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WO1995025880A1 - Process for operating a waste heat steam generator and waste heat steam generator so operated - Google Patents

Process for operating a waste heat steam generator and waste heat steam generator so operated Download PDF

Info

Publication number
WO1995025880A1
WO1995025880A1 PCT/DE1995/000330 DE9500330W WO9525880A1 WO 1995025880 A1 WO1995025880 A1 WO 1995025880A1 DE 9500330 W DE9500330 W DE 9500330W WO 9525880 A1 WO9525880 A1 WO 9525880A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
steam
water
pressure stage
pressure
steam generator
Prior art date
Application number
PCT/DE1995/000330
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Hermann Brückner
Erich Schmid
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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 Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Publication of WO1995025880A1 publication Critical patent/WO1995025880A1/en

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K23/00—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids
    • F01K23/02—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled
    • F01K23/06—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/10—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle
    • F01K23/106—Plants characterised by more than one engine delivering power external to the plant, the engines being driven by different fluids the engine cycles being thermally coupled combustion heat from one cycle heating the fluid in another cycle with exhaust fluid of one cycle heating the fluid in another cycle with water evaporated or preheated at different pressures in exhaust boiler

Definitions

  • the invention relates to a method for operating a heat recovery steam generator, in particular for a gas and steam turbine installation, in which, in a first pressure stage of a water-steam cycle, both preheating of feed water and evaporation of the preheated feed water and overheating of the Steam takes place by heat transfer or heat exchange with a working medium containing heat (flue gas).
  • the invention is further directed to a heat recovery steam generator operating according to this method.
  • Such a heat recovery steam generator is usually part of a gas and steam turbine system, in which the heat contained in the relaxed working fluid from the gas turbine is used to generate steam for the steam turbine.
  • the heat transfer takes place by means of a number of heating surfaces, which are arranged in the heat recovery steam generator in the form of tubes or tube bundles. These in turn are connected to the water-steam cycle of the steam turbine.
  • the water-steam cycle comprises one or more pressure stages. Each pressure stage usually has a preheating, an evaporator and a superheater heating surface.
  • a circuit with a first or high pressure stage and with a second or low pressure stage - a so-called two-pressure process - is known from EP 0 523 466 AI.
  • a circuit with three pressure stages and Z ischen superheating - a so-called three-pressure process with intermediate superheating - is known from EP 0 523 467 AI.
  • a medium pressure stage is provided which represents the second pressure stage in the three-pressure process, so that the low pressure stage represents the third pressure stage.
  • the number of active components for example pumps
  • the number of distributors and collectors increases
  • Preheaters or top heaters continue to turn on if several heating surfaces are arranged in parallel on the flue gas side and the tube bundles of the respective heating surfaces are to be connected in series on the water / steam side. Therefore, in spite of the comparatively higher cost-effectiveness of the three-pressure process, a decision was often made in favor of a two-pressure process, since the latter appears to be simpler to set up and operate.
  • the efficient three-pressure process with intermediate superheating has so far only been used with large power units, since the increase in costs compared to a one-pressure or two-pressure process has less effect here because of the comparatively high circuit complexity.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method for operating a heat recovery steam generator, in particular for a gas and steam turbine installation, with which a high degree of efficiency can be achieved with little outlay in terms of process technology. is enough. In the case of a waste heat steam generator, this is to be achieved by a reduced technical outlay compared to the prior art.
  • this object is achieved according to the invention in that steam of at least one second pressure stage is generated exclusively by relaxing a partial stream of the preheated feed water.
  • the invention is based on the consideration that, compared to the previous heat recovery steam generators, significantly fewer heating surface packages or tube bundles are used. In other words, the number of heating surfaces should be as small as possible, irrespective of the number of pressure stages, that is to say regardless of whether a one-pressure, two-pressure or three-pressure circuit is selected.
  • the steam of the second pressure stage generated by expansion is superheated by heat exchange with water from the water-steam cycle.
  • superheating takes place by throttling the steam to a reduced pressure level.
  • the steam generated by expansion is overheated by heat exchange with the flue gas.
  • the steam generated in the first pressure stage and subsequently partially expanded in a first or high-pressure part of the steam turbine is advantageously overheated again by heat exchange with the flue gas from the gas turbine within the waste heat steam generator
  • this partially relaxed steam is expediently admixed with the steam generated in the second pressure stage before it is overheated again and is fed together with this to the intermediate superheating.
  • the steam is advantageously also exclusively from the third or low-pressure stage Relaxation of water generated at a higher pressure level.
  • the water formed during the expansion of the partial flow of the preheated feed water is expediently expanded from the second pressure stage to the pressure level corresponding to the third pressure stage.
  • the low-pressure steam is overheated by heat exchange with water from the water-steam cycle, by throttling or by heat exchange with the flue gas.
  • the water which is still hot in the third pressure stage during the expansion is advantageously used for heating the feed water.
  • the feed water is expediently heated by heat exchange with the water from the third pressure stage, the latter being cooled.
  • the cooled water from the third pressure stage is then mixed into the feed water.
  • the temperature of the preheated feed water is expediently set by changing the partial stream withdrawn for the second pressure stage.
  • the temperature of the feed water after preheating or before being introduced into the evaporator system of the first pressure stage can be regulated in a simple manner via this removal.
  • the stated object is achieved according to the invention in that a steam is generated in a second pressure stage to generate steam -Circuit-switched first expansion tank is provided for relaxing feed water preheated in the first pressure stage, the steam generation in the second pressure stage taking place exclusively by expansion.
  • the preheating and evaporation of the feed water and the superheating of the steam take place as in the previous way by means of a preheating, an evaporator or a superheater heating surface.
  • a preheating, an evaporator or a superheater heating surface are arranged one behind the other within the heat recovery steam generator in the direction of flow of the flue gas from the gas turbine and connected in series within the water-steam cycle.
  • the flue gas flow and the water-steam cycle are linked in countercurrent.
  • the waste heat steam generator also advantageously comprises a reheater heating surface which is connected to the steam turbine both on the inlet side and on the outlet side.
  • this intermediate superheater heating surface is connected on the input side to a steam outlet of the first expansion tank.
  • a heat exchanger for overheating the steam of the second pressure stage.
  • a second expansion tank connected to the first expansion tank is advantageously provided, the steam of the third pressure stage likewise being generated exclusively by expansion.
  • the second expansion tank is expediently connected via its steam outlet to an inlet of the steam turbine and via its water outlet to a condenser connected downstream of the steam turbine.
  • a heat exchanger is expediently provided for overheating the steam flowing out of the second expansion tank, which is connected into the water-steam circuit between the first and the second expansion tank.
  • the second expansion tank is connected to the condenser on the water side via a heat exchanger or via a mixing device.
  • Pressure, two-pressure or three-pressure circuit is provided, is constructed practically the same.
  • FIG. 1 in a three-pressure circuit, a gas and steam turbine system with a heat recovery steam generator and with two expansion tanks and with one heat exchanger each in a high-pressure drum and in one of the expansion tanks,
  • FIG. 2 shows a circuit according to FIG. 1 with a steam superheater in a partial power line leading to an expansion tank
  • 3 shows a circuit according to FIG. 1 with an exhaust gas-heated superheater and overheating by throttling
  • FIG. 4 shows a circuit according to FIG. 1 without superheater and with a mixing preheater.
  • a gas and steam turbine system comprises a gas turbine system la and a steam turbine system Ib.
  • the gas turbine system 1 a comprises a gas turbine 2 with an air compressor 3 coupled thereto and a combustion chamber 4 connected upstream of the gas turbine 2 and which is connected to a fresh air line 5 of the air compressor 3.
  • a fuel line 6 opens into the combustion chamber 4 of the gas turbine 2.
  • the gas turbine 2 and the air compressor 3 as well as a generator 7 sit on a common shaft 8.
  • the steam turbine system 1b comprises a steam turbine 10 with a coupled generator 11 and, in a water-steam circuit 12, a capacitor 13 connected downstream of the steam turbine 10 and a waste heat steam generator 14.
  • the steam turbine 10 consists of a high-pressure part 10a and a medium-pressure part 10b and a low-pressure part 10c, which drive the generator 11 via a common shaft 15.
  • the heat recovery steam generator 14 In order to supply working fluid A or flue gas relaxed in the gas turbine 2 into the heat recovery steam generator 14, an exhaust gas line 17 is connected to an inlet 14a of the heat recovery steam generator 14.
  • the relaxed working medium A from the gas turbine 2 leaves the heat recovery steam generator 14 via its outlet 14b in the direction of a chimney (not shown).
  • the heat recovery steam generator 14 In a first pressure stage or high-pressure stage of the water-steam circuit 12, the heat recovery steam generator 14 comprises a high-pressure preheater or economizer 20 as heating surfaces and a high-pressure evaporator 22 and a high-pressure superheater 24.
