NO760980L - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et gassturbinvarmekraftverk, omfattende en gassturbinenhet med etterfølgende varmekjele for oppvarming av varmtvann. Slike varmekraftverk er kjent. I den forbindelse er det også kjent for temperaturregulering å anordne en shuntledning mellom varmtvannstilbakeløpet og varmtvannsfrem-løpet. Videre er det kjent å anordne et ekstra hjelpebrennkammer for å dekke toppvarmebehov og reserve.

Ved fjernvarmeforsyning, f.eks. ved hjelp av anlegg av den inneldningsvis nevnte art, må det imidlertid tas hensyn til at til varmeoverføringsrørledningene kan det. bare til-sluttes avtagergrupper hvor a) det foreligger en bestemt minste varmestrømtetthet fordi ellers ville varmefordelingsbehovet bli ukonomisk stort. b) Det ved romoppvarming allerede forekommer et varmtvanns-sirkulasjonssytem elier kan installeres et slikt efterpå.

I mange tilfeller foreligger imidlertid slike forhold eller slike betingelser at en med hensyn til vamrebehov vesentlig avtagergruppe ikke kan nås via en varmeoverførings-rørledning, særlig når det gjelder økonomiske betraktninger som avgjørende kriterier. Kravene til miljøvern og sparsom anvendelse av fosile brennstoffer kan disse avtagergrupper ikke nås via rørledninger, men nås f.eks. ved direkte elektrisk oppvarming eller ved en kombinasjon av direkte elektrisk oppvarming og lagringsoppvarming eller ved en kombinasjon av direkte elektrisk oppvarming og elektrisk drevende varmepumper.

Det er derfor allerede foreslått et fjernvarme-system (^rown Boveri Mitteilungen 6-73,, side 253 til 263) hvor avtagergruppene skal forsynes med tilstrekkelig varmetetthet med varmtvann via rørledninger kan fjernforsyne avtagergrupper som ellers ikke kan nås ved direkte elektrisk oppvarming. Den elektriske energi for fjernvarmeforsyning av forbrukere som ikke kan nås via varmeoverføringsrørledninger, skal der frembringes ved hjelp av mottrykksdrift av varmekraftverket. For store anlegg foreslås i denne artikkel anvendelse av høyttrykksdamp-kjeler med mottrykksturbogrupper eller gassturbinanlegg med utnyttelse av tapsvarme.

Hensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et varmefosyningsanlegg nemlig et gassturbinvarmekraftverk som er særlig godt egnet for oppnåelse av de ovenfor antydede ønskemål, særlig størst mulig brennstoffutnyttelse ved stor strømfrembringelse i mottrykksdrift.

Dette oppnås ifølge oppfinnelsen _ved at varmtvannsoppvarmingen skjer i to parallellkoplede grener av hvilke den ene oppvarmes med mottrykksdamp fra dampturbinen som driver en elektrisk generator, og varmekjelen er innrettet for frembringelse av damp for drift av turbinen, og at den andre gren er ført gjennom kjelens lavtemperaturområde resp. gjennom en der anordnet varmt-vannbereder for oppvarming med røkgass. Denne oppdeling av varmtvannsoppvarmingen i en dampoppvarmet del og en røkgass-oppvarmet del i lavtrykkstemperaturområde av kjelen muliggjør en vidtgående utnyttelse av brennstoffvarmen for strøm- og varme-frembringelse. Her blir en bemerkelsesverdig andel av brenn-stof fvarmen omsatt i elektrisk energi. Dermed kan en tilsvarende større del av varmeavtagende som ikke på økonomisk måte kan forsynes via rørledning forsynes med strøm fra sammen anlegg.

