DE69916099T2

DE69916099T2 - Kombikraftwerk mit verbesserter kühlung und betriebsverfahren dazu

Info

Publication number: DE69916099T2
Application number: DE69916099T
Authority: DE
Inventors: P. Jon DONOVAN; A. Gerald MYERS; T. Michael MCMANUS
Original assignee: Siemens Westinghouse Power Corp
Current assignee: Siemens Energy Inc
Priority date: 1998-11-23
Filing date: 1999-11-23
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2019-11-24
Also published as: CA2351856A1; US6145295A; EP1133620B1; WO2000031381A3; DE69916099D1; WO2000031381A2; EP1133620A2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Gas- und Dampfkraftwerken, die eine Verbrennungsturbinenanlage, welche Elektrizität und Abgas erzeugt, einen Dampferzeuger für Wärmerückgewinnung, welcher das Abgas von der Verbrennungsturbinenanlage verwendet, um Dampf zu erzeugen, und eine Dampfturbine, welche den Dampf verwendet, um Elektrizität zu erzeugen, aufweisen. Die Erfindung betrifft spezieller eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Kühlen eines Gas- und Dampfkraftwerks. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bereitstellung sowohl von gekühlter Druckluft als auch von hochreinem Dampf zum Kühlen einer hochentwickelten Verbrennungsturbinenanlage bei gleichzeitiger Verringerung der erzeugten Abwärme und Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades des Kraftwerks.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gas- und Dampfkraftwerke sind in der Technik als ein wirksames Mittel zur Umwandlung fossiler Brennstoffe in Wärmeenergie, mechanische und/oder elektrische Energie bekannt. Derartige Anlagen werden in den US-Patenten 4.932.204 vom 12. Juni 1990; 5.255.505 vom 26. Oktober 1993; 5.357.746 vom 25. Oktober 1994; 5.412.937 vom 9. Mai 1995; 5.431.007 vom 11. Juli 1995; 5.697.208 vom 16. Dezember 1997; und in der britischen Patentanmeldung GB 2.318.833 beschrieben.
Es ist in der Technik bekannt, Luft vom Auslass des Verdichterteils einer Gasturbinenanlage zu verwenden, um ausgewählte Turbinenteile zu kühlen, und es ist ferner bekannt, die Druckluft zu kühlen, nachdem sie den Verdichter verlässt und bevor sie wieder in die Turbine eingespeist wird. Typische, den Stand der Technik repräsentierende Verfahren zum Kühlen dieser Luft werden im oben erwähnten US-Patent 5.697.208 erörtert. Zu ihnen gehören die Verwendung eines Rippen-Lüfter-Wärmeaustauschers, welcher die entzogene Wärme als Abwärme in die Atmosphäre abführt, oder die Verwendung dieser Energie zum Vorwärmen von Brennstoff für die Gasturbine. Da sich die Verdichtungsverhältnisse von Verdichtern erhöht haben, hat sich die Temperatur der von dem Verdichter erzeugten Druckluft erhöht. Gleichzeitig haben sich aufgrund der erhöhten Verbrennungstemperaturen die Anforderungen an die Kühlung der heißen Turbinenteile erhöht. Unlängst wurde in der Technik die Verfahrensweise bekannt, diese Druckluft zu kühlen, indem man sie durch einen Durchlauf kühler strömen lässt, und die Wärme zu verwenden, um Hochdruckdampf zu erzeugen. Solche dem Stand der Technik entsprechenden Anlagen gewährleisten jedoch für Gas- und Dampf kraftwerke, bei denen die modernsten Kraftmaschinenkonstruktionen zur Anwendung kommen, keine optimalen Niveaus der Kühlung.
Aufgrund der hohen Verbrennungstemperaturen und der Notwendigkeit, Verbrennungsturbinen mit höherem Wirkungsgrad zu konstruieren, wurden wirksame Verfahren zum Kühlen heißer Bauteile in der Verbrennungsturbine entwickelt. Bei einem speziellen Kühlverfahren, welches entwickelt wurde, lässt man Dampf durch sehr enge Kühlkanäle in verschiedenen Teilen der Turbine strömen. Diese Kanäle können verstopft werden, wenn nicht ein sehr hoher Reinheitsgrad des Kühldampfes aufrechterhalten wird. Ferner werden für diese Anwendungen bei höheren Temperaturen exotische Legierungen entwickelt und eingesetzt. Diese Werkstoffe können einer Qualitätsverschlechterung unterliegen, wenn der Kühldampf nicht sehr rein ist. Die Quelle des Kühldampfes ist bei den Anwendungen nach dem Stand der Technik oft der Dampf mit Zwischendruck, der im Dampferzeuger für Wärmerückgewinnung erzeugt wird. Bei einem herkömmlichen Abblaseverfahren und für den Druckbereich, in welchem der Zwischendruckverdampfer normalerweise betrieben wird, empfiehlt der Amerikanische Verband der Kesselhersteller (American Boiler Manufacturers Association, ABMA) eine maximale Konzentration des Gesamtgehalts gelöster Feststoffe (total dissolved solids, TDS) von ca. 2.500 ppm in der Trommel. Die vom ABMA für diesen typischen Druck empfohlene maximale fraktionale Verschleppung beträgt 0,0005. Dies entspricht einem Gesamtgehalt gelöster Feststoffe im Dampf von etwa 1 ppm, was für einige neue Anwendungen von dampfgekühlten Gas- und Dampf kraftwerken nicht akzeptabel ist. Vor der vorliegenden Erfindung wurde die Dampfreinheit verbessert, indem die Qualität des zugeführten Speisewassers verbessert wurde, um die Konzentration von Verunreinigungen in der Trommel auf einem niedrigen Niveau zu halten. Dies geschieht durch die Verwendung von Kondensatreinigungsanlagen (condensate polishing). Es hat sich erwiesen, dass solche Anlagen teuer sind und nicht in der Lage sind, die gewünschte Dampfqualität zu gewährleisten.
