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Dokumentenidentifikation DE69623370T2 15.05.2003
EP-Veröffentlichungsnummer 0736669
Titel Dampfgekühlte Gasturbine
Anmelder General Electric Co., Schenectady, N.Y., US
Erfinder Tomlinson, Leroy Omar, Schenectady, New York 12309, US
Vertreter Voigt, R., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 65239 Hochheim
DE-Aktenzeichen 69623370
Vertragsstaaten CH, DE, FR, GB, IT, LI
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 25.03.1996
EP-Aktenzeichen 963020219
EP-Offenlegungsdatum 09.10.1996
EP date of grant 04.09.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.05.2003
IPC-Hauptklasse F01K 23/10

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf Energieerzeugungssysteme und auf kombinierte Zyklen, in denen Abgase aus einer Gasturbine in einem ungefeuerten oder gefeuerten Wärmerückgewinnungs- Dampfgenerator rückgewonnen werden, woraufhin eine Dampfturbinenexpansion folgt. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Dampfregelung von überhitztem Dampf in dem Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator.

In typischen Energieerzeugungssystemen mit kombiniertem Zyklus sind die Kühlung von Hochtemperatur-Komponenten der Gasturbine und der damit in Verbindung stehende Dampfzyklus gewöhnlich von den folgenden Typen:

(1) Luftgekühlte Gasturbine - Die Hochtemperatur- Komponenten der Gasturbine werden gekühlt, indem Luft von anderen Komponenten in dem Gasturbinenzyklus abgezogen oder abgeleitet wird. Der Dampfzyklus und die Kühlmittelströme der Gasturbine sind nicht integriert.

(2) Wassergekühlte Gasturbine - Die Hochtemperatur- Komponenten der Gasturbine werden mit Wasser in der flüssigen Phase gekühlt. Die Wärme, die von den Hochtemperatur- Komponenten der Gasturbine abgezogen wird, wird mit dem Grundzyklus des kombinierten Zyklus integriert. Die Energie, die von dem Hochtemperaturabschnitt der Gasturbine abgezogen wird, wird zu den Niedrigtemperaturabschnitt des Dampfzyklus transportiert, um das Wasser in der flüssigen Phase zu halten, wodurch ein Kompromiss in dem thermischen Wirkungsgrad des Zyklus herbeigeführt wird.

(3) Dampfgekühlte Gasturbine, die in einen kombinierten Zyklus mit vielen Drucken integriert ist - Dieser Zyklus verwendet Dampf von dem Niederdruckabschnitt von einem viele Drucke aufweisenden, kombinierten Wärmerückgewinnungs- Dampfgenerator (HRSG), um die Hochtemperatur-Komponenten der Gasturbine mit von der Gasturbine abgezogener Energie zu kühlen, die zu dem Niederdruckabschnitt von dem Dampfzyklus zurückgeleitet wird. Dieses System in dem US-Patent 4,424,668 beschrieben.

In einen kombinierten Zyklus aufweisenden Systemen, die der Anmelderin bekannt sind, wird die Temperatur von überhitztem Dampf, der den HRSG verlässt, gesteuert (und gekühlt) durch Einspritzen eines Wassersprühregens in einen üblichen Dampfregler bzw. Dampfattemperator, der stromaufwärts von den letzten Überhitzerdurchläufen angeordnet ist. Die Wasserquelle ist üblicherweise eine Hochdruck-Speisewasserpumpe, die stromaufwärts von dem HRSG Ekonomizer angeordnet ist. Es wurde jedoch gefunden, dass eine Verunreinigung des HRSG Überhitzers und schließlich der Gasturbine und/oder Dampfturbine selbst auftreten könnte aufgrund der Einführung von ungereinigtem Wasser in den Regler.

In einem anderen kombinierten System gemäß der US-A- 3,807,364 ist eine Mischanordnung an dem Ausgangsende von dem Überhitzer angeordnet, um gesättigten Dampf, der im Bypass um den Überhitzer herumgeströmt ist, mit dem überhitzten Dampf zu mischen, um so die Temperatur des den HRSG verlassenden Dampfes zu steuern.

