DE3841224A1

DE3841224A1 - Kombiniertes gasturbinen-dampfturbinen-kraftwerk

Info

Publication number: DE3841224A1
Application number: DE19883841224
Authority: DE
Inventors: Konrad Goebel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1988-12-07
Filing date: 1988-12-07
Publication date: 1990-06-13

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein kombiniertes Gasturbinen- Dampfturbinen-Kraftwerk zum Betrieb mit einem Brennstoff wie Kohlegas, Erdgas und/oder Heizöl, mit einer Gasturbine und einer Dampfturbine. Ein solches Kraftwerk, das auch als GUD- Kraftwerk bezeichnet wird, ist zum Beispiel aus der Literatur stelle mit dem Titel "Brennstoffe einsparen" von Rudolf Wiesner in "Maschinenmarkt" vom 22. Juni 1986, Seiten 11 bis 14, be kannt.

Ein kombiniertes Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk (GUD-HKW) sollte neben Strom auch Heizwärme erzeugen. An ein solches GUD- HKW würde man folgende Anforderungen stellen:

1. Das Heizkraftwerk soll wirtschaftlich arbeiten. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß ein zeitlich (tageszeitlich, monatlich, jahreszeitlich) unterschiedlicher und häufig auch zeitlich ge geneinander verschobender Bedarf an Strom und Heizwärme, insbe sondere in regionalen Netzen, auftritt. Solche Netze sind aus geprägt in mittleren und kleineren Städten mit autarker Versor gung. Das Heizkraftwerk wird wirtschaftlich einge setzt werden können, wenn das Verhältnis von Wärmeerzeugung zu Stromerzeugung (Strom-Kennziffer) im praktischen Betrieb in möglichst weiten Grenzen ausgefahren werden kann. Das heißt, dieses Verhältnis sollte in den Bedarfsgrenzen "hoher Strombe darf bei gleichzeitig niedriger Heizwärmeabnahme" und "niedri ger Strombedarf mit gleichzeitig hoher Heizwärmeabnahme" flexi bel steuerbar sein.
2. Die Heizwärme-Tagesbelastung mit ihren Belastungsspitzen sollte ohne Zuhilfenahme von zusätzlichen Reserve-Heizwärme erzeugern ausgefahren werden können.
3. Die Heizwärmeerzeugung sollte bei Stillstand der stromerzeu genden Aggregate sichergestellt bleiben.
4. Die Umwelt-Wärmebelastung sollte so niedrig wie möglich sein. Nach Möglichkeit sollten keine Kühltürme eingesetzt werden; ein nur geringer Frischwasserbedarf wird angestrebt.
5. Es soll auch eine reine Stromerzeugung ohne Erzeugung oder Auskopplung von Heizwärme möglich sein.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein kombiniertes Gas turbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk der eingangs genannten Art, das mit einem Brennstoff wie Kohlegas, Erdgas und/oder Heizöl betrieben wird, mit verhältnismäßig geringem Aufwand so auszu gestalten, daß es im praktischen Einsatz Heizwärme erzeugen kann. Im Normalbetrieb soll eine gekoppelte Strom- und Heizwär meerzeugung möglich sein. Darüber hinaus sollen Ausgestaltungen angegeben werden, mit denen ein vielseitiger, flexibler Betrieb möglich ist, der die oben unter Nr. 1 bis 5 aufgelisteten An forderungen berücksichtigt.

Nach einer ersten Ausführung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an die Gasturbine ein an sich bekannter Dampferzeuger angeschlossen ist, und daß dem Dampferzeuger im Turbinenabgasweg ein Heißwasser-Wärmetauscher, vorzugsweise mit Zusatzfeuerung, zur Erzeugung von Heizwärme nachgeschaltet ist.

Nach einer zweiten Ausführung ist vorgesehen, daß zusätzlich ein oder mehrere vom Entnahmedampf der Dampfturbine beheizbare(r) Wasser-Wärmetauscher zur Erzeugung von Heizwärme vorgesehen ist/sind.

Bei der zweiten Ausführung ist es zweckmäßig, wenn der oder die vom Entnahmedampf beheizbaren Wasser-Wärmetauscher parallel zum vom Turbinenabgas beaufschlagbaren Heißwasser-Wärmetauscher angeordnet ist/sind.

Insbesondere kann vorgesehen sein, daß der Dampfturbine ein mit Kühlturm- oder Frischwasserkühlung ausgestatteter Kondensator nachgeschaltet ist.

Nach einer dritten Ausführung wird die genannte Aufgabe erfin dungsgemäß dadurch gelöst, daß ein vom Abdampf der Dampfturbine beheizbarer Heizkondensator zur Erzeugung von Heizwärme vorgesehen ist.