Außerdem besteht ein ständiger Bedarf an einer Verringerung des Kessel-Abblasestroms von Gas- und Dampfkraftwerken. Es ist sowohl schwierig, Abwasser zu entsorgen, als auch teuer, es durch Zusatzwasser für den Zyklus zu ersetzen. Daher ist es vorteilhaft, eine Kraftwerkskonstruktion anzubieten, welche einen Kessel-Abblasestrom von möglichst geringem Umfang aufweist.
Auf dem Markt besteht weiterhin Bedarf an Konstruktionen von Gas- und Dampfkraftwerken mit immer höherem Wirkungsgrad. Moderne, hochentwickelte Turbinenanlagen weisen Zielstellungen für den Anlagen-Wirkungsgrad von 60% und mehr auf. Um solche Leistungsgrade zu erreichen, müssen die Auslegungen der Anlagen sogar noch höhere Verdichtungsverhältnisse und höhere Verbrennungstemperaturen vorsehen, sowie hochentwickelte Kühlverfahren mit neuen, exotischen Metallen, die in der Lage sind, solchen Betriebstemperaturen standzuhalten. Ferner werden Konstruktionen von Anlagen, bei denen Wärme vergeudet und an die Umwelt abgegeben wird, sowohl aus Gründen des Umweltschutzes als auch aus Gründen des Wirkungsgrades nicht mehr favorisiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Gas- und Dampfkraftwerk und ein Verfahren zum Betreiben desselben bereitzustellen, welches verbesserte Mittel zum Kühlen der Verbrennungsturbinenanlage aufweist, um einen erhöhten thermischen Wirkungsgrad, eine verringerte Abgabe von Wasser und Wärme an die Umwelt sowie Kühldampf von höherer Qualität zu gewährleisten.
Um die obige Aufgabe und weitere Aufgaben der Erfindung zu lösen, umfasst ein Gas- und Dampfkraftwerk gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Verbrennungsturbinenanlage, die einen Verdichter zur Erzeugung von Druckluft, eine Brennkammer zum Verbrennen eines Brennstoffes in der besagten Druckluft zur Erzeugung von Verbrennungsluft und eine Gasturbine zur Expansion der besagten Verbrennungsluft, so dass mechanische Energie und Abgas erzeugt werden, aufweist; einen Dampferzeuger, der einen Einlass zur Aufnahme der besagten Abluft und eine Vielzahl von nacheinander in einem Durchflussweg des besagten Abgases angeordneten Sektionen zum Entzug von Wärme von dem besagten Abgas aufweist, um eine erste Vielzahl von Dampfströmen mit einer Vielzahl von Drücken zu erzeugen; eine Dampfturbine, die eine Vielzahl von Einlässen zur Aufnahme der besagten ersten Vielzahl von Dampfströmen aufweist; einen Kühlluft-Durchflussweg zum Lenken eines Teils der besagten Druckluft zu der besagten Gasturbine zum Kühlen eines Teils derselben; wobei der besagte Kühlluft-Durchflussweg ferner eine Vielzahl von hintereinander angeordneten Kesseln zum Aufnehmen des besagten Teils der besagten Druckluft und zum Entziehen vom Wärme von dem besagten Teil der besagten Druckluft umfasst, um eine zweite Vielzahl von Dampfströmen zu erzeugen. Ein Gas- und Dampfkraftwerk gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann außerdem ein Mittel zum Zuführen von Kühldampf von einer ersten der besagten Sektionen zu der besagten Verbrennungsturbinenanlage und ein Mittel zum Zuführen eines Abblasestroms von der besagten ersten der besagten Sektionen zu einer zweiten der besagten Sektionen aufweisen. Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Anlage außerdem einen Wärmeaustauscher, der bewirkt, dass Wärme von dem besagten Abblasestrom auf den besagten Brennstoff übertragen wird, und ferner ein Mittel dafür, dass der besagte Abblasestrom den besagten Wärmeaustauscher umgeht, wenn der besagte Brennstoff ein von Brenngas verschiedener Brennstoff ist, aufweisen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Prinzipskizze eines Gas- und Dampfkraftwerkes gemäß der vorliegenden Erfindung.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird auf 1 Bezug genommen; sie zeigt ein Gas- und Dampfkraftwerk 10, das eine Verbrennungsturbinenanlage 20, einen Dampferzeuger für Wärmerückgewinnung 40 und eine Dampfturbinenanlage 60 aufweist.
