CH621186A5

CH621186A5 - Steam-generator installation heated by waste gas

Info

Publication number: CH621186A5
Application number: CH326679A
Authority: CH
Inventors: Emile Aguet
Original assignee: Sulzer Ag
Priority date: 1979-04-06
Filing date: 1979-04-06
Publication date: 1981-01-15

Description

**WARNUNG** Anfang DESC Feld konnte Ende CLMS uberlappen **.

PATENTANSPRÜCHE
1. Abgasbeheizte Dampferzeugeranlage, insbesondere für eine kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage, mit einem
Niederdruck- und einem Hochdruck-Arbeitsmittelkreislauf, welche parallel an Dampfverbraucher anschliessbar sind und
Heizflächen aufweisen, wobei die einzelnen Heizflächen der beiden Kreisläufe im Abgasstrom hintereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruck-Arbeitsmit telkreislauf zwei im Arbeitsmittelstrom hintereinandergeschal tete Economiserheizflächen (11, 14) aufweist,

von denen die in
Strömungsrichtung des Arbeitsmittels erste Economiserheizflä che (11) im Dampferzeuger (1) abgasseitig stromabwärts in bezug auf eine Niederdruck-Verdampferheizfläche (12) ange ordnet ist und die zweite Economiserheizfläche (14) im Dampf erzeuger (1) abgasseitig stromaufwärts in bezug auf Nieder druck-Verdampferheizfläche (12) angeordnet ist, und dass der
Niederdruck-Arbeitsmittelkreislauf keine eigenen Economiser heizflächen aufweist.

2. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die erste Economiserheizfläche (11) im Abgas strom die letzte Heizfläche des Dampferzeugers (1) ist.

3. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruck-Verdampferheizfläche (12) an eine vom Austritt der ersten Economiserheizfläche (11) abzweigende Leitung (71) angeschlossen ist, die ein Drosselor gan (72) enthält.

4. Dampferzeugeranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Economiserheizfläche (14) im Dampferzeuger (1) stromaufwärts in bezug auf eine
Niederdruck-Überhitzerheizfläche (13) angeordnet ist.

5. Verwendung der Dampferzeugeranlage nach Anspruch 1 in einer Dampfkraftanlage, dadurch gekennzeichnet, dass der
Niederdruck- und der Hochdruck-Arbeitsmittelkreislauf an - eine gemeinsame Dampfturbine (35) angeschlossen sind.

Die Erfindung betrifft eine Dampferzeugeranlage nach dem
Oberbegriff des Anspruchs 1. Es sind solche Anlagen bekannt, bei denen im Abgasstrom zwei Arbeitsmittelkreisläufe in dem
Sinne hintereinander geschaltet sind, dass im Gegenstrom zum
Abgas eine Niederdruck-Economiserheizfläche, eine Nieder druck-Verdampferheizfläche, eine Hochdruck-Economiser heizfläche, eine Hochdruck-Verdampferheizfläche und schliess lich eine Hochdruck-Überhitzerheizfläche hintereinander ange ordnet sind, wobei das der Hochdruck-Economiserheizfläche zugeführte Speisewasser über eine Druckerhöhungspumpe dem
Niederdruck-Kreislauf nach der Niederdruck-Economiserheiz- fläche entnommen wird.

Eine solche Heizflächenschaltung verwertet die Gasturbi nen-Abwärme sehr gut, weil in jeder der Heizflächen die Wär meübertragung bei einer relativ kleinen Temperaturdifferenz zwischen dem zu beheizenden Arbeitsmittel und den heizenden
Abgasen stattfindet. Da diese kleinen Temperaturdifferenzen jedoch relativ grosse Heizflächen erfordern, können sich bei
Teillast der Anlage, wenn die Gastemperatur sinkt, wie das insbesondere bei kombinierten Gasturbinen-Dampfkraftanla gen der Fall ist, in der Niederdruck-Economiserheizfläche durch
Verdampfung des Speisewassers Schwierigkeiten ergeben.

