DE69127564T2

DE69127564T2 - Kombiniertes Kraftwerk mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung sowie Verfahren zum Betrieb desselben

Info

Publication number: DE69127564T2
Application number: DE69127564T
Authority: DE
Inventors: Takashi Asao; Shinichi Hoizumi; Naoto Koizumi; Yoshiki Noguchi; Toshihiko Sasaki
Original assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Engineering Co Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 1990-03-12
Filing date: 1991-03-07
Publication date: 1998-04-23
Anticipated expiration: 2011-03-08
Also published as: US5203159A; DE69127564D1; EP0447122A1; EP0447122B1; JP3222127B2; JPH03279602A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein kombiniertes Kreislaufkraftwerk mit. aufgeladener Wirbelschichtfeuerung sowie ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftwerks und insbesondere ein kombiniertes Kreislaufkraftwerk mit einem Kessel für aufgeladene Wirbelschichtfeuerung zum Verbrennen von Kohle und zum Erzeugen von Gas, einer Gasturbine, einem Kompressor und einem Generator. Der Dampf kann verwendet werden, um eine Dampfturbine anzutreiben. Die Erfindung betrifft das Aufrechterhalten einer stabilen Verwirbelung im Kessel für eine aufgeladene Wirbelschichtfeuerung selbst bei einer Teillast.
Im Stand der Technik ist ein kombiniertes Kraftwerk bekannt, die im wesentlichen aus einer Gasturbine, einer Dampfturbine und einem Abwärme-Wiedergewinnungskessel derart aufgebaut ist, daß die Dampfturbine durch den Dampf angetrieben werden kann, der durch die Abgase aus der Gasturbine im Abwärme-Wiedergewinnungskessel erzeugt wird. Ein solches kombiniertes Kraftwerk, bei dem ein Kessel für eine aufgeladene Wirbelschichtfeuerung als Verbrenner für. die Gasturbine verwendet wird, wird als "kombiniertes Kreislaufkraftwerk mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung" bezeichnet.
Die meisten bekannten kombinierten Kreislaufkraftwerke mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung sind so aufgebaut, daß eine Gasturbineneinheit vom Doppelwellentyp verwendet wird, wie sie in Fig. 2 der unten beschriebenen vorliegenden Zeichnung dargestellt ist. Bei einem Vollastbetrieb dieses Kraftwerks wird die durch den Gasturbinenkompressor angetriebene Verbrennungsluft zur Gänze in den Kessel für eine aufgeladene Wirbelschichtfeuerung eingeführt, in den zum Betreiben der Gasturbine ein Brennstoff oder Kohle eingefüllt und verbrannt wird. Andererseits wird der Dampf durch Wiedergewinnen der Wärme im Kessel für eine aufgeladene Wirbelschichtfeue rung und im Abwärme-Wiedergewinnungskessel der Gasturbine erzeugt und in die Dampfturbine geführt, um diese zu betreiben. Andererseits werden bei einer Teillast der Durchfluß an Verbrennungsluft und der Druck im Kessel für aufgeladene Wirbelschichtfeuerung für den Teillastbetrieb des Kraftwerks durch Ändern der Geschwindigkeit des Gasturbinenkompressors geändert.
Falls jedoch eine Einwellen-Gasturbineneinheit verwendet wird, sind die Geschwindigkeiten des Kompressors und der Turbine stets gleich, da sich der durch dieselbe Welle angetriebene Generator bei einer konstanten Geschwindigkeit drehen muß. Infolgedessen wird der Vollastbetrieb ebenso wie bei der Doppelwellen-Gasturbine ausgeführt. Für einen Teillastbetrieb wird die Strömungsrate der abgegebenen Luft beim Gasturbinenkompressor ebenso wenig wie der Druck im Kessel für eine aufgeladene Wirbeischichtfeuerung gegenüber der beim Vollastbetrieb geändert, so daß im Prinzip ein Teillastbetrieb des kombinierten Kreislaufkraftwerks mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung unmöglich ist. Die vorliegende Erfindung löst dieses Problem so, wie unten beschrieben wird.
In JP-A-55-164732 ist ein Kraftwerk mit einer Doppelwellen-Gasturbine dargestellt. Zur Begrenzung der Temperatur. des die Turbine erreichenden Verbrennungsgases befindet sich zwischen der Kompressorauslaßleitung und der Turbineneinlaßleitung eine durch ein Regelorgan geregelte Nebenleitung.
JP-A-63-75406 ist eines der anderen Dokumente aus dem Stand der Technik, in denen ein Regelelement oder eine Unterteilung in der Kompressorauslaßleitung dargestellt ist, wobei die Leitung so geteilt wird, daß zwei geregelte Luftströmungen zum Verbrenner für eine aufgeladene Wirbelschichtfeuerung gebildet werden, um die Wirksamkeit der Verbrennung durch Erhöhen der Temperatur am oberen Teil des Brenners zu verbessern.
In ähnlicher Weise ist die Druckluftleitung in JP-A- 57-212309 geteilt, um Luft zu einem zweiten Brenner zu übertragen, der sich in der zur Gasturbine führenden Verbrennungsgasleitung befindet. In US-A-4 838 209 sind Regelorgane in der Druckluftleitung, der Gasturbinen-Einlaßleitung und einer diese beiden Leitungen verbindenden Nebenleitung dargestellt. Diese beiden Leitungen werden für eine Notabschaltung verwen4et. In US-A-4 852 345 ist eine Leitung dargestellt, die von der Hauptdruckluftleitung abzweigt; die Verzweigung weist ein Regelorgan auf und liefert Luft an eine Verteilungseinrichtung zum Kühlen eines Wirbelschichtmaterials in einer Aschenkammer. Nach dem Abkühlen des Schichtmaterials wird diese Luft bei der Verbrennung verwendet.
Ein allgemeiner Überblicck über die Entwicklung der aufgeladenen Wirbelschichtfeuerung und ihrer Anwendung bei kombinierten Kreislaufkraftwerken ist durch Pillal auf den Seiten 555-593 von "Electricity: efficient end-use and new generation technologies and their planning implications", veröffentlicht durch Lund University Press, Schweden und Chartwell-Bratt, England, gegeben.
Der bisher beschriebene Stand der Technik ist in der Hinsicht für die Konstruktion des kombinierten Kreislaufkraftwerks mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung nachteilig, als der Typ der verwendeten Gasturbine eingeschränkt ist. Um diese Einschränkung zu verringern, ist es daher für das kombinierte Kreislaufkraftwerk mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung, bei dem die Einwellen-Gasturbineneinheit verwendet wird, sehr wirkungsvoll, wenn der Teillastbetrieb möglich ist, wie es bei einem kombinierten Kreislaufkraftwerk mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung, bei dem eine Doppelwellen-Gasturbineneinheit verwendet wird, der Fall ist. Es wird auch erwähnt, daß in DE-A-3 801 886 kombinierte Kreislaufkraftwerke mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung mit einer Einzelwellen-Gasturbineneinheit erläutert sind. In einer Form der dort beschriebenen Vorrichtung sind ein Hilfskompressor zum Zuführen von Luft zum Wirbelschichtkessel und weiterhin ein Nebenstrom-Regelorgan zur Steuerung des Luftflusses vom Kompressor der Gasturbineneinheit zum Kessel beschrieben. Bei einer anderen Form der dort dargestellten Vorrichtung regeln der Hilfskompressor und weiterhin zwei Regelorgane den Durchfluß von den jeweiligen Wärmetauscherbereichen im Kessel zur Turbine der Gasturbineneinheit, wobei diese beiden Regelorgane vorgesehen sind, um die Verteilung des Rauchgas-Flug aschestroms zwischen den beiden Wärmetauscherbereichen einzustellen.
In ähnlicher Weise ist erwähnt, daß in DE-A 3 123 391 ein ähnliches kombiniertes Kreislaufkraftwerk dargestellt ist, bei dem ein Nebenstrom-Regelorgan zur Regelung des Luftflusses vom Kompressor der Gasturbineneinheit zum Kessel und auch ein Regelorgan zum Regeln des Flusses durch eine Expansionsturbine durch Druckluft vom Kompressor der Gasturbineneinheit betrieben werden.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, zu ermöglichen, daß das kombinierte Kreislaufkraftwerk mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung selbst dann bei Teillast arbeitet, wenn eine Einwellen-Gasturbineneinheit verwendet wird.
In einer Hinsicht sieht die Erfindung daher ein kombiniertes Kreislaufkraftwerk mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung gemäß Anspruch 1 vor.
Die Erfindung sieht weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftwerks gemäß Anspruch 8 vor.
