DE60312239T2

DE60312239T2 - Kombikraftwerk und Verfahren zu dessen Betrieb

Info

Publication number: DE60312239T2
Application number: DE60312239T
Authority: DE
Inventors: Hideaki Shinhama Takasago Sugishita
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2003-01-10
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2023-01-11
Also published as: US6829898B2; DE60312239D1; EP1331366A2; EP1331366B1; CA2416663A1; EP1867843B1; CA2416663C; JP2003214182A; US20030136130A1; EP1331366A3; EP1867843A1; CN1291141C; CN1434197A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1) Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbinen-Verbundanlage, und spezieller eine Gasturbinen-Verbundanlage, die den Wirkungsgrad insgesamt verbessern kann, im Vergleich zu jenem einer herkömmlichen Anlage, und betrifft weiterhin ein Verfahren zu deren Betrieb.
2) Beschreibung des Stands der Technik
Es wurde bereits vor kurzem eine Gasturbinen-Verbundanlage zur wirksamen Nutzung der Wärmeenergie von Abgas konstruiert. Die Wärmeenergie wird dadurch erhalten, dass die Wärmeenergie zurückgewonnen wird, die in dem Hochtemperatur-Abgas einer Gasturbine enthalten ist, durch einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG) für den Antrieb einer Dampfturbine. 12 ist eine erläuternde Darstellung, die eine herkömmliche Gasturbinen-Verbundanlage zeigt. Bei dieser Gasturbinen-Verbundanlage 800 wird die Wärmeenergie, die in dem Abgas einer Gasturbine 820 enthalten ist, von einem HRSG 810 zurückgewonnen, um Dampf zu erzeugen, wird der Dampf einer Dampfturbine 860 zugeführt, die mit einem Generator 868 verbunden ist, um hierdurch den Generator 868 anzutreiben, wodurch elektrische Energie erzeugt wird.
Mit dem Ziel einer weiteren Verbesserung des vereinigten Wirkungsgrades wurde eine Gasturbinen-Verbundanlage des regenerierenden Typs eingesetzt. Bei dieser Gasturbine nutzt ein Regenerator Abgas der Gasturbine zum Erwärmen von Verbrennungsluft. 13 ist eine erläuternde Darstellung, die eine herkömmliche Gasturbinen-Verbundanlage des regenerierenden Typs zeigt. Diese Gasturbinen-Verbundanlage des regenerierenden Typs weist einen Regenerator 930 auf, welchem das Abgas einer Gasturbine 920 zugeführt wird. Die Temperatur der Verbrennungsluft wird dann durch Wärmeaustausch zwischen dem Abgas der Gasturbine 920 und der Verbrennungsluft erhöht, die von einem Kompressor 922 komprimiert wird. Dies führt dazu, dass die Temperatur der Verbrennungsluft an einem Einlass eines Combustors 923 erhöht werden kann, sodass die Menge an Brennstoff verringert werden kann, welche der Gasturbine 920 zugeführt wird. Daher können der Wirkungsgrad der Gasturbine und der Wirkungsgrad der Verbundanlage vergrößert werden. Auf diese Weise wurde der Verbundwirkungsgrad in der Gasturbinen-Verbundanlage auf die zweite Hälfte des Bereichs von 50% bis 60% erhöht, auf Grundlage eines niedrigeren Heizwertes (LHV).
Bei der Gasturbinen-Verbundanlage 900 des regenerierenden Typs nimmt die Temperatur des von dem HRSG 910 erzeugten Dampfes, also die Temperatur am Einlass der Dampfturbine ab, wodurch die Verbesserung des Verbundwirkungsgrades mittels Regenerierung verhindert wird. 14 ist ein Q-T-Diagramm, das die Beziehung zwischen der Dampftemperatur und dem Ausmaß des Wärmeaustausches in dem herkömmlichen HRSG zeigt. Die Linie, die eine höhere Temperatur angibt, bezeichnet Änderungen des Abgases, und die Linie, die eine niedrigere Temperatur angibt, zeigt Änderungen des Dampfes (Wassers) an. Der mit Schraffurlinien dargestellte Bereich gibt die Größe des Verlustes des Wärmeaustausches an, und der Verlust an Wärmeaustausch nimmt zu, wenn dieser Bereich zunimmt.
Wie aus 14 hervorgeht, kann in dieser Gasturbinen-Verbundanlage 900 des regenerierenden Typs die Dampftemperatur am Einlass eines Hochdruck-Überhitzers 940 nicht ausreichend hoch sein, sodass der Verlust des Wärmeaustausches des Hochdruck-Überhitzers 940 zunimmt. Darüber hinaus kann, da die Temperaturdifferenz zwischen der Einlasstemperatur und der Auslasstemperatur des Abgases in einem Hochdruck-Verdampfer 950 groß ist, der Verlust in Bezug auf den Wärmeaustausch in dem Hochdruck-Verdampfer 950 nicht ausreichend verringert werden.
Die DE 196 12 921 A1 beschreibt eine Verbundzyklus-Energieerzeugungsanlage mit einer Gasturbine, einem Wärmerückgewinnungskessel mit einem Überhitzer und einem Verdampfer, und mit einer Lufterwärmungsvorrichtung, welche Verbrennungsluft durch Abgas von der Gasturbine erwärmt.
Weiterhin beschreibt die US 3 422 800 ein im Verbund arbeitendes Gasturbinen- und Abhitzekesselsteuersystem, bei welchem die Luft, die in den Gasturbinenkompressor hineingelangt, steuerbar mit Gasturbinenabgasen erwärmt wird, um so unabhängig die Kompressoreinlasstemperatur zu steuern.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Gasturbinen-Verbundanlage, welche zumindest entweder den Gasturbinen-Wirkungsgrad oder den Verbundwirkungsgrad verbessern kann, im Vergleich zu einer herkömmlichen Gasturbinen-Verbundanlage, und in der Bereitstellung eines Verfahrens für den Betrieb der Anlage.
Die Gasturbinen-Verbundanlage gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Gasturbine auf, eine Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit, die Wärmeenergie zurückgewinnt, die in dem Abgas der Gasturbine enthalten ist, in einer Wärmerückgewinnungsstufe, die zumindest eine Überhitzereinheit und eine Verdampfungseinheit aufweist, und eine Lufterwärmungseinheit, welche Verbrennungsluft der Gasturbine durch das Abgas erwärmt. Die Anlage weist weiterhin eine Abgas-Abzweigleitung auf, die einen Abzweigabschnitt aufweist, um das Abgas abzuzweigen, und das Abgas der Abwärme-Rückgewinnungseinheit und der Lufterwärmungseinheit zuführt, sowie eine Abgaszufuhrleitung, welche das Abgas nach Erwärmung der Verbrennungsluft der Gasturbine in der Lufterwärmungseinheit zuführt, zu einem Ort zwischen der Überhitzereinheit und der Verdampfungseinheit.
Die Gasturbinen-Verbundanlage gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Gasturbine auf, eine Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit, die Wärmeenergie zurückgewinnt, die in dem Abgas der Gasturbine enthalten ist, durch Bereitstellung mehrerer Wärmerückgewinnungsstufen, die jeweils zumindest eine Überhitzereinheit und eine Verdampfungseinheit aufweisen, und von Lufterwärmungseinheiten in mehreren Stufen, die Verbrennungsluft der Gasturbine durch das Abgas erwärmen. Die Anlage weist weiterhin eine Abgas-Abzweigleitung auf, die einen Abzweigabschnitt zum Abzweigen des Abgases aufweist, und das Abgas der Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit und den Lufterwärmungseinheiten in den mehreren Stufen zuführt, eine Abgaszufuhrleitung einer ersten Stufe, die das Abgas nach Erwärmung der Verbrennungsluft der Gasturbine in einer Lufterwärmungseinheit der ersten Stufe zum Ort zwischen der Überhitzereinheit und der Verdampfungseinheit zuführt, die in einer ersten Wärmerückgewinnungsstufe vorgesehen sind, und eine Abgasrückführleitung einer nachfolgenden Stufe, die das Abgas nach Erwärmung der Verbrennungsluft der Gasturbine in der Lufterwärmungseinheit bzw. den Lufterwärmungseinheiten und nach einer zweiten Stufe dem Ort zwischen der Überhitzereinheit und der Verdampfungseinheit zuführt, die in der Wärmerückgewinnungsstufe bzw. den Wärmerückgewinnungsstufen und hinter einer zweiten Stufe vorgesehen sind.
Das Verfahren zum Betrieb einer Gasturbinen-Verbundanlage, das keinen Teil der Erfindung bildet, umfasst die Verringerung einer Flussrate des Abgases, das einer Lufterwärmungseinheit zugeführt wird, wenn die Temperatur des Abgases ansteigt, zum Zeitpunkt des Betriebs der Gasturbinen-Verbundanlage, welche einer Gasturbine aufweist, eine Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit, welche Wärmeenergie von dem Abgas der Gasturbine zurückgewinnt, und die Lufterwärmungseinheit, welche Verbrennungsluft der Gasturbine durch einen Teil des Abgases der Gasturbine erwärmt.
Das Verfahren zum Betreiben einer Gasturbinen-Verbundanlage, welches keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, umfasst Verringerung der Flussrate des Abgases, das einer Lufterwärmungseinheit zugeführt wird, wenn die Belastung der Gasturbinen-Verbundanlage zunimmt, zum Zeitpunkt des Betriebs der Gasturbinen-Verbundanlage, welche eine Gasturbine aufweist, eine Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit, welche Wärmeenergie aus dem Abgas der Gasturbine zurückgewinnt, und die Lufterwärmungseinheit, die Verbrennungsluft der Gasturbine mit einem Teil des Abgases der Gasturbine erwärmt.
Diese und weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der nachstehenden, detaillierten Beschreibung der Erfindung angegeben, oder werden hieraus deutlich, im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1A und 1B sind erläuternde Diagramme, die jeweils eine Gasturbinen-Verbundanlage zeigen, die kein Teil der Erfindung bildet.
2 ist ein Q-T-Diagramm der Gasturbinen-Verbundanlage gemäß der ersten, in 1 gezeigten Ausführungsform und der herkömmlichen Gasturbinen-Verbundanlage.
