CH702275A2 - Kombinationszyklus-Kraftwerk mit integrierter ORC-Vorrichtung. - Google Patents

Kombinationszyklus-Kraftwerk mit integrierter ORC-Vorrichtung. Download PDF

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CH702275A2
CH702275A2 CH01896/10A CH18962010A CH702275A2 CH 702275 A2 CH702275 A2 CH 702275A2 CH 01896/10 A CH01896/10 A CH 01896/10A CH 18962010 A CH18962010 A CH 18962010A CH 702275 A2 CH702275 A2 CH 702275A2
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CH01896/10A
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Diego Fernando Rancruel
Jatila Ranasinghe
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Gen Electric
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Abstract

Ein Kombinationszyklus-Kraftwerk (2) enthält eine Gasturbomaschine (4) mit einem Verdichterabschnitt (10) und einem Turbinenabschnitt (12), einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG) (6), der mit dem Turbinenabschnitt (12) der Gasturbomaschine (4) in Wirkverbindung verbunden ist, und eine mit organischem Fluid arbeitende Rankine-Zyklus-(ORC)-Vorrichtung (40), die fluidführend mit dem HRSG gekoppelt ist. Die ORC-Vorrichtung (40) enthält ein organisches Fluid, das durch ein in Wirkverbindung mit einer Turbine (79) gekoppeltes Kreislaufsystem (48) strömt. Erwärmtes Fluid aus dem HRSG (6) hebt eine Temperatur des durch das Kreislaufsystem (48) strömenden organischen Fluids an. Die thermische Energie aus dem organischen Fluid wird in der Turbine (79) in mechanische Energie umgewandelt.

Description

Hintergrund der Erfindung
[0001] Der hierin offengelegte Erfindungsgegenstand betrifft Kombinationszyklus-Kraftwerke und insbesondere ein Kombinationszyklus-Kraftwerk mit einer integrierten ORC-Vorrichtung.
[0002] In einem Kombinationszyklus-Kraftwerk (CCPP-Combined Cycle Power Plant) treibt eine Gasturbine einen Generator an, welcher Elektrizität erzeugt. Abwärme aus der Gasturbine wird zum Erzeugen von Dampf in einem Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG - Heat Recovery Steam Generator) genutzt, welche wiederum dazu genutzt wird, zusätzliche Elektrizität über eine Dampfturbine zu erzeugen. Insbesondere ist ein Kombinationszyklus für eine Strom erzeugende Maschine oder ein Kraftwerk charakteristisch, die mehr als nur einen thermodynamischen Zyklus nutzen. Wärmemaschinen, wie z.B. Gasturbinen sind nur in der Lage, einen Teil der Energie zu nutzen, die ihr Brennstoff erzeugt (üblicherweise weniger als 50 %). Die gesamte Restwärme (z.B. heisses Abgas) aus der Verbrennung wird insgesamt verschwendet. Eine Kombination von zwei oder mehr «Zyklen», wie z.B. eines Brayton-Kreisprozesses (Gas) mit einem Rankine-Kreisprozess (Dampf) führt zu einem verbesserten Gesamtwirkungsgrad.
[0003] Ein mit organischem Fluid arbeitender Rankine-Zyklus (ORC-Organic Rankine Cycle) ähnelt dem Zyklus einer herkömmlichen Dampfmaschine mit Ausnahme des Fluids, das die Turbine antreibt. Anstelle von Dampf verwendet der ORC ein organisches Fluid mit hoher Molekularmasse. Einige von den in ORC’s verwendeten Chemikalien sind Freon, Butan, Propan, Ammoniak sowie viele neue umweltfreundliche Kühlmittel. Das ausgewählte Kühlmittel ermöglich dem Systemkonstrukteur Niedertemperatur-Wärmequellen zum Erzeugen von Elektrizität in einem breiten Bereich von Abgabeleistungen (von wenigen kW bis 3 MW elektrischer Leistung pro Einheit) zu nutzen. Aus diesem Grunde finden ORC1s breiten Einsatz in geothermischen Wärmepumpensystemen. In einem typischen ORC wird das organische Arbeitsfluid durch Anwenden der Wärmequelle in einem Verdampfer (ORC-EVA) verdampft. Der Dampf des organischen Fluids expandiert in einer Turbine (ORC-TUR) und wird dann unter Verwendung eines Wasserstroms in einem Kondensator (ORC-CON) kondensiert (alternativ kann Umgebungsluft zum Kühlen verwendet werden). Das kondensierte Fluid wird in den Verdampfer zurückgepumpt, um somit den thermodynamischen Zyklus zu schliessen.
