CH290098A - Method for operating a gas turbine plant and gas turbine plant for carrying out the method. - Google Patents

Method for operating a gas turbine plant and gas turbine plant for carrying out the method.

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CH290098A
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German (de)
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Aktiengesellschaft Gebr Sulzer
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Sulzer Ag
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C3/00Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid
    • F02C3/20Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products
    • F02C3/22Gas-turbine plants characterised by the use of combustion products as the working fluid using a special fuel, oxidant, or dilution fluid to generate the combustion products the fuel or oxidant being gaseous at standard temperature and pressure

Description

  

  Verfahren zum Betrieb einer     Gasturbinenanlage    und     Gasturbinenanlage     zur     Durchführung    des Verfahrens.    Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfah  ren zum Betrieb einer     Gasturbinenanlage,    in  welcher die Verbrennung in verdichteter Luft  erfolgt.

   Sie ist dadurch gekennzeichnet, dass  als Brennstoff ein verdichtetes     Brenngas    im  untern, bis hinauf zu der dem Optimum des  spezifischen Wärmeverbrauchs entsprechen  den Leistung reichenden Leistungsbereich der  Anlage allein verwendet wird, und dass der im  obern Leistungsbereich erforderliche     Mehr-          bedarf    an     Brennstoff        mittels    eines Zusatz  brennstoffes gedeckt wird, welcher das     Brenn-          gas    in bezug auf Heizwert je Raumeinheit  übertrifft.  



  Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine       Gasturbinenanlage    zur Durchführung des  Verfahrens nach der Erfindung, welche ge  kennzeichnet ist durch einen     Brenngasver-          dichter,    welcher den     Brenngasbedarf        derAn-          lage    im untern, bis hinauf zu der dem Opti  mum des spezifischen Wärmeverbrauchs ent  sprechenden Leistung reichenden Leistungs  bereich der Anlage allein deckt und durch eine  Einrichtung, mittels welcher zur Deckung des  im obern Leistungsbereich erforderlichen  Mehrbedarfs an Brennstoff der Zusatzbrenn  stoff zugeführt werden kann.  



  Der Zusatzbrennstoff kann der gleichen       Brennkammer    zugeführt werden, in der auch  das     Brenngas    verbrannt wird.  



  Hierbei kann der Zusatzbrennstoff dem  Brenngas vor dessen Eintritt in die     Brenn-          kammer    zugeführt werden.    Als Zusatzbrennstoff kann ein flüssiger  Brennstoff gewählt werden.  



  Im Vergleich zu einer mit Brennöl ge  feuerten     Gasturbinenanlage        ist    in einer mit       Brenngas    gefeuerten Anlage das anzusau  gende     Brennstoffvolumen    sehr gross. Es kann,       wenn    zum Beispiel     Gichtgas    als Brenngas     ver-,     wendet wird, mehr als das Zehntausendfache  des bei Brennöl benötigten betragen. Erfolgt  die Verbrennung in verdichteter Luft, so muss  ferner dieses grosse Volumen gegen minde  stens den Druck der verdichteten Luft geför  dert werden, und infolgedessen ist auch der  Leistungsbedarf des hierzu dienenden Brenn  gasverdichters gross.

   Zum Beispiel vermag bei  Verwendung von     Gichtgas    der Leistungs  bedarf des     Brenngasverdichters    etwa die Grö  ssenordnung des Leistungsbedarfs des Luft  verdichters zu erreichen.  



  Auf den Gesamtwirkungsgrad einer mit  Brenngas gefeuerten     Gasturbinenanlage,    bei  welcher die Verbrennung in verdichteter Luft  erfolgt, übt also der     Wirkungsgrad    des     Brenn-          gasverdichters    einen     wesentlichen    Einfuss aus.

    Nun vermag zwar im absolut     günstigsten    Be  triebspunkt der Wirkungsgrad eines solchen       Brenngasverdichters    dem     Wirkungsgrad    des  Luftverdichters zu gleichen; im     Gegensatz     zum Luftverdichter hat sich jedoch die För  dermenge des     Brenngasverdichters    dem mit  der     augenblicklichen    Leistung der     Anlage    und  ausserdem mit der     augenblicklichen    Güte des  verwendeten Brenngases sich ändernden           Brenngasbedarf    der Anlage anzupassen.

