DE19544226A1

DE19544226A1 - Kombianlage mit Mehrdruckkessel

Info

Publication number: DE19544226A1
Application number: DE19544226A
Authority: DE
Inventors: Erhard Dr Liebig; Christoph Dr Ruchti
Original assignee: Asea Brown Boveri AG Switzerland; Asea Brown Boveri AB
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 1995-11-28
Filing date: 1995-11-28
Publication date: 1997-06-05
Anticipated expiration: 2015-11-29
Also published as: EP0777035A1; EP0777035B1; US5765509A; CN1130517C; JPH09170701A; CN1165267A; DE19544226B4

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft einen Mehrdruck-Abhitzekessel mit min destens einem Umlaufdampferzeuger, im wesentlichen bestehend aus einem Niederdruckeconomiser, einer Niederdrucktrommel und einem Niederdruckverdampfer und mindestens einem Zwangsdurch laufdampferzeuger, im wesentlichen bestehend aus einem Hoch druckeconomiser, einem Hochdruckverdampfer und einem Hoch drucküberhitzer. Sie betrifft auch ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage.

Stand der Technik

Ein derartiger gasbeheizter Mehrdruck-Abhitzekessel ist bekannt aus der DE-A-41 26 631. Er besteht im wesentlichen aus einem Umlaufdampferzeuger in der Niederdruckstufe und einem Benson-Verdampfer in der Mitteldruck-und Hochdruck stufe. Der Benson-Verdampfer der Hochdruckstufe besteht dabei aus zwei im Gleichstrom mit dem Gasstrom geführten Teilen mit unterschiedlich umgesetzten Wärmen. Dadurch sollen stabile Strömungsverhältnisse in Parallelrohren des Benson-Verdamp fers vorliegen.

Darstellung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die größtmöglichste Flexibilität in der Fahrweise gestattet.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß der Hoch druckeconomiser über eine Hochdruckspeisepumpe aus der Dampf trommel des Umlaufdampferzeugers angespeist wird, daß zwischen Hochdruckverdampfer und Hochdrucküberhitzer eine Abscheideflasche angeordnet ist und daß die Abscheideflasche über eine Rezirkulationsleitung mit der Dampftrommel verbun den ist.

Ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Anlage zeichnet sich dadurch aus, daß beim Anfahren bis zum Erreichen von über hitzten Bedingungen am Austritt des Hochdruckverdampfers Hochdruck-Sattwasser über die Abscheideflasche in die Trommel des Umlaufdampferzeugers rezirkuliert wird.

Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, daß durch die Nutzung der Dampftrommel des Umlaufdampferzeu gers als Speisewasserbehälter für den Durchlaufdampferzeuger auf einen separaten Speisewasserbehälter verzichtet werden kann. Weiter ist durch die Abscheideflasche die stetige Über hitzung des Frischdampfes garantiert und Wasserdurchbrüche sind ausgeschlossen

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer kombinierten Gas-Dampf-Kraftwerksanlage schema tisch dargestellt. Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Die Strömungs richtung der Arbeitsmittel ist mit Pfeilen dargestellt.

Weg zur Ausführung der Erfindung

Gemäß der einzigen Figur wird im Gasturbinensystem über eine Leitung 1 angesaugte Frischluft in einem Verdichter 2 auf den Arbeitsdruck verdichtet. Die verdichtete Luft wird in einer beispielsweise mit Erdgas befeuerten Brennkammer 3 stark erhitzt und das so entstandene Brenngas wird in einer Gastur bine 4 arbeitsleistend entspannt. Die dabei gewonnene Energie wird an einen Generator 5 bzw. den Verdichter 2 abgegeben. Das noch heiße Abgas der Gasturbine wird über eine Leitung 6 vom Ausgang der Gasturbine einer Abhitzedampferzeugungsanlage 7 zugeführt und daraus nach Abgabe seiner Wärme über eine Leitung 8 und einen nicht dargestellten Kamin ins Freie geleitet.

Im Wasser-Dampfkreislauf ist eine dreigehäusige Dampfturbine 9, 10 und 11 auf der gleichen Welle mit der Gasturbine angeordnet. Der in der Niederdruckturbine 11 entspannte Arbeitsdampf kondensiert in einem Kondensator 13. Das Konden sat wird mittels einer Kondensatpumpe 14 direkt in den Dampf erzeuger 7 gefördert. Bemerkenswert ist, daß die Anlage keine, in der Regel entnahmedampfbeheizte Niederdruckvorwär mer, Speisewasserbehälter und Hochdruckvorwärmer aufweist.

Die Abhitzedampferzeugungsanlage 7 ist als stehender Kessel ausgeführt und arbeitet im vorliegenden Fall nach einem Zwei druck-Dampfprozeß. Selbstverständlich könnte auch ein lie gender Kessel zur Anwendung gelangen.

