DE10231827A1

DE10231827A1 - Gasturbine mit integralem Ansaug-Booster-System und Verfahren zum Betrieb

Info

Publication number: DE10231827A1
Application number: DE2002131827
Authority: DE
Inventors: Erhard Liebig; Michael Vollmer
Original assignee: Alstom Schweiz AG
Current assignee: Ansaldo Energia IP UK Ltd
Priority date: 2001-07-26
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2003-04-24
Anticipated expiration: 2022-07-16
Also published as: DE10231827B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbine mit mindestens einem Verdichter (2) und mindestens einer Turbine (4), bei der in zumindest einem Ansaugkanal (1) des Verdichters (2) zumindest eine Booster-Stufe (3) angeordnet ist, wobei zusätzlich zur Booster-Stufe (3) eine Konditioniervorrichtung (7) zur Konditionierung von Ansaugluft im Ansaugkanal (1) angeordnet ist. DOLLAR A Mit der vorliegenden Gasturbine wird eine Leistungs- und Wirkungsgradsteigerung in einem breiten Bereich von Umgebungsbedingungen und unterschiedlichen Netzanforderungen erreicht.

Description

Technisches Anwendungsgebiet

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasturbine mit mindestens einem Verdichter und mindestens einer Turbine, bei der in zumindest einem Ansaugkanal des Verdichters eine Booster-Stufe angeordnet ist sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Anlage.
Die vorliegende Gasturbine lässt sich in vielen technischen Bereichen einsetzen, beispielsweise als Kompressorantrieb oder in einer Gasturbinen- oder Kombianlage zur Energieerzeugung unter Normalbedingungen sowie insbesondere bei wechselnden Umgebungsbedingungen oder besonderen Netzanforderungen. An derartige Anlagen werden hohe Anforderungen hinsichtlich des Wirkungsgrades und der erbrachten Leistung gestellt.

Stand der Technik

Bei der Leistungs- und Wirkungsgradsteigerung von Gasturbinen werden unterschiedliche Konzepte verfolgt.

So ist aus der US 3,979,903 eine Gasturbine bekannt, bei der im Ansaugkanal des Verdichters eine Booster-Stufe (sog. Air-Intake-Booster) mit einem Booster-Gebläse angeordnet ist. Dieses Booster-Gebläse wird mit annähernd konstanter Leistung über eine separate Turbine angetrieben und ermöglicht eine Leistungssteigerung der Gasturbine.

Durch den Betrieb dieses Booster-Gebläses wird der Ansaugdruckverlust über den Luftansaugkanal verringert bzw. der Druck am Verdichtereintritt der Gasturbine erhöht. Dies führt zu einer Erhöhung des Ansaug- Luftmassenstroms, aus dem eine Leistungserhöhung der Gasturbine resultiert. Ein solches Booster-Gebläse kann in Spitzenlastzeiten oder bei Notwendigkeit der Bereitstellung einer zusätzlichen Reserveleistung eingesetzt werden. Weiterhin können durch den Betrieb dieses Booster-Gebläses jahreszeitliche, standort- und klimatisch bedingte Einflüsse auf die Leistung der Gasturbine ausgeglichen werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Leistungssteigerung einer Gasturbine besteht in der Anordnung von einem oder mehreren Booster-Gebläsen im Abgaskanal der Turbine. Diese sog. Exhaust-Gas-Booster führen zu einer Absenkung des Druckes im Abgaskanal und somit zu einer Vergrößerung des Expansionsgefälles der aus der Turbine austretenden Heißgase. Die Vergrößerung des Expansionsgefälles resultiert wiederum in einer Leistungssteigerung der Gasturbine. Die Booster-Gebläse im Abgaskanal können, wie auch die Air-Intake-Booster, in Spitzenlastzeiten sowie bei Notwendigkeit der Bereitstellung einer zusätzlichen Reserveleistung zugeschaltet werden. Sie können ebenso zum Ausgleich jahreszeitlich, standort- und klimatisch bedingter Einflüsse auf die Leistung der Gasturbine eingesetzt werden.

Einen anderen Weg geht die EP 0 945 607 A2 zur Leistungssteigerung einer Kombianlage. In dieser Druckschrift wird vorgeschlagen, die Ansaugluft für den Verdichter vor dem Eintritt in den Verdichter mit einem speziellen Kühlsystem zu kühlen. Durch diese Kühlung erhöht sich die Dichte der angesaugten Luft und somit der Luftmassenstrom, so dass daraus eine Leistungssteigerung der Gasturbine resultiert.