Fortrinnsvis er det for den gren som oppvarmes

med mottrykksdamp anordnet minst to på vannsiden etter hverandre kopléde varmtvannsvarmere og mottrykket på uttaksstedet av turbinen har forskjellig verdi og tilsvarer forskjellen i trykkbehovet av damp for cfe enkelte varmtvannsvarmere. På denne måte kan turbinene være utformet som tostrøms mottrykksturbiner med midtinnstrømning og uttaksstedene for forsyning av varmtvanns-berederne med vanndamp er anordnet ved de ytre ender av turbin-strømmene. Ved denne totrinnsoppvarming av varmtvannet "oppnås et særlig stort strømutbytte for mottrykksdampen.

For ved toppvarmebehov å kunne oppnå en over-temperatur på varmtvannet som er høyere enn den vanlige tempe-ratur, kan de med mottrykksdamp oppvarmede varmtvannsvarmere på vannsiden minst ha en ytterligere varmtvannsvarmer koplet efter seg som ved toppvarmebehov oppvarmes med damp fra friskdampnettet

via en reduksjonsinnretiiing.

En annen måte å øke forhåndstemperaturen av varmtvannet på som kan anvendes i tillegg til eller i stedet for den nevnte måte hvor varmtvannsvarmeren oppvarmes fra firskdampnettet, er mulig ved at det i delgrenen for den med røkgass oppvarmede vannvarmer efter den røkgassoppvarmede varmtvannsvarmer er anordnet et forgreningssted fra hvilken det avgrenes en med reguleringsventil forsynt ledning som munner ut i delgrenen for det kalde tilbakeløpsvann, på et sted foran den første dampoppvarmede varmtvannsvarmer.

Strømmen som frembringes i den av dampturbinen drevne elektriske generator og/eller i gassturbogeneratoren tjener til forsyning av de varmeavtagere som ikke på økonomisk måte kan nås via rørledninger.

Ved hjelp av et ekstra tilbakekjølingsanlegg som ikke er i drift under oppvarmingsperioden, dvs. når anlegget arbeider i sin helhet som varmekraftverk og som utenfor oppvarmingsperioden eller ved små varmebehov, dvs. ved fullstendig eller delvis utkoplet varmtvannsoppvarming, og ved drift av anlegget for toppstrømfrembringelse eller ved anvendelse som reserveanlegg kan den tapte varme fra dampturbinen helt eller delvis avgis til omgivelsene.... Denne anvendelsesmulighet av gassturbinvarmekraftverket kan lett istandbringes med et for-holdsvis lite tilbakekjølingsanlegg. Det kan på den måte frembringes toppytelser med god termisk virkningsgrad.

Oppfinnelsen skal nedenfor forklares nærmere under henvisning til tegningen som skjematisk viser et ut-førelseseksempel på oppfinnelsen.

Utførelseseksempelet omfatter en gassturboenhet med en gassturbin 23 som driver en fortøtter 22 og en elektrisk generator 24. Foruten det for normal drift beregnede brennkammer 25 er det i avgasstrømmen fra gassturbinen anordnet et hjelpebrennkammer 4 med tilhørende hjelpefortøtter 5-

Efter gassturbinenheten 1 er koplet en kjele 2 i hvilken det frembringes overhetet damp som enten helt eller

delvis via et trykk- og temperaturreguleringssted 12 direkte via Mningen 50 avgir industridamp eller helt eller delvis damp til en dampturbin 3- Kjelen 2 inneholder en økonomiseringsdel 26, en fordamper 27 og en overheter 28 og drives av avgassen fra gassturbinen 23- Som dampturbin 3 er i utførelseseksempelet

valgt en totrinns turbin med midtinnstrømning som driver en elektrisk generator 14.