Eine Gasturbineneinheit vom in dieser Erfindung verwendetem Einwellentyp weist einen Kompressor und eine Turbine an einer gemeinsamen Welle auf, wobei die Turbine zumindest bei Vollast des Kraftwerks einen Einlaßdruck, der im wesentlichen dem Betriebsdruck des Kessels gleicht, sowie einen Auslaßdruck, der im wesentlichen dem Druck des abgegebenen Verbrennungsgases des Kraftwerks gleicht, aufweist. Ein geringer Druckverlust kann beispielsweise durch in Strömungsrichtung vor der Turbine angeordnete Staubtrenner bewirkt werden, der volle Druckabfall tritt jedoch im Prinzip an der Turbine auf. Dies steht im Gegensatz zum Doppelwellentyp, bei dem zwei Turbinen an verschiedenen Wellen in Serie angeordnet sind.
Durch die Erfindung wird eine Regelung des Durchflusses von Verbrennungsluft und/oder des Betriebsdrucks auf eine solche Weise vorgesehen, daß die Verbrennung der Kohle im Kessel über einen von Vollast bis zu weniger als 80 % der Vollast oder vorzugsweise von Vollast bis zu weniger als 60 % der Vollast reichenden Lastbereich unterstützt wird.
Die Regelung wird durch Einstellen von wenigstens zwei Einstelleinrichtungen erreicht, die jeweils dafür ausgelegt sind, den Durchfluß an Verbrennungsluft und/oder den Betriebsdruck einzustellen. In der beigefügten Zeichnung sind verschiedene Kombinationen solcher Einstelleinrichtungen dargestellt. Diese Einstelleinrichtungen können zwei oder mehrere der folgenden Einrichtungen einschließen:
(i) Eine Drosselklappe, die den Luftdruck am Kompressoreinlaß regelt,
(ii) Schieber, die den Luftdurchlaß am Kompressoreinlaß regeln,
(iii) ein Nebenstrom-Regelorgan, das den Luftdurchfluß vom Kompressor zum Kessel regelt,
(iv) eine Antriebseinrichtung für einen Hilfskompressor, der den Druck der Luft, mit der der Kompressor den Kessel versorgt, regelt,
(v) ein Regelorgan, das den Durchfluß durch eine Expansionsturbine, die mittels komprimierter Luft aus dem Kompressor betrieben wird, regelt,
(vi) ein Regelorgan, das den Durchfluß von Verbrennungsgas vom Kessel zur Einwellenturbine regelt, und
(vii) ein Regelorgan, das den Durchfluß von Verbrennungsgas aus dem Kessel zu einer zweiten Gasturbine, die nicht auf der Welle der Gasturbineneinheit befestigt ist, regelt, wobei gewisse in Anspruch 1 ausgeführte Kombinationen ausgenommen sind.
Gemäß einer weiteren Form der Erfindung beinhaltet ein Kraftwerk einstellbare Schieber zum Regeln des Luftdurchlasses in den Kompressor, einen Abzug für die aufgeladene Verbrennungsluft, der sich vom Kompressor zum Kessel erstreckt, einen Abzug für das Verbrennungsgas, der sich vom Kessel zur Turbine erstreckt, eine Nebenleitung, die den ersten Abzug mit dem zweiten Abzug verbindet, und eine Flußsteuereinrichtung zum Steuern des Luftdurchflusses in die Nebenleitung. Die Regelung wird durch Regeln wenigstens der Schieber oder der Flußsteuereinrichtung der Nebenleitung bewirkt.
Gemäß dieser Ausführungsform beinhaltet das Verfahren vorzugsweise das Einstellen der Schieber zum Regeln des Kraftwerkbetriebs über einen ersten Bereich der Betriebslast und das Einstellen der Flußsteuereinrichtung der Nebenleitung zum Regeln des Kraftwerkbetriebs über einen zweiten Bereich der Betriebslast des Kraftwerks, wobei der erste Bereich näher am Vollastbetrieb des Kraftwerks liegt also der zweite Bereich.
Es wird weiterhin bevorzugt, den Durchfluß an Verbrennungsluft oder den Betriebsdruck zu regeln, um die Temperatur des in die Gasturbine eingelassenen Gases in Abhängigkeit von der Betriebslast des Kraftwerks zu regeln.
Die Temperatur, mit der das Verbrennungsgas aus dem Kessel austritt, wird vorzugsweise geregelt, um die Auslaßtemperatur der Gasturbine zu regeln und dadurch den Wirkungsgrad des Kraftwerks zu verbessern. Gemäß einer weiteren Ausführungsform beinhaltet das Kraftwerk einen Abzug für die aufgeladene Verbrennungsluft, der sich vom Kompressor zum Kessel erstreckt, einen Abzweig-Abzug vom Abzug, eine Luftexpansionsturbine, die mit dem Abzug über den Abzweig-Abzug verbunden ist, sowie eine Flußsteuereinrichtung zum Regeln des Durchflusses im Abzweig-Abzug zur Luftexpansionsturbine, wobei die Flußsteuereinrichtung so gesteuert wird, daß die Regelung des Durchflusses an Verbrennungsluft zum Kessel und/oder des Betriebsdrucks im Kessel vorgenommen wird.
Das Kraftwerk weist in geeigneter Weise einen Sensor für die Temperatur und/oder den Druck des Verbrennungsgases am Eingang der Gasturbine auf, wobei die Flußsteuereinrichtung für die Luftexpansionsturbine in Abhängigkeit von einer Ausgabe des Sensors eingestellt wird, um den Durchfluß an Verbrennungsluft und den Betriebsdruck in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander zu halten.
Ausführungsformen der Erfindung werden unten anhand von nicht einschränkenden Beispielen Bezug nehmend auf die begleitende schematische Zeichnung beschrieben, wobei
in Fig. 1 ein kombiniertes Kreislaufkraftwerksystem mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung schematisch dargestellt ist, das eine Gasturbine vom Einwellentyp gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet;
in Fig. 2 ein Beispiel eines herkömmlichen Kreislaufkraftwerksystems mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung schematisch dargestellt ist, bei dem eine Gasturbine vom Doppelwellentyp verwendet wird;
Fig. 3 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen dem Luftdurchfluß und der Verbrennungsgasmenge und ihren Drücken, die zu einem Kessel für eine aufgeladener Wirbelschichtfeuerung (P-FBC-Kessel) übertragen werden (unter der Bedingung, daß die Wirbelgeschwindigkeiü konstant ist), ist;
die Figuren 4 und 5, 6 und 7, 8 und 9, 10 und 11 sowie 12 und 13 jeweils ein Diagramm eines kombinierten Kreislaufkraftwerks mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung gemäß der Erfindung sowie eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung seiner Teillastkennlinien sind;
in den Figuren 14 und 15 eine weitere Ausführungsform eines Kraftwerksystems gemäß der vorliegenden Erfindung sowie dessen Teillastkennlinie dargestellt sind (mit einer kombinierten Regelung einer Kompressoreinlaß-Leitschieberanordnung und eines Nebenstrom-Regelorgans);
in den Figuren 16 und 17 eine weitere Ausführungsform eines Kraftwerksystems gemäß der vorliegenden Erfindung sowie deren Teillastkennlinie dargestellt sind (mit einer kombinierten Regelung einer Drosselklappe und eines Nebenstrom Regelorgans);
in den Figuren 18 und 19 ein weiteres interessierendes Kraftwerksystem sowie dessen Teillastkennlinie dargestellt sind (mit einer kombinierten Regelung einer Expansionsturbine und eines Nebenstrom-Regelorgans). Dieses System ist jedoch von den Ansprüchen dieser Beschreibung ausgenommen;
in den Fig. 20 und. 21 auch ein weiteres interessierendes Kraftwerksystem sowie dessen Teillastkennlinie dargestellt sind (mit einer kombinierten Regelung eines Hilfskompressors und eines Nebenstrom-Regelorgans). Dieses System ist jedoch auch von den Ansprüchen dieser Beschreibung ausgenommen;
in den Figuren 22 und 23 eine weitere Ausführungsform eines Kraftwerksystems gemäß der vorliegenden Erfindung sowie deren Teillastkennlinie dargestellt sind (mit einer kombinierten Regelung einer Drosselklappe und einer Kompressoreinlaß-Leitschieberanordnung);
in den Figuren 24 und 25 eine weitere Ausführungsform eines Kraftwerksystems gemäß der vorliegenden Erfindung sowie deren Teillastkennlinie dargestellt sind (mit einer kombinierten Regelung einer Kompressoreinlaß-Leitschieberanordnung und einer Expansionsturbine); in den Figuren 26 und 27 eine weitere Ausführungsform eines Kraftwerksystems gemäß der vorliegenden Erfindung sowie deren Teillastkennlinie dargestellt sind (mit einer kombinierten Regelung einer Kompressoreinlaß-Leitschieberanordnung und eines Hilfskompressors);
in den Figuren 28 und 29 noch eine weitere Ausführungsform eines Kraftwerksystems gemäß der vorliegenden Erfindung sowie deren Teillastkennlinie dargestellt sind (mit einer kombinierten Regelung einer Drosselklappe und einer Expansionsturbine);
in den Figuren 30 und 31 eine weitere Ausführungsform eines Kraftwerksystems gemäß der vorliegenden Erfindung sowie deren Teillastkennlinie dargestellt sind (mit einer kombinierten Regelung einer Drosselklappe und eines Hilfskompressors)
