DE102008037410B4

DE102008037410B4 - Superkritischen Dampf verwendender kombinierter Kreisprozess und Verfahren

Info

Publication number: DE102008037410B4
Application number: DE102008037410.5A
Authority: DE
Inventors: Leroy Omar Tomlinson; Raub Warfield Smith; Jatila Ranasinghe; Seyfettin Can Gulen; Diego Fernando Rancruel
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: GE Vernova GmbH
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2020-02-06
Anticipated expiration: 2028-10-03
Also published as: CN101403322B; JP2009092372A; US7874162B2; CH697959B8; CH697959A2; US20090090111A1; CN101403322A; DE102008037410A1; CH697959B1

Abstract

Überkritischen Dampf verwendendes kombiniertes Zyklussystem, zu dem gehören:eine Gasturbine (16);ein überkritisches Dampfturbinensystem (18) mit einem überkritischen Abschnitt (20), einem Hochdruckabschnitt (22), einem Mitteldruckabschnitt (24) und wenigstens einem Niederdruckabschnitt (26); undein überkritischer Dampfwärmerückgewinnungsdampferzeuger (30) zum Aufnehmen von Abgas (72) aus der Gasturbine (16), um aus dem Dampfturbinensystem (18) stammendes Fluid zu erwärmen, wobei das Gasturbinenabgas aus einem Einlassende entlang eines Abgasstrompfads zu einem Auslassende des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers strömt,wobei der Wärmerückgewinnungsdampferzeuger einen überkritischen Verdampfer (44) aufweist, der dazu eingerichtet ist, einem Überhitzer (46, 48) zwischen dem überkritischen Verdampfer (44) und dem Einlassende des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers überkritischen Dampf zuzuführen, wobei der den Überhitzer verlassende Dampf an den überkritischen Abschnitt (20) der Dampfturbine zurückgegeben wird, und einen entlang des Abgasstrompfads angeordneten Zwischenüberhitzer (50, 52) enthält, wobei der Zwischenüberhitzer kalten Wiedererwärmungsdampf aus dem Dampfturbinensystem aufnimmt und wiedererwärmten Dampf an das Dampfturbinensystem zurückführt,wobei der Zwischenüberhitzer wenigstens einen ersten (50) und zweiten (52) Abschnitt enthält, wobei der erste Zwischenüberhitzerabschnitt (50) über den Wärmerückgewinnungsdampferzeuger entlang des Abgasstrompfads stromabwärts des zweiten Zwischenüberhitzerabschnitts (52) angeordnet ist,wobei der erste Abschnitt (50) des Zwischenüberhitzers entlang des Abgasstrompfads stromabwärts des überkritischen Verdampfers (44) angeordnet ist, und der zweite Abschnitt (52) des Zwischenüberhitzers entlang des Abgasstrompfads stromaufwärts des überkritischen Verdampfers (44) angeordnet ist undwobei der erste und zweite Abschnitt (50, 52) des Zwischenüberhitzers strömungsmäßig in Reihe angeordnet sind, so dass aus dem Dampfturbinensystem stammender kühler Wiedererwärmungsdampf durch den ersten Abschnitt (50) des Zwischenüberhitzers aufgenommen wird, und Dampf, der den ersten Abschnitt des Zwischenüberhitzers verlässt, dem zweiten Abschnitt (52) des Zwischenüberhitzers zugeführt wird,dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (152) des Zwischenüberhitzers strömungsmäßig parallel zu einem Hochdruckwiedererwärmungsabschnitt (153) angeordnet ist, der Wiedererwärmungsdampf aus dem überkritischen Abschnitt (20) des Dampfturbinensystems aufnimmt und den wiedererwärmten Dampf zu dem Hochdruckabschnitt (22) des Dampfturbinensystems zurückführt.

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wärmeintegration und eine optimale Konstruktion eines superkritischen Dampfwärmerückgewinnungsdampferzeugers (HRSG = Heat Recovery Steam Generator) mit einem oder mehreren Druckniveaus, wobei in Anwendungen kombinierter Zyklen eine Wiedererwärmung genutzt wird.
Die am häufigsten verwendeten Dampfnachschaltzyklen (Bottoming-Zyklen) für Kombinationszyklus-Kraftwerke (Kraftwerke mit kombiniertem Kreisprozess), die gegenwärtig installiert und betrieben werden, basieren auf Wiedererwärmungsdampfzyklen mit unterkritischer Dampferzeugung bei mehreren Druckwerten und auf einem einzigen Zwischenüberhitzer, der stromaufwärts des Hochdruckverdampfers in dem Wärmerückgewinnungsdampferzeugergaspfad angeordnet ist. Diese Konstruktion eines kombinierten Zyklus wurde zum ersten Mal in TOMLINSON. L.O.; ANDERSON, R.O.; SMITH, R.W.GE MS7001F Stag Combined-Cycle Power Plant. In: Proceedings of the American Power Conference, volume 49: 49^th annual meeting, Chicago, April 27-29, 1987, S.129 - 137, beschrieben. Die nichtreversiblen Verluste des gegenwärtigen Standes der Technik betragen etwa 10 % der Gasturbinenabgasenergie.
Die Leistung kombinierter Zyklen in Zusammenhang mit dem Wärmerückgewinnung und unterkritischen Dampf nutzenden Zyklus, bei dem Dampf bei mehreren Druckwerten erzeugt wird, lässt sich durch den Einsatz eines zweistufigen Zwischenüberhitzers verbessern, in US 6 220 013 B1 beschrieben.