Bei einer derartigen Anlage entsteht jedoch aufgrund der für die Kühlung der Ansaugluft erforderlichen konstruktiven Maßnahmen ein Druckverlust im Ansaugkanal, der unabhängig von der Wirkung des konkreten Systems zu einer Leistungsminderung der Anlage führt.

Weiterhin ist bei einem derartigen System der Betriebsbereich, in dem eine merkliche Leistungssteigerung erreicht wird, in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen begrenzt. So kann beispielsweise eine Kühlung der Ansaugluft bei tiefen Außentemperaturen kaum noch nennenswerte Effekte bringen bzw. bereits die Auslegungsgrenzen des System überschreiten.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Gasturbine sowie ein Verfahren zu deren Betrieb bereitzustellen, die eine erhöhte Leistung und/oder einen verbesserten Wirkungsgrad in einem breiten Bereich an Umgebungsbedingungen und Netzanforderungen ermöglichen.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit der Gasturbine sowie dem Verfahren gemäß den Patentansprüchen 1 bzw. 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Gasturbine sowie des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die vorliegende Gasturbine, die beispielsweise in einer Gasturbinen- oder Kombianlage eingesetzt werden kann und in bekannter Weise mit mindestens einem Verdichter zur Verdichtung angesaugter Verbrennungsluft sowie mindestens einer Turbine ausgestattet ist, weist zumindest eine Booster-Stufe (Air-Intake-Booster) im Ansaugkanal des Verdichters auf. Zusätzlich zur Booster-Stufe ist eine Konditioniervorrichtung zur Konditionierung von Ansaugluft im Ansaugkanal angeordnet.

Als Konditioniervorrichtung kann hierbei sowohl eine Kühl- als auch eine Heizvorrichtung vorgesehen sein. Beide Vorrichtungen lassen sich auch als kombinierte Kühl-Heizvorrichtung in der vorliegenden Gasturbine zur Kühlung oder Erwärmung der Ansaugluft einsetzen. Die Kühlung bzw. Erwärmung erfolgt in Abhängigkeit von den konkreten Umgebungsbedingungen, um ein Optimum zwischen Leistung und Wirkungsgrad zu bewirken. Eine Erwärmung der Ansaugluft führt in Abhängigkeit des Fahrregimes der Gasturbine zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades, eine Kühlung führt generell zu einer Steigerung der Leistung der Gasturbine. Mittels der Erwärmung der Ansaugluft kann unter kritischen klimatischen Bedingungen einer Vereisung begegnet werden.

Die zumindest eine Booster-Stufe kann im Hauptansaugkanal oder auch in Bypasskanälen zum Hauptansaugkanal angeordnet sein. Die Booster-Stufe kann jeweils aus einem (großen) oder mehreren (kleinen) Booster- Gebläsen aufgebaut sein. Die einzelnen Booster-Gebläse einer jeweiligen Booster-Stufe können im Bezug auf die Ansaugluft in Reihen- oder Parallelschaltung angeordnet sein. Die Anordnung der Booster-Gebläse ist unabhängig von Einbauten im Ansaugkanal, wie beispielsweise der Luftkonditionierung, einem Luftfilter oder einem Schalldämpfer. Die Booster-Gebläse einer Booster-Stufe können in Strömungsrichtung sowohl vor, nach als auch vor und nach einem Einbau angeordnet sein.

Mit der vorliegenden Gasturbine mit integralem Ansaug-Booster-System kann sowohl eine Leistungs- als auch eine Wirkungsgradsteigerung der Anlage bei unterschiedlichen Umgebungs- und Betriebsbedingungen erreicht werden. Durch die Kombination von Systemen zur Kühlung/Erwärmung der Ansaugluft mit Air-Intake- Boostern wird über die Addition der Wirkungen dieser unterschiedlichen Systeme hinaus auch eine zusätzliche Kombinationswirkung erzielt. So wird durch das oder die Booster-Gebläse der Volumenstrom und damit die Geschwindigkeit der angesaugten Luft erhöht, wodurch eine Verbesserung des Wärmeüberganges und damit der Effizienz bei der Kühlung/Erwärmung der Ansaugluft erreicht wird. Eine Temperaturerhöhung der Ansaugluft durch das Ansaug-Booster-System kann wiederum durch die Ansaugluftkonditionierung kompensiert werden. Weiterhin kann bei gleicher Ausgangsleistung im Vergleich zu einer Anlage ohne Luftkonditionierung bei Kühlung der Ansaugluft die Booster-Stufe mit verminderter Leistung betrieben werden. Dies ist für die Leistungsbilanz einer Gasturbinen- oder Kombianlage besonders vorteilhaft, da die von Booster-Gebläsen aufgenommene Leistung von der dritten Potenz des Volumenstromes abhängt. Durch den gleichzeitigen Betrieb der Ansaugluftkühlung kann somit bei gleicher Ausgangsleistung der Anlage ein verbesserter Wirkungsgrad erreicht werden.