Das Niederdrucksystem ist als Umlaufssystem mit Trommel aus geführt, wobei hier ein Zwangsumlaufsystem gewählt worden ist. Es besteht im Rauchgasweg des Kessels aus einem Nieder druckeconomiser 15, in den das Kondensat eingeleitet wird, einem Niederdruckverdampfer 16 und einem Niederdrucküberhit zer 19. Der Niederdruckverdampfer ist über eine Umwälzpumpe 18 mit einer Trommel 17 verbunden. Der überhitzte Dampf wird über eine Niederdruck-Dampfleitung 28 in eine geeignete Stufe der Mitteldruck-Dampfturbine 10 überführt.

Das Hochdrucksystem ist als Zwangsdurchlaufsystem ausgeführt und damit sowohl für unterkritische als auch für überkriti sche Parameter auslegbar. Es besteht im Rauchgasweg des Kes sels im wesentlichen aus dem Hochdruckeconomiser 21, dem Hochdruckverdampfer 22 und dem Hochdrucküberhitzer 23. Dem Hochdruckeconomiser 21 wird das Arbeitsmittel über eine Hoch druckspeisepumpe 20 aus der Niederdrucktrommel 17 zugeführt. Auf diese Weise kann der bisher übliche Speisewasserbehälter entfallen. Der überhitzte Dampf wird über eine Frischdampf leitung 24 in den Hochdruckteil 9 der Dampfturbine überführt.

Zur Phasentrennung ist eine Abscheideflasche 25 vorgesehen, in welche der Austritt des Hochdruckverdampfers 22 mündet. Die Abscheideflasche ist im Beispielsfall auf gleicher Höhe mit der Niederdrucktrommel angeordnet. Sie ist an ihrem obereren Ende mit dem Hochdrucküberhitzer 23 verbunden. An ihrem unteren Ende ist sie zusätzlich mit einer Abschlämmlei tung 29 versehen. Vom unteren Ende der Abscheideflasche geht ebenfalls eine Rezirkulationsleitung 26 ab, welche ein Absperrorgan 30 enthält und in die Niederdrucktrommel 17 mündet. Von dieser Rezirkulationsleitung zweigt eine weitere Wasserleitung 31 ab, welche zum Kondensator 13 führt. Auch in dieser Wasserleitung ist ein Absperrorgan 32 vorgesehen.

Nach der Teilentspannung im Hochdruckteil 9 der Turbine wird der Dampf vor der Überleitung in die Mitteldruckturbine 10 zwischenüberhitzt. Diese Zwischenüberhitzung erfolgt im Bei spielsfall in Wärmetauschflächen 27, welche im Rauchgasweg des Dampferzeugers oberhalb des Hochdrucküberhitzers 23 ange ordnet sind.

Durch Variation der Drücke und Massenströme im Umlaufsystem und im Durchlaufsystem kann mit einem solchen Dampferzeuger ein weiter Bereich von Kombiprozessen abgedeckt werden.

Nachstehend ist die Funktionsweise der im Gleitdruckverfahren arbeitenden Anlage erläutert. Zugrundegelegt wird ein Kessel mit einer sinnvollen Aufteilung der Massenströme im Nieder drucksystem und im Hochdrucksystem im Verhältnis von 1 : 4 bzw. 1 : 5.

Beim Anfahren werden bis auf die jeweiligen Überhitzer 19, 23 und den Zwischenüberhitzer 27 zunächst das Niederdruck umlaufsystem und das Hochdruckdurchlaufsystem mit Wasser gefüllt. Über die Umwälzpumpe 18 wird die Zirkulation im Niederdrucksystem sichergestellt. Über die geodätische Höhe, die Druckdifferenz sowie die Pumpen wird ebenfalls ein Umlauf im Hochdrucksystem über die Abscheideflasche und die Rezirku lationsleitung 26 in die Niederdrucktrommel sichergestellt.

Danach wird die Gasturbine angefahren. Deren Abgase werden in den Dampferzeuger geleitet und heizen dort das in den Wärme tauschflächen zirkulierende Wasser auf. Durch die Rezirkula tion wird bis zum Erreichen überhitzter Bedingungen am Aus tritt des Hochdruckverdampfers 22 Wärme vom Hochdruckdurch laufsystem in die Trommel des Niederdruckumlaufsystems gelei tet. Hierdurch wird erreicht, daß während des Anfahrens die Wärme im Bereich des Kessels gehalten wird. Nachdem somit keine Wärmeabgabe über ein Kühlsystem an die Umgebung erfor derlich ist, garantiert dieses Vorgehen ein sehr wirtschaft liches Anfahren.

Mit dem Erreichen der jeweiligen Siedetemperaturen beginnt im Kessel die Dampfproduktion. Der erste Dampf im Niederdruck system wird durch Entspannung von rezirkuliertem Hochdruck- Sattwassers aus der Abscheideflasche erzeugt. Somit steht in der Niederdrucktrommel der für die Labyrinthe der Dampftur bine erforderliche Sperrdampf und der für das Vakuumziehen im Kondensator erforderliche Ejektordampf frühzeitig zur Verfü gung.