Bevorzugt kommen also zwei Varianten für die Heizwärmeerzeugung in Betracht: Verwendung einer Entnahme-Dampfturbine mit Heiz kondensator oder Verwendung einer Entnahme-Kondensationsturbine.

Auch die dritte Ausführung kann kombiniert mit der ersten und/ oder zweiten Ausführung eingesetzt werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Heizkondensator parallel zum Heißwasser-Wär metauscher und/oder parallel zum Wasser-Wärmetauscher angeord net ist. Es kann also hierbei ein vorzugsweise geschlossener Heizwärme-Auskopplungs-Wasserkreislauf eingesetzt werden, in welchem angeordnet sind

- der Heißwasser-Wärmetauscher (= Gasturbinen-Abhitze-Wasser wärmetauscher);
- parallel dazu der vom Entnahmedampf beheizte Wasser-Wärme tauscher; und
- wiederum parallel dazu der Heizkondensator.

Insbesondere mit den aufgezeigten verschiedenen Kombinationen der drei Ausführungen ist ein flexibler, vielseitiger Betrieb möglich.

Weitere Ausgestaltungen können umfassen

- eine Kohlegas-, Erdgas- oder Heizöl-Zusatzfeuerung, vor zugsweise mit Frischluftgebläse, für den Heißwasser-Wärme tauscher;
- einen Turbinenabgas-Bypass, einmündend vor dem Heißwasser- Wärmetauscher;
- eine Umsteuerung des Gasturbinenabgasmassenstromes vom Ab hitzedampferzeuger auf den rauchgasbeheizten Wasser-Wärme tauscher;
- einen Kaltwasser-Bypass zur Regelung gewünschter Heißwasser- Vorlauftemperaturen;
- einen Heißwasser-Speicher;
- einen Kaltwasser-Ausgleichs- und Massenstrom-Regelspeicher; und/oder
- einen Wasser-Wärmetauscher zur Heizwärmeübergabe in das Heiz wärmeversorgungsnetz.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgen den anhand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein kombiniertes Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk, bei dem zur Wärmeauskopplung in Parallelschaltung ein im Gas turbinen-Abgasweg angeordneter Heißwasser-Wärmetauscher, ein vom Entnahmedampf beheizter Wasser-Wärmetauscher und - als erste Variante - ein vom Turbinenabdampf beheizter Heizkondensator angeordnet sind;

Fig. 2 ein kombiniertes Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk ent sprechend Fig. 1, bei dem jedoch - als zweite Variante - ein Kondensator mit Kühlturm- oder Frischwasserküh lung vorgesehen ist; und

Fig. 3 eine Alternativlösung zur in Fig. 1 und 2 gezeigten ge meinsamen Heißwasser-Leitung, bei der mehrere Verbraucher über Ventile bedarfsgerecht gesteuert werden können.

Nach Fig. 1 ist ein kombiniertes Gasturbinen-Dampfturbinen- Kraftwerk 1 über ein Heizwärme-Auskopplungssystem II zwecks Einspeisung von Heizwärme an ein Heizwärme-Versorgungsnetz oder Verbrauchernetz III angeschlossen. Das kombinierte Gasturbinen- Dampfturbinen-Kraftwerk I besteht aus drei herkömmlichen Kraft werks-Hauptteilen, und zwar einem Gasturbosatz 1, einem unbe feuerten Abhitze-Dampferzeuger 2 und einem Dampfturbosatz 3.

Der Gasturbosatz 1 umfaßt in bekannter Weise die eigentliche Gasturbine 1 a mit Brennkammer 1 b und den Generator 1 c. Über einen Luftverdichter 1 d wird der Brennkammer 1 b Druckluft 1 zugeführt. In der Brennkammer 1 b wird ein Brennstoff b wie Kohlegas, Heizöl oder Erdgas unter Zuhilfenahme der verdichte ten Luft 1 verbrannt. Das von der Brennkammer 1 b der Gasturbine 1 a zugeführte Verbrennungsgas v kann zum Beispiel eine ISO- Temperatur von beispielsweise 1150°C und höher besitzen. Am Ausgang der Gasturbine 1 a, das heißt am Eingang einer Abgas leitung 22, besitzt das Verbrennungsgas v noch eine relativ hohe Temperatur, zum Beispiel von 600°C und höher, und damit einen relativ hohen Wärmeinhalt. Die Abgasleitung 22, in der zum Beispiel ein Druck von 1 at herrscht, verzweigt sich vor liegend in eine Turbinenabgas-Hauptleitung 22 A und eine Tur binenabgas-Bypassleitung 22 B.

