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CH705929A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kombikraftwerkes. - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines Kombikraftwerkes. Download PDF

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Publication number
CH705929A1
CH705929A1 CH02024/11A CH20242011A CH705929A1 CH 705929 A1 CH705929 A1 CH 705929A1 CH 02024/11 A CH02024/11 A CH 02024/11A CH 20242011 A CH20242011 A CH 20242011A CH 705929 A1 CH705929 A1 CH 705929A1
Authority
CH
Switzerland
Prior art keywords
steam
turbine
plant
gas turbine
combined cycle
Prior art date
Application number
CH02024/11A
Other languages
English (en)
Inventor
Stefan Eduard Broesamle
Christoph Ruchti
Original Assignee
Alstom Technology Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Alstom Technology Ltd filed Critical Alstom Technology Ltd
Priority to CH02024/11A priority Critical patent/CH705929A1/de
Priority to CA2798681A priority patent/CA2798681C/en
Priority to EP12196551.1A priority patent/EP2607634B1/de
Priority to US13/714,568 priority patent/US9046037B2/en
Priority to CN201210557151.8A priority patent/CN103174519B/zh
Priority to JP2012279250A priority patent/JP2013133825A/ja
Publication of CH705929A1 publication Critical patent/CH705929A1/de
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Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Kombikraftwerke, welches eine Gasturbinenanlage (11) und einen mit der Gasturbinenanlage (11) über einen Abhitzedampferzeuger (24) verbundenen, wenigstens eine Dampfturbine (23) aufweisenden Wasser-Dampf-Kreislauf aufweist. Die Gasturbinenanlage (11) umfasst einen Verdichter (13), eine Brennkammer und eine Turbine (16). Zur Kühlung der Turbine (16) wird am Verdichter (13) verdichtete Luft abgenommen und in wenigstens einem von Wasser durchflossenen Kühler (18, 19) unter Erzeugung von Dampf abgekühlt und in die Turbine (16) eingeführt. Mindestens bei laufender Gasturbinenanlage (11) vor dem oder beim Anfahren des Wasser-Dampf-Kreislaufs wird die Abhitze, die in dem im wenigstens einen Kühler (18, 19) erzeugten Dampf enthalten ist, innerhalb des Kombikraftwerkes zur Vorwärmung der Anlage nutzbringend eingesetzt.

Description

Technisches Gebiet
[0001] Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Kraftwerkstechnik. Sie betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kombikraftwerkes gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft weiterhin ein Kombikraftwerk zur Durchführung des Verfahrens.
Stand der Technik
[0002] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kombikraftwerk, wie es beispielhaft und stark vereinfacht in Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Das Kombikraftwerk 10 der Fig. 1umfasst eine Gasturbineanlage 11 sowie einen damit in Verbindung stehenden Wasser-Dampf-Kreislauf 21.
[0003] Die Gasturbineanlage 11 umfasst in ihrer einfachsten Form einen Verdichter 13, der Luft über einen Lufteinlass 12 ansaugt und verdichtet und die verdichtete Luft an eine nachfolgende Brennkammer 14 abgibt, wo sie zur Verbrennung eines Brennstoffs 15 eingesetzt wird. Das in der Brennkammer erzeugte Heissgas wird in einer nachfolgenden Turbine 16 unter Arbeitsleistung entspannt (bei sequentieller Verbrennung können auch mehrere Brennkammern und Turbinen vorhanden sein). Verdichter 13 und Turbine 16 sind üblicherweise auf einer gemeinsamen Rotorwelle angeordnet, die einen Generator 17 zur Erzeugung elektrischer Energie antreibt. Zur Kühlung der thermisch hoch belasteten Teile der Turbine 16 wird an dem Verdichter 13 (im Beispiel der Fig. 1an zwei verschiedenen Stellen) verdichtete Luft abgezapft, in zugeordneten Kühlern 18 bzw. 19 abgekühlt und der Turbine 16 zugeführt. Die Kühler 18, 19 sind meist als OTC-Kühler (Once Through Cooler) ausgebildet und werden mit Wasser gespiesen.
[0004] Das aus der Turbine 16 austretende Abgas 20 wird durch einen im Wasser-Dampf-Kreislauf 21 angeordneten Abhitzedampferzeuger 24 geschickt und bewirkt dort die Verdampfung und Überhitzung des im Wasser-Dampf-Kreislauf 21 zirkulierenden Wassers. Der im Abhitzedampferzeuger 24 erzeugte Dampf wird in einer Dampfturbine 23 unter Arbeitsleistung entspannt und treibt einen mit der Dampfturbine 23 verbundenen Generator 22 an. Die Dampfturbine 23 kann auch direkt mit der Gasturbine gekoppelt sein, wobei ein gemeinsamer Generator angetrieben wird. Der aus der Dampfturbine 23 austretende Dampf wird in einem Kondensator 25 kondensiert und gelangt als Kondensat in einen Speisewassertank 26, von dem aus eine Speisewasserpumpe 27 das Wasser unter Schliessung des Kreislaufs wieder zum Abhitzedampferzeuger 24 befördert.