3 ist eine erläuternde Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Verbundwirkungsgrad und der Ausgangsleistung der Gasturbinen-Verbundanlage zeigt.
4A und 4B sind erläuternde Diagramme, die jeweils eine Gasturbinen-Verbundanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
5 ist eine erläuternde Darstellung, die eine Gasturbinen-Verbundanlage gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
6A bis 6D sind erläuternde Diagramme, die jeweils eine Einheit zeigen, welche die Wärmeaustauschmenge in einem Regenerator ändert.
7 ist eine erläuternde Darstellung, die eine andere Einheit zeigt, die eine Wärmeaustauschmenge in dem Regenerator ändert.
8 ist eine erläuternde Darstellung, die eine Gasturbinen-Verbundanlage gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist eine erläuternde Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Verbundwirkungsgrad und dem Ausmaß von Abgas zeigt, das zum Regenerator abgezweigt wird, wenn sich die Belastung der Anlage ändert.
10A bis 10C sind erläuternde Diagramme, die jeweils ein anderes Beispiel für eine Abzweigfluss-Einstelleinheit gemäß der vierten Ausführungsform zeigen.
11 ist eine erläuternde Darstellung, die eine Gasturbinen-Verbundanlage gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
12 ist eine erläuternde Darstellung, welche die herkömmliche Gasturbinen-Verbundanlage zeigt.
13 ist eine erläuternde Darstellung, welche die herkömmliche Gasturbinen-Verbundanlage des regenerierenden Typs zeigt.
14 ist ein Q-T-Diagramm, das die Beziehung zwischen der Dampftemperatur in dem herkömmlichen HRSG und der Wärmeaustauschmenge zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung wird im Einzelnen nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Die Bauteile bei den folgenden Ausführungsformen sollen Bauteile darstellen, die sich Fachleute auf diesem Gebiet einfach überlegen können, oder die im Wesentlichen ebenso ausgebildet sind.
Eine erste Ausführungsform, die kein Teil der Erfindung bildet, wird nachstehend erläutert.
Die 1A und 1B sind erläuternde Darstellungen, die jeweils eine Gasturbinen-Verbundanlage zeigen.
Bei dieser Gasturbinen-Verbundanlage 100 wird das Abgas einer Gasturbine 20, das einem HRSG 10 als Abgas-Rückgewinnungseinheit zugeführt werden soll, abgezweigt, und ein Teil des abgezweigten Abgases erfährt einen Wärmeaustausch mit der Verbrennungsluft der Gasturbine 20 in einem Regenerator 30, der eine Lufterwärmungseinheit darstellt. Das Abgas wird nach dem Wärmeaustausch einem Ort zwischen einem Hochdruck-Überhitzer 40, der die Überhitzereinheit darstellt, und einem Hochdruck-Verdampfer 50 zugeführt, der die Verdampfereinheit darstellt, die jeweils in dem HRSG 10 vorgesehen sind. Der restliche Anteil des abgezweigten Gases wird einem Einlass des Hochdruck-Überhitzers 40 in dem HRSG 10 zugeführt.
Die Gasturbinen-Verbundanlage 100 ist mit dem HRSG 10, der Gasturbine 20 und einer Hochdruck-Dampfturbine 60 versehen. Der HRSG 10 weist den Hochdruck-Überhitzer 40 auf, der die Überhitzereinheit darstellt, und den Hochdruck-Verdampfer 50, der die Verdampfereinheit darstellt, wodurch eine Wärmerückgewinnungsstufe gebildet wird, die Wärmeenergie zurückgewinnt, die in dem Abgas der Gasturbine 20 enthalten ist. Wie in 1A gezeigt, kann die Wärmerückgewinnungsstufe so ausgebildet sein, dass ein Hochdruck-Abgasvorwärmer 18 hinzugefügt wird. Bei einer derartigen Konstruktion kann Speisewasser, das dem Hochdruck-Verdampfer 50 zugeführt werden soll, durch den Hochdruck-Abgasvorwärmer 18 erwärmt werden, sodass der Hochdruck-Verdampfer 50 Dampf mit höherem Wirkungsgrad erzeugen kann. Weiterhin kann Wärmeenergie des Abgases wirksamer durch den Hochdruck-Abgasvorwärmer 18 zurückgewonnen werden, und daher kann der Wirkungsgrad des HRSG 10 vergrößert werden, was vorzuziehen ist.
An einem Abgasauslass 20a der Gasturbine 20 ist eine Rohrleitung 70 vorgesehen, die eine Abgas-Abzweigleitung zum Führen des Abgases darstellt, nachdem dieses die Gasturbine 20 angetrieben hat, und zwar zum HRSG 10. Die Rohrleitung 70 verzweigt sich an einem Verzweigungsabschnitt 78, der an der stromaufwärtigen Seite des HRSG 10 vorgesehen ist, wobei ein Abzweig an den HRSG 10 und der andere an den Regenerator 30 angeschlossen ist. Das Abgas der Gasturbine 20 wird dem Hochdruck-Überhitzer 40 zugeführt, der in dem HRSG 10 vorgesehen ist, sowie dem Regenerator 30. Das Abgas, das dem Hochdruck-Überhitzer 40 zugeführt wird, überhitzt den gesättigten Dampf, der von dem Hochdruck-Verdampfer 50 erzeugt wird, um hierdurch überhitzten Dampf zu erzeugen, welcher der Hochdruck-Dampfturbine 60 zugeführt wird.
Das Abgas, das dem Regenerator 30 zugeführt wird, erfährt einen Wärmeaustausch mit Verbrennungsluft unter hoher Temperatur und hohem Druck, die von einem Kompressor 22 in der Gasturbine 20 erzeugt wird, um die Verbrennungsluft zu erwärmen. Das Abgas wird nach dem Wärmeaustausch in dem Regenerator 30 einem Ort zwischen dem Hochdruck-Überhitzer 40 und dem Hochdruck-Verdampfer 50 zugeführt, die in dem HRSG 10 vorgesehen sind, wobei es durch eine Rohrleitung 80 hindurchgeht, die eine Abgaszufuhrleitung darstellt, die eine Verbindung zwischen dem Regenerator 30 und dem HRSG 10 darstellt. Dieses Abgas wird einem Einlass des Hochdruck-Überhitzers 40 zugeführt, und vereinigt mit dem Abgas, welches den Dampf überhitzt hat, und wird dann dem Hochdruck-Verdampfer zum Verdampfen von Wasser zugeführt, dessen Temperatur durch den Hochdruck-Abgasvorwärmer 18 erhöht wird. Wie in 1B gezeigt, kann dann, wenn mehrere Hochdruck-Überhitzer eingesetzt werden sollen, Verbrennungsluft, die durch den Regenerator 30 hindurch gelangt ist, dem Ort zwischen einem stromaufwärtigen Hochdruck-Überhitzer 40a und einem stromabwärtigen Hochdruck-Überhitzer 40b zugeführt werden.
Stromabwärts des Verzweigungsabschnitts 78 der Rohrleitung 70 unterscheidet sich der innere Querschnitt einer Rohrleitung 70a, die Abgas dem HRSG 10 zuführt, von jenem einer Rohrleitung 70b, welche Abgas dem Regenerator 30 zuführt. Dies liegt daran, dass ein höherer Verbundwirkungsgrad dadurch erhalten wird, dass eine geeignete Menge an Abgas dem HRSG 10 und dem Regenerator 30 zugeführt wird. Die Menge an Abgas, welche dem HRSG 10 usw. zugeführt werden soll, ändert sich entsprechend der Größe der Anlage und der Belastung zum Zeitpunkt des Betriebes. Daher wird, obwohl dies in 1A nicht deutlich dargestellt ist, in der Gasturbinen-Verbundanlage 100 der innere Querschnitt der Rohrleitung 70a und dergleichen so eingestellt, dass der höchste Verbundwirkungsgrad zum Zeitpunkt der Nennbelastung erzielt wird. Eine variable Drossel oder dergleichen kann in der Rohrleitung 70a und dergleichen vorgesehen sein, um den inneren Querschnitt der Rohrleitung 70a und dergleichen in Abhängigkeit von der Belastung der Gasturbinen-Verbundanlage 100 und dergleichen zu ändern. Mittels Durchführung einer derartigen Steuerung kann selbst dann, wenn sich die Belastung ändert, die geeignete Menge an Abgas dem HRSG 10 und dergleichen zugeführt werden, sodass die Gasturbinen-Verbundanlage betrieben werden kann, während ein hoher Verbundwirkungsgrad aufrechterhalten wird, was vorzuziehen ist. Dieser Gesichtspunkt wird später beschrieben.
Ein Generator 28 ist mit der Gasturbine 20 verbunden, und die Gasturbine 20 wird zum Antrieb des Generators 28 betrieben, um hierdurch elektrische Energie zu erzeugen. Das Abgas der Gasturbine 20 wird dem HRSG 10 zugeleitet, und die Wärmeenergie wird dort zurückgewonnen. Es wird darauf hingewiesen, dass der HRSG 10, der bei der ersten Ausführungsform verwendet wird, die keinen Teil der Erfindung bildet, ein sogenannter einstufiger HRSG ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch bei einem zweistufigen oder einem dreistufigen HRSG einsetzbar, der mehrere Wärmerückgewinnungsstufen aufweist, wie dies nachstehend geschildert wird. In dem HRSG 10 wird Dampf durch die von dem Abgas der Gasturbine 20 zurückgewonnene Wärmeenergie erzeugt, und dieser Dampf wird der Hochdruck-Dampfturbine 60 zu deren Antrieb zugeführt. Da die Hochdruck-Dampfturbine 60 auch an einen Generator 68 angeschlossen ist, wird der Generator 68 durch die Hochdruck-Dampfturbine 60 angetrieben, um auf diese Weise elektrische Energie zu erzeugen.