Der unbefeuerte Abhitze-Eindruck-Dampferzeuger 2 ohne Dampf- Zwischenerhitzung liegt in der Turbinenabgas-Hauptleitung 22 A, und zwar hinter einer Umsteuerungsklappe 8, die nach Bedarf geöffnet oder geschlossen werden kann. Der Dampferzeuger 2 umfaßt in bekannter Weise in Serie einen Überhitzer 2 a, einen Verdampfer 2 b und einen Economizer 2 c. Er umfaßt weiter eine Dampftrommel 2 d und eine Umwälzpumpe 2 e. In an sich bekannter Weise wird Speisewasser w aus einem Speisewasserbehälter 21 A mittels einer Speisewasserpumpe 22 B durch den Economizer 2 c gepumpt und hierbei auf Verdampfungstemperatur aufgeheizt. Der aus der Verdampferheizfläche 2 d abgegebene Sattdampf s gelangt in die Trommel 2 d und von dort in die Überhitzer heizfläche 2 a. Der Frischdampf h wird dem Dampfturbosatz 3 zugeleitet.

Anstelle des beispielhaft beschriebenen Dampferzeugers 2 können auch andere Dampferzeuger vorgesehen werden, z.B. ein Zwangs durchlauf-Dampferzeuger.

Die Turbinenabgas-Hauptleitung 22 A führt über die Umsteuerungs klappe 8, den Dampferzeuger 2, eine Absperr- und Steuerklappe 27 und im folgenden zu beschreibende Bauelemente 6 und 5 zu einem Hauptkamin, der durch ein Dreieck 45 symbolisiert ist. Und die Turbinenabgas-Bypassleitung 22 B führt über eine Schließklappe (Austritts-Bypass-Klappe) 9, die den Durchtritt von Abgas zu läßt oder unterbindet, zu einem Bypasskamin, der durch ein Drei eck 46 symbolisiert ist. Vor dem Kamin 46 ist noch eine Schließ klappe 29 angeordnet.

Der Frischdampf h wird über eine Leitung 58 der Dampfturbine 3 a des Dampfturbosatzes 3 zugeführt. Dessen Generator ist mit 3 c bezeichnet. Es handelt sich hier speziell um eine Entnahme-Dampf turbine 3 a mit zugeordnetem Heizkondensator 4. Entnahmedampf e kann über ein steuerbares Entnahmedampfventil 11 in eine Ent nahmedampf-Leitung 60 eingespeist werden. Nach Wunsch kann auch Frischdampf h aus der Leitung 58 über die Leitung 61 und ein steuerbares Stützventil als Druck-Reduzier-Ventil 12 in die Entnahmedampf-Leitung 60 gegeben werden. Der von der Dampftur bine 3 a abgegebene Niederdruckdampf oder Abdampf k wird direkt in den Heizkondensator 4 überführt. Wie später noch deutlich wird, werden die Ventile 11, 12 von einem Temperatursensor 64 gesteuert, der die Wasservorlauftemperatur in einer Leitung 24 mißt, die als "gemeinsame Heißwasser-Vorlaufleitung" bezeichnet wird.

An das GUD-Kraftwerk I ist das Heizwärme-Auskopplungssystem angeschlossen, das die Entnahme von Heizwärme gestattet und vor liegend im geschlossenen Kreislauf arbeitet. Dieses umfaßt den erwähnten, vom Abdampf k gespeisten Heizkondensator 4 und einen sekundärseitig parallel dazu angeordneten, turbinenabgas- oder rauchgasbeheizten Wasser-Wärmetauscher 5, der hier mit ein gebauter Zusatzfeuerung 6, zum Beispiel für einen Brennstoff b′ wie Erdgas, ausgerüstet ist. Diese Zusatzfeuerung 6 wird vorzugsweise mit einem Frischluftgebläse 7 und/oder mit Turbinen gas als Verbrennungsluft versorgt. Das Frischluftgebläse 7 kann auch fehlen. Der Heißwasser-Wärmetauscher 5 ist am Ende der Turbinenabgas-Hauptleitung 22 A kurz vor dem Hauptkamin 45 angebracht. Im Strömungsweg vor dem Heißwasser-Wärmetauscher 5 befindet sich eine Absperr- und Steuerklappe 27.

Weiterhin ist eine Turbinenabgas-Umsteuerleitung 23 mit darin angeordneter Umsteuerklappe 28 vorgesehen. Diese Umsteuerlei tung 23 verbindet die Bypassleitung 22 B einerseits mit der Hauptleitung 22 A andererseits. Insbesondere zweigt sie hinter der Bypassklappe 9 und vor der Schließklappe 29 ab und mündet vor der Absperr- und Steuerklappe 27 und damit vor dem Heißwas ser-Wärmetauscher 5 samt Zusatzfeuerung 6. Sind die Klappen 8 und 29 geschlossen und sind die Klappen 9, 28 und 27 geöffnet, so ist der Heißwasser-Wärmetauscher 5 direkt mit dem Gasturbinen-Abgasaustritt 22 verbunden. Die Rückströmung von Turbinengas in den Dampferzeuger 2 wird durch eine geeignete Rückschlagklappeneinrichtung unterbunden (nicht eingezeichnet).