Die Verbrennungsturbinenanlage 20 umfasst, wie in der Abbildung dargestellt, einen Lufteinlass 22, einen Verdichter 23, eine Brennkammer 24 und eine Gasturbine 25. Während des Betriebs erhält der Verdichter 23 Umgebungsluft vom Lufteinlass 22 und liefert Druckluft an die Brennkammer 24, wo sie mit Brennstoff kombiniert wird, der von einer Brennstoffquelle 26 über eine Leitung 34 zugeführt wird, so dass heiße Verbrennungsluft erzeugt wird. Die heiße Verbrennungsluft wird anschließend in der Gasturbine 25 expandiert, so dass mechanische Energie, die über eine Welle 28 einem Stromerzeuger 27 zugeführt wird, und ein Abgas erzeugt werden.
Das Abgas von der Gasturbine 25 wird über eine Rohrleitung 33 zum Dampferzeuger für Wärmerückgewinnung 40 geleitet. Im Dampferzeuger für Wärmerückgewinnung 40 kommt das Abgas nacheinander mit einer Vielzahl von Dampferzeuger-Sektionen in Kontakt, wie etwa einer Hochdruck-Dampferzeuger-Sektion (HD-Dampferzeuger-Sektion) 41, einer Zwischendruck-Dampferzeuger-Sektion (ZD-Dampferzeuger-Sektion) 42 und einer Niederdruck-Dampferzeuger-Sektion (ND-Dampferzeuger-Sektion) 43. Jede Dampferzeuger-Sektion umfasst an ihrem obren Ende eine Trommel 44, 45, 46, in der die Grenzfläche Dampf/Wasser aufrechterhalten wird. Der ND-Dampferzeuger-Sektion 43 wird Speisewasser aus einer Kondensatversorgungsquelle 11 über einen ND-Speisewasservorwärmer 12 zugeführt. Der ZD-Dampferzeuger-Sektion 42 und der HD-Dampferzeuger-Sektion 41 wird über eine Leitung 14 durch eine Kesselspeisepumpe 15 Speisewasser aus der Trommel 46 der ND-Dampferzeuger-Sektion zugeführt. Diese zugeführten Speisewasserströme werden über einen ZD-Speisewasservorwärmer 16 bzw. einen HD-Speisewasservorwärmer 17 geleitet. Die Dampferzeuger-Sektionen entziehen dem Abgasstrom Wärme und erzeugen eine Vielzahl von Dampfströmen mit einer Vielzahl von Drücken; wie zum Beispiel von 1800 psia (124,0 bar) am Auslass des HD-Dampferzeugers, von 460 psia (31,7 bar) am Auslass des ZD-Dampferzeugers und von 50 psia (3,4 bar) am Auslass des ND-Dampferzeugers.
Ein Teil der Druckluft vom Verdichter 23 wird über eine Leitung 29 zur Turbine 20 geleitet, zwecks Verwendung bei der Kühlung ausgewählter Teile der Gasturbine 25, wie etwa der feststehenden Leitschaufeln der Turbine oder der rotierenden Welle und/oder der Laufschaufeln (nicht dargestellt). Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die heiße Druckluft über die Leitung 29 nacheinander durch eine Vielzahl von Kesseln geleitet, wie etwa einen Hochdruckkessel 30, einen Zwischendruckkessel 31 und einen Niederdruckkessel 32, um gekühlte Druckluft zu erzeugen, welche dann zur Turbine 25 geleitet wird. Diese Kessel können Wärmeaustauscher des Rohre und einen Mantel umfassenden Typs sein, bei denen sich die Druckluft auf der Rohrseite und Wasser/Dampf auf der Mantelseite befindet, und sie können außerhalb des Dampferzeugers für Wärmerückgewinnung angeordnet sein, wie in 1 dargestellt, oder als Teil des Dampferzeugers für Wärmerückgewinnung 40 konstruiert sein. Der Betriebsdruck des HD-, ZD- bzw. ND-Kessels 30, 31, 32 entspricht dem Dampfdruck der HD-, ZD- bzw. ND-Dampferzeuger-Sektion 41, 42, 43 des Dampferzeugers für Wärmerückgewinnung 40. Das Speisewasser für die Kessel 30, 31, 32 wird entweder über Leitungen 47, 48, 49 von der entsprechenden Dampferzeuger-Sektion 41, 42, 43 oder aus dem Abfluss der Kesselspeisepumpe (nicht dargestellt) entnommen. Die Kessel 30, 31, 32 dienen zur Übertragung von Wärme von der heißen Druckluft in den Rohren auf das Speisewasser auf der Mantelseite, wodurch die Druckluft gekühlt wird und eine Vielzahl von Dampfströmen mit einer Vielzahl von Drücken parallel zur HD-Dampferzeuger-Sektion 41, ZD-Dampferzeuger-Sektion 42 bzw. ND-Dampferzeuger-Sektion 43 erzeugt wird. Der Dampf, welcher von den Kesseln 30, 31, 32 erzeugt wird, wird zu der entsprechenden HD-, ZD- oder ND-Trommel 44, 45, 46 geleitet, oder er wird, wie in 1 dargestellt, über Leitungen 70, 71, 73 mit dem Dampfstrom von den Dampferzeuger-Sektionen 41, 42, 43 vereinigt. Die Rückgewinnung von Wärmeenergie von der heißen Druckluft durch Erzeugung von Dampf in einer Vielzahl von Kesseln 30, 31, 32, die mit einer Vielzahl von Druckniveaus parallel zu den Dampferzeuger-Sektionen für Wärmerückgewinnung 41, 42, 43 betrieben werden, ist ein sehr wirksames Mittel zur Bereitstellung einer ausreichenden Menge gekühlter Luft zum Kühlen der Gasturbine 25, während sie gleichzeitig die Leistungsfähigkeit des Zyklus insgesamt verbessert.