[0005] Bei der Kühlung der am Verdichter 13 abgezapften, komprimierten Luft in den Kühlem 18 und 19 wird das den Kühlern 18,19 zugeiteilte Wasser verdampft. Wird das Kombikraftwerk 10 anstelle des Kombikreislaufs (Combined Cycle) nur als Einfachkreislauf (simple cycle) betrieben, bei dem nur die Gasturbinenanlage 11 in Betrieb ist, und bei dem der Wasser-Dampf-Kreislauf 21 nicht arbeitet, muss der in den Kühlern 18, 19 anfallende Dampf auf irgendeine Weise abgeführt werden. Dies geschieht bisher entweder dadurch, dass er (z.B. durch einen für den Einfachkreislauf vorgesehenen Nebenkamin) in die Atmosphäre abgeblasen wird, oder dass er in einem Kondensator kondensiert und in den Kreislauf zurückgeführt wird. Er kann aber auch zur Leistungserhöhung in die Gasturbine injiziert werden.
[0006] Es wäre jedoch wünschenswert, den bei der Kühlluftkühlung anfallenden Dampf nutzbringender zu verwenden. Insbesondere käme dafür der Übergang von Einfachkreislaufbetrieb zum Kombikreislaufbetrieb in Betracht, wenn (über mehrere Tage) ausgekühlte Anlagenteile des Wasser-Dampf-Kreislaufs vorgewärmt werden müssen, um thermische Spannungen zu verringern und/oder den Anfahrprozess zu beschleunigen.
[0007] Aus der Druckschrift US 5 473 898 A ist bekannt geworden, in einem Kombikraftwerk die Dampfturbine und den Abhitzedampferzeuger beim Starten des Kombikreislaufs durch warme Luft vorzuwärmen, die dem Verdichter entnommen wird. Eine Kühlung der verdichteten Luft zu Kühlzwecken findet dabei nicht statt.
[0008] Die Druckschrift US 2009/0301 078 A1 schlägt vor, die beim Kühlen von komprimierter Luft anfallende Abhitze über den Abhitzedampferzeuger in den Wasser-Dampf-Kreislauf eines Kombikraftwerks einzubinden. Diese Art des Betriebs ist jedoch nur möglich, wenn die Anlage bereits im Kombikreislauf betrieben wird.
Darstellung der Erfindung
[0009] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb eines Kombikraftwerks anzugeben, welches bei laufender Gasturbinenanlage vor dem oder beim Starten des Kombiprozesses eine nutzbringende Verwendung der bei der Kühlluftkühlung anfallenden Abhitze vorsieht. Es ist weiterhin eine Aufgabe der Erfindung, eine Kombianlage zur Durchführung eines solchen Verfahrens anzugeben.
[0010] Diese und andere Aufgaben werden durch die Gesamtheit der Merkmale der Ansprüche 1 und 16 gelöst.
[0011] Das erfindungsgemässe Verfahren geht aus von einem Kombikraftwerk, welches eine Gasturbinenanlage und einen mit der Gasturbinenanlage über einen Abhitzedampferzeuger verbundenen, wenigstens eine Dampfturbine aufweisenden Wasser-Dampf-Kreislauf aufweist, wobei die Gasturbinenanlage einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine umfasst, und wobei zur Kühlung der Turbine am Verdichter verdichtete Luft abgenommen, in wenigstens einem von Wasser durchflossenen Kühler unter Erzeugung von Dampf abgekühlt und in die Turbine eingeführt wird. Es zeichnet sich dadurch aus, dass bei laufender Gasturbinenanlage vor dem oder beim Anfahren des Wasser-Dampf-Kreislaufs die Abhitze, die in dem im wenigstens einen Kühler erzeugten Dampf enthalten ist, innerhalb des Kombikraftwerkes nutzbringend eingesetzt wird.
[0012] Eine erste Ausgestaltung des erfindungsgemässen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Abhitze zum Vorwärmen des in dem wenigstens einen Kühler verwendeten Speisewassers eingesetzt wird.
[0013] Insbesondere wird das vorgewärmte Speisewasser zum Vorwärmen des in der Gasturbinenanlage verwendeten Brennstoffs verwendet.
[0014] Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird die Abhitze zum Vorwärmen des Abhitzedampferzeugers verwendet.
[0015] Eine Weiterbildung dieser Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, die Abhitze im Abhitzedampferzeuger zum Vorwärmen von Überhitzer und Verdampfer zu verwenden.
[0016] Insbesondere ist es von Vorteil, wenn das beim Vorwärmen des Abhitzedampferzeugers anfallende Kondensat aus den Überhitzern des Abhitzedampferzeugers abgeführt wird.
[0017] Eine andere Ausgestaltung des Verfahrens nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Abhitze zum Vorwärmen der Dampfturbine verwendet wird.