Der Einsatz von Air-Intake-Boostern ermöglicht zunächst, den Druckverlust, der durch das System zur Kühlung bzw. Erwärmung der Ansaugluft, d. h. durch die Konditioniervorrichtung, hervorgerufen wird, zu kompensieren. Ferner lassen sich die Auslegungsspielräume der Anlage durch Steigerung des Ansaugdruckes sowohl konstruktiv, strömungstechnisch als auch wärmetechnisch deutlich erweitern. Die kombinierte Anwendung eines oder mehrerer Booster-Gebläse und der Konditioniervorrichtung im Ansaugkanal führt zu einer Vervielfachung der Vorteile der einzelnen Systeme bezüglich der Leistungs- und Wirkungsgradsteigerung der Anlage. Der Bereich möglicher Betriebsarten wird ebenfalls deutlich erweitert, da je nach Betriebs- bzw. Umgebungsbedingungen die Leistungs- oder Wirkungsgradsteigerung jeweils mit dem System erreicht werden kann, das unter den jeweiligen Bedingungen am effektivsten arbeitet. Hierbei sind selbstverständlich sämtliche Betriebsarten, d. h. einzelner, gleichzeitiger oder aufeinander folgender Betrieb der Booster-Stufen und der Konditioniervorrichtung möglich.

Während für netzseitige Spitzenlastzeiten oder bei Abruf von Reserveleistung, d. h. in Zeiten mit einer hohen Stromvergütung, eine Kombination von Leistungseffekten angestrebt wird, besteht die Zielstellung im Normalbetrieb in einer möglichst wirtschaftlichen Kombination von Leistung und Wirkungsgrad, während in Schwachlastzeiten mit geringen Stromvergütungen ein möglichst hoher (Teillast-) Wirkungsgrad bei möglicherweise geringer Leistung im Mittelpunkt der Betriebsführung steht. Die vorliegende Erfindung ermöglicht durch die auf die jeweilige Betriebsbedingung abstimmbare Kombination des Betriebs der Booster-Stufe mit dem Betrieb der Konditioniervorrichtung die Realisierung dieser Zielstellungen auch in Abhängigkeit von tages- und jahreszeitlichen Klimaschwankungen.

Vorzugsweise ist hierfür eine Steuerung vorgesehen, die den Betrieb der Konditioniervorrichtung und den Betrieb der Booster-Stufe entsprechend steuert. Diese Steuerung betrifft einerseits die Leistung der Booster-Gebläse sowie andererseits die Kühl- bzw. Wärmeleistung der Konditioniervorrichtung. Die Erwärmung bzw. Abkühlung der Ansaugluft durch die Konditioniervorrichtung erfolgt durch den Kontakt der Ansaugluft mit entsprechenden Heiz- bzw. Kühlflächen in der Konditioniervorrichtung. Speziell die Abkühlung der Ansaugluft kann vorzugsweise durch Einspritzung eines Mediums in die Ansaugluft, beispielsweise durch Einspritzung von Wasser (Fogging), oder durch Befeuchtung der Ansaugluft, beispielsweise durch Wasserberieselung (Evaporative Cooling), erfolgen.

Vorzugsweise werden die Booster-Gebläse durch drehzahlgeregelte Antriebe angetrieben. Durch die vorzugsweise eingesetzte Steuerung lässt sich auf diese Weise der Leistungsbedarf der Booster-Stufe minimieren.