Bei dieser Gasturbinen-Verbundanlage 100 wird das Abgas der Gasturbine 20 abgezweigt und dem HRSG 10 und dem Regenerator 30 zugeführt. Beim Stand der Technik wird Abgas, das durch den Regenerator 30 hindurch gelangt ist, und dessen Temperatur abgesunken ist, dem HRSG 910 zugeführt (siehe 13). Bei der vorliegenden Gasturbinen-Verbundanlage 100 kann jedoch Hochtemperatur-Abgas dem Hochdruck-Überhitzer 40 in dem HRSG 10 zugeführt werden. Weiterhin kann infolge der Tatsache, dass das Abgas stromaufwärts des HRSG 10 abgezweigt wird, und ein Teil von diesem dem Regenerator 30 zugeführt wird, die Flussrate des Abgases verringert werden, welches dem Hochdruck-Überhitzer 40 zugeführt werden soll. Daher kann der Wärmetauscherverlust verringert werden, im Vergleich zu jenem bei der herkömmlichen Gasturbinen-Verbundanlage, bei welcher das gesamte Abgas einem Hochdruck-Überhitzer 940 zugeführt wird (siehe 13).
Das Abgas, das durch den Regenerator 30 hindurchgegangen ist, verliert Wärmeenergie beim Vorgang der Erwärmung der Verbrennungsluft, und daher sinkt seine Temperatur ab. Da das Abgas, dessen Temperatur abgesunken ist, dem Hochdruckverdampfer 50 zugeführt wird, kann die Temperatur des Abgases am Einlass des Hochdruck-Verdampfers 50 in dem HRSG 10 stärker verringert werden als bei der herkömmlichen Gasturbinen-Verbundanlage. Durch diesen Vorgang kann die Temperaturdifferenz zwischen der Einlasstemperatur und der Auslasstemperatur in dem Hochdruckverdampfer 50 kleiner ausgebildet werden als bei der herkömmlichen Gasturbinen-Verbundanlage. Daher kann der Wärmetauscherverlust in dem Hochdruckverdampfer 50 verringert werden. Da der Regenerator 30 vorgesehen ist, wird darüber hinaus die Verbrennungsluft, die durch den Kompressor 22 komprimiert wurde, mit der Wärme des Abgases in dem Regenerator 30 zugeführt, um hierdurch die Temperatur der Verbrennungsluft zu erhöhen, sodass der Wirkungsgrad der Gasturbine 20 verbessert wird.
Dieser Aspekt wird unter Bezugnahme auf ein Q-T-Diagramm in dem HRSG erläutert. 2 ist ein Q-T-Diagramm, das die Gasturbinen-Verbundanlage gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, die kein Teil der Erfindung bildet, sowie eine herkömmliche Gasturbinen-Verbundanlage. Eine durchgezogene Linie in der Figur zeigt die Anlage gemäß der ersten Ausführungsform, und eine gestrichelte Linie in der Figur zeigt die Anlage gemäß der herkömmlichen Gasturbinen-Verbundanlage. Jene Linie, die unter den Linien eine höhere Temperatur angibt, gibt Änderungen des Abgases an, und jene Linie, die niedrigere Temperaturen angibt, gibt Änderungen des Dampfes (Wasser) an. Der Bereich, der durch Schraffurlinien in der Figur dargestellt ist, gibt die Größe des Verlustes des Wärmeaustausches an, und der Verlust des Wärmeaustausches nimmt zu, wenn dieser Bereich zunimmt.
Bei dieser Gasturbinen-Verbundanlage 100 wird das Abgas der Gasturbine 20 abgezweigt, und ein Teil des abgezweigten Abgases wird direkt dem Hochdruck-Überhitzer 40 in dem HRSG 10 zugeführt. Daher kann, wie in 2 gezeigt, die Einlasstemperatur T_sh-hpi des Hochdruck-Überhitzers erhöht werden, im Vergleich zur herkömmlichen Gasturbinen-Verbundanlage. Durch diesen Vorgang kann die Dampftemperatur T_sh-hpi, welche der Hochdruck-Dampfturbine zugeführt werden soll (siehe 1A) erhöht werden, im Vergleich zu der herkömmlichen Gasturbinen-Verbundanlage, sodass der Wirkungsgrad der Hochdruck-Dampfturbine 60 im Vergleich zum Stand der Technik verbessert werden kann. Da das Abgas abgezweigt wird, kann darüber hinaus die Menge an Abgas, welche dem Hochdruck-Überhitzer 40 zugeführt werden soll, im Vergleich zum Stand der Technik verringert werden, sodass auch der Wärmetauscherverlust durch diesen Vorgang verringert werden kann.
Ein Teil des abgezweigten Abgases der Gasturbine wird dem Regenerator 30 (siehe 1A) zugeführt, durch welchen die Temperatur der Verbrennungsluft erhöht wird, und wird dann einem Ort zwischen dem Hochdruck-Überhitzer 40 und dem Hochdruck-Verdampfer 50 zugeführt. Daher kann die Einlasstemperatur T_EV-hpi des Hochdruckverdampfers verringert werden, im Vergleich zu der herkömmlichen Gasturbinen-Verbundanlage, sodass die Temperaturdifferenz zwischen der Einlasstemperatur T_EV-hpi und der Auslasstemperatur T_EV-hpo in dem Hochdruckverdampfer 50 geringer ausgebildet werden kann, im Vergleich zur herkömmlichen Gasturbinen-Verbundanlage. Durch diesen Vorgang kann das Ausmaß des Wärmeaustausches in dem Hochdruckverdampfer 50 stärker als früher erhöht werden. Durch diese Aktionen wird, wie aus 2 hervorgeht, der durch die Schraffurlinien dargestellte Bereich kleiner als bei der herkömmlichen Gasturbinen-Verbundanlage, sodass der Wärmetauscherverlust in dem HRSG 10 gemäß der vorliegenden Erfindung verringert werden kann, im Vergleich zu den herkömmlichen HRSGs 810 und 910 (vergleiche 12 und 13).
3 ist eine erläuternde Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Verbundwirkungsgrad und der Ausgangsleistung der Gasturbinen-Verbundanlage zeigt. Die durchgezogene Linie in der Figur betrifft die Gasturbinen-Verbundanlage gemäß der vorliegenden Erfindung, und die gestrichelte Linie betrifft die herkömmliche Gasturbinen-Verbundanlage. Wie aus dieser Figur hervorgeht, weist der Verbundwirkungsgrad der Gasturbinen-Verbundanlage 100 einen höheren Verbundwirkungsgrad auf als bei den herkömmlichen Gasturbinen-Verbundanlagen 800 und 900 (vergleiche die 12 und 13), über den gesamten Ausgangsleistungsbereich. Das Ausmaß des Wirkungsgrads wird um etwa 1% als Absolutwert verbessert, im Vergleich zur herkömmlichen Gasturbinen-Verbundanlage 100 und dergleichen. Daher können die Brennstoffkosten der Gasturbinen-Verbundanlage 100 verringert werden. Weiterhin können der Ausstoß von NO_x und CO₂ durch die Verbesserung des Verbundwirkungsgrades unterdrückt werden. Es lässt sich beispielsweise ein solcher Fall überlegen, bei welchem der Verbundwirkungsgrad von 58% auf 59% auf Grundlage des LHV verbessert wurde. In diesem Fall kann in einem großen Kraftwerk eine Unterdrückung der Brennstoffkosten um etwa 500 Millionen Yen pro Jahr erzielt werden. Weiterhin wird der Ausstoß an NO_x und CO₂ mit einer Rate von etwa 1,7% verringert.
Momentan wird der Ausstoß an NO_x und CO₂ durch ein NO_x-Entfernungssystem, eine CO₂-Absorptionsanlage und dergleichen verringert, jedoch nehmen die Kosten für die Investition bei der Anlage und die Kosten der Einrichtungen zu, wenn diese Einrichtungen größer werden, sodass auch die Arbeitskosten und Wartungskosten zunehmen. Daher besteht ein Bedürfnis nach Vereinfachung der Ausrüstung durch Verringerung des Ausstoßes von NO_x und CO₂, die in dem Abgas enthalten sind, so weit wie möglich. Die vorliegende Gasturbinen-Verbundanlage 100 erfüllt diese Anforderungen.
Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend geschildert.
Die 4A und 4B sind erläuternde Darstellungen, die jeweils eine Gasturbinen-Verbundanlage gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Die Gasturbinen-Verbundanlage 101 weist im Wesentlichen die gleiche Ausbildung auf wie die Gasturbinen-Verbundanlage 100 (siehe 1A) gemäß der ersten Ausführungsform. Allerdings ist die Anlage 101 insoweit unterschiedlich, dass mehrere Wärmerückgewinnungsstufen, die jeweils zumindest eine Überhitzereinheit und eine Verdampfereinheit aufweisen, in einem HRSG 11 vorgesehen sind, der die Abgas-Rückgewinnungseinheit darstellt. Im Übrigen ist die Ausbildung ebenso wie der ersten Ausführungsform, sodass auf deren Erläuterung verzichtet wird, und gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. 4A zeigt ein Beispiel für den Einsatz eines HRSG 11 des Typs mit drei Stufen, der drei Wärmerückgewinnungsstufen aufweist, und 4B zeigt ein Beispiel (nur den HRSG 12), bei welchem der zweistufige HRSG 12 eingesetzt wird, der zwei Wärmerückgewinnungsstufen aufweist.
Der HRSG 11 weist eine Hochdruck-Wärmerückgewinnungsstufe auf, die einen Hochdruck-Überhitzer 40 als die Überhitzungseinheit aufweist, einen Hochdruck-Verdampfer 50 als die Verdampfereinheit, und einen Hochdruck-Abgasvorwärmer 18a. Der HRSG 11 weist weiterhin eine Mitteldruck-Wärmerückgewinnungsstufe auf, die einen Mitteldruck-Überhitzer 41 und einen Niederdruck-Überhitzer 42 als die Überhitzereinheiten aufweist, einen Mitteldruck-Verdampfer 51 als die Verdampfereinheit, und einen Mitteldruck-Abgasvorwärmer 18b. Der HRSG 11 weist weiterhin eine Niederdruck-Wärmerückgewinnungsstufe auf, die einen Niederdruck-Verdampfer 52 als Verdampfereinheit aufweist, und einen Niederdruck-Abgasvorwärmer 18c (siehe 4A). Weiterhin weist der zweistufige HRSG 12 eine Hochdruck-Wärmerückgewinnungsstufe auf, die einen Hochdruck-Überhitzer 40 als die Überhitzereinheit aufweist, einen Hochdruck-Verdampfer 50 als Verdampfereinheit, und einen Hochdruck-Abgasvorwärmer 18a. Der zweistufige HRSG 12 weist weiterhin eine Mitteldruck-Wärmerückgewinnungsstufe auf, die einen Mitteldruck-Überhitzer 41 als die Überhitzereinheit aufweist, einen Mitteldruck-Verdampfer 51 als die Verdampfereinheit, und einen Mitteldruck-Abgasvorwärmer 18b (siehe 4B).