[0018] Insbesondere kann dabei sowohl das Gehäuse als auch der Rotor der Dampfturbine durch Dampfeinspeisung an geeigneter Stelle vorgewärmt werden.
[0019] Eine weitere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wasser-Dampf-Kreislauf Mittel zum Kondensieren des aus der Dampfturbine austretenden Dampfes umfasst, wobei dieser Dampf auch als Sperrdampf bei der Dampfturbine eingesetzt werden kann, sobald der Kondensator unter Vakuum steht, und dass der in dem wenigstens einen Kühler erzeugte Dampf zum Evakuieren der Kondensations-Mittel verwendet wird.
[0020] Das erfindungsgemässe Kombikraftwerk umfasst eine Gasturbinenanlage und einen mit der Gasturbinenanlage über einen Abhitzedampferzeuger verbundenen, wenigstens eine Dampfturbine aufweisenden Wasser-Dampf-Kreislauf, wobei die Gasturbinenanlage einen Verdichter, eine Brennkammer und eine Turbine umfasst, und wobei zur Kühlung der Turbine am Verdichter verdichtete Luft abgenommen, in wenigstens einem von Wasser durchflossenen Kühler unter Erzeugung von Dampf abgekühlt und in die Turbine eingeführt wird. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass der Wasser-Dampf-Kreislauf mit dem wenigstens einen Kühler über wenigstens eine zusätzliche Dampfleitung in Verbindung steht.
[0021] Gemäss einer Ausgestaltung des erfindungsgemässen Kombikraftwerkes ist von dem wenigstens einen Kühler eine erste Dampfleitung zum Abhitzedampferzeuger geführt.
[0022] Insbesondere umfasst der Abhitzedampferzeuger eine Dampftrommel und einen Überhitzer, wobei die erste Dampfleitung über jeweils ein Ventil zur Dampftrommel und zum Überhitzer geführt ist.
[0023] Der Abhitzedampferzeuger kann auch ein «Once Through» Dampferzeuger sein, welcher an Stelle der Trommel eine Flasche als Wasserabscheider enthält, wie dies aus Fig. 2A hervorgeht.
[0024] Eine andere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass von dem wenigstens einen Kühler eine zweite Dampfleitung über ein Ventil zur Dampfturbine geführt ist.
[0025] Eine weitere Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Wasser-Dampf-Kreislauf Mittel zum Kondensieren des aus der Dampfturbine austretenden Dampfes umfasst, welche Kondensations-Mittel unter Vakuum betrieben werden, und dass von dem wenigstens einen Kühler eine dritte Dampfleitung über ein Ventil zu einer an die Kondensations-Mittel angeschlossenen Evakuierungsvorrichtung geführt ist.
[0026] Beim Kondensator unter Vakuum bedeutet dies, dass die Dampfturbine «gesperrt» sein muss, d.h., sie muss mit Sperrdampf beaufschlagt werden. Zusätzlich wird auch Sperrdampf an die Dampfturbine resp. Dampfturbinen-Labyrinthe geführt.
[0027] Eine andere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kühler zur Versorgung mit Wasser mit einem Speisewassertank (Speisewasserbehälter und Vorwärmer/Entgaser) in Verbindung steht, und dass eine vierte Dampfleitung vom Kühler über ein Ventil zum Speisewasserkessel zurückgeführt ist.
[0028] Eine noch andere Ausgestaltung ist dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Gasturbinenanlage und dem Abhitzedampferzeuger ein Nebenkamin angeordnet ist, der mit einem Ventil verbunden ist, über welches der in wenigstens einen Kühler erzeugte Dampf abgelassen wird.
[0029] Die weiteren wesentlichen Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, dass sich die Schaltung bestens eignet: a) Zum Vorwärmen des Abhitzedampferzeugers, insbesondere unter Kaltstartbedingungen (nach einem Stillstand von mehreren Tagen); für eine vorbestimmte Zeit wird in diesem Fall Dampf auf die Überhitzer und Verdampfer im Abhitzedampferzeuger gegeben, um diese Teile aufzuwärmen; ein sich dabei bildendes Kondensat wird abgeführt, so dass sich der Abhitzedampferzeuger über längere Zeit nicht mit Kondensat füllen kann; durch das Vorwärmen wird die Belastung durch das heisse Abgas der Gasturbine bei gewissen thermisch stark belasteten Bauteilen im Abhitzedampferzeuger drastisch reduziert. b) Zum Vorwärmen der Dampfturbine, insbesondere unter Kaltstartbedingungen, beispielsweise nach einem Stillstand von mehreren Tagen; durch das Vorwärmen können das Gehäuse wie auch der Rotor, alternativ oder kumulativ, sanfter aufgeheizt werden und das Hochfahren kann in einer kürzeren Zeit erfolgen; darüber hinaus ist die Lebensdauer der Bauteile weniger stark betroffen. c) Zum Vorwärmen der Dampfturbine und zusätzlich zum Vorwärmen der Frischdampfleitungen von HRSG und DT. d) Im Dauerbetrieb eine Kombination aus den vorangehenden Vorwärmeabläufe sicher zu stellen, nämlich: a) und/oder b) a) und/oder c) b) und/oder c) a) und/oder b) und/oder c) e) Der Dampf aus den OTG-Kühlern kann zur (anfänglichen) Evakuierung des Kondensers und/oder Sperrdampfbeaufschlagung 38 der Dampfturbine gewisser Anlagenteile beim Start herangezogen werden; beim Übergang vom Einfachkreislauf zum Kombikreislauf (d.h. beim Aufstarten der Kondensationsvorrichtung z.B. eines Oberflächenkondensators oder luftgekühlten Kondensators ACC) verkürzt diese Massnahme die Wartezeit bis zum Erreichen eines ausreichenden Vakuums in diesen Anlagenteilen. f) Der Dampf kann zum Vorwärmen des Speisewassers für die OTC-Kühler eingesetzt werden; das Speisewasser kann zusätzlich verwendet werden, um den Brennstoff für die Gasturbine vorzuwärmen, um den Wirkungsgrad des Gasturbinenprozesses insgesamt zu verbessern. g) Nach dem Umschalten von Kombibetrieb auf Einfachkreislauf kann die Dampfturbine und Dampfturbinen-Kondensator unter Vakuum gehalten werden. Dies reduziert den Umfang an Stillstandkorrosion, die durch Kondensation des Restdampfes beim Abkühlen verursacht wird.