Um die Booster-Stufe auch bei Netzausfall für spezielle Aufgaben betreiben zu können, ist eine Auslegung der Antriebe der Booster-Gebläse als Niederspannungsantriebe vorteilhaft. Für einen wirtschaftlichen Betrieb der Booster-Stufe ist es ferner zweckmäßig, die Booster-Gebläse mit verstellbaren Lüfterblättern auszurüsten.

Da die Abgase der Turbine eine sehr hohe Temperatur aufweisen, ist bei einer bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Gasturbine ein Wärmerückgewinnungssystem zwischen dem Abgaskanal und der Turbine vorgesehen. Hierzu bietet sich insbesondere ein Abhitzekessel zur Warmwasser- oder Dampferzeugung an.

Die Booster-Stufe und die Konditioniervorrichtung werden beim Betrieb der Gasturbine in Abhängigkeit von den konkreten Betriebsbedingungen einzeln oder in Kombination betrieben. Bei einem hohen Leistungsbedarf bzw. bei der Notwendigkeit zur Bereitstellung von Reserveleistung werden vorzugsweise die Booster-Stufe und die Konditioniervorrichtung gleichzeitig betrieben. Im Normalbetrieb können Booster-Stufe und Konditioniervorrichtung derart aufeinander abgestimmt betrieben werden, dass eine möglichst wirtschaftliche Betriebsweise bei gegebener Leistung erreicht wird. In Schwachlastzeiten erfolgt der Betrieb von Booster-Stufe und Konditioniervorrichtung unter der Maßgabe eines hohen Teillastwirkungsgrades.

Mit der Booster-Stufe kann ferner das Spülen von der Gasturbine abgasseitig nachgeschalteten Anlagen (Abhitzekessel, Abgaskanal) mit Luft vor und/oder während dem Anfahren der Anlage erfolgen. Vor dem Zünden einer Gasturbine müssen normalerweise die nachgeschalteten Systeme unter Einhaltung bestimmter Parameter (Zeit, Geschwindigkeit, Massen- bzw. Volumenstrom) mit Luft gespült werden (Purging), um möglicherweise vorhandene brennbare Substanzen auszublasen. Dazu musste die Gasturbine bisher über eine bestimmte Zeit mit einer bestimmten Drehzahl gedreht werden, was mittels des Anfahrumrichters und einem Betrieb des Generators als Motor erfolgte. Dazu kann nun die Booster-Stufe wirkungsvoll eingesetzt werden.

Mit der Booster-Stufe kann ferner das Kühlen (Forced Cooling) von der Gasturbine und der Gasturbine abgasseitig nachgeschalteten Anlagen (Abhitzekessel) mit Luft während und/oder nach dem Abfahren der Anlage erfolgen.

Dieses Kühlen bietet insbesondere Vorteile bzgl. der Verkürzung der Revisionszeiten von Gasturbine und Abhitzekessel. Dazu musste bisher die Gasturbine über eine bestimmte Zeit mit einer bestimmten Drehzahl gedreht werden, was mittels des Anfahrumrichters und einem Betrieb des Generators als Motor erfolgte. Dazu kann nun die Booster-Stufe wirkungsvoll eingesetzt werden.