   Dies  hat zur Folge, dass der Betriebszustand des       Brenngasverdichters,    zum Schaden des Wir  kungsgrades, sich oft wesentlich weiter von  dem hinsichtlich Drehzahl, Druck und För  dermenge absolut günstigsten Betriebspunkt  entfernen muss, als dies beim Luftverdichter  der Fall ist.     Hinzu    kommt, dass von einer sol  chen Anlage nicht nur die Nennleistung, son  dern zeitweise auch eine Überleistung gefor  dert wird und dass diese Überleistung selbst  dann geliefert werden muss, wenn das     Brenn-          gas    augenblicklich schlecht ist.

   Der Brenn  stoffbedarf der Anlage überdeckt also einen  Bereich, welcher sich vom Leerlauf der An  lage bei augenblicklich bester Brennstoff  beschaffenheit bis hinauf zu äusserster Über  leistung bei augenblicklich schlechtester  Brennstoffbeschaffenheit erstreckt.  



  Insbesondere für einen mehrstufigen Axial  verdichter, wie er als     Brenngasverdichter    für  eine     Gasturbinenanlage    in Betracht kommt,  entstehen hierdurch grosse     Schwierigkeiten,     zumal überdies noch der Förderdruck sich  dem Druck der verdichteten Luft anzupassen  hat und daher nicht nach Belieben zusammen  mit der Fördermenge geändert werden kann.

    Aus diesem Grunde ist es zum Beispiel nicht  ohne weiteres angängig, auf den     Brenngas-          verdichter    das als das günstigste bekannte  Regelungsverfahren anzuwenden, bei wel  chem die     sekundliche    Fördermenge mittels  einer Änderung der Drehzahl des Verdichters  möglichst derart verändert wird, dass, unter  gleichzeitiger Änderung des     Förderdruckes,     der Betriebszustand des Verdichters längs  einer Kurve geführt wird, welche die bei den  jeweiligen Drehzahlen günstigsten Betriebs  punkte miteinander verbindet und welche so  mit auch den absolut günstigsten Betriebs  punkt enthält..

   Dieses günstigste Regelungs  verfahren, bei welchem übrigens die erwähnte  Kurve innerhalb gewisser Grenzen ungefähr  einem Gleichbleiben der auf eine Umdrehung  des     Brenngasverdichters    berechneten     Brenn-          gasmenge    entspricht, bleibt vielmehr in sei  ner Anwendung auf solche Fälle beschränkt,  in denen die gesamte Anlage mit veränder-         licher    Drehzahl betrieben wird, vermag aber  auch dann nur einen Teil der Regelung der       Brenngasmenge    zu bewirken, da ja auch bei  den jeweiligen Drehzahlen der Anlage, ent  sprechend dem augenblicklichen Drehmoment  der Anlage sowie der augenblicklichen Be  schaffenheit des Brenngases,

   weitgehende Än  derungen der auf eine Umdrehung des     Brenn-          gasverdichters    berechneten     Brenngasmenge     und damit weitgehende Abweichungen des  Betriebszustandes des     Brenngasv        erdichters     von der erwähnten Kurve günstigster Be  triebspunkte gefordert werden müssen.

   Auch  dann also erweist es sich als notwendig, zu  sätzlich noch andere Regelungsverfahren an  zuwenden, zum Beispiel also den Ansaug  querschnitt des     Brenngasverdichters    zu dros  seln, Stufen zu überbrücken, Schaufelwinkel  zu verstellen oder gar einen Teil des verdich  teten Brenngases wieder in die Saugleitung       zurückzublasen,    wobei bei einem Teil dieser  Verfahren der Wirkungsgrad noch wesentlich  weiter verschlechtert wird und bei einem  andern Teil dieser Verfahren die Gefahr be  steht, dass der Betriebszustand des Verdich  ters die sogenannte     Pumpgrenze    überschrei  tet, der Verdichter also in betriebsgefährden  der Weise stossweise zu fördern beginnt.  