Kurzbeschreibung der Erfindung
[0004] Gemäss einem Aspekt der exemplarischen Ausführungsform enthält ein Kombinationszyklus-Kraftwerk eine Gasturbomaschine mit einem Verdichterabschnitt und einem Turbinenabschnitt, einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG), der mit dem Turbinenabschnitt der Gasturbomaschine in Wirkverbindung verbunden ist, und eine mit organischem Fluid arbeitende Rankine-Zyklus-(ORC)-Vorrichtung, die mit dem HRSG verbunden ist. Die ORC-Vorrichtung enthält ein organisches Fluid, das durch ein in Wirkverbindung mit einer Turbine gekoppeltes Kreislaufsystem strömt. Erwärmtes Fluid aus dem HRSG hebt eine Temperatur des durch das Kreislaufsystem strömenden organischen Fluids an. Die thermische Energie aus dem organischen Fluid wird in mechanische Energie in der Turbine umgewandelt.
[0005] Gemäss einem weiteren Aspekt der exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines Kombinationszyklus-Kraftwerkes den Betrieb einer Gasturbomaschine mit einem Verdichterabschnitt und einem Turbinenabschnitt, das Durchführen heisser Gase aus dem Turbinenabschnitt durch einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG), das Übertragen der Wärme aus den heissen Gasen auf ein durch den HRSG strömendes Fluid, um ein erwärmtes Fluid zu erzeugen, das Zuführen des erwärmten Fluids zu einer mit organischem Fluid arbeitenden Rankine-Zyklus-(ORC)-Vorichtung mit einem organisches Fluid enthaltenden Kreislaufsystem, das Übertragen von Wärme aus dem erwärmten Fluid an das durch das organisches Fluid enthaltende Kreislaufsystem in der ORC-Vorrichtung strömende organische Fluid, um einen erhitzten organischen Dampf mit thermodynamischer Energie zu erzeugen, und die Umwandlung der thermodynamischen Energie in dem erhitzten organischen Dampf in mechanische Energie in einer in Wirkverbindung mit dem Kreislaufsystem gekoppelten Turbine.
[0006] Diese und weitere Vorteile und Merkmale werden aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen deutlicher ersichtlich.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
[0007] Der als die Erfindung betrachtete Erfindungsgegenstand wird insbesondere in den Ansprüchen am Schluss der Beschreibung dargestellt und eindeutig beansprucht. Die vorstehenden und weiteren Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in welchen:
[0008] Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Kombinationzyklus-Kraftwerkes ist, das eine integrierte ORC-Vorrichtung gemäss einer exemplarischen Ausführungsform enthält.
[0009] Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Kombinationszyklus-Kraftwerkes ist, das eine integrierte ORC-Vorrichtung gemäss einem weiteren Aspekt der exemplarischen Ausführungsform enthält.
[0010] Fig. 3 eine schematische Ansicht eines Kombinationszyklus-Kraftwerkes ist, das eine integrierte ORC-Vorrichtung gemäss noch einem weiteren Aspekt der exemplarischen Ausführungsform enthält.
[0011] Die detaillierte Beschreibung erläutert Ausführungsformen der Erfindung zusammen mit Vorteilen und Merkmalen im Rahmen eines Beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
[0012] In Fig. 1 ist das gemäss einer exemplarischen Ausführungsform aufgebaute Kombinationszyklus-Kraftwerk insgesamt bei 2 dargestellt. Das Kraftwerk 2 enthält eine in Wirkverbindung mit einem Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG) 6 verbundene Gasturbomaschine 4. Die Gasturbomaschine 4 enthält einen Verdichterabschnitt 10, der mit einem Turbinenabschnitt 12 über einen Brennerabschnitt 14 verbunden ist. Der HRSG 6 enthält einen Hochdruck-(HP)-Abschnitt 19, einen Zwischendruck-(IP)-Abschnitt 20 und einen Niederdruck-(LP)-Abschnitt 21 mit einem Niederdruckbehälter 22. Der HRSG 6 ist als einen Vorwärmer 23 enthaltend dargestellt, der in Wirkverbindung mit dem LP-Abschnitt 21 verbunden ist. Der Vorwärmer 23 ist fluidführend mit einer Speisepumpe 26 verbunden, die das erhitzte Fluid an den HRSG 6 liefert. Der Vorwärmer 23 enthält gemäss einer exemplarischen Ausführungsform einen ersten Vorwärmerabschnitt 26, der fluidführend mit einem zweiten Vorwärmerabschnitt 28 über einen ersten Verbindungspunkt 31 verbunden ist. Der zweite Vorwärmerabschnitt 28 ist mit dem Niederdruckbehälter 22 über einen zweiten Verbindungspunkt 33 verbunden. Gemäss weiterer Übereinstimmung mit der dargestellten exemplarischen Ausführungsform enthält das Kombinationszyklus-Kraftwerk 2 eine ORC-Vorrichtung 40.