Infolge der sinkenden Gastemperatur am Eintritt in den
Dampferzeuger wird nämlich die erzeugte Hochdruckdampf menge und damit die zugeführte Speisewassermenge stark redu ziert. Handelt es sich beim Abgaslieferanten um eine einwellige
Gasturbine, kann sogar der Fall eintreten, dass unterhalb einer gewissen Gasturbinen-Leistung die Erzeugung von Hochdruck dampf vollständig unterbleibt, da die Abgastemperatur die dem betreffenden Druck zugehörige Verdampfungstemperatur un terschreitet.

Für den Niederdruck-Kreislauf hingegen ändert sich die Temperatur der anströmenden Gase, verglichen mit Vollast, nicht stark. Die Niederdruck-Dampferzeugung bleibt daher etwa im gleichen Masse erhalten; es strömt jedoch durch die Niederdruck-Economiserheizfläche nur noch eine Wasser menge, die auf 1/3 bis ' /s der Vollast-Wassermenge vermindert ist, weil bei Vollast der Gasturbine die erzeugte Hochdruckdampfmenge doppelt bis 8 mal so gross ist wie die Niederdruckdampfmenge.

Da nun aber die Niederdruck-Economiserheizfläche bei Teillast den gleichen Gastemperaturen und - bei einwelligen Gasturbinen - auch der selben Gasmenge ausgesetzt ist wie bei Vollast der Gasturbine, treten wegen der reduzierten Wasserströmung in der Niederdruck-Economiserheizfläche Verdampfungserscheinungen auf, die zu Instabilitäten und zu Druckstössen führen, die unzulässige Erschütterungen der Heizflächen zur Folge haben können.

Eine bekannte Lösung zum Vermeiden solcher Verdampfungserscheinungen besteht darin, den Speisewasserstrom durch die Niederdruck-Economiserheizfläche künstlich zu erhöhen und die überschüssige, für die Dampferzeugung nicht benötigte Speisewassermenge vor die Speisepumpe zurückzuführen. Bei der Entspannung der vor die Speisepumpe zurückzuführenden Wassermenge tritt aber unvermeidlich starke Verdampfung auf, so dass besondere Vorkehren getroffen werden müssen, um das Entspannungsventil vor Erosion zu schützen. Die ganze Einrichtung wird damit kompliziert und kostspielig, weshalb bei Gasturbinen-Abhitzedampferzeugern mit Zweidruck-Dampferzeugung die Niederdruck-Economiserheizfläche oft ganz weggelassen wird. Dies führt aber zu hohen Abgasverlusten und damit zu einer erheblichen Herabsetzung des Anlagewirkungsgrades.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dampferzeugeranlage der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass der Anlagewirkungsgrad dadurch nicht merklich beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 erreicht. Obschon auch hier bei Teillast die Speisewassermenge in der ersten Hochdruck-Economiserheizfläche stark reduziert wird, gegebenenfalls in sogar noch stärkerem Masse als bei der bekannten Anlage, tritt wegen der neuartigen Anordnung der Hochdruck-Economiserheizflächen in diesen keine Verdampfung auf, weil der darin herrschende Druck höher ist als der Sattdampfdruck, der den im Bereich der Economiserheizflächen herrschenden Gastemperaturen entspricht. Auch bei vollständig fehlender Dampfproduktion im Hochdruck-Arbeitsmittelkreislauf findet somit in dessen Economiserheizflächen keine Verdampfung statt.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:
Fig. 1 das vollständige Schema einer erfindungsgemässen Dampferzeugeranlage mit einer Gasturbinengruppe und
Fig. 2 das Schema eines Teils einer abgewandelten Dampferzeugeranlage.

Gemäss Fig. 1 ist ein Dampferzeuger 1 an eine Gasturbinengruppe 2 angeschlossen und wird mit deren Abgasen beheizt.

