DE19544226B4 - Kombianlage mit Mehrdruckkessel - Google Patents

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    • Y02E20/16—Combined cycle power plant [CCPP], or combined cycle gas turbine [CCGT]

Abstract

Verfahren zum Betrieb eines gasbeheizten Mehrdruckabhitzekessels (7) mit mindestens einem, eine Niederdrucktrommel aufweisenden Umlaufdampferzeuger und mindestens einem Zwangsdurchlaufdampferzeuger, im wesentlichen bestehend aus einem Hochdruckeconomiser (21), einem Hochdruckverdampfer (22) und einem Hochdrucküberhitzer (23), welcher eine nachgeordnete, einen Kondensator (13) aufweisende Dampfturbinenanlage (9, 10, 11) mit Dampf versorgt,
wobei der Hochdruckeconomiser (21) über eine Hochdruckspeisepumpe (20) aus der Niederdrucktrommel (17) des Umlaufdampferzeugers angespeist wird, wobei das Arbeitsmittel aus dem Hochdruckverdampfer (22) in eine Abscheideflasche (25) geführt wird, welche über eine absperrbare Rezirkulationsleitung (26) mit der Niederdrucktrommel (17) verbunden ist, und beim Anfahren bis zum Erreichen von überhitzten Bedingungen am Austritt des Hochdruckverdampfers (22) Hochdrucksattwasser über die Abscheideflasche (25) in die Niederdrucktrommel (17) des Umlaufdampferzeugers rezirkuliert wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass bei einem Kaltstart zumindest ein Teil des Rezirkulationswassers über eine Leitung (31) in den Kondensator (13) abgeführt wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb eines gasbeheizten Mehrdruckabhitzekessels gemäss Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
  • Ein derartiger gasbeheizter Mehrdruckabhitzekessel ist bekannt aus der EP 0 359 735 A1 . Er besteht im wesentlichen aus einem Umlaufdampferzeuger in der Niederdruckstufe und einem Durchlaufdampferzeuger in der Hochdruckstufe, wobei zwischen Hochdruckverdampfer und Hochdrucküberhitzer eine Abscheideflasche angeordnet ist, die über eine absperrbare Leitung mit der Niederdruck-Dampftrommel oder einem anderen System verbunden ist. Bei dieser Anlage ist die Niederdruckdampftrommel mit einer integrierten thermischen Entgasung versehen und übernimmt die Funktion des bisher üblichen Speisewasserbehälters.
  • CH 477651 offenbart eine Hochdruck-Zwangsdurchlaufdampferzeugeranlage, bei welcher zwischen einem Verdampfer und einem Hochdrucküberhitzer eine Abscheideflasche angeordnet ist, welche über eine absperrbare Leitung mit einem Kondensator verbunden ist.
    •
  • Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betrieb eines gasbeheizten Mehrdruckabhitzekessels der im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Art bereitzustellen, welches eine grösstmögliche Flexibilität in der Fahrweise gestattet.
  • Erfindungsgemäss wird dies dadurch erreicht, dass bei einem Kaltstart eines gattungsgemässen gasbeheizten Mehrdruckabhitzekessels zumindest ein Teil des Rezirkulationswassers über eine Leitung in den Kondensator abgeführt wird.
  • Die Vorteile der Erfindung sind unter anderem darin zu sehen, dass sich durch eine Variation der Drücke im Niederdruckumlauf- und im Hochdruckdurchlaufsystem sowie des Rezirkulationsmassenstroms beim Anfahrvorgang der Zeitpunkt des Beginns der Dampferzeugung sowie die Dampfparameter je nach den konkreten Bedingungen der Anlage beeinflussen lassen.
    •
  • Kurze Beschreibung der Zeichnung
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer kombinierten Gas-Dampf-Kraftwerksanlage schematisch dargestellt. Es sind nur die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen Elemente gezeigt. Die Strömungsrichtung 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 Gasturbine 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 Kondensat wird mittels einer Kondensatpumpe 14 direkt in den Dampferzeuger 7 gefördert. Bemerkenswert ist, dass die Anlage keine, in der Regel entnahmedampfbeheizte Niederdruckvorwärmer, Speisewasserbehälter und Hochdruckvorwärmer aufweist.
  • Die Abhitzedampferzeugungsanlage 7 ist als stehender Kessel ausgeführt und arbeitet im vorliegenden Fall nach einem Zweidruck-Dampfprozess. Selbstverständlich könnte auch ein liegender Kessel zur Anwendung gelangen.
  • Das Niederdrucksystem ist als Umlaufssystem mit Trommel ausgeführt, wobei hier ein Zwangsumlaufsystem gewählt worden ist. Es besteht im Rauchgasweg des Kessels aus einem Niederdruckeconomiser 15, in den das Kondensat eingeleitet wird, einem Niederdruckverdampfer 16 und einem Niederdrucküberhitzer 19. Der Niederdruckverdampfer 16 ist über eine Umwälzpumpe 18 mit einer Niederdrucktrommel 17 verbunden. Der überhitzte Dampf wird über eine Niederdruckdampfleitung 28 in eine geeignete Stufe der Mitteldruckdampfturbine 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 Kessels im wesentlichen aus dem Hochdruckeconomiser 21, dem Hochdruckverdampfer 22 und dem Hochdrucküberhitzer 23. Dem Hochdruckeconomiser 21 wird das Arbeitsmittel über eine Hochdruckspeisepumpe 20 aus der Niederdrucktrommel 17 zugeführt. Auf diese Weise kann der bisher übliche Speisewasserbehälter entfallen. Der überhitzte Dampf wird über eine Frischdampfleitung 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 25 ist im Beispielsfall auf gleicher Höhe mit der Niederdrucktrommel 17 angeordnet. Sie ist an ihrem obereren Ende mit dem Hochdrucküberhitzer 23 verbunden. An ihrem unteren Ende ist sie zusätzlich mit einer Abschlämmleitung 29 versehen. Vom unteren Ende der Abscheideflasche 25 geht ebenfalls eine Rezirkulationsleitung 26 ab, welche ein Absperrorgan 30 enthält und in die Niederdrucktrommel 17 mündet. Von dieser Rezirkulationsleitung 26 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 Beispielsfall in Wärmetauschflächen 27, welche im Rauchgasweg des Dampferzeugers oberhalb des Hochdrucküberhitzers 23 angeordnet 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 Niederdrucksystem 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 Niederdruckumlaufsystem 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 25 und die Rezirkulationsleitung 26 in die Niederdrucktrommel 17 sichergestellt.
  • Danach wird die Gasturbine angefahren. Deren Abgase werden in den Dampferzeuger geleitet und heizen dort das in den Wärmetauschflächen zirkulierende Wasser auf. Durch die Rezirkulation wird bis zum Erreichen überhitzter Bedingungen am Austritt des Hochdruckverdampfers 22 Wärme vom Hochdruckdurchlaufsystem in die Trommel 17 des Niederdruckumlaufsystems geleitet. 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 erforderlich ist, garantiert dieses Vorgehen ein sehr wirtschaftliches Anfahren.
  • Mit dem Erreichen der jeweiligen Siedetemperaturen beginnt im Kessel die Dampfproduktion. Der erste Dampf im Niederdrucksystem wird durch Entspannung von rezirkuliertem Hochdrucksattwasser aus der Abscheideflasche erzeugt. Somit steht in der Niederdrucktrommel der für die Labyrinthe der Dampfturbine erforderliche Sperrdampf und der für das Vakuumziehen im Kondensator erforderliche Ejektordampf frühzeitig zur Verfügung.
  • Die Abscheideflasche 25 sorgt dafür, dass der Hochdrucküberhitzer 23 jederzeit trocken bleibt und am Kesselaustritt frühzeitig Überhitzter Dampf zur Verfügung steht. Sobald im Hochdruckverdampfer 22 der für einen stabilen Betrieb notwendige Druck erreicht ist, kann der Frischdampf zum Anfahren der Dampfturbine im Gleitdruckbetrieb verwendet werden.
  • Durch Variation der Drücke im Niederdruckumlauf- und im Hochdruckdurchlaufsystem sowie des Rezirkulationsmassenstromes zum Anfahrbeginn lassen 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 Flexibilität beim Anfahren.
  • Die Regelung erfolgt ausschliesslich über die drehzahlgeregelte Speisepumpe, wobei die Frischdampftemperatur über den Massenstrom eingestellt wird.
  • Das vorstehend beschriebenen Anfahrverfahren eignet sich besonders zum Warmstart der Anlage. Bei einem Kaltstart wird zumindest ein Teil des aus der Abscheideflasche 25 umgewälzten Wassers über die Wasserleitung 31 direkt in den Kondensator 13 abgeführt. Als Grundregel kann gelten, dass zwecks schnellen Anfahrens und guter Energieausnutzung so viel wie möglich in die Niederdrucktrommel 17 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 Umlaufsysteme angespeist werden. In Abweichung zum erwähnten Zwangsumlauf des Niederdrucksystems kann selbstverständlich genau so gut ein Naturumlaufsystem zur Anwendung gelangen. Die Erfindung ist des weiteren 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 25 benutzt wird, kann es angebracht sein, hierzu eine separate Umwälzpumpe vorzusehen.
    • 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
    Niederdruckdampfleitung
    29
    Abschlämmleitung
    30
    Absperrorgan
    31
    Wasserleitung
    32
    Absperrorgan