Bei der Entnahme von Heizwärme wird im Heizkondensator 4 der Turbinenabdampf k in Speisewasser (Kondensat) umgewandelt. Der primärseitige Ausgang des Heizkondensators 4 ist über eine Kondensatpumpe 20 und eine Verbindungsleitung 20 V, in der noch ein oder mehrere Speisewasser-Vorwärmer liegen kann/können, an den Speisewasserbehälter 21 A angeschlossen.

Im System II ist neben dem vom Kondensationsdampf k gespeisten Heizkondensator 4 und dem vom Turbinenabgas v gespeisten Heiß wasser-Wärmetauscher 5 ein Wasser-Wärmetauscher 10 vorgesehen. Dieser ist primärseitig an die Entnahmedampfleitung 60 ange schlossen und kann so vom Entnahmedampf e der Dampfturbine 3 a, aber auch, und zwar über das Ventil 12, vom Heißdampf h des Dampferzeugers 2 geheizt werden. Sein primärseitiger Ausgang ist gleichfalls an die Verbindungsleitung 20 V angeschlossen. Der Wasser-Wärmetauscher 10 ist sekundärseitig parallel zum Sekundärteil des Heizkondensators 4 und parallel zum Sekundärteil des Heißwasser-Wärmetauschers 5 geschaltet.

Statt eines einzigen Wasser-Wärmetauschers 10 können mehrere solcher Wasser-Wärmetauscher vorhanden sein, die entnahmedampf beheizt sind.

Der Heizkondensator 4 und die Wärmetauscher 5 und 10 geben Wasser der Temperatur T 4, T 5 bzw. T 10 in eine gemeinsame Heiß wasser-Vorlaufleitung 24 ab. Kaltwasser wird für alle drei Bau elemente 4, 5 und 10 einer gemeinsamen Kaltwasser-Rücklauflei tung 25 entnommen. An der Heißwasser-Vorlaufleitung 24 sind Heißwasserspeicher 14 und an der Kaltwasser-Rücklaufleitung 25 sind Kaltwasserspeicher 15 angeordnet.

Die Rücklaufleitung 25 und die Vorlaufleitung 24 sind über eine Bypassleitung 26, in der ein steuerbares Ventil 13 liegt, mit einander verbunden. Das Ventil 13 wird von einem Temperatursen sor 66, der an oder in der Vorlaufleitung 24 angeordnet ist, gesteuert. Durch geregelte Beimischung von Kaltwasser in die Heißwasser-Vorlaufleitung 24 kann die Vorlauf- oder Mischtempe ratur T _v, die sich aus T 4, T 5 und/oder T 10 ergibt, auf einem vor gegebenen (einstellbaren) Wert festgehalten oder nach einem Pro gramm geführt werden. Die Vorlauftemperatur des Heißwassers ist also durch Einspeisung aus der Rücklaufleitung 25 veränderbar.

Vorlaufpumpen 67, 68, 69 und 70 fördern das Kaltwasser von der Rücklaufleitung 25 in den Heizkondensator 4, in die Wär metauscher 5 und 10 sowie in den Kaltwasser-Bypass 26.

Die Leitungen 24 und 25 sind vorliegend über einen Übergabe- Wasserwärmetauscher 16 miteinander verbunden, so daß ein ge schlossener Kreislauf für das die Heizwärme transportierende Medium Wasser entsteht. Prinzipiell ist ein solcher geschlos sener Kreislauf nicht erforderlich. Der Übergabe-Wasserwärme tauscher 16 gehört sekundärseitig dem Verbrauchernetz III an. Über diesen Wärmetauscher 16 wird die von den Bauelementen 4, 5 und/oder 10 gelieferte Heizwärme in das Verbrauchernetz III übertragen. Die Sekundärseite des Wärmetauschers 16 ist über eine Wasservorlaufpumpe 18 mit einem Wärmeverbraucher 19 oder einer Anzahl solcher Verbraucher verbunden. Dabei kann es sich um Haushalte und/oder um Industrieverbraucher handeln.