Kurze Erläuterung der Figuren
[0030] Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen: <tb>Fig. 1<sep>das stark vereinfachte Schema eines Kombikraftwerkes, wie es zur Ausführung der Erfindung geeignet ist, mit der Erweiterung, dass eine Sperrdampfbeaufschlagung der DT-Wellendichtungen vorgesehen ist; <tb>Fig. 2<sep>einen Teil eines Anlagenschemas eines Kombikraftwerkes, bei dem gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Vorwärmen des Abhitzedampferzeugers durch die beim Kühlen der Kühlluft anfallende Abhitze vorgesehen ist; <tb>Fig. 3A<sep>einen Teil eines Anlagenschemas eines Kombikraftwerkes, gemäss Fig. 2, mit Einschluss eines Trommelkessels; <tb>Fig. 3B<sep>einen Teil eines Anlagenschemas eines Kombikraftwerkes, gemäss Fig. 2, mit Einschluss eines Einrohrkessels mit Wasserabscheider und <tb>Fig. 4<sep>einen Teil eines Anlagenschemas eines Kombikraftwerkes, bei dem gemäss einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Vorwärmen des Speisewassers durch die beim Kühlen der Kühlluft anfallende Abhitze vorgesehen ist.
Wege zur Ausführung der Erfindung
[0031] Gegenstand der nachfolgend beschriebenen Erfindung ist die Verwendung der Abhitze, die beim Kühlsystem der Gasturbine eines Kombikraftwerkes (insbesondere bei den Kühlluft-Kühlern vom OTC-Typ) anfällt, für die Vorbereitung des Kombikreislaufs, wenn dieser bei laufender Gasturbinenanlage aus dem kalten Zustand hochgefahren werden soll. Durch eine derartige (thermische) Vorbereitung des Abhitzedampferzeugers, der Dampfturbine, des Evakuierungssystems und anderer Anlagenteile wird die Belastung der Bauteile durch thermische Spannungen minimiert und damit deren Lebensdauer verlängert.
[0032] Insbesondere sollen die Abhitze bzw. der Dampf, die beim Kühlen der dem Verdichter entnommenen Kühlluft anfallen, beim oder vor dem Übergang vom Einfachkreislauf zum Kombikreislauf auf folgende Weisen nutzbringend eingesetzt werden: a) Zum Vorwärmen des Abhitzedampferzeugers, insbesondere unter Kaltstartbedingungen (nach einem Stillstand von mehreren Tagen); für eine vorbestimmte Zeit wird in diesem Fall Dampf auf die Überhitzer und Verdampfer im Abhitzedampferzeuger gegeben, um diese Teile aufzuwärmen; ein sich dabei bildendes Kondensat wird abgeführt, so dass sich der Abhitzedampferzeuger über längere Zeit nicht mit Kondensat füllen kann; durch das Vorwärmen wird die Belastung durch das heisse Abgas der Gasturbine bei gewissen thermisch stark belasteten Bauteilen im Abhitzedampferzeuger drastisch reduziert. b) Zum Vorwärmen der Dampfturbine, insbesondere unter Kaltstartbedingungen (nach einem Stillstand von mehreren Tagen); durch das Vorwärmen können das Gehäuse wie auch der Rotor sanfter aufgeheizt werden und das Hochfahren kann in einer kürzeren Zeit erfolgen. Darüber hinaus ist die Lebensdauer der Bauteile weniger stark betroffen. Dabei ist die Evakuierung des Kondensators sicherzustellen und dass vorzugsweise alle Labyrinthe der Dampfturbine gesperrt werden. c) Zum Vorwärmen der Dampfturbine und zusätzlich zum Vorwärmen der Frischdampfleitungen von HRSG und DT. d) Im Dauerbetrieb eine Kombination aus den vorangehenden Vorwärmeabläufe sicher zu stellen, nämlich: 1. a) und/oder b); 2. a) und/oder c); 3. b) und/oder c); 4. a) und/oder b) und/oder c). e) Der Dampf aus den