En vannvarmer 21 i kjelen 2 ervforbundét

med en fremløpsledhing 19 til forbrukerne for varmt vann, og med en tilbakeløpsledning 20 som inneholder en pumpe 49 for det kalde tilbakeløpsvann. For delgrenen 31 som oppvarmes med motttrykkdamp er det valgt to på vannsiden efter hverandre koplede varmtvannsvarmere 6a og 6b som tilføres mottrykksdamp via ledninger 29 og 30. Efter de to varmtvannsvarmere 6a og 6b er det på vannsiden koplet en varmtvannsvamrer 6c som kan utnyttes ved toppvarmebehov med drift fra friskdampnettet 32 via en reduseringsinnretning 11. Kondensatét fra varmtvannsvarmerne 6a,6b og 6c blir via ledninger 34, 33335resp. ved hjelp av kondensatpumper 36 og 37 tilført en avgassblandefor-varmer 7 som på en annen side tilføres damp for ytterligere oppvarming og for avgassing av vannet fra dampturbinen 3 via ledning-ene 38. Avgassings- blandeforvarmeren 7 kan via en ledning 39 resp. ved hjelp av pumpen 40 tlføres tilsetningsvann som er erstatning for vann som er godt tapt i kretsløpet resp. som erstatning ved levering av industridamp. For kjemisk oppberedr..' ning av tilsetningsvannet er det anordnet en innretning 51- Fra avgassningsblandeforvåSneren :7 føres vannet så via ledningen 4l resp. matepumpen 42 til kjelen 2 hvorved kretsløpet er sluttet.

En annen delgren for varmtvannet som oppvarmes med røkgass i lavtrykkstemperaturområdet av kjelen 2 resp. føres gjennom den der anordnende varmtvannsoppvarmer 21. Et forgreningssted for de to delgrener er betegnet med 43 og et annet sted hvor de to delgrener efter oppvarming av varmtvannet igjen flyter sammen er betegnet med 44. Efter forgreningsstedet 43 er det i grenen for kaldttilbakeløpsvann anordnet en regulerings-innretning resp. en reguleringsventil 10 ved hjelp av hvilke en del av tilbakeløpsvannet som tilføres de dampoppvarmede varmtvannsvarmere 6a og 6b er innstillbare. En tilbakeslags-ventil 45 er anordnet efter reguleringsventilen 10.

Den røkgassoppvarmede varmtvannsvarmer 21 er helt eller delvis shuntbar ved hjelp av en blandeventil 8 i ledningen 15. Videre er det i delgrenen for den med røkgass oppvarmede vannvarmer 21 og efter denne anordnet et oforgrenings-sted l6 som via en pumpe 48 og enreguleringsventil 9 og en ledning 17 munner ut i delgrenen for det kalde tilbakeløpsvann foran det første dampoppvarmede varmtvannsvarmer 6a, nemlig på stedet 18. Et målested 47 er anordnet i fremløpsledningen 19, hvor øyeblikksverdien av fremløpstemperaturen t vmåles og tilføres en regulator 16 som ved ikke viste hjelpemidler styrer reguleringsventilen 10.

Gassturbinvarmekraftverket ifølge utførelses-eksemplet virker på følgende måte: Under normal drift blir en del (største delen) av det kalde tilbakeløpsvann via reguleringsventilen 10 tilført de to efter-hverandre koplede dampoppvarmede overflatevarmtvannsvarmere 6a og 6b og her oppvarmet til den ønskede fremløpstemperatur t ,

mens den andre del av det kalde tilbakeløpsvann i kjelens 2 avgasstrøm oppvarmes til den ønskede fremløpstemperatur.

Normalt er ingen andre reguleringsinngrep'nød-vendige. Oppdelingen av varmtvannsoppvarmingen ved totrinns damp-oppvarming -,og ved røkgassoppvarming skjer slik at på den ene side den damp som frembringes av avgassen (minus den direkte avgitte industridamp) efter å ha passert dampturbinen 3 utnyttes fullstendig for varmtvannsoppvarming og på den annen side at restavgassvarmen som i kjelen 2 ikke benyttes for dampfremstilling, utnyttes for varmtvannsoppvarming inntil tillatt kjeleavgass-temperatur.