Die dargestellte Einrichtung ist äußerst vielseitig und flexi bel, wie sich in einzelnen aus der folgenden Beschreibung ver schiedener Betriebsarten ergibt. Hervorzuheben ist, daß man mit dem Gasturbosatz 1 Strom erzeugen kann, ohne daß Heizwärme abgegeben werden muß, daß dieses auch für den Kombibetrieb gilt (solange die im Heizkondensator 4 erzeugte Heizwärme in die noch aufnahmefähigen Speicher 14 gegeben werden kann), daß am Heizkondensator 4 kein aufwendiger Kühlturm für die Kondensa tion des Turbinenabdampfes k erforderlich, daß (z. B. für indu strielle Verbraucher 19) auch im Jahresdurchschnitt trotz un terschiedlicher Anforderungen an die Stromabgabe eine bestimmte Wärmegrundleistung zur Verfügung gestellt werden kann, daß eine weitgehende zeitliche Abkopplung zwischen Strom- und Heizwärme erzeugung möglich ist, daß also z. B. Strombedarfsspitzen mit oder ohne Heizwärmeerzeugung gedeckt werden können, etc.

In Fig. 2 ist eine Ausführungsform dargestellt, die weitgehend derjenigen von Fig. 1 entspricht. Hier wird ein Dampfturbosatz 3 mit Entnahme-Kondensations-Turbine 3 a verwendet, deren Konden sationsdampf k nicht einem Heizkondensator 4, sondern einem Kondensator 4 K mit Kühlturm oder Frischwasserkühlung zugeführt wird. Es können eine einzige oder mehrere Dampfentnahme(n) vor gesehen sein. Der primärseitige Ausgang des Kondensators 4 K ist hier über die Verbindungsleitung 20 V und die Föderpumpe 20 an den Wasserspeicher 21 A angeschlossen.

Die in Fig. 2 gezeigte Ausführung ist von Vorteil, wenn auch 100% Strom erzeugt werden soll, ohne daß Heizwärme geliefert werden soll (reiner Stromerzeugungsbetrieb). Hier ist im Kombibetrieb Stromerzeugung sowohl durch die Gas- als auch durch die Dampfturbine 1 c bzw. 3 c ohne Heizwärmeerzeugung möglich.

Welche von den beiden Dampfturbinenarten nach Fig. 1 oder 2 gewählt wird, hängt von den Gegebenheiten der Heizwärmeversor gung ab. Die Entnahme-Dampfturbine 3 c mit Heizkondensator 4 ge mäß Fig. 1 ist dann vorteilhaft, wenn für das Versorgungsnetz III eine jahresdurchschnittliche Grund-Wärmeleistung ganzjährig zu erzeugen ist. Eine reine Stromerzeugung ohne Heizwärmeerzeu gung ist zeitlich unbeschränkt im Alleinbetrieb der Gastur bine 1 c möglich. Eine reine Stromerzeugung ist im Kombibetrieb auch ohne Heizwärmeabgabe in das Versorgungsnetz III möglich, jedoch ist diese zeitlich beschränkt. Mit der Entnahme-Konden sationsturbine 3 c nach Fig. 2 ist dagegen ein zeitlich unbe schränkter reiner Stromerzeugungsbetrieb ohne Heizwärmeerzeu gung möglich.

In Fig. 3 ist eine Alternativlösung zur gemeinsamen Heißwas ser-Vorlaufleitung 24 dargestellt. Hier ist eine flexible Be triebsweise bei der Versorgung von beispielsweise drei Heiz versorgungsnetzen 40, IIIa, 41, IIIb und 42, IIIc möglich. Dazu sind die Bauelemente 4, 5 und 10 über steuerbare Ventile 51, 52, 53 und 54 mit den Bauelementen 4, 5 und 10 verkoppelt. Durch geeignete Steuerung dieser Ventile 51 bis 54 kann jeder Verbraucher IIIa, IIIb, IIIc von jedem Bauelement 4, 5 und/oder 10 und jeder Kombination derselben mit Wärme versorgt werden. Mit 40, 41, 42 sind die Wasservorlaufpumpen für die Wärmetau scher 5, 10 sowie für den Kondensator 4 bezeichnet.

Im folgenden sollen einige Betriebsarten der Varianten I und II nach Fig. 1 bis 2 näher erläutert werden:

Variante I: Entnahmedampfturbine 3 a mit Heizkondensator 4 (vergleiche Fig. 1)

1. Stromerzeugung mit Gasturbosatz 1 im Alleinbetrieb; Dampf turbosatz 3 nicht in Betrieb; Teilstromerzeugung; Heizwärme erzeugung Null;
Abgasweg: Klappe 8 geschlossen; Klappe 28 geschlossen; Klap pen 9 und 29 geöffnet.