in den Figuren 32 und 33 eine weitere Ausführungsform eines Kraftwerksystems gemäß der vorliegenden Erfindung sowie deren Teillastkennlinie dargestellt sind (mit einer kombinierten Regelung eines Hilfskompressors und einer Expansionsturbine);
in den Figuren 34 und 35 eine weitere Ausführungsform eines Kraftwerksystems gemäß der vorliegenden Erfindung sowie deren Teillastkennlinie dargestellt sind (mit einer kombi-. nierten Regelung einer Drosselklappe, einer Kompressoreinlaß- Leitschieberanordnung, eines Nebenstrom-Regelorgans sowie eines Hilfskompressors);
in Fig. 36 eine noch weitere Ausführungsform eines Kraftwerksy&tems gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist (mit einer kombinierten Regelung einer Drosselklappe, eines Kompressoreinlaß-Leitschiebers, einer Nebenstrom- Regelorgananordnung sowie eines Hilfskompressors);
in Fig. 37 eine noch weitere Ausführungsform eines Kraftwerksystems gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist (mit einer kombinierten Regelung einer Drosselklappe, einer Kompressoreinlaß-Leitschieberanordnung, eines Nebenstrom-Regelorgans, eines Hilfskompressors sowie einer Expansionsturbine);
in Fig. 38 eine weitere Ausführungsform eines Kraftwerksystems gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist (mit einer Regelung der Einströmrate in die Hauptexpansionsturbine);
in Fig. 39 eine weitere Ausführungsform eines Kraftwerksystems gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, die der in Fig. 10 dargestellten ähnelt, bei der jedoch eine Temperaturrückkopplungssteuerung hinzugefügt ist;
in Fig. 40 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung der Verwendung der Temperaturrückkopplungssteuerung aus Fig. 39 ist.
In der folgenden Beschreibung und der Zeichnung werden die gleichen Bezugszahlen für entsprechende Teile des Kraftwerks verwendet. Diese Teile werden der Kürze halber nicht wiederholt beschrieben.
In Fig. 1 ist der Fall eines schematischen Systems eines kombinierten Kreislaufkraftwerks mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung dargestellt, das aus einer Kesseleinrichtung für eine aufgeladene Wirbelschichtfeuerung, einer Einwellen-Gasturbineneinrichtung, einer Dampfturbineneinrichtung sowie einer Kraftwerkeinrichtung aufgebaut ist.
Die in einen Gasturbinenkompressor 1 eingeführte Luft 21 wird unter Druck gesetzt, um unter einem hohen Druck stehende Luft 22 zu bilden, und wird verwendet, um pulverförmige Kohle in einem Kessel 4 für eine aufgeladene Wirbelschichtfeuerung zu verbrennen, so daß sich die entstehenden Gase 23, die eine hohe Temperatur und einen hohen Druck aufweisen, ausdehnen, um Arbeit in der Gasturbine 2 zu verrichten. Die Gasturbine 2 dreht einen Generator 3, um elektrische Leistung zu erzeugen. Hierauf tauschen die Gasturbinen-Abgase 24 Wärme mit zugeführtem Wasser 36 in einem Speisewasservorwärmer 10 aus und werden dann bei einer niedrigen Temperatur als Gasturbinenabgase an die Atmosphäre abgegeben. Infolge von Erfordernissen, wie beispielsweise einer Stromerzeugung, werden die Rotoren des Kompressors 1, der Turbine 2 und des Generators 3 alle bei der gleichen konstanten Geschwindigkeit gedreht, da sie auf einer einzigen Welle befestigt sind.
Andererseits wird das dem Kessel 4 zugeführte heiße Speisewasser 37 durch die Verbrennung im Kessel 4 erhitzt und als Dampf 31 mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck zugeführt, um eine Hochdruck-Dampfturbine 5 in Drehung zu versetzen und anzutreiben. Daraufhin wird der entspannte Dampf 32 mit einer niedrigen Temperatur und einem niedrigen Druck wieder durch den Kessel 4 erhitzt. Der sich ergebende Dampf 33 mit einer hohen Temperatur und einem hohen Druck wird zugeführt, um eine Turbine 6 für wiedererhitzten Dampf in Drehung zu versetzen, so daß durch einen Dampfturbinengenerator 7 elektrische Energie erzeugt wird. Der Dampf, der auf diese Weise in der Dampfturbine 6 gearbeitet hat, wird in einen Dampf 34 mit einer niedrigen Temperatur und einem niedrigen Druck umgewandelt, und mit einer Sole 35 in einem Dampfkondensator 8 einem Wärmeaustausch unterzogen, so daß er im Dampfkondensator zu Wasser kondensiert und gesammelt wird. Dieses kondensierte Wasser wird durch eine Hochdruck-Wasserzuführungspumpe 9, die am Ausgang des Dampfkondensators 8 angeordnet ist, angetrieben und dem Speisewasservorwärmer 10 zugeführt.
Bei dem so aufgebauten kombinierten Kreislaufkraftwerk mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung wird die Einwellen-Gasturbinenanlage verwendet, so daß der Vollastbetrieb durch das bisher beschriebene Verfahren vorgenommen wird. Während eines Teillastbetriebs ist der Entladungs-Luftdurchfluß durch den Gasturbinenkompressor 1 jedoch gegenüber dem während des Vollastbetriebs unverändert, da sich die Welle weiterhin bei der gleichen Geschwindigkeit dreht. Daher wird der Druck im Kessel 4 während eines Teillastbetriebs nicht geändert, so daß ein Teillastbetrieb des Kraftwerks theoretisch nicht durchgeführt werden kann. Andererseits müssen die Absolutwerte der Luft und des Brennstoffs beim kombinierten Kreislaufkraftwerk mit einem Kessel für eine aufgeladener Wirbelschichtfeuerung von einem Typ, bei dem siedendes Wasser verwendet wird, geändert werden, um einen Teillastbetrieb zu ermöglichen, während das Luft-/Brennstoffverhältnis innerhalb eines vorbestimmten Regelbereichs gehalten wird. Um die Verbrennungsreaktion zu erreichen, während die Verwirbelung in einem stabilen Zustand gehalten wird, müssen die Verhältnisse zwischen dem Luftdurchfluß zur Verbrennung, dem Verbrennungsgasdurchfluß in den Kessel oder dem Verbrennungsgasdurchfluß am Auslaß des Kessels zu den Drücken an diesen jeweiligen Positionen so geregelt werden, daß sie über einen vorbestimmten Regelbereich im wesentlichen dem Verhältnis bei der vollen Nennlast gleichen, und die Wirbelgeschwindigkeit im Reaktor muß konstant gehalten werden.
Andererseits gibt es bei dem Kraftwerk aus Fig. 2, das den Vorschlag aus dem Stand der Technik darstellt, bei dem ein Doppelwellenkompressor/eine Doppelwellen-Gasturbine verwendet wird, einen ersten Kompressor 1 und eine erste Turbine 2 zusammen mit einem Generator 3 an einer ersten Welle sowie einen zweiten Kompressor 11 und eine zweite Niederdruckturbine 12 an einer zweiten Welle. Ein Zwischenkühler 13 ist zwischen den Kompressoren 11 und 1 vorgesehen. Die Strömung komprimierter Luft 22 zum Kessel 4 kann durch Regeln der Geschwindigkeit des Kompressors 11 und der Turbine 12 geändert werden.
In Fig. 3 ist ein idealer Regelzustand des Kessels für eine aufgeladene Wirbelschichtfeuerung 4 (P-FBC-Kessel) zur Verbrennung von Kohle aus Fig. 1 dargestellt, wobei auf beiden Seiten einer Ziel-Regellinie, die über einen von Vollast bis zu einer niedrigen Last des Kraftwerks reichenden Bereich ein konstantes Verhältnis zwischen dem Luftdurchfluß und dem Druck oder zwischen dem Durchfluß an Verbrennungsgas und dem Druck darstellt, ein Regelbereich eingerichtet ist. In diesem Regelbereich wird eine stabile Funktionsweise des P-FBC-Kessels erreicht.
In den Fig. 4 bis 39 sind verschiedene Arten dargestellt, auf die über einen Lastbereich eine Regelung innerhalb des gewünschten Regelbereichs erreicht wird. In den Kennliniendiagrammen, beispielsweise Fig. 5, ist die erreichbare tatsächliche Regelung mit dem gewünschten Regelbereich verglichen.
In Fig. 4 ist ein Systemdiagramm dargestellt, bei dem ein Nebenstrom-Regelorgan 19 zum Einstellen des Luftdurchflusses zwischen der Strömung von Verbrennungsluft 22 und der Strömung von Verbrennungsgas 23 angeordnet ist, und in Fig. 5 ist die Regelkennlinie hiervon dargestellt. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, weist die Nebenstrom-Gasdurchfluß- Einstellungsregelung das Merkmal (Druck/Durchfluß) ) 1 auf. Eine Regelung innerhalb des gewünschten Regelbereichs ist über einen relativ kleinen Teillast-Regelbereich möglich.