Entweder in dem HRSG 11 oder 12 wird das Abgas der Gasturbine 20 an dem Verzweigungsabschnitt 78 der Rohrleitung 70 verzweigt, welche die Abgas-Abzweigleitung darstellt, und die abgezweigten Gase werden dem HRSG 11 und dergleichen bzw. dem Regenerator 30 zugeführt, der die Lufterwärmungseinheit darstellt. Der Regenerator 30 und der HRSG11 sind durch die Rohrleitung 80 verbunden, welche die Abgaszufuhrleitung bildet, sodass das Abgas, das durch den Regenerator 30 hindurch gelangt ist, dem Ort zwischen dem Hochdruck-Überhitzer 40 und dem Hochdruck-Verdampfer 50 zugeführt wird, die in dem HRSG 11 und dergleichen vorgesehen sind.
Da die Gasturbinen-Verbundanlage 101 wie geschildert ausgebildet ist, kann Abgas, das eine höhere Temperatur als bei der herkömmlichen Gasturbine-Verbundanlage aufweist, dem Hochdruck-Überhitzer 40 in dem HRSG 11 und dergleichen zugeführt werden. Weiterhin verliert das Abgas, das durch den Regenerator 30 hindurchgegangen ist, Wärmeenergie bei dem Vorgang der Erwärmung der Verbrennungsluft, sodass seine Temperatur absinkt. Da das Abgas, dessen Temperatur abgesunken ist, dem Hochdruck-Verdampfer 50 zugeführt wird, kann die Differenz der Temperaturen des Abgases am Einlass und am Auslass des Hochdruck-Verdampfers 50 kleiner ausgebildet werden als bei der herkömmlichen Gasturbinen-Verbundanlage. Durch diese Vorgänge kann der Wärmetauscherverlust zwischen dem Hochdruck-Überhitzer 40 und dem Hochdruck-Verdampfer 50 verringert werden, im Vergleich zur herkömmlichen Vorgehensweise. Da die Verbrennungsluft, die durch den Kompressor 22 komprimiert wird, ihre Temperatur durch die Wärme des Abgases in dem Regenerator 30 erhöht wird, wird darüber hinaus der Wirkungsgrad der Gasturbine 20 verbessert. Durch diese Effekte kann der Verbundwirkungsgrad in der Gasturbinen-Verbundanlage 101 erhöht werden, im Vergleich zur herkömmlichen Vorgehensweise, sodass die Brennstoffkosten verringert werden können, und der Ausstoß an NO_x und CO₂ verringert werden können, im Vergleich zu der herkömmlichen Gasturbinen-Verbundanlage. Die Wärmerückgewinnung in der Gasturbinen-Verbundanlage 101 ist nicht auf die geschilderten drei Stufen beschränkt, aber wenn zu viele Stufen vorhanden sind, wird die Konstruktion des HRSG 11 kompliziert. Daher sind zwei bis vier Stufen vorzuziehen.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend erläutert.
5 ist eine erläuternde Darstellung, die eine Gasturbinen-Verbundanlage gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Gasturbinen-Verbundanlage 102 ist im Wesentlichen ebenso ausgebildet wie die Gasturbinen-Verbundanlage 101 (siehe 4A) gemäß der zweiten Ausführungsform, unterscheidet sich jedoch in der Hinsicht, dass die Anlage 102 mit mehreren Regeneratoren versehen ist, welche die Lufterwärmungseinheiten bilden, und das Abgas, das durch die Regeneratoren hindurchgegangen ist, der Wärmerückgewinnungsstufe zugeführt wird, welche zumindest die Überhitzereinheit und die Verdampfereinheit aufweist, die in einem HRSG 13 vorgesehen ist, der die Abgas-Rückgewinnungseinheit darstellt, in Abhängigkeit von dem Temperaturzustand, der bei der Wärmerückgewinnungsstufe erforderlich ist. Im Übrigen ist die Ausbildung ebenso wie bei der zweiten Ausführungsform, sodass auf deren Erläuterung verzichtet wird, und gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden. Obwohl nicht dargestellt, ist die Gasturbinen-Verbundanlage 102 ebenfalls bei dem zweistufigen HRSG einsetzbar, ebenso wie die Gasturbinen-Verbundanlage 101 gemäß der zweiten Ausführungsform.
Die Gasturbinen-Verbundanlage 102 ist mit zwei Regeneratoren als mehreren Lufterwärmungseinheiten versehen, nämlich einem ersten Regenerator 31 und einem zweiten Regenerator 32, welche die Lufterwärmungseinheiten darstellen. Der Auslass des ersten Regenerators 31 und der HRSG 13 sind durch eine Rohrleitung 80a verbunden, die eine Abgaszufuhrleitung einer ersten Stufe darstellt, sodass das von dem ersten Regenerator 31 abgegebene Abgas dem Ort zwischen dem Hochdruck-Überhitzer 40 und dem Hochdruck-Verdampfer 50 zugeführt wird. Der Auslass des zweiten Regenerators 32 und der HRSG 13 sind durch eine Rohrleitung 80b verbunden, die eine Abgaszufuhrleitung der nachfolgenden Stufe darstellt, sodass das von dem zweiten Regenerator 32 abgegebene Abgas dem Ort zwischen dem Mitteldruck-Überhitzer 41 und dem Mitteldruck-Verdampfer 51 zugeführt wird. Das Abgas der Gasturbine 20 wird an dem Verzweigungsabschnitt 78 der Rohrleitung 70 abgezweigt, und gelangt dann durch die Regeneratoren hindurch, in der Reihenfolge von dem ersten Regenerator 31 bis zum zweiten Regenerator 32. Andererseits geht die von dem Kompressor 22 komprimierte Luft durch die Regeneratoren in der Reihenfolge des zweiten Regenerators 32 und des ersten Regenerators 31 hindurch, und erfährt einen Wärmeaustausch mit dem Abgas bei diesem Vorgang, um hierdurch dessen Temperatur zu erhöhen.
Da das Abgas durch die Regeneratoren in der voranstehend geschilderten Reihenfolge hindurchgeht, wird die Temperatur t_ro1 des Abgases, das von dem ersten Regenerator 31 abgegeben wird, höher als die Temperatur t_ro2 des Abgases, das von dem zweiten Regenerator abgegeben wird. Daher wird das Abgas, das von dem ersten Regenerator 31 abgegeben wird, an einem Verzweigungsabschnitt 88 verzweigt, und wird dann zum Durchgang durch die Rohrleitung 80a veranlasst, und dem Ort zwischen dem Hochdruck-Überhitzer 40 und dem Hochdruck-Verdampfer 50 zugeführt. Das Abgas, das von dem zweiten Regenerator 32 abgegeben wird, wird zum Durchgang durch die Rohrleitung 80b veranlasst, und wird dem Ort zwischen dem Mitteldruck-Überhitzer 41 und dem Mitteldruck-Verdampfer 51 zugeführt. Beim vorliegenden Beispiel sind der Mitteldruck-Überhitzer 41 und der Niederdruck-Überhitzer 42 stromaufwärts des Mitteldruck-Verdampfers 51 vorgesehen, jedoch können auch, wie in 5 gezeigt, die Abgase, die von dem zweiten Regenerator 32 abgegeben werden, dem Ort zwischen dem Niederdruck-Überhitzer 42 und dem Mitteldruck-Verdampfer 51 zugeführt werden. Weiterhin kann das Abgas, das von dem zweiten Regenerator 32 abgegeben wird, dem Ort zwischen dem Mitteldruck-Überhitzer 41 und dem Niederdruck-Überhitzer 42 zugeführt werden.
Durch Vorsehen einer derartigen Konstruktion kann Abgas, das eine geeignetere Temperatur aufweist, jeder Wärmerückgewinnungsstufe zugeführt werden, sodass Verluste zum Zeitpunkt des Wärmeaustausches in dem HRSG 13 verringert werden können. Da der Regenerator in zwei Stufen vorgesehen ist, kann darüber hinaus die Temperatur der von dem Kompressor 22 komprimierten Luft wirksamer erhöht werden. Wenn die Temperatur des von dem zweiten Regenerator 32 abgegebenen Abgases niedrig ist, und der Wärmeaustauschverlust eher erhöht wird, durch Zufuhr des Abgases zu dem Ort zwischen dem Mitteldruck-Überhitzer 41 und dem Mitteldruck-Verdampfer 51, kann das Abgas dem Einlass des Niederdruck-Verdampfers 52 zugeführt werden. Hierdurch kann die Differenz zwischen der Temperatur des Abgases am Einlass und jener am Auslass des Niederdruck-Verdampfers 52 klein ausgebildet werden, und kann der Wärmeaustauschverlust in dem Niederdruck-Verdampfer 52 auf einen kleinen Wert verringert werden, während wirksam die Wärmeenergie des Abgases zurückgewonnen wird. Voranstehend wurde ein Beispiel des Einsatzes der Lufterwärmungseinheiten in zwei Stufen erläutert, jedoch ist bei der vorliegenden Erfindung die Anzahl an Stufen nicht auf zwei beschränkt, und kann die Anzahl an Stufen ordnungsgemäß entsprechend der Anzahl der Wärmerückgewinnungsstufen geändert werden, die in der Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit vorgesehen sind. Weiterhin wurde voranstehend die Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit erläutert, welche drei Wärmerückgewinnungsstufen aufweist, jedoch kann die Anzahl an Wärmerückgewinnungsstufen größer als drei sein. Weiterhin wird, wie voranstehend geschildert, wenn die Anzahl an Wärmerückgewinnungsstufen erhöht wird, die Konstruktion der Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit kompliziert. Daher sind zwei bis vier Stufen vorzusehen, wenn mehrere Wärmerückgewinnungsstufen vorhanden sind. Entsprechend beträgt die Anzahl an Stufen der Lufterwärmungseinheiten vorzugsweise zwei bis vier.