OTC-Kühlern kann zur (anfänglichen) Evakuierung des Kondensers und/oder Sperrdampfbeaufschlagung 38 der Dampfturbine gewisser Anlagenteile beim Start herangezogen werden; beim Übergang vom Einfachkreislauf zum Kombikreislauf (d.h. beim Aufstarten der Kondensationsvorrichtung z.B. eines Oberflächenkondensators oder luftgekühlten Kondensators ACC) verkürzt diese Massnahme die Wartezeit bis zum Erreichen eines ausreichenden Vakuums in diesen Anlagenteilen. f) Der Dampf kann zum Vorwärmen des Speisewassers für die OTC-Kühler eingesetzt werden; das Speisewasser kann zusätzlich verwendet werden, um den Brennstoff für die Gasturbine vorzuwärmen, um den Wirkungsgrad des Gasturbinenprozesses insgesamt zu verbessern. g) Nach dem Umschalten von Kombibetrieb auf Einfachkreislauf kann die Dampfturbine und Dampfturbinen-Kondensator unter Vakuum geschaltet werden. Dies reduziert den Umfang an Stillstandkorrosion, die durch Kondensation des Restdampfes beim Abkühlen verursacht wird.
[0033] Fig. 2 zeigt einen Teil eines Anlagenschemas eines Kombikraftwerkes, bei dem gemäss einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Vorwärmen des Abhitzedampferzeugers durch die beim Kühlen der Kühlluft anfallende Abhitze vorgesehen ist. Im Zentrum der Darstellung der Fig. 2 befinden sich die Gasturbine mit dem Verdichter 13 und der Turbine 16 sowie der nachfolgende Abhitzedampferzeuger 24 mit dem Hauptkamin 30. Am Verdichter 13 wird beispielhaft an zwei Stellen verdichtete Luft (auf unterschiedlichen Druckniveaus) entnommen und in Kühlem 18 bzw. 19 abgekühlt. Die abgekühlte Druckluft wird dann der Turbine 16 zum Zwecke der Kühlung zugeführt (siehe gestrichelte Leitungen in Fig. 2). Die Anlage weist auch einen Nebenkamin 28 auf, der eine Voraussetzung bildet, um die Anlage im Sinne der Fig. 2-4 betreiben zu können. Die Anlage kann sonach im offenen Kreislauf, d.h. ohne Dampfturbine, betrieben werden, wobei der in den GT Kühlem erzeugte Dampf entweder im Nebenkamin 28 oder in einem speziellen luftgekühlten Kondensor kondensiert werden kann.
[0034] Zum Kühlen der Kühlluft werden die Kühler 18 und 19 nach dem OTC-Prinzip mit Wasser, welches am Abhitzedampferzeuger 24 nach dem Vorwärmen und vor dem Eintritt in die Dampftrommel 29 entnommen und über Ventile V6-V8 zu den Eingängen der Kühler 18 und 19 geführt wird. Der am Ausgang der Kühler 18 und 19 anstehende Dampf kann im Normalbetrieb des Kombikreislaufs über das Ventil V5 an den Überhitzer 37 im Abhitzedampferzeuger 24 abgegeben werden. Weiterhin besteht die (an sich bekannte) Möglichkeit, den Dampf über das Ventil V1 und einen zwischen Gasturbine und Abhitzedampferzeuger angeordneten Nebenkamin 28 in die Atmosphäre abzublasen.
[0035] Die neue Möglichkeit gemäss Fig. 2besteht nun darin, beim Betrieb der Gasturbineanlage im Einfachzyklus den in den Kühlern 18 und 19 erzeugten Dampf 36 über die (strichpunktierte) Dampfleitung 36a und die Ventile V2 und V3 zum Vorwärmen der Dampfleitungen des Überhitzers 37 bzw. der Dampftrommel 29 resp. Wasserabscheider und des damit verbundenen Verdampfers einzusetzen. Auf diese Weise können zur Vorbereitung beim Start des Kombikreislaufs wesentliche Teile des Abhitzedampferzeugers 24 vorgewärmt und damit die thermischen Spannungen im Abhitzedampferzeuger 24 deutlich reduziert werden.