In Fig. 6 ist ein Systemdiagramm dargestellt, bei dem eine Kompressoreinlaß-Leitschieberanordnung 20 vorgesehen ist und eine Öffnungsregelung der Schieberanordnung 20 zum Regeln des Luftdurchflusses vorgenommen wird, und in Fig. 7 ist die zugehörige Regelkennlinie dargestellt. Die Gasturbineneinlaß- Leitschieber-Öffnungsregelung weist das Merkmal (Druck/Durchfluß) < 1 auf. Der Teillast-Regelbereich ist wiederum klein.
In Fig. 8 ist ein Systemdiagramm dargestellt, bei dem eine geregelte Drosselklappe (Drosseldämpfer) 17 in der Einlaßluftströmung 21 zum Kompressor 1 angeordnet ist, und in Fig. 9 ist die zugehörige Regelkennlinie dargestellt. Die Regelung durch die Drosselklappe weist das Merkmal (Druck/Durchfluß) < 1 auf.
In Fig. 10 ist ein Systemdiagramm dargestellt, bei dem eine Regelung des Luftdurchflusses durch eine von der Luftströmung 22 abzweigende Expansionsturbine 27 vorgenommen wird, wobei der Durchfluß duch ein Regelorgan 27a geregelt wird. In Fig. 11 ist die zugehörige Regelkennlinie dargestellt. Die Regelung mittels der Expansionsturbine 27 weist das Merkmal (Druck/Durchfluß) ungefähr 1 auf.
In Fig. 12 ist ein Systemdiagramm dargestellt, bei dem die Regelung des Luftdurchflusses zum Kessel 4 durch einen Hilfskompressor 14 erreicht wird, der durch einen einstellbaren Motor M angetrieben wird, und in Fig. 13 ist die zugehörige Regelkennlinie dargestellt. Die Regelung durch den Hilfskompressor 14 weist im oberen Teillastbereich das Merkmal (Druck/Durchfluß) < 1 auf.
Es ist gemäß der vorliegenden Erfindung bevorzugt, durch Kombinieren zweier oder mehrerer Typen von Regelelementen (beispielsweise eines mit der Beziehung Druck/Durchfluß ≥ 1 verbundenen Regelelements sowie eines mit der Beziehung Druck/Durchfluß < 1 verbundenen Regelelements) über einen großen Teillastbereich eine bessere Regelung zu erreichen. In den nächsten Ausführungsformen werden Kombinationen der Regelelemente erklärt.
In Fig. 14 ist ein Systemdiagramm eines kombinierten Kreislaufkraftwerks mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung von einem Siedewassertyp dargestellt, bei dem eine Gasturbinen-Kompressoreinlaß-Leitschieberanordnung 20 zum Regeln des Luftdurchflusses am Einlaß des Kompressors 1 sowie ein einstellbares Nebenstrom-Regelorgan 19, das den Durchfluß der vom Auslaß des Kompressors zum Kessel gelieferten Luft regelt, vorgesehen sind. In Fig. 15 sind die Teillastkennlinie des Durchflusses der zum Kessel 4 übertragenen Luft (oder der Verbrennungsgasdurchfluß) und der den Kessel 4 belastende Luftdruck (oder Verbrennungsgasdruck) dargestellt, wenn die Gasturbinen-Kompressoreinlaß-Leitschieber-Öffnungsregelung und die Nebenleitungs-Luftdurchflußregelung kombiniert sind. Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, wird durch dieses Regelverfahren über einen breiten Teillastbereich eine Regelung ermöglicht, durch die eine stabile Verwirbelung im Kessel 4 innerhalb eines vorbestimmten Verhältnisses Druck/Durchfluß ermöglicht wird.
Das Regelverfahren kann aus den folgenden Verfahren (1) - (4) ausgewählt werden:
(1) ein innerhalb eines vorbestimmten Regelbereichs durchgeführtes Regelverfahren, bei dem eine Regeleinheit mit einer Beziehung (Druck/Durchfluß) ≥ 1 vorhergeht; in diesem Fall wird zuvor eine Regeleinheit (Luftdurchflußregelung mit dem Nebenstrom-Regelorgan 19) mit einer Beziehung (Druck/ Durchfluß) ) 1 betätigt und nachfolgend eine Regeleinheit mit einer Beziehung (Druck/Durchfluß) ≤ 1 betätigt.
(2) ein innerhalb eines vorbestimmten Regelbereichs durchgeführtes Regelverfahren, bei dem eine Regeleinheit mit einer Beziehung (Druck/Durchfluß) ≤ 1 vorhergeht; in diesem Fall wird zuvor eine Regeleinheit (Luftdurchflußregelung mit der Kompressoreinlaß-Leitschieberanordnung 20) mit einer Beziehung (Druck/Durchfluß) ≤ 1 betätigt und nachfolgend eine Regeleinheit mit einer Beziehung (Druck/Durchfluß) ≥ 1 betätigt.
(3) ein innerhalb eines vorbestimmten Regelbereichs durchgeführtes Verfahren einer gleichzeitigen Regelung, bei dem eine Regeleinheit mit einer Beziehung (Druck/Durchfluß) ≥ 1 und eine Regeleinheit mit einer Beziehung (Druck/Durchfluß) ≤ 1 gemeinsam geregelt werden.
(4) ein innerhalb eines vorbestimmten Regelbereichs durchgeführtes Regelverfahren, bei dem die Schwankungsbänder des Drucks und des Durchflusses bei einer Regeleinheit mit einer Beziehung (Druck/Durchfluß) ≥ 1 und einer Regeleinheit mit einer Beziehung (Druck/Durchfluß) ≤ 1 geändert werden, und die Regeleinheit mit der Beziehung (Druck/Durchfluß) ≥ 1 und die Regeleinheit mit der Beziehung (Druck/Durchfluß) ≤ 1 abwechselnd und wiederholt betätigt werden.
In Fig. 14 ist weiterhin ein schematisches Regelsystem für das Kraftwerk dargestellt. Die Endausgabe A des Dampfturbinengenerators 7 und die Endausgabe B des Gasturbinengenerators 3 sind in einem Addierer integriert, und die Differenz zwischen der Gesamtlast und einer Ziellast des Kraftwerks, die in einem zentralen Betriebsraum erforderlich ist, wird durch einen Vergleicher gemessen. In einem Proportionalintegrator wird die Lasteinstellung durchgeführt, die erforderlich ist, damit die am Vergleicher gemessene Differenz Null ist, und es wird ein Brennstoffregelsignal zu einer Brennstoff-Regeleinrichtung sowie einer Steuereinrichtung für die Höhe der Wirbelschicht übertragen. In der Brennstoff- Regeleinrichtung wird die Zufuhr von Kohle ansprechend auf die Lastanforderung geregelt. In der Schichthöhen-Regeleinrichtung wird die Schichthöhe entsprechend der Last geregelt. Weiterhin werden darin zur Regelung des Luftdurchflusses zur Verbrennung im Kessel für eine aufgeladene Wirbelschichtfeuerung Regelsignale zu den Regeleinrichtungen einer jeden der Kompressor-IGVs (Einlaß-Leitschieberanordnung 20) und des Kompressorauslaß-Luftdurchfluß-Nebenstrom-Regelorgans 19 übertragen. Die IGV 20 und das Nebenstrom-Regelorgan 19 senden durch die Schichthöhen-Regeleinrichtung Rückkopplungssignale zu den Steuereinrichtungen der IGV und des Nebenstrom-Regelorgans, um eine geeignete Schichthöhe zu erreichen. Andererseits muß die Wirbelgeschwindigkeit bei entsprechend der Last bestimmter Schichthöhe und zum Aufrechterhalten einer stabilen Verbrennung konstant gehalten werden, so daß die Änderung des durch einen Sensor Px im Verbrennungsgas des Kessels für aufgeladene Wirbelschichtfeuerung erfaßten Drucks unter der Bedingung einer durch einen Sensor Tx gemessenen konstanten Schichttemperatur erfaßt wird, und die erfaßte Druckänderung wird zur Schichthöhen-Regeleinrichtung übertragen, in der der Durchfluß und der Druck so geregelt werden, daß die Wirbelgeschwindigkeit konstant ist.
In Fig. 16 ist ein Kraftwerk dargestellt, bei dem sowohl eine Drosselklappe 17 (oder ein Drosseldämpfer oder ein Drosselschieber) zum Regeln des Kompressoreinlaß-Luftdrucks sowie ein Nebenstrom-Regelorgan 19 zum Regeln des Durchflusses der vom Kompressorauslaß zum Kessel übertragenen Luft vorgesehen sind. In Fig. 17 ist die entsprechende Teillastkennlinie des Luftdurchflusses und des Luftdrucks im Kessel dargestellt, wenn die Druckregelung durch die Drosselklappe 17 (oder einen Drosseldämpfer oder einen Drosselschieber) und die Durchflußregelung durch das Nebenstrom-Regelorgan 19 kombiniert sind. Wie im in den Fig. 14 und 16 dargestellten Fall kann das Regelverfahren aus Verfahren ausgewählt werden, die den oben umrissenen Verfahren (1) - (4) entsprechen. Es ist eine Regelung über einen breiten Teillastbereich erhältlich.
Das Nebenstrom-Regelorgan 19 ist eine Regeleinheit mit der Beziehung (Druck/Durchfluß) ≥ 1 und die Drosselklappe eine Regeleinheit mit der Beziehung (Druck/Durchfluß) ≤ 1.
In Fig. 18 ist ein Systemdiagramm eines Kraftwerks dargestellt, das sowohl eine in einer Abzugsleitung angeordnete Expansionsturbine 27 zum Herausführen des Luftflusses aus dem Auslaß des Kompressors 1 zu einer anderen Leitung als der Kesselzufuhrleitung als auch ein Nebenstrom-Regelorgan 19 aufweist, das den Durchfluß der vom Auslaß des Kompressors zum Kessel übertragenen Luft regelt. Die Flußregelung zur Turbine 27 wird durch ein Regelorgan 27a bewirkt. In Fig. 19 ist die entsprechende Teillastkennlinie des Luftdurchflusses und des Luftdrucks dargestellt, wenn die Durchflußregelung durch die Expansionsturbine 27 und die Durchflußregelung durch das Nebenstrom-Regelorgan 19 kombiniert sind. Wie in den in den Fig. 14 und 16 dargestellten Fällen kann das Regelverfahren so ausgewählt werden, daß eine stabile Verwirbelung im Kessel 4 unter Verwendung von den oben ausgeführten Verfahren (1) - (4) entsprechenden Verfahren über einen weiten Lastbereich erreicht wird.