[0013] Gemäss einer exemplarischen Ausführungsform enthält die ORC-Vorrichtung 40 ein erstes Fluidsystem 45, das in einer Wärmeaustauschbeziehung mit einem zweiten Fluidkreislaufsystem 48 angeordnet ist. Das erste Fluidsystem 45 enthält eine Zuführungsleitung 58, die in Wirkverbindung mit dem zweiten Verbindungspunkt 33 verbunden ist, und einen Verdampfer 60, der in das zweite Fluidsystem 48 integriert ist. Eine Rückführungsleitung 62 verläuft aus dem Verdampfer 60, durch eine Pumpe 65 und zurück zum ersten Verbindungspunkt 31. Wie es nachstehend vollständiger diskutiert wird, steht das erste Fluidsystem 45 durchströmende Fluid in einer Wärmeaustauschbeziehung zu einem organischen Fluid, das durch das zweite Fluidsystem 48 strömt.
[0014] Gemäss weiterer Übereinstimmung mit der dargestellten Ausführungsform enthält das zweite Fluidsystem 48 eine Pumpe 74, die fluidführend mit einem Verdampfer 60 über eine Leitung 76 verbunden ist. Der Verdampfer 60 ist wiederum mit einer Turbine 79 über eine Leitung 80 verbunden. Die Turbine 79 ist mit einem Kondensator 83 über eine Leitung 84 verbunden. Der Kondensator 83 ist mit der Pumpe 74 über eine Leitung 86 verbunden und schliesst dadurch das zweite Fluid-System 48. Der Kondensator 83 enthält einen Kühlfluidkreis 90, der mit einer (nicht dargestellten) Kühlvorrichtung gekoppelt ist. Natürlich dürfte es erkennbar sein, dass die spezielle Art der Kühlvorrichtung variieren kann und eine Wasserkühlung, luftgekühlte Kondensatoren und dergleichen enthalten könnte. Insbesondere setzt die Pumpe 74 das durch das zweite Fluidsystem 48 strömende organische Fluid unter Druck. Das unter Druck stehende Fluid durchströmt den Verdampfer 60 und tauscht Wärme mit einem durch das erste Fluidsystem 45 hindurch tretenden Fluid aus. Das erwärmte organische Fluid strömt durch die Leitung 80 zur Turbine 79. Arbeit wird aus dem erwärmten Fluid in der Turbine 79 entzogen und beispielsweise in mechanische Energie umgewandelt, die zum Betreiben einer (nicht dargestellten) mechanischen Vorrichtung, wie z.B. eines Generators, einer Wasserpumpe, einer Luftpumpe, eines Luftverdichters oder dergleichen verwendet wird. Das erwärmte organische Fluid strömt dann durch die Leitung 84 zu dem Kondensator 83. An diesem Punkt tauscht das von dem Kühlturm kommende Fluid Wärme mit dem organischen Fluid aus. Das nun auf einer niedrigeren Temperatur befindliche organische Fluid kehrt zu der Pumpe 74 zurück, um den Wärmekreislauf erneut zu beginnen. An diesem Punkt dürfte es sich verstehen, dass die Lage der verschiedenen Verbindungspunkte in der exemplarischen Ausführungsform abhängig von einer exemplarischen Ausführungsform variieren könnte. Beispielsweise befindet sich der erste Verbindungspunkt 31 an einer Position, an welcher die Austrittstemperatur des Vorwärmers 26 im Wesentlichen ähnlich der Temperatur des durch die Leitung 62 strömenden Fluids ist.
[0015] Es wird nun auf Fig. 2bei der Beschreibung eines gemäss einer weiteren exemplarischen Ausführungsform der Erfindung aufgebauten Kombinationszyklus-Kraftwerkes 102 Bezug genommen. Das Kombinationszyklus-Kraftwerk 102 enthält eine Gasturbomaschine 104, die in Wirkverbindung mit einem HRSG 106 verbunden ist. Die Gasturbomaschine 104 enthält einen Verdichterabschnitt 110, der in Wirkverbindung mit einem Turbinenabschnitt 112 über einen Brennerabschnitt 114 verbunden ist. Der HRSG 106 enthält einen HP-Abschnitt 119, einen IP-Abschnitt 120 und einen LP-Abschnitt 121 mit einem Niederdruckbehälter 122. Der Niederdruckabschnitt 121 ist ebenfalls als einen Vorwärmer 123 enthaltend dargestellt, der fluidführend mit einer Speisepumpe 125 gekoppelt ist, die erwärmtes Fluid an den LP-Abschnitt 121 liefert. Der Vorwärmer 123 enthält einen ersten Vorwärmerabschnitt 126, der fluidführend mit einem zweiten Vorwärmerabschnitt 128 über einen ersten Verbindungspunkt 131 verbunden ist. Der zweite Vorwärmerabschnitt 128 ist mit dem Niederdruckbehälter 122 über einen zweiten Verbindungspunkt 133 verbunden. Zusätzlich enthält der HRSG 106 einen IP-Vorwärmer 135, der fluidführend mit dem zweiten Verbindungspunkt 133 verbunden ist. Gemäss der dargestellten exemplarischen Ausführungsform enthält das Kombinationszyklus-Kraftwerk 102 eine ORC-Vorrichtung 140, die in Wirkverbindung mit dem HRSG 106 gekoppelt ist.