  Diese wie ersichtlich ernsthaften Schwie  rigkeiten vermögen in gewissem Umfang  schon bei einer     sogenannten    geschlossenen       Gasturbinenanlage    aufzutreten, bei welcher  immer wieder das gleiche     Arbeitsmittel    einen  gegen die Atmosphäre verschlossenen Kreis  lauf durchströmt und die Wärme in einer ge  sonderten Feuerung erzeugt und dem Ar  beitsmittel mittels Wärmetausches zugeführt  wird. Schon in einer solchen Anlage kann es  sich unter Umständen empfehlen, die Ver  brennung in gegenüber der Atmosphäre etwas  verdichteter Luft erfolgen zu lassen.

   In grösse  rem Umfang treten die beschriebenen Schwie  rigkeiten auf bei einer sogenannten     offenen          Gasturbinenanlage,    bei welcher ein Luftver  dichter die gesamte Arbeitsluft der Anlage  aus der Atmosphäre ansaugt und sie auf einen  höheren Druck verdichtet und bei welcher die  Verbrennung in dieser verdichteten Luft er-      folgt und die Verbrennungsprodukte alsdann  als Arbeitsmittel zum Antrieb der Gastur  bine dienen.

   In noch grösserem Umfang treten  die beschriebenen Schwierigkeiten auf bei  einer sogenannten teilgeschlossenen Gastur  binenanlage, bei welcher Luft als Arbeitsmit  tel einen unter einem gegenüber der Atmo  sphäre erhöhten Druckniveau stehenden,  einen Verdichter und eine Turbine enthalten  den Kreislauf durchströmt, welchem ständig  eine mittels eines     Aufladeverdichters    ver  dichtete Menge frischer Luft aus der Atmo  sphäre zugeführt wird und welchem hierfür  ständig eine unter dem höchsten Druck des  Kreislaufes stehende Teilmenge Luft ent  zogen wird, in welcher hochverdichteten Luft  alsdann die Verbrennung erfolgt, deren Ver  brennungsprodukte zum Antrieb einer zwei  ten Turbine dienen.  



  Dass, wie eben beschrieben, diese Schwie  rigkeiten bei erhöhtem Druck der verdich  teten Luft, in welcher die Verbrennung er  folgt, und somit bei erhöhtem     Förderdruck     des     Brenngasverdichters    anwachsen, be  gründet sich in der Hauptsache dadurch,  dass ein mehrstufiger     Axialverdichter,    wie  er als     Brenngasverdichter    für eine Gas  turbinenanlage in Betracht kommt, um so       empfindlicher    auf ein Abweichen von seinem  absolut günstigsten Betriebspunkt reagiert,  je höher sein Förderdruck in diesem Betriebs  punkt ist.

   Unter anderem fällt dann bei  einer Überschreitung der diesem Betriebs  punkt entsprechenden Fördermenge der     För-          derdruck    schon sehr steil ab, welcher Um  stand dazu zwingt, die diesem Betriebspunkt  entsprechende Fördermenge sehr nahe an den  Höchstwert des     Brenngasbedarfs    der Anlage  zu rücken. Dies hat aber zur Folge, dass als  dann schon bei einer Verringerung des     Brenn-          gasbedarfs    auf seinen Normalwert mit wesent  licher Verschlechterung des Wirkungsgrades  zu rechnen ist und dass schon bei relativ klei  ner weiterer Verringerung Gefahr besteht,  dass die dem absolut günstigsten Betriebs  punkt schon empfindlich naheliegende Pump  grenze überschritten wird.

      Zwecks Verminderung dieser     somit    sehr  ernsthaften Schwierigkeiten wird gemäss der  Erfindung vorgeschlagen, als Brennstoff für  eine     Gasturbinenanlage,    in welcher die Ver  brennung in verdichteter Luft erfolgt,     ein     verdichtetes Brenngas im untern, bis hinauf  zu der dem Optimum des spezifischen Wärme  verbrauchs entsprechenden Leistung reichen  den Leistungsbereich der     Anlage        allein    zu ver  wenden und den im obern Leistungsbereich  erforderlichen Mehrbedarf an     Brennstoff    mit       tels    eines Zusatzbrennstoffes zu decken,

       tel-          cher    das Brenngas in     bezug    auf Heizwert je  Raumeinheit     übertrifft.     