Die Regelung des Luftdurchflusses mit dem Nebenstrom-Regelorgan 19 weist eine Beziehung (Druck/Durchfluß) ) 1 auf, und die Regelung des Luftdurchflusses mit der Turbine 27 weist eine Beziehung (Druck/Durchfluß) ≤ 1 auf.
In Fig. 20 ist ein Systemdiagramm eines Kraftwerks dargestellt, das mit einem Hilfskompressor 14 zum Regeln des vom Auslaß des Kompressors 1 aus den Kessel 4 beanspruchenden Luftdrucks sowie mit dem Nebenstrom-Regelorgan 19 zum Regeln des Durchflusses der vom Auslaß des Kompressors 1 zum Kessel 4 übertragenen Luft versehen ist. Der Motor M des Hilfskompressors 14 wird geregelt. In Fig. 21 ist die entsprechende Teillastkennlinie des Luftdurchflusses und des Luftdrucks dargestellt, wenn die Druckregelung durch den Hilfskompressor 14 und die Durchflußregelung durch das Nebenfluß-Regelorgan 19 kombiniert sind. Wie in den in den Fig. 14, 16 und 18 dargestellten Fällen ist über einen weiten Bereich eine Regelung ermöglicht, die eine stabile Verwirbelung im Kessel 4 innerhalb eines vorbestimmten Bereichs des Verhältnisses Druck/Durchfluß erreicht, und das Regelverfahren kann aus Verfahren ausgewählt werden, die den oben dargelegten Verfahren (1) - (4) entsprechen.
Die Regelung des Luftdurchflusses mit dem Nebenstrom- Regelorgan 19 weist eine Beziehung (Druck/Durchfluß) ≥ 1 auf, während die Druckregelung durch den Hilfskompressor 14 eine Beziehung (Druck/Durchfluß) ≤ 1 aufweist.
In Fig. 22 ist ein Systemdiagramm eines Kraftwerks dargestellt, das mit einer Gasturbinen-Kompressoreinlaß-Leitschieberanordnung 20 zum Regeln des Luftdurchflusses des Kompressors 1 sowie mit einer Drosselklappe 17 (oder einem Drosseldämpfer oder einem Drosselschieber) zum Regeln des Luftdrucks am Kompressoreinlaß versehen ist. In Fig. 23 ist die sich ergebende Teillastkennlinie des Durchflusses der zum Kessel 4 gelieferten Luft und des den Kessel 4 belastenden Luftdrucks dargestellt, wenn die Durchflußregelung durch die Einlaßleitschieberanordnung 20 und die Druckregelung durch die Drosselklappe 17 (oder einen Drosseldämpfer oder einen Drosseischieber) kombiniert sind. Wie in den Fig. 14 bis 21 ist die Regelung zum Erreichen einer stabilen Verwirbelung im Kessel 4 über einen von der Nennlast (100 % der Luftmenge) bis zu einem Teillastwert reichenden Bereich ermöglicht. In diesem Fall kann das Regelverfahren aus den folgenden ausgewählt werden:
(5) ein innerhalb eines vorbestimmten Regelbereichs durchgeführtes Regelverfahren, bei dem eine Regeleinheit mit einer Beziehung (Druck/Durchfluß) ≤ 1 vorhergeht, wobei beispielsweise zuvor eine Durchflußregelung durch die Gasturbinen-Kompressoreinlaß-Leitschieberöffnung (oder einen Drosseldämpfer oder einen Drosselschieber) mit einer Beziehung (Druck/Durchfluß) ≤ 1 vorgenommen wird, und nachfolgend eine Regeleinheit mit einer Beziehung (Druck/Durchfluß) ≥ 1 betätigt wird.
(6) ein innerhalb eines vorbestimmten Regelbereichs 5 durchgeführtes Regelverfahren, bei dem die Schwankungsbänder des Drucks und des Durchflusses in einer ersten Regeleinheit mit einer Beziehung (Druck/Durchfluß) ≤ 1 geändert wird und eine zweite Regeleinheit mit der Beziehung (Druck/Durchfluß) ≤ 1 abwechselnd 10 und wiederholt betätigt wird.
In Fig. 24 ist ein Systemdiagramm eines Kraftwerks dargestellt, das mit einer Gasturbinenkompressoreinlaß-Leitschieberanordnung 20 zum Regeln des Luftdurchflusses am Einlaß des Kompressors 1 und einer Expansionsturbine 27 mit einem in einer Abzugleitung zum Herausführen des Luftflusses aus dem Kompressorauslaß zu einer anderen Leitung als der Leitung 22, die den Kessel 4 versorgt, angeordneten Regelorgan 27a, versehen ist. In Fig. 25 ist die Beziehung zwi schen dem burchfluß der zum Kessel 4 gelieferten Luft und dem den Kessel 4 belastenden Luftdruck dargestellt, wenn die Regelung des Luftdurchflusses durch die Einlaßleitschieberanordnung 20 und die Regelung des Luftdurchflusses durch die Expansionsturbine 27 kombiniert sind. In Fig. 25 ist dargestellt, daß durch dieses Regelverfahren ebenso wie in den Fig. 14 bis 23 über einen Teillastbereich von der Nennlast eine stabile Verwirbelung im Kessel 4 erreichbar ist. Das Regelverfahren kann aus Verfahren entsprechend den oben dargelegten Verfahren (1) bis (4) ausgewählt werden. Die Regelung des Luftdurchflusses durch die Expansionsturbine 27 weist die Beziehung (Druck/Durchfluß) ≥ 1 auf, und die Regelung des Luftdurchflusses durch die Einlaßleitschieberanordnung 20 weist die Beziehung (Druck/Durchfluß) ≤ 1 auf.
In Fig. 26 ist ein Systemdiagramm eines Kraftwerks dargestellt, das mit einer Gasturbinenkompressoreinlaß-Leitschieberanordnung 20 zum Regeln des Luftdurchflusses am Auslaß des Kompressors 1 und mit dem Hilfskompressor 14 mit dem Motor M zum Regeln des den Kessel 4 vom Kompressorauslaß aus belastenden Luftdrucks versehen ist. In Fig. 27 ist die Beziehung zwischen dem Durchfluß der zum Kessel 4 gelieferten Luft und dem den Kessel 4 belastenden Luftdruck dargestellt, wenn die Regelung des Luftdurchflusses durch die Einlaß-Leitschieber-Öffnungsregelung und die Druckregelung durch den Hilfskompressor 14 kombiniert sind. In diesem Fall ist eine stabile Verwirbelung im Kessel innerhalb eines vorbestimmten Verhältnisses Druck/Durchfluß über einen relativ kleinen Bereich ermöglicht. Das Regelverfahren kann aus Verfahren ausgewählt werden, die den oben dargelegten Verfahren (5) und (6) entsprechen. Sowohl die Regelung des Luftdurchflusses durch die Gasturbinen-Einlaßleitschieberöffnung als auch die Druckregelung durch den Hilfskompressor weisen ein Verhältnis (Druck/Durchfluß) ≤ 1 auf.
In Fig. 28 ist ein Systemdiagramm eines Kraftwerks dargestellt, das mit einer Drosselklappe 17 (oder einem Drosseldämpfer oder einem Drosselschieber) zum Regeln des Luftdrucks am Einlaß des Kompressors 1 sowie einer Expansionsturbine 27 mit einem an einer Abzugleitung, durch die die Luftströmung vom Kompressorauslaß zu einer anderen Leitung als der Kesselzufuhrleitung herausgeführt wird, angeordneten Klappe 27a versehen ist. In Fig. 29 ist die Beziehung zwischen dem Durchfluß der zum Kes&el 4 gelieferten Luft und dem den Kessel 4 belastenden Luftdruck dargestellt, wenn die Druckregelung durch die Drosselklappe 17 (oder einen Drosseldämpfer oder einen Drosselschieber) und die Regelung des Durchflusses durch die Expansionsturbine 27 kombiniert sind. Eine stabile Verwirbelung im Kessel innerhalb eines vorbestimmten Verhältnisses Druck/Durchfluß ist über einen Bereich der Teillast ermöglicht. Das Regelverfahren kann aus Verfahren ausgewählt werden, die den oben dargelegten Verfahren (1) - (4) entsprechen. Die Regelung des Durchflusses durch die Expansionsturbine 14 weist eine Beziehung (Druck/Durchfluß) ≥ 1 auf, und die Druckregelung durch die Drosselklappe 17 (oder einen Drosseldämpfer oder einen Drosselschieber) weist eine Beziehung (Druck/Durchfluß) ≤ 1 auf.
In Fig. 30 ist ein Systemdiagramm eines Kraftwerks dargestellt, das mit einer Drosselklappe 17 (oder einem Drosseldämpfer oder einem Drosselschieber) zum Regeln des Luftdrucks am Einlaß des Kompressors 1 sowie einem durch den Motor M angetriebenen Hilfskompressor 14 zum Steuern des den Kessel 4 vom Kompressorauslaß aus belastenden Luftdrucks versehen ist. In Fig. 31 ist die Beziehung zwischen dem Durchfluß der zum Kessel 4 gelieferten Luft und dem den Kessel 4 belastenden Luftdruck dargestellt, wenn die Druckregelung durch die Drosselklappe 17 (oder einen Drosseldämpfer oder einen Drosselschieber) und die Druckregelung durch den Hilfskompressor 14 kombiniert sind. Eine stabile Verwirbelung im Kessel 4 wird innerhalb eines vorbestimmten Verhältnisses Druck/Durchfluß über einen relativ kleinen Teillastbereich erzielt. Das Regelverfabren kann aus Verfahren ausgewählt werden, die den oben dargelegten Verfahren (5) und (6) entsprechen. Die Druckregelung durch die Drosselklappe 17 und die Druckregelung durch den Hilfskompressor 14 weisen eine Beziehung (Druck/Durchfluß) ≤ 1 auf.