Die Vielzahl von Kesseln 30, 31, 32 stellt außerdem ein Mittel zur Verringerung des Gesamtanlagen-Abblasestroms eines Gas- und Dampfkraftwerks 10 dar. Wie oben erörtert, versorgen die Leitungen 47, 48, 49 die Kessel 30, 31, 32 mit Speisewasser von den entsprechenden Dampferzeuger-Trommeln 44, 45, 46. Feststoffe, die sich infolge des Verdampfungsvorgangs in den Trommeln 44, 45, 46 ansammeln, werden über die Leitungen 47, 48, 49 entfernt und in den jeweiligen Kessel befördert. Es ist ein Abblasestrom über eine Leitung 50 vom Hochdruckkessel 30 zum Zwischendruckkessel 31 vorgesehen. Ähnlich ist ein Abblasestrom über eine Leitung 51 vom Zwischendruckkessel 31 zum Niederdruckkessel 32 vorgesehen. Über eine Leitung 52 ist ein Abblasestrom vom Niederdruckkessel 32 zu einem Abblasetank 53 vorgesehen. Der Abblasetank 53 wird über eine Leitung 54 entleert und über eine Leitung 55 entlüftet. Der Abblasestrom über die Leitung 52 ist der gesamte Abblasestrom der Anlage. Infolge der natürlichen Konzentration von Feststoffen und anderen nichtflüchtigen Verunreinigungen, welche in jedem der Kessel erfolgt, kommt es zu einer schrittweisen Zunahme der Konzentration des Abblasestroms der Anlage, wenn dieser vom Hochdruckkessel 30 über den Zwischendruckkessel 31 zum Niederdruckkessel 32 strömt. Indem der gesamte Abblasestrom der Anlage aus dem Niederdruckkessel 32 entnommen wird, sind die Verunreinigungen aus sämtlichen Dampferzeuger-Trommeln 44, 45, 46 und sämtlichen Kesseln 30, 31, 32 in einem einzigen Anlagen-Abblasestrom konzentriert. Indem die vorliegende Erfindung die Konzentrationswirkung einer Vielzahl von Kesseln ausnutzt, stellt sie ein Mittel bereit, um den Abblasestrom der Gesamtanlage zu verringern, wodurch sie die Menge an Wasser und Wärme, die über den Abblasetank 53 an die Umwelt abgegeben wird, minimiert. Zum Beispiel könnte eine dem Stand der Technik entsprechende Anlage, welche einen typischen Anlagen-Abblasestrom von 6.500 Pounds/Std. (0,82 kg/s) erzeugen kann, gemäß der vorliegenden Erfindung so konstruiert werden, dass sie einen Abblasestrom der Gesamtanlage im Bereich von nur 500-550 Pounds/Std. (0,063-0,069 kg/s) aufweist.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, wird der Dampf von der Hochdruck-Dampferzeuger-Sektion 41 und der Niederdruck-Dampferzeuger-Sektion 43 zu einer Hochdruck-Dampfturbine 61 bzw. zu einer Niederdruck-Dampfturbine 62 geleitet. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird der Dampf vom Hochdruckkessel 30 über die Leitung 70 und vom Niederdruckkessel 32 über die Leitung 71 so zugeführt, dass er mit diesen Dampfströmen kombiniert wird und ebenfalls zur Hochdruck- bzw. Niederdruck-Dampfturbine 61 bzw. 62 geleitet wird. In diesen Turbinen erfolgt die Expansion der jeweiligen Dampfströme, um mechanische Energie zu erzeugen, um die Welle 63 zu drehen und dadurch den Stromerzeuger 64 anzutreiben.
