具有蓄热器的设施，用于运行的方法和用于改进的方法与流程

1.本发明涉及一种将燃气轮机的废气引导到蓄热器中的设施，其中蓄热器的热量能够用于不同的目的，一种用于运行这种设施的方法以及一种用于改进现有设施的方法。


背景技术：

2.在当今的能量市场中，gud设施通常用作为所谓的“调峰机组”并且在此必须快速地在其功率中开机和关机。这从静止状态中虽然是可行的，然而这种快速启动由于极端的热负荷和物理负荷引起燃气轮机、下游连接的锅炉和蒸汽轮机的负担。保持继续运转，gud设施在最小负荷下的所谓的“停机”，处于经济原因显得仅是有条件地有意义的。
3.为了能够对当前的能量市场的非常易变的要求做出反应，通常仅在单独运行中启动燃气轮机。在所述运转方式中，全部废气能量经由烟囱而不是经由蒸汽循环过程在没有其他应用的情况下直接被输出给环境空气。由此，gud设施的效率降低，这降低gud设施的经济的使用。
4.ep 2 574 755 a2公开了一种用于发电的系统和方法，其中借助于太阳能加热用于燃气轮机的热气。这具有如下缺点，不能够个体化地操控燃气轮机。


技术实现要素：

5.因此，本发明的目的是解决上述问题。
6.所述目的通过根据权利要求1的设施、根据权利要求19的用于运行设施的方法和根据权利要求31的用于改进设施的方法来实现。
附图说明
7.图1示出根据现有技术的gud设施并且在图2至10中示意地示出本发明。
8.图2至10和说明书仅示出本发明的实施例。
具体实施方式
9.图1示例性地示出现有技术中的能量转换设施1’。
10.燃气轮机100与用于供电的发电机5连接。
11.发电机5同样与蒸汽轮机6连接(单线设施)。
12.如果为燃气蒸汽联合循环设施(gud)，那么存在蒸汽轮机。能量转换设施1’也能够仅具有燃气轮机100，而不具有蒸汽轮机6。
13.出自燃气轮机100的热废气经由扩散器8流出到热量回收设施9(ahde＝废热蒸汽发生器(英文：hrsg))，其中热废气被继续使用，尤其用于产生用于蒸汽轮机6的蒸汽。同样优选地，存在废气烟囱10。
14.在图2中示意地示出根据本发明的设施1。
15.燃气轮机100优选地经由变速器4或联轴器4与用于发电的发电机5耦联。
16.如果为燃气蒸汽联合循环设施(gud)，那么存在蒸汽轮机6。借助蒸汽轮机，在此和在本发明的整个说明书中表示单个蒸汽轮机或由多个蒸汽轮机中的至少两个蒸汽轮机构成的蒸汽轮机组，所述蒸汽轮机选自：(多个)高压涡轮、(多个)中压涡轮和(多个)低压涡轮。
17.发电机5同样与蒸汽轮机6优选地经由蒸汽轮机联轴器2连接，尤其借助于sss联轴器。
18.设施1、1”(图6)设计成，使得蒸汽轮机6能够单独地运行。
19.尤其，冷凝器7连接于蒸汽轮机6。
20.燃气轮机100的热废气能够根据本发明经由扩散器8引导到蓄热器103中。
21.蓄能器103的蓄能足以使蒸汽轮机6更长时间地单独地并且恒定地至少数分钟长地运行。
22.蓄能器103的蓄能优选地为至少1gwh，尤其至少为2gwh(吉瓦小时)。
23.出自蓄能器103的储存的能量能够在需要时被提取，以便尤其加热用于远程供热25的水，以便随后将其馈入到远程供热网中和/或将其用于为gud设施1、1”(图6)产生蒸汽。
24.此外，借助蓄能器103中的储存的能量，能够预热用于燃气轮机100中的燃烧过程的燃料或气体，这提高燃气轮机100的效率。
25.将过程热和过程蒸汽从蓄能器103中导出例如用于干燥下水道污泥、空气预热器、制冷机或膨胀机是其他应用情况。
26.可选地，仍有出自风力轮机106或太阳能设施109的可再生能量的电能够被储存到蓄热器103中，尤其借助于电加热器36。
27.根据应用情况，尤其在gud1、1”(图6)的情况中，存在旁路烟囱112，所述旁路烟囱将燃气轮机100的热废气直接导入蓄热器103或热量回收系统(ahde)9中。
28.如果仅燃气轮机100在全负载下运行并且其能量需要用于驱动发电机5，或者如果燃气轮机100作为“调峰机组”或在开式循环中运行，其中这能够是单独的燃气轮机100或gud设施1中的燃气轮机100，那么燃气轮机100的热废气直接完全地或大部分被引导到蓄热器103中。
29.因此，也在gud运行中，燃气轮机100能够借助其热废气用于加载蓄热器103。
30.在gud设施中，根据电网利用率，将燃气轮机100的热废气引导到ahde9中和/或导入到蓄热器103中。
31.如果在电网中需要较少的电力，那么能够使燃气轮机100减速到特定的负载，优选所述燃气轮机被完全关断。
32.在此，那么不必通过燃气轮机100继续加载蓄热器103。然而，蓄能器103此外能够通过风能106和太阳能109借助于电加热器36加载。