In Fig. 32 ist ein Systemdiagramm eines Kraftwerks dargestellt, das mit einem durch den Motor M zum Regeln des Drucks der vom Auslaß des Kompressors 1 den Kessel 4 belastenden Luft angetriebenen Hilfskompressor 14 sowie mit einer Expansionsturbine 18 in einer Leitung, die das Verbrennungsgas im Kessel 4 mit einem Abzug verbindet und die Hauptturbine 2 umgeht, versehen ist. Der Durchfluß des Verbrennungsgases zur Turbine 18 wird durch das Regelorgan 18a geregelt. Die Turbine 18 treibt den Hilfskompressor 14 an. In Fig. 33 ist die Beziehung zwischen den Drücken und Durchflüssen von der zum Kessel 4 gelieferten Luft und dem Verbrennungsgas im Kessel 4 dargestellt, wenn die Druckregelung durch den Hilfskompressor 14 und die Durchflußregelung durch die Expansionsturbinenregelung kombiniert sind. In Fig. 33 ist dargestellt, daß eine stabile Verwirbelung im Kessel 4 innerhalb eines vorbestimmten Verhältnisses Druck/Durchfluß über einen erheblichen Teillastbereich ermöglicht ist. Ober wenigstens einen Teil dieses Bereichs kann das Regelverfahren aus Verfahren ausgewählt werden, die den oben dargelegten Verfahren (1) bis (4) entsprechen. Die Durchflußregelung durch die Expansionsturbine 18 weist eine Beziehung (Druck/Durchfluß) ≥ 1 auf, und die Druckregelung durch den Hilfskompressor 14 weist eine Beziehung (Druck/Durchfluß) ≤ 1 auf.
In Fig. 34 ist ein Systemdiagramm eines Kraftwerks dargestellt, das mit einer Drosselklappe 17 (oder einem Drosseldämpfer oder einem Drosselschieber) zum Regeln des Luftdrucks am Auslaß des Kompressors 1, einer Gasturbinen-Kompressoreinlaß-Leitschieberanordnung 20 zum Regeln des Luftdurchflusses am Auslaß des Kompressors 1 und einem einstellbaren Nebenstrom-Regelorgan 19 zum Regeln des Durchflusses der vom Kompressorauslaß zum Kessel 4gelieferten Luft versehen ist. In Fig. 35 ist die Beziehung zwischen dem Durchfluß und dem Druck der zum Reaktor gelieferten Luft dargestellt, wenn die Druckregelung durch die Drosselklappe 17 (oder einen Drosseldämpfer oder einen Drosselschieber), die Durchflußregelung durch die Öffnungsregelung des Leitschiebers 20 und die Durchflußregelung durch das Nebenstrom-Regelorgan 19 kombiniert sind. Eine stabile Verwirbelung in Kessel 4 ist innerhalb eines vorbestimmten Verhältnisses Druck/Durchfluß über einen breiten Teillastbereichermöglicht. Das Regelverfahren kann aus Verfahren ausgewählt sein, die den oben dargelegten Verfahren (1) - (4) entsprechen. Die Durchflußregelung mit dem Nebenstrom-Regelorgan 19 weist eine Beziehung (Druck/ Durchfluß) ≥ 1 auf, während die Druckregelung durch die Drosselklappe 17 (oder einen Drosseldämpfer oder einen Drosselschieber) und die Durchflußregelung durch die Einlaßleitschieberanordnung 20 eine Beziehung (Druck/Durchfluß) ≤ 1 aufweisen.
In Fig. 36 ist ein Systemdiagramm eines Kraftwerks dargestellt, das mit einer Drosselklappe 17 (oder einem Drosseldämpfer oder einem Drosselschieber) zum Regeln des Luftdrucks am Einlaß des Kompressors 1, einer Gasturbinenkompressoreinlaß-Leitschieberanordnung 20 zum Regeln des Luftdurchflusses am Kompressoreinlaß, einem Nebenstrom-Regelorgan 19 zum Regeln des Durchflusses der vom Kompressorauslaß zum Kessel 4 gelieferten Luft sowie einem durch einen Motor M angetriebenen Hilfskompressor 14 zum Regeln des den Kessel 4 belastenden Luftdrucks versehen ist. In der oben erwähnten Fig. 35 ist weiterhin die Lastbeziehung zwischen dem Durchfluß und dem Druck der zum Reaktor gelieferten Luft, wenn die Druckregelung durch die Drosselklappe 17 (Drosseldämpfer oder Drosselschieber), die Durchflußregelung durch die Öffnungsregelung des Leitschiebers 20, die Durchflußregelung durch das Nebenstrom-Regelorgan 19 und die Druckregelung durch den Hilfskompressor 14 kombiniert sind, dargestellt. Das Regelverfahren kann aus Verfahren ausgewählt werden, die den oben dargelegten Verfahren (1) - (4) entsprechen.
IW Fig. 37 ist ein Systemdiagramm eines Kraftwerks dargestellt, das mit einer Drosselklappe 17 (oder einem Drosseldämpfer oder einem Drosselschieber) zum Regeln des Luftdrucks am Einlaß des Kompressors 1, einer Gasturbinen-Kompressoreinlaß-Leitschieberanordnung 20 zum Regeln des Luftdurchflusses am Einlaß des Kompressors 1, einem einstellbaren Nebenstrom-Regelorgan 19 zum Regeln des Durchflusses der vom Kompressorauslaß zum Kessel 4 gelieferten Luft, einem durch einen Motor M angetriebenen Hilfskompressor 14 zum Regeln des den Kessel 4 belastenden Luftdrucks sowie einer Expansionsturbine 28, die in einer Abzugleitung, durch die das Abgas vom Kesselauslaß herausgeführt wird, indem die mit einem Kompressor 1 zur Luftzufuhr für den Kessel verbundene Hauptexpansionsturbine umgangen wird, versehen ist. Der Durchfluß zur Turbine 28 wird durch ein nicht dargestelltes einstellbares Regelorgan geregelt. In Fig. 35 ist weiterhin die Beziehung zwischen dem Durchfluß und dem Druck der Luft und des Verbrennungsgases des Kessels 4 dargestellt, wenn die Druckregelung durch die Drosselklappe 17 (oder einen Drosseldämpfer oder eine Drosselschieber), die Durchflußregelung durch die Öffnungsregelung des Einlaßleitschiebers 20, die Durchflußregelung durch das Nebenstrom-Regelorgan 19, die Druckregelung durch den Hilfskompressor 14 und die Durchflußregelung durch die Expansionsturbine 28 kombiniert sind. Das Regelverfahren kann aus den Verfahren ausgewählt werden, die den obigen Verfahren (1) - (4) entsprechen.
In Fig. 38 ist eine weitere Ausführungsform des Kraftwerks der Erfindung dargestellt, wobei die Regelung des Drucks und/oder des Durchflusses in Kessel 4 durch eine Regelung des Durchströmungswiderstands am Eingang der Hauptturbine 2 erreicht wird. Ein einstellbares Regelorgan 16 regelt den Durchfluß 23 des Verbrennungsgases vom Kessel 4 zur Turbine 2, wodurch eine Einstellung des Drucks und/oder des Durchflusses im Kessel 4 erreicht wird.
In Fig. 39 ist eine abgeänderte Version des Kraftwerks aus Fig. 10 dargestellt, bei dem die Temperatur Tx und der Druck Px im Verbrennungsgasfluß 23 durch Sensoren 29 und gemessen werden und die sich ergebenden Signale einer Regeleinrichtung 52 für das einstellbare Regelorgan 27a, das den Durchfluß von Luft durch die luftgetriebene Hilfsturbine 27 regelt, um den Luftdurchfluß zum Kessel 4 einzustellen, zugeführt werden. Der Durchfluß Fx zur Turbine 27 wird durch einen Sensor 51 gemessen und auch der Regeleinrichtung 52 zugeführt, so daß der gewünschte Durchfluß zum Kessel 4 durch Einstellen des Regelorgans 27a festgelegt werden kann.
Diese Ausführungsform ermäglicht die Temperaturregelung der Verbrennungsgaseingabe zur Turbine 2. Dies ist ein wichtiger Vorteil, da sich die Leistungsausgabe der Gasturbine 2 in Abhängigkeit vom Gasturbinenkompressor-Druckverhältnis ändert. Es ist wünschenswert, die Gasturbine so zu betreiben, daß eine maximale Leistungsabgabe erzielt wird, also das geeignete Gasturbinenkompressor-Druckverhältnis für eine maximale Leistungsabgabe auszuwählen. In Fig. 40 ist dies veranschaulicht und dargestellt, daß das geeignete Gasturbinenkompressor-Druckverhältnis (also das Druckverhältnis an der Spitze der Kurve) bei unterschiedlichen Gasturbinen-Eingangstemperaturen unterschiedlich ist. Die strichpunktierte Kurve in Fig. 40 ist die optimale Kurve für das Verhältnis zwischen der Gasturbinenausgabe und dem Gasturbinenkompressor-Druckverhältnis. Auf diese Weise sollte das Gasturbinenkompressor-Druckverhältnis für die gegebene Gasturbinen-Eingangstemperatur so ausgewählt werden, daß die maximale Ausgangsleistung der Gasturbine erzielt wird. Die in Fig. 39 dargestellte Einrichtung ermöglicht dies.
In Fig. 40 sind die Gasturbinenausgangsleistung und das Gasturbinenkompressor-Druckverhältnis in Prozent bezüglich des Werts (100 %) bei der Referenz-Gasturbinen-Eingangstemperatur T&sub1; ausgedrückt.

