DE2065160A1 - Gas-Dampfturbinenanlage. Ausscheidung aus: 2041183 - Google Patents
Gas-Dampfturbinenanlage. Ausscheidung aus: 2041183Info
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Description
P. 4465a
Gebrüder Sulzer Aktiengesellschaft, Winterthur/Schweiz
Gas-Dampfturbinenanlage
Die Erfindung betrifft eine Gas-Dampfturbinenanlage
mit einer von Heizflächen ausgekleideten Brennkammer, die einen
Brenner und ein äusseres Druckgefäss aufweist und zwischen einen Luftverdichter und eine Gasturbine geschaltet ist, wobei ·
die Heizflächen an eine Speisevorrichtung angeschlossen sind, die ihnen Speisewasser .mit höherem als dem Brehnkammerdruck zuführt,
und wobei der Ausgang der Heizflächen an den Eingang einer Dampfturbine angeschlossen ist, von der eine Ausgangsleitung
in den Strömungspfad mündet, welcher den Verdichter über
die Brennkammer mit der Gasturbine verbindet.
Die Vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Weiterentwicklung der bekannten Anlage und hat zum Ziel, die Anlage-
'i . ■
leistung beij dieser Anlage ohne eine Vergrösserung der Brennkammer
und der in ihr befindlichen Heizflächen weiter zu steigern
und den thermischen Wirkungsgrad der Anlage insbesondere
bei Teillast zu verbessern» Ueberdies soll bei einer Anlage
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nach der DT-AS 2.041.183, bei welcher der Dampfturbine über eine Ueberströmleitung eine weitere Kondensationsturbine nachgeschaltet
ist, der ein grösserer oder kleinerer Teil des in der Dampfturbine entspannten Dampfes zugeführt werden kann, wobei
der Rest des Dampfes den Brenngasen beigemischt wird, eine zusätzliche
Beeinflussung der Temperatur der in die Gasturbine eintretenden Brenngase möglich sein.
Die erfindungsgemässe Anlage, durch welche dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die vom Verdichter
zum in der'Brennkammer befindlichen Brenner führende
Leitung mit einer in das die Brennkammer umgebende Druckgefäss mündende Zweigleitung versehen ist, an welche die Ausgangsleitung
angeschlossen ist.
Diese Massnahme gestattet eine optimale Anpassung der
vom Verdichter geförderten Luft an die Erfordernisse des Brenners und der Gasturbine. Es ist dadurch nämlich unabhängig voneinander möglich, dem Brenner die zur sauberen Verbrennung erforderliche
Luft zuzuführen und andererseits durch unabhängige Luftbeimischung
zusätzlich zur Dampfbeimischung die Temperatur der in die Gasturbine eintretenden Brenngase zu beeinflussen.
Es ist dabei möglich, in der Zweigleitung stromoberhaib des Anschlusses der Ausgangsleitung ein Drosselorgan anzuordnen.
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Ein derartiges Drosselorgan gestattet auf einfache Weise
eine Beeinflussung der Aufteilung der Luftströmung für die Zufuhr zum Brenner und zur direkten Vermischung mit den Brenngasen.
Vorzugsweise ist es auch möglich, die Zweigleitung in einen Raum zu führen, welcher sich zwischen den die Brennkammer
auskleidenden Heizflächen und dem diese umgebenden Druckgefäßes befindet. Auf diese Weise wird eine Kühlung der
Wand des Druckgefässes und eine Erhöhung der Betriebssicherheit möglich.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung schematisch
dargestellten Ausführungsbeispieles.
Es zeigt:
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Fig.1 ein Schema der Anordnung der erfindungsgemässen
Gas-Dampfturbinenanlage und
Fig.2 einen Schnitt des in der Förderleitung des Luftkompressors
befindlichen Drosselorganes nach der Linie A - A in der Fig.1.