Superkritische Dampfkreisläufe wurden für kombinierte Zyklen mit einem einzigen, in dem Wärmerückgewinnungsdampferzeugergaspfad stromaufwärts des Dampferzeugerabschnitts angeordneten Zwischenüberhitzer konstruiert, wie in dem Artikel GALOPIN, J.F.: Going Supercritical - Once-Through is the Key. In: Modern Power Systems, 1998, S. 39 - 43, ISSN 0260-7840 beschrieben.
Außerdem offenbart die DE 196 19 470 C1 ein kombiniertes Zyklussystem, bei dem ein zweiteilig ausgeführter Zwischenüberhitzer vorgesehen ist. Ein Teil desselben ist stromaufwärts und ein Teil ist stromabwärts des Hochdruckverdampfers angeordnet.
Die Leistung der gegenwärtigen (vorwiegend unterkritischen Druck verwendenden) Nachschaltprozess/Bottoming-Zyklustechnologie ist durch die Engpässe beschränkt, die in dem HRSG-Verdampfer aufgrund eines Phasenwechsels von Wasser zu Dampf bei konstanter Temperatur auftreten, wobei die Wärmemenge gleich der für diesen Prozess erforderlichen verborgenen Verdampfungswärme ist. Diese Temperaturdiskontinuität führt zu einem Ungleichgewicht zwischen der Gasturbinenabgas- und der Wasser/Dampf-Erwärmung, mit der Folge einer erheblichen Irreversibilität in dem Zyklus.
Der hauptsächliche Vorteil überkritischer kombinierter Zyklen ergibt sich aus der Physik von Fluiden bei überkritischen Bedingungen. Wasser verhält sich bei Erwärmung oberhalb des überkritischen Drucks anders. Unter überkritischen Bedingungen steigt die Wassertemperatur in dem Kessel kontinuierlich an, ohne dass aufgrund eines Phasenwechsels Diskontinuitäten auftreten. Dieses Verhalten erlaubt eine bessere Anpassung der Gasturbinenabgase gegenüber dem Wasser/Dampf, so dass eine geringere Irreversibilität bei der Energieübertragung erzielt wird. Dieses Verhalten und dieser Vorteil waren bisher bekannt, jedoch waren die Leistungsgewinne nicht ausreichend hoch, um die zusätzlichen Kosten für Anwendungen zu rechtfertigen, die kombinierte Zyklen verwenden.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2 ermöglicht mittels einer optimalen Anordnung von HRSG-Wärmeübertragungsabschnitten eine zusätzliche Verringerung der Irreversibilität der Energieübertragung, mit der Folge einer erheblich verbesserten Leistung eines kombinierten Zyklus anhand superkritischer Zyklen. Diese zusätzliche Leistung wird die wirtschaftliche Durchführbarkeit von auf einem überkritischen Dampfkreislauf begründeten kombinierten Zyklen erheblich verbessern.
Die Erfindung kann folglich in einem System mit überkritischem kombinierten Zyklus verwendet werden, zu dem gehören: eine Gasturbine; ein Dampfturbinensystem mit einem überkritischen Abschnitt, einem Hochdruckabschnitt, einem Mitteldruckabschnitt und wenigstens einem Niederdruckabschnitt; und ein überkritischer Dampfwärmerückgewinnungsdampferzeuger zum Aufnehmen von Abgas aus der Gasturbine, um Fluid aus dem Dampfturbinensystem zu erwärmen, wobei das Gasturbinenabgas entlang eines Abgasstrompfads aus einem Einlassende zu einem Auslassende des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers strömt, wobei der Wärmerückgewinnungsdampferzeuger einen überkritischen Verdampfer aufweist, der dazu eingerichtet ist, einem Überhitzer zwischen dem überkritischen Verdampfer und dem Einlassende des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers Dampf zuzuführen, wobei der aus dem Überhitzer austretende Dampf an den überkritischen Abschnitt der Dampfturbine zurückgegeben wird, und einen entlang des Abgasstrompfads angeordneten Zwischenüberhitzer enthält, wobei der Zwischenüberhitzer kalten Wiedererwärmungsdampf aus dem Dampfturbinensystem aufnimmt und wiedererwärmten Dampf an das Dampfturbinensystem zurückführt, wobei der Zwischenüberhitzer wenigstens einen ersten und zweiten Abschnitt enthält, wobei der erste Zwischenüberhitzerabschnitt über den Wärmerückgewinnungsdampferzeuger entlang des Abgasstrompfads stromabwärts des zweiten Zwischenüberhitzerabschnitts angeordnet ist, wobei der erste Abschnitt des Zwischenüberhitzers entlang des Abgasstrompfads stromabwärts des überkritischen Verdampfers angeordnet ist, und der zweite Abschnitt des Zwischenüberhitzers entlang des Abgasstrompfads stromaufwärts des überkritischen Verdampfers angeordnet ist, und wobei der erste und zweite Abschnitt des Zwischenüberhitzers strömungsmäßig in Reihe angeordnet ist, so dass aus dem Dampfturbinensystem stammender kühler Wiedererwärmungsdampf durch den ersten Abschnitt des Zwischenüberhitzers aufgenommen wird, und Dampf, der den ersten Abschnitt des Zwischenüberhitzers verlässt, dem zweiten Abschnitt des Zwischenüberhitzers zugeführt wird.
