DE102009003701A1 - Temperature reduction at the inlet of gas turbines during underfrequency events and associated method - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zum Steigern der Energieabgabe einer mit Gasturbine arbeitenden elektrischen Energieerzeugungsanlage, die einen mehrstufigen Verdichter, eine Brennkammer und eine mehrstufige Komponente aufweist, während Ereignissen bereitgestellt, wenn die Netz- oder Gasturbinenfrequenz unter eine vorbestimmte Sollfrequenz fällt. Das Verfahren wird ausgeführt indem a) ein Vorrat verflüssigter Luft bereitgestellt wird, der so eingerichtet ist, dass er eine selektive zusätzliche Einführung von verflüssigter Luft in einen Umgebungslufteinlass zu dem Verdichter ermöglicht; und b) indem man kontrollierte Mengen verflüssigter Luft in den Umgebungslufteinlass während solcher Ereignisse einströmen lässt.A method is provided for increasing the energy output of a gas turbine electric power plant having a multi-stage compressor, a combustor, and a multi-stage component during events when the grid or gas turbine frequency falls below a predetermined target frequency. The method is practiced by a) providing a supply of liquefied air arranged to permit selective additional introduction of liquefied air into an ambient air inlet to the compressor; and b) allowing controlled amounts of liquefied air to flow into the ambient air intake during such events.
Description
Diese Erfindung betrifft den Betrieb von Gasturbinen, insbesondere bei Frequenzeinbrüchen, wenn der Bedarf das Angebot übersteigt.These The invention relates to the operation of gas turbines, in particular in Frequency collapses, though the demand exceeds the supply.
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
Wenn der Elektrizitätsbedarf das Lieferangebot in das Netz übersteigt, fällt die Netzfrequenz unter den Sollwert von entweder 50 oder 60 Hz ab. Bei auf Gasturbinen basierenden Energieerzeugungsanlagen nimmt das Leistungsvermögen der Gasturbine typischerweise ab, wenn die Frequenz abnimmt. Demzufolge muss, um eine Netzstabilität während großer Frequenzeinbrüche sicherzustellen, die Ausgangsleistung der Gasturbinen-Energieerzeugungsanlage wenigstens kurzzeitig erhöht werden. Die Ausgangsleistung einer zum Erzeugen von Elektrizität eingesetzten Gasturbine kann beispielsweise durch erhöhten Verdichtermassenstrom oder erhöhten Brennstoffstrom gesteigert werden. Eine Zunahme im Verdichtermassenstrom kann jedoch aufgrund einer Verdichterpumpgrenze oder anderer Einschränkungen begrenzt sein, während eine Erhöhung des Brennstoffstroms aufgrund von Teilelebensdauererwägungen begrenzt sein kann, die sich aus dem Betrieb außerhalb normaler Betriebstemperaturen ergeben.If the electricity requirement exceeds the delivery offer in the network, it falls Mains frequency below the setpoint of either 50 or 60 Hz. At on Gas turbine based power generation plants takes the power of the Gas turbine typically off when the frequency decreases. As a result, needs to be a network stability during large frequency dips to ensure the output power of the gas turbine power plant at least increased for a short time become. The output power of a used for generating electricity Gas turbine, for example, by increased compressor mass flow or raised Fuel flow can be increased. An increase in compressor mass flow but may be due to a compressor pump limit or other restrictions be limited while an increase the fuel flow is limited due to part life considerations may be due to operating outside normal operating temperatures result.
Demzufolge besteht ein Bedarf nach einem Mechanismus, mittels dessen die Turbinenleistung während kurzfristiger Unterfrequenzereignissen erhöht werden kann, ohne dass die Turbine bei höheren als normalen Betriebstemperaturen befeuert werden muss, oder zum Minimieren der Erhöhung der Befeuerungstemperatur zur Erfüllung der Anforderungen.As a result, There is a need for a mechanism by which the turbine power during short-term Underfrequency events increased Can be without the turbine at higher than normal operating temperatures must be fired, or to minimize the increase in the firing temperature to fulfillment the requirements.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE INVENTION
Gemäß einer exemplarischen, jedoch nicht-einschränkenden Implementation der hierin offenbarten Technologie wird das bekannte Phänomen genutzt, dass eine Verringerung in der Verdichtereinlasstemperatur typischerweise das Energieabgabevermögen der Gasturbine erhöht. Somit wird ein Verfahren zum Steigern der Energieabgabe in einer mit Gasturbine arbeitenden elektrischen Energieerzeugungsanlage (oder in anderen mechanischen Antriebsanwendung) mit einem mehrstufigen Verdichter, einer Brennkammer und einer mehrstufigen Turbinenkomponente während Ereignissen bereitgestellt, wenn die Netzfrequenz unter eine vorbestimmte Sollfrequenz fällt, wobei das Verfahren die Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines Vorrates flüssiger oder verflüssigter Luft, oder eines Gemisches von Gasen (anschließend zur Vereinfachung als ”Luft” bezeichnet) der so eingerichtet ist, dass er eine selektive zusätzliche Eingabe von verflüssigter Luft in einen Umgebungslufteinlass zu dem Verdichter ermöglicht; und b) Einströmen lassen kontrollierter Mengen der verflüssigten Luft in den Umgebungslufteinlass während den Ereignissen.According to one exemplary, but non-limiting implementation of technology disclosed herein exploits the well-known phenomenon that a reduction in the compressor inlet temperature is typical the energy delivery capacity the gas turbine increased. Thus, a method of increasing the energy output in one with gas turbine working electric power plant (or in other mechanical drive application) with a multi-stage Compressor, a combustion chamber and a multi-stage turbine component while Events provided when the grid frequency below a predetermined Target frequency drops, the method comprising the steps of: a) providing a Stock liquid or liquefied Air, or a mixture of gases (hereinafter referred to simply as "air") which is set up to be a selective additional Input of liquefied Air in an ambient air inlet to the compressor allows; and b) inflow Allow controlled quantities of liquefied air into the ambient air intake while the events.