Hvis det er ønskelig med lavere fremløpstemperatur dvs. med mindre varmebehov hos .'forbrukerne som er tilsluttet varmtvannsnettet, så åpnes blandeventilen 8. Ved full åpning av denne ventil shuntes den røkgassoppvarmede varmtvannsvarmer 21 fullstendig-.. Er derimot en høyere fremløpstemperatur ønskelig'altså når utetemperaturen synker til en meget lav verdi, kan en del av det allerede i den røkgassoppvarmede varmtvannsvarmer 21 oppvarmede varmtvann via ventilen 9 bringes inn foran den dampoppvarmede varmtvannsoppvarmer 6a slik at fremløpstemperaturen øker og energifrembringelsen i dampturboenheten resp. i damp^ turbinen 3 minskes tilsvarende. Som ytterligere forholdsregel for å øke fremløpstemperaturen tjener den allerede nevnte re-duksjonsventil 11. Ved åpning av denen ventil blir det en del av friskdampem tilført den tredje varmtvannsvarmer 6c hvilket er forbundet med en minskning av strømfrembringelsen i gene-ratoren 14 ved hjelp av dampturboenheten resp. dampturbinen 3-

Ved ekstremt høye varmtvannsbehov tas hjelpe-brennkammerét 4 i bruk. Ved denne ekstra anvendles av brenn-stoffvarme øker aveasstemneraturan før innløpet i kjelen 2 tilsvarende. Dermed øker også dampproduksjonen i kjelen og damptrykket øker med helt åpne dampturbininnløpsvehtil. Hjelpebrennkammeret 4 tjener samtidig som reserve ved svikt av gassturbinen 23-

De ovenfor nevnte ekstra innretninger for påvirkning av fremløpstemperaturen Tv kan styres for hånd.

Der er naturligvis også mulig å styre disse ved en regulerings-innretning som er innrettet slik at den nominelle verdi for fremløpstemperaturen endres autoamtisk i avhengighet av utetemperaturen.

Oppfinnelsen er ikke begrenset til det beskrevne utførelseseksempel. Forskjellige modifikasjoner av konstruksjons-og koplingsteknisk art er tenkbar. Således vehøver ikke dampturbinen 3 være en tostrømsturbin den kan også være utformet som en enstrømsmottrykksturbin. Oppvarmingen av varmtvannet ved hjelp av mottrykksdamp kan også være utført i et trinn. Slutte-lig er det også mulig for gassturboenheten og anvende et lukket gassturbinanlégg i stedet for det viste åpne gassturbinanlegg.

Claims (3)

1. Gassturbinvarmekraftverk, omfattende en gassturbinenhet med efterfølgende varmekjele for oppvarming av varmtvann, karakterisert<y> v ed at varmtvannsoppvarmingen skjer i to parallellkoplede grener av hvilken den ene oppvarmes med mottrykksdamp fra en dampturbin (3) som djriver en elektrisk generator (14), og varmekjelen (2) er innrettet for frembringelse av damp for drift av turbinen, og at den andre gren er ført gjennom kjelens (2) lavtemperaturområde resp. gjennom en der anordnet varmtvannsbereder (21) for oppvarming med røkgass.

2. Kraftverk ifølge krav 1, karakterisert ved at det for den gren som oppvarmes med mottrykksdamp er det anordnet minst to på vannsiden efter hverandre koplede varmtvannsvarmere (6a,6b) og mottrykket på uttaksstedet av turbinen (3) har forskjellig verdi og tilsvarer forskjellen i trykkbehovet av damp for de enkelte varmtvannsvarmere.

3. Kraftverk ifølge krav 2, karakterisert ved at turbinen (3) er utformet som tostrøms mottrykkst-urbin med midtinnstrømning og uttaksstedene for forspenning av varmtvannsvarmerne (6a ,6b) med varm'; damp er anordnet ved de ytre ender av turbinstrømmene.