  Hierdurch wird erzielt, dass der Bereich,  innerhalb dessen die Fördermenge des     Brenn-          gasverdichters    verändert werden muss, zu  gunsten seines Wirkungsgrades wesentlich  kleiner ausfällt. Ferner darf der     Brenngasver-          dichter    nunmehr derart     gewählt    werden, dass  sein absolut günstigster Betriebspunkt dem  jenigen seiner Betriebszustände     naheliegt,     welcher bei der dem Optimum des spezifischen  Wärmeverbrauchs entsprechenden Leistung  der Anlage erreicht     wird,

      und     daB    der     Brenn-          gasverdichter    demzufolge gerade in diesem  Betriebszustand einen besonders hohen Wir  kungsgrad aufweist.  



  An Hand der     Fig.    1 und 2 sollen Ausfüh  rungsbeispiele einer     Gasturbinenanlage    zur       Durchführung    des Verfahrens nach der Er  findung erläutert werden.  



  In beiden Figuren ist als Ausführungsbei  spiel eine wie vorstehend erläutert sogenannte       offene        Gasturbinenanlage    gewählt, bei wel  cher     Gichtgas    als Brenngas verwendet wird  und welche zum Antrieb eines Hochofen  gebläses dient.  



  In schematischer Darstellung zeigt       Fig.    1 die erwähnte Anlage bei Verwen  dung eines zweiten hochwertigeren Brenn  .     gases    als     Zusatzbrennstoff,          Fig.    2 die erwähnte Anlage bei Verwen  dung eines flüssigen     Brennstoffes    als Zusatz  brennstoff.  



  In beiden     Fig.    1 und 2 bezeichnet 1 den  Luftverdichter, 2 den     Brenngasverdichter,     3 die     Brennkammer,    4 die Gasturbine der An-           lage,    5 das von der Anlage angetriebene Hoch  ofengebläse und 6 einen zum Anwerfen der  Anlage dienenden Elektromotor. Dem Wind  bedarf des nicht gezeichneten Hochofens wer  den die Fördermenge und der Förderdruck  des     Hochofengebläses    5 in der Hauptsache  zunächst mittels Änderung der Drehzahl der  gesamten Anlage angepasst.

   Infolgedessen  ändert sich selbsttätig auch der Betriebs  zustand des     Brenngasverdichters    2 zunächst  wenigstens ungefähr auf der im vorstehenden  erläuterten Kurve der günstigsten Betriebs  punkte, wodurch selbsttätig schon eine ge  wisse Grundregelung des     Brenngasverdich-          ters    2 bewirkt wird. Änderungen in den Be  triebsbedingungen machen es jedoch, wie im  vorstehenden erläutert wurde, nötig, oft  wesentlich von dieser Kurve der günstigsten       Betriebspunkte    abzuweichen, und es erweist  sich deshalb eine der erwähnten Grundrege  lung übergelagerte weitere Regelung des       Brenngasverdichters    2 als erforderlich.

   Diese  weitere Regelung     wird        bewirkt        mittels    der in  der Saugleitung des     Brenngasverdichters    2  angeordneten Drosselklappe 7 und mittels  des dicht an der Brennkammer 3 in der Druck  leitung des     Brenngasverdichters    2 angeord  neten Drosselventils B. In stationärem Zu  stand ist das Ventil 8 derart eingestellt, dass  das Brenngas vor dem Ventil 8, also in der  Druckleitung des     Brenngasverdichters    2,  einen geringen Überdruck gegenüber der  Brennkammer 3 besitzt.

   Dieser Überdruck  verhütet einerseits ein Zurückschlagen aus  der     Brennkammer    3 in die Brenngasdruck  leitung und anderseits ermöglicht er, durch  eine Öffnungsbewegung des Ventils 8 die       Brenngaszufuhr    ohne jede Verzögerung er  höhen und somit der durch die Volumen  kapazität des     Brenngasverdichters    2 sowie  der     Brenngasdruckleitung    verzögerten Wir  kung einer gleichzeitigen     Öffnungsbewegung     der Drosselklappe 7 vorgreifen zu können.  Ebenso greift auch eine Schliessbewegung des  Ventils 8 der Wirkung einer gleichzeitigen  Schliessbewegung der     Klappe    7 vor.