Die vorliegende Erfindung versucht, die oben genannten Verunreinigungsprobleme zu lösen. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dies dadurch herbeigeführt, dass die Dampftemperatur in dem Überhitzer des HRSG durch Einspitzen von Dampf aus einem stromaufwärtigen Abschnitt des Überhitzers gesteuert wird, der in dem Hochdruck(HD)-Verdampfer und dem Dampfkessel des HRSG gereinigt worden ist, zurück in einen anderen Durchlauf des Überhitzers an einem stromabwärtigen Ort (relativ zu der Richtung der Dampfströmung, die entgegengesetzt zu der Richtung der Gasturbinenabgasströmung ist, d. h. am Vorderende des HRSG, wo die Gasturbinen-Abgase eingeführt werden und folglich dort, wo die Gasturbinen-Abgastemperaturen am höchsten sind). Vorzugsweise wird ein Steuerventil in dem Kreis verwendet, um den Eintritt von Regelungsdampf und somit die den HRSG verlassende Dampftemperatur zu steuern.

Genauer gesagt, wird Dampf von dem einen Ende (dem rückwärtigen Ende) des HRSG Überhitzers neben dem HD Verdampfer und entfernt von dem vorderen Ende des Überhitzers abgezogen und bei einer kälteren, aber trotzdem noch überhitzten Temperatur, an dem vorderen Ende des Überhitzers neben dem Gasturbinen-Abgas-Eintrittsende des HRSG wieder eingeführt, indem ein oder mehrere zwischendurchläufe des Überhitzers im Bypass umgangen werden. Der abgezogene Dampf ist nicht den Gasturbinen- Abgasen ausgesetzt und ist somit kälter, wenn er an dem vorderen Ende des Überhitzers wieder eingeführt wird.

Gemäß dem Stand der Technik, der sich auf das Mischen von eine niedrige Temperatur aufweisendem Dampf mit eine hohe Temperatur aufweisendem Dampf zum Steuern der Temperatur der kombinierten Strömung in HRSG Systemen mit kombiniertem Zyklus bezieht, wurde Dampf aus dem Dampfkessel abgezogen, der gesamte Überhitzer in einer Leitung außerhalb der HRSG Gasbahn im Bypass umgangen und dann wurde er mit Dampf, der durch den Überhitzer hindurchgeleitet wurde, an einem Mischpunkt gemischt, der stromabwärts von dem Überhitzer angeordnet ist. Diese Konfiguration hat die folgenden zwei Probleme gezeigt:

1. Wenn der Druck des gesättigten Dampfes aus dem Dampfkessel höher als 600 psia (41,3 bar) ist, kondensiert ein Teil des Dampfes, wenn sein Druck gesenkt wird, wenn er durch ein Steuerventil hindurchströmt, wodurch ein kontinuierlicher Abfluss erforderlich wird, um das Kondensat abzuleiten.

2. Wenn die Abgastemperatur der Gasturbine hoch ist, sind Situationen entstanden, in denen die Dampfsteuerung eine große Dampfmenge aus dem Dampfkessel zu dem Mischpunkt umleitet, wodurch die Strömung durch den Überhitzer hindurch verkleinert wird, so dass unzureichend Dampf zum Kühlen der Überhitzerrohre vorhanden ist und eine Überhitzung und Beschädigung an den Rohren auftreten können.

Die neue Dampfreglertechnik sorgt für eine Steuerung des Überhitzers und des Wiedererwärmers (falls vorhanden) durch Senkung der Temperatur des überhitzten Dampfes in dem vorderen Ende des Überhitzers und durch Senkung der Abgastemperatur der Gasturbine (durch Absorption von zusätzlicher Wärme in dem nun kälteren überhitzten Dampf).

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein System mit kombiniertem Zyklus geschaffen, enthaltend eine Gasturbine, eine Dampfturbine und einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator, wobei die Gasturbinen-Abgasströmung von einem Eintrittsende des Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators zu einem Austrittsende des Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators strömt zum Erhitzen von Dampf für die Dampfturbine und wobei der Wärmerückgewinnungs- Dampfgenerator einen Hochdruckverdampfer aufweist, der zur Lieferung von Dampf zu einem Überhitzer angeordnet ist, der einen Ausgang neben dem Verdampfer, einen Eingang neben dem Eintrittsende des Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators aufweist, der Überhitzer einen Eintrittspfad, einen Zwischenpfad und einen Austrittspfad aufweist, gekennzeichnet durch eine Temperaturregelungsleitung, die nicht dem Gasturbinen-Abgas ausgesetzt ist und einen Dampfausgang von dem Austrittspfad des Überhitzers und einen Dampfeintritt des Eintrittspfades des Überhitzers verbindet, um dadurch eine größere Senkung der Gasturbinen- Abgastemperatur aufgrund einer verstärkten Absorption von Wärme in den überhitzten Dampf in dem Eintrittspfad des Überhitzers zu gestatten.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Wiedererwärmungs-Dampfzykluskonfiguration für ein kombiniertes Dampfturbinen- und Gasturbinensystem geschaffen, enthaltend:

