<B>Verfahren zum Betrieb einer</B> Gasturbinenanlage Die Erfindung bezieht sieh auf ein Ver fahren zum Betrieb einer mit konstanter Dreh zahl laufenden Gasturbinenanlage, welche durch eine zwischen einem Mindestwert und einem 1=Iöehstwert unabhängig von der Gas turbinenanlage veränderliche Menge eines Brenngases niedrigen Heizwertes betrieben ,vird und welcher bei verminderter Brenngas- znfuhr ein zusätzlicher zweiter Brennstoff zugeführt werden kann.
Die Erfindung be zieht sieh -weiterhin auf eine Gasturbinen- anlarie zur Ausführung dieses Verfahrens.
\Penn. in einer (Kasturbinenanlage an Stelle von flüssigen Brennstoffen Brenngase zur Erhitzung des Arbeitsmittels verwendet wer den, benötigt man einen besonderen Brenn ,a sverdiehter, um die Gase in die unter Druck stellende Brennkammer zu fördern.
Bei Gasen niedrigen Heizwertes, die - wie beispielsweise ieht gas - ein Volumen von etwa l.5-20 ''/a des angesaugten Luftvolumens besitzen, muss dieser Verdichter eine entsprechende Grösse besitzen und verbraucht eine im. Verhältnis zur Nutzleistung beträchtliche eigene Ver- diehtungsleitung.
Wenn nun der Brenngasanfall stark schwankt, was bei Gieht-as beispielsweise von der Zahl der in Betrieb stehenden Tlochöfen abhängt, muss der Brenngasverdichter für die. grösste Brenngasmenge ausgelegt sein, die überhaupt verbrannt werden kann.
Bei gerin- --erein Brenngasanfall würde der Verdichter sehr bald unter die Pumpgrenze geraten, und man ist deshalb gezwungen, einen Teil des <B>-</B> iigesaugten 1- Gases unter erheblichen Drossel- verlusten in den Ansaugstutzen des Brenn- gasverdichters zurückzuführen.
Es ist noch ein weiterer Punkt zu beach ten. Da die Anlage mit konstanter Drehzahl läuft, fördert der Luftverdichter eine kon stante Brennluftmenge. Sinkt nun die Brenn- gasmenge, so wird die gesamte, der Turbine zugeführte Arbeitsmittelmenge kleiner, wenn nicht. gleichzeitig mit der infolge der ver minderten Brenngaszufuhr notwendigen zu sätzlichen Wärmemenge eine zusätzliche Gas menge zugeführt wird. Dies ist aber im allge meinen nicht der Fall, beispielsweise wenn die zusätzliche Erhitzung über einen Wärme übertrager erfolgt oder wenn zusätzlich Brennöl in die Brennkammer eingeführt wird.
Infolge der verminderten Arbeitsmittelmenge sinkt der Druck vor der Turbine, und die Leistungsausbeute der Anlage @ geht zurück. Man könnte zwar versuchen, diesen Leistungs rückgang durch eine Erhöhung der Tempe ratur auszugleichen. Dies ist aber in den meisten Fällen nicht möglich, da das Mate rial der Turbine normalerweise schon bis zur höchstzulässigen Temperatur beansprucht ist.
Gemäss der Erfindung können diese Nachteile vermieden werden, wenn die Min destmenge des Brenngases in verdichteter Brennluft vor der Gasturbine verbrannt wird, während der Rest des Brenngases im ent spannten Arbeitsmittel hinter der Gasturbine verbrannt wird und durch die hierbei ent stehende Wärme mittels Wär meübertra-ung verdichtete Brennluft vor der Gasturbine be heizt wird.
Beträgt die immer zur Verfügung stehende Mindestmenge des Brenngases bei spielsweise 501/o der gesamten, zur Verbren nung benötigten Menge, so kann der Brenn- masverdiehter für die halbe Brenngasmenge dimensioniert und immer mit Vollast. betrie ben werden. Aus diesem Grunde wird beim Brenngasverdiehter kein Pumpen mehr auf treten.
Fernerhin bleibt. auch die der Turbine zugeführte Arbeitsmittelnienge konstant, so dass eine Leistungseinbusse aus diesem Grunde nicht auftreten kann. Selbstverständlich kann die Mindestmenge des Brenngases auch grösser oder kleiner als in dem angeführten Beispiel sein.
Eine Ga.sturbinenanlage zur Ausführung dieses Verfahrens, bei welcher das Arbeits mittel nacheinander einen Verdieliter, die sekundäre Seite eines Wärmeübertragers. eine Brennkammer, die Turbine und die Primär seite des Wärmeübertragers durchströmt, ist gekennzeichnet durch eine Verzweigung in der Zufuhrleitung des Brenngases, von der aus eine erste Zweigleitung in die Brenn- kammer und eine zweite Zweigleitung zu der Primärseite des Wärmeübertragers führt, und ferner durch Mittel,
welche die durch die erste Leitung hindurchtretende Brenligas- irrenge wenigstens angenähert konstant halten.