   Endgül  tig wird jedoch die veränderte Brenngas-    menge mittels der Klappe 7 eingestellt, da  hierbei der Wirkungsgrad und das Betriebs  verhalten des     Brenngasverdichters    2 weniger  geschädigt werden als durch eine Einstellung  mittels des Ventils B.  



  Überschreitet der Brennstoffbedarf der  Anlage diejenige     Gichtgasmenge,    welche bei  der dem Optimum des spezifischen Wärme  verbrauchs entsprechenden Leistung der An  lage benötigt wird, so wird der Mehrbedarf an  Brennstoff mittels eines Zusatzbrennstoffes  gedeckt, welcher das     Gichtgas    in bezug auf  Heizwert je Raumeinheit übertrifft.  



  Bei der Anlage nach     Fig.    1 ist als Zusatz  brennstoff Leuchtgas gewählt, welches mit  tels eines nicht gezeichneten     Leuehtgasver-          dichters    nach Öffnen des Ventils 9 durch die  Rohrleitung 10 dem     Gichtgasstrom    vor des  sen Eintritt in die Brennkammer 3 zugeführt  wird.

   Da der Heizwert von Leuchtgas je  Raumeinheit etwa fünfmal so gross ist wie der  von     Gichtgas    und der     Leuchtgasverdichter     zudem j a nur einen Teil des Brennstoffbedarfs  der Anlage und auch diesen Teil nur zeitweise  zu liefern hat, so sind die Anforderungen,  welche hinsichtlich guter Wirkungsgrade bei  Änderung seiner Fördermenge gestellt wer  den müssen, beim     Leuchtgasv        erdichter    we  sentlich kleiner als beim     Gichtgasverdichter    2.

    Unter Umständen kann es sich sogar empfeh  len, als     Leuchtgasverdichter    einen     volumetri-          schen    Verdichter zu wählen, zumal ein solcher  es erlaubt, eine durch Verstellen seiner Fül  lung oder seiner Drehzahl in sehr weiten  Grenzen ohne wesentliche Schädigung seines  Wirkungsgrades veränderbare     Leuchtgas-          menge,    vom Förderdruck fast     unbeeinflusst,     der Anlage zuzuführen.  



  Bei der Anlage nach     Fig.    2 ist als Zusatz  brennstoff ein flüssiger Brennstoff gewählt,  welcher     mittels    einer nicht gezeichneten  Pumpe nach Öffnen des Ventils 12 durch eine  Düse 11 zerstäubt der in der Brennkammer 3  brennenden     Gichtgasflamme    zugeführt. wird  und dessen Menge in bekannter Weise ohne  Schädigung des Wirkungsgrades der Anlage  nach Belieben verändert werden kann.



  Method for operating a gas turbine plant and gas turbine plant for carrying out the method. The invention relates to a procedural Ren for operating a gas turbine plant in which the combustion takes place in compressed air.

   It is characterized by the fact that a compressed fuel gas is used as fuel in the lower, up to the power range of the system which corresponds to the optimum of the specific heat consumption, and that the additional fuel requirement required in the upper power range by means of an additional fuel is covered, which exceeds the fuel gas in terms of calorific value per room unit.



  The invention also relates to a gas turbine system for carrying out the method according to the invention, which is characterized by a fuel gas compressor which meets the fuel gas requirement of the system up to the power corresponding to the optimum specific heat consumption area of the system alone and by means of a device by means of which the additional fuel can be supplied to cover the additional fuel requirement required in the upper power range.



  The additional fuel can be fed to the same combustion chamber in which the fuel gas is burned.



  In this case, the additional fuel can be fed to the fuel gas before it enters the combustion chamber. A liquid fuel can be selected as the additional fuel.