Die Abscheidefasche sorgt dafür, daß der Hochdrucküberhitzer jederzeit trocken bleibt und am Kesselaustritt frühzeitig überhitzter Dampf zur Verfügung steht. Sobald im Hochdruckver dampfer der für einen stabilen Betrieb notwendige Druck er reicht ist, kann der Frischdampf zum Anfahren der Dampftur bine im Gleitdruckbetrieb verwendet werden.

Durch Variation der Drücke im Niederdruckumlauf- und im Hoch druckdurchlaufsystem sowie des Rezirkulationsmassenstromes zum Anfahrbeginn läßt sich der Zeitpunkt des Beginns der Dampferzeugung und die Dampfparameter wie Druck, Temperatur und Massenstrom je nach den konkreten Bedingungen der Anlage beeinflussen. Dieses Vorgehen garantiert eine hohe Flexibili tät beim Anfahren.

Die Regelung erfolgt ausschließlich über die drehzahlgere gelte Speisepumpe, wobei die Frischdampftemperatur über den Massenstrom eingestellt wird.

Das beschriebenen Anfahrverfahren eignet sich besonders zum Warmstart der Anlage. Bei einem Kaltstart wäre es denkbar, zumindest einen Teil des aus der Abscheideflasche umgewälzten Wassers über die Wasserleitung 31 direkt in den Kondensator 13 zu führen. Als Grundregel kann gelten, daß zwecks schnel len Anfahrens und guter Energieausnutzung so viel wie möglich in die Niederdrucktrommel rezirkuliert wird.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das gezeigte und beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. So sind auch Mehrdruckprozesse denkbar, wobei die im Zwangsdurchlauf arbeitenden Druckstufen jeweils aus den Trommeln der Umlauf systeme angespeist werden. In Abweichung zum erwähnten Zwangsumlauf des Niederdrucksystemes kann selbstverständlich genau so gut ein Naturumlaufsystem zur Anwendung gelangen. Die Erfindung ist desweiteren nicht an das Vorhandensein von Überhitzern und Zwischenüberhitzern gebunden. In Abweichung zur gezeigten Lösung, gemäß der die geodätische Höhe für die Rezirkulation aus der Abscheideflasche benutzt wird, kann es angebracht sein, hierzu eine separate Umwälzpumpe vorzusehen.

Bezugszeichenliste

1 Leitung (angesaugte Frischluft)
2 Verdichter
3 Brennkammer
4 Gasturbine
5 Generator
6 Leitung (Abgas)
7 Abhitzedampferzeugungsanlage
8 Leitung (zum Kamin)
9 Hochdruckturbine
10 Mitteldruckturbine
11 Niederdruckturbine
13 Kondensator
14 Kondensatpumpe
15 Niederdruckeconomiser
16 Niederdruckverdampfer
17 Niederdrucktrommel
18 Umwälzpumpe
19 Niederdrucküberhitzer
20 Hochdruckspeisewasserpumpe
21 Hochdruckeconomiser
22 Hochdruckverdampfer
23 Hochdrucküberhitzer
24 Frischdampfleitung
25 Abscheideflasche
26 Rezirkulationsleitung
27 Zwischenüberhitzer
28 Niederdruck-Dampfleitung
29 Abschlämmleitung
30 Absperrorgan
31 Wasserleitung
32 Absperrorgan.

Claims

1. Gasbeheizter Mehrdruck-Abhitzekessel (7) mit mindestens einem Umlaufdampferzeuger, im wesentlichen bestehend aus einem Niederdruckeconomiser (15), einer Niederdrucktrom mel (17) und einem Niederdruckverdampfer (16) und minde stens einem Zwangsdurchlaufdampferzeuger, im wesentli chen bestehend aus einem Hochdruckeconomiser (21), einem Hochdruckverdampfer (22) und einem Hochdrucküberhitzer (23), dadurch gekennzeichnet, daß der Hochdruckeconomiser (21) über eine Hochdruck speisepumpe (20) aus der Dampftrommel (17) des Umlauf dampferzeugers angespeist wird, daß zwischen Hochdruck verdampfer (22) und Hochdrucküberhitzer (23) eine Abscheideflasche (25) angeordnet ist und daß die Abscheideflasche über eine Rezirkulationsleitung (26) mit der Dampftrommel (17) verbunden ist.

2. Verfahren zum Betrieb des Kessels nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Anfahren bis zum Erreichen von überhitzten Bedingungen am Austritt des Hochdruckverdampfers (22) Hochdruck-Sattwasser über die Abscheideflasche (25) in die Trommel (17) des Umlauf dampferzeugers rezirkuliert wird.