[0036] Andere Möglichkeiten, den in den Kühlern 18 und 19 entstehenden Dampf 36 nutzbringend zu verwenden, sind in Fig. 3A dargestellt. Zunächst wird ein Teil den in den Kühlem 18 und 19 erzeugten Dampf 36 über die (strichpunktierte) Dampfleitung 36a und die Ventile V2 und V3 zum Vorwärmen der Dampfleitungen des Überhitzers 37 bzw. der Dampftrommel 29 resp. Abscheider und des damit verbundenen Verdampfers eingesetzt. Ein weiterer Teil des Dampfes 36 wird kann über die (strichpunktierte) Dampfleitung 36b und das Ventil V10 in diesem Fall die Dampfturbine 23 (Gehäuse und Rotor) vorwärmen, um die thermischen Spannungen beim Starten des Wasser-Dampf-Kreislaufs wirkungsvoll zu verringern.
[0037] Es ist aber auch denkbar, alternativ oder zusätzlich über die (strichpunktierte) Dampfleitung 36c und das Ventil V9 eine Evakuierungsvorrichtung in Form einer Strahlpumpe 31 zu betreiben, um über eine Ansaugleitung 32 die Kondensationseinrichtung des Wasser-Dampf-Kreislaufs abzupumpen bzw. zu evakuieren. Im Weiteren kann die Dampfturbine bereits gesperrt werden, so dass keine Luft in die Dampfturbine 23 gesaugt wird. In diesem Fall kann die Zeit bis zur Erreichung des notwendigen Vakuums für den Betrieb des Kombikreislaufs deutlich reduziert werden. Des Weiteren kann über eine Dampfleitung 38, welche vor dem Ventil V10 in der Dampfleitung 36b abzweigt, über ein weiteres Ventil Vxy die Sperrdampfbeaufschlagung der DT Wellendichtungen bereitgestellt werden. Eine weitere Leitung 36x ist gezeigt, welche eine Dampfeinspeisung für die Vorwärmung der Dampfturbine 23 übernimmt. Der hier gezeigte Ort für diese Dampfeinspeisung ist nur qualitativ zu verstehen; allgemein gilt, dass eine solche Einspeisung an geeigneter Stelle der Dampfturbine 23 vorgenommen wird. Es versteht sich dabei von selbst, dass die in Fig. 2und Fig. 3Adargestellten Massnahmen wahlweise alternativ oder kumulativ getroffen werden können.
[0038] Weitere Möglichkeiten, den in den Kühlem 18 und 19 entstehenden Dampf 36 nutzbringend zu verwenden, sind in Fig. 3B dargestellt. Zunächst wird ein Teil den in den Kühlern 18 und 19 erzeugten Dampf 36 über die (strichpunktierte) Dampfleitung 36a und die Ventile V2 und V3 zum Vorwärmen der Dampfleitungen des Überhitzers 37 bzw. an Stelle einer Dampftrommel gemäss Fig. 2A einem Wasserabscheider 39 und des damit verbundenen Verdampfers eingesetzt. Ein weiterer Teil des Dampfes 36 wird kann über die (strichpunktierte) Dampfleitung 36b und das Ventil V10 in diesem Fall die Dampfturbine 23 (Gehäuse und Rotor) vorwärmen, um die thermischen Spannungen beim Starten des Wasser-Dampf-Kreislaufs wirkungsvoll zu verringern.
[0039] Es ist aber auch denkbar, alternativ oder zusätzlich über die (strichpunktierte) Dampfleitung 36c und das Ventil V9 eine Evakuierungsvorrichtung in Form einer Strahlpumpe 31 zu betreiben, um über eine Ansaugleitung 32 die Kondensationseinrichtung des Wasser-Dampf-Kreislaufs abzupumpen bzw. zu evakuieren. Im Weiteren kann die Dampfturbine bereits gesperrt werden, so dass keine Luft in die Dampfturbine gesaugt wird. In diesem Fall kann die Zeit bis zur Erreichung des notwendigen Vakuums für den Betrieb des Kombikreislaufs deutlich reduziert werden. Des Weiteren kann über eine Dampfleitung 38, welche vor dem Ventil V10 in der Dampfleitung 36b abzweigt, über ein weiteres Ventil Vxy die Sperrdampfbeaufschlagung der DT Wellendichtungen bereitgestellt werden. Eine weitere Schaltung ist hier möglich, indem die Dampfleitung 36a nach der Abzweigung zum Wasserabscheider 39 weitergeführt wird, wobei die durch diese Weiterführung geförderte Dampfmenge über ein Ventil Vxx dem Abhitzedampferzeuger 24 zugeführt wird. Eine weitere Leitung 36x steht mit der Dampfturbine in Wirkverbindung; hierzu wird auf die Ausführungen unter Fig. 3A verwiesen. Es versteht sich dabei von selbst, dass die in Fig. 2und Fig. 3Aund Fig. 3Bdargestellten Massnahmen wahlweise alternativ oder kumulativ getroffen werden können.
[0040] Grundsätzlich lässt sich den in den Kühlern 18 und 19 entstehenden Dampf 36 nutzbringend innerhalb einer bei Bedarf vereinfachten Schaltung gegenüber den vorangehenden Figuren verwenden. Unter Heranziehen der Fig. 3Aund 3Bwird der in den Kühlern entstehende Dampf 36 über eine erste (strichpunktierte) Dampfleitung 36b und das Ventil V10 die Dampfturbine 23 (Gehäuse und Rotor) vorwärmen, um die thermischen Spannungen beim Starten des Wasser-Dampf-Kreislaufs wirkungsvoll zu verringern.