[0016] Die ORC-Vorrichtung 140 enthält ein erstes Fluidsystem 145, das in einer Wärmeaustauschbeziehung zu einem zweiten Fluidkreislaufsystem 148 in Verbindung steht. Eine Zuführungsleitung 158 erstreckt sich zwischen einem Auslass 159 des IP-Vorwärmers 135 und einem Verdampfer 160, der in das zweite Fluidsystem 148 integriert ist. Eine Rückführungsleitung 162 erstreckt sich vom Verdampfer 160 zu einer Pumpe 165 und dann zu einem ersten Verbindungspunkt 131. In ähnlicher Weise wie vorstehend beschrieben wird Wärme, die in dem durch das erste Fluidsystem 145 strömenden Fluid enthalten ist, mit einem durch das zweite Fluidsystem 148 bei dem Verdampfer 160 strömenden organischen Fluid ausgetauscht.
[0017] Das zweite Fluidsystem 148 enthält eine Pumpe 174, die fluidführend mit dem Verdampfer 160 über eine Leitung 176 verbunden ist. Der Verdampfer 160 ist auch fluidführend mit einer Turbine 179 über eine Leitung 180 verbunden. Die Turbine 179 ist fluidführend mit einem Kondensator 183 über eine Leitung 184 verbunden. Der Kondensator 183 ist dann fluidführend mit der Pumpe 174 über eine Leitung 186 verbunden, um dadurch das zweite Fluidsystem 148 zu schliessen. Der Kondensator 183 ist auch mit einem Kühlfluidkreis 190 gekoppelt, welcher in ähnlicher Weise wie der vorstehend beschriebenen mit einer (nicht dargestellten) Kühlvorrichtung verbunden ist. Natürlich sollte erkennbar sein, dass der spezielle Typ der Kühlvorrichtung variieren kann und eine Wasserkühlung, luftgekühlte Kondensatoren und dergleichen enthalten könnte. Insbesondere setzt die Pumpe 174 das durch das zweite Fluidsystem 148 strömende organische Fluid unter Druck. Das unter Druck stehende Fluid strömt durch den Verdampfer 160 und tauscht Wärme mit Fluid aus, das durch das erste Fluidsystem 145 strömt. Das erwärmte organische Fluid strömt durch die Leitung 180 zur Turbine 179. Arbeit wird aus dem erwärmten Fluid in der Turbine 179 entzogen und beispielsweise in mechanische Energie umgewandelt, die zum Betreiben einer (nicht dargestellten) mechanischen Vorrichtung, wie z.B. eines Generators, einer Wasserpumpe, einer Ölpumpe, eines Luftverdichters oder dergleichen verwendet werden kann. Das erwärmte organische Fluid strömt dann über die Leitung 184 zu dem Kondensator 183. An diesem Punkt tauscht das aus dem Kühlturm kommende Fluid Wärme mit dem organischen Fluid aus. Das nun auf niedrigerer Temperatur befindliche organische Fluid kehrt zu der Pumpe 174 zurück, um erneut mit dem Wärmetauschzyklus zu beginnen. An diesem Punkt dürfte es sich verstehen, dass die Lage der verschiedenen Verbindungspunkte in der exemplarischen Ausführungsform abhängig von einer exemplarischen Ausführungsform variieren kann. D.h., der erste Verbindungspunkt 131 könnte sich direkt neben einem Einlass eines Vorwärmers 126, neben einem Auslass des Vorwärmers 128 oder irgendwo dazwischen befinden.