Die Erfindung kann ferner in einem Verfahren nach Anspruch 7 zum Wiedererwärmen von kaltem Dampf in einem überkritischen Dampf verwendenden kombinierten Zyklussystem genutzt werden, zu dem gehören: eine Gasturbine; ein Dampfturbinensystem mit einem überkritischen Abschnitt, einem Hochdruckabschnitt, einem Mitteldruckabschnitt und wenigstens einem Niederdruckabschnitt; und ein überkritischer Dampfwärmerückgewinnungsdampferzeuger zum Aufnehmen von Abgas aus der Gasturbine, um Fluid aus dem Dampfturbinensystem zu erwärmen, wobei der Wärmerückgewinnungsdampferzeuger einen überkritischen Verdampfer, der dazu eingerichtet ist, zwischen dem überkritischen Verdampfer und dem Einlassende des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers Dampf zu einem überkritischen Überhitzer zu liefern, wobei Dampf, der den Überhitzer verlässt, an den überkritischen Abschnitt der Dampfturbine zurückgegeben wird, und einen entlang des Abgasstrompfads angeordneten Zwischenüberhitzer enthält, wobei der Zwischenüberhitzer kalten Wiedererwärmungsdampf aus dem Dampfturbinensystem aufnimmt und wiedererwärmten Dampf an das Dampfturbinensystem zurückführt, wobei der Zwischenüberhitzer wenigstens einen ersten und zweiten Zwischenüberhitzerabschnitt enthält, wobei der erste Zwischenüberhitzerabschnitt über den Wärmerückgewinnungsdampferzeuger entlang des Abgasstrompfads stromabwärts des zweiten Zwischenüberhitzerabschnitts angeordnet ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Leiten von Dampf, der einen kalten Wiedererwärmungsdampfstrom enthält, aus dem Dampfturbinensystem zu dem ersten Zwischenüberhitzerabschnitt des bezüglich des Stroms der Abgase stromabwärts des überkritischen Verdampfers angeordneten Wärmerückgewinnungsdampferzeugers, anschließend Leiten des Dampfes zu dem zweiten Zwischenüberhitzerabschnitt des bezüglich des Stroms der Abgase stromaufwärts des überkritischen Verdampfers angeordneten Wärmerückgewinnungsdampferzeugers, und anschließend Leiten des Dampfes zu dem Dampfturbinensystem.
Figurenliste

1 veranschaulicht schematisch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 veranschaulicht schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
3 veranschaulicht schematisch noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die gegenwärtige Praxis einer optimalen Konstruktion der Wärmerückgewinnung für mit einem oder mehreren Drücken arbeitende überkritische Dampfkreisläufe verwendet eine Anordnung des Wiedererwärmungsabschnitts des HRSG relativ zu dem Abgasstrom stromaufwärts des Abschnitts des „HP_EVA OTB“ (überkritischen Hochdruckverdampfer-Durchlaufkessel).
Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schafft eine zweistufige Wärmerückgewinnungs/Wiedererwärmungskonstruktion, bei der ein Wiedererwärmungsabschnitt stromaufwärts des Phasenwechselpunkts (Übergangs von Wasser zu Dampf bei der kritischen Dampftemperatur) des (überkritischen) Hochdruck-HRSG-Abschnitts angeordnet ist, und der übrige Wiedererwärmungsabschnitt stromabwärts davon angeordnet ist.
Das erfindungsgemäße Konzept lässt sich in einem überkritischen Dampfkreislauf nutzen, der einen oder mehrere Drücke verwendet. Eine schematische Darstellung eines zwei Drücke verwendenden überkritischen Dampfkreislaufstromerzeugungssystems, das die Erfindung nutzt, ist in 1 gezeigt.
Dieses Beispiel basiert auf einem Gasturbinensystem 10, das einen Verdichter 12, ein Verbrennungssystem 14, eine Gasturbine 16 und ein Dampfturbinensystem 18 enthält, das einen überkritischen Abschnitt 20, einen Hochdruckabschnitt 22, einen Mitteldruckabschnitt 24 und einen oder mehrere Niederdruckabschnitte 26 aufweist, wobei mehrere Dampfzulasspunkte bei unterschiedlichen Drücken vorhanden sind. Der niedrige Druck wird in einen Kondensator 28 abgeführt. Die Gasturbine 10 und Dampfturbine 18 treiben einen (nicht gezeigten) Generator an und können im Tandem auf einer einzigen Welle oder in einer mehrere Wellen aufweisenden Konstruktion angeordnet sein, bei der die Gasturbine und die Dampfturbine unterschiedliche Lasten antreiben.
Dem Dampfturbinensystem 18 ist ein Zweidruck-HRSG 30 zugeordnet, das Niederdruck- (LP = Low Pressure) bzw. Hochdruck-(HP = High Pressure)-Vorwärmer 32,34, einen Niederdruckverdampfer 36, einen weiteren Hochdruckvorwärmer 38, Niederdrucküberhitzer 40,42, einen überkritischen OTB-(OTB = Once Through Boiler)-Hochdruckverdampfer (überkritischen Durchlaufverdampfer) 44, einen Hochdrucküberhitzerabschnitt 46 und einen Hochdrucküberhitzerendabschnitt 48 enthält. Zu beachten ist, dass in dem hier verwendeten Sinne der „überkritische Verdampfer“-Abschnitt des HRSG als eine Wärmeübertragungsoberfläche definiert ist, die das superkritische Fluid von einem Wert unterhalb der kritischen Temperatur auf einen Wert oberhalb der kritischen Temperatur erwärmt. Es findet keine Verdampfung (Phasenwechsel) als solche statt, da sich das Fluid oberhalb des kritischen Drucks befindet.