Wie aus dem Stand der Technik bekannt ist, kann Dampf entweder von der Hochdruck-Dampferzeuger-Sektion 41 (in Form von kaltem Zwischenüberhitzungs-Dampf) oder, wie in 1 dargestellt, von der Zwischendruck-Dampferzeuger-Sektion 42 entnommen und über die Leitung 72 geleitet werden, um Teile der Gasturbinenanlage 20 zu kühlen, wie etwa das Brennkammer-Übergangsteil oder Laufschaufeln und Leitschaufeln der Turbine (nicht dargestellt). Gemäß der vorliegenden Erfindung wird Dampf vom Zwischendruckkessel 31 über die Leitung 73 zur Verfügung gestellt und mit dem Dampf von der Zwischendruck-Dampferzeuger-Sektion 42 kombiniert, um Teile der Gasturbine 25 zu kühlen. Um das gewünschte Qualitätsniveau dieses Kühldampfes aufrechtzuerhalten, müssen die Anteile der gelösten Feststoffe des Dampfes auf einem vorgegebenen Niveau gehalten werden, welches den Auslegungs-Anforderungen für die betreffende Anlage genügt. Die Auslegung einer hochentwickelten Verbrennungsturbinenanlage kann zum Beispiel den Gehalt an Kalium im Kühldampf auf maximal 0,1 ppb (Milliardstel) oder sogar 0,01 ppb begrenzen, was gegenüber dem für den Stand der Technik typischen zulässigen Bereich von 1–10 ppb Kalium eine Änderung um zwei Größenordnungen bedeutet. Um dieses Niveau der Dampfqualität zu erreichen, steuert die vorliegende Erfindung die Dampfqualität, indem sie eine Verbindung zum Abblasen der Zwischendruck-Dampferzeuger-Sektion 42 (oder der Hochdruck-Dampferzeuger-Sektion, falls diese die Quelle des Kühldampfes ist) mit einer großen Durchflussmenge bereitstellt. Eine solche Verbindung für eine große Durchflussmenge des Abblasestroms ist in 1 als Leitung 65 dargestellt, und sie kann so bemessen werden, dass sie eine Durchflussmenge des Abblasestroms gewährleistet, welche im Bereich von 30–40% oder vorteilhafterweise bei wenigstens 33% der Durchflussmenge des Speisewassers zu der betreffenden Dampferzeuger-Sektion liegt. Die Verwendung einer so großen Durchflussmenge des Abblasestroms bewirkt eine Verringerung des Gehalts gelöster Feststoffe in der ZD-Trommel 45 und die Erzielung der gewünschten Werte des Gehalts gelöster Feststoffe im Dampf, wie etwa die Begrenzung des Gehalts an gelöstem Kalium auf maximal 0,1 ppb oder sogar 0,01 ppb.
Bei Gas- und Dampfkraftwerken nach dem Stand der Technik wurde normalerweise eine chemische Behandlung mit Phosphaten (phosphate chemistry) angewendet, um den pH-Wert in den Trommeln 44, 45 des HD- und des ZD-Dampferzeugers zu steuern. Bei Kraftwerken nach dem Stand der Technik wurde in der Trommel 46 des ND-Dampferzeugers normalerweise eine Behandlung ausschließlich mit flüchtigen Stoffen (all-volatile treatment, AVT) angewendet, da die große Durchflussmenge des Ausflusses aus dieser Trommel, die verwendet wird, um die HD- und die ZD-Dampferzeuger-Sektion 44, 45 zu speisen, die Steuerung von Phosphaten undurchführbar machte. Bei einem gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Gas- und Dampfkraftwerk kommt eine Steuerung der chemischen Zusammensetzung durch Behandlung ausschließlich mit flüchtigen Stoffen (AVT) sowohl in der Trommel 46 des ND-Dampferzeugers als auch in der Trommel, aus welcher der Kühldampf entnommen wird (der Trommel 45 des ZD-Dampferzeugers gemäß der Darstellung in 1), zur Anwendung, da die große Durchflussmenge des Abblasestroms eine Steuerung durch Behandlung mit Phosphaten undurchführbar machen würde.
Die große Durchflussmenge des Abblasestroms kann mittels der Leitung 65 zu einem Brenngas-Wärmeaustauscher 66 geleitet werden, in dem die Wärmeenergie vom Abblasestrom auf einen zuströmenden Brennstoffstrom von der Brennstoffquelle 26 übertragen wird, welche Brenngas liefern kann, wodurch das Brenngas vorgewärmt wird. Die Temperatur des Abblasestroms von der Zwischendruck-Dampferzeuger-Sektion 42 kann normalerweise im Bereich von 450–475 Grad F (232–246 Grad C) liegen, wodurch bei Verwendung in einem typischen Brenngas-Wärmeaustauscher 66 eine Temperatur des Brenngases von ungefähr 400 Grad F (204 Grad C) erzielt wird. Falls die HD-Dampferzeuger-Sektion 41 als Quelle für den Kühldampf verwendet wird, kann die Temperatur des Abblasestroms im Bereich von 630–640 Grad F (332–338 Grad C) liegen, wodurch es ermöglicht wird, das Brenngas auf eine Temperatur von ungefähr 600 Grad F (316 Grad C) zu erwärmen. Diese erhöhten Brennstofftemperaturen haben erhöhte Wirkungsgrade der Verbrennung zur Folge, und die Verwendung dieser Wärme zur Erhöhung der Temperatur des Brenngases verhindert, dass sie als Abwärme in die Umwelt abgegeben wird.