[0018] Es wird nun auf Fig. 3Bezug bei der Beschreibung eines Kombinationszyklus-Kraftwerkes 202 genommen, das gemäss noch einer weiteren exemplarischen Ausführungsform aufgebaut ist. Das Kombinationszyklus-Kraftwerk 102 enthält eine Gasturbomaschine 204, die in Betriebsverbindung mit einem HRSG 206 verbunden ist. Die Gasturbomaschine 204 enthält einen Verdichterabschnitt 210, der in Wirkverbindung mit einem Turbinenabschnitt 212 über einen Brennerabschnitt 214 verbunden ist. Der HRSG 206 enthält einen HP-Abschnitt 219, einen IP-Abschnitt 220 mit einem IP-Behälter 222. Der HRSG 206 ist ebenfalls als einen Vorwärmer 223 enthaltend dargestellt, der fluidführend mit einer Speisepumpe 225 verbunden ist, die erwärmtes Fluid an den IP-Abschnitt 220 liefert. Der Vorwärmer 223 enthält einen ersten Vorwärmerabschnitt 226, einen zweiten Vorwärmerabschnitt 228 und einen dritten Vorwärmerabschnitt 230. Der erste Vorwärmerabschnitt 226 ist mit einem zweiten Vorwärmerabschnitt 228 über einen ersten Verbindungspunkt 231 verbunden, während der zweite Vorwärmerabschnitt 228 mit dem dritten Vorwärmerabschnitt 230 über einen» zweiten Verbindungspunkt 233 verbunden ist. Ein dritter Verbindungspunkt 235 verbindet den dritten Vorwärmerabschnitt 230 mit dem IP-Behälter 222. In ähnlicher Weise wie vorstehend beschrieben enthält das Kombinationszyklus-Kraftwerk 202 eine ORC-Vorrichtung 240, die fluidführend mit dem HRSG 206 verbunden ist.
[0019] Die ORC-Vorrichtung 240 enthält ein erstes Fluidsystem 245, das in einer Wärmeaustauschbeziehung mit einem zweiten Fluidkreislaufsystem 248 steht. Eine Zuführungsleitung 258 erstreckt sich von einem zweiten Verbindungspunkt 233 zu einem Verdampfer 260, der in das zweite Fluidsystem 248 integriert ist. Eine Rückführungsleitung 262 führt von einer Pumpe 265 zurück zum ersten Verbindungspunkt 231. Mit dieser Anordnung wird Wärme, die in dem durch das erste Fluidsystem 145 strömenden Fluid enthalten ist, mit einem organischen Fluid ausgetauscht, das durch das zweite Fluidsystem 248 in einer Weise strömt, die nachstehend vollständiger beschrieben wird.
[0020] Das zweite Fluidsystem 248 enthält eine Pumpe 274, die fluidführend mit dem Verdampfer 260 über eine Leitung 276 verbunden ist. Der Verdampfer 260 ist wiederum fluidführend mit einer Turbine 279 über eine Leitung 280 verbunden. Die Turbine 279 ist mit einem Kondensator 283 über eine Leitung 284 verbunden. Der Kondensator 283 ist fluidführend mit der Pumpe 274 über eine Leitung 286 verbunden, um dadurch das zweite Fluidsystem 248 zu schliessen. Der Kondensator 283 steht mit einem Kühlfluidkreis 290 in Wärmeaustauschbeziehung, welcher in einer ähnlichen Weise wie vorstehend beschrieben mit einer (nicht dargestellten) Kühlvorrichtung verbunden ist. Natürlich sollte erkennbar sein, dass die spezielle Art der Kühlvorrichtung variieren könnte und eine Wasserkühlung, luftgekühlte Kondensatoren und dergleichen enthalten könnte. Gemäss weiterer Übereinstimmung mit der exemplarischen Ausführungsform enthält das Kombinationszyklus-Kraftwerk 102 ein Brennstoffbefeuchtungssystem 294, das in Wirkverbindung mit dem HRSG 206 verbunden ist. Insbesondere enthält das Brennstoffbefeuchtungssystem 294 eine erste Leitung 296, die mit einem dritten Verbindungspunkt 235 und einer zweiten Leitung 297 gekoppelt ist, die mit dem ersten Verbindungspunkt 231 gekoppelt ist.
[0021] Mit dieser Anordnung setzt die Pumpe 174 das durch das zweite Fluidsystem 148 strömende organische Fluid unter Druck. Das unter Druck gesetzte Fluid strömt durch den Verdampfer 160 und tauscht Wärme mit durch das erste Fluidsystem 145 strömendem Fluid aus. Das erwärmte organische Fluid strömt durch die Leitung 180 zur Turbine 179. Arbeit wird aus dem erwärmten Fluid in der Turbine 179 entzogen und beispielsweise in mechanische Energie umgewandelt, die zum Betreiben einer (nicht dargestellten) mechanischen Vorrichtung, wie z.B. eines Generators, einer Wasserpumpe, einer Ölpumpe, eines Luftverdichters oder dergleichen verwendet werden kann. Das erwärmte organische Fluid strömt dann über die Leitung 184 zu dem Kondensator 183. An diesem Punkt tauscht das aus dem Kühlturm kommende Fluid Wärme mit dem organischen Fluid aus. Das nun auf niedrigerer Temperatur befindliche organische Fluid kehrt zu der Pumpe 174 zurück, um erneut mit dem Wärmetauschzyklus zu beginnen. Das Brennstoffbefeuchtungssystem 294 sättigt eine Trocken-Brennstoffzufuhr zur Turbomaschine 204 in einer im Fachgebiet bekannten Art.