Claims

1. Kombiniertes Kreislaufkraftwerk mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung mit

einem Kessel (4) für aufgeladene Wirbelschichtfeuerung zum Verbrennen von Kohle und Erzeugen von Dampf durch Verbrennungswärme mit einer Verbrennungskammer, in der Kohle verbrannt wird, und

einer Gasturbineneinheit (1, 2, 3) vom Einwellentyp, die

(a) eine Turbine (2), die von durch Verbrennen von Kohle im Kessel entstandenem Verbrennungsgas angetrieben wird,

(b) eine Welle, die von der Turbine mit konstanter Geschwindigkeit gedreht wird,

(c) einen elektrischen Generator (3), der mit konstanter Geschwindigkeit von der Welle angetrieben wird, und

(d) einen auf der Welle angeordneten Kompressor (1), der den Kessel (4) mit komprimierter Luft als Verbrennungsluft zum Verbrennen von Kohle versorgt, aufweist,

wobei eine Steuereinrichtung (14, 16, 17, 18a, 19, 20, 27a, 28) vorgesehen ist, die aus einer Kombination von wenigstens zwei Einstelleinrichtungen besteht, die aus

(i) einer Drosselklappe (17), die den Luftdruck am Kompressoreinlaß regelt,

(ii) Schiebern (20), die den Luftdurchfluß am Kompressoreinlaß regeln,

(iii) einem Nebenstrom-Regelorgan (19), das den Luftdurchfluß vom Kompressor zum Kessel regelt,

(iv) einer Antriebseinrichtung (M) für einen Hilfskompressors (14), der den Druck der Luft, mit der der Kompressor den Kessel versorgt, regelt,

(v) einem Regelorgan (27a), das den Durchfluß durch eine Expansionsturbine (27), die mittels komprimierter Luft aus dem Kompressor betrieben wird, regelt,

(vi) einem Regelorgan (16), das den Durchfluß von Verbrennungsgas aus dem Kessel (4) zur Turbine (2) regelt, und (vii) einem Regelorgan( das den Verbrennungsgasfluß aus dem Kessel zu einer zweiten Gasturbine (28), die nicht auf der Welle befestigt ist, regelt, ausgewählt sind, wobei

(a) die Kombination von Möglichkeit (iii) und (iv),

(b) die Kombination von Möglichkeit (iii) und (v), und

(c) die Kombination von Möglichkeit (iv) und (vi) ausgenommen sind,

wobei die Steuereinrichtung so ausgelegt ist, daß sie in Abhängigkeit von der Betriebslast des Kessels (4) sowohl (a) den Durchfluß von Verbrennungsluft in den Kessel (4) als auch

(b) den Betriebsdruck in der Verbrennungskammer des Kessels (4)

durch Einstellen der beiden Einstelleinrichtungen regelt.