Die Gasturbinengruppe 2 besteht aus einem Verdichter 5, einer Brennkammer 6 und einer Gasturbine 7, wobei die Gasturbine 7 und der Verdichter 5 mit einem elektrischen Generator 8 zusammen auf einer gemeinsamen Welle 9 sitzen. Im Dampferzeuger 1 sind sechs Heizflächen im Gasstrom hintereinander angeordnet. In der dem Gasstrom entgegengesetzten Richtung folgen sich eine erste Hochdruck-Economiserheizfläche 11, eine Niederdruck-Verdampferheizfläche 12, eine Niederdruck Überhitzerheizfläche 13, eine zweite Hochdruck-Economiserheizfläche 14, eine Hochdruck-Verdampferheizfläche 15 und eine Hochdruck-Überhitzerheizfläche 16.

Im weiteren weist die Dampferzeugeranlage 1 ein Speise

wassergefäss 20, eine von diesem zur ersten Hochdruck-Economiserheizfläche 11 führende Leitung 21 mit Hochdruckspeisepumpe 22, eine vom Austritt der ersten Hochdruck-Economiserheizfläche 14 führende Leitung 23 und eine vom Austritt der zweiten Hochdruck-Economiserheizfläche 14 zu einer Hochdrucktrommel 25 führende Leitung 24 auf. Die Trommel 25 ist über eine Leitung 28 mit Umwälzpumpe 29 mit dem Eintritt der Hochdruck-Verdampferheizfläche 15 verbunden. Der Austritt der Hochdruck-Verdampferheizfläche 15 führt über eine Leitung 30 zur Trommel 25 zurück.

Eine Leitung 32 verbindet den Dampfraum der Trommel 25 mit dem Eintritt der Hochdruck-Überhitzerheizfläche 16, und von deren Austritt führt eine Frischdampfleitung 34 zu einer Dampfturbine 35, die einen elektrischen Generator 36 antreibt.

Am Austritt der Dampfturbine 35 ist ein Kondensator 38 angeordnet, dessen Austritt über eine Kondensatleitung 40 mit Kondensatpumpe 41 in einen Entgaseraufsatz 50 des Speisewassergefässes 20 mündet. Am Speisewassergefäss 20 ist ferner eine Leitung 53 mit Niederdruckspeisepumpe 54 angeschlossen, deren Austritt mit einer Niederdrucktrommel 55 verbunden ist.

Von dieser Trommel führt eine Leitung 56 über eine Umwälzpumpe 57 zur Niederdruck-Verdampferheizfläche 12, deren Austritt über eine Leitung 58 mit der Niederdrucktrommel 55 verbunden ist. Vom Dampfraum der Niederdrucktrommel 55 führt eine Leitung 60 zur Niederdruck-Überhitzerheizfläche 13.

An deren Austritt ist eine Dampfleitung 62 angeschlossen, die in den Niederdruckteil der Dampfturbine 35 mündet. Von der Leitung 60 zweigt an der Stelle 65 eine Leitung 66 ab, die über ein Drosselorgan 67 in den Entgaseraufsatz 50 mündet und dort die für die Entgasung nötige Wärme einbringt.

In der Anlage nach Fig. 1 herrschen beispielsweise in der Niederdrucktrommel 55 ein Druck von 3,8 bar und in der Hochdrucktrommel 25 ein Druck von 50 bar. Dementsprechend findet die Verdampfung in der Niederdruck-Verdampferheizfläche 12 bei etwa 142" C und in der Hochdruck-Verdampferheizfläche 15 bei etwa 264 C statt. Während bei Vollast die Gastemperatur am Eintritt in den Dampferzeuger 1 bei etwa 490" C liegt, so dass die Überhitzung des Dampfes in der Hochdruck-Überhitzerheizfläche 16 auf z.B. 440" C getrieben werden kann, sinkt bei 30%-Teillast die Gastemperatur am Dampferzeugereintritt auf beispielsweise 300 C.