eine Dampfturbine, die mit einer Last verbunden ist;

einen Kondensierer zum Empfangen von Abdampf aus der Dampfturbine und zum Kondensieren des Abdampfes zu Wasser;

einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator zum Empfangen von Wasser aus dem Kondensierer und zum Umwandeln dieses Wassers in Dampf zum Rückleiten zur Dampfturbine;

eine Gasturbine zum Liefern von Wärme an den Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator in der Form von Abgasen;

wobei der Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator einen Wiedererhitzer zum Empfangen von kaltem Wiedererwärmungsdampf aus der Dampfturbine und einen Überhitzer zum Empfangen von Hochdruckdampf von einem Hochdruckverdampfer in dem Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator enthält, wobei der Überhitzer einen Eintrittspfad, einen Zwischenpfad und einen Austrittspfad aufweist und wobei der kalte Wiedererwärmungsdampf und die Hochdruck- Dampfströmung in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen der Abgase aus der Gasturbine strömen, und ein Eintrittspfad des Überhitzers innerhalb des Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators angeordnet ist, wo die Gasturbinen-Abgastemperaturen am höchsten sind, gekennzeichnet durch

eine Temperaturregelungsleitung, die sich außerhalb des Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators erstreckt und einen Dampfausgang der Austrittsbahn und einen Dampfeingang von der Eingangsbahn des Überhitzers verbindet, um so kälteren überhitzten Dampf aus der Austrittsbahn in die Eintrittsbahn des Überhitzers einzuführen.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Steuern der Temperatur von überhitztem Dampf in einem Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator geschaffen, der einen Verdampfer und einen Überhitzer enthält, der einen Eintrittspfad, einen Zwischenpfad und einen Austrittspfad aufweist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch:

a) Extrahieren von Überhitzerdampf aus dem Austrittspfad des Überhitzers;

b) Leiten des extrahierten Dampfes außerhalb des Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators; und

c) Wiedereinführen des extrahierten Dampfes in den Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator an dem Dampfeintrittsende des Eintrittspfades des Überhitzers.

Eine Gasturbine und eine Dampfturbine enthaltende kombinierte Systeme, in denen die Gasturbine und die Dampfturbine unabhängig arbeiten, wobei jede einen dezidierten Generator antreiben, erfordern, dass der Dampfturbine Dampf auf einer niedrigen Temperatur zugeführt wird, um sie zu starten, während die Gasturbine bei hoher Last und hoher Temperatur des Abgases arbeitet, das dem HRSG zugeführt wird. Dieser Zustand kann durch eine zweite Regelungs- bzw. Attemperationsstufe erfüllt werden, in der der gesamte oder ein Teil des Dampfes aus dem Dampfkessel extrahiert wird, der gesamte Überhitzer im Bypass umgangen wird, außer dem Hochtemperaturpfad, der dem Abgas aus der Gasturbine bei der höchsten Temperatur ausgesetzt ist, und der Dampf dem Überhitzer stromaufwärts von diesem Hochtemperatur- Überhitzerpfad wieder zugeführt wird. Der eine niedrige Temperatur aufweisende Dampf, der dem Hochtemperaturpfad zugeführt wird, kühlt das Abgas ausreichend, so dass es die Oberfläche des Überhitzers oder die Oberfläche des Wiedererhitzers, wenn er verwendet wird, der keine Dampfströmung durch ihn hindurch hat, nicht überhitzt und beschädigt wird. In dem Überhitzer- Hauptkreis kann ein Ventil enthalten sein, das die Dampfströmung durch diese Wärmeübertragungsfläche begrenzt oder ausschaltet. Diese zweite Reglerstufe wird betätigt, wenn der Dampfdruck unter dem Wert ist, der bewirken würde, dass der gesättigte Dampf, der aus dem Dampfkessel extrahiert wird, kondensiert, wenn der Druck durch das Steuerventil abgesenkt wird.

