdruck im Kondensator
41 nicht auf einen ausreichend hohen Pegel erhöht wurde. Während dieses Zeitintervalls
wird
der Frischdampf in den Ablaßbehälter 63 durch das Druckregelventil 62 abgelassen
(vgl. Fig. 2e).
-
Wenn der Unterdruck im Kondensator 41 einen ausreichenden Pegel erreicht
und die Temperatur des Frischdampfs gleich derjenigen des Dampfturbinenmetalls wird,
wird die Last der Gasturbinenanlage 1 während eines Zeitintervalis T7 erhöht und
gleichzeitig die Dampfturbinenanlage 3 mit allmählich steigender Last beaufschlagt.
-
Bei diesem Verfahren zum Anfahren und Abschalten des KrafL-werks ist
die Metalltemperatur der Dampfturbine, wenn sie abgeschaltet oder warmangefahren
wird, gering niedriger dls die bei dem herkömmlichen Verfahren vorliegende Metalltemperatur,
wobei ein Hilfskessel eingesetzt wird, um das Metall warmzuhalten. Daher ist die
zum Warmanfahren benötigte Zeit etwas länger als bei dem herkömmlichen Verfahren.
Das vorliegende Verfahren bietet jedoch Vorteile gegenüber dem bekannten Verfahren,
da die Stickstoffoxidmenge, die in die Atmosphäre abgegeben wird, geringer ist,
so daß die strengen Auflagen bezüglich des Standorts der Anlage gelockert werden
können; ferner kann der vom Dampferzeuger erzeugte Frischdampf zum Sperren der Dampfturbinen-Stopfbuchsen
ein gesetzt werden, wenn die Dampfturbine angefahren wird, so.
-
daß kein Hilfs-Dampferzeuger benötigt wird, wodurch auch dem Hilfs-Dampferzeuger
zugeordnete Einrichtungen entfall und die Kosten gesenkt werden.
-
Um bei dem vorstehenden Ausführungsbeispiel die in den Ablaßbehälter
beim Anfahren oder Abschalten des Kraftwerks abgelassene Dampfmenge zu vermindern,
wird die Umgehun(gs-Drosselklappe 17 fast vollständig geöffnet, und die Einla[3-Drosselklappe
16 wird vollständig. geöffnet, um eine große Menge der Gastu.rbinenabgase durch
die Umgehungsleitung 18 in die Atmosphäre abzulassen. Die Gesamtmenge der Gasturbinenabgase
kann
durch Schließen der Umgehungs-Drossel klappe 17 und Öffnen der Einlaß-Drosselklapp
16 in den Dampferzeuger 2 geleitet werden, wenn die Kapazität der Dampfablaßleitung
61, des Druckregelventils 62 und des Ablaßbehälters 63 ausreichend vergrößert wird.
Dadurch kann durch die Umgehungsleitung 18 überhaupt kein Abgas in die Atmosphäre
gelangen, wodurch die Stickstoffoxid-Immission vermindert wird. Der Lastpegel, mit
dem die Gasturbine weitergefahren wird, wenn das Kraftwerk abgeschaltet wird, kann
entsprechend den Auflagen der maximalen Stickstoffoxid-Immission am Standort des
Kraftwerks geändert werden.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist in einer Leitung 65, die
von der Dampfturbinen-Umgehungsleitung 47 nach dem Umgehungsventil 48 abzweigt und
zu dem Ablaßbehälter 63 führt, ein Umschaltventil 66 angeordnet. Die Umgehungsleitung
47 weist nach dem Abzweigpunkt der Leitung 65 ein weiteres Umschaltventil 410 auf.
Wenn die Gasturbine beim Anfahren oder Abschalten des Kraftwerks mit Niedriglast
weitergefahren wird, wird das Umschaltventil 66 vollständig geöffnet und das Umschaltventil
410 vollständig geschlossen, so daß der vom Dampferzeuger 2 erzeugte Frischdampf
durchdas Turbinen-Umgehungsventil 48 in den Ablaßbehälter 63 abgelassen wird. Mit
diesem Ausführungsbeispiel ist die gleiche Auswirkung wie bei dem vorher erläuterten
Ausführungsbeispiel erzielbar.
-
Bei dem vorliegenden Verfahren wird die Last der Gasturbine vor dem
Anfahren der Dampfturbine oder nach deren Abschalten auf einem gleichbleibenden
Niedrigpegel gehalten, so daß die im Ga-sturbinenabgas enthaltene Stickstoffoxidmenge
gering ist. Ferner wird ein Teil des Gasturbinenabgases in den Dampferzeuger geleitet,
in dem das Abgas zur Verminderungdes Stickstoffoxidanteils durch die Denitriervorrichtung
geleitet
wird. D. h. also, daß bei Anwendung dieses Verfahrens in einem kombinierten Kraftwerk,
das häufig abgeschaltet oder angefahren wird, die aus dem Kraftwerk in die Atmosphäre
austretende Stickstoffoxidmenge verminderbar ist, so daß die Umweltverschmutzung
minimiert wird.
-
Dieser kombinierte Effekt minimiert die Stickstoffoxid-Immission,
so daß die Auflagen bezüglich des Standorts des Kraftwerks gelockert werden können.
Da außerdem der vom Dampferzeuger erzeugte Dampf zum Sperren der Uapfturbiiicri-Stopfbuchsen
einsetzbar ist, kann das Aufstellen eines Hilfs-Dampferzeugers etfallen, der bei
dem herkömmlicllen Verfahren zum Erzeugen von Sperrdampf für die Stopfbuchsen erforderlich
ist, so daß auch dem Hilfs-Damprerscuycr Lugeordnete Einrichtungen entfallen und
die Anlayekosten vermindert werden.