Damit wird in der Hochdruck-Verdampferheizfläche 15 nur noch ca. 15% der Vollastdampfmenge erzeugt, die anschliessend in der Hoch druck-0berhitzerheizfläche 16 noch schwach überhitzt wird, nämlich etwa 285 C.

In Strömungsrichtung des Abgases vor der zweiten Hochtemperatur-Economiserheizfläche 14 beträgt bei der erwähnten Teillast die Gastemperatur noch 266 C, wodurch bereits in dieser Economiserheizfläche eine gewisse, allerdings geringe Verdampfungsgefahr entsteht, die durch relativ einfache Massnahmen vermieden werden kann. Vor der Niederdruck-Verdampferheizfläche 12 beträgt dann die Gastemperatur ca.

257 C, da in der zweiten Hochdruck-Economiserheizfläche 14 bei der kleinen Durchflussmenge nur eine geringe Wärmemenge aufgenommen werden kann. Dementsprechend steigt die in der Niederdruck-Verdampferheizfläche 12 erzeugte Dampfmenge auf ca. 140% der Vollast-Dampfmenge. Am Austritt dieser Verdampferheizfläche 12 herrscht dabei eine Gastemperatur von ca. 167" C. Bei dieser Gastemperatur würde in der ersten Hochdruck-Economiserheizfläche 11 eine erhebliche Verdampfung auftreten, wenn - der üblichen Schaltung entsprechend - das in dieser Economiserheizfläche fliessende Speisewasser dem Druck von lediglich 3,8 bar ausgesetzt wäre (Verdampfungstemperatur 142" C).

Mit der erfindungsgemässen Heizflächenschaltung ist eine solche Verdampfung aber ganz unmöglich, da sie erst bei 264 C auftreten könnte. Ein Nachteil dieser Schaltung ist allerdings, dass bei diesem Teillastpunkt die Abgase in der ersten Hochdruck-Economiserheizfläche 11 nur bis auf ca. 163" C heruntergekühlt werden, wodurch der Abgasverlust erhöht wird.

Um diesen Nachteil, der nur bei häufigem Teillastbetrieb ins Gewicht fällt, zu vermeiden, kann die Schaltung verbessert werden, wie dies in Fig. 2 gezeigt ist. Gemäss Fig. 2 zweigt an einer Stelle 70 der Leitung 23 eine Leitung 71 ab, die ein Speiseventil 72 aufweist und zur Niederdrucktrommel 55 führt; die in Fig. 1 gezeigte Speiseleitung 53 mit der Niederdruckspeisepumpe 54 entfällt hier. Die Schaltung nach Fig. 2 führt zu einem grösseren Durchfluss durch die erste Hochdruck-Economiserheizfläche 11, was - insbesondere bei Teillast - zu einer Herabsetzung der Abgasaustrittsverluste führt. Für den Fall der beispielsweise erwähnten 30%-Teillast ergibt sich eine Abgasaustrittstemperatur aus der ersten Hochdruck-Economiserheizfläche 11 von 152" C statt wie erwähnt 163 C.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die beiden beschriebenen Ausführungsformen. So können beispielsweise die beiden Arbeitsmittelkreisläufe auch nach dem Zwangdurchlaufprinzip konzipiert sein, wobei Mittel vorhanden sein können, die das am Ende der Verdampferheizfläche abgeschiedene Wasser zum Eingang der Verdampferheizflächen zum Eingang der ersten Economiserheizfläche oder vor die Speisepumpe bzw.