2. Kraftwerk gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung zum Regeln des Verbrennungsgasdurchflusses und des Betriebsdrucks in einer solchen Weise ausgelegt ist, daß die Verbrennung von Kohle im Kessel über einen Lastbereich des Kessels von Vollast bis weniger als 80% der Vollast unterstützt wird.

3. Kraftwerk gemäß Anspruch 1 oder 2, mit einem Abzug (22) für Verbrennungsluft, der sich vom Kompressor (1) zum Kessel (4) erstreckt, einem Hilfkompressor (14) zum Erhöhen des Druckes der Verbrennungsluft im Abzug (22) und einer Antriebseinrichtung (M) für den Hilfskompressor, wobei die Steuereinrichtung die Antriebseinrichtung (M) bezüglich des Durchflusses von Verbrennungsluft und des Betriebsdrucks regelt.

4. Kraftwerk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einem Abzug (21) zum Liefern von Luft an den Kompressor, um darin komprimiert zu werden, und einer einstellbaren Flußwiderstandseinrichtung (17) im Abzug, wobei die Steuereinrichtung die Flußwiderstandseinrichtung zum Regeln des Betriebsdrucks steuert.

5. Kraftwerk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Abzug (22) für aufgeladene Verbrennungsluft, der sich vom Kompressor (1) zum Kessel erstreckt, einem Abzweig-Abzug vom Abzug, einer Luftexpansionsturbine (27), die mit dem Abzug über den Abzweig-Abzug verbunden ist, und eine Flußsteuereinrichtung (27a) zum Regeln des Durchflusses in Abzweig-Abzug zur Luftexpansionsturbine, wobei die Steuereinrichtung die Flußsteuereinrichtung (27a) zum Regeln des Verbrennungsluft- Durchflusses und des Betriebsdrucks steuert.

6. Kraftwerk gemäß Anspruch 5, mit einem Sensor (Tx, Px) für die Temperatur und/oder den Druck des Verbrennungsgases am Eingang der Gasturbine, wobei die Steuereinrichtung ein Einstellen der Flußsteuereinrichtung (27a) für die Luftexpansionsturbine (27) in Abhängigkeit von einer Ausgabe des Sensors bewirkt, um den Durchfluß an Verbrennungsluft und den Betriebsdruck in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander aufrechtzuerhalten.

7. Kraftwerk gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einstellbaren Schiebern (20) zum Regeln des Luftdurchflusses in den Kompressor (1), einem Abzug (22) für aufgeladene Verbrennungsluft, der sich vom Kompressor zum Kessel (4) erstreckt, einem Abzug (23) für Verbrennungsgas, der sich vom Kessel (4) zur Turbine (2) erstreckt, einer Nebenleitung, die den ersten Abzug (22) mit dem Abzug (23) verbindet, und einer Flußsteuereinrichtung (19) zum Regeln des Luftdurchflusses in der Nebenleitung, wobei die Steuereinrichtung wenigstens die Schieber (20) oder die Flußsteuereinrichtung (19) der Nebenleitung regelt, um den Durchfluß an Verbrennungsluft und den Betriebsdruck zu regeln.

8. Kraftwerk gemäß Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung drei Einstelleinrichtungen in Form

(i) der Drosselklappe (17), die den Luftdruck am Kompressoreinlaß regelt,

(ii) Schiebern (20), die den Luftdurchfluß am Kompressoreinlaß regeln, und

(iii) dem Nebenstrom-Regelorgan (19) das den Luftdurchfluß vom Kompressor zum Kessel regelt, aufweist, wobei die Steuereinrichtung zum Einstellen der drei Einstelleinrichtungen ausgelegt ist.

9. Verfahren zum Betreiben eines kombinierten Kreislaufkraftwerkes mit aufgeladener Wirbelschichtfeuerung, das einen Kessel für aufgeladene Wirbelschichtfeuerung (4) zum Verbrennen von Kohle und Erzeugen von Dampf durch Verbrennungswärme mit einer Verbrennungskammer, in der die Kohle verbrannt wird, und

eine Gasturbineneinheit (1, 2, 3) vom Einwellentyp aufweist, die

(a) eine Turbine (2), die durch das Verbrennungsgas aus dem Verbrennen von Kohle im Kessel angetrieben wird,

(b) eine Welle, die von der Turbine bei konstanter Geschwindigkeit gedreht wird,

(c) einen elektrischen Generator (3), der von der Welle und konstanter Geschwindigkeit angetrieben wird,

(d) einen Kompressor (1) auf der Welle, der den Kessel mit komprimierter Luft als Verbrennungsluft für die Kohleverbrennung versorgt,

enthält,

wobei während des Kraftwerkbetriebs sowohl

(a) der Durchfluß an Verbrennungsluft in den Kessel (4) als auch

(b) der Betriebsdruck in der Verbrennungskammer des Kessels (4)

in Abhängigkeit von der Betriebslast durch den Betrieb einer Kombination aus wenigstens zwei Einrichtungen, die aus

(i) einer Drosselklappe (17), die den Luftdruck am Kompressoreinlaß regelt,

(ii) Schiebern (20), die den Luftdurchfluß am Kompressoreinlaß regeln,

(iv) einer Antriebseinrichtung (M) für einen Hilfskompressor (14),der den Druck der von dem Kompressor an den Kessel gelieferten Luft regelt,

(v) einem Regelorgan (27a), das den Durchfluß durch eine Expansionsturbine (27), die durch die komprimierte Luft aus dem Kompressor betrieben wird, regelt,

(vi) einem Regelorgan (16), das den Durchfluß von Verbrennungsgas aus dem Kessel (4) zur Turbine (2) regelt, und

(vii) einem Regelorgan, das den Verbrennungsgasdurchfluß aus dem Kessel zu einer zweiten Gasturbine (28), die nicht auf der Welle befestigt ist, regelt, ausgewählt sind, wobei

(a) die Kombination dermöglichkeit (iii) und (iv),

(b) die Kombination der Möglichkeit (iii) und (v) und

(c) die Kombination der Möglichkeit (iv) und (vi) ausgenommen sind,

geregelt werden.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei der Durchfluß von Verbrennungsluft und der Betriebsdruck auf eine solche Weise geregelt werden, daß die Verbrennung von Kohle im Kessel (4) über einen Lastbereich des Kessels von Vollast bis zu weniger als 80% der Vollast unterstützt wird.

11. Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 101 wobei das Kraftwerk einstellbare Schieber (20) zum Regeln des Luftdurchflusses in den Kompressor (1), einen Abzug (22) für aufgeladene Verbrennungsluft, der sich vom Kompressor (1) zum Kessel (4) erstreckt, einen Abzug (23) für Verbrennungsgas, der sich vom Kessel (4) zur Turbine (2) erstreckt, eine Nebenleitung, die den ersten Abzug mit dem zweiten Abzug verbindet, und eine Flußsteuereinrichtung (19) zum Regeln des Luftdurchflusses in der Nebenleitung aufweist, wobei wenigstens die Schieber (20) oder die Flußsteuereinrichtung (19) der Nebenleitung geregelt werden, um den Durchfluß von Verbrennungsluft und den Betriebsdruck zu regeln.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei die Schieber (20) zum Regeln des Kraftwerkbetriebs über einen ersten Bereich der Betriebsiast des Kraftwerkbetriebs eingestellt werden, und die Flußsteuereinrichtung (19) der Nebenleitung zum Regeln des Kraftwerkbetriebs über einen zweiten Bereich der Betriebslast des Kraftwerks eingestellt wird, wobei der erste Bereich näher am Vollastbetrieb des Kraftwerks liegt als der zweite Bereich.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei das Regeln des Durchflusses von Verbrennungsluft und des Betriebsdrucks in der Verbrennungskammer so ausgeführt wird, daß das Verhältnis von Betriebsdruck zum Durchfluß in einem vorbestimmten Bereich bleibt, der ausreichend ist, eine stabile Wirbelschichtung in der Kammer über einen Lastbereich von einer Teillast zur Vollast aufrechtzuerhalten.