Bei der in der Fig.1 dargestellten Gas-Dampfturbinen-
anlage fördert ein Luftkompressor 1 verdichtete Luftp? in
einen Verteiler 3, aus welchem ein Teil der Luft durch eine Leitung 6 einem Brenner 7 mit 'gegebenenfalls verstellbarem
Luftaustrittsquerschnitt im Boden einer Brennkammer 8 zugeführt wird. Die Brennkammer ist seitlich mit Wänden 9 aus
dicht miteinander verschweissten Rohren versehen und hat unten
einen isolierenden Boden 10. Im oberen Teil der Brennkammer befindet sich in der Strömung der Rauchgase des Brenners 7
ein Ueberhitzer 11. Die Brennkammer ist von einem Druckbehälter
12 umgeben. Zwischen den Wänden 9 der Brennkammer und dem Boden 10 sowie der Wand des Behälters 1*2 ist ein oben
.offener Mantel 13 aus Blech angeordnet. Im Boden des Mantels
13 ist eine Rauchgasleitung 20 angeschlossen, die zum Eingang einer Gas-Dampfturbine 21 führt, welche mit dem Kompressor 1
und einem elektrischen Generator 22 eine gemeinsame Welle 23 aufweist. Der Ausgang der Gas-Dampfturbine 21 ist durch eine
Leitung 30 mit einem Wärmeübertrager 31 verbunden, in welchem ein Zwischenüberhitzer 32 und ein Speisewasservorwärmer 33
angeordnet sind. Aus dem Wärmeübertrager 31 gelangt das gekühlte Abgas mit dem ihm beigemischten Dampf über eine Leitung
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in ein nicht dargestelltes Kamin. Die Leitung 20 ist von einer Luftleitung 40 umgeben, die den Verteiler 3 mit dem
Innenraum des Druckbehälters 12 verbindet. Im Verteiler' 3 ist eine Drosselklappe 41 angeordnet. Die Rohre der Brennkammerwände
9 bilden Vorwärmer- und Verdampferheizflachen,
denen aus einem Speisewasserbehälter 50 durch eine Speise-. pumpe 51 Speisewasser zugeführt wird. Am oberen Ende der
Brennkammerwände 9 münden die Wandrohre in einen Sammler 53,
aus'welchem sie durch die Rohre des Ueberhitzers 11 und1 eine ■
Frischdampfleitung 54 mit einem Frischdampfventil 55 einer ersten Dampfturbine 56, die eine Hochdruckturbine ist, zugeführt
werden.
Die Turbine 56 weist zwei Ausgänge auf, von denen der erste über eine Leitung 60 mit dem Verteiler 3 verbunden ist,
In welchen sie, in Strömungsrichtung betrachtet, nach der
Drosselklappe" 41 mündet. An den zweiten Dampf ausgang ist eine fjßeitung 61 mit einem Regelventil 62 angeschlossen, die
zum Zwischenüberhitzer 32 führt. Aus dem Zwischenüberhitzer gelangt der,überhitzte Dampf durch eine Leitung 65 in eine
zweite -Dampfturbine 66, die eine Niederdruckturbine ist und
aus welcher der Dampf einem Kondensator 67 zugeführt wird. Aus dem Kondensator 67 wird das Kondensat durch eine Kondensatpumpe
68 über einen Anzapi>ifempfvorwärmer 69 dem Speisewasservorwärmer
33 zugeführt, welcher durch die Abgase der Gas-Dampfturbine
21 beheizt wird. Der Anzapf^iampfvorwärmer 69
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wird mit Heizdampf beheizt, welcher durch eine Anzapfleitung
70 der Niederdruckturbine 66 entnommen wird. ·
Aus dem Vorwärmer 33 strömt das Kondensat durch eine
Leitung 75 in einen auf dem Speisewasserbehälter angeordneten Entgaser 76. Ueber eine Zusatzwasserleitung 78 wird dem Entgaser
76 durch eine Pumpe 79 über eine Entsalzungsanlage 80 Zusatzwasser zugeführt.. An der Rauchgasleitung 20 ist ein
Temperaturfühler 82 angeordnet, dessen Signal durch eine Signalleitung 83 einem Regler 84 zugeführt wird, der über eine
Leitung 85 ein Sollwertsignal erhält, das z.B. von der Art des verwendeten Brennstoffes abhängig*ist. Der Regler 84 dient
zur Betätigung des Regelventiles 62.·
Aus der Fig.2 ist die Anordnung der Drosselklappe 41
im Verteiler 3 ersichtlich. Die Drosselklappe 41 ist durch einen Hebel 90 verstellbar.
