DE4040699A1 - Kombinierte gas- und dampf-turbinenanlage - Google Patents
Kombinierte gas- und dampf-turbinenanlageInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine kombinierte Gas- und Dampf-Turbi
nenanlage mit einer der Gasturbine vorgeschalteten Brennkammer
zum Verbrennen von Kohle, mit einem eine Primärseite und eine
Sekundärseite aufweisenden Abhitzedampferzeuger, dessen Pri
märeingang an den Ausgang der Gasturbine angeschlossen ist und
dessen Sekundärseite in einen Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampf
turbine geschaltet ist.
Bei einer kombinierten Gas- und Dampf-Turbinenanlage (GuD-An
lage) werden üblicherweise die bei der Kohleverbrennung in der
Gasturbinenbrennkammer entstehenden Verbrennungsrückstände ab
gezogen und in einer Endlagerungsstätte entsorgt oder einer
separaten Nutzung zugeführt. Diese Verfahren bringen es nach
teiligerweise mit sich, daß die in den Verbrennungsrückständen
enthaltenen kohlenstoffhaltigen Bestandteile nicht selbst in
der kombinierten Gas- und Dampf-Turbinenanlage genutzt werden,
so daß der erzielte Gesamtwirkungsgrad nur begrenzt ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer kombinierten
Gas- und Dampf-Turbinenanlage unter Vermeidung der Entstehung
weiterer Schadstoffmengen den Gesamtwirkungsgrad bei der Umset
zung der eingesetzten Kohle in elektrische Energie zu erhöhen.
Die Erfindung beruht auf der Überlegung, daß diese Aufgabe ge
löst werden kann, wenn die Verbrennungsrückstände in der Anlage
selbst zur weiteren Energiegewinnung herangezogen werden.
Diese Aufgabe wird demgemäß erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß
eine Wirbelschichtbrennkammer vorgesehen ist, der kohlenstoff
haltige Verbrennungsrückstände aus der der Gasturbine vorgeschal
teten Brennkammer zugeführt sind, daß zum Zuführen mindestens
eines Teils der Abgase aus der Gasturbine in die Wirbelschicht
brennkammer mit einer vorgegebenen Eintrittstempertur der Aus
gang der Gasturbine mit dem Eingang der Wirbelschichtbrennkam
mer verbunden ist, und daß zum Durchleiten von Rauchgas aus der
Wirbelschichtbrennkammer mit einer vorgegebenen Austrittstempe
ratur durch die Primärseite des Abhitzedampferzeugers der Aus
gang der Wirbelschichtbrennkammer mit dem Primäreingang des
Abhitzedampferzeugers verbunden ist.
Zur Schaffung eines Dampfprozesses mit hohem Dampfdruck und mit
hoher Temperatur ist vorteilhafterweise die genannte Austritts
temperatur des Rauchgases größer als die genannte Eintrittstempe
ratur der Abgase. Dabei sollte die Austrittstemperatur im Bereich
von 700°C bis 1000°C, vorzugsweise bei 850°C, und die Austritts
temperatur im Bereich von 500°C bis 600°C, vorzugsweise bei
550°C, liegen.
Zum Abscheiden und wiederholten Verbrennen von in dem Rauchgas
enthaltener kohlenstoffhaltiger Asche ist vorteilhafterweise
der Wirbelschichtbrennkammer ein Ascheabscheider nachgeschal
tet, aus dem die dort abgeschiedene Asche in die Wirbelschicht
brennkammer zurückgeführt wird. Der Ausgang des Ascheabschei
ders kann dabei direkt an den Primäreingang des Abhitzedampf
erzeugers angeschlossen sein.
Zum Regeln der der Wirbelschichtbrennkammer zugeführten Abgas
menge aus der Gasturbine ist vorteilhafterweise parallel zur
Wirbelschichtbrennkammer zwischen der Gasturbine und dem Ab
hitzedampferzeuger eine schließbare Klappe oder ein anderes
Regelorgan angeordnet.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung der erfindungsgemäßen
Anlage ist diese so ausgebildet, daß der Wirbelschichtbrenn
kammer kohlenstoffhaltige Brennstoffe zusammen mit den kohlen
stoffhaltigen Verbrennungsrückständen zugeführt werden. Vor
zugsweise wird etwa die Hälfte des Abgases aus der Gasturbine
der Wirbelschichtbrennkammer zugeführt.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere
darin, daß durch Verwendung mindestens eines Teils der sauer
stoffhaltigen Abgase aus der Gasturbine als Verbrennungsgas
zum Nachverbrennen der kohlenstoffhaltigen Verbrennungsrück
stände aus der Gasturbinen-Brennkammer keine Frischluft als
Verbrennungsgas bereitgestellt werden muß, so daß keine zu
sätzlichen Abgasverluste entstehen. Die Bettemperatur in der
Wirbelschichtbrennkammer liegt vorzugsweise bei 850°C bis
900°C; sie wird durch Anheben des Luftüberschusses, das heißt
mit der Zufuhr der sauerstoffhaltigen Abgase der Gasturbine,
geregelt. Dadurch können zusätzliche Heizflächen in der Wirbel
schichtbrennkammer eingespart werden. Besonders vorteilhaft ist
die gegenüber der Temperatur der Abgase aus der Gasturbine (von
typisch T1=550°C) vergleichsweise hohe Temperatur der die
Wirbelschichtbrennkammer verlassenden Rauchgase (von typisch
T2=850°C). Dadurch wird die Temperatur T3 im Abhitzedampf
erzeuger soweit angehoben, daß Dampfprozesse mit hohen Dampf
temperaturen bei gleichzeitig hohen Dampfdrücken realisierbar
sind, und damit der Wirkungsgrad der Anlage erhöht wird.