[0022] An diesem Punkt sollte erkennbar sein, dass die Lage der verschiedenen in Fig. 3 dargestellten Verbindungspunkte in Abhängigkeit von einer exemplarischen Ausführungsform variieren könnte. Beispielsweise könnte die Lage des ersten Verbindungspunktes 231 variieren. D.h., die Leitung 262 könnte auch mit einem Einlass des Vorwärmers 226 verbunden sein. Ähnlich kann die Leitung 297 mit einem Einlass des Vorwärmers 226 ́ oder mit dem Verbindungspunkt 233 gekoppelt sein. Ebenso könnte die Lage des zweiten Verbindungspunktes 233 variieren. D.h., der zweite Verbindungspunkt könnte direkt neben einem Einlass des Vorwärmers 228, neben einem Auslass des Vorwärmers 230 oder irgendwo dazwischen liegen. Auch die Lage des dritten Verbindungspunktes 235 könnte variieren. D.h., die Leitung 296 könnte sich von dem zweiten Verbindungspunkt 233 aus erstrecken und die Leitung 297 könnte mit dem Vorwärmer 226 oder mit dem zweiten Verbindungspunkt 233 gekoppelt sein. Es dürfte sich auch verstehen, dass die exemplarischen Ausführungsformen in verschiedensten Arten von ORC-Vorrichtungen implementiert sein könnten und nicht auf irgendeine spezielle ORC-Konfiguration oder die hierin dargestellten und beschriebenen exemplarischen ORC-Konfigurationen beschränkt sein sollte.
[0023] Mit dieser Anordnung verbessern die exemplarischen Ausführungsformen die Energienentnahmewirkungsgrade in Verbindung mit Niedertemperatursystemen, wie z.B. den in geothermischen Anwendungen eingesetzten. D.h., im Gegensatz zu Dampfsystemen mit niedrigerem Wirkungsgrad verwendet die exemplarische Ausführungsform eine ORC-Vorrichtung, um die Wirkungsgrade in Verbindung mit der Umwandlung von Wärmeenergie zu verbessern, die durch den Niederdruck-Vorwärmer strömt und beispielsweise von einem geothermischen Wärmeaustauschsystem erzeugt wird, um andere Systeme, wie z.B. Generatoren, anzutreiben. ORC-Vorrichtungen haben typischerweise einen höheren Turbinenwirkungsgrad, realisieren eine geringere mechanische Belastung der Turbine aufgrund niedriger Umfangsgeschwindigkeiten; stellen eine Abgabeleistung der Turbine bei niedriger Drehzahl bereit und ermöglichen dadurch einen direkten Antrieb zugeordneter Komponenten, wie z.B. Generatoren, ohne die Notwendigkeit zusätzlichen teureren Komponenten wie z.B. Reduziergetriebe; und realisieren niedrige Wartungskosten. D.h., die Abwesenheit von Feuchtigkeit in dem mit organischen Fluid arbeitenden Rankine-Zyklus verbessert die Turbinenschaufellebensdauer. Ohne Feuchtigkeit neigen die Turbinenschaufeln zu keinem Verschleiss oder Erosionseigenschaften wie in Verbindung mit Dampfsystemen zu zeigen.
[0024] Obwohl die Erfindung detailliert in Verbindung mit nur einer eingeschränkten Anzahl von Ausführungsformen beschrieben wurde, dürfte es sich ohne weiteres verstehen, dass die Erfindung nicht auf derartige offengelegte Ausführungsformen beschränkt ist. Stattdessen kann die Erfindung modifiziert werden, sodass sie eine beliebige Anzahl von Varianten, Änderungen, Ersetzungen oder äquivalenten Anordnungen, die bisher nicht beschrieben wurden, enthält, die aber dem Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Erfindung entsprechen. Zusätzlich dürfte es sich, obwohl verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurden, verstehen, dass Aspekte der Erfindung nur einige von den beschriebenen Ausführungsformen enthalten können. Demzufolge ist die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung eingeschränkt zu betrachten, sondern ist nur durch den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche beschränkt.
[0025] Ein Kombinationszyklus-Kraftwerk 2 enthält eine Gasturbomaschine 4 mit einem Verdichterabschnitt 10 und einem Turbinenabschnitt 12, einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG) 6, der mit dem Turbinenabschnitt 12 der Gasturbomaschine 4 in Wirkverbindung verbunden ist, und eine mit organischem Fluid arbeitende Rankine-Zyklus-(ORC)-Vorrichtung 40, 140, 240, die fluidführend mit dem HRSG gekoppelt ist. Die ORC-Vorrichtung 40, 140, 240 enthält ein organisches Fluid, das durch ein in Wirkverbindung mit einer Turbine 79, 179, 279 gekoppeltes Kreislaufsystem 48, 148, 248 strömt. Erwärmtes Fluid aus dem HRSG 6 hebt eine Temperatur des durch das Kreislaufsystem 48, 148, 248 strömenden organischen Fluids an. Die thermische Energie aus dem organischen Fluid wird in der Turbine 79, 179, 279 in mechanische Energie umgewandelt.