Gemäß einem exemplarischen Ausführungsbeispiel der Erfindung werden zwei Stufen einer Wiedererwärmung/Wärmerückgewinnung verwendet. Der erste Wiedererwärmungsabschnitt 50 (RH2) ist stromabwärts des „HP_EVA OTB“-Hochdruck-HRSG-Phasenwech-selabschnitts 44 angeordnet. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der erste Wiedererwärmungsabschnitt 50 (RH2) zu dem als Element 38 bezeichneten Hochdruck-ECO 1 (Hochdruckvorwärmer 1) parallel geschaltet. Obwohl in dieser Figur eine parallele Anordnung gezeigt ist, kann ein ähnlicher thermodynamischer Vorteil mittels einer ineinander gewundenen Anordnung erzielt werden, bei der abwechselnde Wiedererwärmer- und Vorwärmerleitungsreihen in Serie geschaltet sind. Der Einlass zu diesem HRSG-Zwischenüberhitzerabschnitt 50 ist der bei 2 aus der Hochdruckturbine 22 entlassene kühle Wiedererwärmungsdampf. Der aus diesen Abschnitt verlassende Dampf wird in dem HRSG-Zwischenüberhitzerabschnitt 50 (RH2) auf einen Wert unterhalb der kritischen Temperatur (T_crit ) erwärmt. Als Nächstes wird der Dampf zu dem stromaufwärts des „HP_EVA OTB“ angeordneten zweiten Wiedererwärmungsabschnitt 52 (RH1) gelenkt. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der zweite Wiedererwärmungsabschnitt 52 zwischen den Hochdrucküberhitzern 48 und 46 angeordnet. Allerdings ist die Erfindung nicht auf diesen Ort des zweiten Wiedererwärmungsabschnitts 52 beschränkt.
Mit Hilfe einer Kondensatpumpe 56 wird dem HRSG 30 über die Leitung 54 Kondensat aus dem Kondensator 28 eingespeist. Das Kondensat durchquert anschließend den Niederdruck-(LP = Low Pressure)-Vorwärmer 32 und gelangt in den Niederdruckverdampfer 36. Dem Niederdrucküberhitzer 40,42 wird über die Leitung 58 Dampf aus dem Niederdruckverdampfer 36 eingespeist und anschließend bei 4 über die Leitung 60 und (nicht gezeigte) geeignete Niederdruckeinlass-Sperr/Regelungsventil(e) an den Niederdruckabschnitt 26 der Dampfturbine 18 zurückgeführt.
Speisewasser durchquert mittels einer (oder mehrerer) Speisewasserpumpe(n) 62 über die Leitungen 64, 66 den Hochdruckvorwärmer 34,38. In dem Hochdruckvorwärmer 38 vorhandenes Kondensat wird über die Leitung 68 an den überkritischen Hochdruckverdampfer 44 weitergeleitet. Aus dem überkritischen Hochdruckverdampfer austretender Dampf durchquert über die Leitung 70 die Hochdrucküberhitzerabschnitte 46,48 und wird bei 1 (im Bedarfsfall) über (nicht gezeigte) geeignete Sperr/Regelungsventile an den überkritischen Abschnitt 20 der Dampfturbine 18 zurückgegeben. Bei 2 aus dem Hochdruckabschnitt 22 der Dampfturbine 18 entlassener kühler Wiedererwärmungsdampf wird, wie oben beschrieben, durch die Zwischenüberhitzer 50 und 52 geleitet. Der wiedererwärmte Dampf wird bei 3 (über nicht gezeigte) geeignete Sperr/Regelungsventile an den Mitteldruckabschnitt der Dampfturbine zurückgegeben.
Wärme wird dem HRSG durch die über die Leitung 72 in den HRSG eingeführten Abgase aus der Gasturbine zugeführt, die den HRSG über die Leitung 74 in Richtung eines (nicht gezeigten) Stutzens verlassen. Insbesondere tritt das Abgas aus der Gasturbine in den HRSG 30 ein, wo es den Hochdrucküberhitzer 48, den Zwischenüberhitzerabschnitt 52 (RH1) und den Hochdrucküberhitzer 46 überwindet, die sämtliche relativ zur Richtung eines Gasstroms stromaufwärts des überkritischen Hochdruckverdampfers 44 angeordnet sind. Der kälteste Zwischenüberhitzerabschnitt 50 (RH2) befindet sich stromabwärts des überkritischen Hochdruckverdampfers 44. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel werden die Abgase 2 aus dem Hochdruckabschnitt 22 der Dampfturbine 18, wie oben erwähnt, dem Zwischenüberhitzerabschnitt 50 zugeführt. In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist der Niederdrucküberhitzer 42 zwischen dem Zwischenüberhitzerabschnitt 50 und dem überkritischen Hochdruckverdampfer 44 angeordnet.