Die Erfindung wird nun mit weiteren Einzelheiten anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung ist und die Art der Trennung der Fig. 1A und 1B zeigt, und

Fig. 1A und 1B zusammen ein schematisches Teilflussdiagramm gemäß dieser Erfindung bilden.

Gemäß den Fig. 1A und 1B ist die Erfindung in ein kombiniertes Wiedererwärmungs-Energieerzeugungssystem 10 mit einem oder vielen Drucken eingebaut. Dieses Ausführungsbeispiel weist ein Gasturbinensystem 12 auf, enthaltend einen Verdichter 18, ein Verbrennungssystem 16 und eine Gasturbine 14. Ein Dampfturbinensystem 20 enthält einen Hochdruckabschnitt 22, einen Zwischendruckabschnitt 24 und einen oder mehrere Niederdruckabschnitte 26 mit vielen Dampfeintrittspunkten bei unterschiedlichen Drucken. Der Niederdruckabschnitt 26 gibt seinen Abdampf in einen Kondensierer 28 ab. Die Dampfturbine treibt den Generator 30 an, der elektrische Energie erzeugt. Die Gasturbine 12, die Dampfturbine 20 und der Generator 30 sind auf einer einzigen Welle 32 im Tandem angeordnet.

Das Dampfturbinensystem 20 ist einem HRSG 36 mit vielen Drucken zugeordnet, der einen ND Ekonomizer 38 und einen ND Verdampfer 40, einen HD und ZD Ekonomizer 42, einen Niederdruck-Überhitzer 44, einen ZD Verdampfer 46, einen HD Ekonomizer 48, einen optionalen ZD Übererhitzer 50, einen HD Verdampfer 52, einen ersten HD Überhitzerabschnitt 53, wenigstens einen HD Übererhitzer-Zwischenabschnitt 54, einen ZD Wiedererwärmer 56 und einen abschließenden HD Übererhitzerabschnitt 58 aufweist, die alle im wesentlichen so angeordnet sind, wie es in der Hauptanmeldung mit der Anmeldenummer 08/161,070 offenbart ist.

Das Kondensat wird von dem Kondensierer 28 dem HRSG 36 über eine Leitung 60 mit Hilfe einer Pumpe 62 zugeführt. Das Kondensat strömt anschließend durch den ND Ekonomizer 28 und in den ND Verdampfer 40. Dampf aus dem Niederdruckverdampfer 40 wird dem ND Übererhitzer 44 über eine Leitung 64 zugeführt und dann zu dem Niederdruckabschnitt 26 der Dampfturbine 20 über die Leitung 66 und geeignete ND Einlassstopp/Steuerventile (nicht gezeigt) zurückgeleitet.

Speisewasser strömt mit der Hilfe der Pumpen 68 und 69 durch die HD und ZD Ekonomizer 42 über Leitungen 70 und 71 und dann zu dem letzten HD Ekonomizer 48 über die Leitung 72. Zur gleichen Zeit strömt Dampf aus dem ZD Verdampfer 46 durch den optionalen ZD Übererhitzer 50 über die Leitung 74 und strömt dann durch einen Pfad 76 des Wiedererhitzers 56 über Leitungen 78, 80 und durch einen Regler bzw. Attemperator 82 über eine Leitung 84. Nachdem er durch einen zweiten Pfad 86 des Wiedererhitzers 56 geströmt ist, wird der wiedererhitzte Dampf zu dem ZD Abschnitt 24 der Dampfturbine 20 über Leitungen 88, 90 und 92 (und geeignete, nicht gezeigte Stopp/Steuerventile) zurückgeleitet.

Zwischenzeitlich wird das Kondensat in dem letzten HD Ekonomizer 48 zu dem HD Verdampfer 52 über eine Leitung 94 geleitet. Dampf, der über den HD Verdampfer 52 über eine Leitung 96 austritt, strömt durch die Überhitzerabschnitte 53, 54 und 58 und wird zu dem HD Abschnitt 22 der Dampfturbine 20 durch Leitungen 98, 100 und geeignete Stopp/Steuerventile (falls erforderlich, nicht gezeigt) zurückgeleitet. Ein Teil des HD Dampfes aus dem Überhitzerabschnitt 58 kann über eine Leitung 102 und ein Bypass-Ventil 104 zu dem Regler 106 und dann zurück zu dem Kondensierer 28 und eine Leitung 108 (üblicherweise beim Starten) geleitet werden.