  Compared to a gas turbine system fired with fuel oil, the fuel volume to be drawn in is very large in a system fired with fuel gas. If, for example, furnace gas is used as fuel gas, it can be more than ten thousand times that required for fuel oil. If the combustion takes place in compressed air, this large volume must also be promoted against at least the pressure of the compressed air, and as a result the power requirement of the fuel gas compressor used for this purpose is also high.

   For example, when using furnace gas, the power requirement of the fuel gas compressor can reach approximately the order of magnitude of the power requirement of the air compressor.



  The efficiency of the fuel gas compressor therefore has a significant influence on the overall efficiency of a gas turbine system fired with fuel gas, in which the combustion takes place in compressed air.

    Now, although at the absolutely most favorable operating point, the efficiency of such a fuel gas compressor can equal the efficiency of the air compressor; In contrast to the air compressor, however, the För quantity of the fuel gas compressor has to adapt to the fuel gas demand of the system, which changes with the current performance of the system and also with the current quality of the fuel gas used.

   As a result, the operating state of the fuel gas compressor, to the detriment of the degree of efficiency, often has to be much further removed from the operating point that is absolutely the most favorable in terms of speed, pressure and delivery rate than is the case with the air compressor. In addition, such a system requires not only the nominal output, but also an excess output at times, and this excess output must be supplied even if the fuel gas is currently bad.

   The fuel requirement of the system thus covers an area which extends from idling the system with the best fuel quality at the moment up to extreme over performance with the worst fuel quality at the moment.



  In particular for a multi-stage axial compressor, as it comes into consideration as a fuel gas compressor for a gas turbine system, this creates great difficulties, especially since the delivery pressure has to adapt to the pressure of the compressed air and therefore cannot be changed at will along with the delivery rate.

    For this reason, for example, it is not easy to apply the most favorable known control method to the fuel gas compressor, in which the secondary flow rate is changed as far as possible by changing the speed of the compressor in such a way that, with a simultaneous change in the feed pressure , the operating status of the compressor is guided along a curve which connects the most favorable operating points at the respective speeds and which thus also contains the absolutely most favorable operating point ..

   This most favorable control method, in which the curve mentioned, incidentally, corresponds approximately to the same amount of fuel gas calculated for one revolution of the fuel gas compressor within certain limits, is rather limited in its application to those cases in which the entire system operates at a variable speed is operated, but can only effect part of the regulation of the fuel gas quantity, since even at the respective speeds of the system, according to the current torque of the system and the current nature of the fuel gas,

   extensive changes in the amount of fuel gas calculated for one revolution of the fuel gas compressor and thus far-reaching deviations in the operating state of the fuel gas compressor from the aforementioned curve of the most favorable operating points must be required.

   Even then, it turns out to be necessary to use other control methods in addition, for example throttling the intake cross section of the fuel gas compressor, bridging stages, adjusting the blade angle or even blowing part of the compressed fuel gas back into the suction line. with some of these methods the efficiency is significantly worsened and with another part of these methods there is a risk that the operating state of the compressor exceeds the so-called surge limit, i.e. the compressor starts to pump in jumps in an operationally dangerous manner.



  These serious difficulties, as can be seen, are able to occur to a certain extent in a so-called closed gas turbine system, in which the same working fluid repeatedly flows through a circuit that is closed to the atmosphere and the heat is generated in a separate furnace and supplied to the working medium by means of heat exchange . Even in such a system, it may be advisable under certain circumstances to let the combustion take place in air that is somewhat compressed in relation to the atmosphere.

   To a greater extent, the difficulties described occur in a so-called open gas turbine system, in which an air compressor sucks in all the working air of the system from the atmosphere and compresses it to a higher pressure and at which the combustion takes place in this compressed air and the combustion products then serve as a working medium to drive the gas turbine.

   To an even greater extent, the difficulties described occur in a so-called partially closed gas turbine system, in which air as Arbeitsmit tel a standing under a pressure level compared to the atmosphere, a compressor and a turbine contain the circuit flows through which constantly a ver by means of a supercharger Dense amount of fresh air is supplied from the atmosphere and from which a partial amount of air under the highest pressure of the circuit is constantly withdrawn, in which highly compressed air then the combustion takes place, the combustion products of which are used to drive a second turbine.