Wie anhand des folgenden Beispiels gezeigt, bringt der mit zwei Druckniveaus arbeitende überkritische (mit Hochdruck überkritische) Zyklus mit einer Wiedererwärmung unterhalb der kritischen Temperatur eine bessere Leistung hervor als der herkömmliche drei Drücke verwendende unterkritische Wiedererwärmungszyklus oder ein überkritischer Zyklus, der nicht einen Teil der Abwärme stromabwärts des überkritischen Verdampferabschnitts in dem Gaspfad nutzt. Der Hochdruck-HRSG arbeitet bei überkritischem Druck, wobei der überkritische Dampfturbineneinlassdrosseldruck 296 bar (4300 psia) beträgt. Dampf aus der überkritischen Dampfturbine ist es erlaubt, in die Hochdruckdampfturbine einzutreten (wobei die überkritische und die Hochdruckdampfturbine, obwohl hier zwei Turbinen dargestellt sind, eine einzige Turbine bilden können). Die Auslasstemperatur der Hochdruckdampfturbine beträgt 238 °C (460°F). Die Auslasstemperatur des ersten Wiedererwärmungsabschnitts 50 (RH2) wurde auf 346°C (655°F) eingestellt. Die Einlass- und Auslasstemperaturen des RH2 und des Hochdruckvorwärmers 1 sind aufeinander abgestimmt. Die RH1-Auslasstemperatur wurde auf 566°C (1050°F) eingestellt.
Die vorgeschlagene Anordnung bewirkt die Steigerung des Nettowirkungsgrads des kombinierten Zyklus um +0,63 Prozentpunkte, mit einer erhöhten Nettoleistungsabgabe von +0,97 % im Vergleich zu einem mit drei (3) Drücken arbeitenden unterkritischen kombinierten Zyklus mit Wiedererwärmung bzw. Abwärmenutzung. Der HRSG-Flächenzuwachs wird auf etwa 35 % geschätzt. Der Zulassdruck der Mittel- und Niederdruckdampfturbinen wurde bei demselben Wert beibehalten wie in dem Grundlinienfall; es sind daher keine Änderungen an den Mittel- und Niederdruckdampfturbinen erforderlich. Die Hochdruckdampfturbine kann in eine überkritische Dampfturbine mit einem Einlassdrosseldruck von 296 bar (4300 psia) und einen Hochdruckabschnitt mit einem Einlassdrosseldruck im Bereich einer herkömmlichen Hochdruckdampfturbine, wie sie in 1 gezeigt ist, unterteilt sein. Eine zweite Option basiert darauf, die überkritische und die Hochdruckdampfturbine in einer einzigen Ausrüstungskomponente ((superkritischen) SC-Hochdruckdampfturbine) zusammenzufassen. Für weitere Ausrüstungskomponenten (beispielsweise superkritische Druckpumpen) benötigte zusätzliche Hilfsleistung wurde in den Berechnungen berücksichtigt. Die Abgastemperatur beträgt 80,6°C (177,2°F).
2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem wieder die zweifache Wiedererwärmung durchgeführt wurde. In diesem Ausführungsbeispiel wird das Abgas 7 aus der überkritischen Dampfturbine 20 in einem zu dem zweiten Wiedererwärmungsabschnitt 152 parallel angeordneten HRSG-Abschnitt 153 wiedererwärmt und anschließend bei 6 in die Hochdruckdampfturbine 22 eingeführt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das zweite Wiedererwärmungssystem 152 wie in dem Ausführungsbeispiel nach 1 zwischen Hochdrucküberhitzern 48,46 angeordnet, obwohl die Erfindung nicht darauf beschränkt werden soll, jenen Abschnitt in dieser Weise anzuordnen. Für diesen doppelten Wiedererwärmungszyklus ist, wie vermerkt, eine mit der zweiten Stufe 152 des Niederdruckzwischenüberhitzers parallele Anordnung des Hochdruckzwischenüberhitzers 153 gezeigt. Allerdings lässt sich ein ähnlicher thermodynamischer Vorteil mit einer ineinander gewundenen Anordnung erzielen, bei der abwechselnde Leitungsreihen des Hochdruckzwischenüberhitzers und des Niederdruckzwischenüberhitzers der zweiten Stufe in Reihe geschaltet sind. Das Ausführungsbeispiel nach 2 entspricht im Übrigen dem Ausführungsbeispiel nach 1, und die entsprechenden Teile sind mit entsprechenden Bezugszeichen versehen, werden jedoch nicht nochmals mit Bezug auf 2 beschrieben.
3 veranschaulicht noch ein weiteres abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dem Ausführungsbeispiel nach 3 ist stromabwärts des „HP_EVA OTB“ 44 und stromaufwärts des Zwischenüberhitzers (RH2) 50 der ersten Stufe ein HRSG-Vorwärmerabschnitt 78 zum Erwärmen von Wasser vorgesehen, das zur Erwärmung von Gasturbinenbrennstoffgas in einem Wärmetauscher 80 genutzt wird. Dies ermöglicht eine effiziente Erwärmung von Brennstoffgas bis zu dem Bereich von 313°C (600 °F). In dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist stromabwärts des Zwischenüberhitzers (RH2) der ersten Stufe ein zweiter HRSG-Vorwärmerabschnitt 76 vorgesehen. Auf diese Weise leitet die Hochdruckspeisewasserpumpe 62 Wasser zum Vorwärmen von Brennstoff zu dem FH2-Abschnitt 76, von wo aus es zu der stromaufwärts gelegenen Seite des FH1-Abschnitts 78 und anschließend weiter zu dem Wärmetauscher 80 geleitet wird, um den der Brennkammer 14 eingespeisten Brennstoff zu erwärmen. Das Ausführungsbeispiel nach 3 entspricht im Übrigen dem Ausführungsbeispiel nach 1, und die entsprechenden Elemente sind in Entsprechung nummeriert, werden jedoch nicht nochmals mit Bezug auf 3 beschrieben.