Um Abgas mit einer geeigneteren Temperatur jeder der Wärmerückgewinnungsstufen zuzuführen ist es wünschenswert, das Ausmaß des Wärmeaustausches in dem ersten Regenerator 31 und dem zweiten Regenerator 32 zu optimieren. Dies liegt daran, dass dann, wenn Abgas mit einer geeigneteren Temperatur jeder der Wärmerückgewinnungsstufen zugeführt werden kann, der Wärmeaustauschverlust weiter verringert werden kann, und der Verbundwirkungsgrad weiter erhöht werden kann. Wie nachstehend geschildert, ändert sich auch die optimale Temperatur des Abgases, welches jeder der Wärmerückgewinnungsstufen zugeführt werden soll, in Abhängigkeit von der Belastung der Gasturbinen-Verbundanlage 102. Daher können die Wärmeaustauschmengen in dem ersten Regenerator 31 und dem zweiten Regenerator 32 variabel sein, um hierdurch ständig Abgas mit optimaler Temperatur zu liefern, selbst wenn sich die Belastung der Gasturbinen-Verbundanlage 102 ändert.
Die 6A bis 6D sind erläuternde Darstellungen, die jeweils eine Einheit zeigen, welche die Wärmeaustauschmenge in dem Regenerator ändert. Die Einheit, welche die Wärmeaustauschmenge ändert, enthält eine Einheit, welche die Flussrate des Abgases ändert, mit welcher jeder Regenerator versorgt wird. Als derartige Flussrateneinstelleinheit kann beispielsweise, wie in 6A gezeigt, eine Abschirmung 32a, welche die Fläche des Abgaseinlasses des zweiten Regenerators 32 ändern kann, an einem Abgaseinlass oder Abgasauslass des zweiten Regenerators 32 vorgesehen sein. Entsprechend der Belastung der Gasturbinen-Verbundanlage 102 wird diese Abschirmung 32a verschoben, um die Flussmenge des Abgases einzustellen, das in den zweiten Regenerator 32 fließt. Durch Änderung der Flussrate des Abgases, das in den zweiten Regenerator 32 fließt, ändert sich auch die Flussrate in dem ersten Regenerator 31 stromaufwärts. Wenn beispielsweise gewünscht ist, die Wärmeaustauschmenge in dem ersten Regenerator 31 zu verringern, und die Wärmeaustauschmenge in dem zweiten Regenerator 32 zu erhöhen, kann die Abschirmung 32a so eingestellt werden, dass die Flussrate des Abgases erhöht wird, das in den zweiten Regenerator 32 fließt. Weiterhin kann, wenn erwünscht ist, die Wärmeaustauschmenge in dem ersten Regenerator 31 zu erhöhen, und die Wärmeaustauschmenge in dem zweiten Regenerator 32 zu verringern, die Abschirmung 32a so eingestellt werden, dass die Flussrate des Abgases verringert wird, das in den zweiten Regenerator 32 fließt.
Als weitere Beispiele für die Flusseinstelleinheit können beispielsweise, wie in 6B und 6C gezeigt, eine Dämpfungsvorrichtung 36 oder ein Dreiwegeventil 37 zwischen dem ersten Regenerator 31 und dem zweiten Regenerator 32 vorgesehen sein, zur Ausbildung der Flussrateneinstelleinheit. Alternativ können, wie in 6D gezeigt, mehrere Ventile 38a und 38b in Kombination anstatt der Dämpfungsvorrichtung 36 vorhanden sein, um hierdurch die Flussrateneinstelleinheit auszubilden. Es kann ein Drehventil wie in 10C gezeigt, verwendet werden.
7 ist eine erläuternde Darstellung, die eine andere Einheit zeigt, welche die Wärmeaustauschmenge in dem Regenerator ändert. Wie aus 7 hervorgeht, sind mehrere erste Regeneratoren 31 und mehrere zweite Regeneratoren 32 (jeweils fünf beim vorliegenden Beispiel) vorgesehen, um die Anzahl an Regeneratoren einzustellen, welche Abgas entsprechend der Belastung liefern, wodurch die Flussrate des den Regeneratoren, welche die Lufterwärmungseinheit darstellen, zugeführten Abgases eingestellt werden kann. Wenn beispielsweise erwünscht ist, die Wärmeaustauschmenge in dem ersten Regenerator 31 zu verringern, kann die Anzahl an Regeneratoren verringert werden, welche das Abgas liefern. Es wird darauf hingewiesen, dass die Luft von dem Kompressor 22 (siehe 5) sämtlichen Regeneratoren 31a bis 31e zugeführt wird.
Es wird nunmehr ein Beispiel betrachtet, bei welchem die Wärmeaustauschmenge in dem ersten Regenerator 31 verringert werden soll. In diesem Fall wird das Abgas den Regeneratoren 31a, 31c und 31e zugeführt, jedoch nicht den Regeneratoren 31b und 31d zugeführt. Für diese Umschaltung können Schalteinheiten wie beispielsweise Ventile, die stromabwärts der einzelnen Regeneratoren 31a bis 31e vorgesehen sind, verwendet werden. Zu diesem Zeitpunkt wird die Luft von dem Kompressor 22 (siehe 5) sämtlichen Regeneratoren 31a bis 31e zugeführt. Mittels Durchführung einer derartigen Umschaltung tritt ein Wärmeaustausch zwischen dem Abgas und der Luft nicht in jenen Regeneratoren auf, welchen das Abgas nicht zugeführt wird, sodass die Wärmeaustauschmenge in Bezug auf den gesamten, ersten Regenerator 31 verringert werden kann. Wenn im Gegensatz erwünscht ist, dass die Wärmeaustauschmenge erhöht wird, kann die Anzahl an Regeneratoren erhöht werden, welchen das Abgas zugeführt wird.
Der erste Regenerator 31 und der zweite Regenerator 32 mit derartigen Wärmetauschereinheiten sind vorhanden, und dann, wenn sich die Belastung der Gasturbinen-Verbundanlage 102 (siehe 5) ändert, werden die Wärmeaustauschmengen in dem ersten Regenerator 31 und dem zweiten Regenerator 32 in Abhängigkeit von der Belastung geändert. Mittels Durchführung einer derartigen Steuerung kann selbst dann, wenn sich die Belastung der Gasturbinen-Verbundanlage 102 ändert, Abgas mit optimaler Temperatur jeder der Wärmerückgewinnungsstufen in dem HRSG 13 zugeführt werden (siehe 5). Da die Wärmeaustauschmenge in dem HRSG 13 auf das Minimum verringert werden kann, wird daher ermöglicht, eine Verringerung des Verbundwirkungsgrades der Gasturbinen-Verbundanlage 102 infolge schwankender Belastungen zu unterdrücken.
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachstehend erläutert.
8 ist eine erläuternde Darstellung, die eine Gasturbinen-Verbundanlage gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Gasturbinen-Verbundanlage 103 weist im Wesentlichen dieselbe Konstruktion auf wie die Gasturbinen-Verbundanlage 100, unterscheidet sich jedoch in der Hinsicht, dass die Anlage 103 mit einer Abzweigfluss-Einstelleinheit versehen ist, welche die Flussrate von Abgas einstellt, welches dem HRSG 10 zugeführt werden soll, als Abgas-Rückgewinnungseinheit, und dem Regenerator 30 als der Lufterwärmungseinheit, an dem Verzweigungsabschnitt 78 (siehe 1A), der in der Rohrleitung 70 vorgesehen ist, welche die Abgas-Abzweigleitung darstellt. Im Übrigen ist die Konstruktion ebenso wie bei der ersten Ausführungsform, welche kein Teil der Erfindung bildet, sodass auf ihre Erläuterung verzichtet wird, und gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden.
Die Gasturbinen-Verbundanlage 103 weist eine Dämpfungsvorrichtung 75 auf, welche die Abzweigfluss-Einstelleinheit darstellt, die an dem Verzweigungsabschnitt 78 (siehe 1A) der Rohrleitung 70 als die Abgas-Abzweigleitung vorgesehen ist, welche Abgas dem HRSG 10 und dem Regenerator 30 zuführt, um so die Flussrate des Abgases einzustellen, das dem HRSG 10 und dem Regenerator 30 zugeführt werden soll. Der Grund hierfür wird unter Bezugnahme auf 9 erläutert. 9 ist eine erläuternde Darstellung, welche die Beziehung zwischen dem Verbundwirkungsgrad und dem Ausmaß an Abgas zeigt, das zum Regenerator abgezweigt wird, wenn sich die Belastung der Anlage ändert. Wie aus dieser Figur hervorgeht, ändert sich bei der Gasturbinen-Verbundanlage der Verbundwirkungsgrad in Abhängigkeit von der Belastung, und ist gleichzeitig ein Optimalwert für das Ausmaß des abgezweigten Abgases vorhanden, welches dem Regenerator 30 zugeführt werden soll. Daher wird die Flussrate des Abgases, welches dem Regenerator 30 zugeführt wird, zum Zeitpunkt einer teilweisen Belastung oder zum Zeitpunkt einer vollständigen Belastung eingestellt, sodass ein Betrieb ermöglicht wird, bei welchem der Verbundwirkungsgrad auf einem hohen Niveau gehalten wird, selbst wenn sich die Belastung ändert.