  The fact that, as just described, these difficulties increase with increased pressure of the compressed air in which combustion takes place, and thus with increased delivery pressure of the fuel gas compressor, is mainly due to the fact that a multi-stage axial compressor, such as the fuel gas compressor for a gas turbine system comes into consideration, the more sensitive it reacts to a deviation from its absolutely most favorable operating point, the higher its delivery pressure is at this operating point.

   Among other things, if the delivery rate corresponding to this operating point is exceeded, the delivery pressure drops very steeply, which circumstance forces the delivery rate corresponding to this operating point to be brought very close to the maximum value of the fuel gas requirement of the system. However, this has the consequence that, when the fuel gas requirement is reduced to its normal value, a significant deterioration in efficiency is to be expected and that even with a relatively small further reduction there is a risk that the absolutely most favorable operating point will be sensitive obvious surge limit is exceeded.

      In order to reduce these very serious difficulties, it is proposed according to the invention, as fuel for a gas turbine system in which the combustion takes place in compressed air, a compressed fuel gas in the lower, up to the power range corresponding to the optimum of the specific heat consumption to use the system alone and to cover the additional fuel requirement in the upper power range by means of an additional fuel,

       more than the fuel gas in terms of calorific value per room unit.



  This ensures that the area within which the delivery rate of the fuel gas compressor has to be changed is significantly smaller in favor of its efficiency. Furthermore, the fuel gas compressor can now be selected in such a way that its absolutely most favorable operating point is close to the one of its operating states which is achieved with the system output corresponding to the optimum of the specific heat consumption,

      and that the fuel gas compressor consequently has a particularly high efficiency in this operating state.



  1 and 2 should Ausfüh approximately examples of a gas turbine system for performing the method according to the invention He will be explained.



  In both figures, a so-called open gas turbine system is selected as a game Ausführungsbei as explained above, in wel cher furnace gas is used as fuel gas and which is used to drive a blast furnace fan.



  In a schematic representation, Fig. 1 shows the aforementioned system when using a second higher quality fuel. gases as additional fuel, Fig. 2 the above-mentioned system when using a liquid fuel as an additional fuel.



  In both FIGS. 1 and 2, 1 designates the air compressor, 2 the fuel gas compressor, 3 the combustion chamber, 4 the gas turbine of the system, 5 the blast furnace fan driven by the system and 6 an electric motor used to start the system. The wind needs the blast furnace (not shown) who the flow rate and the feed pressure of the blast furnace fan 5 are mainly adjusted by changing the speed of the entire system.

   As a result, the operating state of the fuel gas compressor 2 also changes automatically, initially at least approximately on the curve of the most favorable operating points explained above, whereby a certain basic control of the fuel gas compressor 2 is automatically effected. However, changes in the operating conditions make it necessary, as explained above, to deviate significantly from this curve of the most favorable operating points, and therefore a further regulation of the fuel gas compressor 2 superimposed on the above-mentioned basic regulation proves to be necessary.

   This further regulation is effected by means of the throttle valve 7 arranged in the suction line of the fuel gas compressor 2 and by means of the throttle valve B arranged close to the combustion chamber 3 in the pressure line of the fuel gas compressor 2. In the stationary state, the valve 8 is set such that the fuel gas in front of the valve 8, that is to say in the pressure line of the fuel gas compressor 2, has a slight overpressure relative to the combustion chamber 3.

   This overpressure prevents on the one hand a kickback from the combustion chamber 3 in the fuel gas pressure line and on the other hand it enables the fuel gas supply to be increased without any delay by an opening movement of the valve 8 and thus the delayed effect of a simultaneous effect due to the volume capacity of the fuel gas compressor 2 and the fuel gas pressure line To be able to anticipate the opening movement of the throttle valve 7. Likewise, a closing movement of the valve 8 also anticipates the effect of a simultaneous closing movement of the flap 7.

   Ultimately, however, the changed amount of fuel gas is set by means of the flap 7, since the efficiency and the operating behavior of the fuel gas compressor 2 are less damaged than by setting by means of valve B.