Die Erfindung wurde zwar anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben, von dem gegenwärtig angenommen wird, dass es sich am besten verwirklichen lässt, es ist allerdings selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt sein soll, sondern vielmehr vielfältige Abwandlungen und äquivalente Anordnungen abdecken soll, die in den Schutzbereich der beigefügten Patentansprüche fallen.
Ein überkritischen Dampf verwendendes kombiniertes Zyklussystem, zu dem gehören: eine Gasturbine 16; ein überkritisches Dampfturbinensystem 18 mit einem überkritischen Abschnitt 20, einem Hochdruckabschnitt 22, einem Mitteldruckabschnitt 24 und wenigstens einem Niederdruckabschnitt 26; und ein überkritischer Dampfwärmerückgewinnungsdampferzeuger (HRSG = Heat Recovery Steam Generator) 30 zum Aufnehmen von Abgas aus der Gasturbine, um Fluid aus dem Dampfturbinensystem zu erwärmen. Der HRSG enthält einen überkritischen Verdampfer 44, der dazu eingerichtet ist, zwischen dem überkritischen Verdampfer und dem Einlass des HRSG einem Überhitzer Dampf zuzuführen, und einen Zwischenüberhitzer 50,52, der kalten Wiedererwärmungsdampf aus dem Dampfturbinensystem 18 aufnimmt und wiedererwärmten Dampf an dieses zurückführt. Der Zwischenüberhitzer enthält entlang des Abgasstrompfads einen stromabwärts des überkritischen Verdampfers 44 angeordneten ersten Abschnitt 50 und einen stromaufwärts angeordneten zweiten Abschnitt. Kühler Wiedererwärmungsdampf aus dem Dampfturbinensystem 18 wird durch den ersten Zwischenüberhitzerabschnitt 50 aufgenommen, und den ersten Zwischenüberhitzer verlassender Dampf wird stromaufwärts des überkritischen Verdampfers 44 dem zweiten Zwischenüberhitzerabschnitt 52 zugeführt.
Bezugszeichenliste

Gasturbinensystem	10
Verdichter	12
Verbrennungssystem	14
Gasturbine	16
Dampfturbinensystem	18
überkritischer Abschnitt	20
Hochdruckabschnitt	22
Mitteldruckabschnitt	24
Niederdruckabschnitt(e)	26
Kondensator	28
Zweidruck-HRSG	30
Niederdruck-(LP = Low Pressure)-Vorwärmer	32
Hochdruck-(HP = High Pressure)-Vorwärmer	34
Niederdruckverdampfer	36
Hochdruckvorwärmer	38
Niederdrucküberhitzer	40,42
überkritische r Hochdruckverdampfer OTB (Durchlauferhitzerkessel)	44
Hochdrucküberhitzerabschnitt	46
Hochdrucküberhitzerendabschnitt	48
erster Wiedererwärmungsabschnitt	50 (RH2)
zweiter Wiedererwärmungsabschnitt	52 (RH1)
Leitung	54
Kondensatpumpe	56
Leitung	58
Leitung	60
Speisewasserpumpe(n)	62
Leitungen	64, 66
Leitung	68
Leitung	70
Leitung	72
Leitung	74
zweiter HRSG-Vorwärmerabschnitt	76
erster HRSG-Vorwärmerabschnitt	78
Wärmetauscher	80
zweiter Wiedererwärmungsabschnitt	152
Hochdruckzwischenüberhitzer	153

Claims

Überkritischen Dampf verwendendes kombiniertes Zyklussystem, zu dem gehören: eine Gasturbine (16); ein überkritisches Dampfturbinensystem (18) mit einem überkritischen Abschnitt (20), einem Hochdruckabschnitt (22), einem Mitteldruckabschnitt (24) und wenigstens einem Niederdruckabschnitt (26); und ein überkritischer Dampfwärmerückgewinnungsdampferzeuger (30) zum Aufnehmen von Abgas (72) aus der Gasturbine (16), um aus dem Dampfturbinensystem (18) stammendes Fluid zu erwärmen, wobei das Gasturbinenabgas aus einem Einlassende entlang eines Abgasstrompfads zu einem Auslassende des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers strömt, wobei der Wärmerückgewinnungsdampferzeuger einen überkritischen Verdampfer (44) aufweist, der dazu eingerichtet ist, einem Überhitzer (46, 48) zwischen dem überkritischen Verdampfer (44) und dem Einlassende des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers überkritischen Dampf zuzuführen, wobei der den Überhitzer verlassende Dampf an den überkritischen Abschnitt (20) der Dampfturbine zurückgegeben wird, und einen entlang des Abgasstrompfads angeordneten Zwischenüberhitzer (50, 52) enthält, wobei der Zwischenüberhitzer kalten Wiedererwärmungsdampf aus dem Dampfturbinensystem aufnimmt und wiedererwärmten Dampf an das Dampfturbinensystem zurückführt, wobei der Zwischenüberhitzer wenigstens einen ersten (50) und zweiten (52) Abschnitt enthält, wobei der erste Zwischenüberhitzerabschnitt (50) über den Wärmerückgewinnungsdampferzeuger entlang des Abgasstrompfads stromabwärts des zweiten Zwischenüberhitzerabschnitts (52) angeordnet ist, wobei der erste Abschnitt (50) des Zwischenüberhitzers entlang des Abgasstrompfads stromabwärts des überkritischen Verdampfers (44) angeordnet ist, und der zweite Abschnitt (52) des Zwischenüberhitzers entlang des Abgasstrompfads stromaufwärts des überkritischen Verdampfers (44) angeordnet ist und wobei der erste und zweite Abschnitt (50, 52) des Zwischenüberhitzers strömungsmäßig in Reihe angeordnet sind, so dass aus dem Dampfturbinensystem stammender kühler Wiedererwärmungsdampf durch den ersten Abschnitt (50) des Zwischenüberhitzers aufgenommen wird, und Dampf, der den ersten Abschnitt des Zwischenüberhitzers verlässt, dem zweiten Abschnitt (52) des Zwischenüberhitzers zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (152) des Zwischenüberhitzers strömungsmäßig parallel zu einem Hochdruckwiedererwärmungsabschnitt (153) angeordnet ist, der Wiedererwärmungsdampf aus dem überkritischen Abschnitt (20) des Dampfturbinensystems aufnimmt und den wiedererwärmten Dampf zu dem Hochdruckabschnitt (22) des Dampfturbinensystems zurückführt.