In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine mit mindestens einer Gasturbine arbeitende elektrische Energieerzeugungsanlage, welche aufweist: einen mehrstufigen Verdichter mit Umgebungslufteinlass; eine mehrstufige Turbinenkomponente; eine für die Aufnahme von verdichteter Luft aus dem Verdichter und die Lieferung gasförmiger Verbrennungsprodukte an die mehrstufige Turbine eingerichtete Brennkammer; und eine Quelle verflüssigter Luft, die dafür eingerichtet ist, verflüssigte Luft in den Umgebungslufteinlass des Verdichters zu liefern.In In another aspect, the invention relates to a with at least a gas turbine electric power plant, which comprises: a multi-stage compressor with ambient air inlet; a multi-stage turbine component; one for the inclusion of condensed ones Air from the compressor and the supply of gaseous combustion products combustor adapted to the multi-stage turbine; and a source liquefied Air, for that is set up, liquefied To supply air to the compressor's ambient air inlet.
Die Erfindung wird nun in Verbindung mit der nachstehend benannten Zeichnung beschrieben.The Invention will now be described in connection with the drawing below described.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING
Die einzige Zeichnungsfigur ist eine vereinfachte schematische Darstellung einer Gasturbinenanlage, die eine Verdichtereinlass-Kühlanordnung gemäß einer exemplarischen, jedoch nicht-einschränkenden Ausführungsform der Erfindung enthält.The single drawing figure is a simplified schematic representation a gas turbine plant having a compressor inlet cooling arrangement according to a exemplary, but non-limiting embodiment of the invention.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGDETAILED DESCRIPTION THE DRAWING
Gemäß Bezugnahme
auf die Figur enthält eine
Gasturbinenanlage
Gemäß einer
exemplarischen, aber nicht-einschränkenden Ausführungsform
der Erfindung ist ein Einlasssammelraum
Die
Platzierung des Verteilers
Die
vorstehend beschriebene Einlassanordnung ermöglicht kurzfristige Ausgangsleistungssteigerungen
durch Einspritzen von verflüssigter
Luft in das Einlasssystem des Verdichters
Das
Steuerverfahren kann eines sein, das auf Energieabgabeanforderungen
bei verschiedenen Frequenzpegeln oder einer Einhaltung einer speziellen
Verdichtereinlasstemperatur basiert. Es kann auch vorteilhaft sein,
die Zuführung
verflüssigter
Luft über
das Ventil
Man wird erkennen, dass die durch den zusätzlichen Verdichtermassenstrom erzielte Leistungssteigerung, wie hierin beschrieben, die Verdichterpumpgrenze und die Teilelebensdauer verbessern kann.you will recognize that by the additional compressor mass flow achieved performance increase, as described herein, the compressor pumping limit and can improve part life.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was derzeit als die praktikabelste und bevorzugteste Ausführungsform betrachtet wird, dürfte es sich verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte Ausführungsform beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen, die in dem Erfindungsgedanken und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche enthalten sind, mit abdecken soll.Even though the invention has been described in connection with what is currently is considered the most practical and preferred embodiment, might it will be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiment is limited but on the contrary various modifications and equivalents Arrangements included in the spirit and scope of the invention attached claims included are to cover with.
Es wird ein Verfahren zum Steigern der Energieabgabe einer mit Gasturbine arbeitenden elektrischen Energieerzeugungsanlage, die einen mehrstufigen Verdichter, eine Brennkammer und eine mehrstufige Komponente aufweist, während Ereignissen bereitgestellt, wenn die Netz- oder Gasturbinenfrequenz unter eine vorbestimmte Sollfrequenz fällt. Das Verfahren wird ausgeführt indem a) ein Vorrat verflüssigter Luft bereitgestellt wird, der so eingerichtet ist, dass er eine selektive zusätzlich Einführung von verflüssigter Luft in einen Umgebungslufteinlass zu dem Verdichter ermöglicht; und b) indem man kontrollierte Mengen verflüssigter Luft in den Umgebungslufteinlass während solcher Ereignisse einströmen lässt.It is a method for increasing the energy output of a gas turbine working electrical power plant, which is a multi-stage Compressor having a combustion chamber and a multi-stage component, while Events are provided when the grid or gas turbine frequency falls below a predetermined target frequency. The process is carried out by a) a liquefied stock Air is provided, which is set up so that he has a selective addition introduction of liquefied Air in an ambient air inlet to the compressor allows; and b) by introducing controlled quantities of liquefied air into the ambient air inlet while such events flow leaves.
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