Zur näheren Erläuterung der Erfindung wird anhand einer Zeich
nung ein Ausführungsbeispiel beschrieben. Dabei zeigt die Zeich
nung eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen
kombinierten Gas- und Dampf-Turbinenanlage mit einer der Gas
turbine nachgeschalteten Wirbelschichtbrennkammer.
Die Gas- und Dampf-Turbinenanlage 1 umfaßt eine Gasturbinen
anlage 1a und eine Dampfturbinenanlage 1b. In der Gasturbinen
anlage 1a sind eine Gasturbine 2 mit angekoppeltem Luftverdich
ter 3 und ein Generator 4 sowie eine der Gasturbine 2 vorge
schaltete Brennkammer 5 vorgesehen, die an die Frischluftlei
tung 6 des Luftverdichters 3 angeschlossen ist. In der Dampf
turbinenanlage 1b ist eine Dampfturbine 8 mit angekoppeltem
Generator 9 vorgesehen, weiterhin ein der Dampfturbine 8 nach
geschalteter Kondensator 10 und ein eine Primärseite und eine
Sekundärseite aufweisender Abhitzedampferzeuger 11. Die Sekun
därseite ist an den allgemein mit 7 bezeichneten Wasser-Dampf-
Kreislauf angeschlossen.
Der Ausgang 2b der Gasturbine 2 ist zum Zuführen eines Teils
der Abgase a mit dem Primäreingang 11a des Abhitzedampferzeu
gers 11 verbunden. Dazu ist an den Primäreingang 11a des Ab
hitzedampferzeugers 11 ein Zweig 16 einer Abgasleitung 14 an
geschlossen. In den Zweig 16 ist eine von einem Motor 17m be
tätigte Klappe 17, beispielsweise eine Drosselklappe oder ein
anderes Regelorgan, geschaltet.
Die schematische Darstellung zeigt außerdem eine Wirbelschicht
brennkammer 12 und einen der Wirbelschichtbrennkammer 12 nach
geschalteten Ascheabscheider 13. Der Ausgang 2b der Gasturbine
2 ist über die Abgasleitung 14 an den Eingang 12a der Wirbel
schichtbrennkammer 12 angeschlossen. In die Abgasleitung 14 ist
ein Gebläse 15 geschaltet. Der Ausgang 13b des Ascheabscheiders
13 ist über eine Rauchgasleitung 18 an den Zweig 16 angeschlos
sen. Die Rauchgasleitung 18 kann stattdessen auch direkt an den
Primäreingang 11a des Abhitzedampferzeugers 11 angeschlossen
sein. Durch Einstellung der Klappe 17 ist es möglich, einen
mehr oder minder großen Teil der Abgase a aus der Gasturbine 2
in die Wirbelschichtbrennkammer 12 mit vorgegebener Eintritts
temperatur T1 zu leiten, zum Beispiel auch 100%.