  • the high-pressure superheater 24 is over a live steam line 26 is connected to the high pressure part 10a of the steam turbine.
  • the high-pressure part 10a is connected on the output side to the medium-pressure part 10b of the steam turbine 10 via an intermediate superheater 28 which is arranged within the waste heat steam generator 14 in the region of the high-pressure superheater 24.
  • the medium pressure part 10b is connected to the low pressure part 10c of the steam turbine 10 via a mixing point 29.
  • the low-pressure part 10c is connected on the outlet side to the capacitor 13 via a steam line 30.
  • the capacitor 13 is connected to the economizer 20 via a feed water line 32.
  • the economizer 20 is connected on the output side via a motor-driven valve 34 to a high-pressure drum 36 of the high-pressure stage.
  • the high-pressure evaporator 22 and the high-pressure superheater 24 are connected to this drum 36.
  • the economizer 20 of the high-pressure stage is also connected on the output side to a first relaxation tank or medium-pressure relaxing device 40 via a partial flow line 38.
  • a motor-driven valve 42 is connected to the partial flow line 38.
  • a steam line 44 connects an outlet 46 on the steam side of the first expansion tank 40 to a mixing point 48 provided on the inlet side of the reheater 28.
  • the first flash tank 40 is connected to a second flash tank or low-pressure tensioner 50.
  • a water-side outlet 52 of the first expansion tank 40 is connected to the second via a hot water line 54, into which a motor-driven valve 56 is connected Relaxation tank 50 connected.
  • the second expansion tank 50 is connected to the feed water line 32 via a water line 58.
  • the second expansion tank 50 is also connected to the low-pressure part 10c of the steam turbine via a steam line 60 connected to the mixing point -29.
  • the water-steam circuit 12 shown in FIGS. 1 to 4 is constructed from three pressure stages. However, it can also be constructed from only two pressure stages. In this case, the second flash tank 50 is omitted.
  • the first flash tank 40 is then connected to the feed water line 32 on the water side, for example via a throttle.
  • the combustion chamber 4 is supplied with liquid or gaseous fuel B, for example natural gas or heating oil, via the fuel line 6.
  • the fuel B is burned in the combustion chamber 4 with compressed fresh air L from the air compressor 3 in order to produce the working medium A ′′ for the gas turbine 2.
  • the hot and high-pressure working medium A or flue gas which is produced during the combustion is burned in the Gas turbine 2 relaxes and drives it and the air compressor 3 and the generator 7.
  • the relaxed working medium A emerging from the gas turbine 2 is introduced into the waste heat steam generator 14 via the exhaust gas line 17 and is generated there in the first pressure stage of high-pressure steam used for the steam turbine 10.
  • the flue gas stream and the water-steam circuit 12 are linked in countercurrent within the waste heat steam generator 14.
  • the partially expanded steam emerging from the high-pressure part 10a of the steam turbine 10 is overheated again in the reheater 28 and supplied to the medium-pressure part 10b of the steam turbine 10 in the superheated state.
  • the steam expanded to low pressure in the medium pressure part 10b is in the low-pressure part 10c completely relaxed and fed to the condenser 13 via the steam line 30.
  • the steam condenses there.
  • the condensate or feed water FW is conveyed via a condensate pump 62 and a feed water pump 63 into the economizer 20 of the first or high pressure stage and is preheated there. A portion of the preheated feed water FW 'flows into the high pressure drum 36.
  • the partial flow t ⁇ of the preheated feed water FW' is expanded, with steam or medium pressure steam at medium pressure and at medium pressure ⁇ of water or boiling water.
  • the medium pressure steam is fed to the reheater 28 via the steam line 44.
  • the medium-pressure water is fed via the hot water line 54 to the second expansion tank 50, where it is converted into low-pressure steam or low-pressure steam and water under low pressure.
  • the low-pressure steam is fed to the low-pressure part 10c of the steam turbine via the steam line 60.
  • the low pressure water from the second expansion tank 50 is mixed via the water line 58 with the feed water FW to be preheated.
  • the medium pressure steam of the second or medium pressure stage is obtained exclusively by releasing the partial flow ti of the preheated feed water FW ' generated from the high pressure stage.
  • the low-pressure steam of the third or low-pressure stage is generated exclusively by releasing the water formed during the expansion of the partial flow t ⁇ .
  • the production of medium or low pressure steam takes place by releasing hot water from the economizer 20, there are various possibilities for overheating the medium pressure steam and the low pressure steam.
  • the medium-pressure steam and the low-pressure steam are overheated by heat exchange with water from the water-steam circuit 12, which is warmer at the corresponding point than the respective steam.
  • a heat exchanger 70 is provided which is switched into the steam line 44 and is arranged within the high pressure drum 36.
  • a heat exchanger 72 is provided, which is connected to the steam line 60 and arranged within the first expansion tank 50.
  • a heat exchanger 70 ' which is also arranged in the steam line 44 and is connected to the partial flow line 38, is provided for the overheating of the medium-pressure steam.
  • a heat exchanger 72 ' which is also arranged in the steam line 60 and is connected to the hot water line 54, is provided for overheating the low-pressure steam.
  • the medium-pressure steam is superheated by heat exchange with the flue gas A from the gas turbine 2.
  • a superheater heating surface 74 arranged inside the steam generator in the area of the economizer 20 is provided in the steam line 44.
  • the low pressure steam is overheated by throttling the low pressure steam generated within the second expansion tank 50.
  • a throttle device 76 is provided in the steam line 60.
  • the medium pressure steam from the first expansion tank 40 and the low pressure steam from the second expansion tank 50 are fed directly to the reheater 28 or the low pressure part 10c of the steam turbine 10.
  • the water flowing out of the second expansion tank 50 is mixed into the feed water FW to be preheated via a heat exchanger 80
  • Water line 58 and on the other hand switched into the feed water line 32 The water from the second expansion tank 50 that cools within the heat exchanger 80 is fed to the feed water FW flowing out of the condenser 13 on the suction side of the feed water pump 63 coupled to the condensate pump 62 via a motor 82.
  • the condensate pump 62 and the feed water pump 63 form a combined unit together with a motor 82 common to them.
  • a motor-operated valve 84 is connected into the water line 58.
  • Another valve 86 is connected between the feed water pump 63 - on its pressure side - and the heat exchanger 80 into the feed water line 32.
  • the water line 58 of the second expansion tank 50 is connected to a feed water tank or mixing preheater 90.
  • the water accumulating within the feed water tank 90 is converted into water and steam in a relaxation bottle 92, the steam being fed back to the feed water tank 90.
  • the second flash tank 50 is connected to the flash bottle 92 via a throttle 94.
  • the temperature T of the preheated feed water FW 'can be changed by changing the partial flow t] _, that is, by changing the per unit time via the partial flow line 38 in the voltage container 40 guided feed water quantity, can be set. If, for example, when the gas turbine 2 is operated with heating oil, an increased heat recovery steam generator or boiler inlet temperature is required for preheating the feed water FW compared to natural gas operation, a comparatively high partial flow t 1 of preheated feed water FW 'is taken from the high-pressure preheater or economizer 20. The result of this is that a comparatively large amount of return water from the expansion tanks 40, 50 is available for preheating the feed water. As a result, the temperature T at the outlet of the economizer 20 drops further compared to the natural gas operation of the gas turbine 2.

Landscapes

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Abstract

In a process for operating a waste heat steam generator (14), in particular for a gas and steam turbine plant (1), supply water (FW') is pre-heated and the pre-heated supply water (FW) is evaporated at the same time as the steam is overheated by heat transfer or heat exchange with a heat transfer medium (A) (flue gas) in a first or high pressure stage of a water-steam circuit (12). In order to simplify the process while achieving a high efficiency, steam from at least a second pressure stage is exclusively generated by expanding a partial stream (t1) of pre-heated supply water (FW). In a waste heat steam generator (14) so operated with a plurality of heating surfaces (20 to 28) connected to the water-steam circuit (12) of a steam turbine (10), an expanding container (40, 50) connected to the water-steam circuit is provided for the second and all other pressure stages.

Description

Beschreibungdescription
Verfahren zum Betreiben eines Abhitzedampferzeugers sowie danach arbeitender AbhitzedampferzeugerMethod for operating a heat recovery steam generator and heat recovery steam generator operating thereafter
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Ab¬ hitzedampferzeugers, insbesondere für eine Gas- und Dampftur- binenanlage, bei dem in einer ersten Druckstufe eines Wasser- Dampf-Kreislaufs sowohl eine Vorwärmung von Speisewasser und die Verdampfung des vorgewärmten Speisewassers als auch eine Oberhitzung des Dampfes durch Wärmeübertragung oder Wärme¬ tausch mit einem Wärme enthaltenden Arbeitsmittel (Rauchgas) erfolgt. Die Erfindung richtet sich weiter auf einen nach diesem Verfahren arbeitenden Abhitzedampferzeuger.The invention relates to a method for operating a heat recovery steam generator, in particular for a gas and steam turbine installation, in which, in a first pressure stage of a water-steam cycle, both preheating of feed water and evaporation of the preheated feed water and overheating of the Steam takes place by heat transfer or heat exchange with a working medium containing heat (flue gas). The invention is further directed to a heat recovery steam generator operating according to this method.