Wärme wird an den HRSG 36 durch die Abgase aus der Gasturbine 22 geliefert, die in den HRSG 36 über eine Leitung 110 eintreten und aus dem HRSG 36 über einen Stapel (nicht gezeigt) über eine Leitung 112 austreten. Dem HRSG 36 kann über eine Leitung 114 optionaler Brennstoff zugeführt werden.

Auf einem niedrigen Druck befindlicher Kühldampf (auch als Gasturbinen-Kühldampf bezeichnet) wird von dem Ausgang des HD Abschnittes 22 der Dampfturbine (d. h. der normale Ausgang des HD Abschnittes oder der Abgasauslass) entnommen und über Leitungen 116, 118 dem Turbinenabschnitt 14 der Gasturbine 12 zugeführt, um die Teile der heißen Gasströmungsbahn zu kühlen. Der Kühldampf, der durch den Gasturbinen-Kühlzyklus erwärmt worden ist, wird dann direkt zu dem Einlass des ZD Abschnittes 24 der Dampfturbine 20 über eine Leitung 120 geleitet, aber in der bevorzugten Anordnung wird dieser (nun erwärmte) Kühldampf mit Dampf aus der Leitung 88 von dem Wiedererhitzer 56 in dem HRSG 36 gemischt vor dem Eintritt in den ZD Abschnitt 24 der Dampfturbine 20 durch die Leitung 92 für eine weitere Expansion. Weiterhin ist in der Figur eine Stopfbüchsen-Leckageleitung 122 gezeigt, durch die eine sehr kleine Menge von Dampfleckage aus der Stopfbüchse des Gasturbinenrotors zum Ausgang des ID Abschnittes 24 der Dampfturbine 20 zurückgeleitet wird.

Das System, wie es ansonsten in den Fig. 1A und 1B gezeigt ist, ist im wesentlichen so, wie es in der Hauptanmeldung mit der Anmeldenummer 08/161,070 offenbart ist und braucht nicht mit weiteren Einzelheiten beschrieben zu werden. Wie vorstehend angegeben ist, optimiert der signifikante Aspekt von diesem Ausführungsbeispiel, d. h. die Niederdruck-Gasturbinen- Kühldampfanordnung, den mechanischen Aufbau der gekühlten Gasturbinenteile dahingehend, dass sie gestattet, dass solche Teile dünnere Wände haben (relativ zu den dickeren Wänden, die erforderlich sind, wenn Hochdruck-Kühldampf verwendet wird, wie es in Verbindung mit den Fig. 1-3 beschrieben ist).

Das oben genannte schematische Strömungsdiagramm zeigt einen Zyklus, der Kesseltyp-Verdampfer mit natürlicher Zirkulation enthält. Das hier beschriebene System kann auch mit einen Durchgang aufweisenden Dampfgeneratoren oder Verdampfern mit Zwangsumwälzung implementiert sein.

Wie oben bereits ausgeführt wurde, ist es Praxis gewesen, die Dampftemperatur in dem vorderen Abschnitt 58 des Überhitzers 56 durch einen Wassersprühregen zu steuern, der in einen Attemperator eingeführt wird, der stromabwärts von dem ersten Pfad 53 des Überhitzers angeordnet ist, um die Temperatur des Dampfes zu steuern. Der Grund hierfür ist der, dass dem Gasturbinen-Abgas gewöhnlich gestattet wird, die Betriebstemperatur der Dampfturbine um etwa 100ºF (37,8ºC) zu überschreiten, und das Wassersprüh/Reglersystem ist verwendet worden, um den überhitzten Dampf auf die geeignete Betriebstemperatur zu kühlen.

Es ist jedoch gefunden worden, dass der Wassersprühregen, der in den Regler beispielsweise aus der Speisewasserpumpe 68 zugeführt wird (ähnlich der Anordnung in Fig. 4 der Hauptanmeldung mit der Anmeldenummer 08/161,070), problematisch sein kann, wenn das Wasser Verunreinigungen enthält. Als ein Ergebnis ist ermittelt worden, dass sauberer Dampf eine attraktive Alternative zu dem üblichen Wassersprühregen bilden würde.