2. Gasturbosatz 1 im Heizbetrieb; Dampfturbosatz 3 nicht in Betrieb; Teilstromerzeugung;
Heizwärmeerzeugung in fünf Betriebsarten: Für das Kontrol lieren von Strom- zu Wärmeleistung

a) Heizwärmeerzeugung nur im rauchgasbeheizten Wasser-Wärme tauscher 5 ohne Zusatzfeuerung 6.
b) Heizwärmeerzeugung nur im rauchgasbeheizten Wasser-Wärme tauscher 5 mit Zusatzfeuerung 6. Es ergibt sich eine er höhte Wärmeleistung gegenüber a). Der Brenner der Zusatz feuerung 6 kann in technisch bewährter Weise hierbei auch mit lufthaltigem Turbinenabgas v betrieben werden.
Abgasweg zu a) und b): Klappen 8 und 29 geschlossen; Klap pen 9, 27 und 28 geöffnet.
c) Heizwärmeerzeugung allein mit Dampferzeuger 2 als unbe feuerter Abhitze-Dampferzeuger. Heizdampf h gelangt über das Druck-Reduzierventil 12 auf den entnahmedampfbeheiz ten Wasser-Wärmetauscher 10, der mit einem Kondensatkühler ausgerüstet ist.
Abgasweg zu c): Klappen 8, 28 und 29 geöffnet; Klappen 9 und 27 geschlossen.
d) Heizwärmeerzeugung mit Dampferzeuger 2 und rauchgasbeheiz tem Wasser-Wärmetauscher 5 ohne Zusatzfeuerung 6. Erhöhung der Heizwärmeleistung gegenüber c).
e) Heizwärmeerzeugung mit Dampferzeuger 2 und rauchgasbeheiz tem Wasser-Wärmetauscher 5 mit Zusatzfeuerung 6. Hier ergibt sich die maximale Heizwärmeleistung bei Allein betrieb des Gasturbosatzes 1, also eine weitere Erhöhung der Wärmeleistung gegenüber d).
Abgasweg zu d) und e): Klappen 9, 28 und 29 geschlossen; Klappen 8 und 27 geöffnet.

3. Stromerzeugung mit Gas- und Dampfturbosatz 1, 3 im Vollast- Stromerzeugungsbetrieb;
Heizwärmeerzeugung in vier Betriebsarten:

a) Heizwärmeerzeugung nur im Heizkondensator 4. Dampfentnah meventile 11 und 12 geschlossen.
Abgasweg zu a): Klappen 8, 28 und 29 geöffnet; Klappen 9 und 27 geschlossen.
b) Heizwärmeerzeugung im entnahmedampfbeheizten Wasser-Wärme tauscher 10 und im Heizkondensator 4. Mit über das Ventil 11 geregelter Beaufschlagung des Wasser-Wärmetauschers 10 mit Entnahmedampf e sinkt der Dampfdurchfluß in der Dampfturbine 3 a in Richtung zum Heizkondensator 4. Im Grenzfall, nämlich bei voll geöffnetem Ventil 11 und da mit bei voller Entnahmedampfmenge für den Heizkondensator 10, durchströmt die Dampfturbine 3 a nur noch die erfor derliche Kühldampfmenge für die Endbeschaufelung. Der Heizkondensator 10 wird nur noch mit relativ kleiner Kühl dampfmenge beaufschlagt. Gleichzeitig sinkt mit zunehmen der Beaufschlagung des Wasser-Wärmetauschers 10 die Lei stung des Dampfturbosatzes 3 an den Generatorklemmen.
Mit zunehmender Beaufschlagung des Wasser-Wärmetauschers 10 mit Entnahmedampf (Ventil 11 zunehmend geöffnet) erhöht sich kontinuierlich die Wärmeleistung im Heizkreislauf, weil der Entnahmedampf e einen höheren Wärmewert (höhe rer Druck und höhere Temperatur) als der reine Heizkon densatordampf k hat. Die Wärmeleistung ist gegenüber der Betriebsart a) vergrößert und erzielt ihr Maximum bei voller Beaufschlagung des Wasser-Wärmetauschers 10.
Abgasweg wie bei a).
c) Heizwärmeerzeugung mit Gasturbinenabgas v.
Heißwasser-Wärmetauscher 5 ohne Zusatzfeuerung 6 in Kombi nation mit Betriebsart a) oder variabel mit Betriebsart b). Durch die Einschaltung des Wärmetauschers 5 wird die Heiz wärmeleistung gegenüber a) und b) wesentlich erhöht. Strom- und Heizwärmeerzeugung erzielen ohne Einschaltung der Zu satzfeuerung 6 ihre Höchstwerte. Sie sind jeweils varia bel nach den Betriebsarten a) oder b).
Abgasweg zu c): Klappen 8 und 27 geöffnet; Klappen 9 und 28 geschlossen.
d) Maximale Heizwärmeerzeugung.
Durch Einschaltung der Zusatzfeuerung 6 wird die Heizwär meleistung gegenüber dem Fall c) nochmals erhöht. Die Heizwärmeleistung erreicht bei diesem Betriebsfall d) ihr absolutes Maximum bei gleichzeitig voller Beaufschlagung des Wasser-Wärmetauschers 10 mit Entnahmedampf e über das Ventil 11.
Abgasweg zu d): wie unter c).