Der Abblasestrom, welcher den Brenngas-Wärmeaustauscher 66 verlässt, wird über eine Leitung 67 zum Einlass des ND-Speisewasservorwärmers 12 des Dampferzeugers für Wärmerückgewinnung 40 zurückgeführt. Bei einer typischen Betriebsweise eines Gas- und Dampf kraftwerks kann die Temperatur des Wassers von der Kondensatversorgungsquelle 11 ungefähr 100 Grad F (38 Grad C) betragen. Um die Rohre im Dampferzeuger für Wärmerückgewinnung 40 über dem Taupunkt von Kohlendioxid zu halten, ist es notwendig, das Kondensat auf einer Temperatur von 120–140 Grad F (49–60 Grad C) zu halten. Indem gemäß der vorliegenden Erfindung der Abblasestrom über die Leitung 67 zum Kondensateinlass zurückgeführt wird, wird die Notwendigkeit eines zusätzlichen Vorwärmens des Kondensats auf ein Minimum beschränkt.
Es ist außerdem bekannt, ein Gas- und Dampfkraftwerk mit der Möglichkeit eines Betriebs mit Brenngas und mit einem von Brenngas verschiedenen Brennstoff wie etwa Heizöl vorzusehen. Während des Betriebs des Gas- und Dampfkraftwerks 10 mit Heizöl wird die Kondensation von Schwefelsäure an den kalten Endrohren des Dampferzeugers für Wärmerückgewinnung 40 zu einem Problem, was darauf zurückzuführen ist, dass die Konzentration von Schwefel in Heizöl höher ist als in Brenngas. Bei einem Betrieb mit Öl wird die letzte Stufe des Dampferzeugers für Wärmerückgewinnung normalerweise umgangen, und die Niederdruck-Trommel 46 wird als Direktkontakt-Wärmeaustauscher verwendet. Da die Leistung, die benötigt wird, um das Kondensat auf eine Temperatur über dem Taupunkt von Schwefelsäure zu erwärmen, normalerweise größer ist als das, was der Niederdruckkreis bewältigen kann, wird nach dem Stand der Technik oft Dampf mit Zwischendruck verwendet, um den Druck der Niederdruck-Trommel 46 zu stützen, anders ausgedrückt, um dem Niederdruckkreis Wärme zuzuführen. Bei einem gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellten Kraftwerk kann diese Verwendung von "Stützdampf" unnötig gemacht werden, indem ein Mittel vorgesehen wird, um während eines Betriebs mit Heizöl den Brenngas-Wärmeaustauscher 66 zu umgehen. In 1 ist ein solches Mittel zum Umgehen des Brenngas-Wärmeaustauschers 66 in Gestalt eines Ventils 69 und einer Leitung 74 dargestellt. Während des Betriebs mit Heizöl wird der Brenngas-Wärmeaustauscher 66 umgangen, es wird jedoch nach wie vor Abschlämmwasser aus der Zwischendruck-Trommel 45 mit einer Durchflussmenge entnommen, welche dieselbe ist wie die beim Betrieb mit Brenngas oder dieser nahe kommt. Das heiße Abschlämmwasser wird in den ND-Kreislauf entweder über die Kondensatrohrleitung oder, wie in 1 dargestellt, über die Leitung 74 direkt zur ND-Trommel 46 zurückgeführt, wodurch es das Speisewasser vorwärmt, welches in die Niederdruck-Trommel 46 einströmt, und insofern die Rolle der zusätzlichen Wärmequelle für den Niederdruckkreis übernimmt. Außerdem wird, indem beim Betrieb mit beiden Brennstoffarten ähnlich große Durchflussmengen des Abblasestroms entnommen werden, die Stabilität in der ZD-Speisewasservorwärmer-Sektion 16 aufrechterhalten, wo es andernfalls zu einer Dampfbildung kommen könnte, wenn sich die Durchflussmenge verringern würde.
Weitere Aspekte, Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus dem Studium der Abbildung, der Patentbeschreibung und der beigefügten Ansprüche ersichtlich.

Claims

Gas- und Dampfkraftwerk (10), welches umfasst: eine Verbrennungsturbinenanlage (20), die einen Verdichter (23) zur Erzeugung von Druckluft, eine Brennkammer (24) zum Verbrennen eines Brennstoffes in der besagten Druckluft zur Erzeugung von Verbrennungsluft und eine Gasturbine (25) zur Expansion der besagten Verbrennungsluft, so dass mechanische Energie und Abgas erzeugt werden, aufweist; einen Dampferzeuger (40), der einen Einlass (33) zur Aufnahme der besagten Abluft und eine Vielzahl von in Reihe nacheinander in einem Durchflussweg des besagten Abgases angeordneten Sektionen (41, 42, 43) zum Entzug von Wärme von dem besagten Abgas aufweist, um eine erste Vielzahl von parallelen Dampfströmen mit einer Vielzahl von Drücken zu erzeugen; eine Dampfturbine (60), die eine Vielzahl von Einlässen zur Aufnahme der besagten ersten Vielzahl von Dampfströmen aufweist; einen Kühlluft-Durchflussweg (29) zum Lenken eines Teils der besagten Druckluft zu der besagten Gasturbine (20) zum Kühlen eines Teils derselben; dadurch gekennzeichnet, dass der besagte Kühlluft-Durchflussweg (29) ferner eine Vielzahl von in Reihe angeordneten Kesseln (30, 31, 32) zum Aufnehmen des besagten Teils der besagten Druckluft und zum Entziehen vom Wärme von dem besagten Teil der besagten Druckluft umfasst, um eine zweite Vielzahl von parallelen Dampfströmen (70, 71, 73) mit einer Vielzahl von Drücken zu erzeugen.