Speisepumpen zurückführen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE 1. Abgasbeheizte Dampferzeugeranlage, insbesondere für eine kombinierte Gasturbinen-Dampfkraftanlage, mit einem Niederdruck- und einem Hochdruck-Arbeitsmittelkreislauf, welche parallel an Dampfverbraucher anschliessbar sind und Heizflächen aufweisen, wobei die einzelnen Heizflächen der beiden Kreisläufe im Abgasstrom hintereinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruck-Arbeitsmit telkreislauf zwei im Arbeitsmittelstrom hintereinandergeschal tete Economiserheizflächen (11, 14) aufweist,

von denen die in Strömungsrichtung des Arbeitsmittels erste Economiserheizflä che (11) im Dampferzeuger (1) abgasseitig stromabwärts in bezug auf eine Niederdruck-Verdampferheizfläche (12) ange ordnet ist und die zweite Economiserheizfläche (14) im Dampf erzeuger (1) abgasseitig stromaufwärts in bezug auf Nieder druck-Verdampferheizfläche (12) angeordnet ist, und dass der Niederdruck-Arbeitsmittelkreislauf keine eigenen Economiser heizflächen aufweist.
2. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, dass die erste Economiserheizfläche (11) im Abgas strom die letzte Heizfläche des Dampferzeugers (1) ist.
3. Dampferzeugeranlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Niederdruck-Verdampferheizfläche (12) an eine vom Austritt der ersten Economiserheizfläche (11) abzweigende Leitung (71) angeschlossen ist, die ein Drosselor gan (72) enthält.
4. Dampferzeugeranlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Economiserheizfläche (14) im Dampferzeuger (1) stromaufwärts in bezug auf eine Niederdruck-Überhitzerheizfläche (13) angeordnet ist.
5. Verwendung der Dampferzeugeranlage nach Anspruch 1 in einer Dampfkraftanlage, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruck- und der Hochdruck-Arbeitsmittelkreislauf an - eine gemeinsame Dampfturbine (35) angeschlossen sind.

Die Erfindung betrifft eine Dampferzeugeranlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Es sind solche Anlagen bekannt, bei denen im Abgasstrom zwei Arbeitsmittelkreisläufe in dem Sinne hintereinander geschaltet sind, dass im Gegenstrom zum Abgas eine Niederdruck-Economiserheizfläche, eine Nieder druck-Verdampferheizfläche, eine Hochdruck-Economiser heizfläche, eine Hochdruck-Verdampferheizfläche und schliess lich eine Hochdruck-Überhitzerheizfläche hintereinander ange ordnet sind, wobei das der Hochdruck-Economiserheizfläche zugeführte Speisewasser über eine Druckerhöhungspumpe dem Niederdruck-Kreislauf nach der Niederdruck-Economiserheiz- fläche entnommen wird.

Eine solche Heizflächenschaltung verwertet die Gasturbi nen-Abwärme sehr gut, weil in jeder der Heizflächen die Wär meübertragung bei einer relativ kleinen Temperaturdifferenz zwischen dem zu beheizenden Arbeitsmittel und den heizenden Abgasen stattfindet. Da diese kleinen Temperaturdifferenzen jedoch relativ grosse Heizflächen erfordern, können sich bei Teillast der Anlage, wenn die Gastemperatur sinkt, wie das insbesondere bei kombinierten Gasturbinen-Dampfkraftanla gen der Fall ist, in der Niederdruck-Economiserheizfläche durch Verdampfung des Speisewassers Schwierigkeiten ergeben.

Infolge der sinkenden Gastemperatur am Eintritt in den Dampferzeuger wird nämlich die erzeugte Hochdruckdampf menge und damit die zugeführte Speisewassermenge stark redu ziert. Handelt es sich beim Abgaslieferanten um eine einwellige Gasturbine, kann sogar der Fall eintreten, dass unterhalb einer gewissen Gasturbinen-Leistung die Erzeugung von Hochdruck dampf vollständig unterbleibt, da die Abgastemperatur die dem betreffenden Druck zugehörige Verdampfungstemperatur un terschreitet.

Für den Niederdruck-Kreislauf hingegen ändert sich die Temperatur der anströmenden Gase, verglichen mit Vollast, nicht stark. Die Niederdruck-Dampferzeugung bleibt daher etwa im gleichen Masse erhalten; es strömt jedoch durch die Niederdruck-Economiserheizfläche nur noch eine Wasser menge, die auf 1/3 bis ' /s der Vollast-Wassermenge vermindert ist, weil bei Vollast der Gasturbine die erzeugte Hochdruckdampfmenge doppelt bis 8 mal so gross ist wie die Niederdruckdampfmenge.