4. Reiner Stromerzeugungsbetrieb (also ohne Heizwärmeabgabe in das Versorgungsnetz III).
Der reine Stromerzeugungsbetrieb ohne Heizwärmeerzeugung bzw. Heizwärmeabgabe in das Versorgungsnetz III kann mit diesem Kraftwerkstyp in zwei Betriebsarten erfolgen:

a) mit dem Gasturbosatz 1 im Alleinbetrieb ohne Heizwärme erzeugung.
Abgasweg: Klappen 9 und 29 geöffnet; Klappen 8 und 28 ge schlossen. Dieser Betriebsfall a) ist besonders für die Abdeckung von regionalen Lastspitzen geeignet.
b) mit der Gas- und Dampfturbine in Teillast bis Vollast. Die hierbei anfallende Heizwärme im Heizkondensator 4 wird in die Heißwasserspeicher 14 geleitet. Dieser Be trieb ist zeitlich begrenzt und von der gewählten Spei cherkapazität der Heißwasserspeicher 14 abhängig.
Abgasweg: Klappen 8, 28 und 29 geöffnet; Klappen 27 und 9 geschlossen.

5. Heizwärmeabgabe in das Versorgungsnetz III ohne Stromerzeu gung.
Die Versorgung des Heiznetzes III bleibt erhalten, wenn Gas- und Dampfturbosatz 1, 3 nicht in Betrieb sind, zum Bei spiel aus Revisionsgründen oder wenn zeitlich kein Strom bedarf besteht.

Die Versorgung kann nach drei Betriebsarten erfolgen:

a) mit Hilfe des rauchgasbeheizten Wasser-Wärmetauschers 5, dessen Befeuerung 6 mit einem Frischluftgebläse 7 betrie ben wird (nicht gezeigt).
Abgasweg: Klappe 27 geschlossen;
b) wie im Fall a) bei gleichzeitiger Wärmeentnahme aus den Heißwasserspeichern 14; dies ergibt eine relativ große Heißwasser-Versorgungsmenge;
c) mit alleiniger Entnahme von Heizwärme aus den Heißwasser speichern 14; dies ergibt die kleinste Heizwärme-Versor gungsmenge.

Variante II: Entnahme-Kondensations-Dampfturbine (vergleiche Fig. 2).

1. Stromerzeugung mit Gasturbosatz 1 im Alleinbetrieb; Teil stromerzeugung; Betriebsarten: Heizwärmeerzeugung Null wie unter Fall I/1a) und b).

2. Stromerzeugung mit Gasturbosatz 1 im Alleinbetrieb; Teil stromerzeugung; Betriebsarten: Heizwärme-Erzeugung wie unter Fall I/2a) bis e).

3. Stromerzeugung mit Gas- und auch Dampfturbosatz mit Heiz wärme-Erzeugung:

a) Heizwärme-Erzeugung im entnahmedampfbeheizten Wasser-Wär metauscher 10 mit geregelter Beaufschlagung des Wasser- Wärmetauschers 10 von Null-Dampfentnahme bis zur maxima len Dampfentnahme;
Abgasweg: wie unter I/3a) und b);
b) Heizwärmeerzeugung mit Turbinenabgas in Kombination mit a) im Wasser-Wärmetauscher 5 ohne Zusatzfeuerung 6; Abgasweg wie unter I/3c);
c) maximale Heizwärmeerzeugung; Betriebsart wie unter I/3d).

4. Reiner Stromerzeugungsbetrieb ohne Heizwärmeerzeugung. Zwei Betriebsarten:

a) mit Gasturbosatz 1 im Alleinbetrieb;
Abgasweg wie unter I/4a);
b) mit Gas- und Dampfturbosatz im Kombinationsbetrieb. Dies erfolgt ohne Heizwärmeerzeugung im Unterschied zu I/4b).

5. Heizwärmeabgabe in das Versorgungsnetz III ohne Stromerzeu gung; Betriebsart wie unter I/5a) bis c).

Aus diesen Angaben über die verschiedenen Betriebsarten wird deutlich, daß das GuD-Kraftwerk in seinen verschiedenen Ausge staltungen für die Strom- und Heizwärmeerzeugung sehr flexibel einsetzbar ist.