Die Zufuhrleitung für den zusätzlichen zweiten Brennstoff kann in die Brennkammer oder auf der Primärseite in den Wärmeüber trager münden. Im nveiten Fall ist es offen siehtlich, dass die der Turbine zugeführte Arbeitsmittelmenge, die durch die konstante Luftmenge und durch die konstante Brenn- gasmenge gebildet wird, nicht beeinflusst werden kann.
Auch im ersten Fall trifft dies z11, wenn ein Brennstoff höheren Heizwertes, beispielsweise Brennöl, verbrannt wird, da dadurch das Volumen des Arbeitsmittels kauen nennenswert vergrössert wird. Die Zu führung des zweiten zusätzlichen Brennstoffes kann auch an andern Stellen erfolgen, bei spielsweise vor der Verzweigung in der Zli- fuhrleitung des Brenngases. In allen Fällen ergeben sich die geschilderten Vorteile, die mit den bisherigen Anlagen nicht zli errei chen waren.
Weiterhin ist es zweckmässig, wenn der Wärmeübertrager aus zwei Teilen besteht, wobei die Primärseite des -- in Richtung- de entspannten Arbeitsmittels - ersten Teils eine Brennkammer zur Verbrennung des Brenngasübersehusses über der Mindestmenge mit einem Teil des entspannten Arbeitsmittels besitzt und von dein Rest. des entspannten Arbeitsmittels umgangen wird.
Dadurch, dass der Abgasstrom geteilt wird und die Verbren- nung in einem Strang stattfindet, lassen siele in dem Wärmeübertrager grössere Tempe ratursprünge einstellen, wodurch seine Ab messungen verkleinert werden können. Fer nerhin werden durch diese Anordnung ein nötige Druckabfälle v erinieden.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung näher erläutert. Die als Arbeitsmittel dienende Luft wird von dem Verdichter 1 angesaugt und durch die Sekundärseite des aus den beiden Teilen 2 und 3 bestehenden Wärmeübertragers in die Brennkammer .1 gefördert. Das Arbeitsmittel wird anschliessend in der Turbine 5 entspannt.
Dann wird es teilweise von dein Ventilator 6 in den Brennraum i gedrückt, welcher finit der Primärseite des Teils 3 des Wärmeaus- tauschers in Verbindung sieht, und teilweise über die Leitung 8, welche den Teil 3 des \N'ärmeübertragers überbrückt, direkt.
zu der Primärseite des Teils ' des Wärmeübertragers geführt, wo es sieh mit dem ersten Teil ver einigt und schliesslich ins Freie austritt. Die Turbine 5 treibt einerseits den Luftverdich- ter 1 und anderseits über ein Getriebe 9 den Brenngasverdicliter 10 an. Die Nutzleistung wird von einem elektrischen Generator 1l. mit konstanter Drehzahl in ein elektrisches Netz gespeist.
Das Brenngas niedrigen Heizwertes wird über die Leitung 12 zugeführt, von deren Verzweigung 13 aus eine erste Zweigleitung 14 in die Brennkammer 4 und eine zweite Z#.vei-leitu.ng 15 in den Brennrahm ' führt.
In der ersten Zweigleitung befindet sieh der Bi@enn,-#:asv erdiehter <B>10,</B> der mit konstanter Drehzahl aii-etrieben wird und eine kon- stan te Brenngasmenge in die Brennkammer 4 töi-dei-t. Der Rest des Brenngases wird mittel Ales Ventilators 16 in den Brennraum 7 ge- di@iield.
Zusätzlicher Brennstoff zur Ergän zung der fehlenden Wärmeenergie kann durch die Leitun- 17, die durch das Ventil 18 ge- re(.yelt werden kann, in die Brennkammer 4 geleitet werden. Anderseits besteht, auch die Möglichkeit, den zusätzlichen Brennstoff durch die Leitung 19 in den Brennraum 7 zu leiten und diesen Vorgang mit Hilfe des Ventils 20 zu regeln.
<B> Method for operating a </B> gas turbine system The invention relates to a method for operating a gas turbine system running at constant speed, which is controlled by a quantity of fuel gas that can be varied between a minimum value and a 1 = löehstwert independently of the gas turbine system low calorific value operated, and which an additional second fuel can be supplied with reduced fuel gas supply.
The invention also relates to a gas turbine plant for carrying out this method.
\ Penn. In a (Kasturbinenanlage instead of liquid fuels fuel gases are used to heat the working fluid who the, you need a special fuel, a sverdiehter to promote the gases in the pressurized combustion chamber.
In the case of gases with a low calorific value, which - such as ieht gas - have a volume of about 1.5-20 '' / a of the air volume drawn in, this compressor must be of a corresponding size and consumes an Relation to the useful output considerable personal power.