33.如果需要，蓄热器103经由ahde9卸载，以便运行蒸汽轮机6，所述蒸汽轮机随后又驱动发电机5、5’(图6)。
34.如果例如将热空气从蓄能器103中吹出，那么在蓄能器103之后存在另一废气烟囱10’。
35.优选地，还存在具有风门111的旁路管路114。
36.在图3中示出根据本发明的gud设施1的详细设置。
37.蒸汽轮机6和上游的过程能够如在图3中示出的那样使用，以便将在蓄能器103中储存的能量用于产生电力。
38.在图3的上部区域中示出燃气轮机100，所述燃气轮机在开式循环或简单循环(独自运行)或gud运行中运行。
39.在任何情况下，燃气轮机100的热废气经由第一输送管路13’添加给蓄热器103。
40.同样地，能够以热空气的方式从蓄热器103中提取能量，以便将其输送给ahde9或热能30的其他消耗器。
41.出自蓄能器103的热能30用于使用该热能发电。
42.对此，出自蓄热器103的热空气经由输出管路13”输出，以便尤其借助于热交换器(ahde)9、热交换器19、废蒸汽管路22以及冷凝器16相应地产生用于蒸汽轮机6的热蒸汽，所述蒸汽轮机借助于发电机5产生电能28或过程蒸汽29。
43.同样可行的是，将出自蓄能器103的热能30用于加热水，在制冷机、膨胀机的应用中，将过程热用于干燥设施或用于远程供热25。
44.在图4示出根据本发明的gud设施1的另一变型形式，其中对图3补充地，将可再生的能量33，如风力106、太阳能109或储水器的电力，用于借助于电加热器36加热蓄热器103，可选地用于燃气轮机100的热废气。
45.在图3、图4以及下面的附图中，燃气轮机100的或gud设施1、1”的一部分(图6)仅示意地示出并且尤其对应于图2。
46.在图5中示出，蓄热器103能够优选地划分成模块103a、103b、
……
、103n，从而也能够应用于图2、3、4、5和7，以便将其选择性地加载或卸载。因此，蓄热器103优选地模块化地构造。
47.各个模块103a、103b、
……
、103n能够彼此单独地被加热从而置于不同的温度和热含量。
48.蓄能器103或模块103a、
……
、103n中的高的温度在热力学方面是最佳的。
49.如果模块103a、103b、
……
达到最高的或期望的温度，那么其他模块103、
……
能够被加热。
50.与此相应地，首先模块103a、103b、
……
以最高温度“卸载”，以便将其尤其用于蒸汽轮机6或ahde9。
51.模块化的蓄能器103至少部分地，尤其对于所有模块103a、103b、
……
、103n，分别具有用于将热气从燃气轮机100导入或者导出至ahde9的单独的入口和/或出口。
52.所述设施和方法方式具有如下优点：
[0053]-废气能量直接馈入到储热器中，
[0054]-使用火山岩、石块、石灰、耐火石、陶瓷作为用于蓄热器的储存材料，
[0055]-以电学方式产生的能量的储存与热废气能量的间接组合，
[0056]-借助于蒸汽轮机过程从蓄能器耦合输出热量，
[0057]-用于在淡化设施中使用，
[0058]-用作为天然气预热装置，
[0059]-用于产生远程供热，
[0060]-用于在制冷机中应用，或者
[0061]-用于将过程蒸汽尤其应用于化学设施。
[0062]
经由根据图5的第一管路39，将流体，即冷却的蒸汽，为了中间过热，尤其从蒸汽轮机6的高压部分向回引导到ahde9中，以便将其在那里再次加热。
[0063]
经由根据图5的第二管路42，将流体，即高压蒸汽，从ahde9的高压部分引导至蒸汽轮机6。
[0064]
经由根据图5的第三管路45，将流体，即低压蒸汽，从ahde9的低压部分引导至蒸汽轮机6的低压部分。
[0065]
经由根据图5的第四管路53，将流体，即水(冷凝液)，向回引导到ahde9中，以便将其在那里再次加热。
[0066]
经由根据图5的第五管路59，将流体，即中压蒸汽，从ahde9的中间过热装置输送给蒸汽轮机6。
[0067]
优选地能够使用再循环风机56来辅助。
[0068]
在根据图5的视图中是具有在一条线路上耦联的燃气轮机100、发电机5、蒸汽轮机6的单轴设施。
[0069]
在图6中，在图5的变型方案中，示出另一实施例，其中存在另一发电机5’，即多轴配置的gud设施1”。
[0070]
在根据图6的视图中示出在多轴配置中用于gud设施1”的设置中的整体。在此，燃气轮机100和所属的发电机5耦联于一条线路，而蒸汽轮机6和另外的、所属的发电机5’耦联于单独的线路。
[0071]
在两种情形中(图5、6)中使用储热器103是可行的。
[0072]