Ein derartiger Abhitzedampferzeuger ist üblicherweise Teil einer Gas- und Dampfturbinenanlage, bei der die im entspann¬ ten Arbeitsmittel aus der Gasturbine enthaltene Wärme zur Er¬ zeugung von Dampf für die Dampfturbine genutzt wird. Die Wär- meübertragung erfolgt mittels einer Anzahl von Heizflächen, die in dem Abhitzedampferzeuger in Form von Rohren oder Rohr¬ bündeln angeordnet sind. Diese wiederum sind in den Wasser- Dampf-Kreislauf der Dampfturbine geschaltet. Der Wasser- Dampf-Kreislauf umfaßt eine oder mehrere Druckstufen. Dabei weist jede Druckstufe üblicherweise eine Vorwärm-, eine Ver¬ dampfer- und eine Überhitzer-Heizfläche auf. Eine Schaltung mit einer ersten oder Hochdruckstufe und mit einer zweiten oder Niederdruckstufe - ein sogenannter Zwei-Druck-Prozeß - ist aus der EP 0 523 466 AI bekannt. Eine Schaltung mit drei Druckstufen und Z ischenüberhitzung - ein sogenannter Drei- Druck-Prozeß mit Zwischenüberhitzung - ist aus der EP 0 523 467 AI bekannt. Dabei ist zusätzlich eine Mittel¬ druckstufe vorgesehen, die beim Drei-Druck-Prozeß die zweite Druckstufe darstellt, so daß die Niederdruckstufe die dritte Druckstufe repräsentiert. Bei derartigen Mehr-Druck-Prozessen in Gas- und Dampfturbi¬ nenanlagen, die aufgrund der hohen Wirtschaftlichkeit immer mehr Verbreitung finden, wird die Schaltung des Abhitzedampf¬ erzeugers und des Wasser-Dampf-Kreislaufs zunehmend ko pli- zierter. So besteht bei einer Schaltung mit drei Druckstufen und Zwischenüberhitzung der Abhitzedampferzeuger aus einer Vielzahl von Heizflächen, zum Beispiel elf oder mehr Heizflä¬ chen, mit drei Verdampfersystemen und jeweils einer Dampf- trommel. Dies erfordert eine entsprechend große Anzahl von Sammlern und Verteilern für die Rohrbündel der Heizflächen sowie eine Vielzahl von RohrverbindungsSystemen, so daß der anlagentechnische Aufwand besonders hoch ist. Der dadurch be¬ dingte komplizierte Betrieb ist nicht nur unwirtschaftlich, sondern beeinträchtigt insbesondere auch die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit derartiger Anlagen.Such a heat recovery steam generator is usually part of a gas and steam turbine system, in which the heat contained in the relaxed working fluid from the gas turbine is used to generate steam for the steam turbine. The heat transfer takes place by means of a number of heating surfaces, which are arranged in the heat recovery steam generator in the form of tubes or tube bundles. These in turn are connected to the water-steam cycle of the steam turbine. The water-steam cycle comprises one or more pressure stages. Each pressure stage usually has a preheating, an evaporator and a superheater heating surface. A circuit with a first or high pressure stage and with a second or low pressure stage - a so-called two-pressure process - is known from EP 0 523 466 AI. A circuit with three pressure stages and Z ischen superheating - a so-called three-pressure process with intermediate superheating - is known from EP 0 523 467 AI. In addition, a medium pressure stage is provided which represents the second pressure stage in the three-pressure process, so that the low pressure stage represents the third pressure stage. In such multi-pressure processes in gas and steam turbine systems, which are becoming more and more widespread due to the high economic efficiency, the circuit of the heat recovery steam generator and the water-steam cycle is becoming increasingly complex. In a circuit with three pressure stages and reheating of the waste heat steam generator, there are a large number of heating surfaces, for example eleven or more heating surfaces, with three evaporator systems and one steam drum each. This requires a correspondingly large number of collectors and distributors for the tube bundles of the heating surfaces as well as a large number of tube connection systems, so that the plant engineering outlay is particularly high. The resulting complicated operation is not only uneconomical, but in particular also affects the reliability and availability of such systems.
Beim Betrieb der VerdampferSysteme im Naturumlauf kann die Anzahl der aktiven Komponenten, zum Beispiel Pumpen, im Ver¬ gleich zum Zwangdurchlauf oder Zwangumlauf verringert werden. Jedoch steigt die Anzahl der Verteiler und Sammler an denWhen operating the evaporator systems in natural circulation, the number of active components, for example pumps, can be reduced in comparison to the forced circulation or forced circulation. However, the number of distributors and collectors increases
Vorwärmern oder Oberhitzern weiter an, wenn mehrere Heizflä¬ chen rauchgasseitig parallel angeordnet und die Rohrbündel der jeweiligen Heizflächen wasser-/wasserdampfseitig hinter- einandergeschaltet werden sollen. Daher wurde trotz der ver- gleichsweise höheren Wirtschaftlichkeit des Drei-Druck-Pro¬ zesses häufig zugunsten eines Zwei-Druck-Prozesses entschie¬ den, da letzterer einfacher im Aufbau und im Betrieb er¬ scheint. Der wirkungsgradgünstige Drei-Druck-Prozeß mit Zwi¬ schenüberhitzung wurde bisher nur bei großen Leistungseinhei- ten eingesetzt, da sich hier die Kostensteigerung gegenüber einem Ein-Druck- oder Zwei-Druck-Prozeß aufgrund des ver¬ gleichsweise hohen Schaltungsaufwands weniger auswirkt.Preheaters or top heaters continue to turn on if several heating surfaces are arranged in parallel on the flue gas side and the tube bundles of the respective heating surfaces are to be connected in series on the water / steam side. Therefore, in spite of the comparatively higher cost-effectiveness of the three-pressure process, a decision was often made in favor of a two-pressure process, since the latter appears to be simpler to set up and operate. The efficient three-pressure process with intermediate superheating has so far only been used with large power units, since the increase in costs compared to a one-pressure or two-pressure process has less effect here because of the comparatively high circuit complexity.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Abhitzedampferzeugers, insbesondere für eine Gas- und Dampfturbinenanlage, anzugeben, mit dem ein ho¬ her Wirkungsgrad bei geringem prozeßtechnischem Aufwand er- reicht wird. Dies soll bei einem Abhitzedampferzeuger durch einen im Vergleich zum Stand der Technik verminderten techni¬ schen Aufwand erreicht werden.The invention is therefore based on the object of specifying a method for operating a heat recovery steam generator, in particular for a gas and steam turbine installation, with which a high degree of efficiency can be achieved with little outlay in terms of process technology. is enough. In the case of a waste heat steam generator, this is to be achieved by a reduced technical outlay compared to the prior art.
Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß Dampf mindestens einer zweiten Druckstufe ausschließlich durch Entspannen eines Teilstroms des vorge¬ wärmten Speisewassers erzeugt wird.With regard to the method, this object is achieved according to the invention in that steam of at least one second pressure stage is generated exclusively by relaxing a partial stream of the preheated feed water.
Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, daß im Ver¬ gleich zu den bisherigen Abhitzedampferzeugern wesentlich we¬ niger Heizflächenpakete oder Rohrbündel eingesetzt werden. Mit anderen Worten: Die Anzahl der Heizflächen soll unab¬ hängig von der Anzahl der Druckstufen, das heißt unabhängig davon, ob eine Ein-Druck-, Zwei-Druck- oder Drei-Druck-Schal¬ tung gewählt wird, möglichst gering sein.The invention is based on the consideration that, compared to the previous heat recovery steam generators, significantly fewer heating surface packages or tube bundles are used. In other words, the number of heating surfaces should be as small as possible, irrespective of the number of pressure stages, that is to say regardless of whether a one-pressure, two-pressure or three-pressure circuit is selected.