Die Verzweigungsfluss-Einstelleinheit, die bei der vorliegenden Erfindung einsetzbar ist, enthält die Dämpfungsvorrichtung 75. Wenn die Dämpfungsvorrichtung 75 verwendet wird, kann nur durch Öffnen oder Schließen einer Schalttür 75a die Flussrate des Abgases eingestellt werden, wodurch ermöglicht wird, dass die Verzweigungsfluss-Einstelleinheit eine einfache Konstruktion aufweist, was vorzuziehen ist. Speziell wird bei einer großen Gasturbinen-Verbundanlage eine erhebliche Menge an Abgas dem HRSG 10 und dergleichen zugeführt, und daher sind die Rohrleitungen 70, 70a und dergleichen als ein Rohr ausgebildet, das eine Außenabmessung von 4 m bis 5 m aufweist. Daher ist es eher vorzuziehen, die Dämpfungsvorrichtung einzusetzen, da die Verzweigungsfluss-Einstelleinheit auf einfache Weise und mit geringerem Gewicht ausgebildet werden kann, im Vergleich zum dem Fall des Einsatzes einer Ventilkonstruktion.
Die 10A bis 10C sind erläuternde Darstellungen, die jeweils ein anderes Beispiel für die Abzweigfluss-Einstelleinheit gemäß der vierten Ausführungsform zeigen. Als eine in 10A gezeigte Dämpfungsvorrichtung 76 kann die Dämpfungsvorrichtung 76 aus mehreren Schalttüren 76a bestehen. Bei dieser Dämpfungsvorrichtung 76 kann die Dämpfungsvorrichtung 76 so ausgebildet sein, dass kleine Schalttüren 76a kombiniert werden, sodass die Schalttüren 76a einfacher hergestellt werden können, insbesondere wenn Rohrleitungen 70, 70a und dergleichen mit großen Abmessungen verwendet werden. Da die Größe der Schalttüren 76a gering ist, wird die Kraft des auf jede der Schalttüren 76a einwirkenden Abgases kleiner als jene der Schalttür. Selbst wenn die Festigkeit der Schalttüren 76a verringert wird, können daher die Schalttüren 76a dem Aufprall des Abgases standhalten. Daher können die Herstellungskosten für die Dämpfungsvorrichtung 76 verringert werden. Weiterhin kann die Antriebskraft für die Schalttüren 76a verringert werden, sodass der Energieaufwand für die Steuerung ebenfalls verringert werden kann.
Wie in 10B gezeigt, kann die Verzweigungsflusseinstelleinheit durch ein Dreiwegeventil 77 gebildet werden, oder können, wie in 6D gezeigt, mehrere Ventile vereinigt sein, um die Verzweigungsflusseinstelleinheit auszubilden. In diesem Fall wird die Konstruktion etwas komplizierter, jedoch kann die Genauigkeit der Flussratensteuerung erhöht werden, sodass dies vorzuziehen ist. Weiterhin kann, wie in 10C gezeigt, ein Drehventil 79 zur Ausbildung der Verzweigungsflusseinstelleinheit eingesetzt werden. Bei der vierten Ausführungsform ist die Dämpfungsvorrichtung 75 und dergleichen, welche die Verzweigungsflusseinstelleinheit darstellt, in der Gasturbinen-Verbundanlage 100 (siehe 1A) gemäß der ersten Ausführungsform vorgesehen, welche keinen Teil der Erfindung darstellt, ist aber nicht auf die erste Ausführungsform in der Hinsicht beschränkt, dass die Verzweigungsflusseinstelleinheit vorgesehen werden kann. Die Dämpfungsvorrichtung 75 und dergleichen, welche die Verzweigungsflusseinstelleinheit darstellt, kann in der Gasturbinen-Verbundanlage 101 oder 102 gemäß der zweiten oder dritten Ausführungsform auf entsprechende Weise vorgesehen sein. In diesem Fall ergeben sich die gleichen Auswirkungen und Effekte wie voranstehend geschildert (nachstehend ebenso).
Nachstehend wird das Verfahren zum Betrieb der Gasturbinen-Verbundanlage 103 geschildert, welche die Verzweigungsflusseinstelleinheit aufweist. Die Bezugnahme auf 8 hilft beim Verständnis dieser Erläuterung. Wenn bei der Gasturbinen-Verbundanlage 103 die Flussrate des Abgases, welches dem Regenerator 30 zugeführt werden soll, bei niedriger Temperatur des Abgases erhöht wird, kann eine Verringerung des Verbundwirkungsgrades infolge der Absenkung der Abgastemperatur unterdrückt werden. Zum Zeitpunkt einer Teilbelastung ist die Abgastemperatur der Gasturbine 20 niedriger als zum Zeitpunkt der Nennbelastung. Durch Erhöhung der Flussrate des Abgases, welches dem Regenerator 30 zugeführt werden soll, kann daher der Abfall des Verbundwirkungsgrades unterdrückt werden.
Unmittelbar nach Ingangsetzen der Gasturbinen-Verbundanlage 103 ist die Abgastemperatur der Gasturbine 20 immer noch niedrig, sodass die Flussrate des Abgases erhöht wird, welches dem Regenerator 30 zugeführt werden soll, durch Einstellung der Öffnung der Dämpfungsvorrichtung 75. Wenn sich die Gasturbine 20 erwärmt, und die Abgastemperatur ansteigt, sodass die Menge an Dampf erhöht wird, die von dem HRSG 10 erzeugt wird, wird die Öffnung der Dämpfungsvorrichtung 75 eingestellt, um die Flussrate des Abgases zu verringern, welches dem Regenerator 30 zugeführt werden soll. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Signal zur Betätigung der Dämpfungsvorrichtung 75, welche die Flussrateneinstelleinheit darstellt, in einem Prozessor 91 einer Steuereinheit 90 erzeugt, auf Grundlage der Temperaturinformation von einem Thermometer 26, das an dem Abgasauslass 20a der Gasturbine 20 vorgesehen ist. Die Beziehung zwischen der Abgastemperatur und dem Öffnungsgrad der Dämpfungsvorrichtung 75 kann vorher in einem Speicherabschnitt 92 der Steuereinheit 90 gespeichert werden, und es kann auf die Öffnungsinformation in dem Speicherabschnitt 92 zurückgegriffen werden, wenn der Prozessor 91 die Temperaturinformation von dem Thermometer 26 empfängt.
Wenn eine Steuerung 93 der Steuereinheit 90 dieses Signal empfängt, überträgt die Steuerung 93 ein Treibersignal eines Stellgliedes 75b, das in der Dämpfungsvorrichtung 75 vorgesehen ist, zum Antrieb des Stellgliedes 75b, um hierdurch die Schalttür 75a zu öffnen oder zu schließen. Das öffnen der Dämpfungsvorrichtung 75 kann durch die Ausgabeinformation des Generators 38 oder dergleichen gesteuert werden, also die Belastungsinformation bezüglich der Gasturbinen-Verbundanlage 103, anstatt durch die Temperaturinformation. Durch Steuern der Dämpfungsvorrichtung 75 auf Grundlage der Belastungsinformation kann die Steuereinheit 90 entsprechend dem vorgegebenen Betriebsablauf betrieben werden, der vorher einprogrammiert wurde.
Die Atmosphärentemperatur wird zusammen mit der Abgastemperatur durch ein Thermometer 27 gemessen, und das Öffnen der Dämpfungsvorrichtung 75 kann auf Grundlage der Temperaturinformation dieser beiden gesteuert werden. Wenn die Atmosphärentemperatur auch als die Steuerinformation verwendet wird, kann eine exaktere Flussratensteuerung des Abgases durchgeführt werden, verglichen mit jenem Fall, bei welchem nur die Abgastemperatur verwendet wird, sodass eine Verringerung des Verbundwirkungsgrades vermieden werden kann, was vorzuziehen ist. Hierbei kann die Ausbildung so sein, dass eine Tabelle, welche die Beziehung zwischen der Abgastemperatur und der Atmosphärentemperatur und dem Öffnungsgrad der Dämpfungsvorrichtung 75 repräsentiert, vorher in dem Speicherabschnitt 92 der Steuereinheit 90 gespeichert wird, wobei der Prozessor 91 auf diese Tabelle zurückgreift, um ein Signal zur Betätigung der Schalttür 75a zu erzeugen.
Der Prozessor 91 kann durch spezielle Hardware verwirklicht werden, oder es kann der Prozessor 91 aus einem Speicher und einer CPU (einer zentralen Verarbeitungseinheit) bestehen, um die Funktion des Ladens eines Programms (nicht gezeigt) zur Erzielung der Funktion des Prozessors in den Speicher zu erzielen, und das Programm auszuführen. Dieses Programm kann dazu dienen, einen Teil der Funktionsweise zu erzielen, und darüber hinaus kann diese Funktion dadurch erreicht werden, dass ein Programm mit einem Programm kombiniert wird, das bereits in einem Computersystem gespeichert ist.
Weiterhin können eine Eingabeeinheit, eine Anzeigeeinheit und dergleichen (nicht gezeigt) als Peripheriegeräte an die Steuereinheit 90 angeschlossen sein. Diese Eingabeeinheiten sind stellvertretend für Eingabevorrichtungen wie beispielsweise eine Tastatur und eine Maus. Die Anzeigeeinheit ist stellvertretend für eine CRT (Kathodenstrahlröhre) und eine Flüssigkristallanzeigeeinheit.
Nachstehend wird eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
11 ist eine erläuternde Darstellung, die eine Gasturbinen-Verbundanlage gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Diese Gasturbinen-Verbundanlage 104 weist im Wesentlichen die gleiche Konstruktion auf wie die Gasturbinen-Verbundanlage 100, unterscheidet sich jedoch in der Hinsicht, dass die Anlage 104 eine Abgas-Nachverbrennungseinheit aufweist, welche Brennstoff dem Abgas zuführt, um eine Nachverbrennung des Abgases durchzuführen, vorgesehen zwischen dem Abzweigabschnitt 78, der Rohrleitung 70 und dem HRSG 10. Im Übrigen ist die Konstruktion ebenso wie bei der ersten bis vierten Ausführungsform ausgebildet, sodass auf deren Konstruktion verzichtet wird, und gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.