In Abhängigkeit des Fahrregimes der Gasturbine kann es zur Realisierung eines hohen Teillastwirkungsgrades zweckmäßig sein, mittels der Booster-Stufe den Ansaugdruck am Verdichter abzusenken.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die vorliegende Gasturbine wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens nochmals erläutert. Hierbei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Gasturbine gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Diagramm, das die Wirkungsgrad- und Leistungssteigerung einer Anlage mit Booster-Stufe und ohne Konditioniervorrichtung in Abhängigkeit der Erhöhung des Eingangsdrucks der Verdichterstufe zeigt; und
Fig. 3 ein Diagramm, das die Leistungs- und Wirkungsgradsteigerung einer Anlage gemäß der vorliegenden Erfindung in Abhängigkeit der Erhöhung des Eingangsdrucks der Verdichterstufe in Kombination mit der Kühlung der Ansaugluft zeigt.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Fig. 1 zeigt dem grundsätzlichen Aufbau einer Gasturbinenanlage mit einer Gasturbine gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, ohne auf Details, wie den genauen Aufbau des Verdichters, der Turbine, der Brennkammer oder der sonstigen Elemente einer derartigen Anlage einzugehen. Diese Details sind dem Fachmann hinreichend bekannt.
Weiterhin wird in diesem Beispiel nicht auf den genauen Aufbau der Booster-Stufe (Air-Intake-Booster) oder der Konditioniervorrichtung eingegangen, deren Gestaltungs- und Auslegungsvielfalt ebenfalls der Fachliteratur entnommen werden kann.
Unter einer Gasturbine wird in der vorliegenden Patenanmeldung eine Anlage bestehend aus mindestens einem Verdichter, mindestens einer Brennkammer und mindestens einer Turbine verstanden. Eine Gasturbinenanlage schließt einen Generator zur Stromerzeugung ein. Unter einer Kombianlage versteht man die Kopplung eines Gas- und eines Dampfprozesses in Form einer Gasturbinenanlage und einer Dampfturbinenanlage. Die Wärme der Abgase der Turbine der Gasturbinenanlage dient dabei zur Dampferzeugung in einem Abhitzekessel. Der erzeugte Dampf wird mittels der Dampfturbinenanlage zur Stromerzeugung genutzt.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Gasturbinenanlage ist im Ansaugkanal 1 des Verdichters 2 eine Booster- Stufe (Air-Intake-Booster) 3 angeordnet. Diese Booster- Stufe 3 im Ansaugkanal 1 kann in Strömungsrichtung sowohl vor oder auch nach dem nicht dargestellten Gasturbinen-Luftfiltersystem im Ansaugkanal 1 angeordnet sein.
Stromab der Booster-Stufe 3 ist eine Konditioniervorrichtung 7 zur Kühlung oder Erwärmung der Ansaugluft im Ansaugkanal 1 angeordnet.
Die Booster-Stufe 3 verringert die Druckverluste über den gesamten Ansaugkanal 1 der Gasturbine bzw. erhöht den Ansaugdruck für den Verdichter 2 und somit den Luftmassenstrom. Durch die Booster-Stufe 3 werden damit in jedem Falle die Druckverluste kompensiert oder überkompensiert, die durch die Luftkonditioniervorrichtung 7 hervorgerufen werden. Andererseits wird durch die Luftkonditionierung, insbesondere Kühlung, der Ansaugluft deren Dichte und somit der Luftmassenstrom zusätzlich erhöht, der in den Verdichter 2 eintritt.
Die über den Verdichter 2 angesaugte Verbrennungsluft wird in einer Brennkammer 10 nach Beimischung des Brennstoffes als Brennstoff-Luft-Gemisch verbrannt und treibt als komprimiertes Heißgas unter Expansion die Turbine 4 an. Die von der Gasturbine, im vorliegenden Fall bestehend aus Verdichter 2, Brennkammer 10 und Turbine 4, abgegebene Nutzleistung dient wiederum zum Antrieb eines Generators 11. Im dargestellten Beispiel ist der Turbine 4 ein Abhitzekessel 5 nachgeschaltet, in dem den heißen Abgasen Wärme entzogen und zur Erzeugung von Dampf für eine hier nicht dargestellte Dampfturbinenanlage eingesetzt wird. An den Abhitzekessel 5 schließt sich der Abgaskanal 6 an.
Die Booster-Stufe 3 kann aus einem oder mehreren parallel oder in Reihe zum Ansaugluftstrom geschalteten Booster-Gebläsen bestehen. Jedes Booster-Gebläse verfügt über einen Antrieb 8. Vorzugsweise werden die Booster-Gebläse über drehzahlgeregelte Antriebe 8 angetrieben, wie dies in der Fig. 1 schematisch dargestellt ist. Durch diese drehzahlgeregelten Antriebe 8 lässt sich der Betrieb der Gasturbinenanlage jederzeit optimal sich verändernden Betriebsbedingungen anpassen, um so eine möglichst wirtschaftliche Fahrweise der Anlage zu ermöglichen.
Das vorliegende beispielhafte System enthält eine Steuerung 9 für die Booster-Stufe 3 (Antriebe 8 der Booster-Gebläse) sowie die Konditioniervorrichtung 7. Durch diese Steuerung 9 können die Booster-Stufe 3 und die Konditioniervorrichtung 7 entweder einzeln oder in Kombination betrieben werden (vgl. Fig. 2 und 3). Zur Anpassung an unterschiedliche Netzanforderungen und/ oder Umgebungsbedingungen können die Booster-Stufe 3 und die Konditioniervorrichtung 7 über die Steuerung 9 auch in weiten Bereichen in ihrer Leistung angepasst und aufeinander abgestimmt werden.