Da nun aber die Niederdruck-Economiserheizfläche bei Teillast den gleichen Gastemperaturen und - bei einwelligen Gasturbinen - auch der selben Gasmenge ausgesetzt ist wie bei Vollast der Gasturbine, treten wegen der reduzierten Wasserströmung in der Niederdruck-Economiserheizfläche Verdampfungserscheinungen auf, die zu Instabilitäten und zu Druckstössen führen, die unzulässige Erschütterungen der Heizflächen zur Folge haben können.

Eine bekannte Lösung zum Vermeiden solcher Verdampfungserscheinungen besteht darin, den Speisewasserstrom durch die Niederdruck-Economiserheizfläche künstlich zu erhöhen und die überschüssige, für die Dampferzeugung nicht benötigte Speisewassermenge vor die Speisepumpe zurückzuführen. Bei der Entspannung der vor die Speisepumpe zurückzuführenden Wassermenge tritt aber unvermeidlich starke Verdampfung auf, so dass besondere Vorkehren getroffen werden müssen, um das Entspannungsventil vor Erosion zu schützen. Die ganze Einrichtung wird damit kompliziert und kostspielig, weshalb bei Gasturbinen-Abhitzedampferzeugern mit Zweidruck-Dampferzeugung die Niederdruck-Economiserheizfläche oft ganz weggelassen wird. Dies führt aber zu hohen Abgasverlusten und damit zu einer erheblichen Herabsetzung des Anlagewirkungsgrades.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Dampferzeugeranlage der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass der Anlagewirkungsgrad dadurch nicht merklich beeinträchtigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im Kennzeichen des Anspruchs 1 erreicht. Obschon auch hier bei Teillast die Speisewassermenge in der ersten Hochdruck-Economiserheizfläche stark reduziert wird, gegebenenfalls in sogar noch stärkerem Masse als bei der bekannten Anlage, tritt wegen der neuartigen Anordnung der Hochdruck-Economiserheizflächen in diesen keine Verdampfung auf, weil der darin herrschende Druck höher ist als der Sattdampfdruck, der den im Bereich der Economiserheizflächen herrschenden Gastemperaturen entspricht. Auch bei vollständig fehlender Dampfproduktion im Hochdruck-Arbeitsmittelkreislauf findet somit in dessen Economiserheizflächen keine Verdampfung statt.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen: Fig. 1 das vollständige Schema einer erfindungsgemässen Dampferzeugeranlage mit einer Gasturbinengruppe und Fig. 2 das Schema eines Teils einer abgewandelten Dampferzeugeranlage.

Gemäss Fig. 1 ist ein Dampferzeuger 1 an eine Gasturbinengruppe 2 angeschlossen und wird mit deren Abgasen beheizt.

Die Gasturbinengruppe 2 besteht aus einem Verdichter 5, einer Brennkammer 6 und einer Gasturbine 7, wobei die Gasturbine 7 und der Verdichter 5 mit einem elektrischen Generator 8 zusammen auf einer gemeinsamen Welle 9 sitzen. Im Dampferzeuger 1 sind sechs Heizflächen im Gasstrom hintereinander angeordnet. In der dem Gasstrom entgegengesetzten Richtung folgen sich eine erste Hochdruck-Economiserheizfläche 11, eine Niederdruck-Verdampferheizfläche 12, eine Niederdruck Überhitzerheizfläche 13, eine zweite Hochdruck-Economiserheizfläche 14, eine Hochdruck-Verdampferheizfläche 15 und eine Hochdruck-Überhitzerheizfläche 16. **WARNUNG** Ende CLMS Feld konnte Anfang DESC uberlappen**.