  If the fuel requirement of the system exceeds the amount of top gas that is required for the system's optimum specific heat consumption, the additional fuel requirement is covered by an additional fuel, which exceeds the top gas in terms of calorific value per unit of space.



  In the system according to FIG. 1, luminous gas is selected as the additive fuel, which is fed to the furnace gas stream before its entry into the combustion chamber 3 by means of a light gas compressor (not shown) after opening the valve 9 through the pipe 10.

   Since the calorific value of coal gas per unit of space is about five times as large as that of furnace gas and the coal gas compressor also only has to supply part of the fuel requirement of the system and also only has to supply this part temporarily, these are the requirements for good efficiency when changing its The delivery rate must be set, with the coal gas compressor it is considerably smaller than with the furnace gas compressor 2.

    Under certain circumstances, it may even be advisable to choose a volumetric compressor as the luminous gas compressor, especially since such a compressor allows a luminous gas quantity of the delivery pressure that can be changed within very wide limits by adjusting its filling or its speed without significant damage to its efficiency almost unaffected to feed the plant.



  In the system according to FIG. 2, a liquid fuel is selected as the additional fuel, which after opening the valve 12 through a nozzle 11 is atomized by a pump (not shown) and fed to the furnace gas flame burning in the combustion chamber 3. and the amount of which can be changed at will in a known manner without damaging the efficiency of the system.

 

Claims (1)

PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zum Betrieb einer Gasturbi- nenanlage, in welcher die Verbrennung in verdichteter Luft erfolgt, dadurch gekenn zeichnet, dass als Brennstoff ein verdichtetes Brenngas im untern, bis hinauf zu der dein Optimum des spezifischen Wärmeverbrauchs entsprechenden Leistung reichenden Lei stungsbereich der Anlage allein verwendet wird und dass der im obern Leistungsbereich erforderliche Mehrbedarf an Brennstoff mit tels eines Zusatzbrennstoffes gedeckt wird, welcher das Brenngas in bezug auf Heizwert je Raumeinheit übertrifft. PATENT CLAIMS I. A method for operating a gas turbine plant in which the combustion takes place in compressed air, characterized in that a compressed fuel gas is used as the fuel in the lower power range of the plant alone, up to the power corresponding to your optimum of the specific heat consumption is used and that the additional fuel requirement required in the upper power range is covered by means of an additional fuel, which exceeds the fuel gas in terms of calorific value per unit of space. 1I. Gasturbinenanlage zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, ge kennzeichnet durch einen Brenngasverdich- ter, welcher den Brenngasbedarf der Anlage itn untern, bis hinauf zu der dem Optimum des spezifischen Wärmeverbrauchs entsprechen den Leistung reichenden Leistungsbereich der Anlage allein deckt, und durch eine Ein richtung, mittels welcher zur Deckung des im obern Leistungsbereich erforderlichen Mehr bedarfs an Brennstoff der Zusatzbrennstoff zugeführt werden kann. UNTERANSPRÜCHE 1. 1I. Gas turbine plant for carrying out the method according to claim I, characterized by a fuel gas compressor which covers the fuel gas demand of the plant itn up to the power range of the plant which corresponds to the optimum of the specific heat consumption, and by a device by means of which the additional fuel can be supplied to cover the additional fuel requirement required in the upper power range. SUBCLAIMS 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Zusatzbrenn stoff der gleichen Brennkammer zugeführt wird, in der auch das Brenngas verbrannt wird. 2. Verfahren nach Unteranspruch 1, da durch gekennzeichnet, dass der Zusatzbrenn stoff dem Brenngas vor dessen Eintritt in die Brennkammer zugeführt wird. 3. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass als Zusatzbrenn stoff ein flüssiger Brennstoff gewählt wird. Method according to claim I, characterized in that the additional fuel is fed to the same combustion chamber in which the fuel gas is also burned. 2. The method according to dependent claim 1, characterized in that the additional fuel is fed to the fuel gas before it enters the combustion chamber. 3. The method according to claim I, characterized in that a liquid fuel is selected as the additional fuel.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1988008075A1 (en) * 1987-04-09 1988-10-20 Solar Turbines Incorporated Wide range gaseous fuel combustion system for gas turbine engines

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