Die Steuerung 9 wirkt selbstverständlich auch auf die Brennstoffzufuhr für die Brennkammer 10. Auf diese Weise kann auch eine Regelung der Booster-Stufe 3, der Konditioniervorrichtung 7 sowie der Brennkammer in Abhängigkeit von der Leistung des Generators 11 erreicht werden.
Die Antriebe 8 der Booster-Gebläse werden vorzugsweise als Niederspannungsantriebe ausgelegt und folglich von der Niederspannungsebene aus versorgt. Im Gegensatz zum Anfahrumrichter, welcher von der Mittelspannungsebene gespeist wird, bietet die Niederspannungsversorgung der Booster-Antriebe auch die Möglichkeit eines Betriebes unter den Bedingungen des Netzausfalls.
Die Anordnung einer Booster-Stufe 3 erlaubt auch ein vereinfachtes Purging, d. h. das aus sicherheitstechnischen Gründen notwendige Spülen der Anlage mit Luft zur Ausblasung von brennbaren Substanzen. Vor dem Zünden einer Gasturbine müssen die nachgeschalteten Systeme unter Einhaltung bestimmter Parameter (Zeit, Geschwindigkeit, Massen- bzw. Volumenstrom) mit Luft gespült werden (Purging). Dazu muss die Gasturbine über eine bestimmte Zeit mit einer bestimmten Drehzahl gedreht werden, um mittels des Verdichters die geforderten Strömungsbedingungen zu erreichen. Das Beschleunigen und das Drehen des Wellenstranges zu bzw. auf einer relativ hohen Drehzahl wird heute üblicherweise über einen Anfahrumrichter und einen Betrieb des Generators 11 als Motor realisiert. Durch einen Betrieb der Booster-Stufe 3 kann nun vor oder während dem Anfahren der Gasturbine ein effizientes Spülen des Abhitzekessels 5 und des Abgaskanals 6 unterstützt bzw. erreicht werden.
Weiterhin kann es zur Verkürzung der Revisionszeiten von Gasturbine und Abhitzekessel 5 zweckmäßig sein, diese möglicherweise bereits während, insbesondere aber nach dem Abfahren zusätzlich zu kühlen. Dieses zusätzliche Kühlen realisiert man bisher üblicherweise wiederum, indem man über den Anfahrumrichter und den Generator 11 die Welle dreht und mittels des Verdichters 2 die Gasturbine und den Abhitzekessel 5 mit kalter Luft durchströmt. Die gleiche Aufgabe kann nun mittels der Booster-Stufe 3 realisiert werden.
Im Teillastbereich, insbesondere im unteren Teillastbereich, wenn das Potential der Massenstromregelung über die verstellbaren Leitschaufeln am Verdichtereintritt ausgeschöpft ist, nimmt der Wirkungsgrad der Gasturbine mit sinkender Leistung sehr stark ab.
Aus diesem Grund kann es zweckmäßig sein, mittels der Booster-Stufe 3 den Ansaugdruck am Verdichter 2 abzusenken und damit den Ansaugluftmassenstrom zu verringern. Das bietet den Vorteil, mit sinkendem Luftmassenstrom bei gleicher Leistung höhere Prozesstemperaturen fahren zu können. Dies führt neben einer Anhebung des Teillastwirkungsgrades zu einer Verringerung der Emissionen.
Möglichkeiten der Absenkung des Ansaugdruckes mittels der Booster-Stufe 3 bestehen im Verringern des Strömungsquerschnittes mittels der verstellbaren Lüfterblätter oder im Rückwärtslauf der Booster-Stufe 3.
Die Fig. 2 und 3 zeigen im Folgenden einen Vergleich der Leistung bzw. des Wirkungsgrades einer Gasturbinenanlage (GT) und einer Kombianlage (CCPP) mit Booster-Stufe im Ansaugkanal ohne und mit zusätzlicher Luftkonditioniervorrichtung.
Beide Diagramme beziehen sich auf eine Anlage, die mit Methan unter ISO-Bedingungen betrieben wird, wobei die Ansaugdruckverluste 10.10² Pa (10 mbar) und die Abgasdruckverluste 30.10² Pa (30 mbar) betragen.
Fig. 2 zeigt hierbei den Fall ohne die zusätzliche Luftkonditioniervorrichtung. Durch den Betrieb der Booster-Stufe im Ansaugkanal mit unterschiedlicher Leistung wird ein unterschiedlicher Eingangsdruck der angesaugten Luft am Verdichtereintritt erreicht. Das Diagramm zeigt sowohl die Ausgangsleistung als auch den Wirkungsgrad einer Gasturbinenanlage sowie einer Kombianlage. Die lineare Erhöhung der Leistung bzw. des Wirkungsgrades mit zunehmendem Eingangsdruck in den Verdichter ist deutlich zu erkennen.
Fig. 3 zeigt die gleichen Größen bei einer erfindungsgemäßen Gasturbinen- und. Kombianlage, bei denen die Konditioniervorrichtung mittels Verdampfungskühlung eine Abkühlung der Ansaugluft (Wirkungsgrad der Verdampfungskühlung 85%) herbeiführt. Durch einen Vergleich mit dem Diagramm der Fig. 2 sind nochmals erhöhte Werte der Ausgangsleistung sowie des Wirkungsgrades zu erkennen, die durch die erfindungsgemäße Kombination von Booster-Stufe und Konditioniervorrichtung erreicht werden. BEZUGSZEICHENLISTE 1 Ansaugkanal
2 Verdichter
3 Booster-Stufe (Air-Intake-Booster)
4 Turbine
5 Abhitzekessel
6 Abgaskanal
7 (Ansaugluft)-Konditioniervorrichtung
8 Drehzahlgeregelter Antrieb
9 Steuerung
10 Brennkammer
11 Generator