In vorteilhafter Weiterbildung wird der durch Entspannung er¬ zeugte Dampf der zweiten Druckstufe durch Wärmetausch mit Wasser des Wasser-Dampf-Kreislaufs überhitzt. Alternativ er¬ folgt die Überhitzung durch Drosselung des Dampfes auf ein vermindertes Druckniveau. Gemäß einer weiteren Alternative wird der durch Entspannung erzeugte Dampf durch Wärmetausch mit dem Rauchgas überhitzt.In an advantageous further development, the steam of the second pressure stage generated by expansion is superheated by heat exchange with water from the water-steam cycle. Alternatively, superheating takes place by throttling the steam to a reduced pressure level. According to a further alternative, the steam generated by expansion is overheated by heat exchange with the flue gas.
Bei zwei oder mehr Druckstufen wird vorteilhafterweise der in der ersten Druckstufe erzeugte und anschließend in einem er¬ sten oder Hochdruckteil der Dampfturbine teilweise entspannte Dampf durch Wärmetausch mit dem Rauchgas aus der Gasturbine innerhalb des Abhitzedampferzeugers erneut überhitztIn the case of two or more pressure stages, the steam generated in the first pressure stage and subsequently partially expanded in a first or high-pressure part of the steam turbine is advantageously overheated again by heat exchange with the flue gas from the gas turbine within the waste heat steam generator
(Zwischenüberhitzung) . Dabei wird zweckmäßigerweise diesem teilentspannten Dampf vor dessen erneuter Überhitzung der in der zweiten Druckstufe erzeugte Dampf zugemischt und zusammen mit diesem der Zwischenüberhitzung zugeführt.(Reheating). In this case, this partially relaxed steam is expediently admixed with the steam generated in the second pressure stage before it is overheated again and is fed together with this to the intermediate superheating.
Bei einem Drei-Druck-Prozeß wird vorteilhafterweise der Dampf auch der dritten oder Niederdruckstufe ausschließlich durch Entspannung von Wasser einer höheren Druckstufe erzeugt. Dazu wird zweckmäßigerweise das bei der Entspannung des Teilstroms des vorgewärmten Speisewassers entstehende Wasser aus der zweiten Druckstufe auf das der dritten Druckstufe entspre- chende Druckniveau entspannt. Die Überhitzung des Nieder¬ druckdampfes erfolgt - wie in der zweiten Druckstufe - durch Wärmetausch mit Wasser aus dem Wasser-Dampf-Kreislauf, durch Drosselung oder durch Wärmetausch mit dem Rauchgas.In a three-pressure process, the steam is advantageously also exclusively from the third or low-pressure stage Relaxation of water generated at a higher pressure level. For this purpose, the water formed during the expansion of the partial flow of the preheated feed water is expediently expanded from the second pressure stage to the pressure level corresponding to the third pressure stage. As in the second pressure stage, the low-pressure steam is overheated by heat exchange with water from the water-steam cycle, by throttling or by heat exchange with the flue gas.
Das in der dritten Druckstufe bei der Entspannung entstehende und noch heiße Wasser wird vorteilhafterweise zum Erwärmen des Speisewassers genutzt. Dabei erfolgt die Erwärmung des Speisewassers zweckmäßigerweise durch Wärmetausch mit dem Wasser aus der dritten Druckstufe, wobei dieses abgekühlt wird. Anschließend wird das abgekühlte Wasser aus der dritten Druckstufe dem Speisewasser zugemischt.The water which is still hot in the third pressure stage during the expansion is advantageously used for heating the feed water. The feed water is expediently heated by heat exchange with the water from the third pressure stage, the latter being cooled. The cooled water from the third pressure stage is then mixed into the feed water.
Die Temperatur des vorgewärmten Speisewassers wird zweckmäßi¬ gerweise durch Verändern des für die zweite Druckstufe ent- nommenen Teilstroms eingestellt. Über diese Entnahme kann die Temperatur des Speisewassers nach der Vorwärmung oder vor der Einleitung in das Verdampfersystem der ersten Druckstufe in einfacher Weise geregelt werden.The temperature of the preheated feed water is expediently set by changing the partial stream withdrawn for the second pressure stage. The temperature of the feed water after preheating or before being introduced into the evaporator system of the first pressure stage can be regulated in a simple manner via this removal.
Bezüglich des Abhitzedampferzeugers, in dem eine Anzahl von in einen Wasser-Dampf-Kreislauf der Dampfturbine geschalteten Heizflächen einer ersten Druckstufe angeordnet sind, wird die genannte Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zur Er¬ zeugung von Dampf einer zweiten Druckstufe ein in den Wasser- Dampf-Kreislauf geschalteter erster Entspannungsbehälter zum Entspannen von in der ersten Druckstufe vorgewärmtem Speise¬ wasser vorgesehen ist, wobei die Dampferzeugung der zweiten Druckstufe ausschließlich durch Entspannung erfolgt.With regard to the waste heat steam generator, in which a number of heating surfaces of a first pressure stage are arranged in a water-steam circuit of the steam turbine, the stated object is achieved according to the invention in that a steam is generated in a second pressure stage to generate steam -Circuit-switched first expansion tank is provided for relaxing feed water preheated in the first pressure stage, the steam generation in the second pressure stage taking place exclusively by expansion.
Innerhalb der ersten oder Hochdruckstufe erfolgt die Vorwär¬ mung und Verdampfung des Speisewassers sowie die Überhitzung des Dampfes wie in bisheriger Weise mittels einer Vorwärm-, einer Verdampfer- bzw. einer Überhitzer-Heizfläche. Diese sind innerhalb des Abhitzedampferzeugers in Strömungsrichtung des Rauchgases aus der Gasturbine hintereinander angeordnet und innerhalb des Wasser-Dampf-Kreislauf hintereinanderge- schaltet. Dabei sind der Rauchgasstrom und der Wasser-Dampf- Kreislauf im Gegenstrom miteinander verknüpft.Within the first or high-pressure stage, the preheating and evaporation of the feed water and the superheating of the steam take place as in the previous way by means of a preheating, an evaporator or a superheater heating surface. These are arranged one behind the other within the heat recovery steam generator in the direction of flow of the flue gas from the gas turbine and connected in series within the water-steam cycle. The flue gas flow and the water-steam cycle are linked in countercurrent.
Der Abhitzedampferzeuger umfaßt darüber hinaus vorteilhafter¬ weise eine Zwischenüberhitzer-Heizfläche, die sowohl ein- gangsseitig als'auch ausgangsseitig mit der Dampfturbine ver¬ bunden ist. In zweckmäßiger Ausgestaltung ist diese Zwischen¬ überhitzer-Heizfläche eingangsseitig mit einem Dampfauslaß des ersten Entspannungsbehälters verbunden. In dieser Verbin¬ dung liegt vorteilhafterweise ein Wärmetauscher zur Überhit- zung des Dampfes der zweiten Druckstufe.The waste heat steam generator also advantageously comprises a reheater heating surface which is connected to the steam turbine both on the inlet side and on the outlet side. In an expedient embodiment, this intermediate superheater heating surface is connected on the input side to a steam outlet of the first expansion tank. In this connection there is advantageously a heat exchanger for overheating the steam of the second pressure stage.
Zur Erzeugung von Dampf einer dritten Druckstufe ist vorteil¬ hafterweise ein mit dem ersten Entspannungsbehälter verbunde¬ ner zweiter Entspannungsbehälter vorgesehen, wobei die Dampf- erzeugung der dritten Druckstufe ebenfalls ausschließlich durch Entspannung erfolgt.To generate steam of a third pressure stage, a second expansion tank connected to the first expansion tank is advantageously provided, the steam of the third pressure stage likewise being generated exclusively by expansion.
Der zweite Entspannungsbehälter ist zweckmäßigerweise über dessen Dampfauslaß mit einem Eingang der Dampfturbine und über dessen Wasserauslaß mit einem der Dampfturbine nachge¬ schalteten Kondensator verbunden. In der dampfseitigen Ver¬ bindung ist zur Überhitzung des aus dem zweiten Entspannungs- behälter abströmenden Dampf zweckmäßigerweise ein Wärmetau¬ scher vorgesehen, der zwischen dem ersten und dem zweiten Entspannungsbehälter in den Wasser-Dampf-Kreislauf geschaltet ist.The second expansion tank is expediently connected via its steam outlet to an inlet of the steam turbine and via its water outlet to a condenser connected downstream of the steam turbine. In the connection on the steam side, a heat exchanger is expediently provided for overheating the steam flowing out of the second expansion tank, which is connected into the water-steam circuit between the first and the second expansion tank.