Bezugszeichenliste
[0026] <tb>2<sep>Kombinationszyklus-Kraftwerk <tb>4<sep>Gasturbomaschine <tb>6<sep>Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG) <tb>10<sep>Verdichterabschnitt <tb>12<sep>Turbinenabschnitt <tb>14<sep>Brennerabschnitt <tb>19<sep>Hochdruckabschnitt (HP) <tb>20<sep>Zwischendruckabschnitt (IP) <tb>21<sep>Niederdruckabschnitt (LP) <tb>22<sep>Niederdruckbehälter <tb>23<sep>Vorwärmer (LP) <tb>25<sep>Speisewasserpumpe (in der Beschreibung ist es 26) <tb>26<sep>erster Vorwärmerabschnitt <tb>28<sep>zweiter Vorwärmerabschnitt <tb>33<sep>zweiter Verbindungspunkt <tb>40<sep>ORC-Vorrichtung <tb>45<sep>erstes Fluidsystem <tb>48<sep>zweiter Fluidkreislauf <tb>58<sep>Zuführungsleitung <tb>60<sep>Verdampfer <tb>62<sep>Rückführungsleitung <tb>65<sep>Pumpe <tb>74<sep>Pumpe <tb>76<sep>Leitung <tb>79<sep>Turbine <tb>80<sep>Leitung <tb>83<sep>Kondensator <tb>84<sep>Leitung <tb>86<sep>Leitung <tb>90<sep>Kühlfluidkreis <tb>100<sep>Kombinationszyklus-Kraftwerk <tb>104<sep>Gasturbomaschine <tb>106<sep>HRSG <tb>110<sep>Verdichterabschnitt <tb>112<sep>Turbinenabschnitt <tb>114<sep>Brennerabschnitt <tb>119<sep>Hochdruckabschnitt (HP) <tb>120<sep>Zwischendruckabschnitt (IP) <tb>121<sep>Niederdruckabschnitt (LP) <tb>122<sep>Niederdruckbehälter <tb>123<sep>Niederdruck-Vorwärmer <tb>125<sep>Speisewasserpumpe <tb>126<sep>erster Vorwärmerabschnitt <tb>128<sep>zweiter Vorwärmerabschnitt <tb>131<sep>Verbindungspunkt <tb>133<sep>zweiter Verbindungspunkt <tb>135<sep>Zwischendruck-(IP)-Vorwärmer <tb>140<sep>ORC-Vorrichtung <tb>145<sep>erstes Fluidsystem <tb>148<sep>zweiter Fluidkreislauf <tb>158<sep>Zuführungsleitung <tb>159<sep>Auslass des IP-Vorwärmers 135 <tb>160<sep>Verdampfer <tb>162<sep>Rückführungsleitung <tb>165<sep>Pumpe <tb>174<sep>Pumpe <tb>176<sep>Leitung <tb>179<sep>Turbine <tb>183<sep>Kondensator <tb>184<sep>Leitung <tb>186<sep>Leitung <tb>190<sep>Kühlfluidkreis <tb>202<sep>Kombinationszyklus-Kraftwerk <tb>204<sep>Gasturbomaschine <tb>206<sep>HRSG <tb>210<sep>Verdichterabschnitt <tb>212<sep>Turbinenabschnitt <tb>214<sep>Brennerabschnitt <tb>219<sep>Hochdruckabschnitt (HP) <tb>220<sep>Zwischendruckabschnitt (IP) <tb>222<sep>Niederdruckbehälter <tb>223<sep>Vorwärmer (IP) <tb>225<sep>Speisewasserpumpe <tb>226<sep>erster Vorwärmerabschnitt <tb>228<sep>zweiter Vorwärmerabschnitt <tb>230<sep>dritter Vorwärmerabschnitt <tb>231<sep>erster Verbindungspunkt <tb>233<sep>zweiter Verbindungspunkt <tb>235<sep>dritter Verbindungspunkt <tb>240<sep>ORC-Vorrichtung <tb>245<sep>erstes Fluidsystem <tb>248<sep>zweiter Fluidkreislauf <tb>258<sep>Zuführungsleitung <tb>260<sep>Verdampfer <tb>262<sep>Rückführungsleitung <tb>265<sep>Pumpe <tb>274<sep>Pumpe <tb>276<sep>Leitung <tb>279<sep>Turbine <tb>280<sep>Leitung <tb>283<sep>Kondensator <tb>284<sep>Leitung <tb>286<sep>Leitung <tb>290<sep>Kühlfluidkreis <tb>294<sep>Brennstoffbefeuchtungssystem <tb>296<sep>Leitung <tb>297<sep>Leitung

Claims (10)

1. Kombinationszyklus-Kraftwerk (2), aufweisend: eine Gasturbomaschine (4) mit einem Verdichterabschnitt (10) und einem Turbinenabschnitt (12); einen Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (HRSG) (6), der mit dem Turbinenabschnitt (12) der Gasturbomaschine (4) wirkverbunden ist; und eine mit organischem Fluid arbeitende Rankine-Zyklus-(ORC)-Vorrichtung (40, 140, 240), die fluidführend mit dem Wärmerückgewinnungs-Dampfgenerator (12) verbunden ist, mit einem durch ein in Wirkverbindung mit einer Turbine (79, 179, 279) stehendes Kreislaufsystem (48, 148, 248) strömendem Fluid, wobei das erwärmte Fluid aus dem HRSG (6) eine Temperatur des durch das Kreislaufsystem (48, 148, 248) strömenden organischen Fluids anhebt und Wärmeenergie aus dem organischen Fluid in mechanische Energie in der Turbine (79, 179, 279) umgewandelt wird.