Gas- und Dampfkraftwerk (10) nach Anspruch 1, wobei die besagte Vielzahl von Sektionen (41, 42, 43) eine erste Sektion (41) und eine zweite Sektion (42) umfasst, wobei die besagte erste Sektion (41) einen Dampfstrom mit einem Druck erzeugt, der höher ist als der der besagten zweiten Sektion (42), und wobei die besagte Vielzahl von Kesseln (30, 31, 32) einen ersten Kessel (31) und einen zweiten Kessel (32) umfasst, wobei der besagte erste Kessel (31) einen Dampfstrom mit einem Druck erzeugt, der höher ist als der des besagten zweiten Kessels (32), wobei das besagte Gas- und Dampfkraftwerk (10) ferner umfasst: ein Mittel (47) zum Versorgen des besagten ersten Kessels (30) mit Wasser von der besagten ersten Sektion (41); ein Mittel (48) zum Versorgen des besagten zweiten Kessels (31) mit Wasser von der besagten zweiten Sektion (42); ein Mittel (50) zum Leiten eines ersten Abblasestroms von dem besagten ersten Kessel (30) zu dem besagten zweiten Kessel (31); und ein Mittel (51, 52) zum Leiten eines zweiten Abblasestroms von dem besagten zweiten Kessel (31, 32) zu einem Abblasetank (53).
Gas- und Dampfkraftwerk (10) nach Anspruch 1, wobei die besagte Vielzahl von Sektionen (41, 42, 43) eine erste Sektion (41), eine zweite Sektion (42) und eine dritte Sektion (43) umfasst, wobei die besagte erste Sektion (41) einen Dampfstrom mit einem Druck erzeugt, der höher ist als der der besagten zweiten Sektion (42), und wobei die besagte zweite Sektion (42) einen Dampfstrom mit einem Druck erzeugt, der höher ist als der der besagten dritten Sektion (43), wobei die besagte Vielzahl von Kesseln (30, 31, 32) einen ersten Kessel (30), einen zweiten Kessel (31) und einen dritten Kessel (32) umfasst, wobei der besagte erste Kessel (30) einen Dampfstrom mit einem Druck erzeugt, der höher ist als der des besagten zweiten Kessels (31), und wobei der besagte zweite Kessel (31) einen Dampfstrom mit einem Druck erzeugt, der höher ist als der des besagten dritten Kessels (32), wobei das besagte Gas- und Dampfkraftwerk (10) ferner umfasst: eine erste Abblaseleitung (50), die den besagten ersten Kessel (30) und den besagten zweiten Kessel (31) verbindet; eine zweite Abblaseleitung (51), die den besagten zweiten Kessel (31) und den besagten dritten Kessel (32) verbindet; eine dritte Abblaseleitung (52), die den besagten dritten Kessel (32) mit einem Abblasetank (53) verbindet.
Gas- und Dampfkraftwerk (10) nach Anspruch 3, welches ferner umfasst : ein Mittel (47) zum Versorgen des besagten ersten Kessels (30) mit Speisewasser von der besagten ersten Sektion (41); ein Mittel (48) zum Versorgen des besagten zweiten Kessels (31) mit Speisewasser von der besagten zweiten Sektion (42); ein Mittel (49) zum Versorgen des besagten dritten Kessels (32) mit Speisewasser von der besagten dritten Sektion (43).
Gas- und Dampfkraftwerk (10) nach Anspruch 1, welches ferner umfasst: ein Mittel zum Versorgen der besagten Verbrennungsturbinenanlage (20) mit Kühldampf von einer ersten der besagten Sektionen (42); ein Mittel (65) zum Versorgen einer zweiten der besagten Sektionen (43) mit einem Abblasestrom von der besagten ersten der besagten Sektionen (42).
Gas- und Dampfkraftwerk (10) nach Anspruch 5, wobei das besagte Mittel (65) zum Versorgen mit einem Abblasestrom ferner einen Wärmeaustauscher (66) umfasst, der bewirkt, dass Wärme von dem besagten Abblasestrom auf den besagten Brennstoff (26) übertragen wird.
Gas- und Dampfkraftwerk (10) nach Anspruch 6, welches ferner ein Mittel (69) umfasst, das bewirkt, dass der. besagte Abblasestrom den besagten Wärmeaustauscher (66) umgeht, wenn der besagte Brennstoff (26) ein von Brenngas verschiedener Brennstoff ist.