Überkritischen Dampf verwendendes kombiniertes Zyklussystem, zu dem gehören: eine Gasturbine (16); ein überkritisches Dampfturbinensystem (18) mit einem überkritischen Abschnitt (20), einem Hochdruckabschnitt (22), einem Mitteldruckabschnitt (24) und wenigstens einem Niederdruckabschnitt (26); und ein überkritischer Dampfwärmerückgewinnungsdampferzeuger (30) zum Aufnehmen von Abgas (72) aus der Gasturbine (16), um aus dem Dampfturbinensystem (18) stammendes Fluid zu erwärmen, wobei das Gasturbinenabgas aus einem Einlassende entlang eines Abgasstrompfads zu einem Auslassende des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers strömt, wobei der Wärmerückgewinnungsdampferzeuger einen überkritischen Verdampfer (44) aufweist, der dazu eingerichtet ist, einem Überhitzer (46, 48) zwischen dem überkritischen Verdampfer (44) und dem Einlassende des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers überkritischen Dampf zuzuführen, wobei der den Überhitzer verlassende Dampf an den überkritischen Abschnitt (20) der Dampfturbine zurückgegeben wird, und einen entlang des Abgasstrompfads angeordneten Zwischenüberhitzer (50, 52) enthält, wobei der Zwischenüberhitzer kalten Wiedererwärmungsdampf aus dem Dampfturbinensystem aufnimmt und wiedererwärmten Dampf an das Dampfturbinensystem zurückführt, wobei der Zwischenüberhitzer wenigstens einen ersten (50) und zweiten (52) Abschnitt enthält, wobei der erste Zwischenüberhitzerabschnitt (50) über den Wärmerückgewinnungsdampferzeuger entlang des Abgasstrompfads stromabwärts des zweiten Zwischenüberhitzerabschnitts (52) angeordnet ist, wobei der erste Abschnitt (50) des Zwischenüberhitzers entlang des Abgasstrompfads stromabwärts des überkritischen Verdampfers (44) angeordnet ist, und der zweite Abschnitt (52) des Zwischenüberhitzers entlang des Abgasstrompfads stromaufwärts des überkritischen Verdampfers (44) angeordnet ist und dadurch gekennzeichnet, dass der erste und zweite Abschnitt (50, 52) des Zwischenüberhitzers strömungsmäßig in Reihe angeordnet sind, so dass aus dem Dampfturbinensystem stammender kühler Wiedererwärmungsdampf durch den ersten Abschnitt (50) des Zwischenüberhitzers aufgenommen wird, und Dampf, der den ersten Abschnitt des Zwischenüberhitzers verlässt, dem zweiten Abschnitt (52) des Zwischenüberhitzers zugeführt wird, ferner dass ein Vorwärmerabschnitt (76,78) zum Erwärmen von Wasser vorgesehen ist, das genutzt wird, um in einem Wärmetauscher (80) Gasturbinenbrennstoffgas zu erwärmen, wobei der Vorwärmerabschnitt stromabseitig des überkritischen Verdampfers (44) angeordnet ist, wobei der Vorwärmerabschnitt einen Vorwärmerabschnitt (78), der stromabwärts des überkritischen Verdampfers (44) und stromaufwärts des ersten Zwischenüberhitzerabschnitts (50) angeordnet ist, und einen zweiten Vorwärmerabschnitt (76) aufweist, der stromabwärts des ersten Zwischenüberhitzerabschnitts (50) angeordnet ist, und wobei der wiedererwärmte Dampf aus dem ersten Zwischenüberhitzer (50) stromaufwärts des überkritischen Verdampfers (44) zu dem zweiten Zwischenüberhitzer (52) umgeleitet wird und anschließend zu einem Mitteldruckabschnitt des Dampfturbinensystems zurückgegeben wird.