在单轴装置1中，在发电机5和蒸汽轮机6之间存在蒸汽轮机联轴器2(图2)，所述蒸汽轮机联轴器允许发电机5仅通过燃气轮机100驱动地单独运行。
[0073]
多轴设置的gud设施1”允许非常多种多样的灵活性。蓄热器103通过燃气轮机100馈送并且再电气化经由ahde9借助于蒸汽轮机6和发电机5’进行，其中能够与此无关地运行燃气轮机100和发电机5。燃气轮机100的经过的负载曲线在此也能够由蓄热器103的卸载过程的负载曲线改变。
[0074]
图7示意地示出根据前面的附图2至6的设施。
[0075]
蓄热器103也能够借助于太阳能109和或风能106加热，其方式为：将由可再生能量产生的电用于加热。
[0076]
所述输送经由用于出自可再生能源的电功率的功率调节器701控制。
[0077]
通过不同的滑动调节器(尤其借助于截断装置)703、706、727、730，调节风门709、712和闸板715、718调节热能的通量。
[0078]
同样地，能够实现远程供热25或过程蒸汽的导出管路721。
[0079]
同样地，在锅炉中可以存在和使用附加点火装置733，尤其借助出自生物气设施的低卡气体(在图2及以后的全部实施例中)。
[0080]
在图8中，详细示出根据不同附图的蓄热器103，其中示出各个模块103a、103b至103n，所述模块分别具有控制器800a、800b、
……
、800n，以便能够实现各个模块103a、b、
……
、n，尤其其废气风门115a、
……
、n的操控。模块103a、b、
……
、n因此通过壁在空间上彼此分开。
[0081]
存在用于出自燃气轮机100的热废气的入口122和从储热器至蒸汽过程的ahde9的出口142。
[0082]
同样示出，在蓄热器103后方的具有废气风门114a的旁路管路114。
[0083]
在图9中示出图8的类似细节，其中存在驱动器，尤其液压驱动器120a、120b、
……
、120n；112a，以便操控储热器103的各个模块103a至103n以及旁路管路114的加载或卸载。
[0084]
同样地，直径903、903’、906、915和温度909’、909”、909
”’
、909
iv
、909v和912用于监控或控制加载/卸载。
[0085]
温度能够在入口122处借助于传感器909’压力测量906之前的909”和之后的909
”’
以及在废气设施115a之后的909
iv
并且在模块103a的端部处的909v来测量。
[0086]
温度测量912和压力测量915也在出口142处是有意义的。
[0087]
在图10中，在对图9的细节中示出单个模块103a作为储热器103的其他模块的实例。
[0088]
每个模块103a通过液压驱动的风门120a打开或关闭。用于燃气轮机100的热废气到储存模块103a中的入口122的温度借助于温度感测器909”、909
”’
、909
iv
、909v测量。此外，在入口区域处存在压力测量906。
[0089]
在储热器之内的压力下降以及温度下降能够借助压差测量装置903和温度感测器909”、909
”’
来确定，所述温度感测器设置在模块103a的入口区域或出口区域909v中。
[0090]
优选地，在各个元件和/或模块的外部区域之间能够存在位于各个模块102a、
……
之间的绝缘部1001。
[0091]
为了储存器的卸载，将热量经由出口142朝向废热锅炉ahde9的方向吹出。
[0092]
在此，也存在传感器903，所述传感器测量在模块103a之内的压差。
[0093]
蓄热器103或整个gud设施1和1”能够用于：
[0094]
·
将储存的热能30借助于ahde9和至少一个蒸汽轮机6再次电气化或者产生过程蒸汽，
[0095]
·
提供用于远程供热加热或特别是提供过程热用于过程蒸汽消耗器，以及可自由使用地用于gud过程，
[0096]
·
其中将用于压缩机的进气预热，以便在维持排放极限的情况下使燃气轮机在较低的部分负载中运行，
[0097]
·
预热用于燃气轮机的燃料，以便因此改进效率，
[0098]
·
产生用于蒸汽轮机6的密封蒸汽，
[0099]
·
用于ahde9或蒸汽轮机6的连续的保温，
[0100]
其中尤其地，最后的措施用于，能够将gud设施1、1”和/或燃气轮机100更快地启动。这尤其在灵活的能源市场或供电网中是有意义的和必需的，其中大量可再生能量33波动地被馈入到电网中。
[0101]
储热器103优选地不仅用于频率稳定。
[0102]
储热器103的主要优点在于，所述储热器根据图2至10也能够事后集成到现有的设施中。
[0103]
储热器103的主要特点在于其根据能量产生设施1、1’的技术要求的受控的且可选择的加载和卸载以及结构可扩展性。