[0041] Über eine weitere (strichpunktierte) Dampfleitung 36c und das Ventil V9 wird eine Evakuierungsvorrichtung in Form einer Strahlpumpe 31 betrieben, um über eine Ansaugleitung 32 die Kondensationseinrichtung des Wasser-Dampf-Kreislaufs abzupumpen bzw. zu evakuieren. Im Weiteren kann die Dampfturbine 23 bereits gesperrt werden, so dass keine Luft in die Dampfturbine gesaugt werden kann. In diesem Fall kann die Zeit bis zur Erreichung des notwendigen Vakuums für den Betrieb des Kombikreislaufs deutlich reduziert werden. Es versteht sich dabei von selbst, dass die in Fig. 2, Fig. 3A, Fig. 3B dargestellten Massnahmen wahlweise alternativ oder kumulativ getroffen werden können.
[0042] Fig. 4 zeigt schliesslich eine weitere Möglichkeit, den Dampf bzw. die Abhitze aus den Kühlern 18 und 19 nutzbringend einzusetzen. In diesem Fall wird über eine (strichpunktierte) Dampfleitung 36e und das Ventil V13 Dampf in einen Speisewassertank 35 eingeführt, aus dem über die Speisewasserpumpe 34 und das Ventil V11 Speisewasser 35a zu den Kühlern 18 und 19 gelangt. Dem Speisewassertank 35 kann gleichzeitig Wasser aus einer Wasserbehandlungsanlage 33 über das Ventil V12 zugeführt werden. Hier kann diese Schaltung vorteilhaft erweitert werden, indem stromab der Speisewasserpumpe 34 eine Speisewasser-führende Leitung 35b abzweigt, wobei dieses Speisewasser 35b als Wärmetauschmedium für einen Vorwärmer 40 für Brenngas 41 a/41 b dient. Das aus dem Brenngasvorwärmer 40 strömende Kondensat 35c wird über ein Ventil V14 in den Speisewassertank 35 rückgeführt.
Bezugszeichenliste
[0043] <tb>10<sep>Kombikraftwerk <tb>11<sep>Gasturbinenanlage <tb>12<sep>Lufteinlass <tb>13<sep>Verdichter <tb>14<sep>Brennkammer <tb>15<sep>Brennstoff <tb>16<sep>Turbine <tb>17,22<sep>Generator <tb>18,19<sep>Kühler (Once Through Cooler OTC) <tb>20<sep>Abgas <tb>21<sep>Wasser-Dampf-Kreislauf <tb>23<sep>Dampfturbine <tb>24<sep>Abhitzedampferzeuger <tb>25<sep>Kondensator <tb>26,35<sep>Speisewassertank <tb>27,34<sep>Speisewasserpumpe <tb>28<sep>Nebenkamin <tb>29<sep>Dampftrommel <tb>30<sep>Hauptkamin <tb>31<sep>Strahlpumpe <tb>32<sep>Ansaugleitung <tb>33<sep>Wasserbehandlungsanlage <tb>34<sep>Speisewasserpumpe <tb>35<sep>Speisewassertank <tb>35a-b<sep>Speisewasser <tb>36a-e<sep>Dampfleitung zur Vorwärmung der Anlage <tb>36x<sep>Leitung für Dampfeinspeisung für Vorwärmung <tb>37<sep>Überhitzer <tb>38<sep>Sperrdampfbeaufschlagung der DT-Wellendichtungen <tb>39<sep>Wasserabscheider <tb>40<sep>Brenngasvorwärmer <tb>V1-V14, Vxy, Vxx<sep>Ventil

Claims (22)

1. Verfahren zum Betreiben eines Kombikraftwerkes (10), welches eine Gasturbinenanlage (11) und einen mit der Gasturbinenanlage (11) über einen Abhitzedampferzeuger (24) verbundenen, wenigstens eine Dampfturbine (23) aufweisenden Wasser-Dampf-Kreislauf (21) aufweist, wobei die Gasturbinenanlage (11) einen Verdichter (13), eine Brennkammer (14) und eine Turbine (16) umfasst, und wobei zur Kühlung der Turbine (16) am Verdichter (13) verdichtete Luft abgenommen, in wenigstens einem von Wasser durchflossenen Kühler (18, 19) unter Erzeugung von Dampf abgekühlt und in die Turbine (16) eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens bei laufender Gasturbinenanlage (11) vor dem oder beim Anfahren des Wasser-Dampf-Kreislaufs (21) in dem im wenigstens einen Kühler (18, 19) erzeugten Dampf enthaltende Abhitze innerhalb des Kombikraftwerkes (10) zur Vorwärmung der Anlage an geeigneter Stelle nutzbringend eingesetzt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kombikraftwerk Mittel aufweist, um den in den Kühlern (18, 19) erzeugten Dampf abzublasen oder zu kondensieren.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der in den Kühlern (18.19) erzeugte Dampf über einen Nebenkamin (28) abgeblasen wird.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Nebenkamin (28) zwischen der Gasturbinenanlage (11) und dem Abhitzedampferzeuger (24) betrieben wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der in den Kühlern (18,19) erzeugte Dampf in einem Kondensator kondensiert wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhitze aus dem Kompressor der Gasturbinenanlage (11) zum Vorwärmen des in dem wenigstens einen Kühler (18, 19) verwendeten Speisewassers eingesetzt wird.