If the amount of fuel gas fluctuates strongly, which at Gicht-as depends, for example, on the number of tunnel kilns in operation, the fuel gas compressor for the. the largest amount of fuel gas that can be burned at all.
In the event of a low incidence of fuel gas, the compressor would very soon fall below the surge limit, and one is therefore forced to feed part of the 1-gas drawn into the intake port of the fuel gas compressor with considerable throttle losses traced back.
There is one more point to consider. Since the system runs at a constant speed, the air compressor delivers a constant amount of combustion air. If the amount of fuel gas now falls, the total amount of working medium supplied to the turbine is smaller, if not. At the same time as the additional amount of heat required as a result of the reduced supply of fuel gas, an additional amount of gas is supplied. However, this is generally not the case, for example if the additional heating takes place via a heat exchanger or if additional fuel oil is introduced into the combustion chamber.
As a result of the reduced amount of working fluid, the pressure in front of the turbine drops and the output of the system @ decreases. One could try to compensate for this drop in performance by increasing the temperature. In most cases, however, this is not possible because the mate rial of the turbine is normally stressed up to the maximum permissible temperature.
According to the invention, these disadvantages can be avoided if the minimum amount of fuel gas is burned in compressed combustion air in front of the gas turbine, while the rest of the fuel gas is burned in the relaxed working fluid behind the gas turbine and through the resulting heat by means of heat transfer compressed combustion air is heated in front of the gas turbine.
If the minimum amount of fuel gas that is always available is, for example, 501 / o of the total amount required for combustion, then the combustor can be dimensioned for half the amount of fuel gas and always at full load. operate. For this reason, pumping will no longer occur in the fuel gas dispenser.
Furthermore remains. the amount of working fluid supplied to the turbine is also constant, so that a loss of performance cannot occur for this reason. Of course, the minimum amount of fuel gas can also be larger or smaller than in the example given.
A gas turbine system for carrying out this process, in which the working medium successively a Verdieliter, the secondary side of a heat exchanger. a combustion chamber, which flows through the turbine and the primary side of the heat exchanger, is characterized by a branch in the supply line of the fuel gas, from which a first branch line leads into the combustion chamber and a second branch line to the primary side of the heat exchanger, and also by means ,
which keep the Brenligas error passing through the first line at least approximately constant.
The supply line for the additional second fuel can open into the combustion chamber or on the primary side in the heat exchanger. In the second case it is evident that the amount of working medium supplied to the turbine, which is formed by the constant amount of air and the constant amount of fuel gas, cannot be influenced.
This also applies in the first case, when a fuel with a higher calorific value, for example fuel oil, is burned, since this increases the volume of the working medium significantly. The second additional fuel can also be supplied at other points, for example upstream of the branch in the supply line for the fuel gas. In all cases, there are the advantages described that could not be achieved with the previous systems.
It is also useful if the heat exchanger consists of two parts, the primary side of the first part - in the direction of the relaxed working medium - has a combustion chamber for burning the excess fuel gas over the minimum amount with part of the relaxed working medium and the rest relaxed work equipment is bypassed.
The fact that the exhaust gas flow is divided and the combustion takes place in one line means that larger temperature jumps can be set in the heat exchanger, which means that its dimensions can be reduced. Furthermore, this arrangement avoids a necessary pressure drop.
An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail below with reference to the drawing. The air used as the working medium is sucked in by the compressor 1 and conveyed through the secondary side of the heat exchanger consisting of the two parts 2 and 3 into the combustion chamber .1. The working fluid is then expanded in the turbine 5.
Then it is partly pressed by the fan 6 into the combustion chamber i, which finitely sees the primary side of the part 3 of the heat exchanger in connection, and partly directly via the line 8, which bridges part 3 of the heat exchanger.
to the primary side of the part 'of the heat exchanger, where it see united with the first part and finally exits into the open. The turbine 5 drives the air compressor 1 on the one hand and the fuel gas compressor 10 on the other via a gear 9. The useful power is from an electric generator 1l. fed into an electrical network at a constant speed.
The fuel gas with a low calorific value is supplied via line 12, from whose branch 13 a first branch line 14 leads into the combustion chamber 4 and a second Z # .vei-leitu.ng 15 into the combustion frame.
In the first branch line is the Bi @ enn, - #: asv erdiehter <B> 10 </B>, which is driven at a constant speed and a constant amount of fuel gas is fed into the combustion chamber 4. The remainder of the fuel gas is fed into the combustion chamber 7 by means of the fan 16.
Additional fuel to supplement the missing thermal energy can be fed into the combustion chamber 4 through the line 17, which can be yelt through the valve 18. On the other hand, there is also the possibility of adding the additional fuel through the line 19 into the combustion chamber 7 and regulate this process with the aid of the valve 20.