Kombiniertes Zyklussystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der überkritische Verdampfer (44) als die Wärmeübertragungsfläche definiert ist, die das superkritische Fluid von einem Wert unterhalb der kritischen Temperatur auf einen Wert oberhalb der kritischen Temperatur erwärmt, und ferner stromabwärts des überkritischen Hochdruckverdampfers entlang des Abgasstrompfads einen Niederdruckverdampfer (36) aufweist, und wobei der Überhitzer ein Hochdrucküberhitzer ist und ferner einen Niederdrucküberhitzer (40,42) enthält, wobei der Dampf aus dem Niederdruckverdampfer zu dem Niederdrucküberhitzer strömt.
Kombiniertes Zyklussystem nach Anspruch 3, wobei es dem Dampf aus dem Niederdrucküberhitzer erlaubt ist, in einen Niederdruckabschnitt (26) des Dampfturbinensystems zu strömen.
Kombiniertes Zyklussystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Abschnitt (50) des Zwischenüberhitzers kühlen Wiedererwärmungsdampf aus dem Hochdruckabschnitt (22) des Dampfturbinensystems aufnimmt, und wobei der zweite Abschnitt (52) des Zwischenüberhitzers wiedererwärmten Dampf zu dem Mitteldruckabschnitt (24) des Dampfturbinensystems zurückführt.
Kombiniertes Zyklussystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der erste Abschnitt (50) des Zwischenüberhitzers strömungsmäßig parallel zu einem Hochdruckvorwärmer (38) angeordnet ist, wobei Kondensat aus dem Hochdruckvorwärmer zu dem überkritischen Verdampfer (44) geleitet wird (68).
Verfahren zum Wiedererwärmen von kaltem Dampf in einem überkritischen Dampf verwendenden kombinierten Zyklussystem, zu dem gehören: eine Gasturbine (16); ein überkritisches Dampfturbinensystem (18) mit einem überkritischen Abschnitt (20), einem Hochdruckabschnitt (22), einem Mitteldruckabschnitt (24) und wenigstens einem Niederdruckabschnitt (26); und ein überkritischer Dampfwärmerückgewinnungsdampferzeuger (30) zum Aufnehmen von Abgas aus der Gasturbine, um aus dem Dampfturbinensystem stammendes Fluid zu erwärmen, wobei der Wärmerückgewinnungsdampferzeuger einen überkritischen Verdampfer (44) aufweist, der dazu eingerichtet ist, einem überkritischen Überhitzer (46,48) zwischen dem überkritischen Verdampfer (44) und dem Einlassende des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers Dampf zuzuführen, wobei aus dem Überhitzer austretender Dampf an den überkritischen Abschnitt (20) der Dampfturbine zurückgegeben wird und einen entlang des Abgasstrompfads angeordneten Zwischenüberhitzer (50,52) enthält, wobei der Zwischenüberhitzer kalten Wiedererwärmungsdampf aus dem Dampfturbinensystem aufnimmt und wiedererwärmten Dampf an das Dampfturbinensystem zurückführt, wobei der Zwischenüberhitzer wenigstens einen ersten und zweiten Zwischenüberhitzerabschnitt (50,52) enthält, wobei der erste Zwischenüberhitzerabschnitt (50) über den Wärmerückgewinnungsdampferzeuger entlang des Abgasstrompfads stromabwärts des zweiten Zwischenüberhitzerabschnitts (52) angeordnet ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Leiten von Dampf, der einen kalten Wiedererwärmungsdampfstrom enthält, aus dem Dampfturbinensystem (18) zu dem ersten Zwischenüberhitzerabschnitt (50) des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers (30), der bezüglich des Stroms der Abgase stromabwärts des überkritischen Verdampfers (44) angeordnet ist, anschließend Leiten des Dampfes zu dem zweiten Zwischenüberhitzerabschnitt (52) des Wärmerückgewinnungsdampferzeugers, der bezüglich des Stroms der Abgase stromaufwärts des überkritischen Verdampfers (44) angeordnet ist, und anschließend Leiten des Dampfes zu dem Dampfturbinensystem (18), dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Abschnitt (152) des Zwischenüberhitzers strömungsmäßig parallel zu einem Hochdruckwiedererwärmungsabschnitt (153) angeordnet ist, der Wiedererwärmungsdampf aus dem überkritischen Abschnitt (20) des Dampfturbinensystems aufnimmt und den wiedererwärmten Dampf zu dem Hochdruckabschnitt (22) des Dampfturbinensystems zurückführt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der überkritische Verdampfer (44) als die Wärmeübertragungsfläche definiert ist, die das superkritische Fluid von einem Wert unterhalb der kritischen Temperatur auf einen Wert oberhalb der kritischen Temperatur erwärmt, und ferner stromabwärts des überkritischen Hochdruckverdampfers entlang des Abgasstrompfads einen Niederdruckverdampfer (36) aufweist, und wobei der Überhitzer ein überkritischer Hochdrucküberhitzer ist und ferner einen Niederdrucküberhitzer (40,42) enthält, wobei Dampf aus dem Niederdruckverdampfer zu dem Niederdrucküberhitzer strömt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der erste Abschnitt (50) des Zwischenüberhitzers kühlen Wiedererwärmungsdampf aus dem Hochdruckabschnitt (22) des Dampfturbinensystems aufnimmt, und wobei der zweite Abschnitt (52) des Zwischenüberhitzers wiedererwärmten Dampf zu dem Mitteldruckabschnitt (24) des Dampfturbinensystems zurückführt.