Claims (1)

  1. Verfahren zum Betrieb eines gasbeheizten Mehrdruckabhitzekessels (7) mit mindestens einem, eine Niederdrucktrommel aufweisenden Umlaufdampferzeuger und mindestens einem Zwangsdurchlaufdampferzeuger, im wesentlichen bestehend aus einem Hochdruckeconomiser (21), einem Hochdruckverdampfer (22) und einem Hochdrucküberhitzer (23), welcher eine nachgeordnete, einen Kondensator (13) aufweisende Dampfturbinenanlage (9, 10, 11) mit Dampf versorgt, wobei der Hochdruckeconomiser (21) über eine Hochdruckspeisepumpe (20) aus der Niederdrucktrommel (17) des Umlaufdampferzeugers angespeist wird, wobei das Arbeitsmittel aus dem Hochdruckverdampfer (22) in eine Abscheideflasche (25) geführt wird, welche über eine absperrbare Rezirkulationsleitung (26) mit der Niederdrucktrommel (17) verbunden ist, und beim Anfahren bis zum Erreichen von überhitzten Bedingungen am Austritt des Hochdruckverdampfers (22) Hochdrucksattwasser über die Abscheideflasche (25) in die Niederdrucktrommel (17) des Umlaufdampferzeugers rezirkuliert wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Kaltstart zumindest ein Teil des Rezirkulationswassers über eine Leitung (31) in den Kondensator (13) abgeführt wird.
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