Claims

1. Gasturbine mit mindestens einem Verdichter (2) und mindestens einer Turbine (4), bei der in einem Ansaugkanal (1) des Verdichters (2) zumindest eine Booster-Stufe (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Konditioniervorrichtung (7) zur Konditionierung von Ansaugluft im Ansaugkanal (1) angeordnet ist.

2. Gasturbine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditioniervorrichtung (7) als Oberflächenwärmeübertrager ausgebildet ist und/oder eine Einrichtung zur Einspritzung eines Mediums in die Ansaugluft oder zur Befeuchtung der Ansaugluft aufweist.

3. Gasturbine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditioniervorrichtung (7) stromab der Booster-Stufe (3) angeordnet ist.

4. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Konditioniervorrichtung (7) eine Kühlvorrichtung ist.

5. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerung (9) für den Betrieb der Konditioniervorrichtung (7) und der Booster-Stufe (3) vorgesehen ist.

6. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Booster-Stufe (3) aus einem oder mehreren parallel oder in Reihe angeordneten Booster- Gebläsen besteht.

7. Gasturbine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Booster-Gebläse Antriebe (8) aufweisen, die als Niederspannungsantriebe ausgelegt sind.

8. Gasturbine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Booster-Gebläse durch einen drehzahlgeregelten Antrieb angetrieben werden.

9. Gasturbine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Booster-Gebläse mit verstellbaren Lüfterblättern ausgerüstet sind.

10. Gasturbine nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einem Abgaskanal (6) und der Turbine (4) ein Wärmerückgewinnungssystem, insbesondere ein Abhitzekessel (5), als Zwischenelement vorgesehen ist.

11. Verfahren zum Betrieb einer Gasturbine nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Booster-Stufe (3) und die Konditioniervorrichtung (7) in Abhängigkeit von den konkreten Betriebsbedingungen einzeln oder in Kombination betrieben werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem hohen Leistungsbedarf bzw. bei der Notwendigkeit zur Bereitstellung von Reserveleistung die Booster-Stufe (3) und die Konditioniervorrichtung (7) gleichzeitig betrieben werden.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Booster-Stufe (3) das Spülen von Abhitzekessel (5) und Abgaskanal (6) mit Luft vor und/oder während dem Anfahren der Gasturbine erfolgt.

14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Booster-Stufe (3) das Kühlen von Gasturbine und Abhitzekessel (5) mit Luft während und/oder nach dem Abfahren der Gasturbine erfolgt.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Betrieb der Booster-Stufe (3) der Ansaugdruck des Verdichters (2) erhöht wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass durch den Betrieb der Booster-Stufe (3) der Ansaugdruck des Verdichters (2) vermindert wird.

17. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der Netzbedingungen der Wirkungsgrad und/oder die Leistung der Gasturbine durch Ansteuerung der Booster-Stufe (3) und der Konditioniervorrichtung (7) optimiert werden.