Zur Vorwärmung des aus dem der Dampfturbine nachgeschalteten Kondensator austretenden Kondensats oder Speisewassers ist der zweite Entspannungsbehälter wasserseitig über einen Wär¬ metauscher oder über eine Mischvorrichtung mit dem Kondensa¬ tor verbunden. Die mit der Erfindung erzielten Vorteilte bestehen insbeson¬ dere darin, daß ausgehend von einer ersten oder Hochdruckstu¬ fe aufgrund der Erzeugung von Dampf einer jeden weiteren Druckstufe ausschließlich durch Entspannung von Wasser aus der Druckstufe mit dem jeweils höheren Druckniveau ein beson¬ ders einfacher Aufbau des Abhitzedampferzeugers möglich ist. Dabei sind innerhalb des Abhitzedampferzeugers unabhängig von der Anzahl der Druckstufen lediglich drei und bei Einsatz ei¬ nes Zwischenüberhitzers vier Heizflächen erforderlich, so daß der Abhitzedampferzeuger unabhängig davon, ob eine Ein-For preheating the condensate or feed water emerging from the condenser connected downstream of the steam turbine, the second expansion tank is connected to the condenser on the water side via a heat exchanger or via a mixing device. The advantages achieved by the invention are, in particular, that starting from a first or high-pressure stage due to the generation of steam at each further pressure stage solely by relieving water from the pressure stage with the respectively higher pressure level, a particularly simple construction of the Heat recovery steam generator is possible. In this case, only three heating surfaces are required within the heat recovery steam generator, regardless of the number of pressure stages, and four when using an intermediate superheater, so that the heat recovery steam generator regardless of whether an input
Druck-, Zwei-Druck- oder Drei-Druck-Schaltung vorgesehen ist, praktisch gleich aufgebaut ist.Pressure, two-pressure or three-pressure circuit is provided, is constructed practically the same.
Während für ein im Naturumlauf betriebenes Verdampfersystem eines derartigen Abhitzedampferzeugers keine Umwälzpumpe er¬ forderlich ist, ist beim Zwangumlauf lediglich ein Umwälzpum¬ pensystem erforderlich, das zweckmäßigerweise redundant aus¬ geführt ist. Außerdem sind lediglich eine Speisewasserleitung zum Abhitzedampferzeuger und eine Wasser-Dampf-Trenntrommel für das Verdampfersystem der ersten Druckstufe erforderlich, so daß der regelungs- und leittechnische Aufwand beim Betrieb einer Gas- und Dampfturbinenanlage mit einem derartigen Ab¬ hitzedampferzeuger besonders gering sind.While no circulation pump is required for an evaporator system of such a heat recovery steam generator operated in natural circulation, only a circulation pump system is required for forced circulation, which is expediently designed to be redundant. In addition, only a feed water line to the heat recovery steam generator and a water-steam separation drum for the evaporator system of the first pressure stage are required, so that the control and control engineering effort when operating a gas and steam turbine system with such a heat recovery steam generator is particularly low.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeich¬ nung näher erläutert. Darin zeigen:Embodiments of the invention are explained in more detail with reference to a drawing. In it show:
Figur 1 in einer Drei-Druck-Schaltung eine Gas- und Dampftur¬ binenanlage mit einem Abhitzedampferzeuger und mit zwei Ent- spannungsbehältern sowie mit jeweils einem Wärmetauscher in einer Hochdruck-Trommel und in einem der Entspannungsbehäl¬ ter,FIG. 1 in a three-pressure circuit, a gas and steam turbine system with a heat recovery steam generator and with two expansion tanks and with one heat exchanger each in a high-pressure drum and in one of the expansion tanks,
Figur 2 eine Schaltung gemäß Figur 1 mit einem Dampfüberhit- zer in einer zu einem Entspannungsbehälter führenden Teil¬ stromleitung, Figur 3 eine Schaltung gemäß Figur 1 mit einem abgasbeheizten Überhitzer und einer Überhitzung durch Drosselung, undFIG. 2 shows a circuit according to FIG. 1 with a steam superheater in a partial power line leading to an expansion tank, 3 shows a circuit according to FIG. 1 with an exhaust gas-heated superheater and overheating by throttling, and
Figur 4 eine Schaltung gemäß Figur 1 ohne Überhitzer und mit einem Mischvorwärmer.4 shows a circuit according to FIG. 1 without superheater and with a mixing preheater.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided with the same reference symbols in all figures.
Eine Gas- und Dämpfturbinenanlage gemäß den Figuren 1 bis 4 umfaßt eine Gasturbinenanlage la und eine Dampfturbinenanlage Ib. Die Gasturbinenanlage la umfaßt eine Gasturbine 2 mit an¬ gekoppelten Luftverdichter 3 und eine der Gasturbine 2 vorge¬ schaltete Brennkammer 4, die an einer Frischluftleitung 5 des Luftverdichters 3 angeschlossen ist. In die Brennkammer 4 der Gasturbine 2 mündet eine Brennstoffleitung 6. Die Gasturbine 2 und der Luftverdichter 3 sowie ein Generator 7 sitzen auf einer gemeinsamen Welle 8.A gas and steam turbine system according to Figures 1 to 4 comprises a gas turbine system la and a steam turbine system Ib. The gas turbine system 1 a comprises a gas turbine 2 with an air compressor 3 coupled thereto and a combustion chamber 4 connected upstream of the gas turbine 2 and which is connected to a fresh air line 5 of the air compressor 3. A fuel line 6 opens into the combustion chamber 4 of the gas turbine 2. The gas turbine 2 and the air compressor 3 as well as a generator 7 sit on a common shaft 8.
Die Dampfturbinenanlage lb umfaßt eine Dampfturbine 10 mit angekoppeltem Generator 11 und in einem Wasser-Dampf-Kreis¬ lauf 12 einen der Dampfturbine 10 nachgeschalteten Kondensa¬ tor 13 sowie einen Abhitzedampferzeuger 14.The steam turbine system 1b comprises a steam turbine 10 with a coupled generator 11 and, in a water-steam circuit 12, a capacitor 13 connected downstream of the steam turbine 10 and a waste heat steam generator 14.
Die Dampfturbine 10 besteht aus einem Hochdruckteil 10a und einem Mitteldruckteil 10b sowie einem Niederdruckteil 10c, die über eine gemeinsame Welle 15 den Generator 11 antreiben.The steam turbine 10 consists of a high-pressure part 10a and a medium-pressure part 10b and a low-pressure part 10c, which drive the generator 11 via a common shaft 15.
Zum Zuführen von in der Gasturbine 2 entspanntem Arbeitsmit- tel A oder Rauchgas in den Abhitzedampferzeuger 14 ist eine Abgasleitung 17 an einen Eingang 14a des Abhitzedampferzeu¬ gers 14 angeschlossen. Das entspannte Arbeitsmittel A aus der Gasturbine 2 verläßt den Abhitzedampferzeuger 14 über dessen Ausgang 14b in Richtung auf einen (nicht dargestellten) Ka- min. Der Abhitzedampferzeuger 14 umfaßt in einer ersten Druckstufe oder Hochdruckstufe des Wasser-Dampf-Kreislaufs 12 als Heiz¬ flächen einen Hochdruck-Vorwärmer oder Economizer 20 und ei¬ nen Hochdruck-Verdampfer 22 sowie einen Hochdruck-Überhitzer 24. Der Hochdruck-Überhitzer 24 ist über eine Frischdampflei¬ tung 26 mit dem Hochdruckteil 10a der Dampfturbine verbunden. Der Hochdruckteil 10a ist ausgangsseitig über einen innerhalb des Abhitzedampferzeugers 14 im Bereich des Hochdruck-Über¬ hitzers 24 angeordneten Zwischenüberhitzer 28 mit dem Mittel- druckteil 10b der Dampfturbine 10 verbunden. Der Mitteldruck¬ teil 10b ist mit dem Niederdruckteil 10c der Dampfturbine 10 über eine Mischstelle 29 verbunden. Der Niederdruckteil 10c ist ausgangsseitig über eine Dampfleitung 30 an den Kondensa¬ tor 13 angeschlossen.In order to supply working fluid A or flue gas relaxed in the gas turbine 2 into the heat recovery steam generator 14, an exhaust gas line 17 is connected to an inlet 14a of the heat recovery steam generator 14. The relaxed working medium A from the gas turbine 2 leaves the heat recovery steam generator 14 via its outlet 14b in the direction of a chimney (not shown). In a first pressure stage or high-pressure stage of the water-steam circuit 12, the heat recovery steam generator 14 comprises a high-pressure preheater or economizer 20 as heating surfaces and a high-pressure evaporator 22 and a high-pressure superheater 24. The high-pressure superheater 24 is over a live steam line 26 is connected to the high pressure part 10a of the steam turbine. The high-pressure part 10a is connected on the output side to the medium-pressure part 10b of the steam turbine 10 via an intermediate superheater 28 which is arranged within the waste heat steam generator 14 in the region of the high-pressure superheater 24. The medium pressure part 10b is connected to the low pressure part 10c of the steam turbine 10 via a mixing point 29. The low-pressure part 10c is connected on the outlet side to the capacitor 13 via a steam line 30.
Der Kondensator 13 ist über eine Speisewasserleitung 32 mit dem Economizer 20 verbunden.The capacitor 13 is connected to the economizer 20 via a feed water line 32.