Verfahren zum Betreiben eines Gas- und Dampfkraftwerks (10), das eine Verbrennungsturbinenanlage (20), einen Dampferzeuger für Wärmerückgewinnung (40) und eine Dampfturbinenanlage (60) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Ausstatten des besagten Dampferzeugers für Wärmerückgewinnung mit einer Vielzahl von Sektionen (41, 42, 43); Bereitstellen einer Vielzahl von Kesseln (30, 31, 32); Betreiben der besagten Verbrennungsturbinenanlage (20), indem ein Brennstoff verbrannt wird, so dass heiße Druckluft, mechanische Energie und ein Abgasstrom erzeugt werden; Lenken des besagten Abgasstroms durch den besagten Dampferzeuger für Wärmerückgewinnung, so dass von der besagten Vielzahl von Sektionen eine erste Vielzahl von Dampfströmen mit einer Vielzahl von Drücken erzeugt wird; dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der besagten heißen Druckluft nacheinander durch die besagte Vielzahl von Kesseln geleitet wird, so dass ein Strom gekühlter Druckluft und eine zweite Vielzahl von Dampfströmen mit einer Vielzahl von Drücken erzeugt werden; Verwenden des besagten Stroms gekühlter Druckluft, um einen Teil der besagten Verbrennungsturbinenanlage zu kühlen.
Gas- und Dampfkraftwerk (10) nach Anspruch 8, wobei die Durchflussmenge des besagten Abblasestroms ausreichend ist, um die Konzentration von gelöstem Kalium in dem besagten Teil des besagten Dampfes auf einem Niveau von nicht mehr als 0,1 ppb (Milliardstel) zu halten.
Gas- und Dampf kraftwerk (10) nach Anspruch 8, wobei das besagte Mittel zum Zurückführen ferner einen Wärmeaustauscher (66) umfasst, der bewirkt, dass Wärme von dem besagten Abblasestrom auf den besagten Brennstoff übertragen wird.
Gas- und Dampf kraftwerk (–10) nach Anspruch 11(), welches ferner ein Mittel (69) zum Lenken des besagten Abblasestroms durch den besagten Wärmeaustauscher, wenn der besagte Brennstoff Brenngas ist, und ein Mittel (69), das bewirkt, dass der besagte Abblasestrom den besagten Wärmeaustauscher (66) umgeht, wenn der besagte Brennstoff ein von Brenngas verschiedener Brennstoff ist, umfasst.
()Verfahren zum Betreiben eines Gas- und Dampfkraftwerks (10), das eine Verbrennungsturbinenanlage (20), einen Dampferzeuger für Wärmerückgewinnung (40) und eine Dampfturbinenanlage (60) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Ausstatten des besagten Dampferzeugers für Wärmerückgewinnung mit einer Vielzahl von Sektionen (41, 42, 43); Bereitstellen einer Vielzahl von Kesseln (30, 31, 32); Betreiben der besagten Verbrennungsturbinenanlage (20), indem ein Brennstoff verbrannt wird, so dass heiße Druckluft, mechanische Energie und ein Abgasstrom erzeugt werden; Lenken des besagten Abgasstroms durch den besagten Dampferzeuger für Wärmerückgewinnung, so dass von der besagten Vielzahl von Sektionen eine erste Vielzahl von Dampfströmen mit einer Vielzahl von Drücken erzeugt wird; dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der besagten heißen Druckluft nacheinander durch die besagte Vielzahl von Kesseln geleitet wird, so dass ein Strom gekühlter Druckluft und eine zweite Vielzahl von Dampfströmen mit einer Vielzahl von Drücken erzeugt werden; Verwenden des besagten Stroms gekühlter Druckluft, um einen Teil der besagten Verbrennungsturbinenanlage zu kühlen.
Verfahren zum Betreiben eines Gas- und Dampfkraftwerks (10), das eine Verbrennungsturbinenanlage (20), einen Dampferzeuger für Wärmerückgewinnung (40) und eine Dampfturbinenanlage (60) aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Betreiben der besagten Verbrennungsturbinenanlage (20), indem ein Brennstoff verbrannt wird, so dass mechanische Energie und ein Abgasstrom erzeugt werden; Lenken des besagten Abgasstroms zu dem besagten Dampferzeuger für Wärmerückgewinnung (40); Bereitstellen einer Vielzahl von Sektionen (41, 42, 43) als Teil des besagten Dampferzeugers für Wärmerückgewinnung, wobei die besagten Sektionen bewirken, dass dem besagten Abgasstrom Wärme entzogen wird, so dass eine Vielzahl von Dampfströmen mit einer Vielzahl von Drücken erzeugt wird; Bereitstellen eines Mittels zum Lenken eines Teils eines ersten der besagten Vielzahl von Dampfströmen von einer ersten der besagten Vielzahl von Sektionen (42) zu der besagten Verbrennungsturbinenanlage (20), um Teile derselben zu kühlen; dadurch gekennzeichnet, dass ein Abblasestrom von der besagten ersten der besagten Vielzahl von Sektionen (42) mit einer Durchflussmenge aufrechterhalten wird, die ausreichend ist, um eine Qualität des besagten ersten der besagten Vielzahl von Dampfströmen (72) auf einem vorgegebenen Niveau zu halten; Zurückführen des besagten Abblasestroms zu einer zweiten der besagten Vielzahl von Sektionen (43).