Das Abgas der Gasturbine 20 wird an dem Abzweigabschnitt 78 der Rohrleitung 70 abgezweigt, und ein Teil des abgezweigten Abgases wird dem Hochdruck-Überhitzer 40 zugeführt, welcher die Überhitzungseinheit in dem HRSG 10 darstellt, welcher die Abgas-Rückgewinnungseinheit ist. Eine Verbrennungsverbesserungsvorrichtung 95, welche die Abgas- Nachverbrennungseinheit ist, ist an dem Einlass des HRSG 10 vorgesehen, an welchem Kraftstoff dem Hochtemperatur-Abgas zur Verfügung gestellt wird, um hierdurch eine Nachverbrennung des Abgases zu bewirken. Die Verbrennungsverbesserungsvorrichtung 95 kann in der Rohrleitung 70a vorhanden sein, welche den Abzweigabschnitt 78 mit dem HRSG 10 verbindet.
Da eine Nachverbrennung des Abgases der Gasturbine 20 durch die Verbrennungsverbesserungsvorrichtung 95 erfolgt, kann Abgas, dessen Temperatur erhöht wurde, dem Hochdruck-Überhitzer 40 in dem HRSG 10 zugeführt werden. Hierdurch kann die Temperatur des unter hohem Druck überhitzten Dampfes erhöht werden, der von dem Hochdruck-Überhitzer 40 erzeugt wird, sodass die Dampftemperatur am Einlass der Hochdruck-Dampfturbine 60 ebenfalls ansteigt. Daher kann die Ausgangsleistung der Hochdruck-Dampfturbine 60 erhöht werden, wodurch ermöglicht wird, dass auch die Ausgangsleistung eines Generators 68 erhöht wird. Weiterhin ist die Verbrennungsverbesserungsvorrichtung 95a vereinigt mit dem HRSG 10 ausgebildet, sodass es nicht erforderlich ist, die Verbrennungsverbesserungsvorrichtung 95 als getrenntes Teil vorzusehen. Daher wird vorgezogen, dass das Rohrleitungssystem relativ einfach ausgebildet ist.
Weiterhin kann die Verbrennungsverbesserungsvorrichtung 95 zwischen der Gasturbine 20 und dem Verzweigungsabschnitt 78 vorgesehen werden. Bei einer derartigen Konstruktion kann das Abgas, dessen Temperatur erhöht wurde, sowohl dem HRSG 10 als auch dem Regenerator 30 zugeführt werden, welcher die Lufterwärmungseinheit darstellt, sodass die Ausgangsleistung der Gasturbine 20 gleichzeitig erhöht werden kann. Dies führt dazu, dass die Ausgangsleistung der gesamten Gasturbinen-Verbundanlage 104 weiter erhöht werden kann.
Die Verbrennungsverbesserungsvorrichtung 95 kann sowohl in der Rohrleitung 70a, welche den Verzweigungsabschnitt 78 und den HRSG 10 verbindet, als auch in einer Rohrleitung 70b vorhanden sein, welche den Verzweigungsabschnitt 78 und den Regenerator 30 verbindet. Durch eine derartige Konstruktion kann die Temperatur des Abgases, das dem HRSG 10 zugeführt werden soll, bzw. jenes, welches dem Regenerator 30 zugeführt werden soll, getrennt erhöht werden, wodurch eine Steuerung unter Berücksichtigung des Verbundwirkungsgrades ermöglicht wird, was vorzuziehen ist. In diesem Fall wird die Konstruktion relativ einfach, wenn die Verbrennungsverbesserungsvorrichtung 95 vereinigt mit dem HRSG 10 und dem Regenerator 30 ausgebildet ist. Weiterhin können die Rohrleitungen 70a und 70b aus einem Material hergestellt werden, das eine relativ geringe Temperaturwiderstandsfähigkeit aufweist, wodurch die Kosten für die Installierung der Rohrleitung 70a und dergleichen in vorteilhafter Weise minimiert werden können.
Der Verbundwirkungsgrad der Gasturbinen-Verbundanlage 104, wenn die Verbrennungsverbesserungsvorrichtung 95 in Betrieb ist, wird niedriger als in jenem Fall, in welchem die Verbrennungsverbesserungsvorrichtung 95 nicht in Betrieb ist, jedoch kann die Ausgangsleistung der Gasturbinen-Verbundanlage 104 selbst erhöht werden. Wenn daher der Bedarf an elektrischer Energie groß ist, insbesondere von etwa mittags bis drei Uhr nachmittags im Sommer, ist ein derartiger Betrieb möglich, um einen zeitweiligen Abfall des Verbundwirkungsgrads zu vernachlässigen, und die Verbrennungsverbesserungsvorrichtung 95 in Betrieb zu halten, um mit der Energieanforderung fertigzuwerden.
Wie voranstehend geschildert wird, wenn zusätzlich die Verbrennungsverbesserungsvorrichtung 95 vorgesehen ist, der Betriebsbereich der Gasturbinen-Verbundanlage 104 vergrößert, was vorzuziehen ist. Bei der fünften Ausführungsform ist die Verbrennungsverbesserungsvorrichtung 95 in der Gasturbinen-Verbundanlage 100 (siehe 1A) gemäß der ersten Ausführungsform vorgesehen, welche kein Teil der Erfindung bildet, jedoch kann die Verbrennungsverbesserungsvorrichtung 95 in jeder anderen Anlage vorhanden sein. Die Verbrennungsverbesserungsvorrichtung 95 kann in den Gasturbinen-Verbundanlagen 101 bis 103 gemäß der zweiten bis vierten Ausführungsform auf entsprechende Art und Weise vorgesehen werden. Auch in diesem Fall können eine entsprechende Wirkungsweise und entsprechende Auswirkungen zur Verfügung gestellt werden.
Wie voranstehend geschildert, wird bei der Gasturbinen-Verbundanlage gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung das Abgas der Gasturbine verzweigt, und wird ein Teil des Abgases der Lufterwärmungseinheit zugeführt, und der Rest der Abgas-Rückgewinnungseinheit zugeführt. Dies führt dazu, dass Abgas, bei dem ein Temperaturabfall verhindert wird, mit geeigneter Flussrate geliefert werden kann, zur Überhitzereinheit in der Wärmerückgewinnungsstufe, die in der Abgas-Rückgewinnungseinheit vorgesehen ist, sodass ein Wärmetauscherverlust in der Überhitzereinheit verringert wird. Jener Anteil dessen abgezweigten Abgases kann durch die Lufterwärmungseinheit hindurchgehen, um die Verbrennungsluft der Gasturbine zu erwärmen. Dies führt dazu, dass der Wirkungsgrad der Gasturbine verbessert werden kann. Weiterhin wird das Abgas nach dem Wärmeaustausch in der Lufterwärmungseinheit dem Ort zwischen der Überhitzereinheit und der Verdampfereinheit zugeführt, um hierdurch die Differenz zwischen der Einlasstemperatur und der Auslasstemperatur der Verdampfereinheit zu verringern, im Vergleich zum Stand der Technik. Dies führt dazu, dass der Wärmetauscherverlust in der Verdampfereinheit weiter verringert werden kann. Durch diese Aktionen kann der Wärmetauscherverlust in der Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit verringert werden, und kann der Wirkungsgrad der Gasturbine im Vergleich zum Stand der Technik verbessert werden, was eine weitere Verbesserung des Verbundwirkungsgrades ermöglicht.
Wenn die Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit mehrere Wärmerückgewinnungsstufen aufweist, wird darüber hinaus das Abgas, nachdem es durch die Lufterwärmungseinheit hindurchgegangen ist, dem Ort zwischen der Überhitzereinheit und der Verdampfereinheit zugeführt, die in der Wärmerückgewinnungsstufe vorgesehen ist, welcher Abgas mit der höchsten Temperatur zugeführt wird. Daher kann die Abgastemperatur am Einlass der Verdampfereinheit verringert werden, und daher kann die Temperaturdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass der Verdampfereinheit im Vergleich zum Stand der Technik verringert werden, um hierdurch den Wärmetauscherverlust in der Verdampfereinheit zu verringern. Dies führt dazu, dass der Wärmetauscherverlust in der Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit im Vergleich zum Stand der Technik verringert werden kann, und daher der Verbundwirkungsgrad weiter verbessert werden kann.
Bei der Gasturbinen-Verbundanlage gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird das Abgas der Gasturbine, welches der Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit zugeführt werden soll abgezweigt, und wird ein Teil des Abgases mehreren Lufterwärmungseinheiten zugeführt, zur schrittweisen Erwärmung der Verbrennungsluft der Gasturbine. Weiterhin sind mehrere Wärmerückgewinnungsstufen vorgesehen, in welchen die in dem Abgas der Gasturbine enthaltene Wärmeenergie schrittweise zurückgewonnen wird. Das Abgas nach dem Wärmeaustausch in der Lufterwärmungseinheit wird dem Ort zwischen der Überhitzereinheit und der Verdampfereinheit in der geeignetsten Wärmerückgewinnungsstufe zugeführt, in Abhängigkeit von der Temperatur des Abgases. Auf diese Weise wird die Wärmeenergie, die in dem Abgas der Gasturbine enthalten ist, schrittweise in der Wärmerückgewinnungsstufe und der Lufterwärmungseinheit zurückgewonnen, sodass die Wärmeenergie des Abgases wirksamer zurückgewonnen werden kann. Da das Abgas verzweigt wird, und ein Teil von ihm der Lufterwärmungseinheit zugeführt wird, und der Rest der Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit zugeführt wird, kann das Abgas der Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit mit geeigneter Flussrate zugeführt werden. Daher kann ein Wärmetauscherverlust in der Überhitzereinheit, die in der Wärmerückgewinnungsstufe vorgesehen ist, im Vergleich zum Stand der Technik verringert werden. Weiterhin wird das Abgas nach dem Wärmeaustausch in der Lufterwärmungseinheit dem Einlass der Verdampfereinheit zugeführt, welche den geeignetsten Temperaturzustand in Abhängigkeit von ihrer Temperatur aufweist, sodass der Wärmetauscherverlust in der Verdampfereinheit noch weiter verringert werden kann. Durch diese Vorgänge kann der Verbundwirkungsgrad im Vergleich zum Stand der Technik noch weiter verbessert werden.