Claims

1. Kombiniertes Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk zum Betrieb mit einem Brennstoff wie Kohlegas, Erdgas und/oder Heizöl, mit einer Gasturbine (1) und einer Dampfturbine (3), dadurch gekennzeichnet, daß an die Gasturbine (1) ein an sich bekannter Dampferzeuger (2) angeschlossen ist, und daß dem Dampferzeuger (2) im Turbinenabgasweg (22 A) ein Heißwasser- Wärmetauscher (5), vorzugsweise mit Zusatzfeuerung (6), zur Erzeugung von Heizwärme nachgeschaltet ist.

2. Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß mindestens ein vom Entnahmedampf (e) der Dampfturbine (3) beheizbarer Wasser- Wärmetauscher (10) zur Erzeugung von Heizwärme vorgesehen ist.

3. Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk nach Anspruch 2, da durch gekennzeichnet, daß der vom Entnah medampf (e) beheizbare Wasser-Wärmetauscher (10) sekundärseitig parallel zum vom Turbinenabgas (v) beaufschlagbaren Heißwasser- Wärmetauscher (5) angeordnet ist.

4. Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk nach Anspruch 3, da durch gekennzeichnet, daß der Dampfturbi ne (3) ein mit Kühlturm oder Frischwasserkühlung versehener Kondensator (4 K) nachgeschaltet ist.

5. Kombiniertes Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk zum Betrieb mit einem Brennstoff wie Kohlegas, Erdgas und/oder Heizöl, mit einer Gasturbine (1) und einer Dampfturbine (3), insbesondere nach einem der Ansprüche 1, 2 und/oder 3, dadurch ge kennzeichnet, daß ein vom Abdampf (k) der Dampf turbine (3) beheizbarer Heizkondensator (4) zur Erzeugung von Heizwärme vorgesehen ist.

6. Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk nach Anspruch 5 und ei nem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß der Heizkondensator (4) sekundärsei tig parallel zum Heißwasser-Wärmetauscher (5) und/oder parallel zum Wasser-Wärmetauscher (10) angeordnet ist.

7. Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk nach einem der Ansprü che 1 bis 3, 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, daß die in dem Wärmetauscher (5 und/oder 10) und/oder in dem Heizkondensator (4) erzeugte Heizwärme in einen geschlos senen Heizkreislauf (24, 25) einspeisbar ist, aus welchem die Heizwärme in ein Heizwärme-Versorgungsnetz (III) über mindestens einen Wärmetauscher (16) übertragbar ist.

8. Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk nach einem der Ansprü che 1 bis 6, ausgenommen Anspruch 4, dadurch ge kennzeichnet, daß die in dem Wärmetauscher (5 und/oder 10) und/oder in dem Heizkondensator (4) erzeugte Heiz wärme in ein Heizwärme-Versorgungsnetz (40, IIIa; 41, IIIb; 42, IIIc) einspeisbar ist.

9. Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk nach Anspruch 8, da durch gekennzeichnet, daß die Heizwärme- Versorgungsnetze (40, IIIa; 41, IIIb und/oder 42, IIIc) über Ventile (51 bis 54) miteinander verkoppelt sind (Fig. 3).

10. Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk nach einem der Ansprü che 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorlauftemperatur (T _v) des Heißwassers vom Wärmetau scher (5 und/oder 10) und/oder vom Heizkondensator (4) durch Einspeisung von Kaltwasser aus dem Rücklauf (25) des zur Ver sorgung des Verbrauchernetzes (III; 40, IIIa; 41, IIIb; 42, IIIc) vorgesehenen Wärmetauschers (16) über einen steuerbaren Bypass (26) veränderbar ist.

11. Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk nach einem der Ansprü che 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Druck-Reduzierventil (12) vorgesehen ist, über das im Alleinbetrieb der Gasturbine (1) der im Dampf erzeuger (2) erzeugte Dampf in mindestens einen Wasser-Wärme tauscher (10) einspeisbar ist, der im Betrieb der Dampfturbine (3) von deren Entnahmedampf (e) beheizbar und der zur Erzeugung von Heizwärme vorgesehen ist.

12. Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk nach einem der Ansprü che 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wasserumlaufmenge im Heizkreislauf (24, 25) durch die Anordnung mindestens eines Kaltwasserspeichers (15) veränderbar ist.

13. Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk nach einem der Ansprü che 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Speicherung von Heizwärme im geschlossenen Heizkreis lauf (24, 25) mindestens ein Heißwasserspeicher (14) vorgesehen ist.

14. Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk nach einem der Ansprü che 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Abgasweg aufgeteilt ist in eine Hauptleitung (22 A) und eine Bypassleitung (22 B), welche Leitungen (22 A, 22 B) durch ei nen Bypass (23) miteinander verbunden sind.

15. Gasturbinen-Dampfturbinen-Kraftwerk nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß im Abgas weg (22 A, 22 B) der Gasturbine (1) Steuerklappen (8, 9, 27, 28, 29) angeordnet sind.