7. Verfahren nach Ansprüche 6, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgewärmte Speisewasser zum Vorwärmen des in der Gasturbinenanlage (11) verwendeten Brennstoffs (15) verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhitze aus dem Kompressor der Gasturbinenanlage (11) zum Vorwärmen des Abhitzedampferzeugers (24) verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abhitzedampferzeuger (24) einen Überhitzer (37) und einen Verdampfer (29) umfasst, und dass die Abhitze aus dem Kompressor der Gasturbinenanlage (11) zum Vorwärmen der Frischdampfleitungen des Überhitzers (37) und Verdampfer (29) verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das beim Vorwärmen des Abhitzedampferzeugers (24) anfallendes Kondensat aus dem Abhitzedampferzeuger (24) abgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Abhitze aus dem Kompressor der Gasturbinenanlage (11) zum Vorwärmen der Dampfturbine (23) verwendet wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl das Gehäuse und/oder der Rotor der Dampfturbine (23) vorgewärmt werden.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfturbine vorgewärmt und/oder warmgehalten und/oder zumindest gesperrt und evakuiert wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasser-Dampf-Kreislauf (21) Mittel (25) zum Kondensieren des aus der Dampfturbine (23) austretenden Dampfes umfasst, welche Kondensations-Mittel (25) unter Vakuum betrieben werden, und dass der in dem wenigstens einen Kühler (18, 19) erzeugte Dampf zum Evakuieren der Kondensations-Mittel (25) verwendet wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei gesperrter Dampfturbine die Wellendichtungen mit Sperrdampf beaufschlagt werden.
16. Kombikraftwerk (10) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 15, welches Kombikraftwerk eine Gasturbinenanlage (11) und einen mit der Gasturbinenanlage (11) über einen Abhitzedampferzeuger (24) verbundenen, wenigstens eine Dampfturbine (23) aufweisenden Wasser-Dampf-Kreislauf (21) umfasst, wobei die Gasturbinenanlage (11) einen Verdichter (13), eine Brennkammer (14) und eine Turbine (16) umfasst, und wobei zur Kühlung der Turbine (16) am Verdichter (13) verdichtete Luft abgenommen, in wenigstens einem von Wasser durchflossenen Kühler (18, 19) unter Erzeugung von Dampf abgekühlt und in die Turbine (16) eingeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasser-Dampf-Kreislauf (21) mit dem wenigstens einen Kühler (18, 19) über wenigstens eine zusätzliche Dampfleitung (36a-e) in Wirkverbindung steht.
17. Kombikraftwerk nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass von dem wenigstens einen Kühler (18, 19) eine erste Dampfleitung (36a) zum Abhitzedampferzeuger (24) geführt ist.
18. Kombikraftwerk nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Abhitzedampferzeuger (24) eine Dampftrommel (29) oder einen Wasserabscheider und einen Überhitzer (37) umfasst, und dass die erste Dampfleitung (36a) über jeweils ein Ventil (V2, V3) zur Dampftrommel (29) und zum Überhitzer (37) geführt ist.
19. Kombikraftwerk nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass von dem wenigstens einen Kühler (18, 19) eine zweite Dampfleitung (36b) über ein Ventil (V10) zur Dampfturbine (23) geführt ist, und/oder zur Evakuierung und/oder zum Beibringen eines Sperrdampfes.
20. Kombikraftwerk nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasser-Dampf-Kreislauf (21) Mittel (25) zum Kondensieren des aus der Dampfturbine (23) austretenden Dampfes umfasst, welche Kondensations-Mittel (25) unter Vakuum betrieben werden, und dass von dem wenigstens einen Kühler (18, 19) eine dritte Dampfleitung (36c) über ein Ventil (V9) zu einer an die Kondensations-Mittel (25) angeschlossenen Evakuierungsvorrichtung (31) geführt ist.
21. Kombikraftwerk nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Dampfleitung (38) mit mindestens einem Regelventil (Vxy) zur Sperrdampfbeaufschlagung der Dampfturbine (23) vorhanden ist.
22. Kombikraftwerk nach einem der Ansprüche 16 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Kühler (18, 19) zur Versorgung mit Wasser mit einem Speisewasserkessel (35) in Verbindung steht, und dass eine vierte Dampfleitung (36e) vom Kühler (18, 19) über ein Ventil (V13) zum Speisewasserkessel (35) rückführbar ist.
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