Beim Betrieb der kombinierten Gas- und Dampf-Turbinenanlage 1
mit der der Gasturbine 2 nachgeschalteten Wirbelschichtbrenn
kammer 12 wird der Brennkammer 5 in nicht näher dargestellter
Art und Weise Kohle k über eine Zuführleitung 19 zugeführt. Die
Kohle k wird in der Brennkammer 5 mit der verdichteten Frisch
luft 1 aus dem Luftverdichter 3 verbrannt. Das bei der Verbren
nung entstehende heiße Rauchgas h wird über eine Rauchgaslei
tung 20 in die Gasturbine 2 geleitet. Die bei der Verbrennung
anfallenden kohlenstoffhaltigen Verbrennungsrückstände r werden
über eine Abzugsleitung 21 abgezogen und der Wirbelschichtbrenn
kammer 12 zugeführt. Bei geschlossener Stellung der Klappe 17
werden die gesamten Abgase a über die Wirbelschichtbrennkammer
12 dem Abhitzedampferzeuger 11 zugeführt. Bei mehr oder minder
oder vollständig geöffneter Stellung der Klappe 17 wird immer
ein Teil der heißen Abgase a der Gasturbine 2 über den Zweig 16
der Abgasleitung 14 dem Abhitzedampferzeuger 11 zugeführt. Der
andere Teil der sauerstoffhaltigen Abgase a aus der Gasturbine 2
wird der Wirbelschichtbrennkammer 12 als Verbrennungsgas zuge
führt und zusammen mit den kohlenstoffhaltigen Verbrennungsrück
ständen r aus der Brennkammer 5 nachverbrannt. Die dem Abhitze
dampferzeuger 11 zugeleiteten Abgase a werden im Abhitzedampf
erzeuger 11 zur Dampferzeugung für die Dampfturbine 8 der Dampf
turbinenanlage 1b herangezogen. Der Wirbelschichtbrennkammer 12
können zusätzlich auch kohlenstoffhaltige Brennstoffe s zusammen
mit den kohlenstoffhaltigen Verbrennungsrückständen r zugeführt
werden.
Die Temperatur T1 der Abgase a aus der Gasturbine 2 liegt bei
500°C bis 650°C, vorzugsweise bei 550°C. Die Austrittstempe
ratur T2 der bei der Nachverbrennung in der Wirbelschichtbrenn
kammer 12 entstehenden Rauchgase g beträgt 700°C bis 1000°C,
vorzugsweise 850°C. Die von den Rauchgasen g mitgeführte Asche
c wird im Ascheabscheider 13 abgezogen und über eine Aschelei
tung 22 zur weiteren Verbrennung der Wirbelschichtbrennkammer 2
wiederholt zugeführt. Erst wenn in der Asche c keine verbrenn
baren kohlenstoffhaltigen Bestandteile mehr enthalten sind,
wird sie aus der Wirbelschichtbrennkammer 12 über einen nicht
gezeigten Auslaß abgezogen.
Die bei der Nachverbrennung in der Wirbelschichtbrennkammer 12
entstehenden Rauchgase g werden den über den Zweig 16 der Abgas
leitung 14 dem Abhitzedampferzeuger zugeführten Abgasen a aus der
Gasturbine 2 beigemischt. Bei geschlossener Klappe 17 wird die
gesamte Abgasmenge a aus der Dampfturbine 2 zur Nachverbrennung
in der Wirbelschichtbrennkammer 12 herangezogen. Die dabei ent
stehenden Rauchgase g werden auf den Primäreingang 11a des Ab
hitzedampferzeugers 11 geleitet und dort zur Dampferzeugung für
die Dampfturbine 8 herangezogen.
Durch Variieren der Stellung der Klappe 17 wird mit der Menge
der Abgase a aus der Gasturbine 2 der Luftüberschuß in der Wir
belschichtbrennkammer 12 geregelt und damit die Temperatur in
der Wirbelschichtbrennkammer 12 eingestellt. Damit ist die Ab
gastemperatur T3 vor dem Abhitzedampferzeuger 11 in einem ge
wissen Temperaturbereich auf T3 T1 regelbar. Wird beispiels
weise die Hälfte der Abgase a aus der Gasturbine 2 mit einer
Temperatur T1 von zum Beispiel T1=550°C über den Zweig 16
geleitet und die weitere Hälfte der Abgase a der Wirbelschicht
brennkammer 12 zugeführt, so stellt sich bei einer Temperatur T2
der bei der Nachverbrennung entstehenden Rauchgase g von zum
Beispiel T2=850°C eine Abgastemperatur T3 vor dem Abhitze
dampferzeuger 11 von zum Beispiel T3=700°C ein. Das Abgas
verläßt den Abhitzedampferzeuger 11 über dessen Ausgang 11b in
Richtung auf einen (nicht gezeigten) Kamin.