Weiterhin ist die Gasturbinen-Verbundanlage mit der Flussrateneinstelleinheit versehen, welche die Flussrate des Abgases einstellt, das durch die Lufterwärmungseinheiten in der ersten Stufe hindurchgeht. Durch diese Flussrateneinstelleinheit kann Abgas im geeignetsten Ausmaß der Verdampfereinheit zugeführt werden, die in der Wärmerückgewinnungsstufe vorgesehen ist, in Abhängigkeit von der Belastung der Anlage und Bedingungen in Bezug auf die Atmosphärentemperatur und dergleichen. Selbst wenn sich die Belastung der Anlage und der Atmosphärentemperaturzustand und dergleichen ändern, kann daher ein Wärmetauscherverlust in der Verdampfereinheit auf einen niedrigen Wert gedrückt werden, wodurch ein Abfall des Verbundwirkungsgrades minimiert werden kann. Daher wird ermöglicht, die Anlage so zu betreiben, dass ein hoher Verbundwirkungsgrad aufrechterhalten wird.
Weiterhin ist die Abgasverzweigungsleitung mit der Abzweigeinstelleinheit versehen, welche den Abzweigfluss des Abgases einstellt, welches der Lufterwärmungseinheit zugeführt werden soll. Daher kann das Abgas der Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit und der Lufterwärmungseinheit auf die geeignetste Art und Weise zugeführt werden, abhängig von der Belastung der Anlage und Bedingungen in Bezug auf die Atmosphärentemperatur und dergleichen. Dies führt dazu, dass selbst dann, wenn sich die Belastung der Anlage und der Atmosphärentemperaturzustand und dergleichen ändern, eine Verringerung des Verbundwirkungsgrades minimiert werden kann. Daher wird ermöglicht, die Anlage so zu betreiben, dass ein hoher Verbundwirkungsgrad aufrechterhalten wird.
Weiterhin ist die Abgas-Abzweigleitung mit der Abgasnachverbrennungseinheit versehen, welche dem Abgas Brennstoff zuführt, um eine Nachverbrennung des Abgases zu bewirken. Durch diese Nachverbrennungseinheit kann die Temperatur des Abgases erhöht werden, welches der Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit zugeführt wird, sodass die Temperatur des Dampfes, der durch die Überhitzereinheit überhitzt wird, erhöht werden kann, wodurch die Ausgangsleistung der Dampfturbine erhöht wird, welcher dieser Dampf zugeführt wird. Daher wird auch die Ausgangsleistung der Anlage erhöht. Wenn ein großer Bedarf an elektrischer Energie besteht, insbesondere nachmittags mitten im Sommer, kann die Gasturbinen-Verbundanlage so eingesetzt werden, dass die Ausgangsleistung der Anlage durch die Nachverbrennungseinheit erhöht wird, um hierdurch der Anforderung zu begegnen, wodurch ein umfangreicher Betrieb der Anlage ermöglicht wird.
Weiterhin ist die Nachverbrennungseinheit zwischen dem Verzweigungsabschnitt in der Abgas-Abzweigleitung und der Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit vorgesehen, sodass die Länge der Abgas-Abzweigleitung, welche dem nachverbrannten Abgas auf hoher Temperatur ausgesetzt ist, kürzer sein kann. Daher kann selbst ein Material mit relativ geringer Wärmebeständigkeit als Bauteil der Abgas-Abzweigleitung eingesetzt werden. Dies führt dazu, dass die Herstellung der Abgas-Abzweigleitung relativ einfach wird, und auch die Montagekosten verringert werden können.
Weiterhin ist die Gasturbinen-Verbundanlage gemäß der vorliegenden Erfindung mit der Steuereinheit versehen, welche die Verzweigungsflusseinstelleinheit steuert, sodass die Flussrate des Abgases, welches der Lufterwärmungseinheit zugeführt werden soll, verringert wird, wenn die Temperatur des Abgases der Gasturbine zunimmt. Auf diese Weise wird die Abzweigfluss-Einstelleinheit auf Grundlage der Abgastemperatur der Gasturbine gesteuert, wodurch eine Steuerung mit einer schnellen Reaktion ermöglicht wird. Weiterhin ist die Gasturbinen-Verbundanlage gemäß der vorliegenden Erfindung mit der Steuereinheit versehen, welche die Abzweigfluss-Einstelleinheit auf Grundlage der Belastung der Anlage steuert. Durch Vorsehen einer derartigen Konstruktion kann die Gasturbinen-Verbundanlage in Abhängigkeit von einem Betätigungsprogramm gesteuert werden, das vorher entsprechend dem geplanten Betriebsablauf eingestellt wird.
Das Verfahren zur Betätigung der Gasturbinen-Verbundanlage, welches keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, umfasst das Verringern der Flussrate des Abgases, welches der Lufterwärmungseinheit zugeführt wird, wenn die Temperatur des Abgases der Gasturbine zunimmt. Weiterhin umfasst das Verfahren zum Betreiben der Gasturbinen-Verbundanlage gemäß der vorliegenden Erfindung, dass keinen Teil der vorliegenden Erfindung bildet, die Verringerung der Flussrate des Abgases, welche der Lufterwärmungseinheit zugeführt werden soll, wenn die Belastung der Gasturbinen-Verbundanlage zunimmt. Bei diesen Verfahren wird die Flussrate des Abgases, welches der Lufterwärmungseinheit zugeführt werden soll, verringert, wenn die Abgastemperatur der Gasturbine zunimmt, oder wenn die Belastung der Gasturbinen-Verbundanlage zunimmt. Selbst wenn die Temperatur des Abgases, die Belastung der Anlage, oder andere Faktoren sich ändern, kann daher eine Verringerung des Verbundwirkungsgrades auf das Minimum verringert werden. Daher wird ermöglicht, die Gasturbinen-Verbundanlage zu betreiben, während der hohe Verbundwirkungsgrad beibehalten wird.
Zwar wurde die Erfindung unter Bezugnahme auf eine spezielle Ausführungsform zum Zwecke ihrer vollständigen und deutlichen Beschreibung geschildert, jedoch sollen die beigefügten Patentansprüche nicht hierauf beschränkt sein, sondern so verstanden werden, dass sie sämtliche Abänderungen und alternativen Konstruktionen umfassen, die Fachleuten auf diesem Gebiet auffallen, und vom Umfang der beigefügten Patentansprüche umfasst sind.

Claims

Gasturbinen-Verbundanlage (100, 101, 102, 103, 104), bei welcher vorgesehen sind: eine Gasturbine (20); eine Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit, die Wärmeenergie zurückgewinnt, die in dem Abgas der Gasturbine (20) enthalten ist, durch Bereitstellung mehrerer Wärmerückgewinnungsstufen, die jeweils zumindest eine Überhitzereinheit (40, 41, 42) und eine Verdampfungseinheit (50, 51, 52) aufweisen; Lufterwärmungseinheiten in mehreren Stufen, die Verbrennungsluft der Gasturbine (20) durch das Abgas erwärmen; eine Abgas-Abzweigleitung, die einen Abzweigabschnitt (78, 88) zum Abzweigen des Abgases aufweisen, und das Abgas der Abgas-Wärmerückgewinnungseinheit und den Lufterwärmungseinheiten in den mehreren Stufen zuführt; eine Abgaszufuhrleitung einer ersten Stufe, die das Abgas nach Erwärmung der Verbrennungsluft der Gasturbine (20) in einer Lufterwärmungseinheit der ersten Stufe zum Ort zwischen der Überhitzereinheit (40, 41, 42) und der Verdampfungseinheit (50, 51, 52) zuführt, die in einer ersten Wärmerückgewinnungsstufe vorgesehen sind; und eine Abgasrückführleitung einer nachfolgenden Stufe, die das Abgas, das nach Erwärmung der Verbrennungsluft der Gasturbine (20) in der Lufterwärmungseinheit bzw. die Lufterwärmungseinheiten in einer zweiten Stufe und danach erhalten wird, zum Ort zwischen der Überhitzereinheit (40, 41, 42) und der Verdampfungseinheit (50, 51, 52) zuführt, die in der Wärmerückgewinnungsstufe bzw. den Wärmerückgewinnungsstufen und hinter einer zweiten Stufe vorgesehen sind.
Gasturbinen-Verbundanlage (100, 101, 102, 103, 104) nach Anspruch 1, welche weiterhin aufweist: eine Flussrateneinstelleinheit, die eine Flussrate des Abgases einstellt, das durch zumindest eine Stufe der Lufterwärmungseinheiten in den mehreren Stufen hindurchgeht.
Gasturbinen-Verbundanlage (100, 101, 102, 103, 104) nach Anspruch 1, bei welcher die Abgas-Abzweigleitung mit einer Abzweigfluss-Einstelleinheit (75, 76, 77, 79) versehen ist, die eine Flussrate des Abzweigflusses des Abgases einstellt, welches der Lufterwärmungseinheit zugeführt werden soll.
Gasturbinen-Verbundanlage (100, 101, 102, 103, 104) nach Anspruch 1, bei welcher die Abgas-Abzweigleitung mit einer Abgas-Nachverbrennungseinheit (95) versehen ist, die Kraftstoff dem Abgas zuführt, um das Abgas erneut zu verbrennen.
Gasturbinen-Verbundanlage (100, 101, 102, 103, 104) nach Anspruch 4, bei welcher die Nachverbrennungseinheit (95) zwischen dem Abzweigabschnitt (78, 88) der Abgas-Abzweigleitung und der Abwärme-Rückgewinnungseinheit vorgesehen ist.
Gasturbinen-Verbundanlage (100, 101, 102, 103, 104) nach Anspruch 3, bei welcher die Gasturbine (20) weiterhin eine Steuereinheit (90) aufweist, welche aufweist einen Prozessor (91), der ein Signal zum Betätigen der Abzweigfluss-Einstelleinheit (75, 76, 77, 79) aufweist, sodass die Flussrate des Abgases, welches der Lufterwärmungseinheit zugeführt werden soll, verringert wird, wenn die Temperatur des Abgases oder die Belastung der Gasturbine (20) zunimmt; und eine Steuerung (93), welche die Abzweigfluss-Einstelleinheit (75, 76, 77, 79) auf Grundlage des Signals von dem Prozessor (91) betätigt, um die Flussrate des der Lufterwärmungseinheit zugeführten Abgases zu ändern.