Der Economizer 20 ist ausgangsseitig über ein motorgetriebe- nes Ventil 34 mit einer Hochdruck-Trommel 36 der Hochdruck¬ stufe verbunden. An diese Trommel 36 sind der Hochdruck-Ver¬ dampfer 22 und der Hochdruck-Überhitzer 24 angeschlossen.The economizer 20 is connected on the output side via a motor-driven valve 34 to a high-pressure drum 36 of the high-pressure stage. The high-pressure evaporator 22 and the high-pressure superheater 24 are connected to this drum 36.
Der Economizer 20 der Hochdruckstufe ist ausgangsseitig außerdem über eine Teilstromleitung 38 an einen ersten Ent¬ spannungsbehälter oder Mitteldruck-EntSpanner 40 angeschlos¬ sen. In die Teilstromleitung 38 ist ein motorgetriebenes Ven¬ til 42 geschaltet. Eine Dampfleitung 44 verbindet einen dampfseitigen Auslaß 46 des ersten Entspannungsbehälters 40 mit einer auf der Eingangsseite des Zwischenüberhitzers 28 vorgesehenen Mischstelle 48.The economizer 20 of the high-pressure stage is also connected on the output side to a first relaxation tank or medium-pressure relaxing device 40 via a partial flow line 38. A motor-driven valve 42 is connected to the partial flow line 38. A steam line 44 connects an outlet 46 on the steam side of the first expansion tank 40 to a mixing point 48 provided on the inlet side of the reheater 28.
Der erste Entspannungsbehälter 40 ist mit einem zweiten Ent¬ spannungsbehälter oder Niederdruck-EntSpanner 50 verbunden. Dazu ist ein wasserseitiger Auslaß 52 des ersten Entspan¬ nungsbehälters 40 über eine Heißwasserleitung 54, in die ein motorgetriebenes Ventil 56 geschaltet ist, an den zweiten Entspannungsbehälter 50 angeschlossen. Der zweite Entspan¬ nungsbehälter 50 ist über eine Wasserleitung 58 mit der Spei¬ sewasserleitung 32 verbunden. Der zweite Entspannungsbehälter 50 ist außerdem über eine an die Mischstelle -29 angeschlosse- ne Dampfleitung 60 mit dem Niederdruckteil 10c der Dampftur¬ bine verbunden.The first flash tank 40 is connected to a second flash tank or low-pressure tensioner 50. For this purpose, a water-side outlet 52 of the first expansion tank 40 is connected to the second via a hot water line 54, into which a motor-driven valve 56 is connected Relaxation tank 50 connected. The second expansion tank 50 is connected to the feed water line 32 via a water line 58. The second expansion tank 50 is also connected to the low-pressure part 10c of the steam turbine via a steam line 60 connected to the mixing point -29.
Der in den Figuren 1 bis 4 dargestellte Wasser-Dampf-Kreis¬ lauf 12 ist aus drei Druckstufen aufgebaut. Er kann aber auch aus lediglich zwei Druckstufen aufgebaut sein. In diesem Fall entfällt der zweite Entspannungsbehälter 50. Der erste Ent¬ spannungsbehälter 40 ist dann wasserseitig, zum Beispiel über eine Drossel, mit der Speisewasserleitung 32 verbunden.The water-steam circuit 12 shown in FIGS. 1 to 4 is constructed from three pressure stages. However, it can also be constructed from only two pressure stages. In this case, the second flash tank 50 is omitted. The first flash tank 40 is then connected to the feed water line 32 on the water side, for example via a throttle.
Beim Betrieb der Gas- und Dampfturbinenanlage la, lb wird der Brennkammer 4 über die Brennstoffleitung 6 flüssiger oder gasförmiger Brennstoff B, zum Beispiel Erdgas bzw. Heizöl, zugeführt. Der Brennstoff B wird zur Erzeugung des Arbeits¬ mittels A" für die Gasturbine 2 in der Brennkammer 4 mit ver- dichteter Frischluft L aus dem Luftverdichter 3 verbrannt. Das bei der Verbrennung entstehende heiße und unter hohem Druck stehende Arbeitsmittel A oder Rauchgas wird in der Gas¬ turbine 2 entspannt und treibt dabei diese und den Luftver¬ dichter 3 sowie den Generator 7 an. Das aus der Gasturbine 2 austretende entspannte Arbeitsmittel A wird über die Abgas- leitung 17 in den Abhitzedampferzeuger 14 eingeleitet und dort in der ersten Druckstufe zur Erzeugung von Hochdruck¬ dampf für die Dampfturbine 10 genutzt. Zu diesem Zweck sind innerhalb des Abhitzedampferzeugers 14 der Rauchgasstrom und der Wasser-Dampf-Kreislauf 12 im Gegenstrom miteinander ver¬ knüpft.When the gas and steam turbine system la, lb is in operation, the combustion chamber 4 is supplied with liquid or gaseous fuel B, for example natural gas or heating oil, via the fuel line 6. The fuel B is burned in the combustion chamber 4 with compressed fresh air L from the air compressor 3 in order to produce the working medium A ″ for the gas turbine 2. The hot and high-pressure working medium A or flue gas which is produced during the combustion is burned in the Gas turbine 2 relaxes and drives it and the air compressor 3 and the generator 7. The relaxed working medium A emerging from the gas turbine 2 is introduced into the waste heat steam generator 14 via the exhaust gas line 17 and is generated there in the first pressure stage of high-pressure steam used for the steam turbine 10. For this purpose, the flue gas stream and the water-steam circuit 12 are linked in countercurrent within the waste heat steam generator 14.
Der aus dem Hochdruckteil 10a der Dampfturbine 10 austretende teilweise entspannte Dampf wird in dem Zwischenüberhitzer 28 erneut überhitzt und in überhitztem Zustand dem Mitteldruck¬ teil 10b der Dampfturbine 10 zugeführt. Der in dem Mittel¬ druckteil 10b auf niedrigen Druck entspannte Dampf wird in dem Niederdruckteil 10c vollständig entspannt und über die Dampfleitung 30 dem Kondensator 13 zugeführt. Dort konden¬ siert der Dampf. Das Kondensat oder Speisewasser FW wird über eine Kondensatpumpe 62 und eine Speisewasserpumpe 63 in den Economizer 20 der ersten oder Hochdruckstufe gefördert und dort vorgewärmt. Ein Teil des vorgewärmten Speisewassers FW' strömt in die Hochdrucktrommel 36.The partially expanded steam emerging from the high-pressure part 10a of the steam turbine 10 is overheated again in the reheater 28 and supplied to the medium-pressure part 10b of the steam turbine 10 in the superheated state. The steam expanded to low pressure in the medium pressure part 10b is in the low-pressure part 10c completely relaxed and fed to the condenser 13 via the steam line 30. The steam condenses there. The condensate or feed water FW is conveyed via a condensate pump 62 and a feed water pump 63 into the economizer 20 of the first or high pressure stage and is preheated there. A portion of the preheated feed water FW 'flows into the high pressure drum 36.
Ein Teilstrom t^ des vorgewärmten Speisewassers FW' strömt über die Teilstromleitung 38 in den ersten Entspannungsbehäl¬ ter 40. Dort wird der Teilstrom t^ des vorgewärmten Speise¬ wassers FW' entspannt, wobei unter mittlerem Druck stehender Dampf oder Mitteldruckdampf und unter mittlerem Druck stehen¬ des Wasser oder Siedewasser entstehen. Der Mitteldruckdampf wird über die Dampfleitung 44 dem Zwischenüberhitzer 28 zuge¬ führt. Das Mitteldruckwasser wird über die Heißwasserleitung 54 dem zweiten Entspannungsbehälter 50 zugeführt und dort in unter niedrigem Druck stehenden Dampf oder Niederdruckdampf und unter niedrigem Druck stehendes Wasser umgeformt. Der Niederdruckdampf wird über die Dampfleitung 60 dem Nieder¬ druckteil 10c der Dampfturbine zugeführt. Das Niederdruckwas¬ ser aus dem zweiten Entspannungsbehälter 50 wird über die Wasserleitung 58 dem vorzuwärmenden Speisewasser FW zuge¬ mischt.A partial flow t ^ of the preheated feed water FW 'flows via the partial flow line 38 into the first expansion tank 40. There, the partial flow t ^ of the preheated feed water FW' is expanded, with steam or medium pressure steam at medium pressure and at medium pressure ¬ of water or boiling water. The medium pressure steam is fed to the reheater 28 via the steam line 44. The medium-pressure water is fed via the hot water line 54 to the second expansion tank 50, where it is converted into low-pressure steam or low-pressure steam and water under low pressure. The low-pressure steam is fed to the low-pressure part 10c of the steam turbine via the steam line 60. The low pressure water from the second expansion tank 50 is mixed via the water line 58 with the feed water FW to be preheated.