Die in den Fig.1 und 2 dargestellte Anlage arbeitet wie folgt. Die Welle 23 läuft mit konstanter Drehzahl, so dass
der Kompressor 1 unabhängig von de,r Last der Anlage .eine im
wesentlichen konstante Luftmenge liefert. Nahezu proportional zur Last wird ein Teil der Luft durch die Leitung 6 dem Brenner
7 zugeführt, während der Rest entlang der Drosselklappe 41 durch die Leitung 40 in den Druckbehälter 12 strömt, zusammen mit dem durch die Leitung 60 zugeführten Teil des in
der ersten Turbine 56 expandierten Dampfes, dessen zeitliche Strömungsmenge mit fallender Last sinkt. Das im Verteiler 3
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gebildete Dampf-Luftgemisch kühlt die Wand des Druckbehälters
12 und vermischt sich am oberen Ende des Behälters mit den aus der Brennkammer 8 austretenden Brenngasen, -worauf das Gemisch
'durch den Zwischenraum zwischen der Brennkammerwand 9 und dem Mantel 13 nach unten strömt. Durch die Leitung 20
wird die Mischung der Gas-Dampftürbine 21 zugeführt, leistet
in dieser Arbeit, gelangt darauf in den Wärmeübertrager 31 und schliesslich durch die Leitung 34 in das Kamin.
Die Temperatur der Rauchgase am oberen Ende der Brennkammer 8 ist von der Art des Brennstoffes abhängig. Mit
nichtleuchtender Flamme brennende Brennstoffe, wie z.B. Leichtöl und Gas, haben eine geringere Wärmestrahlung, so dass weniger
Wärme in die Brennkammerwände 9 übergeht, weniger Dampf erzeugt wird und dafür eine höhere Ausgangstemperatur der
Rauchgase erhalten wird als bei der Verwendung von Schweröl. Die erfindungsgemässe Anlage gestattet eine Anpassung an
diese Verhältnisse und die Verbrennung von Leichtöl und Gas wie auch von schwefel- und vanadiumhaltigen Schwerölen.
Bei Verwendung von "sauberen" Brennstoffen, wie z.B.
Leichtöl und Gas, kann die Temperatur am Eingang der Gas-Dampfturbine
21 verhältnismässig hoch sein und z.B. 8500C
betragen. In einem solchen Falle wird der Sollwert 85 für den Regler 84 auf 85O0C eingestellt, was zur Folge hat, dass
das Ventil 62 viel Dampf abströmen lässt, wodurch der Gegendruck im Verteiler 3 herabgesetzt wird. Der Verdichter 1 lie-
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fert, seiner Charakteristik entsprechend, etwas mehr Luft,
was gestattet, in der Brennkammer 8 mehr Brennstoff zu verbrennen. Die Anlageleistung wird dadurch erhöht.
Während die Drosselklappe 41 "bei Vollast nahezu
oder ganz geschlossen ist, wobei zur Kühlung des Druckbehälters 12 und der Brenngase aus der Brennkammer 8 fast ausschliesslich
Dampf aus der Leitung 60 verwendet wird, wird mit sinkender Last die Drosselklappe 41 fortschreitend geöffnet,
so dass ein immer grösserer Anteil der vom Kompressor
1 geförderten Luft dem Druckbehälter 12 zugeführt wird. Zu
diesem Zweck wird der Hebel 90 vom nicht dargestellten Lastgeber der Anlage verstellt. Gleichzeitig wird die durch die
Leitung 60 zugeführte Dampfmenge infolge der temperaturhaltenden Wirkung des Reglers 84 verringert. Der Regler 84 ist
so ausgebildet, dass er bei einem durch das Temperatur-Messgerät
82 gemessenen Anstieg der Temperatur am Eingang der Turbine 21 den Strömungsquerschnitt des Ventiles 62 verringert
und umgekehrt. Dadurch wird der für Kühlzwecke verwendete Anteil des Dampfes derart verändert, dass die Temperatur am
Eingang der Gas-Dampftürbine 21 konstantgehalten wird. Der
Rest des Dampfes wird in der zweiten Dampfturbine 66 der Niederdruckturbine verarbeitet.