2. Kombinationszyklus-Kraftwerk (2) nach Anspruch 1, wobei der HRSG (12) wenigstens einen Vorwärmer (23, 123, 223) enthält.
3. Kombinationszyklus-Kraftwerk (2) nach Anspruch 2, wobei der wenigstens eine Vorwärmer (23, 123, 223) wenigstens einen Niederdruck-Vorwärmer aufweist und die ORC-Vorrichtung (40, 140, 240) fluidführend mit dem wenigstens einem Niederdruck-Vorwärmer (23, 123, 223) verbunden ist.
4. Kombinationszyklus-Kraftwerk (2) nach Anspruch 2, wobei der HRSG (6, 106, 206) einen Niederdruckbehälter (22, 122) aufweist, der fluidführend mit dem wenigstens einen Niederdruck-Vorwärmer (23, 123, 223) verbunden ist, wobei die ORC-Vorrichtung (40, 140, 240) fluidführend sowohl mit dem Niederdruck-Vorwärmer als auch der Niederdruckbehälter (22, 122) verbunden ist.
5. Kombinationszyklus-Kraftwerk (2) nach Anspruch 4, wobei der wenigstens eine Niederdruck-Vorwärmer (23, 123, 223) wenigstens einen ersten Niederdruck-Vorwärmer (23, 123, 223) und einen zweiten Niederdruck-Vorwärmer (28, 128, 228) enthält, und die ORC-Vorrichtung (40, 140, 240) fluidführend zwischen den ersten und zweiten Niederdruck-Vorwärmern (23, 123, 223), (28, 128, 228) und dem Niederdruckbehälter (22, 122) angeschlossen ist.
6. Kombinationszyklus-Kraftwerk (2) nach Anspruch 2, wobei der wenigstens eine Vorwärmer (123) einen Niederdruck-Vorwärmer (123) und einen Zwischendruck-Vorwärmer (135) enthält, wobei die ORC-Vorrichtung (140) fluidführend zwischen dem Niederdruck-Vorwärmer (133) und dem Zwischendruck-Vorwärmer (135) angeschlossen ist.
7. Kombinationszyklus-Kraftwerk (2) nach Anspruch 2, wobei der wenigstens eine Vorwärmer wenigstens einen Zwischendruck-Vorwärmer (135, 223) aufweist und die ORC-Vorrichtung (140, 240) fluidführend mit dem wenigstens einen Zwischendruck-Vorwärmer (135, 223) verbunden ist.
8. Kombinationszyklus-Kraftwerk (2) nach Anspruch 7, wobei der wenigstens eine Zwischendruck-Vorwärmer (223) einen ersten Zwischendruck-Vorwärmer (223), einen zweiten Zwischendruck-Vorwärmer (225) und einen dritten Zwischendruck-Vorwärmer (230) enthält.
9. Kombinationszyklus-Kraftwerk (2) nach Anspruch 8, wobei die ORC-Vorrichtung (240) fluidführend zwischen einen Auslass des ersten Zwischendruck-Vorwärmers (223) und einen Auslass des dritten Zwischendruck-Vorwärmers (228) gekoppelt ist.
10. Kombinationszyklus-Kraftwerk nach Anspruch 9, ferner aufweisend: ein Brennstoffbefeuchtungssystem (FMS) (294), das fluidführend mit der ORC-Vorrichtung (240) verbunden ist.
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