Dementsprechend verwendet die Erfindung hier Dampf von dem einen Ende des Überhitzers, d. h. von einem Pfad in dem Überhitzerabschnitt 53, um die Temperatur des überhitzten Dampfes in dem Abschnitt 58 an dem gegenüberliegenden Ende zu steuern (zu kühlen). Somit führt, wie gezeigt ist, die Leitung 126 überhitzten Dampf von dem ersten Pfad des Überhitzerabschnittes 53 zu dem vorderen Ende des Überhitzerabschnittes 58 an oder nahe dem letzten Pfad und vor dem Wiedererhitzer 56. Dieser Regelungsdampf wird außerhalb des HSRG, um nicht dem Gasturbinen- Abgas ausgesetzt zu sein, unter der Steuerung des Ventils 128 entnommen. Mit anderen Worten, der überhitzte Dampf, der über die Leitung 122 extrahiert wird, ist kälter als der überhitzte Dampf in dem vorderen Abschnitt 58. Als eine Folge ist der in den Abschnitt 58 eintretende überhitzte Dampf kälter, was eine größere Senkung in der Abgastemperatur der Gasturbine aufgrund der verstärkten Absorption der Wärme in den überhitzten Dampf in dem Abschnitt 58 gestattet. Dies wiederum sorgt für eine Temperatursteuerung von sowohl dem Überhitzer als auch dem Wiedererwärmer 56.

Diejenigen Systeme, die einen auf niedriger Temperatur befindlichen Dampf zum Starten einer kalten Dampfturbine erfordern, werden durch die optionale zweite Regelungsstufe angepasst, in der Dampf aus dem Dampfkessel durch die Leitung 127 extrahiert und in den Hochtemperaturpfad des Überhitzers 130 durch Öffnen des Ventils 129 und Schließen oder Begrenzen der Strömung mit den Ventilen 128 und 131 eingelassen wird. Die gesamte oder ein Teil von der Dampfströmung strömt im Bypass um den gesamten Überhitzer 53 und 54 herum. Dies begrenzt die Überhitzung des Dampfes, da er durch nur einen Wärmeübertragungspfad 130 des Überhitzers strömt, während die Abgasströmung 110 gekühlt wird, so dass die restliche Überhitzerfläche oder die Fläche des Wiedererwärmers 86 nicht überhitzt und beschädigt werden.

Es wird deutlich, dass Dampf, der aus dem Überhitzer über die Leitung 122 entnommen wird, in dem Kessel des Hochdruckverdampfers 52 im wesentlichen gereinigt ist, so dass das Verunreinigungsproblem, das mit üblichen Reglern verbunden ist, im wesentlichen eliminiert worden ist.

Die oben beschriebene Anordnung ist auf jedes System mit kombiniertem Zyklus in sowohl Wiedererwärmungs- als auch Nicht-Wiedererwärmungszyklen anwendbar.


Anspruch[de]

1. System (10) mit kombiniertem Zyklus, enthaltend eine Gasturbine (14), eine Dampfturbine (20) und einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (36), wobei die Gasturbinen-Abgasströmung von einem Eintrittsende des Wärmerückgewinnungs- Dampfgenerators (36) zu einem Austrittsende des Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators (36) strömt zum Erhitzen von Dampf für die Dampfturbine (20) und wobei der Wärmerückgewinnungs- Dampfgenerator (36) einen Hochdruckverdampfer (52) aufweist, der zur Lieferung von Dampf zu einem Überhitzer (53, 54, 58) angeordnet ist, der einen Ausgang neben dem Verdampfer (52), einen Eingang neben dem Eintrittsende des Wärmerückgewinnungs- Dampfgenerators (36) aufweist, der Überhitzer (53, 54, 58) einen Eintrittspfad (58), einen Zwischenpfad (54) und einen Austrittspfad (53) aufweist, gekennzeichnet durch eine Temperaturregelungsleitung (126), die nicht dem Gasturbinen-Abgas ausgesetzt ist und einen Dampfausgang von der Ausgangspfad (53) des Überhitzers (53, 54, 58) und einen Dampfeintritt des Eintrittspfades (58) des Überhitzers (53, 54, 58) verbindet, um dadurch eine grössere Senkung der Gasturbinen-Abgastemperatur aufgrund einer verstärkten Absorption von Wärme in den überhitzten Dampf in dem Eintrittspfad (58) des Überhitzers (53, 54, 58) zu gestatten.