Durch das Konstanthalten der Eingangstemperatur der Turbine 21 bei sinkender Last wird verhindert, dass der Wirkungsgrad
der Gas-Dampftürbine 21 bei Teillast absinkt. Da
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gleichzeitig mit sinkender Last die für die Gaskühlung
benötigte Dampfmenge nicht nur absolut, sondern auch relativ
zur Last sinkt, steigt der Anteil der der Niederdruckturbine 66 zugeführten Dampfmenge. Dadurch wird erreicht,
dass der Wirkungsgrad der Niederdruckturbine 66 ebenfalls nur geringfügig mit der Last sinkt. Die Anlage hat daher
einen hervorragenden Gesamtwirkungsgrad bei Teillast.
Wenn Schweröle verbrannt werden, so erhöht sich die Dampfproduktion in den Brennkammerwänden 9, wobei die Ausgangs
temperatur der Rauchgase aus der Brennkammer 8 sinkt. Die Verunreinigungen des Schweröles verlangen, dass die Eintrittstemperatur
der Gasturbine gegenüber dem vorangehenden Fall auf z.B. 600 - 650° C gesenkt wird. Zu diesem Zweck
wird durch fine geeignete Drosselung durch das Ventil 62 die durch die Leitung 60 in den Druckbehälter 12 eingeführte
rergrössert. Das erfolgt auf die Weise, dass bei ron Schweröl das durch die Signalleitung 85 dem
Dampfmenge
Verwendung
Hegler 84 abgeführte Sollwert signal- 'entsprechend herabgesetzt wird*.
Verwendung
Hegler 84 abgeführte Sollwert signal- 'entsprechend herabgesetzt wird*.
Zur
FigJ können
samen Welle
sein. Die D1
turbinengru
elektrische«
samen Welle
sein. Die D1
turbinengru
elektrische«
Erleichterung des Anfahren» der Anlage nach der die Dampfturbinen 66 und/oder 56 von der gemein-23
der Gasturbinengruppe 1, 21, 22 abkuppelbar rapfturbinen 56, 66 können jedoch auch von der Gaspe
vollständig getrennt (fein und einen eigenen ι Generator aufweisen«
:'"'K'r ORlGlNAU INÖPEC-mo
- ΊΟ -
Die erfindungsgeniässe Gas-Dampfturbinenanlage hat
gegenüber der bekannten Anlage, den Vorteil, dass durch eine
verhältnismässig kleine Vergrösser.ung der Anlagekosten ein
besserer Wirkungsgrad, insbesondere bei Teillast, sowie bei Verwendung von sauberem Brennstoff eine Leistungserhöhung von
bis zu 20$ erzielt werden kann, wobei die Umschaltbarkeit auf
schlechteren Brennstoff .voll gewahrt bleibt.
208335/0US
■V:-·
Claims (3)
1. Gas-Dampfturbinenanlage mit einer von Heizflächen
ausgekleideten Brennkammer, die einen Brenner und ein äusseres Druckgefäss aufweist und zwischen einen Luftverdichter und eine
Gasturbine geschaltet ist, wobei die Heizflächen an eine Speisevorrichtung angeschlossen sind, die ihnen Speisewasser
mit höherem als dem Brennkammerdruck zuführt, und wobei der
Ausgang der Heizflächen an den Eingang einer Dampfturbine angeschlossen
ist, von der eine Ausgangsleitung in den Strömungspfad mündet, welcher den Verdichter über die Brennkammer mit
der Gasturbine verbindet, dadurch gekennzeichnet,
dass die vom Verdichter (1) zum in der Brennkammer (8) befindlichen Brenner (7) führende Leitung (6) mit einer in das
die Brennkammer umgebende Druckgefäss (12) mündende'Zweigleitung
(40) versehen ist, an welche die Ausgangsleitung (60)
angeschlossen ist.
2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zweigleitung (40) stromoberhalb des Anschlusses .
der Ausgangsleitung (60) ein Drosselorgan (41) angeordnet ist.
3. Anlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zweigleitung (40) in einen Raum führt, welcher sich zwischen den die Brennkammer auskleidenden Heizflächen
und dem diese umgebenden Druckgefäss befindet.
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