Claims (9)
1. Kombinierte Gas- und Dampf-Turbinenanlage (1) mit einer
der Gasturbine (2) vorgeschalteten Brennkammer (5) zum Ver
brennen von Kohle (k), mit einem eine Primärseite und eine
Sekundärseite aufweisenden Abhitzedampferzeuger (11), dessen
Primäreingang (11a) an den Ausgang (2b) der Gasturbine (2) an
geschlossen ist und dessen Sekundärseite in einen Wasser-Dampf-
Kreislauf (7) der Dampfturbine (8) geschaltet ist,
- - wobei eine Wirbelschichtbrennkammer (12) vorgesehen ist, der kohlenstoffhaltige Verbrennungsrückstände (r) aus der der Gasturbine (2) vorgeschalteten Brennkammer (5) zugeführt sind,
- - wobei zum Zuführen mindestens eines Teils der Abgase (a) aus der Gasturbine (2) in die Wirbelschichtbrennkammer (12) mit einer vorgegebenen Eintrittstemperatur (T1) der Ausgang (2b) der Gasturbine (2) mit dem Eingang (12a) der Wirbelschicht brennkammer (12) verbunden ist, und
- - wobei zum Durchleiten von Rauchgas (g) aus der Wirbelschicht brennkammer (12) mit einer vorgegebenen Austrittstemperatur (T2) durch die Primärseite des Abhitzedampferzeugers (11) der Ausgang (12b) der Wirbelschichtbrennkammer (12) mit dem Primäreingang (11a) des Abhitzedampferzeugers (11) verbunden ist.
2. Kombinierte Gas- und Dampf-Turbinenanlage (1) nach An
spruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Austrittstemperatur (T2) des Rauchgases (g) am Ausgang (12b)
der Wirbelschichtbrennkammer (12) größer als die Eintrittstempe
ratur (T1) der Abgase (a) am Eingang der Wirbelschichtbrennkam
mer (12) ist, wobei die genannte Austrittstemperatur (T2) im Be
reich von 700°C bis 1000°C, vorzugsweise bei 850°C, und wo
bei die genannte Eintrittstemperatur (T1) im Bereich von 500°C
bis 650°C, vorzugsweise bei 550°C, liegt.
3. Kombinierte Gas- und Dampf-Turbinenanlage (1) nach An
spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Wirbelschichtbrennkammer (12) ein Ascheabscheider (13)
nachgeschaltet ist, aus dem die dort abgeschiedene Asche in die
Wirbelschichtbrennkammer (12) zurückführbar ist.
4. Kombinierte Gas- und Dampf-Turbinenanlage (1) nach einem der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Ausgang (13b) des Ascheabscheiders (13) an den Primär
eingang (11a) des Abhitzedampferzeugers (11) angeschlossen ist.
5. Kombinierte Gas- und Dampf-Turbinenanlage (1) nach einem
der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich
net, daß in den Wasser-Dampf-Kreislauf (7) ein Kondensa
tor (10) geschaltet ist, der der Dampfturbine (8) nachgeschal
tet ist.
6. Kombinierte Gas- und Dampf-Turbinenanlage (1) nach einem
der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeich
net, daß parallel zur Wirbelschichtbrennkammer (12) zwi
schen der Gasturbine (2) und dem Abhitzedampferzeuger (11) eine
schließbare Klappe (17) angeordnet ist.
7. Kombinierte Gas- und Dampf-Turbinenanlage (1) nach einem
der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich
net, daß zwischen den Ausgang (2b) der Gasturbine (2) und
den Eingang (12a) der Wirbelschichtbrennkammer (12) ein Gebläse
(15) geschaltet ist.
8. Kombinierte Gas- und Dampf-Turbinenanlage (1) nach einem
der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeich
net, daß der Wirbelschichtbrennkammer (12) zusammen mit
den kohlenstoffhaltigen Verbrennungsrückständen (r) auch koh
lenstoffhaltige Brennstoffe (s) zuführbar sind.
9. Kombinierte Gas- und Dampf-Turbinenanlage (1) nach einem
der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeich
net, daß der Teil der Abgase (a) aus der Gasturbine (2),
der der Wirbelschichtbrennkammer (12) zugeführt wird, etwa
50% beträgt.
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|---|---|---|---|
| DE19904040699 DE4040699A1 (de) | 1990-04-27 | 1990-12-19 | Kombinierte gas- und dampf-turbinenanlage |
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Publications (1)
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Country Status (1)
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|---|---|
| DE (1) | DE4040699A1 (de) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3612888A1 (de) * | 1986-04-17 | 1987-10-29 | Metallgesellschaft Ag | Kombinierter gas-/dampfturbinen-prozess |
| WO1989002564A1 (en) * | 1987-09-07 | 1989-03-23 | L. & C. Steinmüller Gmbh | Controllable fluidized-bed combustion under pressure |
| EP0329155A1 (de) * | 1988-02-18 | 1989-08-23 | A. Ahlstrom Corporation | System und Methode zur Energieerzeugung mit integrierter Gasturbine |
| DE3841224A1 (de) * | 1988-12-07 | 1990-06-13 | Siemens Ag | Kombiniertes gasturbinen-dampfturbinen-kraftwerk |
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1990
- 1990-12-19 DE DE19904040699 patent/DE4040699A1/de not_active Ceased
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