2. System nach Anspruch 1, wobei der Dampf für einen Wiedererhitzer (56) in dem Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (36) mit dem Gasturbinen-Arbeitskühldampf gemischt wird, bevor der Gasturbinen-Arbeitskühldampf zum Zwischendruckabschnitt (24) der Dampfturbine (20) zurückgeleitet wird.

3. Wiedererwärmungs-Dampfzykluskonfiguration für ein kombiniertes Dampfturbinen- und Gasturbinensystem, enthaltend:

eine Dampfturbine (20), die mit einer Last (30) verbunden ist,

einen Kondensierer (28) zum Empfangen von Abdampf aus der Dampfturbine und zum Kondensieren des Abdampfes zu Wasser;

einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (36) zum Empfangen von Wasser aus dem Kondensierer (28) und zum Umwandeln dieses Wassers in Dampf zum Rückleiten zur Dampfturbine (20);

eine Gasturbine (14) zum Liefern von Wärme an den Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (36) in der Form von Abgasen;

wobei der Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (36) einen Wiedererhitzer (56) zum Empfangen von kaltem Wiedererwärmungsdampf aus der Dampfturbine (20) und einen Überhitzer (53, 54, 58) zum Empfangen von Hochdruckdampf von einem Hochdruckverdampfer (52) in dem Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (36) enthält, wobei der Überhitzer (53, 54, 58) einen Eintrittspfad (58), einen Zwischenpfad (54) und einen Austrittspfad (53) aufweist und wobei der kalte Wiedererwärmungsdampf und die Hochdruck-Dampfströmung in einer Richtung entgegengesetzt zu der derjenigen der Abgase aus der Gasturbine (14) strömen, und ein Eintrittspfad (58) des Überhitzers (53, 54, 58) innerhalb des Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators (36) angeordnet ist, wo die Gasturbinen-Abgastemperaturen am höchsten sind, gekennzeichnet durch

eine Temperaturregelungsleitung (126), die sich ausserhalb des Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators (36) erstreckt und einen Dampfausgang der Austrittsbahn (58) und einen Dampfeingang von der Eintrittsbahn (53) des Überhitzers (53, 54, 58) verbindet, um so kälteren überhitzten Dampf aus der Austrittsbahn (53) in die Eintrittsbahn (58) des Überhitzers (53, 54, 58) einzuführen.

4. System nach Anspruch 1, 2 oder 3, enthaltend ein Strömungssteuerventil (128) in der Temperaturregelungsleitung (126).

5. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, enthaltend Mittel (116, 118) zum Liefern von Gasturbinen- Arbeitskühldampf von einem Hochdruckabschnitt (22) der Dampfturbine und zum Leiten des Gasturbinen-Arbeitskühldampfes zur Gasturbine (14) zum Kühlen heisser Gasturbinenteile, und Mittel (120) zum Rückleiten des Gasturbinen-Arbeitskühldampfes zu einem Zwischendruckabschnitt (24) der Dampfturbine.

6. Verfahren zum Steuern der Temperatur von überhitztem Dampf in einem Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (36), der einen Verdampfer (52) und einen Überhitzer (53, 54, 58) enthält, der einen Eintrittspfad (58), einen Zwischenpfad (54) und einen Austrittspfad (53) aufweist, wobei das Verfahren gekennzeichnet ist durch:

a) Extrahieren von Überhitzerdampf aus dem Austrittspfad (53) des Überhitzers (53, 54, 58);

b) Leiten des extrahierten Dampfes ausserhalb des Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerators (36); und

c) Wiedereinführen des extrahierten Dampfes in den Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (36) an dem Dampfeintrittsende des Eintrittspfades (58) des Überhitzers (53, 54, 58).

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Austrittspfad (53) des Überhitzers (53, 54, 58) sich neben dem Verdampfer (52) befindet.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, enthaltend den Schritt, daß eine Menge an überhitztem Dampf ermittelt wird, die im Schritt b) durch ein Steuerventil (128) wiedereinzuführen ist.

9. Verfahren nach Anspruch 6, 7 oder 8, wobei der überhitzte Dampf an der Eintrittsbahn (58) heisser ist als an der Austrittsbahn (53) des Überhitzers (53, 54, 58).







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