Während in der ersten Druckstufe oder Hochdruckstufe die Dampferzeugung in an sich bekannter Weise innerhalb des Ab¬ hitzedampferzeugers 14 durch Wärmetausch an den Heizflächen 20, 22 und 24 erfolgt, wird der Mitteldruckdampf der zweiten oder Mitteldruckstufe ausschließlich durch Entspannen des Teilstroms ti des vorgewärmten Speisewassers FW' aus der Hochdruckstufe erzeugt. Ebenso wird der Niederdruckdampf der dritten oder Niederdruckstufe ausschließlich durch Entspannen von bei der Entspannung des Teilstroms t^ entstehendem Wasser erzeugt. Während die Produktion von Mittel- oder Niederdruckdampf durch Entspannen von heißem Wasser aus dem Economizer 20 er¬ folgt, gibt es für die Überhitzung des Mitteldruckdampfes und des Niederdruckdampfes verschiedene Möglichkeiten. Beispiels- weise erfolgt die Überhitzung des Mitteldruckdampfes und des Niederdruckdampfes durch Wärmetausch mit Wasser des Wasser- Dampf-Kreislaufs 12, das an der entsprechenden Stelle wärmer ist als der jeweilige Dampf.While in the first pressure stage or high pressure stage the steam is generated in a manner known per se within the heat recovery steam generator 14 by heat exchange on the heating surfaces 20, 22 and 24, the medium pressure steam of the second or medium pressure stage is obtained exclusively by releasing the partial flow ti of the preheated feed water FW ' generated from the high pressure stage. Likewise, the low-pressure steam of the third or low-pressure stage is generated exclusively by releasing the water formed during the expansion of the partial flow t ^. While the production of medium or low pressure steam takes place by releasing hot water from the economizer 20, there are various possibilities for overheating the medium pressure steam and the low pressure steam. For example, the medium-pressure steam and the low-pressure steam are overheated by heat exchange with water from the water-steam circuit 12, which is warmer at the corresponding point than the respective steam.
So ist gemäß dein Ausführungsbeispiel nach Figur 1 für dieSo according to your embodiment according to Figure 1 for
Überhitzung des Mitteldruckdampfes der zweiten Druckstufe ein Wärmetauscher 70 vorgesehen, der in die Dampfleitung 44 ge¬ schaltet und innerhalb der Hochdruck-Trommel 36 angeordnet ist. Für die Überhitzung des Niederdruckdampfes der dritten Druckstufe ist ein Wärmetauscher 72 vorgesehen, der in die Dampfleitung 60 geschaltet und innerhalb des ersten Entspan¬ nungsbehälters 50 angeordnet ist.Overheating of the medium pressure steam of the second pressure stage, a heat exchanger 70 is provided which is switched into the steam line 44 and is arranged within the high pressure drum 36. For the overheating of the low pressure steam of the third pressure stage, a heat exchanger 72 is provided, which is connected to the steam line 60 and arranged within the first expansion tank 50.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 2 ist für die Über- hitzung des Mitteldruckdampfes ein ebenfalls in der Dampflei¬ tung 44 angeordneter Wärmetauscher 70' vorgesehen, der in die Teilstromleitung 38 geschaltet ist. Zur Überhitzung des Nie¬ derdruckdampfes ist ein ebenfalls in der Dampfleitung 60 an¬ geordneter Wärmetauscher 72 ' vorgesehen, der in die Heißwas- serleitung 54 geschaltet ist.According to the exemplary embodiment according to FIG. 2, a heat exchanger 70 ', which is also arranged in the steam line 44 and is connected to the partial flow line 38, is provided for the overheating of the medium-pressure steam. A heat exchanger 72 ', which is also arranged in the steam line 60 and is connected to the hot water line 54, is provided for overheating the low-pressure steam.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 erfolgt die Über¬ hitzung des Mitteldruckdampfes durch Wärmetausch mit dem Rauchgas A aus der Gasturbine 2. Dazu ist in die Dampfleitung 44 eine innerhalb des Dampferzeugers im Bereich des Economi- zers 20 angeordnete Überhitzer-Heizfläche 74 vorgesehen. Die Überhitzung des Niederdruckdampfes erfolgt durch Drosselung des innerhalb des zweiten Entspannungsbehälters 50 entstehen¬ den Niederdruckdampfes. Dazu ist in der Dampfleitung 60 eine Drosselvorrichtung 76 vorgesehen. Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 werden der Mittel¬ druckdampf aus dem ersten Entspannungsbehälter 40 und der Niederdruckdampf aus dem zweiten Entspannungsbehälter 50 di¬ rekt dem Zwischenüberhitzer 28 bzw. dem Niederdruckteil 10c der Dampfturbine 10 zugeführt.According to the exemplary embodiment according to FIG. 3, the medium-pressure steam is superheated by heat exchange with the flue gas A from the gas turbine 2. For this purpose, a superheater heating surface 74 arranged inside the steam generator in the area of the economizer 20 is provided in the steam line 44. The low pressure steam is overheated by throttling the low pressure steam generated within the second expansion tank 50. For this purpose, a throttle device 76 is provided in the steam line 60. In the exemplary embodiment according to FIG. 4, the medium pressure steam from the first expansion tank 40 and the low pressure steam from the second expansion tank 50 are fed directly to the reheater 28 or the low pressure part 10c of the steam turbine 10.
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 1 bis 3 er¬ folgt die Zumischung des aus dem zweiten Entspannungsbehälter 50 abströmenden Wassers zu dem vorzuwärmenden Speisewasser FW über einen Wärmetauscher 80. Dieser ist einerseits in dieIn the exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 3, the water flowing out of the second expansion tank 50 is mixed into the feed water FW to be preheated via a heat exchanger 80
Wasserleitung 58 und andererseits in die Speisewasserleitung 32 geschaltet. Das innerhalb des Wärmetauschers 80 sich ab¬ kühlende Wasser aus dem zweiten Entspannungsbehälter 50 wird dem aus dem Kondensator 13 abströmenden Speisewasser FW auf der Saugseite der mit der Kondensatpumpe 62 über einen Motor 82 gekoppelten Speisewasserpumpe 63 zugeführt. Die Kondensat¬ pumpe 62 und die Speisewasserpumpe 63 bilden zusammen mit ei¬ nem ihnen gemeinsamen Motor 82 eine kombinierte Einheit. Zwi¬ schen dem Wärmetauscher 80 und der Speisewasserpumpe 63 - auf deren Saugseite - ist in die Wasserleitung 58 ein motorbe¬ triebenes Ventil 84 geschaltet. Ein weiteres Ventil 86 ist zwischen der Speisewasserpumpe 63 - auf deren Druckseite - und dem Wärmetauscher 80 in die Speisewasserleitung 32 ge¬ schaltet.Water line 58 and on the other hand switched into the feed water line 32. The water from the second expansion tank 50 that cools within the heat exchanger 80 is fed to the feed water FW flowing out of the condenser 13 on the suction side of the feed water pump 63 coupled to the condensate pump 62 via a motor 82. The condensate pump 62 and the feed water pump 63 form a combined unit together with a motor 82 common to them. Between the heat exchanger 80 and the feed water pump 63 - on the suction side thereof - a motor-operated valve 84 is connected into the water line 58. Another valve 86 is connected between the feed water pump 63 - on its pressure side - and the heat exchanger 80 into the feed water line 32.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist die Wasserlei¬ tung 58 des zweiten Entspannungsbehälters 50 mit einem Spei¬ sewasserbehälter oder Mischvorwärmer 90 verbunden. Das inner¬ halb des Speisewasserbehälters 90 sich ansammelnde Wasser wird in einer Entspannungsflasche 92 in Wasser und Dampf um¬ gewandelt, wobei der Dampf dem Speisewasserbehälter 90 wieder zugeführt wird. An die Entspannungsflasche 92 ist der zweite Entspannungsbehälter 50 über eine Drossel 94 angeschlossen.In the exemplary embodiment according to FIG. 4, the water line 58 of the second expansion tank 50 is connected to a feed water tank or mixing preheater 90. The water accumulating within the feed water tank 90 is converted into water and steam in a relaxation bottle 92, the steam being fed back to the feed water tank 90. The second flash tank 50 is connected to the flash bottle 92 via a throttle 94.
Die Temperatur T des vorgewärmten Speisewassers FW' kann durch Verändern des Teilstroms t]_, das heißt durch Verändern der pro Zeiteinheit über die Teilstromleitung 38 in den Ent- spannungsbehälter 40 geführten Speisewassermenge, eingestellt werden. Wird beispielsweise bei Heizölbetrieb der Gasturbine 2 eine im Vergleich zu Erdgasbetrieb erhöhte Abhitzedampfer¬ zeuger- oder Kesseleintrittstemperatur für d e Vorwärmung des Speisewassers FW verlangt, so wird aus dem Hochdruckvorwärmer oder Economizer 20 ein vergleichsweise hoher Teilstrom t^ an vorgewärmtem Speisewasser FW' entnommen. Dies hat zur Folge, daß eine vergleichsweise große Menge an Rücklaufwasser aus den Entspannungsbehältern 40, 50 für die Speisewasservorwär- mung zur Verfügung steht. Dadurch fällt die Temperatur T am Austritt des Economizers 20 im Vergleich zum Erdgasbetrieb der Gasturbine 2 weiter ab. The temperature T of the preheated feed water FW 'can be changed by changing the partial flow t] _, that is, by changing the per unit time via the partial flow line 38 in the voltage container 40 guided feed water quantity, can be set. If, for example, when the gas turbine 2 is operated with heating oil, an increased heat recovery steam generator or boiler inlet temperature is required for preheating the feed water FW compared to natural gas operation, a comparatively high partial flow t 1 of preheated feed water FW 'is taken from the high-pressure preheater or economizer 20. The result of this is that a comparatively large amount of return water from the expansion tanks 40, 50 is available for preheating the feed water. As a result, the temperature T at the outlet of the economizer 20 drops further compared to the natural gas operation of the gas turbine 2.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Betreiben eines Abhitzedampferzeugers (14), insbesondere für eine Gas- und Dampfturbinenanlage (1), wobei in einer ersten Druckstufe (20 bis 24) eines Wasser-Dampf- Kreislaufs (12) sowohl eine Vorwärmung von Speisewasser (FW) und die Verdampfung des vorgewärmten Speisewassers (FW* ) als auch eine Überhitzung des Dampfes durch Wärmetausch mit einem Wärme enthaltenden Arbeitsmittel (A) (Rauchgas) erfolgt, d a d u r c h 'g e k e n n z e i c h n e t , daß Dampf mindestens einer zweiten Druckstufe (40) ausschließlich durch Entspannen eines Teilstroms (t^) des vorgewärmten Speisewaε- sers (FW) erzeugt wird.1. A method for operating a heat recovery steam generator (14), in particular for a gas and steam turbine plant (1), wherein in a first pressure stage (20 to 24) of a water-steam circuit (12) both preheating feed water (FW) and the evaporation of the preheated feed water (FW *) and an overheating of the steam by heat exchange with a heat-containing working medium (A) (flue gas), characterized 'in that steam at least a second pressure stage (40) exclusively by relaxing a partial flow (t ^) of the preheated feed water (FW) is generated.
2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t , daß der durch Entspannung erzeugte Dampf der zweiten Druckstufe (40) überhitzt wird, wobei die Über¬ hitzung dieses Dampfes erfolgt:2. The method of claim 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t that the steam generated by expansion of the second pressure stage (40) is overheated, the superheating of this steam takes place:
a) durch Wärmetausch mit Wasser des Wasser-Dampf-Kreislaufs (12), odera) by heat exchange with water of the water-steam cycle (12), or
b) durch Wärmetausch mit dem Arbeitsmittel (A) , oderb) by heat exchange with the working fluid (A), or
c) durch Drosselung auf ein vermindertes Druckniveau.c) by throttling to a reduced pressure level.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e ¬ k e n n z e i c h n e t , daß der in der ersten Druckstufe (20 bis 24) erzeugte Dampf in einer Dampfturbine (10) teil- entspannt und anschließend zusammen mit dem in der zweiten3. The method of claim 1 or 2, so that the steam generated in the first pressure stage (20 to 24) is partially relaxed in a steam turbine (10) and then together with that in the second
Druckstufe (40) erzeugten Dampf durch Wärmetausch mit dem Ar¬ beitsmittel (A) zwischenüberhitzt wird.Pressure stage (40) generated steam is reheated by heat exchange with the working means (A).
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß Dampf einer dritten Druckstufe (50) durch Entspannen von bei der Entspan¬ nung des Teilstroms (t^) entstehendem Wasser erzeugt wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, since - characterized in that steam one third pressure stage (50) is generated by releasing the water formed during the expansion of the partial flow (t ^).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das vorzu- wärmende Speisewasser (FW) durch Wärmetausch mit bei der-Ent¬ spannung des Teilstroms (t^) entstehendem Wasser erwärmt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, so that the feed water (FW) to be preheated is heated by heat exchange with water which is generated during the relaxation of the partial stream (t ^).
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dem vorzu- wärmenden Speisewasser (FW) bei der Entspannung des Teil¬ stroms (t]_) entstehendes Wasser zugemischt wird.6. The method according to any one of claims 1 to 5, since ¬ characterized in that the preheating feed water (FW) during the relaxation of the Teil¬ stream (t ] _) resulting water is mixed.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Tempera¬ tur (T) des vorgewärmten Speisewassers (FW1) durch Verändern des Teilstroms (t]_) eingestellt wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, since ¬ characterized in that the temperature (T) of the preheated feed water (FW 1 ) is adjusted by changing the partial flow (t] _).
8. Abhitzdampferzeuger , insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Erzeugung von Dampf einer zweiten Druckstufe ein in den Wasser-Dampf-Kreislauf (12) geschalteter erster Entspannungsbehälter (40) zum Ent¬ spannen von in der ersten Druckstufe vorgewärmtem Speisewas¬ ser (FW1) vorgesehen ist, wobei die Dampferzeugung der zwei¬ ten Druckstufe ausschließlich durch Entspannung erfolgt.8. heat recovery steam generator, in particular for carrying out the method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that in order to generate steam a second pressure stage in the water-steam circuit (12) switched first expansion tank (40) for Ent¬ to relax in preheated feed water (FW 1 ) is provided in the first pressure stage, steam generation in the second pressure stage taking place exclusively by expansion.
9. Abhitzedampferzeuger nach Anspruch 8, g e k e n n - z e i c h n e t durch einen Zwischenüberhitzer (28), der eingangsseitig mit einem Dampfauslaß (46) des ersten Entspan¬ nungsbehälters (40) verbunden ist.9. waste heat steam generator according to claim 8, g e k e n n - z e i c h n e t by an intermediate superheater (28) which is connected on the input side to a steam outlet (46) of the first expansion tank (40).
10. Abhitzedampferzeuger nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der erste Entspannungs¬ behälter (40) dampfseitig über einen Wärmetauscher (70; 70') mit dem Zwischenüberhitzer (28) verbunden ist. 10. Heat recovery steam generator according to claim 8, characterized in that the first expansion tank (40) on the steam side is connected via a heat exchanger (70; 70 ') to the reheater (28).
11. Abhitzedampferzeuger nach einem der Ansprüche 8 bis 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zur Er¬ zeugung von Dampf einer dritten Druckstufe ein mit dem ersten Entspannungsbehälter (40) verbundener zweiter. Entspannungsbe- hälter (50) vorgesehen ist, wobei die Dampferzeugung der dritten Druckstufe ausschließlich durch Entspannung erfolgt.11. heat recovery steam generator according to one of claims 8 to 10, d a d u r c h g e k e n e z e i c h n e t that for generating steam of a third pressure stage, a second connected to the first expansion tank (40). Expansion tank (50) is provided, the steam of the third pressure stage being generated exclusively by expansion.
12. Abhitzedampferzeuger nach einem der Ansprüche 8 bis 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zwei¬ te Entspannungsbehälter (50) dampfseitig mit der Dampfturbine (10) und wasserseitig mit einem der Dampfturbine (10) nachge¬ schalteten Kondensator (13) verbunden ist.12. Heat recovery steam generator according to one of claims 8 to 11, d a d u r c h g e k e n n e e c h n e t that the second expansion tank (50) on the steam side with the steam turbine (10) and on the water side with one of the steam turbine (10) downstream capacitor (13) is connected.
13. Abhitzdampferzeuger nach Anspruch 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zweite Entspannungs- behälter (50) dampfseitig über einen Wärmetauscher (72;72') mit der Dampfturbine (10) verbunden ist.13. Heat recovery steam generator according to claim 12, so that the second expansion tank (50) is connected on the steam side to the steam turbine (10) via a heat exchanger (72; 72 ').
14. Abhitzedampferzeuger nach Anspruch 12 oder 13, d a ¬ d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der zweite Entspannungsbehälter (50) wasserseitig über einen Wärme¬ tauscher (80) oder über eine Mischvorrichtung (90) mit dem Kondensator (13) verbunden ist. 14. Heat recovery steam generator according to claim 12 or 13, so that the second expansion tank (50) is connected on the water side via a heat exchanger (80) or via a mixing device (90) to the condenser (13).
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